在造紙行業(yè)中非金屬礦物以及其超細加工和改性產(chǎn)品的應用,不但可以降低造紙成本,也可改善紙張性能,甚至有時能賦予紙張新的功能。在經(jīng)濟逐漸轉型向高科技領域的大背景下,非金屬礦物的應用將逐步向超細化、功能化、高性能和復合化方向發(fā)展,改性非金屬礦物材料產(chǎn)品將不斷產(chǎn)生,應用于造紙行業(yè)將不斷完善。
1、碳酸鈣
碳酸鈣應用于造紙行業(yè)中具有諸多優(yōu)點,如具有較高的白度、透氣性強、磨蝕性低、松厚性和耐久性好、增強了紙張的柔軟性和不透明度、提高了油墨的吸收性能等。
碳酸鈣分為輕質(zhì)碳酸鈣和重質(zhì)碳酸鈣。其中,輕質(zhì)碳酸鈣是用化學加工方法沉淀制得;重質(zhì)碳酸鈣是用機械方法直接粉碎天然方解石、白堊和石灰石等制得。碳酸鈣是造紙工業(yè)的重要傳統(tǒng)填料之一,未經(jīng)改性處理的碳酸鈣與紙漿纖維的相容性和結合力差,留著率低,容易造成材料界面缺陷,降低紙張的機械強度。
重質(zhì)碳酸鈣填料主要用于除卷煙紙、過濾紙和特種低定量信息用紙外的印刷紙、廣告用紙、辦公用紙、書寫紙等。輕質(zhì)碳酸鈣的質(zhì)量比重質(zhì)碳酸鈣更好,它的粒子細、多孔、粒徑分布窄,具有粒度細、白度高、價格低、起泡性低和印刷適應性好等優(yōu)點,非常適合用做造紙?zhí)盍?,可以基本滿足紙張印刷和光學性能要求,故有些高檔紙中填料開始使用輕質(zhì)碳酸鈣。
2、高嶺土
高嶺土在造紙工業(yè)中主要應用于造紙?zhí)盍虾捅砻嫱坎嫉念伭?,其特性對造紙生產(chǎn)可操作性及成紙質(zhì)量有很大的影響。
高嶺土族礦物有珍珠石、迪開石、高嶺石和埃洛石四種。其中,珍珠石很少出現(xiàn),僅偶見于酸性凝灰?guī)r蝕變形成的高嶺土中。珍珠石、迪開石和高嶺石的化學分子式均為Al4[Si4O10](OH)8,它們是一種多變體。埃洛石則是一種含層間水的高嶺石,成分為Al4[Si4O10](OH)8·2~4H2O。不同礦床中的高嶺土成分差異很大,一般高嶺土的化學成分為:SiO243%~77%,Al2O316%~39%,F(xiàn)e2O30.06%~3.15%,TiO20.03%~0.7%,K2O+Na2O0.01%~7%,燒失量2.50%~18%。高嶺土通常為致密塊狀、土狀或角礫狀,顏色呈白色,具有可塑性和黏結性、高耐火度和燒結度、良好的化學穩(wěn)定性和絕緣性。
3、滑石
滑石是造紙工業(yè)最傳統(tǒng)的礦物粉體之一,主要用于造紙?zhí)盍希倭坑糜谠旒垬渲ば晕铮┛刂苿┖屯苛项伭??;苁辜垙埞饣?、加重、增強對印刷油墨和顏料的吸附能力。?jīng)超細加工后,滑石粉還具有良好的吸附性和覆蓋性。
滑石是一種層狀結構硅酸鹽礦物,化學分子式為Mg3[Si4O10](OH)2,其理論化學組成為:SiO263.47%,MgO31.68%,H2O4.75%。滑石屬于一種變質(zhì)礦物,由鎂的巖石在富含硅的高溫熱液作用下,漸變?yōu)樗瞎杷徭V?;悄壳耙阎钴浀墓杷猁}礦物,硬度為1,機械加工性能好。原礦呈葉片狀或致密塊狀集合體,顏色一般為白色,微帶淺黃、淺褐色,珍珠光澤,具有良好的潤滑性、耐火性、抗酸堿性、電絕緣性和化學穩(wěn)定性,密度為2.7~2.8g/cm3。
4、硅灰石
硅灰石粉體白度較高,界面性能和吸附性能好,與紙漿纖維交織,形成網(wǎng)狀結構,主要用于造紙工業(yè)中的填料,同時還可以部分代替植物纖維作為造紙原料使用。硅灰石改性方法主要有物理法和化學法。
硅灰石是一種三斜鏈狀偏硅酸鹽礦物,集合體呈片狀、放射狀和纖維狀。硅灰石的化學分子式為Ca3Si3O9,其理論化學組成為:CaO48.3%,SiO251.7%,其中Ca有時被Fe、Mn、Mg等離子部分置換而呈類質(zhì)同象體。硅灰石的顏色白中帶灰,玻璃-珍珠光澤,硬度為4.5~5.0,密度為2.78~2.91g/cm3,熱膨脹系數(shù)6.5×10-6K-1,吸濕性<4%,熔點1544℃,與鹽酸加熱煮沸后可產(chǎn)生絮狀硅膠,燒失量低,有良好的助熔性、熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性。
5、膨潤土
膨潤土作為一種水解膨脹性黏性礦物,通常作為造紙工業(yè)中的助濾劑和造紙污水處理吸附劑使用。
膨潤土是一種主要由蒙脫石組成的黏土,具有典型的片層結構。其化學分子式為(1/2Ca,Na)0.7(Al,Mg,Fe)4(Si,Al)8O20(OH)4·nH2O,其中Ca2+,Na+為可交換的陽離子。膨潤土的主要化學成分為SiO2、Al2O3和H2O,其次為FeO、Fe2O3、CaO和Na2O等。膨潤土原礦中,除蒙脫石外,還常伴有云母、沸石、石英和有機質(zhì)等雜質(zhì),顏色呈白色、灰色、淡綠色和粉紅色,具有極強的吸水性、分散性、懸浮性、電負性、陽離子交換性、黏結性和耐火性。
6、硅藻土
硅藻土在造紙領域的應用廣泛,用作阻燃吸音紙(板)填料、油封紙(板)填料、卷煙紙?zhí)盍稀⑦^濾紙(板)填充劑、除臭紙?zhí)畛鋭⑽ur包裝填料和裝飾紙?zhí)盍系取?/span>
硅藻土是一種以硅藻遺骸組成的巖石,硅藻含量大于80%,SiO2含量大于75%。硅藻土化學分子式為SiO2·nH2O,礦物成分主要由蛋白石及其變種組成,常伴有黏土類礦物(高嶺石、水云母、蒙脫石等)和碎屑類礦物(石英、長石和碳酸鹽等)。
硅藻土原礦顏色呈白色、灰白色、灰綠色、淺黃色或褐色,土狀塊體,多孔,孔徑7~160nm,孔隙度達65%~92%。礦物質(zhì)輕而軟,硬度4.5~5.0,易研磨粉碎,具有極強吸附能力和釋放負離子特性,密度1.9~2.3g/cm3,堆積密度0.32~0.85g/cm3,比表面積19~65m2/g,孔隙體積為0.45~0.98cm3/g。
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