非金屬礦物纖維在造紙工業(yè)應(yīng)用中的環(huán)境效應(yīng)

/非金屬礦物纖維在造紙工業(yè)應(yīng)用中的環(huán)境效應(yīng)（中國/班建偉）紙張重要是由草漿和木漿等植物纖維構(gòu)成的，需要消耗大量的森林資源，生產(chǎn)過程中還排放大量的廢液污染環(huán)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(jīng)濟的進展，尋求價格低廉、環(huán)境危害小甚至綠色無污染的造紙原材料，替代植物纖維，成為現(xiàn)代造紙工業(yè)討論的重點。礦物復(fù)合纖維是采納現(xiàn)代粉體制備技術(shù)，將天然產(chǎn)出的白色纖維狀礦物經(jīng)纖維化超細粉碎，表面復(fù)合改性后制備的活性造紙新材料。其物理特性介于傳統(tǒng)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(gòu)成新型的“植物纖維礦物纖維”網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，在紙品生產(chǎn)中可以替代植物短纖維，市場前景非常廣闊。我國的非金屬礦產(chǎn)資源非常豐富，用非金屬礦物復(fù)合纖維代替大量的紙漿纖維造紙可降低造紙原材料成本，削減植被資源的消耗，改善造紙過程中紙漿的濾水性能，并且可提高紙張的不透亮度、白度、平滑度、透氣度、尺寸穩(wěn)定性、油墨汲取性、印刷適應(yīng)性及書寫適應(yīng)性等，同時可以減緩對森林的過度開采，具有良好的環(huán)境效應(yīng)。1非金屬礦物纖維造紙中常用的非金屬礦物纖維重要有：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(jié)構(gòu)（硅灰石）是一種天然產(chǎn)出的鏈狀偏硅酸鈣礦物，其分子式為CaSiO3或Ca3[Si3O9]。硅灰石分為型和型，型通常為粒狀或粉狀，長徑比為5∶1，型通常為纖維狀或針狀，纖維長徑比通常為20∶1，高的達30∶1。硅灰石進行加工碎裂后仍能保持良好的纖維結(jié)構(gòu)，有著與植物纖維相像的特性，因此可以用其代替植物纖維進行復(fù)合抄紙，以降低成本。胡琉球?qū)杌沂V物纖維與植物纖維復(fù)合抄紙進行了討論，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(fù)合礦物纖維與植物纖維進行抄紙進行了討論，通過添加CPAM改性劑使三者形成良好的網(wǎng)絡(luò)交織結(jié)構(gòu)，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，能充足一般類印刷用紙和文化用紙的要求。硅灰石的使用，削減了木材的使用，降低了森林資源的采伐，保護了生態(tài)環(huán)境。聶永俊做了用硅灰石制造金黃條牛皮紙的試驗，結(jié)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緊要意義。硅灰石復(fù)合纖維的使用，削減了污染源頭，降低了污水處理的成本，符合造紙業(yè)的清潔生產(chǎn)和污染源頭整治的原則。1.2海泡石海泡石分子結(jié)構(gòu)（海泡石）是一種層鏈狀的硅酸鹽礦物，海泡石以兩種形式顯現(xiàn)：①—海泡石，以大結(jié)晶纖維束產(chǎn)出；②—海泡石，呈非晶質(zhì)集合體或細小扁圓顆粒產(chǎn)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；用于涂料及抗凝集劑以及處理廢水等。胡琉球?qū)Ｅ菔c植物纖維復(fù)合造紙進行了討論，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(jié)省了木材，保護了森林，具有較好的環(huán)境效益。在造紙工業(yè)中排放的廢水含有大量的有害物質(zhì)，對環(huán)境危害極大，海泡石優(yōu)越的吸附本領(lǐng)使其在造紙工業(yè)廢水處理中效果顯著。Balci等討論發(fā)覺，海泡石纖維在室溫下即可通過結(jié)構(gòu)孔道內(nèi)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討論，結(jié)果表明，經(jīng)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討論具有很好的進展前景。海泡石在造紙工業(yè)中的應(yīng)用，其環(huán)境效益特別顯著，今后可以加大開發(fā)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(yōu)良的力學(xué)性能、抗剪性能、水分散性能和環(huán)境安全性能。水鎂石是一種新型的并且具有很高經(jīng)濟價值的高鎂礦物資源，已經(jīng)受到國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。董發(fā)勤等首次對纖維水鎂石進行了抄紙試驗，取得了良好效果，為水鎂石今后的討論奠定了基礎(chǔ)。由于纖維水鎂石帶有正電荷，與帶有負電荷的植物纖維復(fù)合抄紙時，將會提高紙張的留著率，削減了對水環(huán)境的污染。劉淑鵬對水鎂石的分散性能進行了討論，并將水鎂石與植物纖維復(fù)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，可削減對水的污染，并且可節(jié)省大量的植物纖維，降低森林的損耗，在保護生態(tài)環(huán)境方面具有重點意義。依據(jù)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非常廣闊。1.4石膏晶須（石膏晶須）又稱石膏纖維、纖維硫酸鈣，化學(xué)式分子式為CaSO4。石膏晶須是以天然石膏礦物為原材料，經(jīng)過人工掌控轉(zhuǎn)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(yīng)用于造紙原材料，不但可以取代填料，也可以或全部代替紙漿，用于生產(chǎn)各類工業(yè)紙張。劉焱等提出了石膏晶須可改善工業(yè)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(biāo)最佳。不僅提高了工業(yè)包裝紙的強度，又節(jié)省了植物纖維，解決了工業(yè)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。討論發(fā)覺，加填磷石膏晶須可有效提高紙張的抗張指數(shù)、耐破指數(shù)、撕裂指數(shù)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(yīng)用于造紙，在造紙行業(yè)和環(huán)境保護方面將具有很大的市場潛力。我國擁有豐富的非金