一種造紙堿回收制備沉淀碳酸鈣的苛化工藝裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提出了一種造紙堿回收制備沉淀碳酸鈣的苛化工藝裝置。該苛化工藝裝置包括：形成含Ca(OH)2消化液的消化器；混合罐，連接所述消化器和含NaOH溶液的容器；依次連接的多個(gè)苛化罐，其中第一個(gè)苛化罐連接所述混合罐，所述各苛化罐中分別連接綠液容器；貯罐，所述貯罐連接最后一個(gè)苛化罐；沉淀罐，所述沉淀罐連接所述貯罐的下部和含Na2CO3溶液的容器。本實(shí)用新型采用多級逆流苛化技術(shù)，不僅達(dá)到了堿回收的目的，且苛化后不用再碳化就可得到具有白度高，粒度細(xì)的以文石型晶體結(jié)構(gòu)為主的沉淀碳酸鈣，能直接用于紙張加填，代替商品沉淀碳酸鈣；此外，本實(shí)用新型對于現(xiàn)有堿回收工藝無需定制專用的反應(yīng)設(shè)備，具有易于實(shí)施的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種造紙堿回收制備沉淀碳酸鈣的苛化工藝裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及造紙領(lǐng)域，特別涉及一種造紙堿回收制備沉淀碳酸鈣的苛化方法，以及一種造紙堿回收制備沉淀碳酸鈣的苛化工藝裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]堿法制漿是目前大部分制漿造紙廠(尤其是草類原料制漿造紙廠)中廣泛采用的工藝。在堿法制漿造紙的苛化過程中會產(chǎn)生大量的沉淀碳酸鈣(白泥)?？粱菍A法制漿造紙產(chǎn)生的綠液中的Na2CO3與Ca(OH)2發(fā)生苛化反應(yīng)，生成含NaOH白液和含沉淀CaCO3白泥的反應(yīng)過程。
[0003]與此同時(shí)，碳酸鈣作為填料和涂布顏料在造紙等工業(yè)中的應(yīng)用日益廣泛。隨著紙張輕量化發(fā)展和現(xiàn)代紙機(jī)車速提高，要求碳酸鈣具有較高的不透明度以及對成形網(wǎng)較低的磨損。但是傳統(tǒng)的苛化工藝生產(chǎn)的白泥存在白度低、形態(tài)均勻性差的問題，不能滿足需要?，F(xiàn)有造紙技術(shù)中，一般使用商品碳酸鈣作為填料，而對苛化后無需碳化，直接苛化生產(chǎn)沉淀碳酸I丐的技術(shù)方案鮮有報(bào)道。
[0004]鑒于造紙行業(yè)對高品質(zhì)碳酸鈣的需求不斷增加，因此如何提高和改善苛化過程中的沉淀碳酸鈣品質(zhì)，使其主要成分為文石型晶體結(jié)構(gòu)，以滿足填料和涂布顏料等的性能要求并取代商品碳酸鈣，是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問題。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]有鑒于此，本實(shí)用新型的目的在于提供一種造紙堿回收制備沉淀碳酸鈣的苛化工藝裝置，該苛化工藝裝置可以促進(jìn)文石型結(jié)構(gòu)的晶體生長，提高沉淀碳酸鈣的品質(zhì)。
[0006]本實(shí)用新型的造紙堿回收制備沉淀碳酸鈣的苛化工藝裝置，該苛化工藝裝置包括:
[0007]形成含Ca (OH) 2消化液的消化器；
[0008]混合罐，連接所述消化器和含NaOH溶液的容器；
[0009]依次連接的多個(gè)苛化罐，其中第一個(gè)苛化罐連接所述混合罐，所述各苛化罐中分別連接綠液容器；
[0010]貯罐，所述貯罐連接最后一個(gè)苛化罐；
[0011]沉淀罐，所述沉淀罐連接所述貯罐的下部和含Na2CO3溶液的容器。
[0012]進(jìn)一步地，所述貯罐的上部和下部均與所述混合罐連接，所述貯罐為所述含NaOH溶液的容器。
[0013]本實(shí)用新型的消化液與綠液在多個(gè)苛化罐進(jìn)行苛化反應(yīng)，通過采用多級逆流苛化技術(shù)，達(dá)到了理想的苛化效果。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型不僅達(dá)到了堿回收的目的，且苛化后無需碳化就可得到具有白度高、粒度細(xì)的高質(zhì)量碳酸鈣，所得碳酸鈣以文石型晶體結(jié)構(gòu)為主，能直接作為填料取代商品碳酸鈣，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益；本實(shí)用新型無需定制專用的反應(yīng)設(shè)備，在現(xiàn)有堿回收設(shè)備的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化改造，即可以實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的技術(shù)方案，具有易于實(shí)施的優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本實(shí)用新型一實(shí)施例制備沉淀碳酸鈣的苛化工藝裝置圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面對本實(shí)用新型的附圖和【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。對于所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員而言，從對本實(shí)用新型的詳細(xì)說明中，本實(shí)用新型的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將顯而易見。
[0016]為了便于對本實(shí)用新型的理解，先對苛化方法進(jìn)行說明。本實(shí)用新型一實(shí)施例的造紙苛化方法包括步驟a、步驟b和步驟C。
[0017]在步驟a中，本實(shí)用新型將含Ca(OH)2消化液、含NaOH溶液與文石型碳酸鈣晶種混合，混合液依次進(jìn)入多個(gè)苛化罐進(jìn)行苛化反應(yīng)，所述各苛化罐中通入含Na2CO3的綠液；
[0018]其中，該含Ca(OH)Jg化液可以是精選的石灰與清水消化后產(chǎn)物，也可以選用后述的一級白液消化石灰，其可以是質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10?50%的Ca(OH)2懸浮液；含NaOH溶液可以是專門制作的溶液，優(yōu)選其為常規(guī)堿法造紙工藝中的一級白液。其也可以是本實(shí)用新型后述的二級白液，本實(shí)用新型并不受限于此。優(yōu)選含Ca(OH)2消化液與含NaOH溶液混合后，其中的NaOH的摩爾濃度為I?4mol/L。含Ca(OH)2消化液與含NaOH溶液的體積比可以為1:0.5?3。進(jìn)一步地，該混合液中還可以加入文石型碳酸鈣晶種，該晶種可以采用步驟b分離的第一白泥漿，也可以采用專門制備的文石型碳酸鈣。
[0019]本實(shí)用新型在各苛化罐中通入含Na2CO3的綠液，并通過苛化反應(yīng)將該綠液轉(zhuǎn)化為白液。該綠液優(yōu)選是采用草類原料堿法蒸煮、堿回收后形成產(chǎn)物。此外，為了保證草類原料不對苛化反應(yīng)和碳酸鈣的沉淀造成“硅干擾”，可以采用留硅蒸煮工藝將硅保留在草漿中，以將綠液中的硅含量控制在小于I?8g/L(以SiO2計(jì))。
[0020]應(yīng)當(dāng)清楚，為了制得高品質(zhì)的文石型沉淀碳酸鈣，綠液的品質(zhì)至關(guān)重要，本實(shí)用新型優(yōu)選采用以下步驟形成綠液:
[0021]在蒸煮鍋中加入草類原料和堿液并進(jìn)行蒸煮反應(yīng)，形成草漿和黑液，所述堿液中包含NaOH、Na2S、蒸煮助劑和留硅劑；所述綠液是黑液燃燒溶解形成的產(chǎn)物。前述蒸煮反應(yīng)可以是間歇或連續(xù)式留硅蒸煮，本實(shí)用新型并不受限于此。
[0022]由于前述堿液中加入了留硅劑，草類原料在蒸煮脫木素的同時(shí)抑制硅向黑液中轉(zhuǎn)移，降低了黑液中硅的含量。這種低硅含量的黑液可以在堿爐中進(jìn)行燃燒，堿爐熔融物溶解即可以形成綠液。溶解堿爐熔融物的既可以是清水、二級白液、后述的第二白泥漿洗水或它們的混合，本實(shí)用新型并不受限于此。
[0023]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所得到的綠液是較為渾濁的濁綠液。為了提高苛化效果和沉淀碳酸鈣品質(zhì)，本實(shí)用新型優(yōu)選在各苛化罐中流加含Na2CO3的清綠液，該清濁液為預(yù)處理后的綠液。其在前述(濁)綠液基礎(chǔ)上進(jìn)行了預(yù)處理，預(yù)處理包括將綠液置于預(yù)處理罐中，加入綠液質(zhì)量O?5%石灰乳(以CaO計(jì))和O?1%聚丙烯酰胺攪拌并澄清。預(yù)處理后的綠液可以送入綠液貯槽中備苛化用。
[0024]作為本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，留硅蒸煮的堿液中的留硅劑為鈣基留硅劑，所述留硅劑的活性成分至少包括含鈣物質(zhì)，所述含鈣物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為M，所述留硅劑的活性成分還包括質(zhì)量分?jǐn)?shù)為O?0.8M的含鋁物質(zhì)，以及質(zhì)量分?jǐn)?shù)為O?0.5M的含鎂物質(zhì)，其中各質(zhì)量分?jǐn)?shù)以氧化物計(jì)算，所述含鈣物質(zhì)是石灰石或白云石鍛燒后的產(chǎn)物，用水洗前述產(chǎn)物，并加入所述含鋁物質(zhì)和/或含鎂物質(zhì)形成乳液留硅劑。優(yōu)選地，所述含鈣物質(zhì)是1100?1200°C煅燒過的石灰石。
[0025]所述含鋁物質(zhì)可以是鋁土礦焙燒后產(chǎn)物。優(yōu)選地，所述含鋁物質(zhì)是粒度不小于60目、550?850°C下焙燒過的鋁土礦，其中Fe的質(zhì)量分?jǐn)?shù)< 4%。
[0026]所述含鎂物質(zhì)可以是白云石或菱鎂礦煅燒后產(chǎn)物。優(yōu)選地，所述含鎂物質(zhì)是粒度為不小于60目、800?1500°C煅燒過的白云石或菱鎂礦。
[0027]在本實(shí)用新型的一實(shí)施例中，含鈣物質(zhì)、含鋁物質(zhì)和含鎂物質(zhì)分別為石灰石、鋁土礦和白云石，其質(zhì)量比為1: 0.5: 0.2，配制含NaOH、Na2S、蒸煮助劑和留硅劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為5%，0.5%,0.03%和1%的蒸煮堿液，按體積比1:3同時(shí)將草類原料(如蘆葦)和前述堿液裝入25m3的球形蒸煮鍋內(nèi)，共裝入蘆華6噸。按常規(guī)的蒸煮方法,空轉(zhuǎn)15min后1.5h升溫至160°C，保溫2h進(jìn)行蒸煮反應(yīng)，噴放得到草漿。對蒸煮產(chǎn)品檢測結(jié)果，黑液脫硅率75%。
[0028]需要說明的是，本實(shí)用新型的堿液各組分也可以具有其它含量，優(yōu)選本實(shí)用新型所述堿液中包含質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2?18%的NaOH，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為O?2%的Na2S，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為O?
0.2%的蒸煮助劑，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1?5%的留硅劑。蒸煮反應(yīng)也可以具有其它工藝條件，優(yōu)選所述草類原料與堿液的質(zhì)量比為1:1?5，所述蒸煮反應(yīng)的反應(yīng)溫度為室溫?190°C，所述蒸煮反應(yīng)的反應(yīng)時(shí)間為35?180 min0前述技術(shù)方案均可以在黑液中達(dá)到較高的脫硅率，保證綠液中的硅含量控制在小于I?8g/L (以SiO2計(jì))，從而使苛化反應(yīng)時(shí)避免硅干擾。
[0029]本實(shí)用新型在各苛化罐中進(jìn)行不同程度的苛化反應(yīng)，優(yōu)選本實(shí)用新型的苛化罐包括3個(gè)，第一個(gè)苛化罐中加入的Na2CO3量為總理論量的20?40%，第二個(gè)苛化罐中加入的Na2CO3量為總理論量的30?50%，第三個(gè)苛化罐中加入的Na2CO3量為總理論量的40?60% ；總理論量以混合液中的Ca(OH)2消化液的量進(jìn)行化學(xué)計(jì)量。在經(jīng)過第三個(gè)苛化罐苛化反應(yīng)后，Ca(OH)2消化液應(yīng)該還有過量，優(yōu)選CaO的過灰量為O?20%。本實(shí)用新型并不受限于此。
[0030]前述含Ca(OH)2消化液消化時(shí)的溫度為室溫?90°C，各苛化罐的苛化溫度為室溫?100°C，各苛化罐的攪拌轉(zhuǎn)速依次降低。其攪拌轉(zhuǎn)速可以分別為盡可能高、適中和維持廣品結(jié)晶不沉淀。
[0031]在步驟b中，本實(shí)用新型將最后一個(gè)苛化罐的反應(yīng)液進(jìn)行沉澄，分離第一白泥漿和一級白液。如前所述，在最后一個(gè)苛化罐苛化反應(yīng)后，Ca(OH)Jg化液還有過量，其中一級白液的主要成分為NaOH。步驟b分離的一級白液可以作為步驟a中所述的含NaOH溶液。此外，該一級白液還可以用于進(jìn)行蒸煮制漿。
[0032]在步驟c中，本實(shí)用新型將所述第一白泥漿與含Na2CO3溶液反應(yīng)，將未反應(yīng)完全的Ca(OH)2反應(yīng)完全，分離第二白泥漿和二級白液。該含Na2CO3溶液可以是本實(shí)用新型前述的綠液，也可以是專門制作的溶液，本實(shí)用新型并不受限于此。在步驟c中，Na2CO3溶液過量，優(yōu)選步驟c中第一白泥漿中加入的Na2CO3量為理論量的100?120%，該理論量以白泥漿中的Ca(OH)Jg化液的量進(jìn)行化學(xué)計(jì)量。因此，其中二級白液的主要成分為NaOH。該第二白泥漿的主要成分為CaCO3，該第二白泥漿經(jīng)過(二次)洗水分離即可以直接用作抄紙?zhí)盍?，填料可以?0?70%的CaCO3懸浮液。其中，文石型晶體結(jié)構(gòu)的CaCO3占I?95%。
[0033]在本實(shí)用新型一實(shí)施例中，混合液采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10?50%的Ca(OH)2懸浮液和摩爾濃度為2mol/L NaOH的一級白液，體積比為1: 1，綠液中總堿濃度100g/L (以NaOH計(jì))，硅含量2g/L (以SiO2計(jì))，控制三個(gè)苛化罐的總停留時(shí)間為2小時(shí)，三個(gè)苛化罐控制溫度為50°C，攪拌轉(zhuǎn)速分別為80轉(zhuǎn)/分、50轉(zhuǎn)/分和20轉(zhuǎn)/分。所得產(chǎn)品特征如下:
[0034]一級白液:有效堿濃度98g/L (以NaOH計(jì))，苛化度90.5% ；
[0035]二級白液:有效堿濃度80g/L (以NaOH計(jì));
[0036]白泥:經(jīng)過濾干燥處理檢測，白度91%，325目篩余物0.25%,文石型晶體結(jié)構(gòu)的CaCO3 占 78%ο
[0037]在本實(shí)用新型另一實(shí)施例中，混合液成分同上，綠液總堿濃度110g/L(以NaOH計(jì))，硅含量1.5g/L(以SiO2計(jì))，控制三個(gè)苛化罐的總停留時(shí)間為2小時(shí)，三個(gè)苛化罐控制溫度為85V，攪拌轉(zhuǎn)速分別為100轉(zhuǎn)/分、50轉(zhuǎn)/分和10轉(zhuǎn)/分。所得產(chǎn)品特征如下:
[0038]一級白液:有效堿濃度105g/L (以NaOH計(jì))，苛化度89% ；
[0039]二級白液:有效堿濃度82g/L (以NaOH計(jì))；
[0040]白泥:經(jīng)過濾干燥處理檢測，白度90.2%, 325目篩余物0.15%,文石型晶體CaCO3占83%。
[0041]圖1所示是本實(shí)用新型一實(shí)施例制備沉淀碳酸鈣的苛化工藝裝置圖，該苛化工藝裝置中包括消化器1、混合罐2、多個(gè)苛化罐3、貯罐4和沉淀罐5。其中，該消化器I用于消化CaO形成含Ca(OH)2消化液，在該消化器I中可以放入精選的石灰和清水。
[0042]多個(gè)苛化罐3依次連接，其中第一個(gè)苛化罐3連接所述混合罐2，所述各苛化罐3中分別流加含Na2CO3的綠液；混合罐2中的混合液和綠液可以通過泵送機(jī)構(gòu)泵入苛化罐3中。
[0043]貯罐4連接最后一個(gè)苛化罐3，用于分離第一白泥漿和一級白液；在該貯罐4中，Ca(OH)2消化液還有過量，其中一級白液的主要成分為NaOH。貯罐4和苛化罐3之間可以采用泵送機(jī)構(gòu)連接。
[0044]沉淀罐5連接貯罐4的下部和含Na2CO3溶液的容器，通入所述第一白泥漿和含Na2CO3溶液，分離第二白泥漿和二級白液?？梢圆捎酶裟け脤⑺龅谝话啄酀{通入沉淀罐5中，在沉淀罐5中Na2CO3溶液過量，其中二級白液的主要成分為NaOH。該第二白泥漿的主要成分為CaCO3。
[0045]進(jìn)一步地，本實(shí)用新型的貯罐4的上部和下部均與混合罐2連接，所述貯罐4為所述含NaOH溶液的容器。貯罐4的下部的第一白泥漿作為文石型碳酸鈣晶種，上部的一級白液作為含NaOH溶液。需要說明的是，該一級白液也可以泵入蒸煮鍋中用作蒸煮制漿的堿液組分。此外，該二級白液也可以用作生成綠液的溶劑。送入混合罐2的文石型碳酸鈣晶種還可以是專門制作的文石型碳酸鈣晶種。前述各部件之間也可以通過泵送機(jī)構(gòu)進(jìn)行連接。
[0046]由于本實(shí)用新型制備沉淀碳酸鈣的苛化工藝裝置的原理與前述苛化方法基本相同，本文在此不再進(jìn)行贅述。在沉淀罐5中沉淀的第二白泥漿經(jīng)過(二次)洗水分離即可以直接用作抄紙?zhí)盍?，填料可以是I?70%的CaCO3懸浮液。其中，文石型晶體結(jié)構(gòu)的CaCO3占I?95%。[0047]本實(shí)用新型在達(dá)到堿回收目的同時(shí)，苛化后無需碳化，就能得到白度高、粒度細(xì)的高質(zhì)量的沉淀碳酸鈣，能直接用于紙張加填，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益；而且本實(shí)用新型在現(xiàn)有堿回收設(shè)備的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化改造即可以實(shí)現(xiàn)，無需定制專用的反應(yīng)設(shè)備，易于實(shí)施。因此本實(shí)用新型的有益效果是顯而易見的。
[0048]還應(yīng)當(dāng)理解，本實(shí)用新型雖然已通過以上實(shí)施例進(jìn)行了清楚說明，然而在不背離本實(shí)用新型精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本實(shí)用新型作出各種相應(yīng)的變化和修正，但這些相應(yīng)的變化和修正都應(yīng)屬于本實(shí)用新型的權(quán)利要求的保護(hù)范。
【權(quán)利要求】
1.一種造紙堿回收制備沉淀碳酸鈣的苛化工藝裝置，其特征在于，包括: 形成含Ca (OH) 2消化液的消化器(I); 混合罐(2)，連接所述消化器(I)和含NaOH溶液的容器； 依次連接的多個(gè)苛化罐(3)，其中第一個(gè)苛化罐(3)連接所述混合罐(2)，所述各苛化罐(3)中分別連接綠液容器； 貯罐(4)，所述貯罐(4)連接最后一個(gè)苛化罐(3)； 沉淀罐(5)，所述沉淀罐(5)連接所述貯罐(4)的下部和含Na2CO3溶液的容器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的苛化工藝裝置，其特征在于，所述貯罐(4)的上部和下部均與所述混合罐(2)連接，所述貯罐(4)為所述含NaOH溶液的容器。
【文檔編號】C01F11/18GK203383092SQ201320405798
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年7月9日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月28日
【發(fā)明者】劉北平, 全昌云, 劉亮, 趙海翔, 姚金秀, 陳健, 劉芳液 申請人:湖南文理學(xué)院