非木浆碱回收绿液低温三步苛化制备白泥碳酸钙的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种非木浆碱回收绿液低温三步苛化制备白泥碳酸钙的方法。
【背景技术】
[0002]
因木材资源短缺以及重视生态环境的保护，亚洲和欧洲的许多国家仍大量使用非木材纤维原料制浆造纸，如稻麦草、竹子、蔗渣、芦苇等。我国非木材原料制浆造纸历史悠久，可追溯到一千多年前，产量最高时曾占原生纸浆产量的84%、在总用浆量中占57%以上。木材纤维短缺、非木材纤维丰富的纤维原材料背景决定了我国纸业原料结构的多样化。非木浆造纸是我国必不可少的造纸纤维原料，然而，长期以来，非木材原料因硅含量高对制浆过程产生了严重的“硅干扰”，使苛化白泥难以回收利用，在造成巨大的资源浪费的同时还污染环境，这在今后较长一段时间内仍是非木浆碱回收面临的一个重大难题。
[0003]非木材原料硅含量高且主要集中于叶片、叶鞘和节中，且主要以Si02形式存在，稻、麦草灰分中Si02含量占到灰分总量的60%~70%，甚至更高。
[0004]碱法制浆中，经过蒸煮后绝大部分结合硅溶解于碱中并以Na2Si03的形式存在于黑液中，随即进入碱回收系统，伴随着苛化反应以CaS1j^形式存在于白泥中。由于CaSi03黏度大，使白泥滤水性能变差，导致白液与泥渣分离困难，造成白泥残碱量高、碱流失量大且白泥干度下降。CaSi03的存在严重制约着白泥碳酸钙的用途，既无法煅烧成石灰重新用于苛化工段，也因高硅含量而限制白泥碳酸钙在建筑、环保以及复合材料等领域的发展，即便是作为造纸填料，也因硅的存在造成白泥碳酸钙粒径、比表面积等产生一定形式的改变而无法用于高档纸张的加填。
[0005]针对非木浆碱回收过程的硅干扰问题，如何有效去除绿液中的硅，国内外已展开大量研究。国内报道的除硅方法主要涉及C(V法、乙酸法、石灰法和铝土矿法，酸法除硅会造成碱分的损失，石灰法和铝土矿法因除硅效果不理想而达不到煅烧的要求。印度的G.V.Rao等人根据他23103与Ca (0H) 2反应生成CaS1 3优先于Na 20)3与Ca (0H) 2反应生成CaCO 3的特点，在高温下对竹浆绿液进行两步苛化法处理(也称预苛化法除硅)，第一步苛化加入石灰总量的10%~40%，反应温度控制在90~95°C下搅拌反应半小时，过滤去除沉淀物，第二步加入剩余比例的石灰进行苛化，研究表明除硅率并不理想，当第一步加入石灰总量的30%进行预苛化时，最终只去除绿液中56%的硅，可见高温条件下此法并没有得到理想的效果。申请人曾采用低温两步苛化法对非木浆碱回收绿液进行苛化制备白泥碳酸钙，即利用低温下.S1A Ca(0H) 2反应速率明显快于Na 20)3与Ca(0H) 2的反应速率，在有效除硅的基础上尽可能保留有效成分C032，研究证明，低温两步苛化法除硅率达80%以上，取得了良好的除硅效果，但是，该方法除硅后，绿液中仍含有约20%的硅。
【发明内容】
[0006]本发明采用低温三步苛化技术，即在原有第一步预苛化除硅基础上，再进行一次苛化除硅处理，然后，苛化制备出高纯度碳酸钙，实现其资源化利用。
[0007]本发明方法具体是:
第一步苛化:将非木材制浆碱回收绿液加入到消化完全的石灰水中，发生苛化反应，石灰用量为总苛化石灰量的5%~20% ;反应温度为5~40°C，搅拌速度为50~1000rpm，反应时间5~120min ；到达规定的反应时间后，过滤分离去除沉淀物。
[0008]第二步苟1化:在过滤所得的滤液中加入总苟1化石灰量5%~20%的石灰继续苟1化，反应温度为10~40°C，搅拌速度为100~600rpm，反应时间10~100min，到达规定的反应时间后，过滤分离去除沉淀物。
[0009]第三步苛化:在第二步过滤后所得滤液中加入总苛化石灰量60~90%的石灰再次苛化，反应温度为60~95°C，以提高苛化速率，反应时间为40~180min，或40°C以下低温继续反应2~10小时，到达规定的反应时间后，过滤并洗涤白泥碳酸钙，烘干得到高纯度碳酸钙。
[0010]本发明方法的原理:第一步加入少量Ca(0H)2与绿液进行低温苛化，使绿液中的Na2Si(V^Ca(0H) 2优先反应，析出CaS1 3，分离去除此沉淀物。第二步加入少量Ca(0H)2到过滤后的滤液中继续低温苛化，仍可使优先生成的CaS1j#到有效去除。第三步苛化，制备出高纯度白泥碳酸钙。
[0011]本发明的有益效果:本发明采用低温三步苛化，当第一步苛化除去80%左右的硅时，第二步仍在低温下苛化除去剩余20%硅的80%，比两步苛化法除硅率大幅度提高，达到充分除硅的效果，所得的白泥碳酸钙硅含量大幅度降低，基本可以与木浆碱回收绿液苛化所得白泥碳酸钙相媲美，所得白泥碳酸钙可以煅烧回用于苛化工段，在节约资源的同时保护环境。因此本发明具有良好的社会效益和经济效益。
【具体实施方式】
[0012]实施例1
第一步苛化:将非木材制浆碱回收绿液加入到消化完全的石灰水中，发生苛化反应，石灰用量为总苛化石灰量的5%，反应温度为10°C，搅拌速度为lOOOrpm，反应时间60min。达到规定的反应时间后，过滤分离去除沉淀物。
[0013]第二步苛化:在过滤所得的滤液中加入10%石灰继续苛化，反应温度为20°C，搅拌速度为300rpm，反应50min后过滤分离去除沉淀物。
[0014]第三步苟1化:在第二步苟1化过滤后所得滤液中加入剩余的85%石灰再次苟1化，苟1化温度上升到70°C，以提高反应速率，继续反应3小时，或20°C低温反应8小时，过滤分离，洗涤，得到高纯度白泥碳酸钙。
[0015]实施例2
第一步苛化:将非木材制浆碱回收绿液加入到消化完全的石灰水中，发生苛化反应，石灰用量为总苛化石灰量的10%，反应温度为20°C，搅拌速度为800rpm，反应时间50min。达到规定的反应时间后，过滤分离去除沉淀物。
[0016]第二步苛化:在过滤所得的滤液中加入15%石灰继续苛化，反应温度为30°C，搅拌速度为300rpm，反应40min后过滤分离去除沉淀物。
[0017]第三步苟1化:在第二步苟1化过滤后所得滤液中加入剩余的75%石灰再次苟1化，苟1化温度上升到80°C，以提高反应速率，继续反应3小时，或30°C低温反应6小时，过滤分离，洗涤，得到高纯度白泥碳酸钙。
[0018]实施例3
第一步苛化:将非木材制浆碱回收绿液加入到消化完全的石灰水中，发生苛化反应，石灰用量为总苛化石灰量的15%，反应温度为35 °C，搅拌速度为200rpm，反应时间35min。达到规定的反应时间后，过滤分离去除沉淀物。
[0019]第二步苛化:在过滤所得的滤液中加入5%石灰继续苛化，反应温度为40°C，搅拌速度为400rpm，反应40min后过滤分离去除沉淀物。
[0020]第三步苛化:在第二步苛化过滤后所得滤液中加入剩余的80%石灰再次苛化，苛化温度上升到90°C，以提高反应速率，继续反应2小时，或40°C低温反应4小时，过滤分离，洗涤，得到高纯度白泥碳酸钙。
【主权项】
1.非木浆碱回收绿液低温三步苛化制备白泥碳酸钙的方法，其特征在于: 第一步苛化:将非木材制浆碱回收绿液加入到消化完全的石灰水中，发生苛化反应，石灰用量为总苛化石灰量的5%~20% ;反应温度为5~40°C，搅拌速度为50~1000rpm，反应时间5~120min ;到达规定的反应时间后，过滤分离去除沉淀物； 第二步苟1化:在过滤所得的滤液中加入总苟1化石灰量5%~20%的石灰继续苟1化，反应温度为10~40°C，搅拌速度为100~600rpm，反应时间10~100min ;到达规定的反应时间后，过滤分离去除沉淀物； 第三步苟1化:在第二步过滤后所得滤液中加入总苟1化石灰量60~90%的石灰再次苟1化，反应温度为60~95°C，以提高苛化速率，反应时间为40~180min，或40°C以下低温反应2~10小时；到达规定的反应时间后，过滤并洗涤白泥碳酸钙，烘干得到高纯度碳酸钙。
【专利摘要】本发明涉及一种非木浆碱回收绿液低温三步苛化制备白泥碳酸钙的方法。本发明第一步，非木浆碱回收绿液与少量Ca(OH)2在40℃以下低温苛化，使绿液中的Na2SiO3优先反应，生成CaSiO3，沉淀析出，分离去除沉淀物。第二步，在过滤后所得绿液中继续加少量Ca(OH)2，使余下的Na2SiO3在低温下再次优先反应并以CaSiO3沉淀的形式析出，过滤去除沉淀物。第三步苛化，制备出高品质、高纯度白泥碳酸钙。本发明能对非木浆碱回收绿液苛化过程进行充分除硅，真正解决因“硅干扰”问题制约非木浆造纸企业发展的难题，实现白泥碳酸钙资源化利用。
【IPC分类】C01F11/18
【公开号】CN105417568
【申请号】CN201510877313
【发明人】夏新兴, 王芳
【申请人】浙江理工大学
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年12月3日