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造纸用重质碳酸钙浆料的质量要求及研磨工艺控制

   日期:2017-10-19     来源:中国粉体技术网    浏览:377    评论:0    
 目前,国内外大型造纸碳酸钙生产企业多采用湿法研磨制备重质碳酸钙,并通过管道直接将碳酸钙浆料泵送至造纸厂使用,如欧米亚钙业(北海)有限公司投资的年产5万绝干吨微米级碳酸钙浆料项目,就是全球纸业巨头芬兰斯道拉恩索公司广西林纸一体化项目的配套项目。作为中碱性抄纸系统应用的主要填料,重质碳酸钙浆料的品质对纸张质量以及生产操作产生重要的影响。
  
1、造纸用重质碳酸钙浆料的质量要求

抄纸湿部使用的重质碳酸钙必须满足以下要求:高白度、高纯度、粒径及其分布稳定、低盐酸不溶物含量及磨耗、慢速沉降性能等。这些指标要求与纸机湿部生产过程的稳定性以及纸张质量指标的控制紧密关联。

(1)高白度
重质碳酸钙填料的白度影响纸张产品的白度,更会影响到部分使用增白染料助剂的纸张色相稳定性和生产成本的控制。对于碳酸钙白度的标准控制为≥90%,部分特种纸企业对于碳酸钙白度的标准控制则提升为≥92%。

(2)高碳酸钙含量、低盐酸不溶物、低磨耗
作为填料用的重质碳酸钙,质地比较软,碳酸钙含量越高越有助于减少摩擦作用,可以减少对造纸设备的损伤,延长生产设备的使用寿命,市场上对于碳酸钙含量的控制标准为≥98%。
盐酸不溶物以及磨耗指标主要针对碳酸钙中所含的非可溶盐类及硬质杂质而言,如指标过高且长期使用势必造成纸机以及涂布设备的快速磨损,尤其对于流浆箱、网部、压榨部各相关部件产生明显的损伤,造纸使用的填料级碳酸钙的盐酸不溶物控制要求为≤0.35%,磨耗控制要求为矣22g/m-2。

(3)粒径分布
根据不同的用途,对重质碳酸钙粒径及其分布的要求也不同,就目前抄纸湿部所用的研磨碳酸钙,粒径控制为65级,要求其粒径集中分布在某一区域,最好呈正态分布,以便于生产过程中操作参数调整控制,粒径控制范围为-2μm含量65%、-45μm含量100%。控制好作为填料使用的碳酸钙粒径,以便为后续在相同纸机条件下提高填料的留着性能和为纸张印刷提供一个均匀良好的表面性能。

(4)沉降性能
主要衡量研磨碳酸钙浆料处于稳定状态下其悬浮颗粒沉降速率的快慢。沉降速率过快,一方面不利于生产过程中的储存,并且会导致搅拌的动力消耗过大,同时也说明研磨碳酸钙可能存在粒径过大、分散性不好或添加分散剂量偏少等问题;如长时间无沉降则可能是存在研磨粒径过细或分散剂添加过量,如此的质量问题会导致纸机湿部系统的运转异常,正常为-2μm含量65%的碳酸钙(固含量17%-18%)15min沉降速度为≤1mm。

2、重质碳酸钙研磨工艺及过程参数控制

(1)研磨的简要流程
研磨流程可根据实际生产对浆料品质需求的不同作适当调整,相关的研磨机设备供应商会根据研磨机的能力和后续浆料质量指标提供适合的研磨设备及流程。
在研磨流程中浸泡程序必不可少,以使其逐步润胀便于后续研磨操作,使浆料质量得到稳定控制,也可减少研磨电机的电流频繁波动。
配备储存槽为保证研磨浆料的浓度稳定且能连续供给,减少断料问题出现。
研磨机流程操作过程中有严格的启停顺序,否则会造成研磨机堵塞或研磨电机烧毁等问题。研磨机的开启必须按照碳酸钙的流动方向逐一操作,待有浆料从单个研磨机出口流出后再启动相应的控制开关,否则空转的研磨机会造成研磨介质球珠的损伤,影响后续研磨质量。
研磨过程全部结束后应立即用清水运转流洗研磨机组,直至该研磨机出口重质碳酸钙浓度很低后,再按照开启的顺序逐一关闭研磨电源,避免碳酸钙结块影响下次研磨工作。

(2)原粉的质量选择
碳酸钙原粉的选择与后续研磨成品浆料质量密切相关,综合成品研磨碳酸钙的考核指标,首先应从原粉的白度、碳酸钙含量、盐酸不溶物含量等3个指标进行综合考量,因为这3个指标不仅为原粉的验收指标还是成品浆料的质量指标,仅研磨后浆料的白度会略高于原粉外,其他两项指标在后续研磨过程中无法得到改善,而成品浆料的其他指标则可以通过调整研磨操作参数或设备状态达到所需要求。这3个指标也从侧面反映出碳酸钙原粉的纯度高低,同时也衡量了该矿源的品质状况。

(3)研磨浓度的选择
研磨浓度对研磨机最大功效的发挥以及运输成本的控制至关重要,浓度太高不利于浆料分散,还会影响研磨机的正常运转,有可能导致研磨机堵滞或研磨电机烧毁,同时耗用的分散剂用量会大幅度增加;浓度太小则研磨机的有效功率未能最大化发挥,还会导致运输成本的上升。目前国内研磨碳酸钙浓度控制范围为(70±2)%。

(4)分散剂的使用及添加
碳酸钙原粉在浸泡以及研磨过程中非常容易失水沉淀甚至结块,故需在生产过程中添加分散剂以增加其分散性能。由于碳酸钙研磨品质要求的差异,使用的分散剂种类、型号以及用量各不相同,浸泡时必须根据浓度的大小以及成品浆料的黏度添加适量分散剂,用量相对分散的绝干原粉质量大致在0.2%-0.3%(分散剂有效成分按100%计);同时在研磨机的浆料出口滴加少量已稀释100倍的分散剂,用量为10-20mg/L,以缓解粒径减小带来的黏度增加的负面影响。

(5)研磨介质的选用
研磨介质球珠品种大致可以分为以下几种:玻璃珠、刚玉珠、高铝瓷珠、氧化锆珠等。由于类型、价格的差别,可以根据要求及生产成本进行选择,目前选用最多的研磨介质为高铝瓷珠,其次为氧化锆珠。
考虑到介质本身的质量以及研磨后碳酸钙粒径控制以及研磨机运转的电流,介质的用量为研磨机研磨容积的1/2~3/5,不同研磨机组采用介质的型号各不相同,按照研磨的流程而言可采用一段机组添加2.0~2.5mm级、二段机组添加0.7~1.0mm级、三段机组添加0.25~0.5mm级。研磨机组中的浆料粒径越细则采用的介质级别越小。
研磨机运行一段时间后(大约3个月)可以根据实际情况将二段机组内长期使用已磨损的中等级别介质转移部分到三段去,将一段中的部分介质转移到二段,在一段研磨机中补加部分2.0~2.5mm级别的介质,在保证研磨质量的基础上达到节约生产成本的目的。

(6)系统管道及泵的选择
碳酸钙浆料容易沉淀,排布浆料的管道应便于拆装,以处理泵送过程结束后碳酸钙沉淀出现堵塞现象,因此通常的管道为多组便于拆装的不锈钢或铸铁管道,各输送的泵应采用泥浆泵(研磨机组部分的泵、管道除外),各泥浆泵进口均应接有清水管,以便在泵送结束或出现堵塞时及时清洗。
研磨机组间的管道最好采用透明的环型夹丝软管,以便于观察碳酸钙浆料的实际走向、位置,发现异常问题可以及时处理,以减少管道堵塞造成的研磨机组空转;为便于维修,各研磨机组之间均采用空气泵泵送,同时其安装地点可以根据实际研磨现场情况灵活布置。

(7)研磨过程中的筛选设备选择
在整个研磨过程中共设有两个振动筛:第一个振动筛设在泡浆池与临时贮存槽之间,筛网为250目尼龙网,主要去除原粉以及泡浆过程大颗粒的外来杂质;第二个振动筛设在最后一只研磨机的浆料出口与成品浆料贮存槽之间,筛网采用325目尼龙网,主要去除研磨过程带入的小颗粒杂质(包含部分破碎的小介质)。
两只筛网必须保持干净以防堵塞网孔形成浆料溢流。同时各个研磨机的浆料出口也配备相应的缝筛,以防止其中的研磨介质在高速运转中被甩出来,出口部分的缝筛极易因为碳酸钙失水形成干涸,必须定期(通常2h)进行清洗。

(8)碳酸钙浆料的保存
碳酸钙中含有细菌,虽经过研磨过程的高温,仍无法杀灭,尤其夏季非常容易腐败产生异味,影响到纸张的品质。为控制其中的细菌滋生,通常在夏季添加杀菌助剂以维持浆料品质,一般40t液态研磨碳酸钙中添加400~500mL杀菌剂。其他季节可以根据实际状况添加或不加。

(9)研磨过程出现的问题及调整方法
要保证碳酸钙研磨质量稳定、合格,就必须对生产过程中主要控制以下几个参数:碳酸钙粒径、研磨机组正常运行的电流、碳酸钙黏度。这3个指标之间相互影响。
研磨碳酸钙的粒径可以通过相应粒径仪进行测量,通过稳定研磨操作控制后,即可以了解到碳酸钙粒径稳定在一合格范围时对应的各研磨机或每一研磨机组电机电流的数值及其控制范围,并检测对应的黏度。
当电机电流偏低而浆料黏度处于正常水平时则说明研磨介质球珠有了磨损,必须添加适量且对应型号的介质;如浆料黏度低于正常水平,则可能是添加的分散剂过量或泡浆浓度偏低。如电机的电流高于正常水平,则可能存在分散剂添加量偏少、研磨机内部的碳酸钙结块或泡浆浓度过高等问题。
以上参数之间的相互关系必须根据生产过程的实际状况灵活掌握。各参数之间的关系及异常调整方法见下表。
 
表1 各参数之间的关系及异常调整
实用

3、结论
在了解研磨碳酸钙原粉以及后续研磨的成品浆料的考核项目指标的基础上,结合各自对研磨碳酸钙的质量需求,再对以上提出的研磨操作工艺及参数合理运用,对生产适合造纸使用的研磨碳酸钙产品大有裨益。
 
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