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高岭土是一种层状硅酸盐类粘土矿物,广泛应用于造纸、陶瓷、橡胶、化工、涂料、医药和国防等几十个行业。其在造纸业的用量占全球高岭土总产量的60%,造纸业已超过陶瓷业成为高岭土消费量最大的行业。高岭土在造纸业主要用作纸浆的填料和纸张表面涂布用的涂料。它既能给予纸张良好的覆盖性能和涂布光泽性能,也可增加纸张的白度、不透明度、光滑度及印刷适性,极大改善纸张的质量,还用来取代现有造纸工艺中高价格的TiO<,2>。
国内高岭土由于原矿矿物组成复杂、晶体形态参差不齐、以及普遍的白度低和粘度高等天然局限性,再加上开发利用程度较低,总产量70%以上的高岭土产品被用于对白度和粘度等指标要求较低的陶瓷业。然而造纸业对高档高岭土的需求在日益增长,长期以来只能多依赖于进口产品,这严重影响国民经济中相关产业的发展。
白度和粘浓度是造纸高岭土的两个主要工业指标,目前国内高岭土生产企业的产品大多数没有达到要求,后者更是成为国产高岭土的“软肋”,使之难与进口高岭土展开竞争。
本文选用国内最具代表性的广东茂名高岭土产品为研究对象,系统地研究了试样的矿物特征,结合造纸业标准进行深加工可行性评价,深入展开高岭土增白和降粘两个方面的研究,最终使得试样的白度和粘浓度指标分别达到了造纸工业应用的要求。
全文的主要工作和研究成果包括:
1.综合运用成分分析、粒度分析、白度测定、pH值测定、热分析、扫描电镜、X射线衍射和红外光谱等多种现代仪器分析手段,对茂名高岭土进行系统性研究。结果表明:试样Al<,2>O<,3>、SiO<,2>、总铁和TiO<,2>含量分别为39.61%、51.31%、0.83%和0.42%,白度为79.81%,-2.0gm颗粒含量为61.81%,含高岭石约95%,白云母或云母约占2~3%,石英约占1~2%,而含其它杂质矿物较少,从各种大型仪器测试结果看到高岭土的特征峰明显,高岭土结晶高度有序。
2.探讨了高岭土白度影响因素和研磨、水洗、还原漂白及煅烧等增白方法机理,制定了这些方法的具体操作步骤,并从中组合出干法和湿法两套增白工艺。
3.考察了各增白方法之间、干湿两种增白工艺之间的对比效果,试验证明增白效果依次为:氯化煅烧>直接煅烧>还原漂白>水洗>机磨>手磨,湿法>干法。
4.设计了湿法增白工艺L<,9>(3<’4>)正交试验,结果表明四个因素的影响程度依次为:保险粉用量>水浴温度>煅烧时NaCI添加量>配浆浓度。经湿法工艺处理,产品白度可达
92.89%,比原样白度提高了13.08%,达到造纸用优级高岭土标准。 5.探讨了高岭土粘度的影响因素和分散剂降粘机理,提出了“最大可测固含量”的概念及具体测定方法。 6.通过分散剂初步筛选和等量复配降粘试验,选定了最佳分散剂。 7.设计了分散剂降粘L<,9>(3<3>)正交试验,结果表明三种添加试剂的影响程度依次为:试剂8>六偏磷酸钠>氨水。经降粘改性后,高岭土原样的流动固含量从70.42%提高到71.51%,粘浓度从65.59%提高70.23%,达到造纸用优级高岭土标准。
本文最终确立的增白工艺和降粘方法,适用于茂名高岭土作造纸应用的深加工,对提高其应用价值和市场竞争力具有十分重要的意义。