Carbonato de cálcio

    É o principal componente de certos minérios ( calcário, calcita, aragonita, mármore, gesso cré) e ainda de pérolas, cascas de moluscos, e ovos.Em sua forma natural, é o mais comum dos minerais isentos de silício existentes na crosta terrestre.

    Ocorre na natureza em duas formas cristalinas: a calcita e a aragonita;  O “produto natural” que em alguns calcários mais ricos chega a concentrações de 96 - 98% de carbonato de cálcio, tem várias aplicações;  O produto “carbonato de cálcio precipitado” devido a sua variedade de granulometrias, é o material preferido para uso industrial, principalmente como carga suporte de vários produtos.

    A possibilidade de controlar todas as variáveis do processo permite obter-se um produto extremamente homogêneo.

  Histórico

    A produção industrial do carbonato sintético começou em 1898 na Pensilvânia ,  recuperado do resíduo cáustico de indústria de papel.  No Brasil até 1943, todo carbonato utilizado era de origem estrangeira

Propriedades do Carbonato de Cálcio 

    É um pó branco monocristalino, inodoro, insípido, estável ao ar, praticamente insolúvel em água, com tamanho de partículas variando entre 0,5 e 10mm, e volume aparente entre 0,320 a 0,700 g/cm^3.   Ocorre em duas formas cristalinas: calcita e aragonita ; Na calcita, a cristalização é hexagonal, apresentando peso específico de 2,7 , ponto de fusão de 1339^°C. sendo sua solubilidade em água a 25^°C de 0,001 g/l.  A aragonita, de estrutura rômbica, possui peso específico de 1,9 e decompõem-se a 825^°C.

    É solubilizado pelos ácidos, com desprendimento de gás carbônico ( efervescência ) ; Em presença de gás carbônico, sua solubilidade em água aumenta, com formação de bicarbonato de cálcio.

    É encontrado comercialmente sob duas formas:

•  O “natural” (calcita, aragonita ou calcário ) é compacto, duro e pesado, com volume aparente variando entre 1 e 1,3 g/cm³; seu teor de impurezas varia entre 0,5 e 4% de SiO₂ e, mesmo finamente moído é arenoso ao tato.

• O “precipitado”  é leve, sedoso, com volume aparente entre 0,25 e 0,85 g/cm³ , é quimicamente puro e o ” SiO₂” não ultrapassa 0,05%; em sua forma mais fina é um pó praticamente impalpável, produzindo misturas homogêneas.

Aplicações.

 O carbonato de cálcio é utilizado nas indústrias:

• farmacêutica : como antiácido de ação média e como excipiente.

• nas indústrias de borracha e plástico : como elemento de substituição ao negro-de-fumo, quando se deseja produtos mais claros.

• nas tintas: para aumentar ou diminuir o brilho de revestimentos.

• na fabricação de papel: para dar ao produto opacidade, resistência e combustividade, sendo esta, de grande importância na fabricação de cigarro ( alvura, capacidade e continuidade de combustão ).

      A adição de carbonato de cálcio precipitado influi nas seguintes características do produto final:

Plásticos  

    Propriedades mecânicas, resistência à abrasão, abrasividade nos equipamentos de transformação, acabamento superficial, e dispersão.

Tintas

    Fineza, reologia, brilho, poder de cobertura, sedimentação, e dispersão.

  Creme dental  

    Abrasividade, reologia e brilho.

  Papel

    Poder de cobertura, brilho, rugosidade superficial, e absorção de tinta.

  Borracha

    Aumenta o volume do produto, aumenta as características mecânicas (resistência ), baixa os custos de produção.  ( na borracha atende à boa dispersão, não coagulação, fácil mistura e (shape factor) partículas redondas ).

 Tipos

    Há cinco tipos de carbonato de cálcio:  de alta abrasão, extraleve, leve, médio, e revestido.  Com exceção do revestido, eles apresentam a mesma constituição, variando apenas no tamanho médio das partículas e sua distribuição;  Estas variações, são determinantes do poder de absorção, volume aparente e fluidez do pó, o que faz com que cada um tenha sua aplicação definida.

Alta absorção

    Devido ao pequeno diâmetro de suas partículas ( 0,5 a 2 mícron) este tipo possui elevado volume aparente (3cm³/g) e alta capacidade de absorção de óleos, essências e líquidos em geral. É usado nas indústrias de papel; sob a forma de suspensão; na fabricação de certos dentifrícios e cosméticos, bem como na indústria farmacêutica e alimentícia. Sua aplicação é essencial onde se espera grande poder de absorção e alta pureza.

Extraleve

    Com granulometria maior , ( diâmetro médio de partículas, variando de 0,5 a 3,5 mícron), possui volume aparente de 2,5 cm³/g e consequentemente menor capacidade de absorção.É o tipo mais utilizado, com aplicação na maioria das pastas dentifrícias, indústrias de papel, artigos de farmácia, perfumaria e toucador e ainda, na manufatura der artigos plásticos ou de borracha.

Leve

    Com tamanho médio de partículas entre 1 a 5,5 mícron, e volume aparente de 1,75 cm³/g  é um produto intermediário entre o extraleve e o médio; É usado principalmente na indústria de plásticos e da borracha como carga de matéria-prima a ser extrudada, pois confere à resina grande flexibilidade e resistência ao desgaste, à tração e a torção. É usado, porém em menor escala na indústria farmacêutica por fluir levemente nos aparelhos dosadores

Médio

    Embora com tamanho de partículas relativamente grande ( 2 a 10 mícron ) e um volume aparente mais reduzido ( 1,47 cm³/g ), o carbonato de tipo médio, é o preferido por alguns fabricantes de artefatos de plásticos, borracha e mesmo de dentifrícios. Suas partículas possuem o tamanho conveniente para fluírem livremente, sem ser abrasivas; os produtos resultantes são mais densos sem sofrer grandes alterações em suas propriedades mecânicas.

     A aplicação na borracha é bastante econômica pelo baixo custo e facilidade de mistura na calandra, podendo ser adicionado em grandes proporções, sem alterar as características do material. É empregado em situações nas quais o volume aparente não tem importância decisiva, como na fabricação de produtos químicos.

Revestido

    É o tipo médio, com as partículas recobertas por revestimento orgânico.  Surgiu quando os fabricantes de artefatos de borracha notaram que o uso de carbonatos muito finos (estraleves) dificultava sua mistura na massa de borracha; Na calandra, o carbonato migrava, além de reduzir a velocidade das extrusoras por aumentar a viscosidade do material. A solução foi revestir as partículas com substâncias orgânicas hidrófobas e de propriedades lubrificantes, como a ácido esteárico. O processo de obtenção de carbonato revestido com ácido esteárico inicia-se com a tratamento em misturador, do carbonato precipitado com ácido esteárico na proporção de 1,5 a 2,5%, seguido de secagem e repulverização.

  O emprego de carbonato revestido traz como vantagens principais o aumento da produção de extrusoras, calandras e injetoras, grande facilidade de incorporação à massa, baixo preço, possibilidade de uso em grandes quantidades ( até 100% do total da resina ) sem aumento excessivo da viscosidade da massa, além de conferir um acabamento superficial melhor.  É também usado, com excelentes resultados, como carga em tintas finas ou de impressão.Nestas últimas, principalmente, aumenta a produção e facilita a limpeza das chapas dos clichês.

Produção de Carbonato de Cálcio ”precipitado”.

    Existem três processo para a obtenção industrial

•  o processo do subproduto, 

• o  processo do cloreto de cálcio 

• o processo da carbonatação

    A matéria prima usada é o calcário, sob forma de calcita ( a mais usada por ocorrer com maior abundância na natureza )  ou a aragonita.Todos os  processos provocam a ligação entre os íons cálcio ( Ca ^{2 +} )  e os íons carbonato ( CO₃  ^{2  -} ), sob condições controladas, seguidos por separação, secagem e moagem do carbonato de cálcio produzido.

Substâncias não participantes das reações, podem ser acrescentadas durante o processo afim de conferir características específicas ao produto final.

Processo do Subproduto

    Em processo convencional de produção de soda cáustica a partir do carbonato de sódio (caustificação), reage-se uma solução do carbonato de sódio, sob aquecimento, com leite de cal, segundo a reação:

                                              Na₂CO₃   +   Ca(OH)₂   à  2 NaOH  + CaCO₃ 

    Após filtragem do efluente do reator , obtêm-se uma solução de soda cáustica como produto principal, e um borra composta de carbonato de cálcio, hidróxido de cálcio e produtos secundários de sódio.  A borra é a matéria-prima para produção de carbonato de cálcio precipitado.

    O processo do subproduto não é usado comercialmente em razão de que o tratamento da borra, e a purificação do carbonato de cálcio, requerem custosas operações químicas e mecânicas. A eliminação do hidróxido de cálcio residual pode ser feita passando-se esta lama em contracorrente com uma solução de carbonato de sódio, seguida de lavagem ou flotação, o ainda pelo uso de gases de combustão em um secador rotativo com aquecimento direto. Ao juntar-se CO₂ e cloreto de cálcio à lama, ocorre a conversão de mais carbonato de sódio em carbonato de cálcio e formação de algum cloreto de sódio. Utilizando-se um controle de temperatura, moagem e uso de leite de cal em quantidade estequiometrica, melhora-se o rendimento do processo.

Processo do Cloreto de Cálcio

    Processo no qual o licor de cloreto de cálcio, subproduto industrial comum, é tratado com carbonato de sódio ou solução de carbonato de amônio, precipitando o carbonato de cálcio. 

                  CaCl₂   + (NH₄)₂CO₃      à   CaCO₃  +   2NH₄Cl

                  CaCl₂   +  Na₂CO₃       à     CaCO₃    + NaCl 

    Os reagentes, introduzidos em reatores  de desenho especial, produzem carbonatos de alta pureza, geralmente vendidos como grau USP.

Processo de carbonatação

    Processo mais usado devido a boa qualidade do produto final, que permite amplas possibilidade de controle de temperatura, concentração do reagente, taxa de adição e de mistura, fatores que influem sensivelmente na qualidade do produto final e no tamanho das partículas. O processo utilizado nas indústrias no Brasil, inicia-se pela calcinação de calcários selecionados com grau de pureza superior a 96%. ( calcário de Minas Gerais )

    A calcinação ocorre em fornos verticais usando combustíveis tradicionais ( lenha, coque, óleo cru , gasogênio ou carvão vegetal ) em temperaturas a próximas de 900⁰C, sendo o processo controlado, para que se obtenha um óxido perfeitamente calcinado, mas não requeimado. Na calcinação há desprendimento de dióxido de carbono, que é utilizado para uma posterior carbonatação, depois de devidamente tratado para purificação.

    A cal virgem formada é enviada a tanques de hidratação, onde há adição de água obtendo-se diluições de 70 a 80 gramas de CaO por litro.

Obtenção do leite de cal.

    O calcário é britado e calcinado em fornos rotativos ou verticais ( processo de produção do cal ) . O óxido de cálcio é hidratado formando a solução chamada de “leite de cal” que é peneirada para a remoção de impurezas e partículas mais grossas.

                                 CaCO₃      à      CaO  + CO₂

                                CaO  + H₂O   à    Ca(OH)₂

    A cal hidratada formada ( hidróxido de cálcio ), chamada de “leite de cal” é filtrada em peneira de malha 320 para retirar grumos suscetíveis de interferência na reação de carbonatação e grãos de sílica porventura existentes.  O leite de cal é enviado aos carbonatadores, onde é introduzido o CO₂  gerado na calcinação ( aprox. 30% ), precipitando o carbonato de cálcio. O processo é realizado em reatores dotados de agitadores, onde o contato entre o gás e o líquido é feito pela pulverização contínua da suspensão sob pressão atmosférica.

    A carbonatação não se completa dentro do reator, o produto é enviado a tanques de espera, retornando depois, para uma torre de recarbonatação, onde a reação se completa.  Esta operação é conhecida como  neutralização, sendo a seguir efetuadas as operações de separação da água, secagem, moagem e classificação do carbonato de cálcio.

  Reações do processo de carbonatação

  Calcinação:-                CaCO₃   à CaO  +  CO₂

  Hidratação :-                CaO  + H₂O   à Ca(OH)₂

  Carbonatação:-      Ca(OH)₂  + CO₂   à  CaCO₃   + H₂O

Processamento final

    Para os três métodos de obtenção de carbonato de cálcio precipitado a secagem é feita através de filtros a pressão ou rotativos a vácuo, quase sempre precedidos de uma centrifugação para separar a água. Ao sair da filtragem o produto apresenta um teor de umidade entre 25 e 65%, conforme o tamanho das partículas.

    A secagem final é feita em secadores do tipo túnel, spray ou flash.Uma outra técnica de secagem vale-se de secadores de tambor, aquecidos internamente com vapor ; Este equipamento dispensa totalmente a centrifugação, a filtragem e os secadores de túnel, mas consome mais combustível.

    Depois de seco, o carbonato é moído em micropulverizadores, testado, classificado e embalado.