Способ подготовки наполнителя дляполучения бумаги

(61) Дополнительное к авт, свид 51)М. Кд. 223. Н 3/66 2) Заявлено 05.1.0.7 9 (21) 2824522/2присоединением заявки РЙ юсударствениык коиктет ссср ео делам изабретвккй(71) Заявител ктаг 54) СПОСОБ ПОДГОТОВКИ НАПСИНИТЕЛЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ БУМАГИв 10 5 Изобретение относится к способам цриготовления наполнителя бумажной массы и может быть использовано в целлюлозно-бумажной. промышленности при изготовлении высококачественных белых видо бумаги.Известны способы подготовки наполнителя, в частности каолина, наиболее широко пр именяемого в бумажном производстве, путем обработки его водной суспензии минеральными кислотами с целью повышения белизны наполнителя и бумаги с его использованием 11.- При такой химической обработке, направленной на частичное удаление соединений 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 улучшаютсяоптические свойства наполненной им бмаги,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 возникает необходимость фильтрацтй или декантации его суспензии с последующей промывкой. Это обусловлено тем, что указанные способы подготовки паполнителя осуществляют при рН суспензия наполнителя ниже 3, тогда как процессы подготовки бумажной массы и отлива бумажного полотна протекают при рН выше 4,5.3 8342Кроме того, введение такой суспензии.каолина в бумажную массу способствуеткоррозии оборудования,Хорошая промывка необходима и дляудаления перешедших из каолина в рас 5твор соединений железа, так как придальнейшем использовании налолнителяв производстве бумаги возможно вторичное окисление двухвалентного железа,что снижает белизну бумаги и оказывает 10отрицательное влияние на эффективностьоптического отбеливания бумаги.Наиболее близким к предлагаемомуявляется способ подготовки каолинапутем обработки его водной суспензии 15минеральными, кислотами (серной иортофосфорной) и гидросульфитом натрияс последующей нейтрализацией сусненэиикаолина кальцинированной содой 2.При таком способе. подготовки наполнителя стадии фильтрации обработаннойсуспензии и последующей промывки исключаются, и суспензия каолина послеее подготовки может быть сразу введена в бумажную массу. 25Однако и в этом случае при использовании, например, ниэкосортного трудноотбеливаемого каолина белизна наполнителя, вводимого в бумажную массу, недостаточно высока. 30 35 40 Достигаемый уровень белизны наполнителя зависит от исходной белизны природного каолина, подвергнутого обра- ботке, количества и минералогическогосостава 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 для50 стабилизации достигнутой белизны используют дорогостоящий и дефицитный поливиниловый спирт, который после .введения наполнителя в бумажную массу полностью не удерживается и переходит55 в сточные волы, увеличивая их биологическое потребление кислорода.Использованйе ортофосфорной кислоты, выполняющей в этом способе подготовки 96 4наполнителя роль комплексообразователя по отношению к двухвалентному железу, также не лишено недостатков, так как введение фосфатов в бумажную массу стимулирует рост микрофлоры (биологичес - кие обрастания).Цель 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.В 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 сернокислогоалюминия, так как при нейтрализации суспензии каолина образуются нерастворимые объемные осадки гидро- окиси 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. ЭтоФустраняет возможность отрицательноговоздействия соединений железа на белизну наполнителя и изготовленной с нимбумаги,Использование сернокислого алюминияпозволяет, кроме того, проводить процессобработки каолина в более мягких условиях и снижает воздействие серной кислотына структуру каолинита.Поскольку используемые в процессеподготовки наполнителя бумажной массыреагенты (серная кислота и сернокислый алюминий) в процессе нейтрализации переходят внерастворимые соединения, уменьшаетсяих безвозвратная потеря и значительно 15снижается загряэценность сточных водна целлюлозно-бумажных предприятиях.При этом общее количество наполнителя бумажной массы; получаемого по,предлагаемому способу, в зависимости от условий проведения процесса можетвозрасти до 50% по сравнению с первоначальным количеством каолина, подвергнутого обработке.Способ осуществляется. следующим 25образом,Каолиновую суспензию обрабатываютсерной кислотой необходимой концентрации, преимущественно О,В%-ным раствором. Процесс обработки предпочтитель- з 0но ведут при 80-90 С в течение 30 о60 мин,. 10, При проведении процесса в присутствии , гидросульфата натрия его вводят в сусЭ 5 пензию каолина в сухом виде.Оптимальный расход гидросульфата натрия выбирают в .зависимости от содержания в каолине.легкорастворимых соединений железа и задают преимушес 40 твенно в количестве, в два раза превышающем 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 нейтрализуют 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 последовательнолибо проводить нейтрализацию их смесью. Концентрацияисходной суспенэии каолцна 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 нейтралиэующего агента.П р и м е р 1. К 100 мл 20%-ной водной суспензии каолина при перемешивании концентрированную серную кислоту до концентрации ее в суспензии 5%. Про-.оцесс обработки проводят при,80 С в " течении 1 ч. Затсм к суспензпи каолина при перемешиваниц добавляют 3.0%-ный раствор гидроокиси бария и нейтрали зуют суспепзию до рН 7.Полученную суспензию наполнителя вводят в бумажную массу, состоящую из сульфитной беленой целлюлозы, раз-омолотой до 33 ШР, добавляют глшю зем до .рН 5 и обычным способом изготавливают бумагу на лабораторном листоотливном аппарате "Рапид-Кеттен,П р и м е р 2. К 3.00 мл 20%-ной водной суспензии каолина Глуховецкого месторождения при перемешивании добавляют серную кислоту до концентрации ее в суспепзии 2%, вводят 0,6 г гидросульфита натрия и обрабатывают ее в течение 40 мин при 90 дС. Затем суспензию каолина нейтрализуют 1.0%-нымраствором гидроокиси кальция до рН 6,Подготовленный таким образом наполнитель вводят в бумажную массу и получают в лабораторньи условиях бумагу аналогично примеру 3,.П р и м е р 3, К 3,00 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, 1получают образцы наполненной им бумагиПри мер 4. К 100 мл 20%-ной водной суспензни каолина Чалгановского месторождения, подогретой до 80 С прио перемешивании вводят серную кислотудо концентрации ее 2% и обрабатываютсуспензию каолина в течение 30 мин.гБелизна % Р Ру Р ФФщ Полученный на- Бумага полнитель едлагаей способ Х 2 83,уховецкий Глуховецкий 78,2 83,6 Глуховецкий 78,281,5 2 3 Чалгановский 7 82,5;7 8 Затем суспецзию нейтрализуют Л.0%-нцм раствором гидроокиси кальциядо рН 4 и добавляют О. 9 г гидросульфита натрия. Суспензию перемешивают в течение 3.0 мин и нейтрализуют 1.0%-ным раствором гидроокиси кальция до рН 7,Суспензию наполнителя, приготовленпого описанным способом, вводят в бумажную массу и получают .бумагу аналогично примеру 1.П р и м е р 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 3.0%-ный раствор гидроокиси кальция и затем нейтрализуют до рН 4. Приготовленную суспензию наполнителя вводят в бумажную массу и получают бумагу аналогично примеру 1.П р и м е р 6.К .100 мл 20%-ной водной суспензии каолина Глуховецкого месторождения, подогретой до. 90 С, при перемешивании добавляют концентрированную серную кислоту до концентрации ее в реакционной смеси 0,5% и сернокислый алюминий до получения рН суспенэии 2,3. Через 40 мин в суспензию вводят 7 мл Х 0%-ного раствора гидроокиси кальция, перемешивают и добавляют 10%-ный раствор силиката натрия до рН б 5. Приготовленную суспензию наполнителя вводят в бумажную. массу и по примеру Х в лабораторных услови-, ях изготавливают, бумагу. Каолин, подвергнутый об Примеры работке 34296 8П р и м е р 7. К 1,00 мл 20%-нойводной суспензии каолина Чалгановскогоместорождения, подогретой до 90 С,при перемешивании вводят концентрированную серную кислоту до концентрацииее в суспензия 2% и проводят обработкув течение 40 мин. Затем суспензиюнейтрализуют 10%-ным раствором силиката натрия до рН 6.щ Приготовленный наполнитель вводят вбумажную массу и изготавливают бумагуаналогично примеру 1,П р и м. е р 8. известный способ).К 100 мл 20%-.ной водной суспензии каолина15 Глуховецкого месторождения при перемешивании вводят 1,5% от веса каолинаконцентрированной серной кис лоты, 1,5%от веса каолина ортофосфорной кислоты идобавляют в сухом виде гидросульфит20 натрия в количестве 4% рот веса сухого каолина. Перемешивают в течение20 мин, затем ввводят раствор поливинилового спирта (0,3% от веса каолина.).Полученную суспензию нейтрализуют рас 25 твором кальцинированной соды до рН 6.Приготовленную суспензию наполнителя вводят в бумажную массу и получают бумагу аналогично примеру Х,П р и м е р 9, Сбрабатывают суспен 30 зию каолина Чалгановского месторождения как в . примере. 8. Полученнуюсуспензию наполнителя вводят в бумажнуюмассу и получают бумагу аналогичнопримеру Х,35 В таблице приведены показатели белизны подученных наполнителей и изготовленной с ними бумаги,834296 Продолжение таблицы Каолин, подвергнутыйобработке Приме аоли алгановский 74,6 естный8 ец 1 сий 78,2 80,7 80 лгановский 74,6 ходной водной суспензии каолина сернойкислотой или смесью серной кислоты сгидросульфитом натрия при повышеннойтемпературе с последующей нейтрализацией суспензии до рН 4-7, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повышения белизны наполнителя и бумаги, атакже снижения загрязнения сточных вод о 25 при получении бумаги, нейтрализациюведут гидроокисью щелочноземельногометалла, карбонатом щелочноземельногометалла, силикатом металла или их смесвю.302. Способ по и. 1, о т л ищ и й с я тем, что обработку ойводной суспензии каолина ведутсутствии сернокислого алюминия.35 чаю исходи в при ации, экспертизе ,%13.,2. Дымшиц М. М.ный способ отбелки.шленностьф, 3.970, %тоти п),Каолин, эффектив-"Бумажная промы 2, с. 14 (про н и для ель В Безбородоваешко. о актор В. Петраз 4023/56 Стец ед Е.Гав рект Тираж 407,ИИПИ Государственного комитета по делам изобретений и открытий 035, Москва, Ж. 35, Раушская н дписное, филиал 1 "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Как видно из данных приведенных в таблице, предлагаемый способ подготовки наполнителя бумажной массы позволяет повысить белизну исходного необработанного) каопина Глуховецкого месторождения на 3,3-5,4%, а каолина Чалгановского месторождения - на 5,4-7,9%.При обработке этих же образцов исходног 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 нейтрализую- щего агента.Предлагаемый способ позволяет такжеуменьшить безвозвратную потерю используемых реагентов и значительно сни О зить загрязнение сточных вод на целлюлозно-бумажных предприятиях. формула и з о б р е т е яСпособ подготовки наполнителя получения бумаги путем обработки исИсточники информпринятые во внимание пр1 Оав Рар 1 ег", 3.977, 314 468-475,