一种合成高活性、低碱含量硅酸钙的生产方法
技术领域
本发明涉及硅酸钙技术领域,具体说是一种合成高活性、低碱含量硅酸钙的生产方法。
背景技术
前期的研究和生产表明,合成硅酸钙是一种优良的造纸原料,可作为纸张功能性填料、助留剂及增厚剂等用于纸张生产,造纸过程中添加合成硅酸钙后可明显提高纸张灰分,降低植物纤维用量,同时合成硅酸钙的高吸附性有助于浆料中其它填料或细小组分的留着,大幅降低白水浓度。此外,合成硅酸钙轻质及堆积体积大的优势可赋予纸张良好的松厚度。总之,合成硅酸钙用于造纸具有显著的经济和社会效益,即节省了生产成本也达到了资源综合利用的目的。
在应用及生产过程中发现,合成硅酸钙的高孔隙率、高比表面积以及粒子表面所表现出的纳米特性使粒子的吸附性比较强,易于吸附合成过程中生成的碱,进而合成硅酸钙中的碱难以洗涤,并且洗涤耗水量大。例如,若合成硅酸钙20%固含量分散液的pH值达到9-11范围内,生产过程中每吨合成硅酸钙洗涤耗水量达到15吨左右,不利于生产操作和提高生产效率。此外,合成硅酸钙中的残碱会严重影响造纸生产过程及纸张质量,同时增加纸张生产成本。
因此,为了使合成硅酸钙在造纸行业更好的推广应用,发挥其功能特性,必须尽可能降低合成硅酸钙中的残碱含量。目前对于合成硅酸钙中的残碱含量的去除,并没有很好的去除方法,尤其是碱含量较低时,碱吸附在硅酸钙的孔隙中,很难除去。
发明内容
为解决解决了合成硅酸钙残碱含量高,洗水用量大的问题,提高产品质量,满足了造纸生产使用要求,完善了合成硅酸钙造纸应用技术,本发明的目的是提供一种合成高活性、低碱含量硅酸钙的生产方法。
本发明为实现上述目的,通过以下技术方案实现:
一种合成高活性、低碱含量硅酸钙的生产方法,包括以下步骤:
①将石灰乳、水玻璃和水混合,在30~60℃下反应90~120分钟,得到反应液;其中石灰乳、水玻璃和水的质量比为0.75~1.5:1:20~30;所述石灰乳的固含量为150-180g/L;
②一段洗涤脱水:向步骤①所得反应液中加入抗水剂,搅拌均匀,至第一离心机进行脱水至滤饼的固含量为15~45%;步骤①所得反应液和抗水剂的质量比为100:0.1%~0.5%;所述抗水剂为聚丙烯酸酯或三聚氰胺甲醛树脂;
③多段洗涤脱水:将从第一离心机出来的滤饼进入分散罐,向其中加入3~10倍重量的水,重新分散成浆液,然后进行脱水,每次脱水操作后滤饼中固含量均至15~45%,反复操作2~3次,得到低碱滤饼;
④末段洗涤脱水:将步骤③所得低碱滤饼中加入水中分散成浆液,向其中加入脱碱助剂,搅拌分散均匀,然后脱水,干燥,得到高活性、低碱含量硅酸钙;所述脱碱助剂为氯化铝或硫酸铝;其中低碱滤饼、水和脱碱助剂的质量比为1:3~10:0.5~5%。
优选的,步骤①所述的水玻璃先经过以下预处理:将水玻璃加入一段洗涤脱水后的碱液中预处理,预处理后水玻璃溶液的模数为0.2~1.2,浓度以二氧化硅计为15~25g/L。
优选的,步骤①所得石灰乳的步骤为:将生石灰用一段洗涤脱水后的碱液进行消化4~5小时,其中生石灰和一段洗涤脱水后的碱液的质量比为1:5~8。
优选的,步骤③的多段洗涤脱水步骤中采用逆流洗涤方式,即下一段的离心机出水用于上一段的离心机洗涤。
优选的,所述脱碱助剂为氯化铝。
优选的,石灰乳、水玻璃和水的质量比为1:1:25。
优选的,步骤①所得反应液和抗水剂的质量比为100:0.3%;所述抗水剂为聚丙烯酸酯。
优选的,多段洗涤脱水中加入的水的温度为30~80℃。
优选的,末段洗涤脱水中低碱滤饼、水和脱碱助剂的质量比为1:8:1%。
进一步优选的制备方法,包括以下步骤:
①将石灰乳、水玻璃和水混合,在45℃下反应100分钟,得到反应液;其中石灰乳、水玻璃和水的质量比为1:1:25;所述石灰乳的固含量为160g/L;
②一段洗涤脱水:向步骤①所得反应液中加入抗水剂,搅拌均匀,至第一离心机进行脱水至滤饼的固含量为30%;步骤①所得反应液和抗水剂的质量比为100:0.3%;所述抗水剂为聚丙烯酸酯;
脱水得到的碱液可进行以下步骤的重复利用:将水玻璃加入一段洗涤脱水后的碱液中预处理,预处理后水玻璃溶液的模数为0.8,浓度以二氧化硅计为20g/L,然后返回步骤①中形成循环生产;或将生石灰用一段洗涤脱水后的碱液进行消化4小时,其中生石灰和一段洗涤脱水后的碱液的质量比为1:5,得到石灰乳返回步骤①中形成循环生产;
③多段洗涤脱水:将从第一离心机出来的滤饼进入分散罐,向其中加入8倍重量的温度为50℃的水,重新分散成浆液,然后进行脱水,每次脱水操作后滤饼中固含量均至30%,反复操作3次,得到低碱滤饼;本过程的多段洗涤脱水采用逆流洗涤方式,即下一段的离心机出水用于上一段的离心机洗涤;
④末段洗涤脱水:将步骤③所得低碱滤饼中加入水中分散成浆液,向其中加入脱碱助剂,搅拌分散均匀,然后脱水,干燥,得到高活性、低碱含量硅酸钙;所述脱碱助剂为氯化铝;其中低碱滤饼、水和脱碱助剂的质量比为1:8:1%。
本发明相比现有技术具有以下优点:
本发明的合成高活性、低碱含量硅酸钙的生产方法在传统3~5段洗涤的基础上,在第一段洗涤脱水和最后一段洗涤脱水中分别加入了抗水剂和脱碱助剂,达到节水及高效脱除碱的目的,其中第一段洗涤脱水中加入的抗水剂为耐碱性疏水高分子聚合物,该抗水剂的加入能够提高合成硅酸钙浆液的脱水效率,提高滤饼的固含量,而最后一段洗涤脱水中加入的脱碱助剂中的铝盐中的铝离子则能和硅酸钙中的氢氧化钠反应得到水和氢氧化铝沉淀,达到脱碱的目的,并且这些铝盐和合成硅酸钙不会发生化学反应,不会影响产品的物理性能和化学性能;并且采用铝盐作为脱碱助剂,由于铝盐和氢氧化钠反应所产生的氢氧化铝也是一种优良的造纸填料,因此不会对造纸过程产生负面影响,不用再增加步骤除去产生的氢氧化铝;
本发明的生产方法制备的硅酸钙,孔隙结构发育好,白度高,吸油值大,密度和堆积密度适中,平均粒径在15μm左右,比表面积大,能达到200~600m2/g,并且每吨合成硅酸钙的洗水量可以从原来的15吨下降至10吨以下,并且优选的方案中通过一段碱液废水的重复利用和多段逆流洗涤的方式大大节约了水的用量,实现了水的循环使用,安全环保,产品中的残碱含量由原来的3~5%(以氧化钠计)降低为0.5%以下,完全满足了造纸工业的使用要求。
本发明的制备方法操作简单、灵活,对现有合成硅酸钙合成工艺没有任何影响,也无需增加额外大型设备,只需增加相应助剂的储存和添加装置。同时,本发明可大幅降低合成硅酸钙的洗水消耗量,减少生产过程水的消耗的排放。总的来说,本发明可操作性较强,易于产业化推广采用。
具体实施方式
本发明的目的是提供一种合成高活性、低碱含量硅酸钙的生产方法,通过以下技术方案实现:
一种合成高活性、低碱含量硅酸钙的生产方法,包括以下步骤:
①将石灰乳、水玻璃和水混合,在30~60℃下反应90~120分钟,得到反应液;其中石灰乳、水玻璃和水的质量比为0.75~1.5:1:20~30;所述石灰乳的固含量为150-180g/L;
②一段洗涤脱水:向步骤①所得反应液中加入抗水剂,搅拌均匀,至第一离心机进行脱水至滤饼的固含量为15~45%;步骤①所得反应液和抗水剂的质量比为100:0.1%~0.5%;所述抗水剂为聚丙烯酸酯或三聚氰胺甲醛树脂;
③多段洗涤脱水:将从第一离心机出来的滤饼进入分散罐,向其中加入3~10倍重量的水,重新分散成浆液,然后进行脱水,每次脱水操作后滤饼中固含量均至15~45%,反复操作2~3次,得到低碱滤饼;
④末段洗涤脱水:将步骤③所得低碱滤饼中加入水中分散成浆液,向其中加入脱碱助剂,搅拌分散均匀,然后脱水,干燥,得到高活性、低碱含量硅酸钙;所述脱碱助剂为氯化铝或硫酸铝;其中低碱滤饼、水和脱碱助剂的质量比为1:3~10:0.5~5%。
优选的,步骤①所述的水玻璃先经过以下预处理:将水玻璃加入一段洗涤脱水后的碱液中预处理,预处理后水玻璃溶液的模数为0.2~1.2,浓度以二氧化硅计为15~25g/L;优选的制备方法能够实现脱水废碱液的循环利用,并且处理后的水玻璃能够缩短硅酸钙的合成时间,促进硅酸钙的孔隙生长,合成的硅酸钙比表面积更大;
优选的,步骤①所得石灰乳的步骤为:将生石灰用一段洗涤脱水后的碱液进行消化4~5小时,其中生石灰和一段洗涤脱水后的碱液的质量比为1:5~8;优选的制备方法能够实现脱水废碱液的循环利用,缩短硅酸钙的合成时间,并且废碱液中的残留硅酸钙有利于促进硅酸钙孔隙的生长,得到的硅酸钙的比表面积更大,孔隙结构更好。
优选的,步骤③的多段洗涤脱水步骤中采用逆流洗涤方式,即下一段的离心机出水用于上一段的离心机洗涤;优选的方法能够节约用水,降低整个过程中水的使用量。
优选的,所述脱碱助剂为氯化铝。
优选的,石灰乳、水玻璃和水的质量比为1:1:25。
优选的,步骤①所得反应液和抗水剂的质量比为100:0.3%;所述抗水剂为聚丙烯酸酯。
优选的,多段洗涤脱水中加入的水的温度为30~80℃,高温洗涤更有利于加快吸附在硅酸钙孔径中的氢氧化钠颗粒的溶解。
优选的,末段洗涤脱水中低碱滤饼、水和脱碱助剂的质量比为1:8:1%。
进一步优选的制备方法,包括以下步骤:
①将石灰乳、水玻璃和水混合,在45℃下反应100分钟,得到反应液;其中石灰乳、水玻璃和水的质量比为1:1:25;所述石灰乳的固含量为160g/L;
②一段洗涤脱水:向步骤①所得反应液中加入抗水剂,搅拌均匀,至第一离心机进行脱水至滤饼的固含量为30%;步骤①所得反应液和抗水剂的质量比为100:0.3%;所述抗水剂为聚丙烯酸酯;
脱水得到的碱液可进行以下步骤的重复利用:将水玻璃加入一段洗涤脱水后的碱液中预处理,预处理后水玻璃溶液的模数为0.8,浓度以二氧化硅计为20g/L,然后返回步骤①中形成循环生产;或将生石灰用一段洗涤脱水后的碱液进行消化4小时,其中生石灰和一段洗涤脱水后的碱液的质量比为1:5,得到石灰乳返回步骤①中形成循环生产;
③多段洗涤脱水:将从第一离心机出来的滤饼进入分散罐,向其中加入8倍重量的温度为50℃的水,重新分散成浆液,然后进行脱水,每次脱水操作后滤饼中固含量均至30%,反复操作3次,得到低碱滤饼;本过程的多段洗涤脱水采用逆流洗涤方式,即下一段的离心机出水用于上一段的离心机洗涤;
④末段洗涤脱水:将步骤③所得低碱滤饼中加入水中分散成浆液,向其中加入脱碱助剂,搅拌分散均匀,然后脱水,干燥,得到高活性、低碱含量硅酸钙;所述脱碱助剂为氯化铝;其中低碱滤饼、水和脱碱助剂的质量比为1:8:1%。
本发明的抗水剂如聚丙烯酸酯和三聚氰胺甲醛树脂均为耐碱性疏水高分子聚合物。
本发明实施例的聚丙烯酸酯为山东省寿光市鲁科化工有限责任公司生产的国标工业级聚丙烯酸酯。
本发明实施例的三聚氰胺甲醛树脂为济宁华凯树脂有限公司生产的华凯牌三聚氰胺甲醛树脂。
以下结合具体实施例来对本发明作进一步的描述。
实施例1
一种合成高活性、低碱含量硅酸钙的生产方法,包括以下步骤:
①将75kg石灰乳、100kg水玻璃和2000kg水混合,在30℃下反应90分钟,得到反应液;所述石灰乳的固含量为150g/L;
②一段洗涤脱水:向步骤①所得反应液中加入抗水剂,搅拌均匀,至第一离心机进行脱水至滤饼的固含量为15%;步骤①所得反应液和抗水剂的质量比为100:0.1%;所述抗水剂为聚丙烯酸酯;
③多段洗涤脱水:将从第一离心机出来的滤饼进入分散罐,向其中加入3倍重量的水,重新分散成浆液,然后进行脱水,每次脱水操作后滤饼中固含量均至15%,反复操作2次,得到低碱滤饼;
④末段洗涤脱水:将步骤③所得低碱滤饼中加入水中分散成浆液,向其中加入脱碱助剂,搅拌分散均匀,然后脱水,干燥,得到高活性、低碱含量硅酸钙;所述脱碱助剂为氯化铝或硫酸铝;其中低碱滤饼、水和脱碱助剂的质量比为1:3:0.5%。
实施例2
一种合成高活性、低碱含量硅酸钙的生产方法,包括以下步骤:
①将石灰乳、水玻璃和水混合,在60℃下反应120分钟,得到反应液;其中石灰乳、水玻璃和水的质量比为1.5:1:30;所述石灰乳的固含量为180g/L;
②一段洗涤脱水:向步骤①所得反应液中加入抗水剂,搅拌均匀,至第一离心机进行脱水至滤饼的固含量为45%;步骤①所得反应液和抗水剂的质量比为100:0.5%;所述抗水剂为三聚氰胺甲醛树脂;
③多段洗涤脱水:将从第一离心机出来的滤饼进入分散罐,向其中加入3~10倍重量的水,重新分散成浆液,然后进行脱水,每次脱水操作后滤饼中固含量均至45%,反复操作3次,得到低碱滤饼;
④末段洗涤脱水:将步骤③所得低碱滤饼中加入水中分散成浆液,向其中加入脱碱助剂,搅拌分散均匀,然后脱水,干燥,得到高活性、低碱含量硅酸钙;所述脱碱助剂为硫酸铝;其中低碱滤饼、水和脱碱助剂的质量比为1:10:5%。
实施例3
一种合成高活性、低碱含量硅酸钙的生产方法,包括以下步骤:
①将石灰乳、水玻璃和水混合,在40℃下反应100分钟,得到反应液;其中石灰乳、水玻璃和水的质量比为0.8:1:24;所述石灰乳的固含量为160g/L;
②一段洗涤脱水:向步骤①所得反应液中加入抗水剂,搅拌均匀,至第一离心机进行脱水至滤饼的固含量为30%;步骤①所得反应液和抗水剂的质量比为100:0.2%;所述抗水剂为聚丙烯酸酯;
③多段洗涤脱水:将从第一离心机出来的滤饼进入分散罐,向其中加入6倍重量的水,重新分散成浆液,然后进行脱水,每次脱水操作后滤饼中固含量均至30%,反复操作2次,得到低碱滤饼;
④末段洗涤脱水:将步骤③所得低碱滤饼中加入水中分散成浆液,向其中加入脱碱助剂,搅拌分散均匀,然后脱水,干燥,得到高活性、低碱含量硅酸钙;所述脱碱助剂为聚合氯化铝;其中低碱滤饼、水和脱碱助剂的质量比为1:6:2%。
实施例4
一种合成高活性、低碱含量硅酸钙的生产方法,包括以下步骤:
①将石灰乳、水玻璃和水混合,在45℃下反应110分钟,得到反应液;其中石灰乳、水玻璃和水的质量比为1.2:1:26;所述石灰乳的固含量为170g/L;
②一段洗涤脱水:向步骤①所得反应液中加入抗水剂,搅拌均匀,至第一离心机进行脱水至滤饼的固含量为20%;步骤①所得反应液和抗水剂的质量比为100:0.2%;所述抗水剂为三聚氰胺甲醛树脂;
将水玻璃加入一段洗涤脱水后的碱液中预处理,加入步骤①中形成循环生产,预处理后水玻璃溶液的模数为0.2,浓度以二氧化硅计为15g/L;
将生石灰用一段洗涤脱水后的碱液进行消化4~5小时,加入步骤①中形成循环生产,其中生石灰和一段洗涤脱水后的碱液的质量比为1:5;
③多段洗涤脱水:将从第一离心机出来的滤饼进入分散罐,向其中加入4倍重量的温度为30℃的水,重新分散成浆液,然后进行脱水,每次脱水操作后滤饼中固含量均至30%,反复操作2次,得到低碱滤饼;
④末段洗涤脱水:将步骤③所得低碱滤饼中加入水中分散成浆液,向其中加入脱碱助剂,搅拌分散均匀,然后脱水,干燥,得到高活性、低碱含量硅酸钙;所述脱碱助剂为硫酸铝;其中低碱滤饼、水和脱碱助剂的质量比为1:8:1%。
实施例5
一种合成高活性、低碱含量硅酸钙的生产方法,包括以下步骤:
①将石灰乳、水玻璃和水混合,在50℃下反应110分钟,得到反应液;其中石灰乳、水玻璃和水的质量比为0.8:1:25;所述石灰乳的固含量为170g/L;
②一段洗涤脱水:向步骤①所得反应液中加入抗水剂,搅拌均匀,至第一离心机进行脱水至滤饼的固含量为35%;步骤①所得反应液和抗水剂的质量比为100:0.4%;所述抗水剂为聚丙烯酸酯;
③多段洗涤脱水:将从第一离心机出来的滤饼进入分散罐,向其中加入8倍重量的温度为80℃的水,重新分散成浆液,然后进行脱水,每次脱水操作后滤饼中固含量均至20%,反复操作3次,得到低碱滤饼;本步骤采用逆流洗涤方式,即下一段的离心机出水用于上一段的离心机洗涤;
④末段洗涤脱水:将步骤③所得低碱滤饼中加入水中分散成浆液,向其中加入脱碱助剂,搅拌分散均匀,然后脱水,干燥,得到高活性、低碱含量硅酸钙;所述脱碱助剂为氯化铝;其中低碱滤饼、水和脱碱助剂的质量比为1:7:2%。
实施例6
一种合成高活性、低碱含量硅酸钙的生产方法,包括以下步骤:
①将石灰乳、水玻璃和水混合,在45℃下反应100分钟,得到反应液;其中石灰乳、水玻璃和水的质量比为1:1:25;所述石灰乳的固含量为160g/L;
②一段洗涤脱水:向步骤①所得反应液中加入抗水剂,搅拌均匀,至第一离心机进行脱水至滤饼的固含量为30%;步骤①所得反应液和抗水剂的质量比为100:0.3%;所述抗水剂为聚丙烯酸酯;
脱水得到的碱液可进行以下步骤的重复利用:将水玻璃加入一段洗涤脱水后的碱液中预处理,预处理后水玻璃溶液的模数为0.8,浓度以二氧化硅计为20g/L,然后返回步骤①中形成循环生产;或将生石灰用一段洗涤脱水后的碱液进行消化4小时,其中生石灰和一段洗涤脱水后的碱液的质量比为1:5,得到石灰乳返回步骤①中形成循环生产;
③多段洗涤脱水:将从第一离心机出来的滤饼进入分散罐,向其中加入8倍重量的温度为50℃的水,重新分散成浆液,然后进行脱水,每次脱水操作后滤饼中固含量均至30%,反复操作3次,得到低碱滤饼;本过程的多段洗涤脱水采用逆流洗涤方式,即下一段的离心机出水用于上一段的离心机洗涤;
④末段洗涤脱水:将步骤③所得低碱滤饼中加入水中分散成浆液,向其中加入脱碱助剂,搅拌分散均匀,然后脱水,干燥,得到高活性、低碱含量硅酸钙;所述脱碱助剂为氯化铝;其中低碱滤饼、水和脱碱助剂的质量比为1:8:1%。
对比例
一种合成活性硅酸钙的生产方法,包括以下步骤:
①将石灰乳、水玻璃和水混合,在40℃下反应100分钟,得到反应液;其中石灰乳、水玻璃和水的质量比为0.8:1:24;所述石灰乳的固含量为160g/L;
②多段洗涤脱水:将从第一离心机出来的滤饼进入分散罐,向其中加入6倍重量的水,重新分散成浆液,然后进行脱水,每次脱水操作后滤饼中固含量均至30%,反复操作5次,得到滤饼,将所得滤饼干燥,得到活性硅酸钙;
对实施例1~6和对比例在合成硅酸钙工艺过程中的碱含量及末段浆液的pH值进行测试,结果如表1所示。
表1 实施例1~6合成硅酸钙工艺过程中的碱含量及末段浆液的pH值测试结果
由表1的结果可以看出,采用本发明的生产工艺的实施例1~6一段出料碱含量较对比例下降了近10%,末段出料碱含量(Na2O计)降低到0.5%以下,末段出料pH值降低到11以下,具有良好的效果。
对实施例1~6和对比例的各工艺合成的硅酸钙进行检测,结果如表2所示。
表2 实施例1~6和对比例的各工艺合成的硅酸钙检测数据
|
比表面积m2/g |
蓖麻油吸油值g/100g |
真密度g/cm3 |
堆积密度g/cm3 |
平均粒径μm |
白度 |
实施例1 |
312 |
185 |
1.34 |
0.21 |
15.25 |
99 |
实施例2 |
351 |
194 |
1.35 |
0.22 |
15.46 |
99 |
实施例3 |
346 |
193 |
1.34 |
0.22 |
15.23 |
99 |
实施例4 |
356 |
221 |
1.34 |
0.22 |
15.14 |
100 |
实施例5 |
378 |
228 |
1.36 |
0.23 |
15.10 |
100 |
实施例6 |
375 |
236 |
1.35 |
0.22 |
15.08 |
100 |
对比例 |
246 |
175 |
1.34 |
0.21 |
20.95 |
99 |
由表2的测试结果可以看出,本发明制备工艺得到的硅酸钙比表面积大,吸油值高,密度和堆积密度适中,平均粒径小,白度好,能满足造纸工业和吸附剂产品中的填料要求。