¿Qué es la bentonita en suspensión?
La aplicación y perspectivas de desarrollo de la bentonita en la industria del papel
Lu Zhaoqing Zhang Meiyun
Resumen: mi país es rico en recursos minerales de bentonita. La bentonita tiene propiedades físicas y químicas especiales y tiene muchos usos en la producción de papel. Este artículo revisa principalmente el estado de la aplicación y las perspectivas de desarrollo de la bentonita en la industria del papel, enfocándose en la aplicación de la bentonita como coadyuvante del proceso en la producción de pulpa y papel, como coadyuvante de retención y filtración, tratamiento de aguas residuales, control de resina, desarrollo del color del papel y tratamiento de residuos. Destintado de papel, etc.
Palabras clave: bentonita; industria papelera; perspectivas
La bentonita es un tipo de arcilla fina con montmorillonita como componente principal. Mi país es rico en recursos minerales de bentonita y 23 provincias (regiones) de todo el país tienen minerales de bentonita. La cantidad de recursos prevista es de más de 7 mil millones de toneladas. A finales de 2005, las reservas probadas de China eran de casi 5 mil millones de toneladas, ocupando el primer lugar en el mundo. Hay muchos tipos de bentonita, incluida la bentonita cálcica y la bentonita sódica. Aunque mi país tiene abundantes reservas de bentonita, la investigación sobre el desarrollo y aplicación de la bentonita no es lo suficientemente amplia, lo que hasta cierto punto restringe la transformación de las ventajas de recursos cada vez más crecientes de mi país en ventajas económicas. La fabricación de pulpa y papel es una industria compleja que involucra muchas reacciones físicas y químicas y la adición de diversos aditivos orgánicos e inorgánicos para optimizar el proceso. La bentonita, como excelente aditivo, se utiliza ampliamente en la producción de pulpa y papel. Este artículo presenta principalmente la aplicación de la bentonita como coadyuvante de retención y filtración, tratamiento de aguas residuales, control de resina, destintado de papel usado y procesamiento de papel.
Composición y propiedades físicas y químicas de la bentonita
La montmorillonita es el principal mineral de la bentonita y es un mineral de aluminosilicato laminar hidratado. Los cristales de montmorillonita están compuestos de muchas capas cristalinas paralelas, cada una de las cuales está compuesta por tetraedros de silicio-oxígeno superior e inferior y una capa media de octaedro de aluminio-oxígeno. Su fórmula molecular química es 12o 3·4 SiO 2·nH2O, y la capa cristalina contiene moléculas de agua y cationes intercambiables. El Al3+ en las vacantes octaédricas a menudo se reemplaza por Mg2+ y Fe2+ de bajo precio. El Si4+ en los espacios tetraédricos se reemplaza por A13+. Debido a que los cationes de baja valencia reemplazan a los cationes de alta valencia, se genera valencia negativa adicional en la estructura de la montmorillonita. Para mantener la neutralidad eléctrica entre las capas de montmorillonita, además de las moléculas de agua, también existen cationes con radios mayores como Na+, Ca2+, Mg2+, etc. Estos cationes son intercambiables, por lo que la montmorillonita tiene una serie de propiedades valiosas para la industria papelera, como intercambio iónico, absorción de agua, hinchamiento, tixotropía, adhesividad y adsorción.
2. Aplicación de la bentonita en la industria de la celulosa y el papel
2.1 Aplicación de la bentonita en ayudas de retención y drenaje
Con mayores velocidades y mayor tecnología de fabricación de papel se ha hecho Se han producido grandes avances con la aparición de complejas máquinas de papel y diversos aditivos químicos, circulación cerrada de aguas blancas, aumento de las cargas de relleno y aumento del consumo de fibra secundaria. Aumentar la tasa de retención de fibras finas y rellenos al mismo tiempo, mejorar las condiciones de drenaje de la máquina de papel puede mejorar en gran medida los beneficios económicos. Y puede mejorar algunas propiedades del papel. Además, el aumento de la velocidad de la máquina de papel conducirá inevitablemente a una mayor fuerza de corte durante la formación del papel, lo que requiere que el flóculo formado tenga una cierta resistencia al corte. Las mejoras en los procesos tradicionales y los métodos mecánicos ya no pueden cumplir con este requisito. Para lograr estos objetivos, debemos desarrollar agentes de retención y filtrado más limpios, eficaces y económicos.
El sistema Hydrocol es un nuevo sistema granular multicomponente de ayuda a la retención y filtración desarrollado por la British United Colloidal Company. Está compuesto por bentonita modificada y polímeros catiónicos. El mecanismo que ayuda a la retención consiste en agregar polímeros de alto peso molecular a la suspensión, y la bomba mezcladora y la máquina de cribado de suspensión cortan el flóculo formado. La bentonita modificada se aglomera en la suspensión para formar una estructura de aglomerado única. Incluso en aguas bravas se puede observar un fuerte efecto de reaglomeración.
Las partículas de bentonita típicas de los sistemas de retención y de filtración tienen una estructura en capas, con un espesor de capa de 0,9 nm, un área de superficie de aproximadamente 300 nm × 100 nm y de 5 a 7 capas. Su superficie específica cuando está hidratada es grande, alrededor de 700 ~ 800 m2/g. La superficie de las hojuelas de bentonita está cargada negativamente y los bordes están cargados positivamente, lo que facilita la absorción de sustancias coloidales. Cuando la bentonita se hidroliza en agua, los cationes forman partículas cargadas negativamente en forma de iones de sodio. Esta partícula cargada negativamente no se ve afectada por el pH y funciona bien en ácidos y álcalis. Es adecuado para la fabricación de papel ácido y neutro en todas las áreas de papel y cartón fabricados a máquina, y puede lograr efectos de alta retención y alta filtración de agua que no se podían lograr con un solo polímero en el pasado. Las propiedades mencionadas anteriormente de la bentonita se utilizan ampliamente en los procesos de fabricación de papel, como ayudas de retención y drenaje y recuperación y tratamiento de aguas blancas.
El siguiente es un ejemplo de producción del uso del sistema de retención de partículas Hydrocol en un sistema cerrado de aguas blancas: una fábrica en Montana, Canadá, que produce cartón corrugado GCC, utiliza un sistema de retención y filtración de bentonita Hydrocol después del cierre de aguas blancas. , fabricación de papel El volumen de descarga de aguas residuales se redujo de 6000 m3/d a cero, la tasa de retención se incrementó del 85 % al 92 % y se ahorró un 5 % de energía después de la reutilización de aguas blancas.
2.2 Aplicación de la bentonita en el encolado
La bentonita puede formar una suspensión bien dispersa en la fase acuosa, por lo que puede utilizarse como estabilizador de determinados aditivos en la fase acuosa.
Patentes estadounidenses recientes informan el uso de bentonita en el apresto agregando agentes de apresto reactivos a suspensiones de bentonita, reduciendo o eliminando así el uso de tensioactivos. La suspensión está influenciada por la bentonita dispersa en agua y tiene buena dispersión y estabilidad. Esta suspensión de apresto se puede utilizar para aprestar dentro o fuera del proceso de fabricación de papel. Reemplazar los tensioactivos con bentonita tiene buenas propiedades físicas, mejora la estabilidad química, reduce la aparición de hidrólisis y reduce los efectos adversos de los tensioactivos en el proceso de fabricación de papel. Cuando se utiliza como apresto interior, la arcilla bentonita también puede actuar como sistema de drenaje y retención de partículas. La bentonita utilizada es bentonita a base de sodio, a base de litio o bentonita activada con sal sódica.
2.3 Aplicación de la bentonita en el tratamiento de aguas residuales
La ventaja de la bentonita en el tratamiento de aguas residuales en la industria de la pulpa y el papel radica en su fuerte capacidad de adsorción y decoloración. Al adsorber contaminantes en las aguas residuales, se logra el propósito de reducción de DQO y decoloración. La bentonita utilizada en el tratamiento de aguas residuales a menudo requiere modificación orgánica para mejorar su capacidad de adsorción de contaminantes orgánicos. Los modificadores orgánicos comúnmente utilizados son tensioactivos catiónicos de aminas orgánicas, como el cloruro de cetilpiridinio (CPC), el bromuro de cetiltrimetilamonio (CTMBA) y el cloruro de tetradecilpiridinio (TPC). La bentonita modificada tiene una fuerte afinidad por la materia orgánica. No solo puede adsorberse en la superficie de las partículas, sino que también puede ingresar entre las capas de bentonita para formar un complejo de bentonita y materia orgánica. Además, la bentonita modificada tiene un buen efecto de adsorción de iones de metales pesados.
En el proceso de fabricación de papel alcalino o pulpa al sulfato, el agua residual de la cocción se llama licor negro, que es de color oscuro y maloliente. El licor negro producido por 1 tonelada de producción de pulpa es de 15 a 20 m3. El 30% de la contaminación total del agua en mi país proviene del licor negro de la fabricación de papel, que es una contaminación grave. El uso de bentonita para tratar el licor negro de fabricación de papel se ha informado en el extranjero durante mucho tiempo, pero existen pocas aplicaciones nacionales y literatura relacionada. Sun Jiashou, del Instituto de Tecnología Química de Wuhan, preparó bentonita orgánica reticulada mediante reticulación de silicio y modificación orgánica, y exploró el rendimiento de adsorción de la bentonita orgánica reticulada para DQO en agua después de la floculación acidificada de licor negro. Los resultados muestran que cuando el valor de pH es 4,5 y la dosis de TBC es 24g/LH2O, la eficiencia de adsorción de DQO es 665, 438±0,5% y la capacidad de adsorción es 549,3 mg DQO/g bajo agitación y adsorción a temperatura ambiente durante 60 minutos. Además, la bentonita se puede utilizar junto con floculantes poliméricos para el tratamiento de aguas residuales de destintado y la deshidratación de lodos. Yang Jiuyi y otros introdujeron un método de uso de bentonita para preparar floculante para tratar las aguas residuales del licor negro de la fabricación de papel. Mediante experimentos ortogonales, se seleccionaron las condiciones óptimas del proceso y las tasas de eliminación de croma y DQO alcanzaron el 90% y el 70% respectivamente. Shao Hong et al. utilizaron bentonita de sodio como materia prima para sintetizar una serie de bentonita modificada con pilares inorgánicos de níquel-circonio y pilares orgánicos de níquel-circonio, y compararon los efectos del tratamiento de diferentes bentonitas modificadas en las aguas residuales de la fabricación de papel. Los resultados de la investigación muestran que la bentonita orgánica con pilares tiene el mejor efecto de tratamiento de las aguas residuales de la fabricación de papel, con tasas de eliminación de DQO, color y turbidez del 77,8%, 94% y 97,4% respectivamente.
2.4 Aplicación de bentonita en el control de resinas
Durante el proceso de pulpa, se libera al agua una gran cantidad de polímeros y coloides solubles en agua durante el proceso de producción. Los coloides y resinas de madera tienden a depositarse en las superficies de equipos y productos, lo que puede causar problemas de producción y defectos en el papel. Los métodos de control de resina se dividen principalmente en control físico y control químico. Entre ellos, el método de control químico es actualmente el método de control de resina más utilizado y eficaz. Utiliza algunos agentes de control de resina para hacer que la resina se adhiera a la superficie de la fibra o se disperse de manera estable en el sistema de suspensión, evitando así la deposición de resina en la superficie del equipo. La organobentonita modificada también es un agente eficaz de control de resina debido a su gran superficie específica y afinidad orgánica. Puede adsorber resina coloidal hidrófoba en el sistema, reducir la energía superficial de la resina y hacer que la resina pierda su viscosidad única, inhibiendo así la adhesión, aglomeración y deposición de la resina. Agregar 0,5% ~ 1% de bentonita a la suspensión puede absorber eficazmente estas impurezas y evitar que se acumulen. La bentonita no sólo absorbe la resina coloidal, sino que también se adhiere a las partículas de resina aglomeradas, reduciendo así la viscosidad de la resina. Sin embargo, cuando hay una fuerza de corte en el sistema, las partículas de resina aglomeradas pueden volver a exponer la superficie fresca y tener tendencia a aglomerarse y depositarse. Por lo tanto, es crucial seleccionar razonablemente el lugar donde se agrega la bentonita.
2.5 Aplicación de bentonita en el destintado de papel usado
En el sistema de reciclaje de papel usado, la bentonita (usada sola o mezclada con talco en polvo) puede absorber tinta y adhesivos y adherirse a las fibras, minimizando así la tendencia de tintas y adhesivos a depositarse en diversas partes de la máquina de papel. En el reciclaje de papel usado, aparecen manchas visibles a simple vista en el papel terminado. Esto es el resultado de una mala dispersión de las partículas de tinta debido a la "dificultad de dispersión". Las partículas suelen tener forma de escamas y su espesor varía desde unas pocas micras (partículas pequeñas) hasta 10 µm (partículas grandes). Durante el proceso de fabricación de pulpa de papel usado, las manchas se controlan mediante dispersión mecánica, las partículas se rompen mecánicamente y las manchas se vuelven invisibles al reducir el tamaño de las partículas. Estas partículas no se eliminan sino que permanecen en la pulpa, por lo que ésta se vuelve gris y la blancura se reduce considerablemente. Si añade arcilla bentonita a los ingredientes del papel usado, puede evitar la formación de manchas. La bentonita puede reducir el tamaño de las partículas de tinta para que puedan eliminarse de la pulpa mediante lavado, o agregar pequeñas partículas de tinta en partículas de gran tamaño que pueden eliminarse eficazmente mediante flotación o purificación centrífuga, mejorando así la blancura de la pulpa. La bentonita desempeña una variedad de funciones a lo largo del proceso, como adsorción, dispersión, control de sedimentación y anti-redeposición.
2.6 Aplicación de la bentonita en el procesamiento de recubrimientos pigmentarios
Los recubrimientos utilizados para producir papel estucado están compuestos principalmente por pigmentos, aglutinantes y aditivos. Entre los aditivos utilizados se encuentra un agente de control de reología, cuya función es ajustar las propiedades reológicas de la pintura para cumplir con los requisitos del proceso de producción y evitar problemas de calidad del producto causados por malas propiedades reológicas de la pintura. Cuando la montmorillonita se dispersa en la fase acuosa, la hidratación de la superficie y el efecto repulsivo de la doble capa eléctrica entre capas aumentarán el espacio entre capas de la bentonita y expandirán el volumen, haciendo que la bentonita se espese en el sistema de fase acuosa. Por lo tanto, se puede utilizar bentonita. como agente de control de reología para recubrimientos de papel. Al mismo tiempo, debido a que la bentonita tiene una estructura en capas regular, también favorece la mejora del rendimiento de cobertura y la suavidad del recubrimiento, desempeñando así un cierto papel como pigmento.
Una patente informa sobre un proceso para producir papel estucado utilizando bentonita como parte del pigmento. El producto es particularmente adecuado para la impresión fotográfica y la impresión offset después del calandrado.
2.7 La aplicación de bentonita como relleno
Como se mencionó anteriormente, la bentonita tiene un fuerte efecto de hidratación, por lo que puede formar una estructura de escamas más fina en estado coloidal y absorber una gran cantidad de El electrolito cargado positivamente se une a las fibras cargadas negativamente, reteniendo la bentonita en las fibras. Al mismo tiempo, la bentonita también actúa como carga de papel. Además, la bentonita tiene las características de "alta calidad y bajo precio" y puede usarse en la producción de papel de bajo peso. Puede obtener una mayor cantidad de relleno sin reducir la resistencia del papel, especialmente la resistencia al desgarro. La investigación de aplicaciones realizada por un instituto de investigación en Hangzhou muestra que la bentonita modificada se puede usar como relleno para papel y cartón de baja blancura (la bentonita en sí no es muy blanca), mostrando una fuerte adsorción, alta dispersión, alta tasa de retención y poco impacto en el papel. fortaleza. Al mismo tiempo, debido a que la bentonita modificada puede absorber sustancias finas como fibras finas, puede reducir la concentración de aguas blancas descargadas de las fábricas de papel y reducir la contaminación de la calidad del agua por las aguas residuales vertidas.
2.8 Aplicación de la bentonita en el desarrollo del color del papel
La bentonita natural tratada con ácido clorhídrico, ácido sulfúrico o ácido fosfórico se denomina arcilla ácida. En comparación con la bentonita, la arcilla ácida tiene una superficie específica significativamente mayor, un alto rendimiento de adsorción y actividad catalítica. El papel de copia sensible a la presión, utilizado para papel de fax, facturas y registros informáticos, utiliza una reacción química entre arcilla ácida y un tinte blanco (incoloro) para lograr el desarrollo químico del color.
La bentonita se utiliza como revelador de color para pigmentos sensibles a la fuerza en papel de copia sin carbón y se utiliza para el tratamiento de activación ácida de productos de bentonita en papel de copia sin carbón. Se ha producido y utilizado en el Reino Unido, Alemania y Estados Unidos. Japón desde hace mucho tiempo. El Instituto Provincial de Geología y Recursos Minerales de Zhejiang utiliza la bentonita de alta calidad de Qiushan para producir tierra blanqueadora específica para papel autocopiante. Este producto ha sido utilizado por el Instituto de Investigación del Papel de Beijing y otras unidades, y se considera un sustituto completo de los productos importados.
Tomemos como ejemplo papel autocopiativo de tres capas. Se envuelven microcápsulas de gelatina y goma arábiga que contienen pigmentos en el adhesivo utilizado en la parte posterior de las capas superior e intermedia del papel, y se les adhiere arcilla ácida. la capa intermedia de papel como revelador de color y la superficie del papel subyacente. Los pigmentos del papel están protegidos por microcápsulas y no se desarrollan por sí solos después de la superposición. Sin embargo, cuando se presiona la superficie del papel con la punta de un bolígrafo o con la aguja de una máquina de escribir, las microcápsulas se rompen y el tinte se escapa y entra en contacto con la superficie recubierta. Los desarrolladores de arcilla ácida son adsorbentes y pueden donar protones. Después de que el colorante leuco adquiere un protón, el anillo de lactona se rompe para formar una estructura iónica polarizada para lograr el desarrollo del color.
3 Resumen
En definitiva, la bentonita es muy utilizada como sistema de retención granular y coadyuvante de filtración, pero no hay muchas investigaciones y aplicaciones en otros aspectos y necesita un mayor desarrollo. La arcilla bentonita tiene excelentes propiedades. Según el análisis de sus propiedades físicas y químicas, tiene un enorme valor de aplicación potencial en muchos aspectos de la fabricación de pulpa y papel. Con el desarrollo, modificación y procesamiento profundo de la bentonita, sus campos de aplicación se ampliarán aún más. En la actualidad, muchas empresas nacionales todavía dependen de la bentonita importada. Las reservas de bentonita de China ocupan el primer lugar en el mundo y están ampliamente distribuidas. Aprovechar al máximo esta ventaja única y desarrollar de forma independiente productos de bentonita de alta calidad es de gran importancia para la industria del papel.