Способ подготовки наполнителя дляполучения бумаги

 

Союз Советских

Социалистических

Республик (ii>834296

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и (61) Дополнительное к авт. саид-ву (5 3 ) М. Кд.

321 Н 3/66 (22) Заявлено 05. 10.7 9 (1) 2824522/29-12 с присоединением заявки РЙ

Государственный ноинтет ссса по делам изабретеннй

N 0TKPblTIIN (23) Приоритет

Опубликовано 30.05.81. Бюллетень .% 20 (53) УДК 676. .022, 6 (088. 8) Дата опубликования описания 05.0 3,8l (72) Авторы изобретения

В. В. Лапин, Д. и. Долинове, П. B. Швеи и 3. йв врйолаево

1 и. ° е и

1р ь

Центральный научно-исследовательский инсти т буяаги . "

Y, ::; I:; (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПОДГОТОВКИ НАПСИНИТЕЛЯ

ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ БУМАГИ

Изобретение относится к способам цриготовления наполнителя бумажной массы и может быть использовано в целлюлозно-бумажной. промышленности при изготовлении высококачественных белых видов бумаги.

Известны способы подготовки наполнителя, в частности каолина, наиболее широко пр вменяемого в бумажном производстве, путем обработки его водной суспензии минеральными кислотами с целью повы.10 шения белизны наполнителя и бумаги с

его использованием $13.

-При такой химической обработке, направленной на частичное удаление сое15 динений железа, являющихся основйыми хромофорами в каолине, часто дополнительно используют натриевые или цинковые соли сернистой кислоты с целью восстановления нерастворимых окислов железа и перевода их в растворимые в кислой воде соединения двухвалентйого железа. В результате более полного удаления соединений железа из каолина возрастает его белизна и улучшаются оптические свойства наполненной им бумаги.

Однако в таких способах не обеспечивается достаточно высокая белизна каолтпта, достигаемая при обработке его кислыми растворами восстановителей, поскольку технически и экономически целесообразная химическая обработка позволяет лишь частично удалить из каолина загрязняющие его соединения железа.

При. осуществлении таких способов .подготовки наполнителя бумажной массы

I возникает необходимость фильтрацтй или декантации его суспензии с последующей промывкой. Это обусловлено тем, что указанные способы подготовки паполнителя осуществляют при рН суспетт®ии наполнителя ниже 3, тогда как процессы подготовки бумажной массы и отлива бумажного полотна протекают при рН выше 4,5.

3 8З42

Кроме того, введение такой суспензии каолина в бумажную массу способствует коррозии оборудования.

Хорошая промывка необходима и для удаления перешедших из каолина в рас5 твор соединений железа, так как при дальнейшем использовании наполнителя в производстве бумаги возможно вторичное окисление двухвалентного железа, что снижает белизну бумаги и оказывает ð отрицательное влияние на эффективность оптического отбеливания бумаги.

Наиболее близким к предлагаемому является способ подготовки каолина путем обработки его водной суспензии минеральными, кислотами (серной и ортофосфорной) и гидросульфитом натрия с последующей нейтрализацией сусценэии каолина кальцинированной содой P2$.

При таком способе. подготовки напол- 20 нителя стадии фильтрации обработанной суспензии и последующей промывки исключаются, и суспензия каолина после ее подготовки может быть сразу введена в бумажную массу. 25

Однако и в этом случае при использовании, например, ниэкосортного трудноотбеливаемого каолина белизна наполнителя, вводимого в бумажную массу, недостаточно высока. 30

40

Достигаемый уровень белизны наполнителя зависит от исходной белизны природного каолина, подвергнутого обра ботке, количества и минералогического состава содержащихся в нем соединений железа.

Используемые для обработки каолина реагенты и в этом случае теряются, причем образующиеся в процессе подготовки наполнителя растворимые соединения при введении его в бумажную массу и последующем отливе бумаги переходят в сточные оборотные воды, увеличивая их эасоленность.

Кроме того, этот способ не исключает возможность повторного окисления двухвалентного железа; извлеченного из каолина, в.трехвалентное,.что приводит к снижению белизны каолина. Поэтому для

50 стабилизации достигнутой белизны используют дорогостоящий и дефицитш и поливиниловый спирт, который после .введения наполнителя в бумажную массу полностью не удерживается и переходит

55 в сточные воды, увеличивая их биологическое потребление кислорода.

Использованйе ортофосфорной кислоты, выполняющей в этом способе подготовки

96 4 наполнителя роль комплексообразователя по отношению к двухвалентному железу, ! также не лишено недостатков, так как введение фосфатов в бумажную массу стимулирует рост микрофлоры (биологичес— кие обрастания).

1.(ель изобретения — повышение белизны наполнителя и бумаги, а также снижение загрязнения вод в процессе изготовления бумаги.

Поставленная цель достигается тем, что в способе подготовки наполнителя для получения бумаги путем обработки водной суспензии каолина серной кислотой или смесью серной кислоты с гидросульфитом натрия при повышенной температуре с последующей нейтрализацией суспензии до рН 4-7 нейтрализацию проводят гидроокисью щелочноземельного металла, карбонатом, щелочноземельного металла, силикатом щелочного металла или смесью указанных реагентов.

Сбработку каолина серной кислотой можно проводить в присутствии сернокис.— лого глинозема.

B процессе нейтрализации суспензии каолина гидроокисями щелочноземельных металлов происходит образование нерастворимых белых пигментов, обладающих высокой степенью белизны (сульфата бария, сульфата кальция). Частицы каолина модифицируются осаждающимися пигментами и конечная белизна получаемого наполнителя возрастает.

Ввиду некоторого различия показателя преломления,формы и размера частиц каолина, образующихся пигментов и модифицированных частиц.каблина возрастает рассеивающая способность получаемого по предлагаемому способу наполнителя, что обеспечивает более высокую оптическую эффективность наполнителя в бумаге.

Осаждающиеся в процессе нейтрализации суспензии каолина пигменты адсорбируют основные малорастворимые соединения железа или его гидроокиси.

Этот процесс усиливается в присутствии сернокислого алюминия, так как при нейтрализации суспензии каолина образуются нерастворимые объемные осадки гидроокиси алюминия, обладающие высокой адсорбционпой способностью.

Таким образом, перешедшие в раствор иэ каолина при кислотной обработке, соединения железа оказываются "замаскированными" образующимися в процессе нейтрализации белыми пигментами. Это ю

834296 6 устраняет возможность отрицательного воздействия соединений железа на белизну наполнителя и изготовленной с ним бумаги.

Использование сернокислого алюминия позволяет, кроме того, проводить процесс обработки каолина в более мягких условиях и снижает воздействие серной кислоты на структуру каолинита.

Поскольку используемые в процессе подготовки наполнителя бумажной массы реагенты (серная кислота и сернокислый алюминий) в процессе нейтрализации переходят в нерастворимые соединения, уменьшается их безвозвратная потеря и значительно снижается загряэценность сточных вод на целлюлозно-бумажных предприятиях.

При этой общее количество наполнителя бумажной массы; получаемого по, предлагаемому способу, в зависимости or условий проведения процесса может возрасти до 50% по сравнению с первоначальным количеством каолина, подвергнутого обработке.

Способ осуществляется . следующим 2s образом.

Каолиновую суспензию обрабатывают серной кислотой необходимой концентрации, преимущественно 0,5-5%-ным раствором. Процесс обработки предпочтитель- зо но ведут при 80-90 С в течение 10о

60 мин.. . При проведении процесса в присутствии, гидросульфата натрия его вводят в сус35 пензию каолина в сухом виде.

Оптимальный расход гидросуль фата натрия выбирают в .зависимости от содержания в каолине.легкорастворимых соединений железа и задают преимушес40 твенно в количестве, в два раза превышаюшем содержание соединений железа, удаляемьи из каолина при кислотной обработке.

При подготовке наполнителя бумажной 4 массы .в присутствии сернокислого алюминия его вводят в суспензию каолина одновременно с серной кислотой в количестве, обеспечивающем рН суспензии каолина перед нейтрализацией не выше 3. Обработанную вуказанной последовательности суспензию каолина нейTparla3yKrr гидроокисями шелочноэемельных металлов, их карбонатами, силика-. тами щелочных металлов или их смесями до рН 4-7. Указанные реагенты можно применять для нейтрализации совместно ивводить в суспензию каолина последовательно, либо проводить нейтрализацию их смесью. Концентрация исходной суспенэии каолина выбирается, исходя из технологических соображений.

Степень белизны наполнителя, получаемого по предлагаемому способу, зависит от вида каолина, подвергнутого обработке; его исходной белизны, расхода серной кислоты и сернокислого алюминия, применения гидросульфита натрия, времени . обработки и вида нейтралиэуюшего агента.

Пример 1. К 100 мл 20%-ной водной суспензии каолина при перемешивании концентрированную серную кислоту до концентрации ее в суспензии 5%. Про-. о цесс обработки проводят при.BO С в" течении 1 ч. Затсм к суспензпи каолина при перемешиваниц добавляют 10%-ный раствор гидроокиси бария и нейтрали

1 зуют суспепзию до pl-! 7.

Полученную суспензию наполнителя вводят в бумажную массу, состоящую из сульфитной беленой целлюлозы, разо молотой до 33 ШР, добавляют глино зем до .рН 5 и обычным способом изготавливают бумагу на лабораторном листоотливном аппарате "Рапид-Кеттен, При м ер2. К 100 мл20%-ной водной суспензии каолина Глуховецкого месторождениия при перемешивании добавляют серную кислоту до концентрации ее в счспецзии 2%, вводят 0,6 г гидросульфита натрия и обрабатывают ее в течение 40 мин при 90 С. Затем суспензию каолина нейтрализуют 10%-ным раствором гидроокиси кальция до рН 6.

Подготовленный таким образом наполнитель вводят в бумажную массу и получают в лабораторньи условиях бумагу аналогично примеру 1.

Пример 3, К 100 мл,20%-цой водной суспензии каолина Глуховецкого месторождения, подогретой до 90 С, вводят при перемешивании концентрированную серную кислоту до концентрации ее 2 %, перемешивают в течение 10 мин. и.затем нейтрализуют суспензию карбонатом кальция до рН 7.

Полученный наполнитель вводят в бумажную массу и аналогично примеру 1 получают образцы наполненной им бумаги

При мер 4. К 100 мл20%-ной водной суспензии каолина Чалгановского месторождения, подогретой до 80 С при о перемешивании вводят серную кислоту до концентрации ее 2% и обрабатывают суспензию каолина в течение 30 мин.

Каолин, подвергнутый об

Примеры работке

Предлагаемый способ

Глуховецкий 7 8,2 83,0

83,4

Глуховецкий 7 8,2 83,6 82,0

Глуховецкий 78,2 81,5

81,2

Чалгановский 74,6

82,5 81,2

80,4

Чалгановский 74,6

Глуховецкий 78,4

80,0

82,0

81;7

7 8

Затем суспецзию нейтрализуют 10%-m;w раствором гидроокиси кальция до рН 4 и добавляют О. 9 r гидросульфита натрия. Суспензию перемешивают в течение 10 мин и нейтрализуют 10%-ным раствором гидроокиси кальция до рН 7.

Суспензию наполнителя, приготовленпого описанным способом, вводят в бумажную массу и получают бумагу аналогично примеру 1.

Пример 5. К 100 мл 20%.-ной суспензии каолина Чалгановского месторождения при перемешивании добавляют концентрированную серную кислоту до получения 0,5%-ного водного раствора и сернокислый алюминий до рН 2,4. Обработку ведут в течение 30 мин при

90 С. Далее, в суспензию каолина вводят

10%-ный раствор гидроокиси кальция и затем нейтрализуют до рН 4. Приготовленную суспензию наполнителя вводят в бумажную массу и получают бумагу аналогично примеру 1.

Пример 6.К .100 мл 20%-ной водной суспензии каолина Глуховецкого о месторождения, подогретой до. 90 С, при перемешивании добавляют концентрированную серную кислоту до концентрации ее в реакционной смеси 0,5% и . сернокислый алюминий до получения pII суспенэии 2,3. Через 40 мин в суспензию вводят 7 мл 10%-ного раствора гидроокиси кальция, перемешивают и добавляют 10" -ный раствор силиката натрия до рН 5 5. Приготовленную суспензию наполнителя вводят в бумажную. массу и по примеру 1 в лабораторных услови-, ях изготавливают .бумагу.

34296 8

Пример 7. К 100 мл 20%-ной водной суспензии каолина Чалгановского месторождения, подогретой до 90 С, при перемешивании вводят концентрированную серную кислоту до концентрации ее в суспензии 2% и проводят обработку в течение 40 мин. Затем суспензию нейтрализуют 10%-ным раствором силиката натрия до рН 6. щ Приготовленный наполнитель вводят в бумажную массу и изготавливают бумагу аналогично примеру 1.

П р и м. е р 8. (известный способ).

К 100 мл 20%-.ной водной суспензии каолина

l5 Глуховецкого месторождения при перемешивании вводят 1,5% от веса каолина концентрированной серной кис лоты, 1,5%: от веса каолина ортофосфорной кислоты и добавляют в сухом виде гидросульфит

2о натрия в количестве 4% рот веса сухого каолина. Перемешивают в течение

20 мин, затем ввводят раствор поливинилового спирта (0,3% от веса каолина.).

Полученную суспензию нейтрализуют рас25 твором кальцинированной соды до рН 6.

Приготовленную суспензию наполнителя вводят в бумажную массу и получают бумагу аналогично примеру 1.

Пример 9. Обрабатывают суспензо зию каолина Чалгановского месторождения как в .примере. 8. Полученную суспензию наполнителя вводят в бумажную массу и получают бумагу аналогично примеру 1.

В таблице приведены показатели белизны полученных наполнителей и изготовленной с ними бумаги.

) Р

Белизна, %

Р Ф J

Полученаоли1 ный на- Бумага полнитель

834296

Продолжение таблицы

Каолин, подвергнутый обработке

Каспи

Примеры

Чалгановский 74,6 80,0 81,4

Известный

Глуховецкий 78,2 80,7 80,5

Чалгановский 74,6 78,3 78,2

20

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.3asPap1et . 1977, 31, 18 11, 4 468-475, Составитель В. Безбородова

Редактор В. Петраш Техред Е.Гаврилешко- Корректор Н. Стец

Заказ 4023/56 Тираж 407. Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

1 .. Филиал ППП "Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Как видно -из данных приведенных в таблице, предлагаемый способ подготовки наполнителя бумажной массы позволяет повысить белизну исходного

1,необработанного) каолина Глуховецкого месторождения на 3,3-5,4%, а каолина Чалгановского месторождения - на

5,4-7,9%.

При обработке этих же образцов исходного 25 каолина по известному способу, белизна каолина Глуховецкого месторождения увеличивается на 2,5%, а каолина Чалгановского месторождения - на 3,7%. Конечная белизна наполнителя, полученного по предлагаемому способу, зависит от вида каолина, подвергнутого обработке, белизны исходного каолина, расхода серной- кислоты и сернокислого алюминия, применения гидросульфита, времени обработки и вида нейтрализующего агента.

Предлагаемый способ позволяет также ! уменьшить безвозвратную потерю используемых реагентов и значительно сни- 4п зить загрязнение сточных вод на целлюлозно-бумажных предприятиях. фор мула изобретения

Способ подготовки наполнителя для получения бумаги путем обработки исходной водной суспензии каолина серной кислотой или смесью серной кислоты с гидросульфитом.натрия при повышенной температуре с последующей нейтрализацией суспензии до рН 4-7, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения белизны наполнителя и бумаги, а также снижения загрязнения сточных вод при получении бумаги, нейтрализацию ведут гидроокисью щелочноземельного металла, карбонатом щелочноземельного металла, силикатом металла или их смесвю.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что обработку исходной водной суспензии каолина ведут в присутствии сернокислого алюминия.

2. Дымшиц М. М. Каолин, эффективный способ отбелки. -"Бумажная промышленность", 1970, % 2, с. 14 (прототип).