El talco negro es un mineral de silicato cuya composición química principal es Mg₃(Si₄O₃)(OH)₂. Debido a su composición orgánica similar al grafeno, presenta un color negro o gris negruzco. Es blando y presenta un buen aislamiento eléctrico y resistencia térmica. Es resistente a ácidos y álcalis fuertes, posee un fuerte efecto de adsorción en grasas y posee una excelente lubricidad. Su blancura puede alcanzar hasta 971TP₃T tras la calcinación.
Actualmente, se distribuye principalmente en Guangfeng, Jiangxi; Jiujiang, Jiangxi; Kapeng, Hunan; Pingyuan, Guangdong; Luchuan, Guangxi; Fengdu, Chongqing; y otras ubicaciones. Sólo las reservas en Guangfeng, Jiangxi, superan los mil millones de toneladas.
Composición química del talco negro en algunas zonas de China (fracción de masa/%)
| Origen | SO₂ | Al₂O₃ | Fe₂O₃ | K₂O | N₀O | CaO | MgO | TiO₂ | Carta de intención |
| Jiangxi Guangfeng | 55.84 | 0.34 | 0.13 | — | — | 4.34 | 27.86 | — | 11.14 |
| Jiangxi Jiujiang | 61.56 | 5.86 | 2.58 | 0.57 | 0.14 | 2.32 | 17.16 | 0.19 | 8.89 |
| Hunan Huajie | 61.59 | 2.88 | 1.57 | 0.28 | 0.12 | 1.82 | 23.37 | 0.10 | 7.37 |
| Guangdong Pingyuan | 53.10 | 0.49 | 0.48 | 0.02 | 0.12 | 7.18 | 27.17 | 0.07 | 10.92 |
| Guangxi Wuzhou | 57.56 | 1.03 | 0.42 | — | — | 1.18 | 28.21 | 0.07 | 10.86 |
| Chongqing Fengdu | 61.52 | 2.13 | 1.06 | — | — | 2.89 | 22.80 | — | 9.58 |
El talco negro se utiliza principalmente como relleno en cerámica, caucho, plásticos, recubrimientos y fabricación de papel de uso diario. Investigaciones han demostrado que también posee propiedades únicas en áreas como las nuevas energías, la protección del medio ambiente, la medicina, las aplicaciones antibacterianas y la química fina. Tiene el potencial de desarrollar productos de alto valor añadido.
12 aplicaciones principales del talco negro
1 Materiales compuestos de grafeno
El equipo de Wu Xiaowen utilizó talco negro como materia prima para estudiar los cambios en el comportamiento de las fases durante la calcinación o carbonización a diferentes temperaturas y atmósferas. Posteriormente, sinterizaron los productos calcinados/carbonizados como materia prima para preparar materiales compuestos a base de enstatita reforzados con grafeno.
Los resultados muestran que el grafeno multicapa está presente en el polvo de talco tras el tratamiento a alta temperatura en atmósfera de nitrógeno, lo cual contribuye significativamente a la mejora del rendimiento del material compuesto. En comparación con el material compuesto preparado mediante el producto carbonizado en atmósfera de nitrógeno, la resistencia media a la flexión del material compuesto preparado mediante el producto calcinado en atmósfera de aire aumenta en aproximadamente 10 MPa, la resistividad es un orden de magnitud menor y la conductividad térmica media aumenta en aproximadamente 6,2 × 10⁻¹ W/(m·K).
2 Materiales de electrodos
Fan Peng y sus colegas utilizaron talco negro natural como materia prima para extraer y preparar un nuevo tipo de material de carbono, FC, mediante tratamiento ácido. Lo trataron térmicamente a 500 °C y 800 °C, respectivamente, para obtener muestras tratadas térmicamente FC500 y FC800.
Entre estos, tras el tratamiento térmico a 800 °C, se eliminaron por completo los grupos funcionales fluorados de la superficie del material de carbono. Los defectos estructurales del material aumentaron, la capacidad irreversible inicial disminuyó y la conductividad electrónica aumentó. Como resultado, presenta una mayor eficiencia de Coulomb inicial, un mejor rendimiento de velocidad y un mejor rendimiento de ciclo. La capacidad específica del electrodo FC800 a una velocidad de 0,1 °C es de 477 mAh/g, y su capacidad específica en diversas condiciones de velocidad es superior a la del electrodo negativo de grafito comercial. Su rendimiento de ciclo también supera al de los electrodos FC y FC500.
3 materiales respetuosos con el medio ambiente
Qin Wenli y sus colegas prepararon materiales compuestos de talco negro/NiTiO₃ mediante tecnología de síntesis in situ. El NiTiO₃ aumentó la pérdida dieléctrica y mejoró el rendimiento de absorción de ondas electromagnéticas del material. Este rendimiento se comparó con el de los materiales compuestos de talco negro/NiFe₂O₃, lo que amplió las aplicaciones del talco negro en la absorción de ondas electromagnéticas.
El material compuesto de talco negro/NiFe₂O₄ preparado presenta un buen rendimiento de absorción de ondas electromagnéticas. Con la ayuda de microondas, presenta un fuerte efecto de degradación en contaminantes difíciles de degradar, lo que amplía aún más su aplicación en la degradación de contaminantes.
4 materiales cerámicos especiales
Tras la calcinación a alta temperatura, las fases principales del talco negro son el silicato de magnesio y el cuarzo, ambos componentes de baja constante dieléctrica. Por lo tanto, se espera que el talco negro se convierta en un sistema candidato para materiales cerámicos de bajo costo y baja constante dieléctrica.
Liu Zizheng y sus colegas utilizaron la mina de talco negro de Guangfeng, en Jiangxi, como objeto de investigación y prepararon materiales cerámicos dieléctricos de microondas a base de talco negro. El estudio demuestra que la cerámica de talco negro coexiste con la fase de enstatita de MgSiO₃ y la fase de cuarzo de SiO₂. La densidad de sinterización y la composición de la muestra afectan significativamente las propiedades dieléctricas de microondas de los materiales cerámicos. A una temperatura de sinterización de 1325 °C, la muestra presenta el mejor rendimiento dieléctrico de microondas con εr = 5,11, Qxf = 56782 GHz y τf = -17,85 × 10⁻⁶/°C. Esta investigación no solo aporta nuevas ideas para el uso de alto valor del talco negro, sino que también ofrece soluciones innovadoras para los materiales cerámicos utilizados en dispositivos comerciales de microondas 5G.
5 Materiales de fricción
Al utilizarse en materiales de fricción, genera una gran cantidad de superficies de contacto secundarias, estableciendo continuamente puntos de contacto y reduciendo sus cambios. Esto mejora significativamente la estabilidad del coeficiente de fricción.
Shang Xi y sus colegas estudiaron su impacto como estabilizador del coeficiente de fricción en los materiales de fricción en el rendimiento general de las pastillas de freno.
Diseñaron un experimento ortogonal de dos niveles con tres factores (polvo de coque, grafito artificial y talco negro) para evaluar el efecto de los rellenos antifricción en el rendimiento de la fricción.
Los resultados indican que, a altas temperaturas, la sinergia entre el talco negro, el polvo de coque y el grafito artificial aumenta, reduciendo eficazmente el desgaste. La tasa de desgaste total disminuyó de 2,49 × 10⁻⁷ cm³/(N·m) a 1,84 × 10⁻⁷ cm³/(N·m).
Entre estos, una mezcla de 6% en peso de polvo de coque %, 9% en peso de grafito artificial % y 7% en peso de talco negro % exhibió la mejor estabilidad del coeficiente de fricción.
6 materiales antibacterianos
Los minerales activados por ácido se utilizan como portadores de cationes funcionales para implantar iones metálicos antibacterianos como Ag, Cu²⁺ y Zn²⁺. Los iones activos se retienen de forma estable en los minerales y ejercen efectos antibacterianos y bactericidas al liberarlos de forma lenta y segura.
Basándose en la estructura estratificada estable, la buena biocompatibilidad y las propiedades antibacterianas del talco negro (Talco) calcinado a 700 °C, Meng Yuhang y sus colegas prepararon un nuevo material antibacteriano, talco negro ZnO/Talco, mediante precipitación in situ en un sistema de solución.
Los resultados experimentales antibacterianos mostraron que cuando la concentración de Z/T-30 era de 1 mg/mL, su tasa antibacteriana se acercaba a 100%, que era mucho menor que los 5 mg/mL requeridos en GB/T21510-2008 “Métodos de prueba para propiedades antibacterianas de materiales nano-inorgánicos”. Cuando la concentración de Z/T-30 era de 2 mg/mL, la tasa de supervivencia de las células L929 era de 84%, aún mayor que el umbral de 75%, y no había citotoxicidad significativa. Además, en comparación con el talco, Z/T-30 lixiviaba menos Mg²⁺, lo que ayuda a mejorar las propiedades antibacterianas de amplio espectro del material. Por lo tanto, Z/T-30 exhibe una excelente actividad antibacteriana y buena biocompatibilidad, lo que lo convierte en un material antibacteriano inorgánico prometedor.
7 Medicina
La composición química del talco negro es poco tóxica, y su estructura mineral arcillosa le proporciona propiedades hemostáticas, antiagrietantes y de adsorción. Absorbe eficazmente la grasa, los residuos orgánicos y la materia orgánica, desempeñando un papel en la hemostasia, la esterilización y las propiedades antibacterianas. También se puede utilizar como aditivo para medicamentos.
8 relleno
El talco negro se utiliza en la producción de cerámica de uso diario. Ayuda a lograr una densidad uniforme en la cerámica, superficies lisas y un buen brillo tras la calcinación. La cerámica puede presentar diferentes colores según la proporción de los distintos componentes.
9 Plástico
La adición de talco negro en polvo a los plásticos mejora la resistencia química, la resistencia al calor, la estabilidad, la firmeza, la resistencia a la tracción, la resistencia a la fluencia y el aislamiento eléctrico.
10 Caucho
En el caucho, el talco negro reduce la plasticidad y la adherencia, y mejora la suavidad de la superficie. Se utiliza comúnmente en productos de caucho resistentes al calor, a los ácidos y a los álcalis, así como aislantes.
Por ejemplo, reemplazar parte del negro de carbón de los neumáticos de los automóviles con polvo de talco negro puede mejorar la resistencia al calor del caucho.
11 Recubrimiento
En los recubrimientos, agregar polvo de talco negro puede reducir los costos de fabricación al mismo tiempo que aumenta la resistencia al corte, la resistencia a la presión y la resistencia a la tracción, y reduce la resistencia a la deformación, la elongación y los coeficientes de expansión térmica.
12 Fabricación de papel
La aplicación del talco negro en la industria papelera tiene un gran potencial. Por un lado, las minas de talco blanco de alta calidad disminuyen cada año, ya que cada vez son menos las que cumplen los requisitos de blancura para la fabricación de papel.
Aunque el talco negro contiene materia orgánica y carbono libre, lo que le confiere una apariencia negra o gris negruzca, su blancura tras la calcinación puede alcanzar más de 91%, o incluso 97%. Esto lo convierte en un relleno de alta calidad que supera la blancura del talco blanco. Por otro lado, su estructura escamosa, su buen aislamiento, su resistencia al calor, su adsorción y su lubricidad le confieren al papel una mayor funcionalidad. Se utiliza generalmente como relleno y agente de tratamiento de resinas en la industria papelera.
Conclusión
La aplicación de talco negro no es un desarrollo reciente; se ha utilizado durante mucho tiempo como relleno para materiales cerámicos, caucho, plásticos y revestimientos.
Sin embargo, el valor de aplicación del talco negro no se limita a estas áreas. Su potencial en nuevas energías y nuevos materiales ya ha sido reconocido. Además, sus vastas reservas permiten que el desarrollo de productos de alto valor añadido se ajuste mejor a las tendencias del mercado y ofrezca un mayor potencial de desarrollo.
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