我的煤炭网

我的煤炭网>新闻>综合信息>选矿知识>超细搅拌磨机制备高固含量低粘度造纸涂布级重钙浆料的研究

超细搅拌磨机制备高固含量低粘度造纸涂布级重钙浆料的研究

超细搅拌磨机制备高固含量低粘度造纸涂布级重钙浆料的研究 超细搅拌磨制备高固含量低粘度纸张涂布级重钙浆的研究

碳酸钙分为重钙(GCC)和轻钙(PCC),是无机化工产品中重要的化工原料,广泛应用于造纸行业中的填料和涂料。随着中性或碱性施胶技术的扩大应用、高档涂布印刷纸消费的增长、高速现代纸机的出现及高质量纸张的要求,重钙在造纸行业的应用比重得到了突飞猛进的提升。近年来,造纸行业又提出了应用-2μm粒级含量大于95%且窄粒级分布、最大粒径小于5μm、固含量大于75%、粘度小于300mPa·s、白度大于92%的高档造纸涂布级重钙浆料的要求。国外IMERYS、OMYA等几家大公司掌握了制备上述高品质造纸涂布级重钙浆料的技术,国内对于制备上述指标造纸涂布级重钙浆料的研究还不够,还不能稳定地生产出以上高品质造纸涂布级重钙浆料,大型造纸企业如晨鸣纸业、岳阳纸业、金东纸业等均采用上述国外公司提供的技术生产高品质造纸涂布级重钙浆料或直接从国外公司采购高品质造纸涂布级重钙浆料,成本相当高。因此,本研究应用超细搅拌磨机对重钙进行了湿法搅拌研磨试验,探讨了磨矿介质对其尺寸、磨机转速、球料比、分散剂及其用量等主要参数对重钙研磨效果的影响规律,找出解决的途径,优化试验过程中各项参数,制备出高档造纸涂布级重钙浆料,为工业化大生产提供理论指导。 一、试验原料、药剂及设备 (一)试验原料 试验原料选用由湖南衡阳松裕化工有限公司提供的经雷蒙磨机粉碎制得的重钙粉,最大粒径为55.36μm,d50为9.73μm,CaCO3含量为98.02%,白度为92.32%。 (二)试验药剂 试验中所用的主要药剂有由天津市大茂化学试剂厂生产的六偏磷酸钠、山东高旭化工厂生产的低分子量聚丙烯酸钠等。 (三)试验设备 本试验的研磨设备采用长沙矿冶研究院研制的立式超细搅拌磨机,其容积为2L,功率为0.55kW,最大转速为1390r/min,并附有冷却装置。磨机由变频调速电动驱动,筒体内衬、搅拌装置均为陶瓷制造,以免对原料产生二次污染。该设备结构简单,操作维修方便,是一种新型高效的超细研磨设备,也是当前众多超细粉碎设备中能量利用率高、产品粒度细的一种设备。 试验中所用的测试及分析设备为BT—9300H型激光粒度分布仪、NDJ—1型旋转式粘度计和WSD—3C全自动白度计等。 二、试验研究及结果分析 (一)条件试验 1、磨矿介质对重钙研磨效果的影响 重钙的莫氏硬度2.6~3.0,因此,磨矿介质必须有恰当的硬度和韧性。根据经验,磨矿介质的最佳硬度为物料硬度的3倍。对于磨矿介质的尺寸,针对一定细度范围的产品,它有一个最佳的尺寸,这在实践生产中已经得到了验证。针对重钙,常用的磨矿介质有玻璃珠、刚玉球和锆球,但锆球价格昂贵,除对特种或特殊应用的材料进行研磨使用锆球外,一般不使用。 在造纸行业中d50和-2μm粒级含量是两个重要的指标,它们可以直接地表征研磨效果的好坏,因此,本研究就应用-2μm粒级含量这个指标来考察各工艺参数的优劣。 在磨机转速为250r/min,球料比为4∶1,磨矿浓度为70%,分散剂聚丙烯酸钠添加量为0.9%(聚丙烯酸钠与重钙粉的质量比为0.9∶100,下同)的条件下,考察了不同密度磨矿介质及其不同尺寸对重钙浆料-2μm粒级含量的影响,结果如图1所示。

图1 磨矿介质对重钙研磨效果的影响 从图1可见,4mm刚玉球对重钙的研磨效果最好。后述试验选用4mm刚玉球作为磨矿介质。 2、磨机转速对重钙研磨效果的影响 磨机转速是影响磨矿效率的一个重要因素。转速增加时,磨矿介质与物料摩擦、碰撞及剪切的几率增加,有利于物料的磨细,提高磨矿效率。但在一定条件下,磨机转速不宜过高,转速过高,磨矿介质产生整体运动,磨矿效率并不提高;另一方面,转速太高,能耗增大、磨损增大、振动增大且磨矿介质易被甩出。 选用4mm刚玉球作为磨矿介质,磨矿时间为120min,球料比为4∶1,磨矿浓度为70%,分散剂聚丙烯酸钠添加量为0.9%的条件下,考察了磨机转速对重钙浆料-2μm粒级含量的影响,结果如图2所示。

图2 磨机转速对重钙研磨效果的影响 从图2可见,磨机转速为400r/min,研磨120min后,重钙浆料-2μm粒级含量达到最大,但与磨机转速为350r/min时相差不大,从降低能耗及磨损角度考虑,磨机转速为350r/min即可。 3、球料比对重钙研磨效果的影响 要获得粒度相同的产品,球料比大,研磨时间就少,粉碎效率就高,这主要是由于球料比大时,磨矿介质的相对数量多,对物料的冲击及剪切次数增加,但在实际生产中,磨矿介质用量越多,能耗及成本就越大,球的损耗也会相应地增加,对后续的排料作业也不利。因此,必须通过试验来确定一具体矿种超细研磨的最佳球料比。 选用4mm刚玉球作为磨矿介质,磨矿时间为120min,磨机转速为350r/min,磨矿浓度为70%,分散剂聚丙烯酸钠添加量为0.9%的条件下,考察了球料比对重钙浆料-2μm粒级含量的影响,结果见图3。

图3 球料比对重钙研磨效果的影响 从图3可见,球料比为6∶1,研磨120min后,重钙浆料-2μm粒级含量达到最大,但与球料比为4∶1时相差不大,从排料难易程序、降低能耗及磨损角度考虑,球料比为4∶1即可。 4、分散剂对重钙研磨效果的影响 重钙本身亲水疏油,表面极易吸水,从而极易粘结在一起而团聚,对于超细重钙浆料,其粘结的程度就更不言而喻了。因此,在湿法制备高固含量、低粘度造纸涂布级重钙浆料的过程中必须添加对重钙分散有效的分散剂,否则任何其他的操作都无法进行。 在查阅国内外大量文献及参照以往经验的基础上,选择六偏磷酸钠和低分子量聚丙烯酸钠这两种对重钙分散效果较好的分散剂进行对比试验。 选用4mm刚玉球作为磨矿介质,磨矿时间为120min,磨机转速为350r/min,球料比为4∶1,磨矿浓度为70%时,考察了六偏磷酸钠、聚丙烯酸钠对重钙浆料-2μm粒级含量、粘度的影响,结果如图4、5所示。

图4 分散剂种类对重钙研磨效果的影响

图5 分散剂种类与重钙浆料粘度的关系 从图4、5可见,分散剂聚丙烯酸钠对重钙浆料-2μm粒级含量、粘度的影响效果都优于分散剂六偏磷酸钠。 同时,在观察重钙浆料放置一段时间后的分散效果可知,添加了聚丙烯酸钠的重钙浆料在放置一段时间后,仍然处于悬浊状态,盛装浆料的容器底部几乎没有见到沉淀物,而添加了六偏磷酸钠的重钙浆料在放置一段时间后,团聚在一起,盛装浆料的容器底部完全补沉淀物覆盖,上部还有清澈的液面。因此,选择聚丙烯酸钠为分散剂。 对于分散剂的用量,在配制分散稳定的粉体浆料时,分散剂用量并非越多越好,它有一最佳值,需通过试验来确定这一最佳值,而且,随着粉体浆料固含量的不同,分散剂有其最佳的用量范围,一般固含量提高,分散剂用量随着固含量的增加而增加。本研究的目的是要求固含量大于75%,因此,以下试验的磨矿浓度要求大于75%,这样确定的聚丙烯酸钠最佳用量才有意义。 选用4mm刚玉球作为磨矿介质,磨矿时间为120min,磨机转速为350r/min,球料比为4∶1,磨矿浓度为75%时,考察了聚丙烯酸钠不同用量对重钙浆料-2μm粒级含量、粘度的影响,结果见图6和表1。

图6 聚丙烯酸钠用量与重钙浆料粘度的关系 表1 聚丙烯酸钠用量与重钙浆料-2μm粒级含量的关系聚丙烯酸钠用量/%1.21.51.82.1
重钙浆-2微米分数含量/%
90.0
90.6
90.2
90.5
从表1可见,聚丙烯酸钠用量不同对重钙浆料-2μm粒度含量的影响差异不大,但从图6可以看出,聚丙烯酸钠用量对重钙浆料粘度的影响较大。从降低成本角度考虑,聚丙烯酸钠用量为1.8%即可。 (二)工艺流程的研究 1、第二段研磨试验的必要性 磨矿介质为4mm刚玉球,磨机转速为350r/min,球料比为4∶1,磨矿浓度为75%,分散剂聚丙烯酸钠添加量为1.8%的条件下,考察了重钙浆料-2μm粒级含量随磨矿时间的变化情况,结果如图7所示。

图7 磨矿时间对重钙研磨效果的影响 从图7可见,重钙被研磨180min后所获得的浆料-2μm粒级含量为93.80%,仍然没有达到-2μm粒级含量大于95%的要求,因此,必须用小尺寸磨矿介质对重钙浆料继续研磨;再者就是重钙被研磨180min后所获得的浆料粘度非常大,几乎全部与磨矿介质粘结在一起,无法从磨机中脱出。因此,经过一段研磨试验是难以获得-2μm粒级含量大于95%,粘度小于300mPa·s的超细重钙浆料。 2、第二段研磨试验的探索 根据第一段研磨试验的条件试验结果,选择第二段研磨试验的条件为:磨矿介质为2mm刚玉球,磨机转速为350r/min,球料比为4∶1,分散剂聚丙烯酸钠添加量为0.3%,在这样的条件下对第一段研磨试验在最佳条件组合下获得的重钙浆料进行搅拌研磨试验,考察第二段研磨试验所获得的重钙浆料-2μm粒级含量随磨矿时间的变化情况,其结果如图8所示。

图8 二段磨矿时间对重钙研磨效果的影响 从图8可见,第二段研磨试验进行60min后所获得的重钙浆料-2μm粒级含量为94.68%,十分接近95%,而获得的重钙浆料的粘度为410mPa·s,大于30mPa·s,所以,上述磨矿条件可作为考察第二段研磨试验后所获得的重钙浆料-2μm粒级含量方面的最佳条件,但要使浆料粘度小于300mPa·s,还需增加分散剂聚丙烯酸钠的用量。 3、第二段研磨试验 磨矿介质为2mm刚玉球,磨机转速为350r/min,球料比为4∶1,磨矿时间为60min,不同聚丙烯酸钠添加量条件下,对第一段研磨试验在最佳条件组合下所获得的重钙浆料进行搅拌研磨试验,其结果见表2。 表2 聚丙烯酸钠用量对重钙浆料第二段搅拌研磨效果的影响聚丙烯酸钠用量/%0.30.50.70.9
重钙浆-2微米分数含量/%重钙浆粘度/(MPa·s)
94.68410
94.70360
95.10320
95.52290
从表2可见,添加聚丙烯酸钠用量为0.9%,经过第二段研磨试验后制备出了-2μm粒级含量为95.52%,最大粒径为3.08μm,粘度为290mPa·s的超细重钙浆料。 烘干、称重并计算得出第二段研磨试验获得的重钙浆料的固含量为75.3%,应用WSD-3C全自动白度计测定烘干后的粉体的白度为93.52%。 三、结语 要制备-2μm粒级含量大于95%且窄粒度分布、最大粒径小于5μm、固含量大于75%、粘度小于300mPa·s的高档造纸涂布级重钙浆料需对重钙进行两段研磨试验。第一段研磨试验的条件是:磨矿介质为4mm刚玉球,磨矿时间为120min,球料比为4∶1,磨机转速为350r/min,磨矿浓度为75%,分散剂为低分子量聚丙烯酸钠,添加量为1.8%;第二段研磨试验的条件是:磨矿介质为2mm刚玉球,磨矿时间为60min,球料比为4∶1,磨机转速为350r/min,分散剂为低分子量聚丙烯酸钠,添加量为0.9%。通过两段研磨试验制备出了-2μm粒级含量为95.52%,最大粒径为3.08μm,固含量为75.3%,粘度为290mPa·s,白度为93.52%的高档造纸涂布级重钙浆料,对工业化大生产具有重要的指导意义。 
免责声明:本网部分内容来自互联网媒体、机构或其他网站的信息转载以及网友自行发布,并不意味着赞同其观点或证实其内容的真实性。本网所有信息仅供参考,不做交易和服务的根据。本网内容如有侵权或其它问题请及时告之,本网将及时修改或删除。凡以任何方式登录本网站或直接、间接使用本网站资料者,视为自愿接受本网站声明的约束。

下一篇:下列常见抑制剂中哪些是不可逆抑制剂(复合抑制剂)

上一篇:氯化氰