CN109455750A - 一种改性研磨轻钙及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改性研磨轻钙及其制备方法，包括步骤：将石灰石进行煅烧；将石灰进行消化得粗浆；粗浆调浓后除杂得精浆；精浆经过陈化；在精浆中加入复合控制剂；将精浆打入碳化塔中进行碳化，在线检测pH及电导率，判断碳化终点；往碳化完的熟浆中加入另一种还原增白剂；将熟浆过筛除杂，得轻质碳酸钙浆料；浆料经压滤得滤饼；将滤饼、水和分散剂加入分散锅中制得浆料；对分散后的浆料进行研磨，并滴加助磨改性剂；通入窑气进行二次碳化，并调整产品pH值及形态修饰，即得。本发明方法所制得的改性研磨轻钙，具有较高的粒径和较低的粘度，用于造纸涂布颜料，可代替价格昂贵的进口高岭土及煅烧高岭土，降低造纸企业生产成本。

Description

一种改性研磨轻钙及其制备方法
技术领域
本发明涉及造纸技术领域，尤其涉及一种改性研磨轻钙及其制备方法。
背景技术
轻质碳酸钙是造纸工业中最常用的填料之一，用填料替代造纸纤维，可以降低生产成本，另外可以改善纸张的光学性能、印刷性能和外观。轻质碳酸钙除了作为造纸填料外，另一个重要的用途是替代高岭土作为涂料用于涂布纸中，我国的高岭土资源匮乏，品质较差，需要大量的依赖进口，涂布级轻质碳酸钙的应用，可以减少高岭土的用量，降低纸厂的生产成本，同时改善纸张的白度、不透明度、光泽度、平滑度、印刷适性等性能。制备涂布级的轻质碳酸钙通常需要对普通填料轻钙产品进一步的研磨来获得最佳的粒径分布。
制备填料轻钙和涂布轻钙的原料均为石灰石，由于石灰石是一种不可再生的矿产资源，随着轻质碳酸钙在造纸、橡胶、涂料、塑料等行业的大量使用，优质石灰石资源越来越匮乏，加之目前各地的环保压力，很多生产轻质碳酸钙的企业已无法获得高品质的石灰石，因此不得不选择品质较差的石灰石。这一类的石灰石通常具有较低的钙含量和较多的杂质如铁、硅、镁、铝等。铁含量增加会降低产品白度，硅含量增加会导致酸不溶物和磨耗增加，且研磨困难，镁、铝含量增加会导致碳化终点难以到达，同时浆料粘度增加，过筛困难，当研磨制备涂布级轻钙产品时，由于粘度较高，造成研磨困难，而且产品粒径分布较宽，涂布应用效果较差。
CN102502749A公开了一种利用低品位石灰石制备玫瑰形碳酸钙的方法。该发明是利用碳酸钙含量较低的石灰石在长时间煅烧后制备石灰，通过添加晶型控制剂的方法制备玫瑰花状沉淀碳酸钙。该发明中，石灰石煅烧时间长，使用多种增白剂，晶型控制剂使用磷酸铵、柠檬酸脂中的一种或两种，还使用了分散剂，工艺复杂，生产成本较高。
CN105800657A公开了一种玫瑰花状沉淀碳酸钙的制备方法，用中烧石灰与添加了复合型添加剂的消化水按1:5-10的比例消化，然后过60-120目振动筛过滤除渣，制得的氢氧化钙乳液加水稀释后加入晶型控制剂，然后送入反应塔中，通入窑气碳化至pH＜7.5后停止碳化，将沉淀碳酸钙悬浮液经脱水、干燥、粉碎、筛分后得到玫瑰花状沉淀碳酸钙。该发明中，需要添加多种单糖和多糖制备消化用水，精浆中也要加入晶型控制剂。
CN1884085A公开了一种超细轻质碳酸钙的制备方法，该专利采用磷酸酯盐、聚丙烯酸钠、三乙醇胺、焦磷酸钠、多聚磷酸钠或六偏磷酸钠的一种或两种以上作为分散剂在氢氧化钙浆料碳化过程中同时研磨，得到的超细碳酸钙的平均粒径为0.2-2.0μm，其中小于2μm的颗粒占总颗粒数的80-100％。但这种方法得到的浆料固含量较低，且同时通气碳化加研磨操作相对复杂。
因此，寻找新的工艺和方法，减轻杂质对轻质碳酸钙产品质量的影响，改善产品粘度、磨耗、白度等指标具有极其重要的意义。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中的上述缺陷，提供一种改性研磨轻钙及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
本发明提供了一种改性研磨轻钙的制备方法，包括如下步骤：
(1)煅烧：将石灰石进行煅烧后得石灰；
(2)消化：将得到的石灰用热水进行消化，得粗浆；
(3)除杂：粗浆调浓后经过振筛及悬液分离除杂，得精浆；
(4)陈化：精浆经过陈化并降到反应所需温度；
(5)调控：在精浆中加入复合控制剂；
(6)碳化：将精浆打入碳化塔中，搅拌均匀后通入窑气进行碳化，碳化过程中通过在线检测pH及电导率，根据pH及电导率来判断碳化终点；
(7)增白：往碳化完的熟浆中加入另一种还原增白剂；
(8)除杂：将熟浆过筛除杂，得轻质碳酸钙浆料；
(9)压滤：浆料经过压滤机压滤，得滤饼；
(10)分散：将滤饼、水和分散剂加入分散锅中一起进行分散制，得浆料；
(11)研磨：采用多台湿式超细研磨机对分散后的浆料进行研磨，研磨的过程中滴加一种或多种助磨改性剂；
(12)调整：在研磨后的浆料中通入窑气进行二次碳化，并调整产品pH值及形态修饰，最后得到改性研磨轻钙。
进一步地，步骤(1)中所述煅烧工艺条件为：采用自动化机械立式钢窑，石灰石大小为30-60mm，煤石比为75-95kg/T石灰石，煅烧温度控制在950～1050℃之间，煅烧时间15～30h。
进一步地，步骤(2)中所述消化工艺条件为：石灰与水的质量比为1:5-1:7，消化的温度为70-90℃，熟化率≥90％。
进一步地，步骤(3)中所述除杂工艺条件为：将粗浆浓度调整为15％-17％，先经过100目筛，再经过旋液分离器除去杂质后得到精浆。
进一步地，步骤(4)中所述陈化工艺条件为：陈化时间12-24小时，温度35℃-55℃。
进一步地，步骤(5)中所述复合控制剂为六偏磷酸钠、柠檬酸、磷酸中的一种或多种，其添加比例为0.1‰-3‰(相对于折干轻钙)。
进一步地，步骤(6)中所述过筛采用325目方筛除去调控后浆料中的杂质。
进一步地，步骤(6)中所述碳化工艺条件为：窑气浓度为20％-30％，需根据pH及电导率来判断碳化终点。
进一步地，步骤(7)中所述还原增白剂为二氧化硫脲、草酸、草酸钠等其中一种，其添加量为0.1％-0.5％(相对于折干轻钙)。
进一步地，步骤(9)中所述滤饼的含水量30％-35％。
进一步地，步骤(10)中所述浆料浓度为50wt％-70wt％，分散剂为聚丙烯酸钠，分散剂添加量为PCC(轻钙)折干量的0.5％-3％。
进一步地，步骤(11)中所述湿式超细研磨机有效容积为3600L，添加1.8-2.2mm的硅酸锆珠或复合珠；所述助磨改性剂为聚丙烯酸盐、聚丙烯酰胺、聚羧酸盐、多聚磷酸盐类的一种或多种，其滴加用量为PCC PCC(轻钙)折干量的0.5％-3％。
进一步地，步骤(12)中调整所述产品pH值为8-10之间。
本发明的第二个方面是提供一种采用上述方法制备的改性研磨轻钙，其固含量为65％-70％，粒径小于2μm含量＞98％，粘度＜350cP，pH值为8-10。
对比于现有技术，本发明具有的优点和有益效果如下：
(1)本发明方法能够降低杂质对轻质碳酸钙产品质量的影响，改善产品粘度、磨耗、白度等指标；
(2)本发明方法制得的改性研磨轻钙用于造纸涂布颜料，具有较高的粒径和较低的粘度，可代替价格昂贵的进口高岭土及煅烧高岭土，降低造纸企业生产成本；
(3)本发明方法自动化程度高，生产工艺简单、生产成本较低，可以实现工业化生产。
附图说明
图1为实施例1制备的改性研磨轻钙电镜照片；
图2为实施例2制备的改性研磨轻钙电镜照片；
图3为实施例3制备的改性研磨轻钙电镜照片。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明进行详细和具体的介绍，以使更好的理解本发明，但是下述实施例并不限制本发明范围。
实施例1
采用自动化机械立式钢窑，选用大小为30-60mm的石灰石，煤石比为80kg/T石灰石，煅烧温度控制在1000℃之间，煅烧时间25h。将石灰放入80℃的热水中进行消化，其中石灰与水的质量比为1:6。消化后的粗浆加水调整浓度为15％，先经过100目筛，再经过旋液分离器除去杂质后得到精浆。精浆陈化24小时后降温到45℃。加入PCC折干量的0.3％的柠檬酸和PCC折干量的0.3％的六偏磷酸钠作为复合控制剂，搅拌均匀。
将精浆打入碳化塔中通气进行碳化，窑气浓度为30％，碳化过程中连续在线检测pH及电导率,根据pH及电导率来判断碳化终点。往熟浆中加入二氧化硫脲作为还原增白剂，添加量为PCC折干量的0.4％，搅拌均匀。经过325目筛除杂，得到轻质碳酸钙浆料。浆料经过压滤机压滤得到固含量为68％的滤饼，将滤饼、水和分散剂加入分散锅中一起进行分散制得浆料，分散剂采用聚丙烯酸钠，添加量为PCC折干量的1％。
采用两台3600L湿式超细研磨机对分散后的浆料进行研磨，研磨的过程中滴加PCC折干量的0.3％的六偏磷酸钠和PCC折干量的1.5％的聚丙烯酸钠作为助磨改性剂，然后往研磨后的浆料中通入窑气来调整pH，最后得到改性研磨轻钙,检测产品固含量为65％，2μm粒径为98.5％，粘度为290cP,pH为9.7，产品经扫描电镜检测分析如图1所示。
实施例2
采用自动化机械立式钢窑，选用大小为30-60mm的石灰石，煤石比为80kg/T石灰石，煅烧温度控制在1000℃之间，煅烧时间25h。将石灰放入80℃的热水中进行消化，其中石灰与水的质量比为1:6。消化后的粗浆加水调整浓度为15％，先经过100目筛，再经过旋液分离器除去杂质后得到精浆。精浆陈化24小时后降温到45℃。加入PCC折干量的0.3％的柠檬酸和PCC折干量的0.6％的六偏磷酸钠作为复合控制剂，搅拌均匀。
将精浆打入碳化塔中通气进行碳化，窑气浓度为30％，碳化过程中连续在线检测pH及电导率,根据pH及电导率来判断碳化终点。往熟浆中加入二氧化硫脲作为还原增白剂，添加量为PCC折干量的0.4％，搅拌均匀。经过325目筛除杂，得到轻质碳酸钙浆料。浆料经过压滤机压滤得到固含量为66％的滤饼，将滤饼、水和分散剂加入分散锅中一起进行分散制得浆料，分散剂采用聚丙烯酸钠，添加量为PCC折干量的1％。
采用两台3600L湿式超细研磨机对分散后的浆料进行研磨，研磨的过程中滴加PCC折干量的0.4％的六偏磷酸钠和PCC折干量的1.5％的聚丙烯酸钠作为助磨改性剂，然后往研磨后的浆料中通入窑气来调整pH，最后得到改性研磨轻钙检测产品固含量为64％，2μm粒径为98.0％，粘度为305cP,pH为9.5，产品经扫描电镜检测分析如图2所示。
实施例3
采用自动化机械立式钢窑，选用大小为30-60mm的石灰石，煤石比为80kg/T石灰石，煅烧温度控制在1000℃之间，煅烧时间25h。将石灰放入85℃的热水中进行消化，其中石灰与水的质量比为1:6。消化后的粗浆加水调整浓度为15％，先经过100目筛，再经过旋液分离器除去杂质后得到精浆。精浆陈化24小时后降温到45℃。加入PCC折干量的0.3％的磷酸和PCC折干量的0.5％的六偏磷酸钠作为复合控制剂，搅拌均匀。
将精浆打入碳化塔中通气进行碳化，窑气浓度为30％，碳化过程中连续在线检测pH及电导率,根据pH及电导率来判断碳化终点。往熟浆中加入草酸钠作为还原增白剂，添加量为PCC折干量的0.4％，搅拌均匀。经过325目筛除杂，得到轻质碳酸钙浆料。浆料经过压滤机压滤得到固含量为67％的滤饼，将滤饼、水和分散剂加入分散锅中一起进行分散制得浆料，分散剂采用聚丙烯酸钠，添加量为PCC折干量的1％。
采用两台3600L湿式超细研磨机对分散后的浆料进行研磨，研磨的过程中滴加PCC折干量的0.35％的六偏磷酸钠和PCC折干量的1.5％的聚丙烯酸钠作为助磨改性剂，然后往研磨后的浆料中通入窑气来调整pH，最后得到改性研磨轻钙检测产品固含量为65％，2μm粒径为98.2％，粘度为315cP，pH为9.3,产品经扫描电镜检测分析如图3所示。
本发明通过将石灰石煅烧，然后对石灰进行消化、除杂、陈化、调控、碳化、增白、除杂、压滤、分散、研磨、调整等一系列工艺过程，通过在精浆中添加复合控制剂，在熟浆中添加还原增白剂，在分散时添加分散剂，在研磨时添加助磨改性剂，研磨后再次碳化调整pH及形态修饰，最后得到改性研磨轻钙。本发明所制得的改性研磨轻钙具有较高的粒径和较低的粘度，用于造纸涂布颜料，可代替价格昂贵的进口高岭土及煅烧高岭土，降低造纸企业生产成本。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (13)

1.一种改性研磨轻钙的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)煅烧：将石灰石进行煅烧后，得石灰；
(2)消化：将得到的石灰用热水进行消化，得粗浆；
(3)除杂：粗浆调浓后经过振筛及悬液分离除杂，得精浆；
(4)陈化：精浆经过陈化并降到反应所需温度；
(5)调控：在精浆中加入复合控制剂；
(6)碳化：将精浆打入碳化塔中，搅拌均匀后通入窑气进行碳化，碳化过程中通过在线检测pH及电导率，根据pH及电导率来判断碳化终点；
(7)增白：往碳化完的熟浆中加入另一种还原增白剂；
(8)除杂：将熟浆过筛除杂，得轻质碳酸钙浆料；
(9)压滤：浆料经过压滤机压滤，得滤饼；
(10)分散：将滤饼、水和分散剂加入分散锅中一起进行分散制，得浆料；
(11)研磨：采用多台湿式超细研磨机对分散后的浆料进行研磨，研磨的过程中滴加一种或多种助磨改性剂；
(12)调整：在研磨后的浆料中通入窑气进行二次碳化，并调整产品pH值及形态修饰，最后得到改性研磨轻钙。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述煅烧工艺条件为：采用自动化机械立式钢窑，石灰石大小为30-60mm，煤石比为75-95kg/T石灰石，煅烧温度控制在950～1050℃之间，煅烧时间15～30h。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述消化工艺条件为：石灰与水的质量比为1:5-1:7，消化的温度为70-90℃，熟化率≥90％。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述除杂工艺条件为：将粗浆浓度调整为15％-17％，先经过100目筛，再经过旋液分离器除去杂质后得到精浆。
5.根据权利要求1中所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述陈化工艺条件为：陈化时间12-24小时，温度35℃-55℃。
6.根据权利要求1中所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)中所述复合控制剂为六偏磷酸钠、柠檬酸、磷酸中的一种或多种，其添加比例为0.1‰-3‰(相对于折干PCC)。
7.根据权利要求1中所述的制备方法，其特征在于，步骤(6)中所述碳化工艺条件为：窑气浓度为20％-30％，需根据pH及电导率来判断碳化终点。
8.根据权利要求1中所述的制备方法，其特征在于，步骤(7)中所述还原增白剂为二氧化硫脲、草酸、草酸钠等其中一种，其添加量为0.1％-0.5％(相对于折干PCC)。
9.根据权利要求1中所述的制备方法，其特征在于，步骤(9)中所述滤饼的含水量30％-35％。
10.根据权利要求1中所述的制备方法，其特征在于，步骤(10)中所述浆料浓度为50wt％-70wt％，分散剂为聚丙烯酸钠，其添加量为PCC折干量的0.5％-3％。
11.根据权利要求1中所述的制备方法，其特征在于，步骤(11)中所述湿式超细研磨机有效容积为3600L，添加1.8-2.2mm的硅酸锆珠或复合珠；所述助磨改性剂为聚丙烯酸盐、聚丙烯酰胺、聚羧酸盐、多聚磷酸盐类的一种或多种，其滴加用量为PCC折干量的0.5％-3％。
12.根据权利要求1中所述的制备方法，其特征在于，步骤(12)中调整所述产品pH值为8-10之间。
13.一种如权利要求1-12任一项所述方法制备的改性研磨轻钙，其固含量为65％-70％，粒径小于2μm含量＞98％，粘度＜350cP，pH值为8-10。
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