專利名稱：制備紡錘晶形堿回收白泥的方法
技術領域：
本發明涉及一種制備紡錘晶形堿回收白泥的方法，屬于堿回收白泥綜合利用技術領域，制備的紡錘晶形堿回收白泥，適合作為中高檔文化紙的無機填料用。
背景技術：
白泥是堿回收苛化反應過程中由綠液(主要成分Na2Co3)和生石灰(主要成分CaO) 進行消化和苛化反應后生成的固體沉淀物(主要成分是CaCo3),也稱為堿回收白泥，是一種固體廢棄物，屬于高堿的二次污染物。國內外以木材為原料的大型制漿造紙企業均采用石灰窯煅燒法使堿回收白泥再生生石灰，在苛化中循環使用。然而以非木材纖維為原料的制漿造紙企業，其白泥對堿回收有嚴重的硅干擾，不易采取煅燒法回用，此外，煅燒法能耗高， 設備投資大，生產成本高，只適用于大型制漿造紙企業。我國絕大多數造紙企業對堿回收白泥進行填埋或堆放，有些選擇排入江河，造成環境污染，同時還得支付巨額的排污費，增加了企業生產成本，而且造成資源的浪費。
據國內外文獻報道，堿回收白泥的用途之一是可以作為造紙用無機填料，既解決了白泥的污染環境的問題，又可為造紙工業提供了填料原料，滿足造紙填料市場的需要，達到變廢為寶的效果。堿回收白泥的生產成本約為商品輕質碳酸鈣的1/3，回用作造紙填料具有非常可觀的經濟效益。
現有技術中，由于堿回收白泥的晶形為無定形或立方體形，而不是商品輕質碳酸鈣(PCC)的紡錘晶形結構。用它作文化用紙填料時，存在留著率低，光學性能差和物理性能不佳等問題。
用作造紙填料且質量接近商品紡錘形PCC水平是堿回收白泥精制技術的發展方向。近年來，我國數家造紙企業將堿回收白泥回用于造紙生產線，回用的堿回收白泥是進行研磨解絮等后續處理制備的。我國堿回收白泥的晶形多為無定形結構，少部分也有立方體的，與商品PCC的紡錘形聚集體差別很大，造成其留著、濾水性能和應用性能比較差，這嚴重制約了造紙廢棄物-堿回收白泥處理的技術進步和應用推廣進程。
因此，如何制備具有紡錘晶形結構的堿回收白泥，是造紙業界工程技術人員亟待開發研究的課題。
近些年來，我國造紙業界工程技術人員對堿回收白泥的處理及其利用做了大量的研究開發工作，但主要集中于白泥的后續處理，如洗滌、脫堿、研磨解絮和脫水干燥等方面， 而在晶形控制方面鮮有涉及，由下述專利文獻予以披露1、中國發明專利公開(公告)號101700901A，公開(公告)日2010年5月05日《一種利用造紙工業堿回收白泥制備輕質碳酸鈣的新方法》說明書披露了其技術方案采用四段苛化和溢流苛化反應的方式，在第三段和第四段苛化反應中加入晶體控制劑，該晶體控制劑改變了碳酸鈣晶格常數，使晶體直徑和類型可到達人為設定的要求，制成的輕質碳酸鈣晶體粒度均勻，拋棄了研磨技術。
但此方法存在的不足之處是①、工藝步驟較復雜，②、未描述所用晶形控制劑，難于實施；③未描述所用晶形控制劑和所制備輕質碳酸鈣的具體晶形，因為碳酸鈣晶形有十多種，無定形、球形、針形、棒狀、鏈狀、紡錘形和立方體等，而且晶形是碳酸鈣性能的關鍵性指標，不同晶形的輕質碳酸鈣性能差異很大，應用性能和效果不同。
2、中國發明專利公開(公告)號102303885A，公開(公告)日2012年1月04日《一種草類制漿堿回收綠液精制白泥碳酸鈣的方法》說明書公開了堿回收綠液精制白泥碳酸鈣的方法，采用清水消化生石灰，將消化反應和苛化反應分開控制，控制物料比例、反應溫度和攪拌轉速，所制備的碳酸鈣為針形。
其不足之處該發明中未提及反應時間這個重要的反應因素；制備過程中未添加晶形控制劑；所制備碳酸鈣的晶形為針形。發明內容
本發明的目的，旨針對上述現有技術存在的不足之處，提出一種制備紡錘晶形堿回收白泥的方法，該方法制備的紡錘晶形堿回收白泥，其質量水平接近商品PCC的質量水平，其晶形規整、白度高和PH穩定，能夠滿足中高檔文化紙填料的需要。
為實現本發明目的，所采用的技術方案是一種制備紡錘晶形堿回收白泥的方法，包括消化苛化工藝和白泥精制碳酸鈣，其特征在于所述紡錘晶形堿回收白泥，其制備方法包括以下步驟一)、原料組成，二)、消化工藝， 三)、苛化工藝，四)、晶形控制，五)、白泥的分離與洗滌，六)、白泥中殘留CaO的處理，具體操作如下一)、原料組成和裝置原料組成①、綠液，為澄清綠液，綠液總堿8(Tl45g/l，以NaOH計，綠液硫化堿3 12g/l，以NaOH 計，其中占綠液總量的309Γ100%綠液用來消化生石灰，另一部分余下的(Γ70%綠液用來參與苛化反應，②、生石灰；CaO含量>60%，③、晶形控制劑磷酸、檸檬酸鈉、蔗糖與檸檬酸中的一種或者多種的混合，④、(X)2工業液態CO2,或凈化后的煙道氣；裝置裝有攪拌器、溫度計和滴液漏斗的反應罐；二)、消化工藝在裝有攪拌器、溫度計和滴液漏斗的反應罐中，注入309Γ100%澄清綠液，避免使用清水消化生石灰所帶來的堿回收白液濃度的降低，在攪拌速度5(T600rpm，反應時間 5mirT60min，溫度65°C 100°C下，制得石灰乳，備用；三)、苛化工藝將石灰乳與余下的(Γ70%澄清綠液大量綠液在反應罐中混合進行苛化反應，攪拌速度 30(Tl000rpm，苛化溫度80°C 100°C，反應時間90mirT200min，制得堿回收白泥懸浮液；四)、添加晶形控制劑分別在消化工段和苛化工段單獨或同時添加晶形控制劑，所述晶形控制劑為磷酸、檸檬酸鈉、蔗糖與檸檬酸中的一種或者多種的混合組合，用量為(Γ5. 0%，對所用綠液理論制備的碳酸鈣質量；五)、白泥的分離與洗滌將苛化的反應產物通過預掛過濾機或者真空洗渣機來實現白泥和白液的分離以及進行白泥的洗滌，所得白液回用作為制漿車間的蒸煮藥液。洗滌后的白泥加水制備堿回收白泥懸浮液；六)、降低制備堿回收白泥的殘留CaO向所制備的堿回收白泥懸浮液中通入工業液態CO2，或凈化后的煙道氣，調整pH至 8. 5、. 5，過325目篩，即制得具有紡錘晶形結構的堿回收白泥產品。
優點和有益效果與現有技術相比，本發明的方法具有操作簡單，易于實施，成本低的優點。
有益效果1、其顆粒形態呈紡錘晶形結構，與商品PCC的紡錘形聚集體差別小，從而提高了堿回收白泥的性能。2、作為造紙填料，應用于文化用紙中，紙頁中留著率與商品 PCC相當，濾水性能良好，滿足高檔文化用紙用填料的性能需求。3、該技術將提升堿回收白泥的品質和應用性能，促進堿回收白泥的綜合利用技術，有助于造紙工業的可持續發展，并實現了節能減排的目的。
圖1是本發明方法的工業流程示意圖；圖2和圖3分別是常規堿回收白泥的無定形粒子、商品PCC的紡錘晶形結構粒子的電子顯微鏡圖片；圖4和圖5是本發明所制備的紡錘晶形結構的堿回收白泥的電子顯微鏡圖片。
實施方式下面結合實施例對本發明作進一步描述，但本發明的實施方式不限于此。
實施例1請參見圖1，一種制備紡錘晶形堿回收白泥的方法，將170g生石灰和以NaOH計的300g 澄清綠液，緩慢地注入裝有攪拌器、溫度計和滴液漏斗的反應罐中進行混合，在反應溫度 70°C，反應時間為30min，攪拌速度300rpm條件下，進行生石灰的消化制得石灰乳，然后將石灰乳與以NaOH計的700g澄清綠液，慢慢地混合，在消化工段工段中別單獨加添晶形控制劑，所述晶形控制劑磷酸、檸檬酸鈉、蔗糖與檸檬酸的一種或多種的混合組合，均購自天津江天化工技術有限公司，本實施例選用1. Og磷酸與4. 2g檸檬酸鈉作為晶形控制劑，控制苛化溫度98°C，攪拌速度400rpm，反應時間120min，白泥經過濾和清水洗滌實現白泥和白液的分離，分離的白液送至制漿車間，洗滌后的白泥制得白泥懸浮液，而后向白泥懸浮液中通入工業液態CO2,或凈化后的煙道氣，調整pH至8. 5^9. 5，本實施例設計8. 5，過325目篩，即為如圖4和圖5所示的紡錘晶形堿回收白泥產品，貯存，而后送至造紙車間作造紙填料用。
實施例2一種制備紡錘晶形堿回收白泥的方法，其操作步驟相同于實施例1，只是晶形控制劑同時添加在消化和苛化工段中，生石灰200g，以NaOH計的澄清綠液的用量為200g和850g，本實施例添加的晶形控制劑選用檸檬酸鈉，用量為4. 0g，反應溫度控制在80°C，反應時間為 50min,攪拌速度200rpm條件下，進行生石灰的消化制得石灰乳，然后將石灰乳與300g澄清綠液，以NaOH計，慢慢地混合，添加上述晶形控制劑，用量1. 6g，控制苛化溫度98°C，攪拌速度400rpm，反應時間150min，制得白泥懸浮液，而后向白泥懸浮液中通入工業液態CO2,或凈化后的煙道氣調整PH至8. 5，過325目篩，即為如圖4和圖5所示的紡錘晶形堿回收白泥產品，貯存，而后送至造紙車間作造紙填料用。實施例3
一種制備紡錘晶形堿回收白泥的方法，其操作步驟相同于實施例2，晶形控制劑同時添加在消化和苛化工段中，生石灰200g，以NaOH計的澄清綠液的用量550g，本實施例添加的晶形控制劑選用1. Og磷酸、2. Og檸檬酸鈉和1. 2g檸檬酸，反應溫度控制在85°C，反應時間為50min，攪拌速度400rpm條件下，進行生石灰的消化制得石灰乳，然后將石灰乳與 600g澄清綠液，以NaOH計，慢慢地混合，添加1. 6g檸檬酸鈉，控制苛化溫度98°C，攪拌速度 500rpm,反應時間90min，制得白泥懸浮液，而后向白泥懸浮液中通入工業液態CO2,或凈化后的煙道氣，調整PH至8. 5，過325目篩，即為如圖4和圖5所示的紡錘晶形堿回收白泥產品，貯存，而后送至造紙車間作造紙填料用。實施例4
一種制備紡錘晶形堿回收白泥的方法，其操作步驟相同于實施例1，只是晶形控制劑單獨添加在消化工段中，生石灰170g，澄清綠液的用量為500g，以NaOH計，反應溫度控制在 850C，反應時間為20min，攪拌速度300rpm條件下，進行生石灰的消化制得石灰乳，然后將石灰乳與以NaOH計的500g澄清綠液慢慢地混合，本實施例添加的晶形控制劑選用0. 5g磷酸和0. 8檸檬酸鈉，控制苛化溫度99°C，攪拌速度400rpm，反應時間120min，制得白泥懸浮液，而后向白泥懸浮液中通入工業液態CO2，或凈化后的煙道氣，調整pH至8. 5，過325目篩， 即為如圖4和圖5所示的紡錘晶形堿回收白泥產品，貯存，而后送至造紙車間作造紙填料用。實施例5
一種制備紡錘晶形堿回收白泥的方法，其操作步驟相同于實施例2，只是晶形控制劑同時添加在消化和苛化工段中，生石灰150g和以NaOH計的澄清綠液的用量650g，本實施例添加的晶形控制劑選用0. 5g磷酸、0. 2蔗糖和1. 5g檸檬酸鈉，反應溫度控制在80°C，反應時間為50min，攪拌速度200rpm條件下，進行生石灰的消化制得石灰乳，然后將石灰乳與以NaOH計的300g澄清綠液慢慢地混合，控制苛化溫度98 °C，攪拌速度400rpm，反應時間 ISOmin,制得白泥懸浮液，而后向白泥懸浮液中通入工業液態CO2,或凈化后的煙道氣，調整 PH至8. 5，過325目篩，即為如圖4和圖5所示的紡錘晶形堿回收白泥產品，貯存，而后送至造紙車間作造紙填料用。實施例6
一種制備紡錘晶形堿回收白泥的方法，其操作步驟相同于實施例2，只是晶形控制劑同時添加在消化和苛化工段中，生石灰200g，以NaOH計的650g澄清綠液，添加的晶形控制劑選用0. 6g磷酸和0. 9g檸檬酸鈉，反應溫度控制在65°C，反應時為40min，攪拌速度200rpm 條件下，進行生石灰的消化制得石灰乳，然后將石灰乳與500g澄清綠液慢慢地混合，添加 0. 4g磷酸和1. Og檸檬酸鈉，控制苛化溫度98°C，攪拌速度470rpm，反應時間120min，制得白泥懸浮液，而后向白泥懸浮液中通入工業液態CO2,或凈化后的煙道氣，調整PH至8. 5，過 325目篩，即為如圖4和圖5所示的紡錘晶形堿回收白泥產品，貯存，而后送至造紙車間作造紙填料用。采用本發明方法制備的紡錘晶形堿回收白泥，其主要指標如表1所示。表 權利要求
1.一種制備紡錘晶形堿回收白泥的方法，包括消化苛化工藝和白泥精制碳酸鈣，其特征在于所述紡錘晶形堿回收白泥，其制備方法包括以下步驟一)、原料組成，二 )、消化工藝，三)、苛化工藝，四)、晶形控制，五)、白泥的分離與洗滌，六)、白泥中殘留CaO的處理，具體操作如下一)、原料組成和裝置原料組成①、綠液，為澄清綠液，綠液總堿8(Tl45g/l，以NaOH計，綠液硫化堿3 12g/l，以NaOH計，其中占綠液總量的309Γ100%綠液用來消化生石灰，另一部分余下的(Γ70%綠液用來參與苛化反應；②、生石灰；CaO含量>60%，③、晶形控制劑磷酸、檸檬酸鈉、蔗糖與檸檬酸中的一種或者多種的混合組合；④、液態(X)2工業液態CO2;或凈化后的煙道氣；裝置裝有攪拌器、溫度計和滴液漏斗的反應罐；二)、消化工藝在裝有攪拌器、溫度計和漏斗的反應罐中，注入309Γ100%澄清綠液，避免使用清水消化生石灰所帶來的堿回收白液濃度的降低，在攪拌速度5(T600rpm，反應時間5mirT60min，溫度65°C 100°C下，制得石灰乳，備用；三)、苛化工藝將石灰乳與余下的(Γ70%澄清綠液大量綠液在反應罐中混合進行苛化反應，攪拌速度30(Tl000rpm，苛化溫度80°C 100°C，反應時間90mirT200min，制得堿回收白泥懸浮液；四)、添加晶形控制劑分別在消化工段和苛化工段單獨或同時添加晶形控制劑，所述晶形控制劑為磷酸、檸檬酸鈉、蔗糖與檸檬酸中的一種或者多種的混合組合，用量為(Γ5. 0%，對所用綠液理論制備的碳酸鈣質量；五)、白泥的分離與洗滌將苛化的反應產物通過預掛過濾機或者真空洗渣機來實現白泥和白液的分離以及進行白泥的洗滌，所得白液回用作為制漿車間的蒸煮藥液，洗滌后的白泥加水制備堿回收白泥懸浮液；六)、降低制備堿回收白泥的殘留CaO向所制備的堿回收白泥懸浮液中通入工業液態CO2，或通入凈化后的煙道氣，調整pH至8. 5、. 5，過325目篩，即制得具有紡錘晶形結構的堿回收白泥產品。
2.根據權利要求1所述的制備紡錘晶形堿回收白泥的方法，其特征在于所述的方法為非木材制漿條件下的制備紡錘晶形堿回收白泥的方法，同樣適用于木材制漿條件下的紡錘晶形堿回收白泥的制備。
全文摘要
本發明公開了制備紡錘晶形堿回收白泥的方法，通過將消化反應和苛化反應分開控制，綠液分成兩部分，分別進行消化反應和苛化反應，通過原料質量選擇、優化消化和苛化反應工藝，優選晶形控制劑及合理使用，獲得紡錘晶形的堿回收白泥，提升了白泥的性能和品質，可滿足中高檔文化紙對填料性能的要求。本發明既解決了白泥的污染環境的問題，又可為造紙工業提供填料原料，滿足造紙填料市場的需要，達到變廢為寶的效果，且具有非常可觀的經濟效益。此外，本發明促進堿回收白泥的綜合利用技術，有助于造紙工業的可持續發展。
文檔編號C01F11/18GK102561086SQ20121004413
公開日2012年7月11日 申請日期2012年2月24日 優先權日2012年2月24日
發明者危鵬, 楊傲林, 王 忠, 王進, 陳金山, 高以宸 申請人:天津科技大學