轻质碳酸钙增白研究

为两大类 :其一 ,原料石灰石中含有较高的着色矿物
铁 、锰等 ;其二 ,生产中操作不合理 、装置水平低 ,设
图 1 增白工艺流程示意图
备腐蚀等外界引入有色物质多 ,造成白度降低 。前
实验中 ,消化时以灰/ 水 = 1/ 4～5 进行消化 、过
者属于内在原因 ,可采用化学方法增白 ;后者属于外 滤 ,除渣后进行碳化 、分离 、干燥制成碳酸钙产品 ,测
关键词 轻质碳酸钙 白度 方法
我国 2001 年轻质碳酸钙生产企业近 300 家 ,生 子及其氧化物起反应 ,把三价铁还原成能溶于水的
产能力达 2800kt/ a ,实际生产量达 2600kt/ a ,在世界 Fe2 + 离子 ,生产中经过滤除去浆料中铁离子 ,以达
上仅次于美国 ,名列世界各国产量第二名 。
B 络合剂
C 调节剂
D
位级
物质
用量 %
用量
用量 消化温
物质
物质 %
% 度/ ℃
1 A1 Na2S2O3 018 B1 乙二胺 012 C1 Na2SiO3 014 D1 20
2 A2 Zn 粉 014 B2 ED TA 1184 C2 H2BO3 014 D2 30
3 A3 水合肼 0124 B3 空白 — C3 空白 — D3 40
在原因 ,可采用加强管理 ,改造工艺及设备 ,提高工 其白度为基准 ,然后在消化过程中分别加入 A 还原
艺及设备水平等予以解决 。本文重点介绍化学增白 剂 、B 络合剂 、C 调节剂 ,进行增白实验 。
方法 。
212 增白试验与结果 根据原料石灰石中铁 、锰等
1 化学增白机理探讨
含量 ,选定不同还原剂 、络合剂 、调节剂用量 ,按正交
8
3
2
1
3
9315
018 %增加时 ,白度先下降 ,到 0124 %达最低点后又
9
3
3
2
1
9312
上升 ,故选 0124 %～018 %为宜 。图 2d 说明消化时
K1 28014
26713
27913
27910
K2 26814
28210
26619
28218
K3 28112
28017
28318
26812
低 。如果在消化过程中 ,或在碳化过程中 ,或在熟浆
按 L934 正交试验 ,其结果详见表 2 。由表 2 筛
液中 ,加入某种物质 ,以除 Fe3 + 为例 ,使其与 Fe3 + 离 选出 A2B1C2D3 为优级组合 ,再次进行试验 ,结果详
— 11 —
见表 3 。
表 1 因素位级表
因素 A 还原剂
31 各种因素添加量影响白度的结果 ,由表 3 及 图 2 可知 :四个因素均存在拐点 ,说明均有一个较为 适宜的量 。图 2a 说明还原剂锌粉用量由 014 %到 0108 % ,即由大到小 :当由 014 %到 0124 时 ,白度降
类别 AZn 用量 B 乙胺用量 CH2BO3 用量 D 消化温度 结果
硫化条件 : 143 ℃; 时间 , 20 、30 、40 、50 ( min) 。 表 1 内 ,数据均采用 4 组硫化时间相关指标的均值 。
表 1 配合试验产品的物理力学性能
料样 类别
邵氏硬 度A
伸长 率 %
拉伸 强度 M Pa
定伸 应力 M Pa
永久 变形
%
H抽 出力 N/ 根
撕力 kN/ m
到除铁增白作用 。加入的物质应为强还原剂 ,如亚
我国轻钙产量虽大 ,但质量较低 ,品种少 。随着 硫酸氢钠 、亚硫酸钙 、硫代硫酸钠 、连二亚硫酸钠 、过
白色制品需求量的越来越大 ,对其白色填料的白度 氧化氢 、水合肼 、次氯酸钠等 。配合还原反应进行 ,
要求也越来越高 。如造纸用轻钙 ,化学建材中塑料 适当调节酸碱度 ,也可采用络合过程除去或隐蔽有
21 由表 2 位级和比较可知 ,还原剂中锌粉效果 最好 ,而 Na2 S2O3 和水合肼效果相当 ,选择锌粉进一 步实验 ;络合剂中 ED TA 及乙二胺对产品增白效果 不十分明显 ,但也可提高白度 ,二者效果相当 ,但从 经济角度分析 ,选择乙二胺价格便宜为宜 ;调节剂对 增白影响程度最大 ,说明还原剂或络合剂对着色离 子或氧化物的作用均在一定酸碱度时效果最好 。为 保证还原与络合反应的进行 ,必须加入适当调节剂 。 从试验中可知 ,Na2 SiO3 和 H2BO3 二者均影响较大 , 但 H2BO3 更为适宜 ,并且价格较低 ,选用 H2BO3 进 一步实验 。
参考文献
1 韩长日 ,宋小平 1 印染 、橡塑助剂产品的制造技术[ M ]1 北京 :科 技文献出版社 ,1996
2 李永绣等 1 稀土对酸活化膨润土酯催化活性的影响 [J ] 1 稀土 , 1996 (2)
3 杨占红等 1 单硬脂酸稀土及双硬脂酸稀土的合成 [J ] 1 稀土 , 1995 (1)
石灰石中含有铁 、锰等有色金属 ,在轻钙生产过 试验设计进行试验 ,求出最佳增白工艺条件 。本试
程中以 Fe3 + 、Mn2 + 、Co3 + 、Ni2 + 离子及氧化物形式 验选择四个因素 :还原剂 A 、络合剂 B 、调节剂 C ,消
存在 ,而带入产品中 ,使白色碳酸钙着色而白度降 化温度 D ℃,每个因素选 3 个水平 ,详见表 1 。
Ri 1218
1417
1319
1416
优位级 A3
B2
C3
来自百度文库
D2
3 空白试验样品白度为 8110 %。
213 位级趋势图 根据表 3 数据绘出位级趋势图 ,
温度有最高点为 30 ℃,存在最优温度 ,取 30 ℃为宜 。
由以上分析可知 ,化学增白过程是利用还原反
应 、络合反应等将高价着色离子或氧化物还原成低
价离子或氧化物 ,由不溶物质变成可溶物或浅色物
质 ,除去或隐蔽起来 ,达到增白之目的 。
4 结束语
(下转第 10 页)
详见图 2 。
— 12 —
图 1 对比红外光谱图 的指纹区 ,经酸活化处理并改性后的蒙脱土在 860 ～800cm - 1附近的非对称双峰强度增强 ,在 800 ～ 500cm - 1有明显的微小起伏 ,说明它的有机反应的 活性增强 。 3 实验结果
注 :物质用量为该添加物与石灰乳中 CaO 的质量比 。
表 2 试验结果分析表
类别
A 还原剂 %
B 络合剂 %
C 调节剂 %
D 消化 结果
温度 白度
℃
%
1 1Na2S2O3018 1 乙二胺 012 1Na2SiO3014 1 20 8712
2
1
2 ED TA1184 2 H2BO3014 3 40 8816
为将羧酸稀土蒙脱土与白炭黑作比较 ,实验采 用呼和浩特三角有限公司的轮胎缓冲胶配方 ,并将 二者作等量填加 。由于用于气流粉碎的改性物料须 大于 50kg ,反应后的压滤 、脱水没有适宜的设备 ,受 条件限制 ,致使粉碎后的产品含盐量较高 ,将其用于 东莞明益塑胶有限公司 (台资企业) 的鞋材内代替白 炭黑补强 ,产品质量指标相近 ,只是磨耗指标略差 , 但难以用于轮胎缓冲胶 。
%
%
%
℃ 白度/ %
1 1 014 1 018
2
1
2 015
3
1
3 013
4 2 0124
1
5
2
2
6
2
3
7 3 0108
1
1 014 2 0124 3 0108
2 3 1 3
1 20 3 40 2 30
3 2 1 2
9216 9315 9413 8012 9510 9312 9415
钙生产中重要指标之一 ,也是提高其档次的措施之 化时增白及熟浆液中增白三种方法 。方法不同 ,添
一。
加助剂及工艺条件不同 ,效果各异 ,要根据企业具体
纯碳酸钙本身是白色的 ,因原料石灰石含有着 情况 ,因厂而异选择适宜的化学增白方法 。
色矿物铁等造成轻钙白度下降 ,或生产过程中有着 2 增白实验与结果
3
1
3 空白
3 空白 2 30 8311
4 2 Zn 014
1
2
3 91105
5
2
2
3
2
8612
6
2
3
1
1
9011
7 3 水合肼 0124
1
3
2
8412
8
3
2
1
3
8711
9
3
3
2
1
8713
K1
25819
262145
26414
26416
K2
267135
26119
266195 25315
K3
25816
门窗 、管材 、管件等用的轻钙 ,对其白度 、粒度 、分散 色的离子等 。另外 ,选择适宜增白工艺条件如温度 、
度等要求较高 。目前我国生产的轻钙白度大多数在 浓度 、反应时间等 ,才能收到良好的增白效果 。根据
90 %以下 ,不能满足市场需求 ,故提高白度是目前轻 加入强还原剂等部位的不同 ,可分为消化时增白 、碳
图 2 扫描电镜下的粒度分布
左2400 倍羧酸稀土蒙脱土 ;右26000 倍白炭黑
因此 ,仍采用原工艺及真空抽滤 ,少量制作样 品 。但干燥后的滤饼粉碎粒度难以理想 ,实际加入 轮胎缓冲胶的粒度分布为 2～220μm (图 2) 。为试 验粒度的影响 ,亦将粒度 - 2μm (75154 %) 的原土作 等量加入 ,实验数据如下 。
第 25 卷第 6 期 2002 年 11 月
非金属矿
Non2Metallic Mines
Vol125 No16 Nov ,2002
轻质碳酸钙增白研究
胡庆福1 刘宝树1 胡晓波2
(1 河北科技大学 ,石家庄 050018 ;2 河北省环境科学研究院 ,石家庄 050051)
摘 要 轻质碳酸钙生产过程中因原料石灰石中含有着色矿物如铁 、锰等化合物而降低碳酸钙白度 ,这属内部原因 ,可通过化学增白方 法提高白度 。其方法包括消化 、碳化 、熟浆液等过程增白 。本文对消化过程增白时还原剂 、络合剂 、调节剂种类 、加入量 、消化温度等 ,通过正交 试验设计 ,求出最佳因素及位级 。其结果为 : Zn 做为还原剂 ,乙二胺做为络合剂 , H2BO3 做为调节剂 ,加入量分别为氧化钙质量的 0108 %～ 0124 %、013 %～015 %、0124 %～018 % ,消化温度为 30 ℃,轻钙白度由 81 %增至 93 %以上 。
26015
25315 266178
Ri
8175
1195
13145
13125
优位级
A2
B1
C2
D3
3 空白试验样品白度为 8110 %。
表 3 优位级正交试验结果表
图 2 位级趋势图 3 增白因素影响分析
11 由表 2 数据可知 ,四个因素对白度影响程度 大小顺序号 :调节剂 C > 消化温度 D > 还原剂 A > 络合剂 B 。
白炭黑 改性土 原土
63 6213 6318
520 2518 1215 31 494 2113 1114 2415 493 2314 1018 3215
118 9915 9814
139 138 13315
从表 1 可看到 : ①在总体配方设计以白炭黑为 主的条件下 ,等量填加各料后 ,各强度指标 (邵氏硬 度 、拉伸强度 、定伸应力) 差别不大 ; ②撕力 、伸长率 : 白炭黑 > 改性土 > 原土 ; ③粒度分布 :原土 、白炭黑 ν 改性土 ,从 400 倍的扫描电镜可分辨出 ,羧酸稀土 蒙脱土实际粉碎粒度分布为 2～220μm ,且未硫化 前的混炼胶片 ,在其表面有明显不均匀大颗粒分布 , 影响了它被硫化后的力学性能 ,但撕力 、H 抽出力均 强于未改性的细粒蒙脱土 。 ④永久变形 :改性土 < 白炭黑 < 原土 ,相差较大 ,说明在 143 ℃硫化 20 ～ 50min ,由于羧酸稀土蒙脱土具有热稳定功能 ,硫化 后的胶片在拉伸后回弹性好 ,永久变形性小 。
色物质如有机物 、碳粒等混入而降低产品白度 。轻 211 增白工艺流程 本文增白研究以消化过程为
钙化工行业标准要求其白度 ≥90 % ,而市场上某些 例 。其工艺流程见图 1 。
行业要求在 92 %以上 。目前轻钙生产企业有相当
一部分企业产品的白度 ≤90 % , 有的仅为 83 %～
85 % ,或 85 %～87 %。生产轻钙白度下降的因素分
低 ;当由 0124 %减少到 0108 %时 ,白度又增大 。故 锌粉添加量小于 0124 %或大于 0124 %增白效果较 明显 , 但锌粉太少 , 还原作用小 , 故选用 0108 %～ 0124 %为宜 。由图 2b 说明 :络合剂乙二胺用量对产 品白度影响较大 ,由 013 %增至 018 %过程出现最高 值 ,即 015 %时 ,白度值最大 ; 再增加用量白度反而 下降 , 故络合剂用量范围在 013 %～ 015 %之间为 宜 。图 2c 说 明 调 节 剂 H2BO3 用 量 由 0108 % 向