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膨润土在造纸工业中的应用

膨润 土是 一种 绿 土 ( Smectite) 主矿 和某 些其 它的副矿组成 的瓷土物料 。膨润土的物理性质 由 它的主要 组成 绿 土矿 , 蒙脱 石 ( montmorillonite) 所 决定 。蒙脱石具有较高 的吸附水和其它分子的能 力 , 具 有高的 阳离 子交换能力及高的润胀 、 塑性和 结合能力 。由于这些 优 良性 质 , 膨润 土是用 于 油 井钻孔 、 铸造翻砂 、 铁矿制作小球 、 水和液体保留 、 食用 油精炼 、 动 物和家禽 饲料 、 废水净 化 、 化 学产 品制造 、 造纸及 放射性 废料 的 除去。膨润 土的 主 要生 产国是 美 国 , 占世 界 总产 量 的 39%, 第 二是 希腊 , 其产量 的 95 %出 口, 这两个 国家 的产 品都 是高质量 的。 1蒙 脱石 : 结 构 、 性质 和 处理 蒙脱石是绿 土矿 的组成部 分 , 它 的单 元层 是 由两个 四边形硅 片 间的双八 面体 氯化铝 片组成 , 这些单元层互相平行地层迭形成结 晶的晶格 。蒙 脱石有一个结构 上 的负 电荷 , 是 由于八 面 体的片 层中 Md 取代 Al3 产生的。膨润土在造纸工业中的应用

蒙脱石结构式是: Si8( A1 3. 3 3Mgo. 6 7) 020( OH) 4· Mo 67· XH20。负电荷是 被结 构单 元之间的 阳离 子所平 衡 。这些称 为可 交 换的阳离子通常是碱土离子(Ca2 和 M d )或碱 金 属 Na 。当 Na 是可 交换 的 阳离 子时 , 这种 瓷 土称 为 Na一蒙脱石 。这种展开的 晶格 , 可 以使瓷 土具 有的 比表 面高达 800 m2 / g(成水合物形式 ) 。 膨润土的润胀 、 流 变 、 离子交换和其它性质主 要决定 于 以下特 性 : ① 主矿 的形 式 ( Na 一蒙脱 石 或 Ca一蒙脱石 )—— Na 一蒙脱 石 的量增加 , 对 润 收稿 日期 : 2003—03 —1 7 胀 、 流变和离子交换性质有 良好作用 ; ②矿 的结 晶 性—— 形成的结晶好则离 子 交换更 难 ; ③ 副矿 的 含量—— 方解 石 、 石英 、 长石 、 伊利石和高岭石 , 对 流变性质不利 。 Na一膨润土 由于其 良好 的润胀 、 流 变和其 它 性质 比 Ca一膨 润 土用得 更广 泛 , 但 Na 一膨润 土 较稀少 , 故研究者们试 图将 c a一膨润 土转 变成活 化的 Na 一膨 润 土 , 这种 过 程 称 为碱 活 化。是 用 1% ~5% 的 Na2CO 处理膨 润土 。酸活 化 的膨润 土则是用无机 酸处理制得 , 由于具有脱 色的特性 , 可 以用于食 用油和矿 物油的净化 。酸处理是用氢 离子取代 可交换 的离子 , 除去某 些铝 、 镁 、 铁 和碱 性离子 , 改变这种 有机膨 润土 的结构 及溶解 杂质 ( 例如方解石 ) 。这种 过程 能增 加产 品 的表 面积 、 孔体积和孔直径及降低 阳离 子交换 能力 。

由于蒙脱石 中有极性氢 氧基 , 膨润土是 亲水 性的。用有机物质 ( 例如四元胺化合 物) 处理膨润 土 , 产生的瓷土具有从 亲水 性到亲 有机 物性 的表 面性质 。得到 的亲有机 物膨 润土 , 和油 及水 系统 是相容的。有机 阳离子 的存在减少瓷土 的水化和 表面积及增加 与有机化合物 的亲和力 。 2膨润土用于造纸工业膨润土由于其具 有较高 的吸收能力和润胀性质,在造纸工业中有许多应用。钠膨润土和一些 亲有机物膨润土是主要 的应 用形式 。轻微 带色 的 膨润土最好 , 它们对纸浆 的白度影 响不大 , 可 以以 干粉或高浓悬浮液 的形式供应 。 造 纸 化 学 品2003 (4 ) 31 在抄纸 中膨润 土有 两个 主要用 途 : 第一 是助 留剂系统 , 它们 增 加 了保 留纸 结构 内的细料 所加 聚合物 的絮 聚性 , 同时使纸 幅 的滤 水和成 形达 到 最优化 。第 二种用途是在抄纸之前吸附木浆 中的 生产过程杂质 。在 制浆 过程 中 , 大量 的水溶性 聚 合物和胶体物 释放 至生 产过 程 的水 中 , 木材 的胶 体物和树 脂物有 沉积在 设 备和产 品表 面的趋 向 , 会引起生产 问题 和纸 页缺 陷。而膨润土是一种有 效 的树脂控制剂 , 将 0. 5% ~1% 的膨润 土加入纸 浆悬浮液 中 , 可 以吸附这些杂质及防止它们聚集 。 膨润土形成一种凝胶状 絮凝 体和截 留不 希望有 的 杂质物料 , 由于树脂 留着在纤维上 , 使抄 纸废水 中 的有机物 负荷 降低。 在打浆机或 碎浆 机 中加入膨 润土 , 增 加颜料 在纸料 中 的 留着及 提 高纸 页 中颜料 分 布 的均 匀 性 。Attapulgite ( 一种类似于具有链形 一晶格结构 的蒙脱石 的瓷土矿 ) 和酸 性处理 的瓷 土是用作 无 碳 复写纸 的一种组分 。 在废纸循环 中 , 膨润土( 单独用或和滑石粉组 合使用 ) 可以通 过将 油 墨和胶 粘物 吸附和 系缚到 纤维上 , 从 而使 油 墨和胶 粘物 沉积 到纸机 表面 的 趋势减到最小 程度。 由于含 有硅酸钠在新 闻纸 白水系统 中产生 的 些 问题 , 也可 以通过加入膨润土而减少 , 这可 以 允许 在纸的生产 中增加脱墨浆 的用量 比例 。膨润 土可以有效 地用 于废 纸洗 涤 脱 墨 过程 的废 水 净 化 , 它使污泥凝结 和絮凝 , 净化过 的废水可 以在 洗 涤循 环中再用 。 
膨润土在造纸工业中的应用

膨润土有时也用于废纸脱 墨,使 从纤维上除一去油墨的效率得到改善 。废纸在氢氧化钠和硅酸 钠溶液 中处理释 出油墨颜料 。加入洗涤剂从纤维 释 出颜料 , 而加 入膨 润土可 以分 散 和吸附 这些颜 料粒子 , 通过洗涤除去膨润土 , 膨润土带走 油墨粒 子 。有机瓷土 ( Organoclays) 起 着高效 脱 墨剂 的功 能 , 对除去碎解 的废 纸 中的粘性 杂质 的粘性 是有 效 的 。 废纸循 环使 用 中, 成 纸 中有用裸 眼可 见 的斑 点 , 这些斑 点是 由于 油墨 粒子 具 有 “ 难 于分 散 性 质” 而分散得差 的结果 。粒子通常是片状 , 厚度值 从几微米( 小粒 子 ) 到 10 微米 ( 较 大粒子 ) 。一般 是用两种方法控制 斑点 : ① 用各 种分离 操作 将它 们从纸浆悬浮液 中除去 , 在 10 ~100 / an 范 围浮选 最有效 , 大于 100 ~150 / an 粒 子用 离子 净化极 有 效 ; ② 用机 械分散 的方 法控 制斑点 , 粒 子被 机械 破碎 , 减小粒子 尺寸使 斑点 成为 不可见 的。这些 粒子不被除去而留于浆料 中 , 故纸浆成为灰色 , 使 白度大大降低 。若加 入膨 润土 到废纸 配料 中, 可 防止 斑点形 成 。膨润 土 能减小 油墨粒 子 尺寸 , 使 其能通过洗涤 从浆 中除去 , 或 者 聚集小 油墨粒 子 成大尺寸 的粒子 , 可 以通过 浮选或 离心 净化 达到 有效 的除去 , 从而 提高纸浆 的 白度 。碱 性活 化 的 膨润土 由于在水 中的分 散能 力 、 比较低 的结 晶度 有最好 的油墨除去效率 。 
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