一種纖維原位硅酸鈣紙漿的制備方法及硅酸鈣高填料紙漿的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種填料加填技術，特別涉及一種纖維原位硅酸鈣紙漿的制備方法及 硅酸鈣高填料紙漿。
【背景技術】
[0002] 我國是世界第一燃煤大國，燃煤電廠產生的粉煤灰隨著電力工業迅速發展，粉煤 灰的年排放量急劇增加，預計到2020年，粉煤灰產排量將達5. 0億噸左右，這給我國的國民 經濟及環境保護造成了巨大壓力。
[0003]目前，紙張主要由植物纖維和礦物填料構成，傳統的礦物填料如重鈣、輕鈣和滑石 粉等，但傳統的礦物填料因密度大、比表面積小、不易與纖維結合等因素，在紙漿中加填比 例一般不超過30%，相關試驗研宄表明將粉煤灰中非晶態Si02化學提取轉化成超細輕質 多孔的硅酸鹽礦物填料時，可以在紙張中的填加量可達40 %~50 %，但是由于是將硅酸鈣 合成后按照傳統填料的加填方式與纖維進行簡單的物理混合攪拌，硅酸鈣與纖維表面和纖 維分絲交織的空間網絡中占位結合能力有限，大量硅酸鈣游離于纖維間隙和表面，分散不 均勻，結合力較差，降低了成紙強度，也制約了填料的加填比例，此外硅酸鈣直接加填進入 紙漿后，由于硅酸鈣的特殊結構以及與纖維結合力差的原因，使得抄紙過程中化學品消耗 量比較大，同時漿料脫水困難造成紙張干燥時能耗較高，這些都增加了紙張的生產成本。另 外，合成硅酸鈣產品含水率高達70 %左右，作為填料運輸到造紙廠的成本較高。
【發明內容】
[0004] 本發明提供一種纖維原位硅酸鈣紙漿的制備方法，解決了現有技術中硅酸鈣與纖 維進行物理混合攪拌加填時，由于硅酸鈣與纖維結合力較差造成抄紙過程中填料留著率 低、化學品消耗量較大以及紙張干燥時能耗較高的技術問題。
[0005] 本發明還提供一種硅酸鈣高填料紙漿，該紙漿通過纖維原位硅酸鈣紙漿的制備方 法制備而成，紙漿中加填的硅酸鈣是基于纖維原位合成的，硅酸鈣在纖維中有較好的分散 效果，同時增強了硅酸鈣與纖維的結合強度，以及提高了加填比例，進而提高了成紙強度。
[0006] 本發明提供一種纖維原位硅酸鈣紙漿的制備方法，所述方法包括：
[0007] 將粉煤灰加入氫氧化鈉溶液中進行脫硅反應，制得脫硅液；
[0008] 將石灰石進行煅燒，將煅燒后得到的生石灰與水進行消化制得石灰乳液；
[0009] 將纖維原料加入到所述脫硅液中進行疏解和打漿處理，制得紙漿溶液，將所述石 灰乳液加入所述紙漿溶液中進行纖維原位的水熱合成反應，制得纖維原位硅酸鈣紙漿。
[0010] 本發明中，選取粉煤灰為原料，粉煤灰是從煤燃燒后的煙氣中收集下來的細灰，粉 煤灰是燃煤電廠排出的主要固體廢物，隨著電力工業的發展，燃煤電廠的粉煤灰排放量逐 年增加，大量的粉煤灰不加處理，就會產生揚塵，污染大氣及水系，本發明利用被廢棄的粉 煤灰中含有Si02氧化物的特性，將粉煤灰與氫氧化鈉進行脫硅反應，得到含Si的脫硅液， 即該脫硅液提供硅質原料，然后以脫硅液代替水作為纖維潤浸疏解的分散介質，將纖維原 料與脫硅液混合并進行打漿處理，打漿過程中，纖維原料分絲帚化，脫硅液滲入纖維腔壁內 部、分絲表面及網絡空間結構，這樣為纖維在多方位和結構內進行水熱合成硅酸鈣創造了 有利條件，同時使得硅酸鈣填料的原位反應更為均勻和穩定。
[0011] 本發明中，當纖維原料與脫硅液打漿處理制得紙漿溶液時，以纖維腔壁、分絲交織 網絡空間和纖維表面為載體，在載體位置上進行硅酸鈣的合成反應，具體為，將石灰石進行 煅燒，將煅燒后的石灰石與水進行消化制得石灰乳液，該石灰乳液能夠提供鈣質原料，將石 灰乳液加入到紙漿溶液后，石灰乳液中的鈣質原料與紙漿溶液中分布于纖維腔壁、分絲交 織網絡空間和纖維表面的鈣質原料進行纖維原位的水熱合成反應，合成的硅酸鈣填料分布 在纖維腔壁、分絲交織網絡空間和纖維表面，水熱合成反應后纖維原位硅酸鈣紙漿中由于 該硅酸鈣填料是通過纖維原位合成的，即在硅酸鈣合成過程中同時完成了硅酸鈣在漿料中 的加填過程，避免使用現有的通過物理攪拌方式將硅酸鈣加填在漿料的工藝。
[0012] 原位合成法是一種最近發展起來制備復合材料的新方法，其基本原理是利用不同 元素或化學物之間在一定條件下發生化學反應，而在設定載體的基體內及表面生成一種或 幾種目標產物增強體，以達到改善設定載體和目標產物單一復合性能的目的，通過這種方 法制備的復合材料，增強體是在載體基體內形核、自發長大，因此，增強體表面無污染，載體 和增強體的相溶性良好，界面結合強度較高。
[0013] 本發明是通過先將硅質原料充分分布在纖維中，以纖維為載體的基體，然后與鈣 質原料通過化學合成的方式合成硅酸鈣并分布在漿料中，本發明提供的纖維原位硅酸鈣紙 漿的制備方法大幅提高了填料與纖維的結合強度、分散效果和加填比例。
[0014] 本發明一個具體方案中，由于本發明中是利用粉煤灰中的二氧化硅合成硅酸鈣， 若粉煤灰中二氧化硅的含量較低時，進行脫硅反應時，會造成生產成本的增高，因此，本發 明中，選取粉煤灰時，選取二氧化硅含量為35%~45 %的粉煤灰，例如可以選取二氧化硅 含量為38 %的粉煤灰，或者也可以選取二氧化硅含量為40 %的粉煤灰，然后將二氧化硅含 量為35 %~45 %的粉煤灰加入到濃度為12% -16 %的氫氧化鈉溶液中，氫氧化鈉溶液的 濃度為氫氧化鈉溶液中氫氧化鈉的質量與氫氧化鈉溶液質量之比，進行脫硅反應時，需控 制反應溫度為100~140°C，脫硅反應時長為1~3h，舉例來說，例如可以脫硅lh、2h或3h 等，達到反應時間后，將脫硅反應后的漿液進行固液分離，固液分離后得到的液體為脫硅液 粗液，將固液分離后得到的脫硅液粗液進行過濾，具體可以使用葉濾機進行過濾，過濾得到 的液體為精制脫硅液。
[0015] 本發明一個具體方案中，為了使得粉煤灰與氫氧化鈉溶液充分進行脫硅反應，本 發明中，所述粉煤灰與所述氫氧化鈉溶液中氫氧化鈉的干基質量比為〇. 45~0. 7 :1，即 粉煤灰與氫氧化鈉的干基質量比為〇. 45~0. 7 :1，舉例來說，當選取粉煤灰的干基質量為 0. 45kg時，則需選取氫氧化鈉的干基質量為lkg，將選取的氫氧化鈉配置成所需濃度的氫 氧化鈉溶液并與選取的粉煤灰進行混合并發生脫硅反應，本發明中，粉煤灰與氫氧化鈉的 干基質量比例如可以為0.5 :1，還可以為0.6 :1。
[0016] 本發明一個具體方案中，通過粉煤灰與氫氧化鈉溶液脫硅反應后，得到的脫硅液 可以提供合成硅酸鈣的硅質原料，本發明中，由石灰乳液提供合成硅酸鈣的鈣質原料，石灰 乳液的制備具體為：首先將所述石灰石破碎、洗石、分級制得大小為75~150_的石灰塊； 將所述石灰塊進行鍛燒，煅燒時間和煅燒溫度可以參考現有的石灰石煅燒工藝參數，煅燒 得到的石灰塊經破碎制成大小為10~30mm的石灰粒，將所述石灰粒與溫度為55~65°C的溫水按照質量比為1:4~1:6混合進行消化反應，消化反應完成后制得石灰乳粗液，將所 述石灰乳粗液經篩選和凈化分離得到所述石灰乳液，一個具體的方案中，所述石灰石中氧 化鈣的含量不小于52%，即石灰石中氧化鈣的含量大于等于52%，所述石灰石中氧化鎂含 量和二氧化硅含量之和不大于3%，即石灰石中氧化鎂含量和二氧化硅含量之和小于等于
[0017] 本發明一個具體方案中，將纖維原料加入到所述脫硅液中進行打漿處理，制得紙 漿溶液，包括：首先將纖維原料與所述脫硅液進行混合并潤浸1~2h，控制混合液中漿濃為 8~12%，其中漿濃指纖維原料質量與纖維原料和脫硅液質量和之比，本發明中，纖維原料 可以選取植物纖維，例如針葉木漿纖維，麥草漿纖維，闊葉木纖維，還可以選取其他類纖維， 其中，纖維原料與脫硅液混合潤浸過程中，纖維原料在脫硅液中擴散，脫硅液中的硅質原料 大量進入纖維腔壁內部和分絲表面及網絡空間結構中，為了更充分地分散纖維，將潤浸的 混合液進行疏解，疏解后進行打漿，其中打漿處理是使得纖維分絲帚化，增大纖維與脫硅液 的接觸面積，從而提高了脫硅液中的硅質原料在纖維中的分布量，打漿過程中，控制打漿度 為35~55°SR，將打漿后的混合液經稀釋得到紙漿溶液，紙漿溶液的漿濃為2~4%。
[0018] 在本發明具體方案中，脫硅液與纖維原料混合制備紙漿溶液時，控制脫硅液中二 氧化娃的濃度為50~60g/L。
[0019] 本發明一個具體方案中，在進行纖維原位合成硅酸