非金属矿物纤维在造纸工业应用中的环境效应

/非金属矿物纤维在造纸工业应用中的环境效应（中国/班建伟）纸张重要是由草浆和木浆等植物纤维构成的，需要消耗大量的森林资源，生产过程中还排放大量的废液污染环境。我国既是纸张消费大国，也是造纸纤维资源短缺的国家。随着社会经济的进展，寻求价格低廉、环境危害小甚至绿色无污染的造纸原材料，替代植物纤维，成为现代造纸工业讨论的重点。矿物复合纤维是采纳现代粉体制备技术，将天然产出的白色纤维状矿物经纤维化超细粉碎，表面复合改性后制备的活性造纸新材料。其物理特性介于传统填料和植物短纤维之间。将矿物纤维和植物纤维交织在一起，可构成新型的“植物纤维矿物纤维”网状结构，在纸品生产中可以替代植物短纤维，市场前景非常广阔。我国的非金属矿产资源非常丰富，用非金属矿物复合纤维代替大量的纸浆纤维造纸可降低造纸原材料成本，削减植被资源的消耗，改善造纸过程中纸浆的滤水性能，并且可提高纸张的不透亮度、白度、平滑度、透气度、尺寸稳定性、油墨汲取性、印刷适应性及书写适应性等，同时可以减缓对森林的过度开采，具有良好的环境效应。1非金属矿物纤维造纸中常用的非金属矿物纤维重要有：硅灰石、海泡石、水镁石、石膏晶须等。1.1硅灰石硅灰石分子结构（硅灰石）是一种天然产出的链状偏硅酸钙矿物，其分子式为CaSiO3或Ca3[Si3O9]。硅灰石分为型和型，型通常为粒状或粉状，长径比为5∶1，型通常为纤维状或针状，纤维长径比通常为20∶1，高的达30∶1。硅灰石进行加工碎裂后仍能保持良好的纤维结构，有着与植物纤维相像的特性，因此可以用其代替植物纤维进行复合抄纸，以降低成本。胡琉球对硅灰石矿物纤维与植物纤维复合抄纸进行了讨论，提出硅灰石的添加量可以达到30%。刘淑鹏对改性硅灰石和水镁石复合矿物纤维与植物纤维进行抄纸进行了讨论，通过添加CPAM改性剂使三者形成良好的网络交织结构，提高了纸张的留着率。成纸强度达到了一般包装纸的要求。在阔叶木浆中的添加量达到30%时，能充足一般类印刷用纸和文化用纸的要求。硅灰石的使用，削减了木材的使用，降低了森林资源的采伐，保护了生态环境。聂永俊做了用硅灰石制造金黄条牛皮纸的试验，结果表明在添加矿物纤维5%时，对牛皮纸的施胶度没有影响，但随着分散剂和助留剂的加入，金黄条纹牛皮纸的浓、稀白水浓度降低，颜色变淡，SS、COD都大幅度下降，降低了废水的污染负荷，对白水回用和终端废水处理都具有紧要意义。硅灰石复合纤维的使用，削减了污染源头，降低了污水处理的成本，符合造纸业的清洁生产和污染源头整治的原则。1.2海泡石海泡石分子结构（海泡石）是一种层链状的硅酸盐矿物，海泡石以两种形式显现：①—海泡石，以大结晶纤维束产出；②—海泡石，呈非晶质集合体或细小扁圆颗粒产出。海泡石宏观外貌呈致密状或松软多孔状、纤维片状、团块状,具土状或腊状光泽。海泡石在造纸中用于制造特种纸、印刷纸；用于涂料及抗凝集剂以及处理废水等。胡琉球对海泡石与植物纤维复合造纸进行了讨论，将分散好的海泡石和硅灰石添加到植物纤维中制造印刷纸，在保证各种性能变化不大的前提下，其添加量可达40%，大大节省了木材，保护了森林，具有较好的环境效益。在造纸工业中排放的废水含有大量的有害物质，对环境危害极大，海泡石优越的吸附本领使其在造纸工业废水处理中效果显著。Balci等讨论发觉，海泡石纤维在室温下即可通过结构孔道内的沸石来吸附氮氧化合物、氨气以及水蒸气，且效果显著。王春智等对海泡石处理脱墨废水进行了初步讨论，结果表明，经高温或酸活化后的海泡石处理脱墨废水，可使废水中的CODcr去除率达80%以上。谢治民等制备了TiO2/海泡石催化剂，并且用其处理印染废水，活性艳兰的去除率达到90%以上，海泡石用于造纸印染脱墨废水讨论具有很好的进展前景。海泡石在造纸工业中的应用，其环境效益特别显著，今后可以加大开发利用。1.3纤维水镁石纤维（水镁石）是一种罕见的天然水镁石矿，它具有优良的力学性能、抗剪性能、水分散性能和环境安全性能。水镁石是一种新型的并且具有很高经济价值的高镁矿物资源，已经受到国内外的广泛关注。董发勤等首次对纤维水镁石进行了抄纸试验，取得了良好效果，为水镁石今后的讨论奠定了基础。由于纤维水镁石带有正电荷，与带有负电荷的植物纤维复合抄纸时，将会提高纸张的留着率，削减了对水环境的污染。刘淑鹏对水镁石的分散性能进行了讨论，并将水镁石与植物纤维复合，在纸张性能影响不大的情况下使其添加量达到30%，其留着率为85%。因此，纤维水镁石用于造纸，可削减对水的污染，并且可节省大量的植物纤维，降低森林的损耗，在保护生态环境方面具有重点意义。依据水镁石的特性，还可用其制造防火纸、防水纸、耐高温纸等特种纸，因此，纤维水镁石用于阻燃纸的前景非常广阔。1.4石膏晶须（石膏晶须）又称石膏纤维、纤维硫酸钙，化学式分子式为CaSO4。石膏晶须是以天然石膏矿物为原材料，经过人工掌控转晶、干燥、改性等工艺制成的二水硫酸钙，半水硫酸钙和无水硫酸钙纤维状单晶体。石膏纤维广泛应用于造纸原材料，不但可以取代填料，也可以或全部代替纸浆，用于生产各类工业纸张。刘焱等提出了石膏晶须可改善工业包装纸强度性能，其石膏晶须的加填量为35%时纸页各项强度指标最佳。不仅提高了工业包装纸的强度，又节省了植物纤维，解决了工业包装纸难以降低浆耗的问题。卢振华等针对磷石膏晶须的特性，将其添加到针叶木浆和漂白麦草浆中进行纸张抄造。讨论发觉，加填磷石膏晶须可有效提高纸张的抗张指数、耐破指数、撕裂指数等，尤其是添加量为30%时，纸张的物理强度性能和填料留着率最高。因此，白度高、成本低的磷石膏晶须作为填料应用于造纸，在造纸行业和环境保护方面将具有很大的市场潜力。我国拥有丰富的非金