制備碳酸鈣的方法技術

一種制備碳酸鈣的方法，其中采用苛化步驟制備便宜的紡錘狀或米粒狀碳酸鈣，所獲得的碳酸鈣作為造紙填料可以賦予紙張例如亮度、不透明度和防止網磨損的有效性能。在生石灰的消化中使用白液時，在第一步驟即消化中，所用生石灰的碳酸鈣含量不超過１０重量％，并且在２０至６０％的濃度下使用白液進行消化以制備石灰乳。另一方面，在生石灰的消化中使用綠液時，在第一步驟即消化中，所用生石灰的碳酸鈣含量為０．１重量％至１０重量％，并且在２０至６０％的濃度下使用綠液進行消化以制備石灰乳。在０．０２至０．５ｃｃ（綠液）／分鐘／克（生石灰）的綠液加入速度和２０至１０５℃的反應溫度下，進行第二步驟中的苛化反應以制備紡錘狀或米粒狀碳酸鈣。（*該技術在2017年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及在硫酸鹽或堿法紙漿法的苛化步驟中制備具有作為紙張填料的有效性能的碳酸鈣的方法，更確切地，本專利技術涉及通過限定所使用的生石灰和消化和苛化條件或其它因素來制備具有作為紙張填料的有效性能的碳酸鈣的方法。通常，在印刷紙或書寫紙中內加填料以便改善亮度、不透明度、平滑度、書寫適用性、手感、可印刷性或其它性能。這樣的紙張是，通過在約pH4.5下的所謂酸法或在pH7至8.5的中性至弱堿性下的所謂中性法，使用滑石、粘土、二氧化鈦等作為填料來制備的。在中性法中，可以使用國產碳酸鈣代替昂貴的進口滑石或粘土。最近幾年中，通過中性法獲得的中性紙張由于其可貯藏性已經引起人們的注意，并且由于其包括紙張質量、成本、環境影響在內的許多優點，它們的數量在不斷增長，并將變得越來越普遍。最近對紙張需求的特征是，在商業印刷中的活頁、目錄、單行本、直接郵寄等領域中和在出版業中涉及計算機、多媒體和家用計算機以滿足信息時代發展的書籍、雜志、影集、連環畫等領域中，需求量明顯提高。因此，紙張的使用者日益希望降低成本和尋求降級和輕質的紙張。正如上面所描述的一樣，由于對便宜和輕質中性紙張的需求提高，所以碳酸鈣作為填料的角色將變得非常重要。在中性紙張中作為填料的碳酸鈣包括通過機械干或濕研磨天然石灰石獲得的重質碳酸鈣和化學合成的沉淀碳酸鈣(合成碳酸鈣)。然而，在通過磨機例如球磨研磨天然石灰石獲得的重質碳酸鈣中，難以控制其形狀，并且作為內填料使用時，在紙張制備過程中嚴重磨損塑料造紙網。此外，用這樣的填料制備的常規優質紙或涂層紙在松厚性、亮度、不透明度、平滑度、書寫適用性、手感、可印刷性或其它性能方面是不足夠的。減輕重量方面的最新進展使上述問題嚴重化。高比表面積的填料(例如粉狀的二氧化硅、白炭黑)或高折射的填料(例如二氧化鈦)已經被廣泛使用作為改進輕質印刷紙不透明度的通用手段。已知可以如下制備沉淀碳酸鈣(1)二氧化碳氣體和由煅燒的石灰等獲得的石灰乳反應，(2)在氨堿法中碳酸銨和氯化鈣反應，(3)在碳酸鈉的苛化過程中石灰乳與碳酸鈉反應，等等。在這些方法中，因為反應(2)和(3)產生作為副產物的碳酸鈣，并且現在正逐漸被一種為獲得主產物的新的形式所取代，所以對如何控制它們所產生的碳酸鈣的形狀很少進行研究。另一方面，部分地因為(1)的反應體系是相對簡單的(水、熟石灰、二氧化碳氣體)，所以已經對其制備各種形狀的碳酸鈣技術進行了廣泛的研究，并且實際上已經給出一些在造紙廠就地制備的實例，然而，因為碳酸鈣是唯一的產品，所以該方法的生產成本是非常高的，并且不能滿足使用者節約成本的要求，并不能用于制備廉價的紙張，或者至多非常有限量地制備廉價紙張。可能的替代方法是使用在硫酸鹽紙漿法中的用于回收和更新蒸煮劑的苛化步驟中產生的碳酸鈣作為造紙材料。在硫酸鹽或堿法紙漿法中，在高壓和高溫下，使用氫氧化鈉和硫化鈉的混合化學溶液蒸煮木材以分離出纖維素。分離出固相的纖維素，純化為紙漿，而化學溶液和其它從木材中洗提的非纖維素的成分被回收作為紙漿廢液(黑液)，濃縮并煅燒。這期間，從木材中洗提的成分作為熱源被回收，同時回收化學溶液中基于碳酸鈉和硫化鈉的無機物質，并溶解在水中或被稱作稀液的稀釋化學溶液中，其中在該稀液中溶解了部分白液組分，該白液組分是通過洗滌下述反應形成的碳酸鈣淤泥而獲得綠液時產生的。將該綠液與生石灰混合以產生碳酸鈣，其反應如下(1)(2)因為這些碳酸鈣是制備主產物白液時的副產物，所以可以以非常低的成本制備這種碳酸鈣。此外，因為在通常是密閉體系的苛化步驟中，體系的內部是純凈的，并且通過從鈣循環周期(碳酸鈣、生石灰、消化石灰)中提取碳酸鈣來高度純化循環石灰，所以，可以預料到，提高了上述反應(1)和(2)的反應性和白液的透明度，并減少廢液。然而，難以控制所獲得的常規碳酸鈣的形狀，該碳酸鈣總是大塊狀的和無定形的，并包括各種形狀，例如類似于常規重質碳酸鈣的具有大顆粒直徑的立方體或正六面體，使用這種填料制備的常規優質紙或涂層紙在松厚性、亮度、不透明度、平滑度、書寫適用性、手感、可印刷性或其它性能方面是不足的。在使用最新的以高速度造紙的大規模造紙機上，還在塑料造紙網抗磨性能和濕部收率方面出現嚴重問題。因此，難以有效和廉價地制備在造紙過程中作為填料或顏料使用以獲得好的濕部收率和塑料造紙網抗磨性能的碳酸鈣。同樣難以降低涂料量以使其重量最小，同時保持印刷質量，此外，在使用相同涂料量時難以產生大松厚性和高不透明度的具有好的質地的優質紙張或涂層紙。考慮到上述情況，本專利技術的目的是提供廉價和輕質的在苛化步驟中自身產生可控形狀的碳酸鈣，其在造紙過程中具有好的濕部收率和塑料造紙網抗磨性能，并能產生具有好的質地、高的不透明度和通常的可印刷性和其它性能的優質紙張和涂層紙。為了克服上述問題，通過仔細研究發現，可以如下解決上述問題用白液消化含特定水平或更低的碳酸鈣的生石灰，獲得石灰乳，利用硫酸鹽或堿法紙漿法的苛化步驟，以便在可控的加料速度和反應溫度下在所述的石灰乳中連續加入在硫酸鹽或堿法紙漿法的苛化步驟產生的綠液，綠液的加入量與常規方法中制備白液所需的量相匹配，并且在此發現的基礎上完成本專利技術。根據本專利技術的方法，可以控制碳酸鈣的形狀，而無需明顯改變常規的苛化步驟就可以制備最小直徑是0.3至1.5微米，最大直徑是0.5至7微米的紡錘狀或米粒狀顆粒的碳酸鈣，當它用作紙張填料時具有良好的亮度、不透明度和造紙網抗磨性能，并且與通過石灰乳和二氧化碳氣體的常規反應獲得的碳酸鈣相比制備成本非常低。此外，通過從苛化步驟提取碳酸鈣可以縮短窯的操作時間，或者根據在該步驟中提取的碳酸鈣的數量停止窯的連續操作，因此節約了整個苛化步驟的成本。在本專利技術第一步的消化反應中所使用的生石灰可以是基于碳酸鈣的石灰石和/或在硫酸鹽或堿法紙漿法的苛化步驟中在碳酸鈉轉化為氫氧化鈉期間產生的碳酸鈣的煅燒產物。這里所使用的煅燒爐可以是任何將碳酸鈣轉化為生石灰(氧化鈣)的設備例如Beckenbach窯、Meltz窯、回轉窯、Kunii窯、KHD窯、流化床煅燒爐、立式混合窯。在所獲得的碳酸鈣的雜質中，必須通過適當地選擇從含微量有色元素的原料石灰石得到的生石灰來嚴格控制有色元素(Fe、Mn等)，以便滿足造紙的目的。在苛化期間使用在回轉窯或流化床煅燒爐等中重新煅燒的生石灰的情況下，根據條件例如外部體系中提取的碳酸鈣和在本體系中重新煅燒的碳酸鈣之間的比例，可以在苛化步驟的鈣循環周期中供應含較少有色元素的原料石灰石，或使用控制量的通過其煅燒獲得的生石灰。在生石灰中碳酸鈣的含量以生石灰的重量計是0.1至10重量％。如果該含量超過10重量％，那么產生無定形和大塊狀的碳酸鈣，這樣的碳酸鈣具有低的造紙網抗磨性能，并且不能制備具有所需質量的輕質涂層紙。0.1％或更低的含量是不經濟的，因為煅燒所需的能力大大提高或者必須專門地設計煅燒爐。對生石灰的顆粒尺寸沒有特殊的限制，但是優選是0.01至30毫米。如果顆粒尺寸是0.01毫米或更低，則粉碎增加成本，并且產生粉塵或者令人討厭的輸送工作。如果顆粒尺寸是30毫米或更高，那么通過消化期間的攪拌不能獲得均勻的混合。當白液用于生石灰的消化時，其總堿度應該是80至160克/升(表示為Na2O，以下相同))，優選100至150克/升，或本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種在硫酸鹽或堿法紙漿工藝的苛化步驟中制備作為紙張填料使用的碳酸鈣的方法，其包括： 在第一步驟中，在生石灰中，（ａ）加入白液，至所述生石灰的濃度以消化前的生石灰重量計是０．５至６０重量％，其中所述的生石灰是在所述的苛化步驟中產生的和／或是從該步驟以外引入的，并且以生石灰的重量計包含０．１至１０重量％的碳酸鈣；或者（ｂ）加入綠液至所述生石灰的濃度以消化前的生石灰重量計為２０至６０重量％，并在攪拌或捏合下消化所述的生石灰，獲得石灰乳和／或石灰漿，以及然后 在第二步驟中，通過以０．０２至０．５ｃｃ（綠液）／分鐘／克（生石灰）的加料速度連續加入在所述的苛化步驟中產生的制備白液所需量的綠液，使所述的石灰乳和／或石灰漿在２０至１０５℃的反應溫度下進行苛化反應。

【技術特征摘要】
...

【專利技術屬性】
技術研發人員：高橋一人，金井清，南里泰德，岡本康弘，
申請(專利權)人：日本制紙株式會社，
類型：發明
國別省市：JP[日本]