[发明专利]非木浆碱回收绿液低温三步苛化制备白泥碳酸钙的方法

说明书

技术领域

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

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。

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SiO₂形式存在，稻、麦草灰分中SiO₂含量占到灰分总量的60%~70%，甚至更高。

碱法制浆中，经过蒸煮后绝大部分结合硅溶解于碱中并以Na₂SiO₃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CaSiO₃的形式存在于白泥中。由于CaSiO₃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。CaSiO₃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。

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CO₂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Na₂SiO₃与Ca(OH)₂反应生成CaSiO₃优先于Na₂CO₃与Ca(OH)₂反应生成CaCO₃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℃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Na₂SiO₃与Ca(OH)₂反应速率明显快于Na₂CO₃与Ca(OH)₂的反应速率，在有效除硅的基础上尽可能保留有效成分CO₃^2-，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

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。

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℃，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。

第二步苛化：在过滤所得的滤液中加入总苛化石灰量5%~20%的石灰继续苛化，反应温度为10~40℃，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℃，以提高苛化速率，反应时间为40~180min，或40℃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。