1 前言
（中国粉体技术网/班建伟）造纸工业是以纤维为原料的化学加工工业。在造纸工业的原料结构中, 填料(含颜料)的用量仅次于纤维, 是位居第二位的重要原料。常用的填料有滑石粉、高岭土、碳酸钙、钛白粉等。我国有丰富的石灰石资源, 其中可用于生产造纸用超细碳酸钙的高质量方解石矿资源分布广泛, 已探明工业储量超过5亿t。随着世界性造纸工业酸性抄纸向中碱性抄纸变革以及纸张向低定量高挡化发展, 碳酸钙在造纸工业中的应用有着广阔的前景。
2 填料在造纸工业中的作用和地位
造纸工业的产品(纸和纸板)有相当大的比重是为下游行业印刷、包装等产业服务的, 为了书写、印刷、包装等需要, 对纸和纸板的匀度、平滑度、白度、不透明度、印刷适性、尺寸稳定性等方面都有着特殊的要求, 通常在抄纸时都需要使用填料, 为了满足更高层次的要求, 还可以通过在原纸表面涂敷一层含有白色颜料的涂料, 从而达到更高的性能指标。同时, 由于常用填料与颜料的价格远低于纸浆的价格, 因此, 有效地使用填料不仅可以节约宝贵的纤维原料) ) ) 纸浆, 而且可以显著降低造纸成本, 并在低成本下获得更好的纸质。可以毫不夸张地说,离开了填料就没有各种高档纸, 纸和纸板生产的经济性也将深受影响。
3 造纸工业填料的后起之秀- 碳酸钙
随着世界范围的酸性造纸向中性和碱性造纸的变革, 对碳酸钙在造纸工业中的应用带来了生机。碳酸钙作为造纸填料具有如下优点: ①白度高; ②松厚性; ③耐久性; ④透气性; ⑤可作为二氧化钛的补充剂; ⑥磨蚀性低; ⑦增进柔软性; ⑧提高油墨吸收性能; ⑨对紫外线吸收性低; ⑩能控制燃烧性。其次在碱性抄纸时, 碳酸钙作为一种碱性填料, 它具有pH 值缓冲作用, 使湿部的pH 值自然地稳定在7.5-8.0, 这正是碱性施胶剂施胶的最佳pH 值。
而碳酸钙用量的剧增主要有两方面原因: 一是由于碱性造纸的发展使碳酸钙填料在造纸湿部的大量应用成为可能, 另一个原因是20 世纪70年代起细磨碳酸钙和超细碳酸钙的发展, 使天然碳酸钙粒子细度能使纸张涂层光泽度等于或超过沉淀碳酸钙, 致使细磨碳酸钙在涂布纸上的使用量急剧增加。研磨碳酸钙与高岭土相比最大的优势是成本低; 其二是对涂布胶粘剂需要量少, 可节约胶粘剂费用; 其三是研磨碳酸钙有良好的流变性, 涂料可以做到高固含量, 有利于节省造纸机烘干部能耗。
据报道, 到上世纪末, 世界沉淀碳酸钙的产量在过去10年里已增加4 倍, 其中36% 是由碳酸钙生产厂家生产的, 而另外64% 由纸厂利用烟道气的二氧化碳自行生产, 由于加工及运输费用的节省, 现场生产沉淀碳酸钙可使成本降低50% 。在我国, 随着外商投资的一批大型、特大型造纸厂在沿海一带建成投产, 其先进的碱性施胶工艺以及对原纸的涂布加工, 标志着我国造纸用碳酸钙应用的新里程碑。
4 从造纸的角度看碳酸钙填料
造纸工业使用的碳酸钙按其加工工艺不同可分为两大类, 一类是经化学加工而成的沉淀碳酸钙(简称PCC )。沉淀碳酸钙用于造纸填料所表现的特性。可概括于表1。生厂中使用AKD 和ASA 碱性施胶剂施胶的纸张所采用的填料主要就是PCC。
另一类是天然石灰石经研磨成特定细度的重质碳酸钙, 造纸工业上又称研磨碳酸钙(简称GCC ) , GCC产品的技术指标包括平均粒径、白度、吸油性等, 其中粒度和粒度分布是GCC 最重要的技术指标。如果按粒径大小来分类, GCC 可分为三类: 超细磨碳酸钙(UFGCC) , 平均粒径为0.5-0. 9Lm; 细磨碳酸钙(FGCC), 平均粒径为1-3Lm, 粗磨碳酸钙(GCC), 平均粒径大于3Lm。
超细磨碳酸钙主要作为颜料用于纸张表面涂布, 细磨碳酸钙主要在中性或碱性抄纸时用作填料。粗磨碳酸钙作为填料使用通常被认为对纸机磨损太大, 但国内也曾有人作过粗磨碳酸钙加填应用于松香和硫酸铝酸性施胶体系的生产性实验并提出胶版印刷纸的加填宜选择平均粒径为10-15Lm, 通过325目筛网占99.9% 以上的粗磨碳酸钙(这种产品的吸油量为40-42mL/100g) , 认为过细的粒度会增加填料的加工费用, 也不利于填料留着率的提高, PCC 和GCC 两种不同类型的碳酸钙作为填料使用在造纸工业抄纸过程中的优缺点见表2。
除此之外, 造纸厂的生产经验表明:随着应用碳酸钙使造纸机系统的洁净度大为提高。同时也降低了对泵、管道、网以及其它设备部件的腐蚀。另在酸性抄纸系统中, 为要获得良好的施胶效果, 往往加入过量的松香和明矾, 这样也就带来了生产中常发生可溶性盐类聚集、沉积障碍问题, 而对抄纸白水系统, 则还需要控制pH 值, 这些都增加了工艺控制的复杂性。而应用碳酸钙加填之后, 在中性/碱性系统( pH7.5-8.0) , 即可避免以上问题的发生, 使抄纸机白水系统无须控制pH 值, 降低了造纸厂的排放量, 易于实现白水系统的封闭循环。这是碳酸钙益趋重要的优点。
 因此也大大地降低了磨盘及其它湿部设备的磨耗。其次对碱性施胶的浆料来说, 若叩解至相等的游离度水平, 则其精磨所耗动力较低, 这也意味着具有一定的节能效果。可是如果在一个造纸厂, 不是所有的机台都投入采用碳酸钙加填运转的。则对酸、碱性不同系统的白水需要采取分流的办法, 是最突出的问题。为解决这一矛盾, 通常是在机台间安装最低限量阀控制酸性白水, 以达到最佳回用白水的目的。
5 碳酸钙质量浓度的控制
虽然碳酸钙作为填料具有很多优点, 但是在生产过程中还必须对其加入量进行严格地控制。
5.1 实验室测定碳酸钙质量浓度的基本方法
吸取5mL试样于250mL 锥形瓶中, 加入2-3滴甲基橙指示剂, 由滴定管中加入过量的盐酸标准溶液C=0.5moL /L, 置于电炉上加热煮沸, 待冷却后, 以氢氧化钠标准溶液C=0.5moL /L中和过量的盐酸标准溶液。反应式为:
5. 2 碳酸钙溶液质量浓度与比重之间的关系
由于上述方法费时费力, 不利于直接指导生产,因此, 我们想到了找出碳酸钙溶液质量浓度和碳酸钙溶液比重(以波美度bBec表示）之间的关系。通过试验我们发现, 当碳酸钙溶液的比重在4.0 -12.0bBec时, 碳酸钙溶液质量浓度和碳酸钙溶液比重呈线性关系, 当碳酸钙溶液比重小于4.0bBec时,二者之间的关系偏离线性关系, 如附图所示。在生产过程中, 对于不同纸的质量要求, 我们一般控制碳酸钙溶液的比重在6.0-10.0bB ec。所以如附图所示, 碳酸钙溶液质量浓度和碳酸钙溶液比重之间的线性关系完全适用于生产。根据附图, 将碳酸钙溶液比重和碳酸钙溶液质量浓度列表4如下:
5. 3 实际应用
在实验室测得碳酸钙比重之后, 对照上表就可直接查出相对应的碳酸钙质量浓度数值。而实验室测定碳酸钙比重的方法是: 取溶解池(槽)代表性试样于500mL玻璃量筒中, 马上插入波美计。注意波美计不能碰到量筒壁上, 以免引起测量误差, 待波美计稳定时立即计数, 然后对照表4, 便可查出碳酸钙质量浓度数值。这样就可及时、准确、有效地适用于指导生产, 达到控制碳酸钙加入量的目的, 稳定了生产工艺控制。
►欢迎进入【粉体论坛】
|
