CN1323211C - 造纸矿物复合助留剂及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明分开了一种造纸矿物复合助留剂及其制备方法与应用。其技术方案为：将非金属矿石中的膨润土、方解石、硅灰石、海泡石、凹凸棒土、沸石、滑石和高岭土矿石初选提纯，按比例配合后送入煅烧炉煅烧；煅烧后的混合料进行破碎碾磨为超细粉，其超细粉细度为400-1200目；再加入一定比例的硅灰石针状粉与纤维状海泡石，经搅拌机搅拌均匀制成本发明的造纸矿物复合助留剂，该造纸矿物复合助留剂应用于再生纸的制备中。该造纸矿物复合助留剂不含任何化学物质，具有极强的吸附及替代作用，可减少纸浆原料的投入，替代部分纸浆、降低造纸成本，改善水质，凝聚纸浆废渣减少其废渣排放，利于环境保护，其经济效益及社会效益显著，易于推广实施。

Description

造纸矿物复合助留剂及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及一种助留剂，特别是一种不含化学试剂的造纸矿物复合助留剂及其制备方法以及该造纸矿物复合助留剂的应用。

背景技术

助留剂因其具有留着填料和细微纤维的化学药品作用，是造纸行业必不可少的原材料之一，它能减少纸浆中细纤维的流失，减少原材料消耗，提高纸张质量，因而广泛应用于造纸行业中。但是由于化学品助留剂为液体状，易溶于水，且价格昂贵，用于造纸生产工艺中产生的废水残存有害物质，不能再次利用，导致耗水量大，纸浆成本高以及对环境产生的二次污染，必须要增加投资进行治理，污水处理成本较高，且处理效果不理想。特别是再生纸的制备中，因其要通过其工艺中几道工序的处理，至少会有18％的原料随尾水中排放掉，排放出来便成为杂质，即造成对水质的污染又使原料损耗增加。为了解决上述问题，近年来已经出现了利用非金属矿物材料的独特性能在造纸工业中使用的先例，如利用针状硅灰石、或纤维状海泡石或质地优良的钠基膨润土及钙基膨润土等等，但均为单一矿种在造纸工业中使用的研究，如《中国造纸》2003年第22期公开的“CPAM/膨润润土微粒助留助滤体系的应用研究”等三篇文章中对膨润土作造纸微粒助留剂使用作了阐述；又如1998年第27期《西川造纸》发表的“硅灰石在造纸填料中的应用”；2001年第3期《天津造纸》中发表的“海泡石新原料造纸研究”，这些矿物材料不同程度地对造纸工业废水中的残存物质起到团聚、凝结成块且排出的效果。然而，由于单一矿种自身的特性所限，通常作为填料使用，还要与化学助留剂混合使用，造纸工业中，特别是再生纸生产中的成本及环境污染的治理仍然得不到彻底解决。

发明内容

本发明的目的是提供一种由多种非金属矿物粉体材料复合而成的造纸矿物复合助留剂及其制备方法，以及该复合助留剂的应用，该复合助留剂不含任何化学物质，可以取代化学品助留剂，降低造纸成本，有效地解决了造纸生产中环境污染的治理问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种造纸矿物复合助留剂，其特征在于：它基本上由非金属矿物中的膨润土、方解石、硅灰石、海泡石、凹凸棒土、沸石、滑石和高岭土混合而成，各矿石的重量份数配比为：膨润土5-15份、方解石20-30份、硅灰石10-20份、海泡石10-20份、凹凸棒土5-10份、沸石5-15份、滑石5-10份、高岭土5-10份。

所述膨润土、方解石、硅灰石、凹凸棒土、沸石、滑石、高岭土和海泡石均为粉体材料，其细度为400-1250目。

所述海泡石为纤维状海泡石，所述硅灰石为针状硅灰石，其长度为5-10μm，长径比为20/1。

本发明第二个目的，是提供一种造纸矿物复合助留剂的制备方法，它包括以下工艺步骤：

1)将非金属矿石中的膨润土、方解石、硅灰石、海泡石、凹凸棒土、沸石、滑石和高岭土矿石进行初选，去除杂质，破碎磨细为粉体材料，其细度为400-1250目；

2)取步骤1)中膨润土5-15份、方解石20-30份、凹凸棒土5-10份、沸石5-15份、滑石5-10份和高岭土5-10份的粉体材料按比例混合，送入搅拌机搅拌均匀配制成粉体混合料，其混合配制工艺采用干法工艺配制；

3)将步骤2)的混合物投入至煅烧炉进行煅烧，其煅烧时间为16-24小时；煅烧温度为1000-1200℃；

4)取出步骤3)煅烧后的混合料破碎碾磨为细粉，其细度为400-1200目；

5)在步骤4)混合的超细粉中，按步骤2)配制粉体材料的重量份数比加入硅灰石针状粉10-20份、纤维状海泡石10-20份，经搅拌机搅拌均匀制成所述的造纸矿物复合助留剂。

上述的海泡石为纤维状海泡石，所述硅灰石为针状硅灰石，其长度为5-10μm，长径比为20/1。

本发明第三个目的，是提供一种利用上述的造纸矿物复合助留剂在制备再生纸上的应用。

本发明原料的组合：主要是利用方解石的碳化性、凹凸棒土的吸附性、膨润土的润滑交质性、硅灰石的结构性、海泡石的优化特性及其他矿物组合，构成了复合新材料。

由于该造纸矿物复合助留剂全部采用干法生产，没有水质污染；在整个加工过程中，其破碎系统及其它设备都需加上粉尘处理装置及防潮措施。

由于本发明的造纸矿物复合助留剂为干粉状，作为助留剂加入纸浆中需均匀分布才能最大地发挥其吸附、凝聚、助留作用。因此，用高速搅拌机将其混合物充分搅拌均匀才可以使用。在原设备、工艺不变的情况下，对于具有纸浆搅拌工序的生产线可在纸浆搅拌的过程中投入该造纸矿物复合助留剂，但要适当稀释造纸矿物复合助留剂的浓度，使该造纸矿物复合助留剂的浓度与纸浆浓度相当。对于没有纸浆搅拌工序的生产线可在打浆过程中直接投放。该造纸矿物复合助留剂投放总量须控制在原纸总量的15％以内。

所述的造纸矿物复合助留剂在作用时，必须按比例投放生产流程，使用前需要加水搅拌均匀成糊状后再加入造纸工艺中。

本发明采用以上技术方案，其有益效果如下：

1.利用多种非金属矿物各自所具有的特殊性能，将其组合生产成一种具有综合性能的造纸矿物复合助留剂，如加入的膨润土、沸石、凹凸棒土与方解石等矿物，以极强的吸附作用将纸浆里的细小纤维团聚、助留在纸浆里，既避免了纤维的流失，也减少了纸浆原料的投入，降低了纸浆的消耗；又如加入了纤维状海泡石粉体，高长径比的针状硅灰石粉体，可替代部分纸浆，节约15％以上的纸浆；尤其是在再生纸的生产中，利用该造纸矿物复合助留剂具有的凝聚作用，可将原来必须排放的废渣、污泥及废沙凝聚起来参与造纸过程，进入纸张成分，极大地减少造纸废渣的排放，其废渣不仅不再需要地方填埋，产生二次污染，而且可以进行回用，其配比可占废纸原料的30％左右，既可以进一步降低成本，又减少了生物资源的使用和环境的污染。

2.可使造低尾水的水质得到改善，提高了节水效果

采用本发明的原料制备的造纸矿物复合助留剂，可使造纸尾水里的纤维减少，尾水的降解水中的悬浮物值(SS值)大大降低，化学需氧量(COD值)降低，减少含磷、含氮比例有明显效果；吸附、分解尾水中的臭味；水质得到明显改善后可以反复循环使用，可节约大量的新水，由每吨纸耗水60吨降至每吨纸耗水20吨。

3.改善纸浆的纤维结构，提高纸张质量

该造纸矿物复合助留剂产品具有的增强、抗拉和填充作用，投入到纸浆中，可以改善纸浆的纤维结构，平衡纸张的环压指数和横向抗张力，增加纸张光洁度、平整度，改善白度，提高质量；

4.工艺简单，易于操作，无粉尘污染，成本降低

本发明提供的由多种非金属矿粉体材料混合而成的造纸矿物复合助留剂，全部采用干法生产，没有水质污染；破碎系统全部采用布袋收尘，无粉尘污染，同时以具有吸附、团聚的非金属矿超细粉末替代目前世界通用的化学液体助留剂，实现的无废水、废渣排放，降低了废气的排放，可从根本上解决造纸业的污染治理、减少了废纸的使用量近30％，而且此产品的使用价格大大低于废纸。

附图说明

图1为本发明再生纸造纸工艺流程示意图。

具体实施方式

本发明技术方案的实现由如下具体实施例加以说明

实施例一

采用下述的工艺步骤制备本发明的造纸矿物复合助留剂：

1)按照客户要求选料提纯：将膨润土、方解石、凹凸棒土、沸石、滑石、高岭土进行精选，除去杂质，手工磨细成粉状，其细度分别为膨润土1250目、方解石400目、凹凸棒土800目、沸石800目、滑石400目、高岭土1250目的粉体材料；

2)配制：取步骤1)的粉体材料按比例混合，其中：膨润土15份、方解石20份、凹凸棒土10份、沸石5份、滑石10份、高岭土5份混合后，投入至高速搅拌机中搅拌均匀；

3)煅烧：将步骤2)的混合粉体投入至8*26砖砌窑的煅烧炉进行煅烧，其煅烧时间为24小时；煅烧温度为1000℃；

4)经步骤3)煅烧的物料投入鄂式破碎机内破碎，经雷蒙磨研磨成超细粉体材料，其细度为1200目；

5)在步骤4)超细粉体材料中，按步骤2)配制粉体材料的重量份数比加入长径比为20/1，长度为5μm的针状粉硅灰石20份、纤维状的海泡石10份，与所述的超细粉体材料经搅拌机搅拌均匀成所述的造纸矿物复合助留剂。

上述加工步骤全部干法生产，没有水质污染；破碎系统全部采用布袋收尘，无粉尘污染，同时以具有吸附、团聚的非金属矿超细粉末替代目前世界通用的化学液体助留剂，可从根本上解决造纸业的污染治理、减少了废纸的使用量。

实施例二

制备本发明的造纸矿物复合助留剂，其具体步骤与实施例一基本相同，所不同点在于配料比例、煅烧时间、煅烧温度及粉体的细度要求不同：

其一选配原料，与实施例一基本相同，其不同处在于各矿物的粉磨细度按照客户要求选配：选取膨润土为800目、方解石为1000目、凹凸棒土400目、沸石400目、滑石1250目、高岭土400目的粉体材料；

其二配制，取步骤1)的粉体材料按比例混合，其中：膨润土5份、方解石30份、凹凸棒土5份、沸石15份、滑石5份、高岭土10份混合后，投入至高速搅拌机中搅拌均匀；

其三煅烧时间为16小时；煅烧温度为1200℃；

其四经步骤3)煅烧的物料投入鄂式破碎机内破碎，经雷蒙磨研磨成超细粉体材料混合物，其细度为800目；

其五在步骤4)超细粉体材料中，按步骤2)配制粉体材料的重量份数比加入长径比为20/1，长度为10μm的针状粉硅灰石10份、纤维状的海泡石20份，与所述的超细粉体材料经搅拌机搅拌均匀成复合助留剂。

上述加工步骤同实施例一。

实施例三

制备本发明的造纸矿物复合助留剂，其具体步骤与实施例一基本相同，所不同点在于配料比例、煅烧时间、煅烧温度及粉体的细度要求不同：

其一选配原料，与实施例一基本相同，其不同处在于各矿物的粉磨细度按照客户要求选配：选取膨润土为400目、方解石为1250目、凹凸棒土1000目、沸石1250目、滑石800目、高岭土800目的粉体材料；

其二配制，取步骤1)的粉体材料按比例混合，其中：膨润土10份、方解石25份、凹凸棒土8份、沸石10份、滑石8份、高岭土8份混合后，投入至高速搅拌机中搅拌均匀；

其三煅烧时间为20小时；煅烧温度为1100℃；

其四经步骤3)煅烧的物料投入鄂式破碎机内破碎，经雷蒙磨研磨成超细粉体材料，其细度为4800目；

其五在步骤4)超细粉体材料中，按步骤2)配制粉体材料的重量份数比加入长径比为20/1，长度为8μm的针状粉硅灰石15份、纤维状的海泡石15份，与所述的超细粉体材料经搅拌机搅拌均匀成复合助留剂。

上述加工步骤同实施例一。

实施例四

造纸矿物复合助留剂应用于再生纸的制备，其工艺流程如图1所示。

选取上述实施例一至实施三任一项方法制备的造纸矿物复合助留剂，投入至再生纸生产工艺中。

投料方式依据造纸厂再生纸搅拌工艺的选择而定，一种是推进式搅拌的工艺中，在废纸打浆池中粉碎物料时，将本发明制备的造纸矿物复合助留剂15％直接投入至废纸打浆池中；第二种是在直接搅拌情况下，在二次搅拌浆池内加入本发明制备的造纸矿物复合助留剂15％；上述两种投料方式均要经现有的造纸工艺加工成再生纸，该再生纸的纸张表面平整光滑，均匀度提高，白水中细小纤维少见，质量指标改善较大，再生纸的生产加入该复合助留剂的环压比未加该复合助留剂的环压提高20％以上，耐折拉力提高15％以上，纵向抗压达3.3，断裂长减少18％；再生纸的纸张质量与原纸张质量基本相当，有些还超过了原纸张，使纸张在质量、环保、节料等方面得到改善，如在再生纸工艺中使用该造纸矿物复合助留剂后，造纸尾水中SS值比未投放该复合助留剂前的SS值降低了近50％；COD值比未投放该复合助留剂前的COD值降低了近30％；PH值为7.13，完全满足国家标准。

为了保证入料口在添加本发明的造纸矿物复合助留剂时，能够按比例均匀加入，需要在废纸打浆池或搅拌浆池入料口处安装存放储存器；另外，在废纸打浆池中投入该造纸矿物复合助留剂，生产时不能一次性把污水处理合格，需在排污口做两个浆池以便循环处理，清水回用，沉淀物用泥浆泵抽出泥浆做纸。

将上述复合助留剂用于再生纸的生产中，要求该复合助留剂在纸浆中均匀分布。在原造纸设备、造纸工艺不变的情况下，在纸浆搅拌的过程中投入该复合助留剂，其复合助留剂加水稀释，稀释到近似纸浆的浓度；若没有纸浆搅拌工序的生产线，可以在打浆过程中直接投放，该复合助留剂的投放总量须控制在原纸总量的15％以内。

据不完全统计：全国再生纸生产能力约有1200万吨，产值约为240亿元。如果按11.8％的比例降低成本，全国一年可增加经济效益28.3亿元。矿物新材料按15％的平均添加量计算，仅在再生纸制造上的需用量就是180万吨。按1050元/吨销售价计算，全国可增加GDP18.9亿元，按13％的增值税率计算，国家可多征税收2.46亿元。另外，由于该新材料可采用循环用水，吨纸可节约用水40吨，1200万吨纸可节约用水4.8亿吨，节约水费4.8亿元。如果在新闻纸、书写纸、铜版纸制造行业上也进行推广，该材料的经济效益就更加可观。

一般再生纸的生产比例为1.28吨-1.42吨废纸造一吨成品纸，使用本发明的造纸矿物复合助留剂，按15％的比例添加后废纸消耗量可降低为0.98-1.15吨，即：每造一吨成品纸可减少废纸使用量300公斤，按目前的废纸收购价1000元/吨计算，可节约成本300元。而本发明的造纸矿物复合助留剂与废纸收购价相平，但15％的添加量只要150元，两者相抵，可节约原料投入150元。另：由于本发明的造纸矿物复合助留剂使用的非金属矿物均为干粉，既不存在损耗，又可节约液体助留剂、加工300公斤废纸及尾水处理等诸项费用，这项费用约占综合生产成本的3％左右，绝对值约为54元。生产一吨成品纸可节约成本为11.8％，因而具有显著的经济效益和社会效益，益于推广实施。

Claims (4)

1.一种造纸矿物复合助留剂，其特征在于：它基本上由非金属矿物中的膨润土、方解石、硅灰石、海泡石、凹凸棒土、沸石、滑石和高岭土混合而成，各矿石的重量份数配比为：膨润土5-15份、方解石20-30份、硅灰石10-20份、海泡石10-20份、凹凸棒土5-10份、沸石5-15份、滑石5-10份、高岭土5-10份；所述膨润土、方解石、硅灰石、凹凸棒土、沸石、滑石、高岭土和海泡石均为粉体材料，其细度分别为400-1250目；所述海泡石为纤维状海泡石；所述硅灰石为针状硅灰石，其长度为5-10μm，长径比为20/1；其具体制备步骤如下：

1)将所述膨润土、方解石、硅灰石、海泡石、凹凸棒土、沸石、滑石和高岭土矿石进行初选，去除杂质，破碎磨细为粉体材料，其细度为400-1250目；

2)取步骤1)中膨润土5-15份、方解石20-30份、凹凸棒土5-10份、沸石5-15份、滑石5-10份和高岭土5-10份的粉体材料按比例混合，送入搅拌机搅拌均匀配制成粉体混合料；

3)将步骤2)的混合物投入至煅烧炉进行煅烧，其煅烧时间为16-24小时；煅烧温度为1000-1200℃；

4)取出步骤3)煅烧后的混合料破碎碾磨为超细粉，其超细粉的细度为400-1200目；

5)在步骤4)混合的超细粉中，按步骤2)配制粉体材料的重量份数比加入硅灰石针状粉10-20份、纤维状海泡石10-20份，经搅拌机搅拌均匀制成所述的复合助留剂。

2.一种造纸矿物复合助留剂的制备方法，其特征在于：它包括以下工艺步骤：

1)将非金属矿石中的膨润土、方解石、硅灰石、海泡石、凹凸棒土、沸石、滑石和高岭土矿石进行初选，去除杂质，破碎磨细为粉体材料，其细度为400-1250目；

2)取步骤1)中膨润土5-15份、方解石20-30份、凹凸棒土5-10份、沸石5-15份、滑石5-10份和高岭土5-10份的粉体材料按比例混合，送入搅拌机搅拌均匀配制成粉体混合料；

3)将步骤2)的混合物投入至煅烧炉进行煅烧，其煅烧时间为16-24小时；煅烧温度为1000-1200℃；

4)取出步骤3)煅烧后的混合料破碎碾磨为超细粉，其超细粉的细度为400-1200目；

5)在步骤4)混合的超细粉中，按步骤2)配制粉体材料的重量份数比加入硅灰石针状粉10-20份、纤维状海泡石10-20份，经搅拌机搅拌均匀制成所述的复合助留剂；其中，所述针状硅灰石的长度为5-10μm，长径比为20/1。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤2)所述的配制为干法配制。

4.权利要求2或3所述制备方法制备的造纸矿物复合助留剂在制备再生纸上的应用。