一種造紙鹼回收製備沉澱碳酸鈣的苛化方法及工藝裝置的製作方法
2023-07-23 20:18:11 2
專利名稱：一種造紙鹼回收製備沉澱碳酸鈣的苛化方法及工藝裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及造紙領域，特別涉及一種造紙鹼回收製備沉澱碳酸鈣的苛化方法，以及一種造紙鹼回收製備沉澱碳酸鈣的苛化工藝裝置。
背景技術：
鹼法製漿是目前大部分製漿造紙廠(尤其是草類原料製漿造紙廠)中廣泛採用的工藝。在鹼法製漿造紙的苛化過程中會產生大量的沉澱碳酸鈣(白泥)。苛化是將鹼法製漿造紙產生的綠液中的Na2CO3與Ca(OH)2發生苛化反應，生成含NaOH白液和含沉澱CaCO3白泥的反應過程。與此同時，碳酸鈣作為填料和塗布顏料在造紙等工業中的應用日益廣泛。隨著紙張輕量化發展和現代紙機車速提高，要求碳酸鈣具有較高的不透明度以及對成形網較低的磨損。但是傳統的苛化工藝生產的白泥存在白度低、形態均勻性差的問題，不能滿足需要。 現有造紙技術中，一般使用商品碳酸鈣作為填料，而對苛化後無需碳化，直接苛化生產沉澱碳酸I丐的技術方案鮮有報導。鑑於造紙行業對高品質碳酸鈣的需求不斷增加，因此如何提高和改善苛化過程中的沉澱碳酸鈣品質，使其主要成分為文石型晶體結構，以滿足填料和塗布顏料等的性能要求並取代商品碳酸鈣，是本領域技術人員亟待解決的技術問題。
發明內容
有鑑於此，本發明的目的在於提供一種造紙鹼回收製備沉澱碳酸鈣的苛化方法，該苛化方法可以促進文石型結構的晶體生長，提高沉澱碳酸鈣的品質。本發明造紙鹼回收製備沉澱碳酸鈣的苛化方法，包括以下步驟a)將含Ca(OH)2消化液、含NaOH溶液與文石型碳酸鈣晶種混合，混合液依次進入多個苛化罐進行苛化反應，所述各苛化罐中分別流加含Na2CO3的綠液；b)將最後一個苛化罐的反應液進行沉澄分離，得第一白泥漿和一級白液；c)將所述第一白泥漿與含Na2CO3溶液進一步苛化反應，將未反應完全的Ca(OH)2反應完全，分離第二白泥漿和二級白液。進一步地，所述步驟b分離的第一白泥漿作為步驟a的混合液中的文石型碳酸鈣晶種，所述步驟b分離的一級白液作為步驟a中所述的含NaOH溶液。進一步地，所述綠液作為步驟c中所述的含Na2CO3的溶液。進一步地,所述苛化罐包括多個,每個苛化罐中流加的Na2CO3量按混合液的流動方向依次增加，多個苛化罐流加的Na2CO3總量控制為經過所有各個苛化罐苛化反應後，CaO過灰量為O 20%;所述步驟c中第一白泥漿中流加的Na2CO3量為理論量的100 120%。進一步地，所述含Ca (OH) 2消化液消化時的溫度為室溫 90°C，各苛化罐的苛化溫度為室溫 100°c，各苛化罐的攪拌轉速依次降低。進一步地，所述綠液由以下步驟形成
在蒸煮鍋中加入草類原料和鹼液並進行蒸煮反應，形成草漿和黑液，所述鹼液中包含NaOH、Na2S、蒸煮助劑和留矽劑；所述黑液濃縮、燃燒、溶解形成綠液。進一步地，所述綠液還進行預處理，預處理包括將綠液置於預處理器中，加入綠液質量O 5%石灰乳和O I %聚丙烯醯胺攪拌並澄清，得到預處理後的綠液，其中石灰乳的質量以CaO計。進一步地，所述留矽劑為鈣基留矽劑，所述留矽劑的活性成分至少包括含鈣物質，所述含鈣物質的質量分數為M，所述留矽劑的活性成分還包括質量分數為O O. SM的含鋁物質，以及質量分數為O O. 5M的含鎂物質，其中各質量分數以氧化物計算，所述含鈣物質是石灰石或白雲石鍛燒後的產物，用水洗前述產物，並加入所述含 鋁物質和/或含鎂物質形成乳液留矽劑。進一步地,所述鹼液中包含質量分數為2 18%的NaOH,質量分數為O 2%的Na2S，質量分數為O O. 2%的蒸煮助劑，質量分數為O. I 5%的留矽劑，所述留矽劑的質量以鈣、鎂、鋁氧化物的總質量計算。進一步地,所述草類原料與鹼液的質量比為I : I 10,所述蒸煮反應的反應溫度為室溫 190°C，所述蒸煮反應的反應時間為35 180min。本發明的另一個目的，還提供一種造紙鹼回收製備沉澱碳酸鈣的苛化工藝裝置，該苛化工藝裝置包括消化器，用於形成含Ca(OH)2消化液；混合罐，連接所述消化器，並用於將含Ca(OH)2消化液和含NaOH溶液混合；依次連接的多個苛化罐，其中第一個苛化罐連接所述混合罐，所述各苛化罐中分別流加含Na2CO3的綠液；貯罐，所述貯罐連接最後一個苛化罐，用於分離第一白泥漿和一級白液；沉澱罐，所述沉澱罐流入所述第一白泥漿和含Na2CO3溶液，並分離第二白泥漿和二級白液。進一步地，所述貯罐與所述混合罐連接，所述第一白泥漿作為文石型碳酸鈣晶種，所述一級白液作為含NaOH溶液。本發明的消化液與綠液在多個苛化罐進行苛化反應，通過採用多級逆流苛化技術，達到了理想的苛化效果。與現有技術相比，本發明不僅達到了鹼回收的目的，且苛化後無需碳化就可得到具有白度高、粒度細的高質量碳酸鈣，所得碳酸鈣以文石型晶體結構為主，能直接作為填料取代商品碳酸鈣，具有顯著的經濟效益；本發明無需定製專用的反應設備，在現有鹼回收設備的基礎上進行優化改造，即可以實現本發明的技術方案，具有易於實施的優點。
圖I是本發明一實施例造紙鹼回收製備沉澱碳酸鈣的苛化方法的流程圖；圖2是本發明一實施例製備沉澱碳酸鈣的苛化工藝裝置圖。
具體實施方式
下面對本發明的附圖和具體實施方式
作進一步的詳細說明。對於所屬技術領域的技術人員而言，從對本發明的詳細說明中，本發明的上述和其他目的、特徵和優點將顯而易見。圖I所示是本發明一實施例的造紙鹼製備沉澱碳酸鈣的苛化方法的流程圖。從圖中可以看出，該苛化方法包括步驟a、步驟b和步驟C。在步驟a中，本發明將含Ca(OH)2消化液、含NaOH溶液與文石型碳酸鈣晶種混合，混合液依次進入多個苛化罐進行苛化反應，所述各苛化罐中通入含Na2CO3的綠液；
其中，該含Ca(OH)2消化液可以是精選的石灰與清水消化後產物，也可以選用後述的一級白液消化石灰，其可以是質量分數為5 40%的Ca(OH)2乳液；含NaOH溶液可以是專門製作的溶液，優選本發明後述的一級白液，本發明並不受限於此。優選含Ca(OH)2消化液與含NaOH溶液混合後，其中的NaOH質量濃度為5 30 %。含Ca (OH) 2消化液與含NaOH溶液的體積比可以為I : O. 5 3。進一步地，該混合液中還可以加入文石型碳酸鈣晶種，該晶種可以採用步驟b分離的第一白泥漿，也可以採用專門製備的文石型碳酸鈣。本發明在各苛化罐中通入含Na2CO3的綠液，並通過苛化反應將該綠液轉化為白液。該綠液優選是採用草類原料鹼法蒸煮、鹼回收後形成產物。此外，為了保證草類原料不對苛化反應和碳酸鈣的沉澱造成「矽幹擾」，可以採用留矽蒸煮工藝將矽保留在草漿中，以將綠液中的矽含量控制在小於I 8g/L(以SiO2計)。應當清楚，為了製得高品質的文石型沉澱碳酸鈣，綠液的品質至關重要，本發明優選採用以下步驟形成綠液在蒸煮鍋中加入草類原料和鹼液並進行蒸煮反應，形成草漿和黑液，所述鹼液中包含NaOH、Na2S、蒸煮助劑和留矽劑；所述綠液是黑液燃燒溶解形成的產物。前述蒸煮反應可以是間歇或連續式留矽蒸煮，本發明並不受限於此。由於前述鹼液中加入了留矽劑，草類原料在蒸煮脫木素的同時抑制矽向黑液中轉移，降低了黑液中矽的含量。這種低矽含量的黑液可以在鹼爐中進行燃燒，鹼爐熔融物溶解即可以形成綠液。溶解鹼爐熔融物的既可以是清水、二級白液、後述的第二白泥漿洗水或它們的混合，本發明並不受限於此。在上述技術方案的基礎上，所得到的綠液是較為渾濁的濁綠液。為了提高苛化效果和沉澱碳酸鈣品質，本發明優選在各苛化罐中流加含Na2CO3的清綠液，該清濁液為預處理後的綠液。其在前述(濁)綠液基礎上進行了預處理，預處理包括將綠液置於預處理罐中，加入綠液質量O 5%石灰乳(以CaO計)和O 1%聚丙烯醯胺攪拌並澄清。預處理後的綠液可以送入綠液貯槽中備苛化用。作為本發明的一個實施例，留矽蒸煮的鹼液中的留矽劑為鈣基留矽劑，所述留矽劑的活性成分至少包括含鈣物質，所述含鈣物質的質量分數為M，所述留矽劑的活性成分還包括質量分數為O O. 8M的含鋁物質，以及質量分數為O O. 5M的含鎂物質，其中各質量分數以氧化物計算，所述含鈣物質是石灰石或白雲石鍛燒後的產物，用水洗前述產物，並加入所述含鋁物質和/或含鎂物質形成乳液留矽劑。優選地，所述含鈣物質是1100 1200°C煅燒過的石灰石。所述含鋁物質可以是鋁土礦焙燒後產物。優選地，所述含鋁物質是粒度不小於60目、550 850°C下焙燒過的鋁土礦，其中Fe的質量分數< 4%。
所述含鎂物質可以是白雲石或菱鎂礦煅燒後產物。優選地，所述含鎂物質是粒度為不小於60目、800 1500°C煅燒過的白雲石或菱鎂礦。在本發明的一實施例中，含鈣物質、含鋁物質和含鎂物質分別為石灰石、鋁土礦和白雲石，其質量比為I : 0.5 O. 2，配製含NaOH、Na2S、蒸煮助劑和留矽劑的質量分數分別為5%，0.5%，O. 03%和I %的蒸煮鹼液，按體積比I : 3同時將草類原料(如蘆葦)和前述鹼液裝入25m3的球形蒸煮鍋內，共裝入蘆華6噸。按常規的蒸煮方法,空轉15min後I. 5h升溫至160°C，保溫2h進行蒸煮反應，噴放得到草漿。對蒸煮產品檢測結果，黑液脫矽率 75%。需要說明的是，本發明的鹼液各組分也可以具有其它含量，優選本發明所述鹼液中包含質量分數為2 18 %的NaOH，質量分數為O 2 %的Na2S,質量分數為O O. 2 %的蒸煮助劑，質量分數為O. I 5%的留矽劑。蒸煮反應也可以具有其它工藝條件，優選所述草類原料與鹼液的質量比為I : I 5，所述蒸煮反應的反應溫度為室溫 190°C，所述蒸煮反應的反應時間為35 180min。前述技術方案均可以在黑液中達到較高的脫矽率，保證綠液中的矽含量控制在小於I 8g/L(以SiO2計)，從而使苛化反應時避免矽幹擾。 本發明在各苛化罐中進行不同程度的苛化反應，優選本發明的苛化罐包括3個，第一個苛化罐中加入的Na2CO3量為總理論量的20 40 %，第二個苛化罐中加入的Na2CO3量為總理論量的30 50%，第三個苛化罐中加入的Na2CO3量為總理論量的40 60% ;總理論量以混合液中的Ca(OH)2消化液的量進行化學計量。在經過第三個苛化罐苛化反應後，Ca(OH)2消化液應該還有過量，優選CaO的過灰量為O 20%。本發明並不受限於此。前述含Ca(OH)2消化液消化時的溫度為室溫 90°C，各苛化罐的苛化溫度為室溫 100°C，各苛化罐的攪拌轉速依次降低。其攪拌轉速可以分別為儘可能高、適中和維持廣品結晶不沉澱。在圖I所示的步驟b中，本發明將最後一個苛化罐的反應液進行沉澄，分離第一白泥漿和一級白液。如前所述，在最後一個苛化罐苛化反應後，Ca (OH) 2消化液還有過量，其中一級白液的主要成分為NaOH。步驟b分離的一級白液可以作為步驟a中所述的含NaOH溶液。此外，該一級白液還可以用於進行蒸煮製漿。在圖I所述的步驟c中，本發明將所述第一白泥漿與含Na2CO3溶液反應，將未反應完全的Ca(OH)2反應完全，分離第二白泥漿和二級白液。該含Na2CO3溶液可以是本發明前述的綠液，也可以是專門製作的溶液，本發明並不受限於此。在步驟c中，Na2CO3溶液過量，優選步驟c中第一白泥漿中加入的Na2CO3量為理論量的100 120%，該理論量以白泥漿中的Ca(OH)Jg化液的量進行化學計量。因此，其中二級白液的主要成分為NaOH。該第二白泥漿的主要成分為CaCO3，該第二白泥漿經過(二次)水洗分離即可以直接用作抄紙填料，填料可以是10 50%的CaCO3懸浮液。其中，文石型晶體結構的CaCO3佔I 99%。在本發明一實施例中，混合液由質量分數為10 40%的Ca(OH)2乳液和質量濃度為5 30%的NaOH—級白液組成，體積比為I : 1，綠液中總鹼濃度100g/L (以NaOH計)，矽含量2g/L(以SiO2計)，控制三個苛化罐的總停留時間為2小時，三個苛化罐控制溫度為500C，攪拌轉速分別為80轉/分、50轉/分和20轉/分。所得產品特徵如下一級白液有效鹼濃度98g/L (以NaOH計)，苛化度90. 5 % ; 二級白液有效鹼濃度80g/L (以NaOH計);
白泥經過濾乾燥處理檢測，白度91%，325目篩餘物O. 25%，文石型晶體結構的CaCO3 佔 88%。在本發明另一實施例中，混合液成分同上，綠液總鹼濃度110g/L (以NaOH計)，矽含量2. 5g/L(以SiO2計)，控制三個苛化罐的總停留時間為2小時，三個苛化罐控制溫度為850C，攪拌轉速分別為100轉/分、50轉/分和10轉/分。所得產品特徵如下一級白液有效鹼濃度105g/L (以NaOH計)，苛化度89 % ；二級白液有效鹼濃度82g/L (以NaOH計);白泥經過濾乾燥處理檢測，白度90. 2%, 325目篩餘物O. 15%，文石型晶體CaCO3佔 93%。圖2所示是本發明一實施例製備沉澱碳酸鈣的苛化工藝裝置圖，該苛化工藝裝置 中包括消化器I、混合罐2、多個苛化罐3、貯罐4和沉澱罐5。其中，該消化器I用於消化CaO形成含Ca(OH)2消化液，在該消化器I中可以放入精選的石灰和一級白液。多個苛化罐3依次連接，其中第一個苛化罐3連接所述混合罐2，所述各苛化罐3中分別流加含Na2CO3的綠液；混合罐2中的混合液和綠液可以通過泵送機構泵入苛化罐3中。貯罐4連接最後一個苛化罐3，用於分離第一白泥漿和一級白液；在該貯罐4中，Ca(OH)2消化液還有過量，其中一級白液的主要成分為NaOH。貯罐4和苛化罐3之間可以採用泵送機構連接。沉澱罐5通入所述第一白泥漿和含Na2CO3溶液，分離第二白泥漿和二級白液。可以採用隔膜泵將所述第一白泥漿通入沉澱罐5中，在沉澱罐5中Na2CO3溶液過量，其中二級白液的主要成分為NaOH。該第二白泥漿的主要成分為CaC03。 進一步地，本發明的貯罐4與混合罐2連接，所述第一白泥漿作為文石型碳酸鈣晶種，所述一級白液作為含NaOH溶液。需要說明的是，該一級白液也可以泵入蒸煮鍋中用作蒸煮製漿的鹼液組分。此外，該二級白液也可以用作生成綠液的溶劑。送入混合罐2的文石型碳酸鈣晶種還可以是專門製作的文石型碳酸鈣晶種。前述各部件之間也可以通過泵送機構進行連接。由於本發明製備沉澱碳酸鈣的苛化工藝裝置的原理與前述苛化方法基本相同，本文在此不再進行贅述。在沉澱罐5中沉澱的第二白泥漿經過(二次)水洗分離即可以直接用作抄紙填料，填料可以是CaCO3懸浮液。其中，文石型晶體結構的CaCO3佔I 99%。本發明在達到鹼回收目的同時，苛化後無需碳化，就能得到白度高、粒度細的高質量的沉澱碳酸鈣，能直接用於紙張加填，具有顯著的經濟效益；而且本發明在現有鹼回收設備的基礎上進行優化改造即可以實現，無需定製專用的反應設備，易於實施。因此本發明的有益效果是顯而易見的。還應當理解，本發明雖然已通過以上實施例進行了清楚說明，然而在不背離本發明精神及其實質的情況下，所屬技術領域的技術人員當可根據本發明作出各種相應的變化和修正，但這些相應的變化和修正都應屬於本發明的權利要求的保護範圍。
權利要求
1.一種造紙鹼回收製備沉澱碳酸鈣的苛化方法，其特徵在於，包括以下步驟 a)將含Ca(OH)2消化液、含NaOH溶液與文石型碳酸鈣晶種混合，混合液依次進入多個苛化罐進行苛化反應，所述各苛化罐中分別流加含Na2CO3的綠液； b)將最後一個苛化罐的反應液進行沉澄分離，得第一白泥漿和一級白液； c)將所述第一白泥漿與含Na2CO3溶液進一步苛化反應，將未反應完全的Ca(OH)2反應完全，分離第二白泥漿和二級白液。
2.根據權利要求I所述的苛化方法，其特徵在於，所述步驟b分離的第一白泥漿作為步驟a的混合液中的文石型碳酸鈣晶種，所述步驟b分離的一級白液作為步驟a中所述的含NaOH溶液。
3.根據權利要求I所述的苛化方法，其特徵在於，所述綠液作為步驟c中所述的含Na2CO3的溶液。
4.根據權利要求I所述的苛化方法，其特徵在於，所述苛化罐包括多個，每個苛化罐中流加的Na2CO3量按混合液的流動方向依次增加，多個苛化罐流加的Na2CO3總量控制為經過所有各個苛化罐苛化反應後，CaO過灰量為O 20% ;所述步驟c中第一白泥漿中流加的Na2CO3量為理論量的100 120%。
5.根據權利要求I所述的苛化方法，其特徵在於，所述含Ca(OH)2消化液消化時的溫度為室溫 90°C，各苛化罐的苛化溫度為室溫 100°C，各苛化罐的攪拌轉速依次降低。
6.根據權利要求1-5任一項所述的苛化方法，其特徵在於，所述綠液由以下步驟形成 在蒸煮鍋中加入草類原料和鹼液並進行蒸煮反應，形成草漿和黑液，所述鹼液中包含NaOH、Na2S、蒸煮助劑和留矽劑； 所述黑液濃縮、燃燒、溶解形成綠液。
7.根據權利要求6所述的苛化方法，其特徵在於，所述綠液還進行預處理，預處理包括將綠液置於預處理器中，加入綠液質量O 5%石灰乳和O I %聚丙烯醯胺攪拌並澄清，得到預處理後的綠液，其中石灰乳的質量以CaO計。
8.根據權利要求6所述的苛化方法，其特徵在於，所述留矽劑為鈣基留矽劑，所述留矽劑的活性成分至少包括含鈣物質，所述含鈣物質的質量分數為M，所述留矽劑的活性成分還包括質量分數為O O. 8M的含鋁物質，以及質量分數為O O. 5M的含鎂物質，其中各質量分數以氧化物計算，所述含鈣物質是石灰石或白雲石鍛燒後的產物，用水洗前述產物，並加入所述含鋁物質和/或含鎂物質形成乳液留矽劑。
9.根據權利要求6所述的苛化方法，其特徵在於，所述鹼液中包含質量分數為2 18 %的NaOH，質量分數為O 2 %的Na2S,質量分數為O O. 2 %的蒸煮助劑，質量分數為O.I 5%的留矽劑，所述留矽劑的質量以鈣、鎂、鋁氧化物的總質量計算。
10.根據權利要求6所述的苛化方法，其特徵在於，所述草類原料與鹼液的質量比為I I 7，所述蒸煮反應的反應溫度為室溫 190°C，所述蒸煮反應的反應時間為35 180mino
11.一種造紙鹼回收製備沉澱碳酸鈣的苛化工藝裝置，其特徵在於，包括 消化器(I)，用於形成含Ca(OH)2消化液； 混合罐(2)，連接所述消化器(1)，並用於將含Ca(OH)Jg化液、含NaOH溶液和文石型碳酸鈣晶種混合；依次連接的多個苛化罐(3)，其中第一個苛化罐(3)連接所述混合罐(2)，所述各苛化罐⑶中分別流加含Na2CO3的綠液； 貯罐(4)，所述貯罐(4)連接最後一個苛化罐(3)，用於分離第一白泥漿和一級白液；沉澱罐(5)，所述沉澱罐(5)流入所述第一白泥漿和含Na2CO3溶液，並分離第二白泥漿和二級白液。
12.根據權利要求11所述的苛化工藝裝置，其特徵在於，所述貯罐(4)與所述混合罐(2)連接，所述第一白泥漿作為文石型碳酸鈣晶種，所述一級白液作為含NaOH溶液。
全文摘要
本發明提出了一種造紙鹼回收製備沉澱碳酸鈣的苛化方法及工藝裝置。該苛化方法包括以下步驟a)將含Ca(OH)2消化液、含NaOH溶液與文石型碳酸鈣晶種混合，混合液依次進入多個苛化罐進行苛化反應，所述各苛化罐中分別流加含Na2CO3的綠液；b)將最後一個苛化罐的反應液進行沉澄分離，得第一白泥漿和一級白液；c)將所述第一白泥漿與含Na2CO3溶液進一步苛化反應，將未反應完全的Ca(OH)2反應完全，分離第二白泥漿和二級白液。本發明採用多級逆流苛化技術，不僅達到了鹼回收的目的，且苛化後不用再碳化就可得到具有白度高，粒度細的以文石型晶體結構為主的沉澱碳酸鈣，能直接用於紙張加填，代替商品沉澱碳酸鈣；此外，本發明對於現有鹼回收工藝無需定製專用的反應設備，具有易於實施的優點。
文檔編號C01F11/18GK102838155SQ20121036781
公開日2012年12月26日 申請日期2012年9月28日 優先權日2012年9月28日
發明者劉北平, 黃小兵, 趙海翔, 姚金秀, 全昌雲, 劉亮 申請人:湖南文理學院