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| 非金屬礦物纖維在造紙工業應用中的環境效應 |
| 來源：中國粉體技術網 更新時間：2014-08-26 10:15:42 瀏覽次數： |
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(中國粉體技術網/班建偉)紙張主要是由草漿和木漿等植物纖維構成的，需要消耗大量的森林資源，生產過程中還排放大量的廢液污染環境。我國既是紙張消費大國，也是造紙纖維資源短缺的國家。隨著社會經濟的發展，尋求價格低廉、環境危害小甚至綠色無污染的造紙原料，替代部分植物纖維，成為現代造紙工業研究的重點。
礦物復合纖維是采用現代粉體制備技術，將天然產出的白色纖維狀礦物經纖維化超細粉碎，表面復合改性后制備的活性造紙新材料。其物理特性介于傳統填料和植物短纖維之間。將礦物纖維和植物纖維交織在一起，可構成新型的“植物纖維—礦物纖維”網狀結構，在紙品生產中可以替代部分植物短纖維，市場前景十分廣闊。
我國的非金屬礦產資源十分豐富，用非金屬礦物復合纖維代替大量的紙漿纖維造紙可降低造紙原料成本，減少植被資源的消耗，改善造紙過程中紙漿的濾水性能，并且可提高紙張的不透明度、白度、平滑度、透氣度、尺寸穩定性、油墨吸收性、印刷適應性及書寫適應性等，同時可以減緩對森林的過度開采，具有良好的環境效應。
1 非金屬礦物纖維
造紙中常用的非金屬礦物纖維主要有：硅灰石、海泡石、水鎂石、石膏晶須等。
1.1 硅灰石
硅灰石分子結構
胡琉球對硅灰石礦物纖維與植物纖維復合抄紙進行了研究，提出硅灰石的添加量可以達到30%。劉淑鵬對改性硅灰石和水鎂石復合礦物纖維與植物纖維進行抄紙進行了研究，通過添加CPAM改性劑使三者形成良好的網絡交織結構，提高了紙張的留著率。成紙強度達到了一般包裝紙的要求。在闊葉木漿中的添加量達到30%時，能滿足一般類印刷用紙和文化用紙的要求。硅灰石的使用，減少了木材的使用，降低了森林資源的采伐，保護了生態環境。
聶永俊做了用硅灰石制造金黃條牛皮紙的試驗，結果表明在添加礦物纖維5%時，對牛皮紙的施膠度沒有影響，但隨著分散劑和助留劑的加入，金黃條紋牛皮紙的濃、稀白水濃度降低，顏色變淡，SS、COD都大幅度下降，降低了廢水的污染負荷，對白水回用和終端廢水處理都具有重要意義。硅灰石復合纖維的使用，減少了污染源頭，降低了污水處理的成本，符合造紙業的清潔生產和污染源頭治理的原則。
1.2 海泡石
海泡石分子結構
海泡石是一種層鏈狀的硅酸鹽礦物，海泡石以兩種形式出現：①α-海泡石，以大結晶纖維束產出；②β-海泡石，呈非晶質集合體或細小扁圓顆粒產出。海泡石宏觀外貌呈致密狀或松軟多孔狀、纖維片狀、團塊狀,具土狀或臘狀光澤。海泡石在造紙中用于制造特種紙、印刷紙；用于涂料及抗凝聚劑以及處理廢水等。
胡琉球對海泡石與植物纖維復合造紙進行了研究，將分散好的海泡石和硅灰石添加到植物纖維中制造印刷紙，在保證各種性能變化不大的前提下，其添加量可達40%，大大節約了木材，保護了森林，具有較好的環境效益。在造紙工業中排放的廢水含有大量的有害物質，對環境危害極大，海泡石優越的吸附能力使其在造紙工業廢水處理中效果顯著。Balci等研究發現，海泡石纖維在室溫下即可通過結構孔道內的沸石來吸附氮氧化合物、氨氣以及水蒸氣，且效果顯著。
王春智等對海泡石處理脫墨廢水進行了初步研究，結果表明，經高溫或酸活化后的海泡石處理脫墨廢水，可使廢水中的CODcr去除率達80%以上。
謝治民等制備了TiO2/海泡石催化劑，并且用其處理印染廢水，活性艷蘭的去除率達到90%以上，海泡石用于造紙印染脫墨廢水研究具有很好的發展前景。
海泡石在造紙工業中的應用，其環境效益非常顯著，今后可以加大開發利用。
1.3 纖維水鎂石
纖維水鎂石是一種罕見的天然水鎂石礦，它具有優良的力學性能、抗剪性能、水分散性能和環境安全性能。水鎂石是一種新型的并且具有很高經濟價值的高鎂礦物資源，已經受到國內外的廣泛關注。
董發勤等首次對纖維水鎂石進行了抄紙試驗，取得了良好效果，為水鎂石今后的研究奠定了基礎。
由于纖維水鎂石帶有正電荷，與帶有負電荷的植物纖維復合抄紙時，將會提高紙張的留著率，減少了對水環境的污染。劉淑鵬對水鎂石的分散性能進行了研究，并將水鎂石與植物纖維復合，在紙張性能影響不大的情況下使其添加量達到30%，其留著率為85%。
因此，纖維水鎂石用于造紙，可減少對水的污染，并且可節約大量的植物纖維，降低森林的損耗，在保護生態環境方面具有重大意義。根據水鎂石的特性，還可用其制造防火紙、防水紙、耐高溫紙等特種紙，因此，纖維水鎂石用于阻燃紙的前景十分廣闊。
1.4 石膏晶須
石膏晶須又稱石膏纖維、纖維硫酸鈣，化學式分子式為CaSO4。石膏晶須是以天然石膏礦物為原材料，經過人工控制轉晶、干燥、改性等工藝制成的二水硫酸鈣，半水硫酸鈣和無水硫酸鈣纖維狀單晶體。
石膏纖維廣泛應用于造紙原料，不但可以取代填料，也可以部分或全部代替紙漿，用于生產各類工業紙張。劉焱等提出了石膏晶須可改善工業包裝紙強度性能，其石膏晶須的加填量為35%時紙頁各項強度指標最佳。不僅提高了工業包裝紙的強度，又節省了植物纖維，解決了工業包裝紙難以降低漿耗的問題。
盧振華等針對磷石膏晶須的特性，將其添加到針葉木漿和漂白麥草漿中進行紙張抄造。研究發現，加填磷石膏晶須可有效提高紙張的抗張指數、耐破指數、撕裂指數等，尤其是添加量為30%時，紙張的物理強度性能和填料留著率最高。因此，白度高、成本低的磷石膏晶須作為填料應用于造紙，在造紙行業和環境保護方面將具有很大的市場潛力。
我國擁有豐富的非金屬礦物資源，非金屬礦物纖維用于造紙工業，不僅會降低造紙業的生產成本，減少對進口紙漿的依賴，而且可以減少我國木材的用量，從而減少森林的砍伐面積，保護生態環境。非金屬礦物纖維在處理造紙廢水方面也具有較好的發展前景，因此，對我國的生態環境保護意義重大。
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