膨润土在造纸工业中的应用与开发前景.doc

膨润土在造纸工业中的应用与开发前景 更新时间：09-7-29 17:24 ?膨润土是一种以蒙脱石为主要成分的细粒粘土。中国膨润土矿资源非常丰富，全国23个省(区)皆有膨润土矿产出。预测资源量在70亿t以上，到2005年底全国探明保有储量近50亿t，居世界第l位。种类齐全，既有钙基膨润土，又有钠基膨润土。虽然我国的膨润土储量丰富，但有关膨润土开发应用的研究还不够广泛和深入，这在一定程度上制约了我国膨润上的资源优势向经济优势的转化。制浆造纸是一个工艺过程复杂的行业，其中涉及到许多的物理化学反应，也需要添加多种无机、有机助剂，以达到优化工艺的目的。膨润土作为一种性能优良的助剂在制浆造纸生产中有着多种用途的应用，本文主要介绍膨润土在助留助滤、污水处理、树脂控制、废纸脱墨及加工纸等方面的应用。 1、膨润土的组成和物理化学特性 膨润土矿的主要矿物蒙脱石是一种含水的层状铝硅酸矿物。蒙脱石的晶体是由很多互相平行的晶层构成，每个晶层都是由顶、底的硅氧四面体和中间的铝氧八面体层构成，其化学分子式为A12O3·4SiO2·nH2O，晶层间含有水分子和可交换性阳离子。在八面体空隙中的Al3+常被低价的Mg2+、Fe2+置换；四面体空隙中的Si4+被A13+置换。由于低价阳离子替代了高价阳离子，使得蒙脱土结构中产生了多余的负电价。为了保持电中性在蒙脱土片层之间，除水分子外，存在较大半径的阳离子Na+、Ca2+、Mg2+，等。这些阳离子是可交换的，从而使蒙脱石具有离子交换性、吸水性、膨胀性、触变性、粘结性、吸附性等一系列对于造纸工业而言很有价值的特性。 2、膨润土在制浆造纸工业中的应用 2.1膨润土在助留助滤中的应用 随着更高速、更复杂纸机以及多种化学添加剂的出现，封闭白水循环，填料负荷增加及二次纤维用量上升，使造纸技术有了很大的进展。增加细小纤维和填料的留着；同时改善纸机的滤水状况，可以大大提高经济效益。并可改善纸张的某些性能。另外，纸机车速的提高必然引起纸页成形时受到更大的剪切力．这就要求所形成的絮聚体必须有一定的耐剪切性，传统的工艺改进以及机械方法已不能适应这种要求。为了达到这些目的我们必须开发更多清洁、有效而又经济的助留助滤剂。 海德罗科尔(Hydrocol)系统是由英国联合胶体公司开发的一种由改性的膨润土和高分子阳离子型聚合物组成的新型多元微粒助留助滤系统。助留机理是添加高分子量聚合物在浆料中，所形成的絮聚体被混合泵和筛浆机剪断，改性膨润土在浆料中使其凝聚，结果就形成了独特的凝聚体结构。即使在白水中也能看到极强的再凝聚效果。 助留助滤系统膨润土的典型粒子为层厚0.9nm，层叠5～7层，表面约为300nm×l00nm的层片状结构。其水化时的比表面积较大，约为700～800m2／g。膨润土片层有负电性表面和正电性边缘，易于吸附胶体物质。当膨润土在水中被水解，阳离子以钠离子形式形成带负电荷的粒子。这种带负电荷的粒子，不受pH值的影响，在酸性和碱性中同样显示良好的性能。适合在机制纸和纸板的所有领域中的酸性和中性抄纸，可获得以往的单一聚合物所不能收到的高留着率和高滤水效果。膨润土的上述特性，被广泛地用于助留助滤剂和白水回收处理等造纸工艺中。 下面为采用Hydrocol的微粒子助留体系用于白水封闭系统的生产实例：加拿大蒙大拿的一家用GCC生产瓦楞纸板的工厂，在白水封闭后使用Hydrocol膨润土助留助滤系统，使造纸废水的排放量从6000m3／d减少为零，留着率从85％提高到92％，且白水回用后节省能源5％。 2.2膨润土在施胶中的应用 膨润土由于在水相中能形成分散良好的悬浮液，因而可以用作一些助剂在水相中的稳定剂。最近的美国专利报道了膨润土在施胶中的应用，其将反应性施胶剂加入膨润土的悬浮液中，从而可以少用甚至不用表面活性剂，施胶剂受分散在水中的膨润土的影响，具有较好的分散性和稳定性。这种胶料悬浮液可用作造纸过程内部或外部的施胶。以膨润土代替表面活性剂有好的物理性能，改善了化学稳定性，减少了水解作用的发生，同时也降低了表面活性剂对造纸过程的不良影响，当用作内部施胶时，膨润土还可在微粒助留助滤体系中起到助留助滤的作用。所用膨润土为钠基、锂基或经钠盐活化后的膨润土。 2.3膨润土在废水处理中的应用 膨润土在制浆造纸工业废水处理中的应用优势在于吸附性能和脱色能力较强，通过对废水中污染物的吸附来达到降低COD和脱色的目的。用于废水处理的膨润土通常要进行有机改性以增强其对有机污染物的吸附能力。常用的有机改性剂为有机胺阳离子表面活性剂，如氯化十六烷基吡啶(CPC)、溴化十六烷基三甲铵(CTMBA)、氯化十四烷基吡啶(TPC)等。改性膨润土对有机质有很强的亲合力，有机质不仅可以被吸附于颗粒表面，而且也可以进入到膨润土的层间，形成膨润土——有机物复合体，另外改性膨润土对重