锂渣加填纸及其制备方法

本发明涉及造纸填料，尤其涉及一种锂渣加填纸及其制备方法。

背景技术：

1、目前，造纸行业面临越来越大的竞争压力，原材料成本上升、产品质量要求提高、销售价格不断下滑。在造纸工业中，矿物填料作为第二大原材料，在改善纸张性能、降低生产成本、减少自然界碳排放等方面起着至关重要的作用。造纸工业常用填料主要有轻质碳酸钙(pcc)、重质碳酸钙(gcc)、高岭土和滑石粉。与植物纤维相比，矿物填料具有粒径小、白度高、折射率高、吸水性低的特点，添加于纸张中，能有效改善纸张的品质(如不透明度、平滑度、印刷适应性、柔软性、均匀性和尺寸稳定性等)，而矿物填料的价格一般又比植物纤维更低，市面上常用的碳酸钙填料的价格通常为化学纸浆的10％-20％，而如今生活用纸中填料含量达20％-40％，因此，以较低成本的矿物填料替代较高成本的植物纤维，提高纸张中的填料含量有利于降低纸张生产中的原料成本。此外，采用矿物填料替代植物纤维还可以改善浆料滤水，降低纸张湿度，从而降低纸张干燥成本。采用造纸填料替代植物纤维还会使得植物资源消耗和蒸汽能耗减少，意味着更少的碳排放，符合我国“双碳”战略的要求。

2、由于造纸填料一般为无机矿物粉体，填料粒子自身与纤维之间没有化学结合能力，因此加填填料通常会降低成纸强度。现有技术中，为了提高加填纸强度，会利用各种助剂通过桥接吸附作用将填料粒子与纤维结合起来。另外，也可以通过提高纤维的打浆度来增加细小纤维的含量，使得纤维之间的交织更紧密来提高纸张强度，但这样也会一定程度降低抄纸的滤水性能。其次，就是利用填料改性技术，如通过淀粉包覆来提升填料性能、纳米纤维素与碳酸钙共磨来复合改性等等手段。与改性前的填料相比，这些方法都在一定程度上增加了纸张的强度性能，但填料改性技术通常技术难度较大，成本较高。

3、锂渣是锂矿石提取碳酸锂的副产品，近年来，在我国庞大锂盐生产量的背景下，锂渣的废渣量也同比例增长。锂渣的现行处理方式主要是作为水泥掺和料，然而，近年来混凝土行业中锂渣的掺杂含量也在日渐减小，一般不超过5％，在实际生产中通常只掺杂1％-3％，再者，随着国内基建逐渐饱和，整体大环境下对水泥的需求量也在不断减小，导致锂渣的产量远大于需求，因而，剩余的锂渣很大一部分只能通过填埋或露天堆放的方法进行处理，这不仅占用土地资源，而且随着风雨流失等一系列自然气候的演化，会给自然环境带来极大的负担。

4、锂渣为块状结构，化学成分主要为氧化硅、氧化铝、氧化钙和少量的三氧化硫等，与传统的造纸填料中的滑石粉、高岭土等的成分相似。锂渣的粒径较小，比表面积较大，在一定程度上，有用作造纸填料的可行性。但由于锂渣用作造纸填料的报道较少，因此，如何用锂渣用作造纸填料制备一种保证纸张强度性能和留着率、降低纸张中植物纤维用量和生产成本的加填纸成为了需要攻克的技术问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种能改善强度性能和提升留着率、降低纸张中植物纤维用量和生产成本的锂渣加填纸及其制备方法，用以解决现有造纸填料成纸强度差、填料留着率低、因加填填料而降低纸页强度性能的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种锂渣加填纸的制备方法，包括：

3、1)提供锂渣填料，锂渣填料是由锂渣废料经预处理制得的；并提供锂渣填料液，锂渣填料液中包含锂渣填料和去离子水；

4、2)提供混合浆料，混合浆料是由植物纤维浆板疏解、磨浆后制得的；

5、3)使锂渣填料液与混合浆料混合，并加入助留助滤剂，制得纸料浆；

6、4)将纸料浆上网成形后，再经压榨、干燥，即得锂渣加填纸；上述锂渣废料的预处理包含酸处理，酸处理用酸为弱酸，弱酸为磷酸、草酸、醋酸中的至少一种。

7、通过上述技术方案，将锂渣废料预处理后作为造纸填料使用，能够改善加填纸的机械强度，且通过预处理的锂渣填料，能一定程度地提高锂渣加填纸的白度。与现有轻质碳酸钙加填纸相比，锂渣加填纸有效改善了加填纸的抗张指数、撕裂指数等强度性能，还降低了生产成本，大大扩展了现有填料制得的加填纸的种类和应用范围。

8、进一步设置为，锂渣废料的预处理步骤如下：使用弱酸溶液搅拌浸泡锂渣废料，然后用去离子水将锂渣废料洗涤至所得滤水呈中性，过滤，取滤渣干燥，得到锂渣填料。

9、进一步优选地，上述锂渣废料为块状结构，平均粒径为13.93μm。

10、锂渣废料直接作为造纸填料使用时，得到的锂渣加填纸的白度较低，加填纸颜色偏黄，进行弱酸预处理后，能将锂渣废料中的部分金属及其氧化物溶出并洗涤脱除，能有效改善和提升加填纸的白度。另外，锂渣废料经弱酸预处理后，平均粒径减小，比表面积增大，使得锂渣填料表面润湿性能提升，形成了更多与纤维结合的位点，使得锂渣填料更方便地与纤维碰撞结合，部分也能嵌入纤维之间的缝隙中，提高了锂渣填料与纤维之间的结合程度，有利于增加锂渣填料的留着率。

11、进一步设置为，弱酸溶液中，弱酸的质量浓度为0.1％-12％；搅拌浸泡的搅拌速率为700rpm-1000rpm，时间为0.5h-2h；干燥的温度为100℃-115℃，时间为4h-7h。

12、进一步设置为，锂渣填料液的制备步骤如下：将锂渣填料和去离子水混合，配制成悬浮液，然后将悬浮液进行磁力搅拌，得到锂渣填料液。

13、进一步设置为，悬浮液中，锂渣填料的质量浓度为8％-12％；磁力搅拌的转速为900rpm-1200rpm，搅拌时间为20min-40min。

14、进一步设置为，植物纤维浆板为阔叶木浆板和针叶木浆板；阔叶木浆板和针叶木浆板的质量比为(2.5-3.5):1；混合浆料的打浆度为35°sr-45°sr。

15、混合浆料中的植物纤维经过疏解和磨浆后，在机械剪切力等作用下，混合浆料中的纤维分散度良好，表面含有大量裸露的羟基，纤维之间能够形成氢键结合，同时也有利于纤维和锂渣填料更紧密地结合，既能使得纤维能负载锂渣填料，提高锂渣填料的留着率，又保证了加填纸的强度性能，改善了加填纸因加填填料而降低强度性能的问题。

16、进一步设置为，纸料浆中，锂渣填料的加填量为混合浆料质量的8％-25％。

17、进一步设置为，助留助滤剂为阳离子淀粉、阳离子聚丙烯酰胺、阳离子聚乙烯亚胺、阳离子壳聚糖、阳离子瓜尔胶中的至少一种，助留助滤剂在纸料浆中的质量占比为0.01％-2％。

18、进一步优选地，助留助滤剂包括阳离子聚丙烯酰胺，阳离子聚丙烯酰胺在使用前要配置成质量浓度为0.05％的水溶液。在具体的实例中，添加助留助滤剂后，提供5s-10s的匀速搅拌。助留助滤剂能增加填料与填料、填料与纤维之间的结合能力，在锂渣填料和纤维之间起到了架桥连结作用，有利于提高加填纸中填料的留着率和纸张强度，也提高了锂渣填料的利用率。

19、进一步设置为，上网成形时，上网质量浓度为0.02％-0.03％，网速为150m/min-300m/min，浆网速比为0.96-1.01；压榨的压力为0.3mpa-0.5mpa，时间为3min-5min；干燥的温度为100℃-115℃，时间为7min-12min。

20、另一方面，本发明还提供了一种锂渣加填纸，包括：采用前述的锂渣加填纸的制备方法制备得到；锂渣加填纸的定量为65g/m2-80g/m2。上述锂渣加填纸均匀、致密，具有较高的纸张强度和填料留着率，也具有较高的原料利用率，生产成本较低，大大扩展了现有填料制得的加填纸的种类和应用范围。

21、此外，本发明还提供一种锂渣废料在造纸领域的应用，锂渣废料作为造纸填料用于加填纸的制备；且锂渣废料经过弱酸预处理，弱酸为磷酸、草酸、醋酸中的至少一种。锂渣废料经酸处理后能用作造纸填料，为锂渣废料提供了新的回收利用途径，同时提供了有别于含有现有填料的加填纸，扩大了加填纸的种类和使用范围。

22、本发明提供的锂渣加填纸及其制备方法，通过对锂渣废料回收再利用为造纸填料的技术手段，实现了如下有益效果：

23、1)本发明中采用锂渣作为造纸填料进行造纸，与传统造纸填料相比，所得锂渣加填纸的抗张指数、撕裂指数等强度性能指标均明显提高。本发明的制备方法能通过改变填料加填量，制备不同强度性能、不同紧度的锂渣加填纸，使得锂渣加填纸的品质可控，且该制备方法操作简单，对设备要求低，环境友好，易产业化生产，能减少植物纤维资源的消耗量，应用前景广阔，对造纸行业降低成本、可持续发展有着重要意义。

24、2)本发明中采用弱酸对锂渣废料进行预处理，能在一定程度上提高加填纸的白度与强度性能，也能提高加填纸中的填料的留着率和抗张强度，还改善了现有加填纸因填料留着率低、填料之间及填料与纤维无结合强度的问题，与未经酸处理的锂渣废料相比，锂渣填料用于纸张加填后，纸张的撕裂强度、白度以及留着率均显著提升，抗张强度略微降低，也降低了造纸白水系统负荷和废水处理负荷。

25、3)本发明的锂渣加填纸均匀、致密，具有较高的纸张强度和填料留着率，也具有较高的原料利用率，生产成本较低，大大扩展了现有填料制得的加填纸的种类和应用范围，也实现了对锂渣废料的回收再利用，有效改善了锂渣废料污染问题，具有环境和生态效益。