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精制碱回收白泥的制备及其作为造纸填料的研究

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我国的森林资源匮乏,制浆企业还大量使用麦草等草类原料来造纸。草类碱法制浆造纸黑液的处理方式是以碱回收为主,因而导致产生了大量的副产品—白泥。草浆碱回收的白泥由于尘埃杂质多,硅含量高,生成的碳酸钙白度低,粒子匀整性差等问题,至今还没有成熟的回收利用技术,造成了二次环境污染。本文针对白泥回收利用难度大这一问题,对草浆白泥制作填料碳酸钙进行了探索研究。主要研究了草浆绿液的组成成分;对传统的草浆碱苛化工艺进行了分析;研究了草浆碱苛化工艺中生石灰的浓度、苛化反应的温度、绿液的滴加速度、搅拌速度对白泥碳酸钙形貌的影响;并对精制后的草浆白泥碳酸钙进行物理性能检测和加填抄纸检测。通过本课题的研究主要得出以下结论:
　　 麦草浆绿液的主要成分是碳酸钠和氢氧化钠,含量分别为132.33g/L和30.73g/L;杂质的主要成分是二氧化硅及其胶体物质,硅元素含量达到9.26g/L,此外还含有一些金属和非金属离子。硅元素含量高也是麦草浆绿液碱回收白泥不适合用于造纸填料的主要原因之一,因此,对绿液进行自然澄清预处理发现,自然澄清预处理对麦草浆绿液有一定的净化提纯效果,可以有效地去除镁元素,但对于铝和硅元素则只能部分去除。特别是硅元素,只能少部分去除,还达不到绿液苛化精制填料碳酸钙的要求。当对麦草浆绿液进行除硅工艺处理后发现,除硅后绿液中的硅元素含量大幅度减少,由原来在绿液中的5.24%减小到1.67%。这样可以有效的满足后续碱苛化精制填料碳酸钙的需要。
　　 在精制白泥碳酸钙作为造纸填料的研究实验中,发现传统的碱回收苛化工艺并不能很好对白泥碳酸钙的晶型、粒度进行控制,生成的白泥碳酸钙呈无定型状,粒径分布不均匀。当对传统的碱回收苛化工艺进行改进,将消化、苛化反应分开进行:氧化钙先跟水完全反应生成氢氧化钙,然后跟绿液进行苛化反应。当苛化反应条件控制为:氧化钙浓度为20%、苛化反应温度为50℃、绿液滴加速度为0.073ml/s、搅拌器搅拌速度为400rpm时,可以制备出具有针形形貌的白泥碳酸钙。其形貌均一,纵横比较大,粒子分散性好,粒径较为均匀。并通过XRD检测,确定其为针形碳酸钙。
　　 对精制的针形白泥碳酸钙进行物理性能检测,并与商品碳酸钙和传统草浆白泥对比。实验结果发现:白度方面,商品碳酸钙为92.81%ISO,针形白泥碳酸钙为90.89%ISO,比传统草浆白泥的84.44%ISO增加了7.4%;粒径方面,商品碳酸钙平均粒径为5.31μm,针形白泥碳酸钙平均粒径为6.64μm,相对于传统草浆白泥平均粒径的12.66μm,减小了47.6%;比表面积方面,商品碳酸钙比表面积为520.65m2/kg,针形白泥碳酸钙达到818.25m2/kg,相比传统草浆白泥的188.30m2/kg提高了3.35倍;吸油值方面,商品碳酸钙为0.890g/g,针形白泥碳酸钙为1.308g/g,相对于传统草浆白泥0.672g/g提高了94.6%;沉降体积方面,商品碳酸钙为8.0mL/(10g·24h),针形白泥碳酸钙为3.2mL/(10g·24h),,相对于传统草浆白泥的8.8mL/(10g·24h)降低了63.6%。
　　 将精制的草浆白泥碳酸钙进行加填抄纸,并与商品碳酸钙、传统草浆白泥的加填效果对比。实验结果发现:在施胶度方面,传统草浆白泥加填纸的Cobb值太大,完全没有抗水效果,而精制的草浆白泥加填纸抗水效果提高明显,施胶度达到了商品碳酸钙的施胶效果;在纸张光学性质方面,针形白泥碳酸钙优势明显,在加填量相同情况下,针形白泥碳酸钙加填纸的白度比传统草浆白泥加填纸增大了6.0%,跟商品碳酸钙白度相当。针形白泥碳酸钙加填纸的不透明度比传统草浆白泥增大了3.8%,比商品碳酸钙增加了1.4%;纸张物理强度方面,针形白泥碳酸钙加填纸的抗张强度、耐破度和撕裂度都与商品碳酸钙相差不大,但对于传统草浆白泥加填纸相比,都有不同程度的提高。

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