一种对纤维原位合成硅酸钙进行洗涤脱碱的方法技术

本发明专利技术涉及一种对纤维原位合成硅酸钙进行洗涤脱碱的方法，该方法包括静洗：使纤维原位合成硅酸钙浆料与石灰乳进行反应，对反应后静洗浆料用热水逆向洗涤；搅洗：向静洗后的浆料中通入二氧化碳气体，维持搅拌控制反应温度为60～80℃，每立方米所述静洗后的浆料中的通气量5～25L/min，反应后的搅洗浆料使用热水进行逆向洗涤。按照本发明专利技术的方法对原位合成硅酸钙进行洗涤脱碱，操作简单、高效、易行，可将硅酸钙浆料所附着的碱降低到0.5％以下；还能对浆料中的碱进行充分回收以及循环利用，具有较大的推广应用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种对纤维原位合成硅酸钙进行洗涤脱碱的方法，属于造纸

技术介绍
矿物填料在改善成纸性能、降低生产成本与能耗方面的优势使其广泛应用于造纸工业中。传统的矿物填料有沉淀碳酸钙(PrecipitatedCalciumCarbonate，PCC)和研磨碳酸钙(GroundCalciumCarbonate，GCC)等，但传统的矿物填料因密度大、比表面积小、不易与纤维结合等因素，在填料中加填比例一般不超过30％。近年来，以固体废弃物为主要原料，制备环境友好且成本低的造纸填料已经成为了制浆造纸领域的研究热点之一。粉煤灰作为火力发电厂的固体废弃物，排放量很大，例如在我国，预计到2020年，粉煤灰产排量将达5.0亿吨左右，综合利用率低，对环境与人类健康造成了严重危害。因此，提高粉煤灰资源化利用率，对我国乃至世界而言仍是一项重要的任务。在造纸工业中，粉煤灰可以作为一种潜在的造纸填料，但其白度低，粒径大的特点使其应用受到限制。2014年陕西科技大学的宋顺喜所做的博士论文——“多孔硅酸钙填料的造纸特性及其加填纸结构与性能的研究”，以高铝粉煤灰提取氧化铝过程中产生的非晶态氧化硅，制备出一种多孔硅酸钙(FlyAshbasedCalciumSilicate，FACS)作为造纸填料。此外zhangM，SongS，WangJ等发表在《Bioresources》,2013,8(2):2768-2779中的Usinganovelflyashbasedcalciumsilicateapotentialpaperfiller，表明使用该类多孔硅酸钙填料按照传统的加填方式与纤维进行简单的物理混合搅拌，可以将填料的加填比例提高至40％以上。对FACS填料的物化特性、化学组成、表面形貌、成纸性能和印刷适性等方面进行研究发现，该FACS填料与普通填料GCC和PCC相比，具有粒径大、比表面积高、堆积密度低，白度高的特点，这些特点有利于改善成纸松厚度与光学性能，但会导致成纸的施胶性能较差；此外，该FACS填料游离水和结合水含量较高，与纤维表面和纤维分丝交织的空间网络中占位结合能力有限，大量多孔硅酸钙游离于纤维间隙和表面，分散不均匀，结合力较差，降低了成纸强度，也制约了填料的加填比例；此外多孔硅酸钙直接加填进入纸浆后，使得纸张抄纸过程中化学品的消耗量比较大，且浆料脱水困难造成纸张干燥时能耗较高，这就增加了纸张的生产成本。另外，此类多孔硅酸钙产品含水率高达70％左右，运输到造纸厂的运输成本较高。基于上述原因，作为多孔硅酸钙的改进，有进一步研究利用粉煤灰处理后得到粉煤灰脱硅液，在植物纤维的细胞腔和细胞壁上原位合成硅酸钙的相关报道，由于此方法合成硅酸钙的体系中使用了植物纤维，合成的硅酸钙也称“纤维原位合成硅酸钙”。按照上述方法合成的纤维原位合成硅酸钙，作为造纸填料，解决了现有技术中多孔硅酸钙加填到纸浆中存在的分散不均匀、易絮聚、化学品消耗量大、高加填后纸张强度性能下降及填料运输时高成本的技术问题。但是由于现有的原位合成硅酸钙过程中，硅酸钙细小颗粒分布极为广泛，存在于纤维腔壁内和分丝帚化形成的网络空间内的硅酸钙所附着的碱较难通过简单的热水淋洗等方法去除，因此实现纤维原位合成硅酸钙的浆料中残存碱的有效脱除也是影响应用效果的重要因素。进一步地，现有的原位合成硅酸钙过程中脱碱的洗涤方法主要使用热水的逆向洗涤方法(使浆料与洗涤水的逆流接触，实现对浆料的洗涤)，但这种热水的逆向洗涤方法的缺点之一是用水量较大：循环用水的用水量大约是洗涤浆料的6倍水量以上，且脱碱效果较差，只能将硅酸钙的浆料中所附着的碱降低到2～3％，就无法再继续降低；其二有效脱碱效率低：合成体系形成的氢氧化钠由于与浆料具有较好的结合性，与浆料结合后较难脱除，尤其使用热水洗涤的时候不能完全淋洗到浆料各个部位，大量附碱的存在对后续纸张的抄造过程中的化学品体系和白水循环体系有较大影响，甚至造成纸张抄造循环系统的离子垃圾中毒现象。因此如何对纤维原位合成硅酸钙进行有效的脱碱处理，是推广应用纤维原位合成硅酸钙所面临的重大问题。
技术实现思路
本专利技术的目的就是针对上述现有技术存在的不足，提供一种对纤维原位合成硅酸钙进行洗涤脱碱的方法，解决了现有技术中脱碱只能降低到2～3％的瓶颈；作为造纸填料使用，解决了纸浆中大量附碱对纸张的抄造过程中的化学品体系和水循环体系的影响，并且消除了纸张抄造过程中过量的碱进入循环系统，从而造成离子垃圾中毒现象的隐患。本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术提供了一种对纤维原位合成硅酸钙进行洗涤脱碱的方法，该方法包括静洗和搅洗，其中，静洗：使纤维原位合成硅酸钙浆料与石灰乳进行反应，对反应后的静洗浆料用热水进行逆向洗涤，并收集静洗过程的洗涤滤液；搅洗：向静洗后的浆料中通入二氧化碳气体，维持搅拌下进行反应，所述二氧化碳气体的体积浓度≥38％，控制反应温度为60～80℃，使每立方米所述静洗后的浆料中二氧化碳的通气量5～25L/min，反应后的搅洗浆料使用热水进行逆向洗涤，分别收集洗涤脱碱后的纤维原位合成硅酸钙和搅洗过程的洗涤滤液。在本专利技术的具体实施方案中，在所述静洗的过程，所述石灰乳中氧化钙浓度为：150～220g/L，且所述石灰乳基于每千克绝干所述纤维原位合成硅酸钙浆料的用量为：15～50gCaO。进一步地，所述静洗的过程中，维持搅拌下进行反应，控制搅拌速度为100～200rpm，反应时间10～20min。进一步地，所述静洗过程中，使用热水相对于绝干所述纤维原位合成硅酸钙浆料的4～6倍体积，分2-4次进行所述逆向洗涤。所述静洗过程的热水温度为65～85℃进一步地，还包括对所述静洗过程的洗涤滤液进行蒸发和浓缩的过程。静洗过程的洗涤滤液为氢氧化钠溶液，经过收集、蒸发、浓缩，可以作为化工原料使用。根据本专利技术的方法，调整用于所述搅洗的静洗浆料的液固比为L/S＝5～8。在本专利技术的具体实施方案中，所述搅洗的过程中，控制搅拌速度为200～600rpm，反应时间为1～3h。进一步地，所述搅洗的过程中，使用热水相对于绝干所述纤维原位合成硅酸钙浆料的4～6倍体积，分2-4次进行所述逆向洗涤。热水温度为75～85℃。进一步地，还包括对所述搅洗过程的洗涤滤液进行蒸发和浓缩的过程。搅洗过程的洗涤滤液为碳酸钠溶液，经过收集、蒸发、浓缩，可以作为化工原料使用。本专利技术所针对的纤维原位合成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对纤维原位合成硅酸钙进行洗涤脱碱的方法，其特征在于包括静洗和搅洗，其中，静洗：使纤维原位合成硅酸钙浆料与石灰乳进行反应，对反应后的静洗浆料用热水进行逆向洗涤，并收集静洗过程的洗涤滤液；搅洗：向静洗后的浆料中通入二氧化碳气体，维持搅拌下进行反应，所述二氧化碳气体的体积浓度≥38％，控制反应温度为60～80℃，使每立方米所述静洗后的浆料中二氧化碳的通气量5～25L/min，反应后的搅洗浆料使用热水进行逆向洗涤，分别收集洗涤脱碱后的纤维原位合成硅酸钙和搅洗过程的洗涤滤液。

【技术特征摘要】
1.一种对纤维原位合成硅酸钙进行洗涤脱碱的方法，其特征在于包括静
洗和搅洗，其中，静洗：使纤维原位合成硅酸钙浆料与石灰乳进行反应，对
反应后的静洗浆料用热水进行逆向洗涤，并收集静洗过程的洗涤滤液；
搅洗：向静洗后的浆料中通入二氧化碳气体，维持搅拌下进行反应，所
述二氧化碳气体的体积浓度≥38％，控制反应温度为60～80℃，使每立方米
所述静洗后的浆料中二氧化碳的通气量5～25L/min，反应后的搅洗浆料使用
热水进行逆向洗涤，分别收集洗涤脱碱后的纤维原位合成硅酸钙和搅洗过程
的洗涤滤液。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述静洗的过程，所述
石灰乳中氧化钙浓度为：150～220g/L，且所述石灰乳基于每千克绝干所述纤
维原位合成硅酸钙浆料的用量为：15～50gCaO。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述静洗的过程中，维持
搅拌下进行反应，控制搅拌速度为100～200rpm，反应时间10～20min。
4.根据权利要求1-3任...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐鹏，王成海，魏晓芬，陈杨，何路东，
申请(专利权)人：大唐国际发电股份有限公司高铝煤炭资源开发利用研发中心，
类型：发明
国别省市：内蒙古;15