|
——摘自2002年4月18日<<中国矿业报>>
由于研磨及煅烧两个瓶颈的突破,煤系高岭土的开发利用有望成为我国煤炭企业发展的新领域。
煤系高岭土开发方兴未艾
本报记者 于德福
我国是世界上最早发现并利用高岭土的国家,以储量丰富、质量优良闻名于世。尤其是煤系高岭土更是我国独有的资源。
湖南超牌化工有限公司大型研磨机及电加热动态煅烧设备的成功开发,使我国煤系高岭土的研磨及煅烧设备与工艺档次得到了提高,而且将推动我国的煤系高岭土开发进入一个新的发展阶段。
矿产资源丰富 储量世界之最
由于过去我国在进行煤田勘探时,往往以煤为主,未对与煤共生、伴生的高岭土进行综合勘探,进行了综合勘探与评价工作的也只是少数煤田。因而对煤系高岭土的储量目前尚无准确数据。
据一份1992年的资料介绍,全国探明远景及推算储量为180.54亿吨,其中探明储量为14.42亿吨。而据1985年美国矿业局的资料统计,不包括我国高岭土储量在内,全世界查明的高岭土资源量为121.57亿吨。仅就上述不完整的数据计,我国煤系高岭土储量也超过了世界其他国家已查明储量之和。
该资料同时还显示,我国煤系高岭土赋存于石炭纪、二叠纪、三叠纪、侏罗纪和第三纪等五个时代的煤系地层中,具有储量丰富、分布面广的特点。如以矿石性质分,主要有以下几种类型:
一为硬质大同砂石型高岭土,广泛分布与山西大同、雁北,内蒙古大青山、海勃湾、乌达,陕西蒲白、铜川,宁夏石嘴山、石炭井等煤田。煤层中含有1-4层黑色硬质高岭土,称为黑砂石或黑瓷石,其厚度为0.1-1.1米,局部厚度可达到1.6米,在数千平方公里范围内十分稳定,高岭土含量一般在80%以上,纯度可达95%以上。
二为硬质焦宝石型高岭土,多产于我国北方石炭、二叠纪煤系地层中,自上而下共7层,呈层状或似层状产出,厚度2-10米不等,但较稳定,分布范围也较广,如江苏徐州、安徽淮北、山东临沂、辽宁南票等煤田都有产出,储量分别在亿吨或数亿吨。
三为软质、半软质高岭土,产于石炭、二叠纪煤系地层和侏罗纪煤系地层中,如焦作煤田产于石炭二叠纪,含高岭土1-3层,一般厚1-3米,分布面积达数百平方公里,储量在亿吨以上,甘肃华亭煤田为侏罗纪,,也有储量丰富的软质、半软质高岭土资源。
四为软质高岭土,多赋存于第三纪煤田中,在云南小龙潭、昭通煤田,广东茂名煤田,海南长昌、长坡煤田和广西那龙煤田均有分布。
搞好综合利用 拓宽发展领域
据有关专家介绍,用煤系高岭土为原料加工的煅烧高岭土,以其白度高、晶形好、孔隙率大、容重小、化学稳定性好、遮盖率强等特性而广泛的用于油漆涂料、造纸、橡胶、塑料、电缆、陶瓷等领域,在现代产业发展和传统产业进步中起重要作用,具有非常广阔的市场前景。
中国煤系高岭土资源虽以独特而丰富著称于世,以煤系高岭土为原料,工业规模化生产煅烧高岭土直到20世纪90年代才起步,而以所谓“双90”(即白度≥90%、细度-2μm含量≥90%)产品为标志的优质煅烧高岭土的规模化生产更是到了1998年前后,且生产厂家不多,规模不大。到2000年,我国的煅烧高岭土产量才9万吨,其中“双90”产品仅2万吨左右,与巨大的市场需求形成了强烈的反差,为满足市场消费的需求,国家不得不花大量的外汇进口,仅2000年优质高岭土(含煅烧高岭土)的进口量达18.276万吨。煅烧高岭土的主要市场是油漆涂料、造纸、橡胶和塑料制品、电缆、陶瓷等,其中油漆涂料和造纸是我国优质煅烧高岭土最主要的消费领域,分别占国内超细、高白度优质煅烧高岭土消费量的50%和40%左右。据专家预测,由于以上产业的不断发展,对优质煅烧高岭土的需求也将持续处于增长状态,到2005年和2010年优质煅烧高岭土的国内需求量将分别达到38万吨和67万吨。
煤炭企业进入煅烧高岭土这一领域,可利用先天优势,获取较好的经济效益。在有些煤矿,煤系高岭土已随矸石一起采出,只须进行选矸即可;而未采出的煤系高岭土,它们或赋存于煤层的底板,或赋存于煤层的顶板,采出时可利用现成的井下及地面系统,能大大降低生产成本,如能加工成“双90”产品,其市场售价可高达3500-4000元/吨。因此从某种程度上说,在煤炭市场好转、煤企效益渐涨的情况下,煤系高岭土可成为煤炭企业新的产业发展领域。
瓶颈已突破 优势十分显著
目前制约我国煤系高岭土开发的两大瓶颈--超细研磨与超细粉体煅烧现已突破,煤系高岭土的资源优势转化为经济优势有望成为现实。
以前国产设备的主要问题是单机生产能力过小,如建设生产规模年产1万吨的超细(-2μm90%以上)煤系高岭土,采用500型机往往需要5-6台机进行串联生产。与超细研磨设备和技术比,国内煤系高岭土的煅烧技术尚处于成熟阶段,国家有关部门曾先后投入大量资金进行攻关,但均未取得突破性进展。因而我国在用的单机生产能力最大,质量最好的煤系高岭土煅烧设备均自英国进口,年产8000-10000吨的进口隔焰式煅烧回转窑约需人民币1500万元。
现在这两大问题都已解决了,解决这两大问题的是湖南超牌化工有限公司。
从研磨设备看,超牌化工有限公司开发的3000型研磨机单台容积3000升,主机电机225KW。可使325目矿粉单台设备湿法一次研磨成-2μm90%以上的超细粉体,单台设备年生产能力达万吨以上。与以前采用5-6台串联组成的生产线比,不仅大大简化了生产工艺、减少投资,而且提
高了工艺的稳定性、降低了单位产品的能耗和生产成本。
从煅烧设备与工艺看,超牌化工有限公司开发的5000型电加热煅烧煤系高岭土回转窑更具特色,具有进口窑无法比拟的优点:
一是在能源的使用上用电弃油(气)。到目前为止,国内在用的和开发中的煤系高岭土煅烧窑均以油气为主,这就势必增加生产企业的初期投资--或配套建设储油储气设施,或配套建设煤气发生装置,况且在现阶段乃至今后相当长的时期内,烧油也是与我国的能源资源赋存现实不相适应的。从另一角度说,用电可以先使用后交费,而用油用气则不然,必须先购后用。因而,无论是从建厂的初期投资还是从建厂后的流动资金压力来说,用电均可为生产厂家带来更多直接的或间接的经济收益。
二是热利用率高,生产成本低。由于该窑在设计时充分运用了矿物的一些特性,气物逆流运动,从而大大提高了热利用效率,使煅烧的单位能耗大大降低。用该窑生产1吨超细煅烧高岭土产品,仅耗电600多度,只相当于用气做能源的窑生产煤气的用电量。
三是生产过程高度自动化。由于该窑在设计之初即贯彻了自动控制的设计理念,因而该窑除实现生产自动化外,现在更实现了设备运行远程网络监控。生产过程中,生产企业只需安排1-2人监视生产情况,操作人员无须严格培训,生产过程的所有情况均可通过网络传回超牌化工有限公司投资建设的集散控制中心,生产出现任何异常,控制中心即通过网络以及时解决。从这一意义上说,该窑亦可称为“傻瓜窑”。
此外,该窑还具有调试成本及价格低的优势。一般情况下,该窑安装后只需几天的时间调试,即可生产出合格的“双90”产品,而该型窑目前的价格仅相当于同类进口窑价格的三分之一,也就是进口窑的运费与调试费而已。
该窑的成功开发,还将引发我国关于煤系高岭土认识上的一场革命。因为在不久前的一次实验中,淮北地区含铁量高达0.87%的煤系高岭土,在该窑中同样烧出了“双90”的合格产品,这就将使以前关于高含铁量煤系高岭土不能加工成优质产品的论述改写。
由于研磨及煅烧两大瓶颈的突破,煤企可籍此以极低的代价进入煤系高岭土的开发以取得较好的经济效益和环境效益,在主业效益逐步上升的基础上,利用资源综合利用形成新的经济增长点,不断壮大实力,走上腾飞之路。
摘自《中国非金属矿工业导刊》
造纸研磨碳酸钙制造、应用及发展现状
宋宝祥(中国制浆造纸研究所)
1、造纸研磨CaCO3的市场消费现状
造纸CaCO3按照生产制造方法不同,分为轻质CaCO3(合成或沉淀CaCO3,简称PCC)和研磨CaCO3(重质CaCO3或天然CaCO3,简称GCC)。目前国内造纸企业使用的PCC多数来自于采购的粉状商品,部分来自于卫星厂生产的浆料产品,以及纸厂回收白泥或化肥厂、矸厂白泥再生产品。65%以上的GCC产品来自于卫星式生产系统制造的泥浆产品,其他为采购的商品浆料产品,少量泥饼产品、干燥粉状产品和干法生产的产品。
根据相关制造行业和43家造纸企业统计估测,2002年主要造纸白色矿物填料、颜料消费量列入表3。2001年主要矿物颜料消费比例为滑石粉41.3%,GCC24.5%,水洗高岭土18.8%,PCC14.3%,煅烧高岭土及其他1.1%。2002年主要矿物颜料消费比例为滑石粉38.66%,GCC25.43%,水洗高岭土17.97%,煅烧高岭土及其他1.32%。
1.1 造纸白色矿物颜料消费概况
2002年我国机制纸和纸板总产量达3780万t(消费量4332万t),与上年同比增长18.13%,净增580万t。白色矿物颜料消费由2001年的250万t,上升至294.9万t,净增44.9万t,同比增长17.98%。见表1、表2。
表1:2000-2002年中国纸及纸板供需情况(万t)
|
年份
|
2000
|
2001
|
2002
|
|
消费量
|
3.575
|
3.683
|
4.332
|
|
产量
|
3.050
|
3.200
|
3.780
|
|
进口量
|
597
|
562
|
639.94
|
|
出口量
|
72
|
79.95
|
85.47
|
表2:2000-2002年中国主要纸和纸板产品供需情况(万t)
|
产品品种
|
涂布纸
|
涂布白纸板
|
书刊印刷纸
|
书写纸
|
包装用纸
|
白纸板
|
箱纸板
|
瓦愣原纸
|
新闻纸
|
|
生产量
|
2000
|
110
|
200
|
290
|
140
|
400
|
80
|
400
|
570
|
145
|
|
2001
|
130
|
250
|
300
|
140
|
400
|
50
|
460
|
600
|
173
|
|
2002
|
180
|
430
|
420
|
180
|
400
|
30
|
600
|
600
|
185
|
|
消费量
|
2000
|
208
|
286
|
280
|
140
|
471
|
98
|
511
|
669
|
165
|
|
2001
|
212
|
2228
|
296
|
140
|
466
|
58
|
545
|
715
|
186
|
|
2002
|
276
|
504
|
436
|
180
|
429
|
32
|
725
|
730
|
204
|
|
进口量
|
2000
|
109.24
|
104.51
|
—
|
—
|
—
|
—
|
—
|
103.86
|
21.07
|
|
2001
|
99.44
|
82.55
|
—
|
—
|
27.80
|
15.23
|
126.48
|
117.87
|
15.37
|
|
2002
|
121.77
|
79.58
|
—
|
—
|
31.37
|
1.90
|
125.44
|
133.48
|
19.92
|
|
出口量
|
2000
|
10.92
|
0.83
|
—
|
—
|
—
|
—
|
—
|
5.23
|
0.24
|
|
2001
|
17.60
|
2.42
|
—
|
—
|
2.61
|
—
|
1.25
|
3.14
|
1.85
|
|
2002
|
25.18
|
5.51
|
—
|
—
|
2.63
|
—
|
0.67
|
3.26
|
0.6
|
表3:国内主要造纸矿物颜料消费量(万t)
|
颜料
|
2001年
|
2002年
|
同比(%)
|
|
滑石粉
|
103.25
|
114
|
10.41
|
|
重质CaCO3
|
61.3
|
75
|
22.35
|
|
轻质CaCO3
|
35.7
|
49
|
37.25
|
|
水洗高岭土
|
47
|
53
|
12.77
|
|
煅烧高岭土
|
1.5
|
1.8
|
20
|
|
其他
|
1.2
|
2.1
|
75
|
|
合计
|
249.95
|
294.9
|
17.98
|
注:其他为硅灰石、沸石、膨润土、钛白粉等;2水洗高岭土包括伊利石、绢云母、叶蜡石和地开石。
1.2 主要造纸矿物颜料消费特点
(1)过去的一年,几乎所有种类的造纸矿物颜料市场消费都出现了正增长。滑石粉、CaCO3和高岭土三大颜料中,消费量增长最快的是碳酸钙,总消费量124万t,净增27万t,同比增长27.8%。其中GCC净增13.7万t,同比增长22.35%。
消费量首次超过传统的滑石,预示我国造纸业已步入以CaCO3主要矿物消费时代。预计CaCO3在造纸业的消费量在今后几年仍将持续增长。
(2)PCC消费量较上年净增13.3万t,同比增长37.25%,增长率超过GCC,可能预示PCC已摆脱过去几年增长缓慢的局面,开始进入与GCC同样的高速增长期(见下图)。

(3)2002年造纸滑石消费114万t,同比增长10.75万t,增长率10.41%,尽管保持了正增长,但与1999年以前的130万t相比呈现下降趋势。从各种矿物消费结构比例上看,由于受到CaCO3的强有力冲击,自2000年以来,已由过去的61%-62%下降到38.66%。预计这一比例在今后几年仍会保持下降趋势。
(4)近年由于特种加工纸和高档低定量纸张产量的增长(如无碳复写纸、喷墨打印纸、装饰纸、字典纸、证券纸、环保纸等),促进了绝对消费量不大的功能性矿物粉体颜料(如沸石、膨润土、酸性白土、二氧化硅、硅灰石、钛白粉、煅烧高岭土等)消费结构比例的增长,随着国内信息用纸、高档低克重纸产量的增长和现代造纸技术的进步,钛白粉、煅烧高岭土以及膨润土、二氧化硅消费量将保持持续增长态势。
(5)我国造纸CaCO3消费量的大幅增长,是伴随近10年来中性造纸技术的普及与涂布纸和涂布纸板产量的增长,以及现代化大型纸厂碳酸钙卫星式生产供应系统的建立而发展起来。
国内造纸GCC的规模化应用历史较短(1995年),1997年以前PCC曾一度占领了造纸CaCO3统治地位。1998年以后GCC得到迅猛发展,在过去5年间GCC消费量增长了6.3倍。GCC得到快速发展的主要原因:①得益于分布广泛、储量丰富的高品质方解石资源,从15个省发现的可用于造纸的矿源储量超过6亿t;②GCC的生产技术和装备近年取得突破,相关助剂、研磨介质已国产化,使生产成本逐年下降,产品质量进一步提高;③酸性造纸向碱性造纸转化速度加快;④颜料涂布纸和涂布纸板产量的增长;⑤依附于大型纸厂的卫星式生产供应系统的建成投产,使销售价格由1000-1800元/t,降低到500-1200元/t;⑥建设投资少,目前采用国产装备建设一条万吨d90产品卫星式生产线的设备投资约120万元人民币,d90生产线60万元。如此低的投资和售价,无疑带给消费者极大的吸引力和实惠的经济利益。
就造纸工业目前发展状况分析,到2005年国内纸和纸板总产量将有望超过行业“十五”规化4000万t预测。以4400万估测,造纸矿物颜料总消费量将达到340-350万t,其中GCC消费量可能超过100万t。
2、造纸GCC的制造
目前国内造纸GCC的制造根据工艺方法的不同,分为干法生产和干湿法结合两类。
2.1 干法
基本生产工艺有:
(1)研磨——分级法(可同时生产多规格产品,可有效控制最大粒径含量和粒径截点)
球磨——分级:研磨设备为球磨机,适合几万-几十万吨产量工厂。
立磨——分级:研磨设备可选择雷蒙机、塔式磨、冲击磨、珠磨机等适用几千-几万吨工厂。
振动磨——分级:适合800目以上产品,2万t以下产量工厂。
(2)直接研磨法(可同时生产多规格产品,粒径截点不易控制)
主要设备:振动磨、珠磨机、气流磨。
通常以325-600目粉为原料。以氧化锆或高铝瓷珠为介质(不含气流磨),通过介质对粉料的剪切、研磨作用连续生产一定细度规格产品。常用于生产截点最大粒度d9010-5μm产品,用途见表4。
表4:不同细度规格干法产品用途
|
最大粒径
|
用 途
|
|
45-38μm(325-400目)
|
超细GCC原料、劣等纸填料
|
|
25-15μm(500-800目)
|
中低速纸机填料
|
|
10-5(1250-2500目)
|
中高速纸机填料、低速涂布机底涂料、中低档涂布纸低速涂布机一次涂布颜料
|
|
d992μm
|
高速涂布纸面涂料
|
由于干法生产的产品粒子边缘棱角突出,相同粒径时磨耗值高于湿法产品。因此以往多用于中低速纸机填料。近年随着加工技术的进步,采用球磨、振动磨、珠磨机等介质研磨设备经过分级的8μm产品也用于中、高速纸机一次涂布机纸张涂料d90-d952μm产品可用于1000m/min涂布机面涂料。但一般情况下,干法单独生产2μm产品的制造成本高于湿法。
大型造纸GCC商品厂多数采用干湿法结合工艺,先采用干法工艺从原矿加工至40-45μm干粉,然后进入湿法加工。全湿法生产一般以45-20μm粉体为原料,经调浆后进入湿法研磨,多用于卫星式生产系统。全球造纸GCC产量的90%以上是用湿法或干湿法结合工艺。湿法生产主要优点:①超累化生产成本低;②产量大,台机年生产能力可达几万至几十万吨;③浆料产品粒子经过水润湿与相关造纸添加助剂和胶料有更好的配伍性(亲和性);④最大粒径和粒度分布便于稳定控制;⑤粒子经介质研磨表面光滑,磨耗值较低,更适合现代化高速纸机使用。
典型湿法生产工艺有:①闭路式(间隙式);②开路式(连续式)。
造纸湿法研磨GCC设备,主要有湿式球磨机、振动磨、棒磨机、搅拌磨(砂磨机、剥磨机),多数工厂选择立式搅拌研磨机。国外的砂磨机、剥片机和搅拌磨的设备结构有所不同,国内没有严格区分。有十余家设备制造厂家,主要分立式磨和卧式磨两种型式,每一型式有多种型号。
3、造纸GCC的应用
按造纸生产工艺可分为填料、底涂、面涂三类。根据造纸机的涂布机车速每一类又分高、中、低车速产品。
3.1 GCC赋予纸张性能和操作性
造纸填料:①提高纸张不透明度;②提高纸张白度(亮度);③改进纸张平滑度和平整性;④改善纸张适印性;⑤提高纸张柔软性;⑥提高纸张的尺寸稳定性;⑦减轻树脂干扰;⑧提高纸张书写性;⑨提高纸张耐久性;⑩改善纸张透气度;⑾提高印刷速度;⑿节约纤维、降低成本;⒀适用中性施胶、假中性施胶(AKD、ASA、分散松香、石腊胶)。
造纸颜料:①提高白度、不透明度、平滑度、平整性;②提高印刷适性;③改善纸张光泽性能;④降低涂料粘度、改进流变性能减少条痕;⑤降低胶粘剂用量(1-2%);⑥赋予涂层矸性,益于高速印刷机油墨干燥;⑦增加涂层透气性;⑧保持涂布头清洁;⑨可高比例配比(20%-100%),降低涂料成本;⑩提高涂料固形含量,有利提高生产车速,节约干燥成本。
3.2 应用纸种和用量
填料:除卷烟纸、过滤咀纸和特种低克信息用纸外,几乎所有的印刷用纸、涂布原纸、广告用纸、办公用纸、书写用纸都可使用GCC(见表5)
表5:主要纸种CaCO3加填量
|
纸张种类
|
CaCO3用量(%)
|
纸张种类
|
CaCO3用量(%)
|
|
涂布原纸
|
10-20
|
书籍用纸
|
10-25
|
|
复印纸
|
15-30
|
机印纸
|
12-25
|
|
书写纸
|
10-30
|
杂志纸
|
20-30
|
|
复写、传票纸
|
5-30
|
高加填超压纸*
|
30-45
|
|
新闻纸*
|
4-10
|
打字纸
|
8-12
|
|
字典纸*
|
25-35
|
邮票纸*
|
20-30
|
*为获得更为理想的性价比,GCC往往和PCC、高岭土、滑石、TiO2等填料混合使用。
涂料颜料:GCC在全球造纸颜料消费领域长以来占有优势(流变性,高固含量特性),并有进一步提高颜料配比趋势。颜料涂布纸可分为颜料涂布纸、颜料涂布纸板和铸涂纸三类,按颜料涂布纸涂布量的多少可分为微量涂布纸(2-10g/m2),中等涂布量纸(15-30g/m2),重涂纸(20-40g/m2)。按涂布遍数又分为一次涂布、两次涂布和多次涂布方式。不同涂布方式和涂布量多少以及纸张光学、印刷性能要求的不同,GCC颜料配比不同(见表6)。
表6:GCC配比量
|
颜料涂布纸种
|
GCC配比量(%)
|
|
微量涂布纸
|
10-40
|
|
轻量涂布纸
|
15-40
|
|
中等涂布量纸
|
一次涂
|
15-40
|
|
二次涂
|
总量40-70
|
|
重涂纸
|
总量40-80
|
|
底涂料
|
40-100
|
|
面涂料
|
20-60
|
|
亚光(消光纸)
|
60-100
|
GCC价格较水洗高岭土便宜,并具有良好的印刷适性,近来许多涂布纸厂在提高GCC配比方面,取得进展。例如某外资大型纸厂两次涂布铜板GCC配比量已接近80%。我院在提供另一家大型铜版纸厂一次涂布配方中,GCC配比量已达到65%-70%,纸张质量达到A级铜版纸指标,由于涂料固含量从68%提高到70%-72%,纸张干燥成本降低了100元/t纸左右。又如:国内许多中、小涂布纸板厂,一次涂布GCC配比量已达到50%-60%,纸板质量可达到B、C级,个别厂达到A级。另外在高加填超压纸中GCC配比量,部分纸厂已由过去的20%-25%,提高到35%左右。
近年PCC与GCC在全球造纸市场竞争激烈,这与各国纸厂品种发展、矿物原料资源优势以及者固有的物理特性有关(见表7)。尽管生产者都在不断改革生产技术,对CaCO3本身的缺点加以改进,但至今为止,全球用于填料的CaCO3仍以PCC占优势,而涂料颜料GCC占有统治地位。我国近年在造纸填料方面仍以滑石为主,GCC略有优势,但由于高档低克重高白度纸种生产量增长,PCC发展很快,有可能在未来数年后成为填料主要消费领域。
表7:GCC与PCC特性对比
|
特性
|
GCC
|
PCC
|
|
密度(g/m3)
|
2.7
|
2.6-2.7
|
|
光散射系数(m2/kg)
|
100-160
|
150-200
|
|
亮度(%)
|
85-97
|
90-100
|
|
CaCO3含量(%)
|
97-99
|
98-99.8
|
|
盐酸不溶物(%)
|
0.06-0.3
|
0.01-0.1
|
|
吸油性(mg/100g)
|
15-40
|
35-70
|
|
平均粒径(μm)
|
0.4-4.5
|
0.2-3.8
|
|
粒度分布
|
宽
|
窄
|
|
粘度
|
低
|
高
|
|
流变性
|
好
|
略差
|
|
耐光老化性
|
差
|
好
|
|
磨耗值
|
高
|
低
|
|
表面活性
|
低
|
高
|
|
晶体形态
|
单一晶系表面光滑具棱角
|
多种晶系表面具微孔
|
|
树脂吸附性
|
差
|
好
|
3.3 GCC品质特性对纸张质量和生产操作性的影响
作为较理想的GCC用于填料和涂料主应具备以下性能:①高亮度;②较高的填料保留率;③适宜的粒度分布;④良好的分散性和悬浮性;⑤低磨耗值;⑥稳定的pH值;⑦良好的着色性;⑧改善纸张印刷干燥性;⑨改善纸张油墨吸收性;⑩明显提高纸张不透明度和涂层遮盖性;⑾减少纸张压光光泽和不透明度损失;⑿低粘度和良好的流变性;⒀与涂料具有良好的配伍性和粘度稳定性;⒁低的价格。常规产品技术性能参考指标见表8
表8:不同用途产品技术性能参考指标
|
技术性能
|
填料级
|
底涂级
|
面涂级
|
|
|
一般车速<600m/min
|
中、高速车800-1700 m/min
|
一般车速<400m/min
|
中、高速车600-1700m/min
|
一般车速<500m/min
|
中、高速车800-1700 m/min
|
|
细度(μm)
|
40-15
|
<8-10
|
<10-15
|
<5-8
|
一般质量
|
高质量
|
一般质量
|
高质量
|
|
筛余物≤0.5%
|
d40-70<2
|
d98-100<10
|
D60-75<2
|
<8
|
<5
|
<5-8
|
<3
|
|
d15-30<1
|
d40-75<2
|
d40-50<1
|
d92-95<2
|
d95-99<2
|
|
筛余物≤0.5%
|
d30-45<1
|
—
|
d70-80<1
|
d80-90<2
|
d85-92<1
|
|
白度(%)
|
85-97
|
88-97
|
90-97
|
93-97
|
95-97
|
|
磨耗值
|
铜网(mg/2000转)
|
15-10
|
<5
|
<8
|
<5
|
<5
|
<3
|
<2
|
|
聚酯网(mg/1500转)
|
40-30
|
20-30
|
15-20
|
<13
|
<10
|
|
酸不溶物(%)
|
<0.2
|
<0.02
|
0.02
|
|
浆料粘度(mpa·s)
|
—
|
80-150
|
—
|
80-200
|
100-200
|
150-300
|
|
(70%-75%)
|
(70%-78%)
|
|
加工方式
|
干法
|
湿法
|
干法
|
湿法
|
其他指标与使用性能如下:
(1)最大粒径与0.2μm含量
高质量的造纸GCC细度指标通常以粒度分布来考核。粉体的最大粒径含量和小于0.2μm含量指标,决定了产品粒度分布的级配。一些研究证明,大于5μm粒子对高速涂布设备的磨耗产生负面影响,而对于中等车速涂布机和纸机,大于8μm粒径产生明显的磨损影响,对填料在纤维中的分布、迁移和纸张强度均可产生负面影响。小于0.2μm以下粒子含量过高,用于造纸填料时不仅填料流失严重,保留率低,对纸张和涂层的光学性能如不透明度、压光光泽损失,以及印刷适性、胶粘剂用量、助留剂加入量、涂布纸张涂层的颜料排列结构、透气性等产生负面影响。一般要求用于高速纸机填料级产品最大粒径小于8μm,小于1μm含量20%;中、低速纸机最大粒径小于15μm。除多次涂布面涂级产品小于0.2μm含量可以在30%以上,一般涂料级产品0.2μm含量常小于5%。
(2)粘度与粘度稳定性(粘稳系数与解变指数)
通常通过对颜料分散体和配制好的涂料两方面对产品的粘度和粘度稳定性进行评价。各涂布纸厂选择的配方不同,装备和生产的纸种不同,对颜料分散体粘度要求有差异,但75%-80%固含量的最大粘度一般不大于250mpa·s。
由于天然矿石中杂质成分与含量不同,产品粒度分布,加工过程助剂质量和性能不同,粒子的形态比不同,对颜料分散体和涂料粘度稳定性有不同影响。粘稳性差的产品对稳定涂料流变性、涂料的输送、过筛及纸张涂布过程定量控制、纸病的产生均可造成不良影响。
任何客户在生产操作过程和高质量纸张生产中对涂料粘稳性都十分关注。粘稳性通常以粘稳系数(24h粘度、即时粘度)和触变指数(B型粘度计,60转粘度测定值/12(6)转粘度测定值)表示。一般要求24h粘稳系数小于1.2;触变指数小于1.0。
(3)最佳分散剂用量与选择
不同种类、型号的助磨剂(分散剂)和用量对产品的粘度、粘稳性和涂料配伍性,具有明显的直观影响。无机助剂较有机助剂的稳定性差。具备优质客户服务的供应商通常可对不同用户要求,对售出的产品直接提供最佳分散剂用量和特性参数。
(4)磨耗值
造纸机的高速发展,使客户对颜料磨耗性要求更为严格,某种意义上讲比白度、细度指标更为关注,也是干法生产的造纸GCC在用途上受到局限的最重要原因。影响GCC磨耗的因素主要有:大粒子含量、游离硅、铝含量、硬度、粒子的电荷性和粒子晶体形态。
颜料的磨损性主要对造纸机唇板、成形网、刮水板、伏辊、真空箱面板、压光辊产生磨损。对涂布机刮刀、搅拌头、泵芯、压光机、切纸刀产生敏感磨损。在印刷机上主要对印刷板、导辊、切纸刀等造成磨损。
近来研究发现,GCC呈负电性(有些呈正电性)。颜料粒子电荷性和电荷强度与颜料直接接触的机械部件的动电荷演变,对设备磨损程度有较大的影响。一般来说呈负电荷的GCC与纸机塑料与形网配合时,影响因素复杂,网子磨损程度大于铜网。当颜料与接触部件同电荷时磨损小,异电荷时磨损大。
(5)色调与色差
颜料与色调与色差通常通过白度颜色测定仪测定的明度指数(L)、色度指数(a、b值)、彩度(C)、兴奋纯度(Pe)、黄度(yl)以及明度差、彩度差、色调差、总色差等判定。
高档印刷品近年对纸张的色调和色差要求越来越重视。一般说,暖色调GCC对纸张调色较容易,冷色调GCC调色难度大。
(6)配伍性
同样细度的GCC因杂质、粒子形态比、电荷和加工过程工艺条件不同,在与造纸助剂、胶料配合中,因互溶性不好,往往造成涂料粘度稳定性差。
(7)粒子的凝聚与分散装备
超细的GCC粒子有更强的凝聚化顷向,即便是浆状或泥饼状产品长期静止存放都会使部分细小粒子自然凝聚。湿法研磨——干燥的粉状产品有更强的凝聚化倾向,一般要求干燥产品的细小粒子(<1μm)不可还原率应小于2%。生产者在如何防止和克服凝聚倾向问题上,在生产工艺上应有强化措施,以保证生产纸张质量。
高质量的GCC在用户使用时应保证凝聚粒子在客户设备装备条件下的充分解离。对于装备了高浓高速分散设备(线速度≥17m/s)的现代化纸厂和装备有砂磨解离机械的中小纸厂,可适用于凝聚不严重的GCC。而凝聚严重的GCC需要更高的分散强度关施以解聚剂。
4、发展动向与新产品研制
(1)外资的进入
目前国内造纸GCC消费量的50%以上是由外资独资公司或合资公司供应,并有进一步扩大趋势,IMERYS和OMY公司在华总生产能力已超过30万t,正在建设的工厂生产能力20万t。APP已达到30万t,并计划再扩建18万t。这无疑将对GCC高端产品市场形成强有力的竞争。
(2)资源开发与保护
主要方解石产区当地政府对资源的保护和合理计划开发已出台了相关政策,资源的有偿竞标逐步落实。对遏制乱挖乱采、无序竞争有所成效。
(3)价格与贸易方式
目前国内造纸GCC价格与同规格和质量的国外产品相比,价格偏低,特别是填料、底涂级产品已没有降价的空间。与国内相反,国外大公司自去年下半年造纸GCC价格平均上涨了2-3美元/t。改变这一状况的根本出路在于矿山资源的有计划控制开采和企业的规模化规范发展。
近来一些大的造纸企业在购入产品的贸易方式上采取了在核实生产方提出的成本细则报价基础上,附加利润率的办法采购,这将有效的防止GCC产品出现暴利。
(4)卫星式生产供应系统
与大型造纸企业合为一体或在造纸集中地域建设的以泥浆形式供应的GCC生产厂称为卫星式生产供应系统。经过4年的努力,这一生产方式已普遍被用户和生产者所接受。据不完全统计,各类规模生产线全国已超过70条。过去这种生产系统多在大型纸厂内建设,近来普及到中小企业,并成为湿法造纸GCC生产商的主要建厂模式。以中、小造纸企业集中的浙江富阳地区为例,该地区2002年小纸厂340余家,产量226万t(85%为涂布纸板)。GCC生产企业60余家,生产能力超过40万t,消费量13-15万t(干基计)。这一发展迹象近来向江西井岗山、福建等中、小纸厂集中地延伸。
韩国OMY公司在常熟正在建议17万t(一期4万t)造纸专用GCC工厂,山东日照等地计划引进设备建设4座3万t/a以上规模现代化GCC工厂。
(5)产品指标向高白度、低磨耗、高固含量、窄粒度分布方向发展。
(6)新闻纸用GCC(填料)
早期的新闻纸不加任何无机填料,随着高速纸机低克重新闻纸的出现。配加无机填料是必要的。国外主要用PCC、煅烧高岭土、滑石、二氧化钛填料以提高高品质纸张的不透明度和印刷适性。一种经改性的低成本GCC弥补了单一GCC纸张“暗化”的不足,其白度要求不高(86%-90%),具有一定的耐酸性。
(7)耐酸性GCC
经表面改性的GCC适用于中性抄纸和pH值5.5-6的酸性抄纸,使用传统的松香施胶剂和硫酸铝沉淀剂,在一定时间内CaCO3不被分解。
(8)复合GCC
已有多种专利,将纳米级二氧化钛、二氧化硅或PCC,在湿法研磨后期复合到GCC粒子表面。使GCC表面具有孔隙结构,高的白度和比表面面积,可用于造纸填料和涂料,提高纸张的白度、透气性、不透明度、印刷适性。可替代价格较高的二氧化钛、煅烧高岭土使用。
(9)离子化GCC
一种经改性呈正电荷(或负电荷)性的GCC,主要用于高品质要求的印刷纸张,有助于提高填料保留率,减小纸张强度损失,可用于高加填超压纸(SC纸)。
(10)GCC的复配产品
为适应不同类型纸厂需要,使产品获得经济的性价比。将高质量的不同特性的两种以上方解石混配,或将PCC与GCC混配,使其在使用性能上相互取长补短。亦可将GCC、滑石粉、煅烧高岭土混配,用于高品质纸张填料和涂料的现代化高速纸机。
另一种价廉的低档复配GCC是将硅灰石、白云石、伊利石、叶蜡石、低档水洗高岭土等与方解石混配的产品,主要在低速纸机,中低档纸张中作为填料、涂料用。
|