利用草漿造紙堿回收綠液制取偏硅酸鈉、輕質(zhì)碳酸鈣的方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了利用草漿造紙堿回收綠液制取偏硅酸鈉、輕質(zhì)碳酸鈣的方法。該方法對草漿造紙堿回收常規(guī)工藝產(chǎn)生的綠液進行凈化處理，在凈化后的綠液中通入二氧化碳?xì)怏w，形成硅酸懸浮液，將硅酸懸浮液進行固液分離制備硅酸；硅酸與燒堿進行加熱反應(yīng)，得到液體偏硅酸鈉；將濾除硅酸后的母液與氫氧化鈣進行苛化反應(yīng)后，得到液體氫氧化鈉與無硅粗品碳酸鈣，再精制該粗品碳酸鈣，獲得造紙用輕質(zhì)碳酸鈣料漿。本發(fā)明消除了草漿造紙堿回收綠液中硅資源不可回用的技術(shù)障礙，在根除了草漿造紙堿回收對環(huán)境污染的同時，又徹底回收了草漿造紙堿回收過程中可利用資源，實現(xiàn)循環(huán)利用。且工藝流程簡單、清潔，無污染物排放，易于實施，具有顯著的社會環(huán)境效益和明顯的經(jīng)濟效益。
【專利說明】利用草漿造紙堿回收綠液制取偏硅酸鈉、輕質(zhì)碳酸鈣的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及草漿造紙的堿回收技術(shù)，特別涉及利用草漿造紙堿回收綠液制取偏硅酸鈉、輕質(zhì)碳酸鈣的方法。
【背景技術(shù)】 [0002]造紙工業(yè)以竹子、蘆葦、蔗渣、麥草等草本植物為原料，采用燒堿法、硫酸鹽法等化學(xué)方法制造的紙漿稱為草漿。制漿過程中產(chǎn)生的褐黑色液體統(tǒng)稱為黑液，黑液乃是造紙行業(yè)主要的嚴(yán)重污染源。雖然國內(nèi)的造紙制漿企業(yè)安裝投產(chǎn)了先進實用的堿回收技術(shù)裝備，對節(jié)能減排起到了一定作用，但由于草本植物不同于木本植物，具有二氧化硅含量較高的特性，故而在堿回收過程中，草漿黑液的綜合利用率仍然偏低，甚至存在二次污染的問題。草本植物所含二氧化硅主要集中在植物的葉片及鞘節(jié)等部位，在制漿過程中，草本植物中的二氧化硅與蒸煮液中的氧化鈉結(jié)合形成硅酸鈉溶于黑液中；黑液經(jīng)蒸濃后，在堿回收爐內(nèi)燃燒形成的熔融物中，會含有10%以上的可溶性硅酸鈉。所述熔融物以水溶解后，因其成分中含有少量的氫氧化鐵呈綠色，故稱為綠液。該綠液的主要成分是碳酸鈉、硅酸鈉和硫化鈉，還含有少量的氫氧化鈉和硫酸鈉等?，F(xiàn)有草漿造紙堿回收的苛化過程，是將生石灰直接加入到綠液中，使生石灰與水反應(yīng)生成氫氧化鈣，氫氧化鈣再與綠液中的碳酸鈉進行苛化反應(yīng)，得到氫氧化鈉和碳酸鈣；同時綠液中的硅酸鈉會與氫氧化鈣發(fā)生反應(yīng)，生成氫氧化鈉和硅酸鈣，硅酸鈣同綠液中的碳顆粒、殘堿、塵埃等雜質(zhì)共同存在于碳酸鈣中，形成了含硅粗品碳酸鈣。到目前為止，對于含硅粗品碳酸鈣，還無法得到資源化的再利用。因而多數(shù)草漿造紙企業(yè)只能把含硅粗品碳酸鈣簡單填埋或直接傾卸堆積，這樣的處理方式，不僅占用耕地，破壞土地資源，還會污染土地和地下水，甚至?xí)o生態(tài)環(huán)境帶來嚴(yán)重的破壞。
[0003]應(yīng)用何種技術(shù)手段實現(xiàn)所述含硅粗品碳酸鈣的資源化的再利用，和徹底解決草漿堿回收給環(huán)境帶來的污染問題，一直是業(yè)內(nèi)科技人員予以關(guān)注的研究課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提出了利用草漿造紙堿回收綠液制取偏硅酸鈉、輕質(zhì)碳酸鈣的方法，其目的在于，通過剖析現(xiàn)行草漿造紙堿回收工藝過程中存在的技術(shù)弊端，并針對該技術(shù)弊端出現(xiàn)的技術(shù)障礙，從根源上消除草漿堿回收給環(huán)境帶來的污染，并實現(xiàn)從草漿堿回收綠液中清潔化、資源化地獲取偏硅酸鈉及造紙用輕質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)品。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決方案:
首先，對草漿造紙堿回收常規(guī)工藝產(chǎn)生的綠液進行凈化處理:濾除綠液中的碳顆粒、塵埃等雜質(zhì)；然后在凈化后的綠液中通入二氧化碳?xì)怏w，形成硅酸懸浮液；將硅酸懸浮液進行固液分離，得到硅酸濾餅，硅酸濾餅與燒堿進行加熱反應(yīng)，得到液體偏硅酸鈉；而分離后的母液與氫氧化鈣進行苛化反應(yīng)，得到無硅粗品碳酸鈣；再精制無硅粗品碳酸鈣，得到造紙用輕質(zhì)碳酸鈣料漿，實現(xiàn)資源化再利用。[0006]本發(fā)明方法的具體工藝步驟為:
一、過濾綠液。用精密過濾器濾除綠液中的碳顆粒、塵埃等雜質(zhì)，直至綠液的外觀清澈透明。
[0007]二、制備硅酸。在凈化后的綠液中通入二氧化碳?xì)怏w，使二氧化碳與綠液中的硅酸鈉發(fā)生反應(yīng)，隨著反應(yīng)的進行，綠液開始變得渾濁，直至綠液中有大量白色絮狀物出現(xiàn)，當(dāng)綠液的pH=9時，停止反應(yīng)，得到硅酸懸浮液；將硅酸懸浮液進行固液分離，得到硅酸濾餅；濾除硅酸的母液留作備用。本步驟的化學(xué)方程式為:
Na2Si03+C02+H20 =H2SiO3 I +Na2CO3
三、制取偏硅酸鈉。將步驟二得到的硅酸濾餅與燒堿在加熱條件下進行反應(yīng)，得到液體偏硅酸鈉。其化學(xué)方程式為:
H2Si03+2Na0H== Na2Si03+2H20
四、制備無硅粗品碳酸鈣。將步驟二得到的濾除硅酸的母液與氫氧化鈣進行苛化反應(yīng)后，將物料做固液分離，得到的液相物為液體氫氧化鈉，回用于制漿工段；得到的濾餅即為無硅粗品碳酸鈣。其化學(xué)方程式為:
Na2C03+Ca (OH) 2==2Na0H+CaC03
五、制取輕質(zhì)碳酸鈣料漿。將步驟四得到的無硅粗品碳酸鈣濾餅進行精制，包括制漿、篩分除雜、脫色漂白、碳 酸化反應(yīng)的處理工序，得到造紙用輕質(zhì)碳酸鈣料漿。
[0008]本發(fā)明的進一步技術(shù)解決方案的具體工藝為:
所述的制取偏硅酸鈉，是根據(jù)步驟三，將硅酸(按SiOJf)與燒堿(按Na2O計)以1:1.03質(zhì)量份之比稱重，且均勻混合后，置于加熱容器中加熱，當(dāng)反應(yīng)物料的溫度達(dá)到90-100°C，硅酸全部溶解時，停止反應(yīng)，待物料降溫至40-50°C，即得到模數(shù)為0.97的液體偏硅酸鈉產(chǎn)品O
[0009]所述的制取輕質(zhì)碳酸鈣料漿，是在所述的無硅粗品碳酸鈣濾餅中，加入工業(yè)用水，調(diào)制成無硅粗品碳酸鈣料漿，控制料漿中無硅粗品碳酸鈣的固形物含量為15-20% ;然后將調(diào)制好的無硅粗品碳酸鈣料漿用325目的網(wǎng)篩進行篩分，收集篩下除雜后的料漿，再用占料漿體積量0.1-0.5%的工業(yè)級雙氧水進行脫色漂白，兩者反應(yīng)30-40分鐘；最后將漂白處理后的料漿置于容器內(nèi)，通入二氧化碳?xì)怏w，進行碳酸化反應(yīng)，當(dāng)料漿的pH=7時，停止反應(yīng)，即得到用于造紙?zhí)盍系姆腺|(zhì)量要求的輕質(zhì)碳酸鈣料漿。
[0010]本發(fā)明的有益效果:
(一)本發(fā)明利用普通化學(xué)原理，消除了草漿造紙堿回收綠液中硅資源不可回用的技術(shù)障礙，以硅酸制取偏硅酸鈉；將濾除硅酸的母液與氫氧化鈣進行苛化反應(yīng)，得到液體氫氧化鈉及無硅粗品碳酸鈣，液體氫氧化鈉循環(huán)用于造紙制漿；無硅粗品碳酸鈣通過精制，得到輕質(zhì)碳酸鈣料漿，用于造紙?zhí)盍?。本發(fā)明在根除了草漿造紙堿回收對環(huán)境污染的同時，又解決了眾多造紙企業(yè)迫切需要解決的技術(shù)難題，使草漿堿回收綠液中副產(chǎn)物得到了循環(huán)利用。
[0011](二)本發(fā)明開發(fā)利用廢棄資源，以簡單的工藝流程徹底回收了草漿造紙堿回收過程中的可利用資源，獲得偏硅酸鈉、造紙用輕質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)品。其中，偏硅酸鈉被國家列為“我國優(yōu)先發(fā)展的精細(xì)化學(xué)品”和“我國無機化工產(chǎn)品發(fā)展重點”。通常偏硅酸鈉的制備是將石英和純堿，在1000-1300°c的高溫下共熔生成，或由偏硅酸鈉的粘稠水溶液(水玻璃或泡花堿)與苛性鈉溶液反應(yīng)后，經(jīng)濃縮，結(jié)晶，分離，干燥制備而得。偏硅酸鈉在多個工業(yè)領(lǐng)域均有應(yīng)用，需求量頗大；輕質(zhì)碳酸鈣是用途最廣的無機填料之一，特別在造紙工業(yè)中，以碳酸鈣為填充劑，填充量達(dá)到了 5-20%，不但降低了成本，同時也提高了紙張的強度和白度，具有顯著的經(jīng)濟效益。
[0012](三)本發(fā)明工藝過程清潔，無污染物排放，易于實施，具有顯著的社會效益和環(huán)境效益。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]附圖為本發(fā)明主要工藝流程框圖。
【具體實施方式】
[0014]以下列舉實例，對本發(fā)明的技術(shù)解決方案作進一步說明:
實施例一:
(一)制取偏硅酸鈉:取草漿造紙堿回收常規(guī)工藝產(chǎn)生的綠液1L，常溫下用4G砂芯漏斗進行真空抽濾，得到清澈透明的綠液；在該凈化后的綠液中通入二氧化碳?xì)怏w，反應(yīng)一定時間后，綠液開始渾濁，隨著反應(yīng)的進行，綠液中有大量白色絮狀物出現(xiàn)，測得液體的pH=9時，停止反應(yīng)，得到硅酸懸浮液；將硅酸懸浮液進行真空抽濾，得到硅酸濾餅，稱得硅酸濾餅的質(zhì)量為114.5g ;母液(濾除硅酸的綠液)的體積為0.85L ;測得114.5g硅酸濾餅中，二氧化娃的質(zhì)量為6.396g,把114.5g娃酸濾餅置入250mL燒杯內(nèi)，再加入氫氧化鈉含量為98%的燒堿8.67g，進行加熱反應(yīng)，當(dāng)反應(yīng)溫度達(dá)到95°C時，硅酸全部溶解，停止加熱；當(dāng)物料溫度降至45°C時，得到模數(shù)為0.97的液體偏硅酸鈉，其質(zhì)量為123g。
[0015](二)制取輕質(zhì)碳酸鈣料漿。將上述步驟得到的0.85L母液(測得其中碳酸鈉的質(zhì)量為127.5g)中，加入氫氧化鈣100g，在溫度90-95°C下反應(yīng)I小時，然后做固液分離，得到的液相物為液體氫氧化鈉，濃度為107g / L ;得到的固相物即為無硅粗品碳酸鈣濾餅，質(zhì)量為152g ;再將該無硅粗品碳酸鈣濾餅置入容器內(nèi)，加入700mL工業(yè)用水，進行攪拌調(diào)漿，待分散均勻后，用325目圓形篩進行篩分除雜，收集篩余物；在篩余物中加入2mL工業(yè)級雙氧水進行脫色漂白，反應(yīng)時間為30分鐘；反應(yīng)結(jié)束后，將該料漿與二氧化碳?xì)怏w反應(yīng)，當(dāng)料漿的pH=7時,停止反應(yīng),得到輕質(zhì)碳酸韓料楽:。
[0016]實施例二:
(一)制取偏硅酸鈉:取草漿造紙堿回收常規(guī)工藝產(chǎn)生的綠液10L，常溫下用4G砂芯漏斗進行真空抽濾，得到清澈透明的綠液；在該凈化后的綠液中通入二氧化碳?xì)怏w，反應(yīng)一定時間后，綠液開始渾濁，隨著反應(yīng)的進行，綠液中有大量白色絮狀物出現(xiàn)，測得液體的pH=9時，停止反應(yīng)，得到硅酸懸浮液；將硅酸懸浮液進行真空抽濾，得到硅酸濾餅，稱得硅酸濾餅的質(zhì)量為980g ;母液(濾除硅酸后的綠液)的體積為9L ;測得980g硅酸濾餅中，二氧化硅的質(zhì)量為60g，把980g硅酸濾餅置入3000mL燒杯內(nèi)，再加入氫氧化鈉含量為98%的燒堿81g，進行加熱反應(yīng)，當(dāng)反應(yīng)溫度達(dá)到95°C時，硅酸全部溶解，停止加熱；當(dāng)物料溫度降至45°C時，得到模數(shù)為0.97的液體偏硅酸鈉，其質(zhì)量為1060g。
[0017](二)制取輕質(zhì)碳酸鈣料漿。將(一)步驟得到的9L母液(測得其中碳酸鈉的質(zhì)量為1260g)中，加入氫氧化鈣lOOOg，在溫度90-95°C下反應(yīng)I小時，然后做固液分離，得到的液相物為液體氫氧化鈉，濃度為95g / L ;得到的固相物即為無硅粗品碳酸鈣濾餅，質(zhì)量為1352g ;再將該無硅粗品碳酸鈣濾餅置入容器內(nèi)，加入7000mL工業(yè)用水，進行攪拌調(diào)漿，待分散均勻后，用325目圓形篩進行篩分除雜，收集篩余物；在篩余物中加入30mL工業(yè)級雙氧水進行脫色漂白，反應(yīng)時間為30分鐘；反應(yīng)結(jié)束后，將該料漿與二氧化碳?xì)怏w反應(yīng)，當(dāng)料漿的pH=7時,停止反應(yīng),得到輕質(zhì)碳酸韓料楽:。
[0018]綜上，本發(fā)明達(dá)到了預(yù)`期的發(fā)明目的。
【權(quán)利要求】
1.利用草漿造紙堿回收綠液制取偏硅酸鈉、輕質(zhì)碳酸鈣的方法，其特征在于:該方法對草漿造紙堿回收常規(guī)工藝產(chǎn)生的綠液進行凈化處理:濾除綠液中的碳顆粒、塵埃等雜質(zhì)；在凈化后的綠液中通入二氧化碳?xì)怏w，形成硅酸懸浮液；將硅酸懸浮液進行固液分離，得到硅酸濾餅，硅酸濾餅與燒堿進行加熱反應(yīng)，得到液體偏硅酸鈉；而分離后的母液與氫氧化鈣進行苛化反應(yīng)，得到無硅粗品碳酸鈣；再精制無硅粗品碳酸鈣，得到造紙用輕質(zhì)碳酸鈣料漿，實現(xiàn)資源化再利用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用草漿造紙堿回收綠液制取偏硅酸鈉、輕質(zhì)碳酸鈣的方法，其特征在于:本發(fā)明方法的具體工藝步驟為: 步驟一、過濾綠液，用精密過濾器濾除綠液中的碳顆粒、塵埃等雜質(zhì)，直至綠液的外觀清澈透明； 步驟二、制備硅酸，在凈化后的綠液中通入二氧化碳?xì)怏w，使二氧化碳與綠液中的硅酸鈉發(fā)生反應(yīng)，隨著反應(yīng)的進行，綠液開始變得渾濁，直至綠液中有大量白色絮狀物出現(xiàn)，當(dāng)綠液的pH=9時，停止反應(yīng)，得到硅酸懸浮液；將硅酸懸浮液進行固液分離，得到硅酸濾餅；濾除硅酸的母液留作備用； 步驟三、制取偏硅酸鈉，將步驟二得到的硅酸濾餅與燒堿在加熱條件下進行反應(yīng)，得到液體偏硅酸鈉； 步驟四、制備粗品碳酸鈣，將步驟二得到的濾除硅酸的母液與氫氧化鈣進行苛化反應(yīng)后，將物料做固液分離，得到的液相物為液體氫氧化鈉，回用于制漿工段；得到的濾餅即為無硅粗品碳酸鈣； 步驟五、制取輕質(zhì)碳酸鈣料漿，將步驟四得到的無硅粗品碳酸鈣濾餅進行精制，包括制漿、篩分除雜、脫色漂白、碳酸化反應(yīng)的處理工序，得到造紙用輕質(zhì)碳酸鈣料漿。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用草漿造紙堿回收綠液制取偏硅酸鈉、輕質(zhì)碳酸鈣的方法，其特征在于: 所述的制取偏硅酸鈉，是根據(jù)步驟三，將硅酸(按SiOJf )與燒堿(按Na2O計)以1:1.03質(zhì)量份之比稱重，且均勻混合后，置于加熱容器中加熱，當(dāng)反應(yīng)物料的溫度達(dá)到90-100°C，硅酸全部溶解時，停止反應(yīng)，待物料降溫至40-50°C，即得到模數(shù)為0.97的液體偏硅酸鈉產(chǎn)品O
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用草漿造紙堿回收綠液制取偏硅酸鈉、輕質(zhì)碳酸鈣的方法，其特征在于: 所述的制取輕質(zhì)碳酸鈣料漿，是在所述的無硅粗品碳酸鈣濾餅中，加入工業(yè)用水，調(diào)制成無硅粗品碳酸鈣料漿，控制料漿中無硅粗品碳酸鈣的固形物含量為15-20% ;然后將調(diào)制好的料漿用325目的網(wǎng)篩進行篩分，收集篩下除雜后的料漿，再用占料漿體積量0.1-0.5%的工業(yè)級雙氧水進行脫色漂白，兩者反應(yīng)30-40分鐘；最后將漂白處理后的料漿置于容器內(nèi)，通入二氧化碳?xì)怏w，進行碳酸化反應(yīng)，當(dāng)料漿的pH= 7時，停止反應(yīng)，即得到用于造紙?zhí)盍系姆腺|(zhì)量要求的輕質(zhì)碳酸鈣料漿。
【文檔編號】C01F11/18GK103771430SQ201410048704
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年2月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月12日
【發(fā)明者】趙琪 申請人:趙琪