Типы глин, применяемых в бумажной промышленности, и их обработка

Для наполнения и мелования бумаги наиболее подходящими являются чисто каолинитовые глины, за исключением тех случаев, когда хотят получить бумагу с особыми свойствами. Для бумажной промышленности требуются глины, легко диспергируемые в воде, кроме того, в природном виде они должны обладать широким диапазоном размеров частиц для получения из них обогащенных продуктов с различным гранулярным составом. Глины должны иметь максимальную белизну или легко отбеливаться химическим способом, давая продукты высокой белизны. Каолины, окрашенные в серый цвет органическими пигментами, обычно не пригодны для бумажной промышленности. Также, по-видимому, не используются в бумажном производстве каолины, содержащие галлуазит. Каолины осадочного и гидротермального происхождения (известные в промышленности как вторичные и первичные каолины) представляют собой прекрасное сырье для бумажной промышленности.

Обычно каолины содержат заметные количества (2—4%) двуокиси титана в форме чрезвычайно мелких зерен анатаза. Частицы с диаметром меньше 1 мк иногда могут снижать белизну глин, и на методику их удаления затрачено много усилий, которые, к сожалению, не дали до настоящего времени положительных результатов.

В США каолины для бумажной промышленности в широких масштабах добываются в штатах Джорджия и Южная Каролина из месторождений осадочного происхождения. Более половины добываемых здесь каолинов потребляется бумажной промышленностью. Большие количества каолинов, пригодных для использования в бумажной промышленности, добываются в районе Корнуэлла в Великобритании из гидротермальных месторождений. Кроме того, каолины также добываются в Германии, Чехии, России, Японии и Австралии. Во многих случаях генезис месторождений каолинов не установлен достаточно определенно.

Сухое обогащение. Добытая сырая глина, содержащая 20—25% влаги, высушивается до влажности 1—2%. Высушенная глина подается в дробильную мельницу, оборудованную сепаратором и воздушным циклоном. Из дробильной камеры частицы глины желаемого размера поднимаются потоком воздуха, скорость которого контролируется, а более грубые частицы задерживаются сепаратором.

Возможность обогащения этим методом природных глин определяется их дисперсностью и содержанием грубых частиц. Кроме того, глина должна иметь цвет, необходимый для применения в промышленности без химического отбеливания. В общем сухой способ обогащения применим только для каолинов, употребляемых в бумажной промышленности в качестве наполнителей.

Мокрое обогащение. Этот процесс заключается в выделении определенных фракций глинистых частиц с известными размерами, суспендированных в воде, с последующей фильтрацией и высушиванием. Иногда при этом производится также химическое отбеливание и обеспечивание глин для получения продукта требуемой белизны и глянцевитости.

Глина диспергируется в воде с помощью мешалок; в качестве диспергирующего средства добавляют в воду полифосфат натрия или жидкое стекло. Суспензия отстаивается для оседания песка и грубых частиц, а затем фракционируется для получения фракций, содержащих каолинитовые частицы определенного размера. В США для этих целей часто используются центрифуги непрерывного действия типа Бирда.

Химическое отбеливание, направленное на удаление окраски, вызванной соединениями железа, сопровождается восстановлением нерастворимых окислов железа и переводом их в растворимые соединения, при этом часто используются цинковые или натровые соли сернистой кислоты. Такая обработка улучшает белизну на величину 2—7 единиц.

Глинистая суспензия обезвоживается на рамных фильтрпрессах или на барабанных фильтрах непрерывного действия, а затем высушивается до требуемой влажности во вращающихся или туннельных сушилках. В последние годы для обезвоживания и сушки глин после обогащения стали применяться распылительные сушилки. Сушка распылением позволяет сохранить в высушенном каолине диспергирующие средства. Этим способом получают так называемые предварительно диспергированные каолины, которые не требуют в дальнейшем добавки химических диспергаторов при изготовлении пигмента на бумажных фабриках.

Кальцинированные глины. Каолины, обожженные при температурах, сильно превышающих температуру полной дегидратации каолина, или при несколько более высоких температурах, при которых образуются новые высокотемпературные фазы и каолины начинают плавиться, применяются в некоторых случаях для мелования бумаги. После обжига глина размалывается до очень тонкого состояния. Обжиг может увеличить белизну до 90—92%, но при этом возрастает абразивность.



Этот тип глин применяется в производстве бумаги NCR (бес-сажевой копировальной бумаги). Аттапульгитовая глина используется для покрытия верхней поверхности бумажного листа, а нижняя поверхность его покрывается мельчайшими глобулами специальных органических соединений. Нижняя поверхность одного листа накладывается на верхнюю поверхность второго листа. Давление, возникающее при письме по тонкой бумаге, разрушает глобули органического соединения, которое при этом проникает в аттапульгитовое покрытие второго листа, вызывая цветную реакцию и воспроизводя написанное на втором листе.

По данным Аллегрини и Клакстона, аттапульгитовая глина может использоваться для утилизации волокна из отходов вощеной бумаги (промышленные отходы, обрезки и др.). Отходы вощеной бумаги режутся, нагреваются в присутствии аттапульгитовой глины, после чего волокно отделяется от глины, адсорбировавшей парафин. После использования глина может быть регенерирована нагреванием ее до температуры около 1000° F. Содержание парафина и полиэтилена при этом может быть снижено менее чем до 1% по сравнению с 27% парафина и 6% полиэтилена в исходном продукте.



В производстве бумаги бентонитовые глины, состоящие из высококоллоидального и легко диспергируемого монтмориллонита, содержащего в качестве обменных катионов натрий, типа вайомингских бентонитов используются для нескольких целей. Смола, деготь, воск и канифольные компоненты из древесины, отходов и обрезков бумаги, попадая в бумагу, обладают способностью агломерироваться в крупные комки и прилипать к ситам, сеткам, нажимным роликам и другим деталям бумагоделательных машин, вызывая дефекты бумаги. Добавка к бумажной пульпе 0,25—0,5% бентонитовой глины в расчете на сухой вес бумажной массы препятствует агломерации таких частиц и, следовательно, устраняет трудности в производстве бумаги. Отмечается, что добавка 1—2% такой глины в ролл или дефибрер улучшает удерживаемость пигментов в бумажной массе, а также равномерность их распределения.