非金属矿物在造纸行业中的应用进展

李凯华，程宏飞，杜贝贝，徐红卫（.中国矿业大学（北京）地球科学与测绘工程学院，北京　00083；.中国矿业大学（北京）煤炭资源与安全开采国家重点实验室，北京　00083）



非金属矿物在造纸行业中的应用进展

李凯华1，程宏飞2，杜贝贝1，徐红卫1
（1.中国矿业大学（北京）地球科学与测绘工程学院，北京100083；2.中国矿业大学（北京）煤炭资源与安全开采国家重点实验室，北京100083）

【摘 要】以非金属矿物为主要原料，通过物理或化学手段所制备的功能性材料或制品在很多领域内已被广泛应用。在造纸行业中非金属矿物应用的种类最多，且最为广泛，其用量最大的主要有滑石、高岭土、硅灰石和碳酸钙等。这些非金属矿物的填加不但可以降低造纸成本，还可有效改善纸张的性能，甚至使纸张具有一些新的功能。尤其，近年来超细粉体加工和改性技术不断开拓发展，非金属矿物必将在造纸行业中拥有更广阔的应用前景。

【关键词】非金属矿物；造纸；应用

全球造纸行业已应用到80多种非金属矿物，而目前在国内造纸工业中已用到的矿物大概有50余种［1-3］。其中常用的主要有滑石、高岭土、硅灰石、重质碳酸钙、轻质碳酸钙、硅藻土、水镁石、海泡石、沸石、膨润土、凹凸棒石、石棉、云母、石墨、石榴子石、刚玉、泥炭、珍珠岩、白炭黑、蛭石等20余种［4-5］。造纸工业中应用的非金属矿物产品主要作为白色填料，应用方式为纸浆内的添加和纸面处理。

造纸工业中将在纸浆内添加与造纸纤维混合生产原纸的材料称之为造纸填料；将在纸面加工中纸张涂覆中所用颗粒材料称之为涂布颜料。同一种无机矿物填料可用作填料，也可用作颜料。造纸过程中添加非金属矿物材料既可降低生产成本也可改善纸张性能，例如：增加纸张的白度、光泽度、平滑度、透气度、不透明度等；但过量填加也会导致纸张大部分物理性能的减弱，如：撕裂度、抗张强度、刚度等。并且填料的大小、形状、结构、表面性质等也会对纸张的强度、光散射性能、松散度、透气性能产生影响［6-7］。超细粉体和改性非金属矿物材料可以有效改善纸张性能，增加填加底线，赋予纸张新功能。因此，非金属矿物粉体加工技术的开发应用和非金属矿物填料的改性处理显得尤为重要。目前，造纸行业中主要用到的非金属矿物材料有滑石粉、高岭土、硅灰石和碳酸钙。

1　滑石粉在造纸行业中的应用

滑石粉即水合硅酸镁，化学式为Mg3［Si4O10］（OH）2，属单斜晶系，为四面体层状结构，结构单元层内电荷平衡，层间域无离子充填，结构单元层间为微弱的分子键。八面体片由［MgO4（OH）2］组成，属三八面体结构。扁平SiO2暴露在平行面表面，SiO2的类四面体结构形成强亲油疏水性［8-9］。同时，滑石具有电绝缘、耐高温、耐酸碱等特性，其超细粉具有良好的吸附性和遮盖性。

1.1应用现状

滑石在地壳岩石圈中分布广泛，产量较多，可被广泛应用于造纸工业中。滑石具有化学稳定性、低硬度、润滑性、层片状结构、亲油性和疏水性［10］，在造纸工业中合理使用滑石的这些特性可以有效改善纸张的性能。在我国，滑石粉产量的50%以上用于造纸业，其用途主要包括造纸填料、涂料和树脂控制剂。

滑石在造纸过程中作为填料使用时具有以下优点：①利于改善纸张的平滑度、不透明度和印刷适性；②磨损值小，可延长抄纸网的使用寿命；③化学性质稳定，不但适用于酸性抄纸，也可与碳酸钙配合用于中性抄纸；④与施胶剂有良好结合而使胶料保留，防止印刷油墨渗透；⑤具有亲油性，可吸附有机物质，使白水及浆料系统保持洁净，作为填料同时也起到免除树脂障碍的效果，而在废纸脱墨中有助于油墨的脱除；⑥具有一定的疏水性和润滑性，能减轻纸页的吸水性，增进纸页光滑性、柔软性，减少压光、整饰等操作障碍；⑦有利于在纸页中存留，减少吨纸产品纤维消耗量［11］。

滑石作为涂布颜料使用，具有较好的纤维覆盖能力和印刷效果，可提高涂布纸白度、不透明度、平滑度和印刷光泽度，赋予纸张较高的吸墨性，改善凹版印刷质量。并且滑石具有润滑性，由其制成的涂布纸在压光机上可获得高整饰度并可减少涂料中润滑剂的使用量。然而，滑石因其疏水性也具有相应的缺点：在制备涂料时很难润湿和分散，制成的涂料有剪切膨胀性，留着率低，易引起纸张掉粉，因此，有些滑石在使用前需进行表面处理［12］。

由于滑石结构特征赋予其的亲油性，把滑石应用在制浆造纸中可以有效地控制树脂和阴离子粘性。一方面它可以吸附造纸系统中憎水的胶粘物质，降低阴离子粘性物表面能量，使其失去特有粘性，从而抑制胶粘物的粘附、聚结和沉积；另一方面已经发生聚结的胶粘物也可以吸附滑石，从而降低了胶粘物表面的粘度，避免了进一步地聚结和沉积［9］。总体来说，滑石以其独特的疏水性能在造纸行业中发挥着重要的作用，如何扬长避短地利用好滑石的特性还需不断探索。

1.2新型滑石产品

目前，可应用于造纸行业中的新型滑石产品主要有阳离子改性滑石、固体石蜡及AKD改性滑石、黑滑石、镁铝水滑石等。其中，经阳离子改性后的滑石粉用于造纸时可以较好的吸附造纸过程中产生的阴离子垃圾［12］；经固体石蜡及AKD改性后的滑石用于造纸填料时，纸张可获得较高的抵抗液体渗透的能力［13］，并且经AKD改性后纸张抗张强度也会得到显著提高［14］；经煅烧超细加工后的黑滑石白度可达到92%以上，并且其原有的疏水性会改变，粒子表面呈现多孔结构，增加了其比表面积和吸附性，理论上可考虑用于功能性造纸涂料颜料（代替部分TiO2和煅烧高岭土），以及功能性造纸填料和抄造粘性物控制剂使用，具有潜在的市场发展前景［7］；镁铝水滑石用于造纸填料时可提高纸张的不透明度和白度，并起到很好的阻燃效果［15］。

2　高岭土在造纸行业中的应用

高岭土是指以高岭石族矿物为基本组成的软质粘土。其矿物成分由粘土矿物和非粘土矿物组成，前者主要包括高岭石、地开石、珍珠陶土、变高岭石、伊利石和蒙脱石等；后者主要有石英、长石、云母等。高岭土的主要矿物成分是高岭石和多水高岭石，高岭石化学式为Al4（Si4O10）（OH）8，是由一层SiO4四面体和一层AlO2（OH）4八面体组成，其中Si是四配位，Al是六配位，两者通过氧离子的共享交错堆积而成，属于1∶1型二八面体的层状硅酸盐［16］。质纯的高岭土具有白度高、质软、悬浮性好、可塑性好、粘结性高、优良的电绝缘性、良好的抗酸溶性、较低的阳离子交换容量、较高的耐火性能等特性［17］。

2.1应用现状

高岭土是造纸行业中消耗量最大的白色非金属矿物材料，全世界精制高岭土的75%以上用于造纸，年消耗量达1200～1500万t［18］。造纸用填料对高岭土的要求较高，需满足如下需求：①具有较小的平均粒径且粒度均匀。一般理想粒径尺寸为25μm，大概为可见光波长的一半，这种粒径下的填料可以有效提高纸张的不透明度和白度；②具有较高的白度。加工后的高岭土白度一般＞75%，较高的可达到85%，而印刷用纸的白度一般在75%～85%，因此作为填料的高岭土白度要高于纸浆，这样才能提高纸张的白度；③具有较高的纯度。与高岭土矿存在的一些矿物都会不同程度对造纸产生影响，例如：氧化铁和钛对纸张的白度、光泽度的影响，蒙脱石、埃洛石等对纸张粘度的影响，长石、石英等矿物对设备的磨损等。然而国内生产的造纸高岭土原料多为风化型砂性高岭土，自然白度较低，并且杂质含量高，因此国内高岭土精加工制品80%以上用于造纸涂料，很少用于造纸填料［19］。

根据加工方法和产品特性的不同，造纸涂料用高岭土分为水选高岭土和煅烧高岭土。国内水选高岭土产品质量稳定性、使用性能较差，一般使用前需进一步加工处理。煅烧高岭土是一种多孔的高白度、结构性功能材料，根据烧成温度的不同，在造纸领域又可分为不完全煅烧高岭土（600～800℃）和完全煅烧高岭土（950～1050℃），前者多用于造纸填料，后者多用于造纸涂料颜料，两者都可代替价格较高的二氧化钛作颜料使用。高岭土作为涂布颜料使用时，可制备出固含量高、粘度低、流变性好的涂料，使涂布纸、纸板平滑度高、光泽度好，印刷性能好。

高岭土作为造纸填料用时具有诸多优点：①高岭土不溶于水，能提高其在纸张中的保留率，同时也不会增加可溶性盐类，避免影响施胶度；②高岭土相对密度（2.7）较大，大于造纸纤维的相对密度（1.8），可以有效提高纸张的单位面积质量；③高岭土的光散射系数高，折射率大，加入纸浆中可以改善纸张的光泽度和不透明度；④高岭土化学稳定性较好，常态下不与酸、碱反应，也不会发生氧化还原反应［17］。当把高岭土添加到木浆纸中时，制得的纸张抗张强度及紧度都比较低，而留着率较高；添加到草浆纸中时，制得的纸张紧度较低，但不透明度和留着率则较高，并且对纸张耐折度影响较小。

2.2新型高岭土产品

目前，在造纸行业中正在研发几种新型高岭土原料。如疏水性高岭土，具有很好的混合型和固结性，应用于造纸颜料时有助于形成超疏水性表面［20］；工程级层状高岭土，可以有效控制油墨在纸面的渗透，改善涂层强度以提升涂层挺度，具有较高的松厚度和光学性能［21］；高岭土自组装复合物（LBL），是固体底物上构建组合结构的一种常用的、比较直接的方法，用LBL技术在纸页上构建多层聚合物/高岭土复合物可以显著改善纸页的表面特性，如改善纸张的疏水性，提高纸页的湿强度［22］；超片状高岭土，降低了造纸对植物纤维原料和石油添加剂的依赖，如在防护纸的生产中采用超片状高岭土可以减少蜡和氟碳化合物的用量，同时它在涂料系统中具有较高的可回收性，可以有效减少资源消耗，降低成本［23］。

3　硅灰石在造纸行业中的应用

硅灰石是一种钙质偏硅酸盐矿物，化学式为CaSiO3或Ca3［Si3O9］。其中的Ca常被Fe、Mg、Mn、Ti、Sr等离子置换，形成类质同象体，因此自然界中纯净的硅灰石较罕见。硅灰石具有三种同质多象变体，分别为低温的三斜晶系变体、低温的单斜变体和高温的三斜变体［24］。硅灰石分为α晶型和β晶型，其中α晶型通常为粒状和粉状，而β晶型为针状、纤维状。自然界产出的硅灰石一般为β型，呈纤维状、针状或放射状集合体。硅灰石具有亮白度高、吸水吸油率低、良好的电绝缘性能和抗热性能、化学性质稳定、热稳定性高等优点。

3.1应用现状

纤维状硅灰石与植物纤维存在一定亲和力，故可以其部分代替纸浆纤维，既节省原料又有其独特优势。纤维状硅灰石用于造纸其优点有：白度高、不透明度高、不含结晶水、吸油率低、电阻高、热膨胀系数低、耐热好、耐腐蚀、耐候性及机械性能等［25］，故硅灰石在造纸行业中已得到广泛使用。纤维状硅灰石具有较高的白度和折光率，并且会表现出某些类似纤维的性能，因此可以替代传统填料应用于新闻纸、胶版纸、书写纸等文化用纸的印刷中［26］。

目前造纸企业很多都使用脱墨废纸浆生产新闻纸，但由脱墨废纸浆生产的新闻纸白度通常低于45%，不能达到国家新闻纸白度合格标准（48%），因此要添加一些白度高的填料。新闻纸浆主要为机械木浆和化学机械木浆，大量添加碳酸钙、高岭土等填料会降低新闻纸的强度，而添加具有纤维特性的硅灰石在满足了增加新闻纸白度要求的同时则有效的避免了这种问题［27］。同时，雷建民等［28］研究发现，由于改性后的硅灰石折射率高于纸浆纤维的折射率，因此添加硅灰石还可提高新闻纸的不透明度，并且纸页的平整程度和匀度也都得到了很大改善。但由于造纸填料与纸浆纤维之间没有氢键的形成，添加硅灰石也使得纸页的裂断长等物理强度下降了。

硅灰石用于胶版印刷纸中具有近似于新闻纸的特性，具有增加纸张白度和不透明度，提高纸张平滑度和匀度，降低纸张断裂长度的特点。王建等［29］研究发现，填加改性硅灰石后胶版印刷纸的灰分可达到未填加改性硅灰石灰分的2倍，这说明改性硅灰石在胶版印刷纸中具有较高的留着率；并且通过对胶版印刷纸印刷适应性的试验发现，填加改性的硅灰石后，胶版印刷纸印刷表面强度也有较大的提高。

由于纤维状硅灰石是一种与纸浆纤维具有较强亲和性的矿物原料，它可大量应用于其他文化用纸中，而不会像其他传统矿物填料那样严重影响纸张的强度性能。并且由于其具有良好的尺寸稳定性、耐热性、抗化学性、阻燃性和电绝缘性等植物纤维所无法比拟的特性，纤维状硅灰石在纸浆中的加入会赋予纸张某些特殊的性能，可用于生产特种纸［30］。

3.2几种改性硅灰石

薛洪龙等［31］通过酸碱两步法改性硅灰石，改性后硅灰石的粒径有所增加，白度提高，其加填纸的白度高、松厚度好、强度降低少；孙传敏等［32］研究发现，改性后的硅灰石能极大地改善再生新闻纸的白度、不透明度和试印性。并且由于改性后硅灰石具有对油墨粒子、细小纤维和有机物良好的吸附性，添加改性硅灰石的新闻纸在造纸过程中排出的废水易于处理，利于森林和水体的保护。王淑梅等［33］研究发现，经超声波处理改性的硅灰石平均粒径减小，抄片过程中在纸张中的留着率降低，纸张强度和白度都有提高；经无机改性后的硅灰石，在纸张中的留着率提高，纸张强度提高；超声波处理再进行无机改性后的硅灰石，在纸张中的留着率是超声未改性的2倍多，各项指标均优于单独的超声波处理和化学改性。

4　碳酸钙在造纸行业中的应用

碳酸钙（CaCO3）是一个化学名称，同时也是一个矿物材料的商品名总称，其化学组成理论值CaO占56.03%、CO2占43.97%。碳酸钙资源极为丰富，其分布面积约占地球陆地表面积的4%，并且无毒、无刺激性、纯度高、价格便宜。由于近年来中性和碱性造纸的发展以及超细粉碎技术的进步，碳酸钙在造纸行业中发挥着越来越重要的作用，用碳酸钙代替高岭土、滑石已成为一种趋势［34］。碳酸钙应用于造纸行业中具有诸多优点，如具有较高的白度、透气性强、磨蚀性低、松厚性和耐久性好、增强了纸张的柔软性和不透明度、提高了油墨的吸收性能等。造纸行业中用到的碳酸钙按加工制备方法分为两种：重质碳酸钙和轻质碳酸钙。

4.1重质碳酸钙

重质碳酸钙（GCC）是目前国内造纸行业消耗量最大的白色颜料之一，是由方解石、石灰石、大理石、白垩等矿物用机械方式粉碎研磨而成［19］。一般重质碳酸钙的生产主要包括干法和湿法研磨工艺，从干法研磨发展到湿法研磨，重质碳酸钙粒径逐渐变小，质量越来越好。相对于高岭土来说，重质碳酸钙的价格更便宜，白度更高，油墨吸收性和通气性更好，填充和涂布的纸张抗腐蚀性和耐久性更好，在未来的造纸业市场中将有更大的发展空间。目前，重质碳酸钙填料主要用于除卷烟纸、过滤纸和特种低定量信息用纸外的印刷纸、广告用纸、办公用纸、书写纸等。

然而过量添加重质碳酸钙也会造成纤维间结合的隔断，从而导致纸张强度、松厚度和挺度降低等损纸现象，为了克服这些影响，重质碳酸钙在使用前往往需进行改性处理。重质碳酸钙的表面改性方法主要包括有机包覆和复合改性。其中有机包覆改性是以有机物，如硬脂酸及其盐、铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂、水溶性高分子等改性剂，对重质碳酸钙粉体进行包覆使之改性的方法。复合改性是采用物理或化学方法在重质碳酸钙或超细重质碳酸钙粉体中均匀混合或在颗粒表面包覆另一种无机粉体的表面改性方法［35］。

王永忠等［36］采用淀粉与硬脂酸改性剂复合改性的方法对重质碳酸钙进行表面改性，结果表明：改性碳酸钙的添加使纸张的物理性能得到很大提高。改性后纸张纤维与纤维、纤维与填料之间的结合强度得到了显著改善。纸张的抗张强度、撕裂强度、耐折强度有明显提高，白度与不透明度降低，粒径发生改变，比表面积降低。刘银等［37］采用无机化工的方法将无机纳米颗粒包覆在重质碳酸钙颗粒的表面形成“核壳”结构复合粉体，结果表明：重质碳酸钙经过纳米包覆后，其颗粒棱角钝化，分散均匀，表面性能得到改善。用到造纸中对纸张的性能有所改善，能够提高纸张的抗张指数、留着率、耐破指数、撕裂指数、耐折度，降低纸张对水的吸收率。

4.2轻质碳酸钙

轻质碳酸钙（PCC）系指化学合成法制取的产品，是由二氧化碳通入石灰水中或直接由碳酸钠溶液与石灰水作用沉淀而制得。轻质碳酸钙的质量比重质碳酸钙更好，它的粒子细、多孔、粒径分布窄，具有粒度细、白度高、价格低、起泡性低和印刷适应性好等优点，非常适合用做造纸填料，可以基本满足纸张印刷和光学性能要求，故有些高档纸中填料开始使用轻质碳酸钙。

李丹［38］通过比较填加轻质碳酸钙与高岭土对超级压光纸（SC纸）质量性能的影响时发现，填加轻质碳酸钙的超级压光纸具有更高的白度、不透明度，而平滑度、纸张光泽度、印刷光泽度、掉毛等与添加高岭土相比印刷参数较为接近，可能存在的问题是轻质碳酸钙的高空隙率对印刷浓度、油墨需求以及印刷匀度所存在的潜在作用；贾相田［39］研究发现，轻质碳酸钙可以改善和提高涂布箱纸板的白度、平滑度、表面强度和油墨吸收性能；邓小娟等［40］研究发现，填加轻质碳酸钙的静电复印纸的白度、不透明度、松厚度、匀度、平滑度都有很大提高，纸张印刷适性得到改善，并且纸的灰分增加，成纸的形稳性提高；王保等［41］研究发现，填加轻质碳酸钙的低定量双胶纸可以提高纸张的白度和松厚度，提高生产纸张时的填料利用率，满足纸张不透明度要求，避免透印。刘永顺等［42］研究发现，填加轻质碳酸钙的轻型印刷纸的成纸松厚度、不透明度提高，印刷性能增强，纸张的匀度、细腻度变好，减少了纸张的刺眼现象，提高了纸张的灰分、平滑度以及成纸的形稳性，但不利于纸张的施胶度、抗张强度和表面强度。张扬［43］研究发现轻质碳酸钙可部分代替煅烧高岭土使用在无碳复写纸中，有利于节约造纸成本。

轻质碳酸钙与纸浆纤维之间无结合力，致使其留着率很低。因此，轻质碳酸钙在使用前往往也需要改性处理。轻质碳酸钙改性分为干法和湿法两种处理工艺，其中湿法改性产品质量好，活性剂用量少；而使用易水解或不溶于水的改性剂时则需采用干法改性工艺，干法改性表面处理简单，操作简便，容易工业化生产，是目前采用较多的一种方法［44］。目前，常用的表面改性剂有硬脂酸（盐）、钛酸酯、铝酸酯偶联剂、多聚磷酸酯（ADDP）、阳离子淀粉、苯乙烯—丙烯酸酯共聚物、壳聚糖覆膜、胶囊化及包覆改性等。刘军海［45］采用自制的树枝状聚合物对轻质碳酸钙进行改性试验，结果表明：改性后轻质碳酸钙悬浮液表观粘度降低，分散性能增强；轻质碳酸钙与树枝状聚合物以化学键结合在一起；改性后的轻质碳酸钙用作造纸填料时，填料留着率明显提高。陈均志等［46］采用自制的阳离子型铝—锆有机金属络合物偶联剂对轻质碳酸钙进行表面改性，结果表明：改性后的轻质碳酸钙在纸页中的留着率显著提高，并且纸张的抗张强度、耐破度、撕裂度等都有所增强。

4.3纳米碳酸钙

纳米碳酸钙是20世纪80年代发展起来的一种粒径在1～100nm之间的新型超细固体材料，和普通碳酸钙比较，它具有粒子细、比表面积大、白度高等特点，可同时作为造纸填料和涂料使用［47］。造纸时使用纳米级碳酸钙具有诸多优点：①由于纳米碳酸钙颗粒细小、均匀，因此对纸机的磨损较小；②可以提高纸张的强度、白度、不透明度和平整光滑度；③赋予纸张较好的柔软性和可塑性，以及对水和石墨的优良吸收性能。目前，纳米碳酸钙的制备分为碳化法和复分解法两类，其中碳化法可分为间歇鼓泡碳化法、连续喷雾碳化法和超重力碳化法三种［48］。

纳米碳酸钙在卷烟纸、杂志纸、字典纸、新闻纸、书籍纸中的填充量达5%～30%。而在定量涂布纸、无光泽铜版纸等特殊纸制品中，纳米碳酸钙含量甚至高达80%以上，具有独特的优越性能。肖仙英等［49］研究发现，将少量纳米碳酸钙掺入普通的涂料配方中，在同样的胶粘剂、分散剂用量的情况下，可以提高涂层的强度、平滑度，对油墨的吸收性能也有一定的改善。王革［50］试验发现，纳米级超细轻质碳酸钙比表面积很大，应用于铜版纸中可以有效改善铜版纸的涂层空隙和涂层油墨吸附表面积，既能较好地保持印刷光泽度，又能提高油墨吸收性能。

然而纳米碳酸钙具有耐酸性差、表面强度小等缺点。并且其表面具有很多亲水疏油性基团，粒径很小，比表面能很大，因此极易造成团聚而导致分散性变差。所以，有必要对纳米碳酸钙进行表面改性处理。目前，纳米碳酸钙的表面改性方法大概有三种，即：有机物表面处理、无机物表面改性和高能表面处理［48］。有机物改性可使用有机酸包覆改性、偶联剂改性、有机酸（盐）/偶联剂复合处理改性、聚合物改性等；无机物改性可使用硅氟酸改性、缩合磷酸（偏磷酸或焦磷酸）改性、钛酸酯改性、硅酸酯改性、铝酸酯改性、磷酸酯改性等；高能改性可用表面辐照改性和等离子体表面改性等。

5　其他非金属矿物

除上述几种主要矿物外，造纸行业中还应用有许多常用非金属矿物，它们的填加同样可以降低纸张成本，改善纸张性能，或者使纸张具有特殊功能。如：膨润土可用作助留助滤剂、施胶剂、水净化剂等。用作造纸填料使用时，具有较高的白度和纯度，并且使用较大的填加量也不会降低纸张强度、撕裂度；用作造纸涂料时，可以提高涂料的保水性、悬浮性和流变性能。目前，常用的膨润土改性方法主要有活化法和添加改性剂法［51］，改性后的膨润土具有较好的吸附性和分散性能，并且相对滑石粉而言，具有较高的留着率，对成纸强度的影响也较小［52］。石膏，改性后可用作印刷书写纸填料和造纸涂料颜料使用。改性后的石膏与碳酸钙相比，具有较高的强度、挺度、留着率和不透明度；用于涂料颜料，可提高纸张的挺度、白度，改善印刷适性［4］。沸石，可用作造纸填料、纸张涂层剂、漂白催化剂等。用沸石作造纸填料可以有效改善纸张的质量，使其具有白度高、孔隙度大、吸水性强等优点。改性后的天然沸石，空隙率及表面活性有所提高，进而使其吸附性能、离子交换性能及催化性能等得到改善。归风铁等［53］采用盐酸处理和高温活化处理等方法改性沸石，大幅度提高了天然沸石对造纸废水中COD和色度的吸附能力。蛭石，遇水膨胀会表现出蓬松、密度低、化学性质稳定、隔热、隔音、耐火、耐冷、绝缘、吸水、抗菌、吸附、阳离子交换等特性，可用于军工用纸、食品包装纸、装饰材料纸等特殊功能性用途纸［54］。宋海明等［55］对蛭石采用有机改性，改性后的有机蛭石对造纸黑液的色度和COD均有较高的去除率。

此外，造纸行业中还应用有凹凸棒石、海泡石、硅藻土、石墨、泥炭等多种非金属矿物，这些矿物都有其自身特殊的性能，在造纸行业中具有极大的开发潜力和应用前景。

6　结语

在造纸行业中非金属矿物以及其超细加工和改性产品的应用，不但可以降低造纸成本，也可改善纸张性能，甚至有时能赋予纸张新的功能。在经济逐渐转型向高科技领域的大背景下，非金属矿物的应用将逐步向超细化、功能化、高性能和复合化方向发展，改性非金属矿物材料产品将不断产生，应用于造纸行业将不断完善。总之，未来造纸行业必将随着非金属矿物的开拓发展而生机勃勃。

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【开发利用】

【中图分类号】TD985

【文献标识码】A

【文章编号】1007-9386（2016）01-0003-06

【基金项目】国家自然基金项目资助（41371449）；北京市科技新星计划资助（XXJH2015B081）；煤炭资源与安全开采国家重点实验室开放基金（SKLCRSM14KFB02）。

【收稿日期】2015-08-27

Research Progress of the Application of Non-metallic Minerals in Papermaing

LI Kai-hua1， CHENG Hong-fei2， DU Bei-bei1， XU Hong-wei1
（1. School of Geoscience and Surveying Engineering of China University of Mining and Technology （Beijing），Beijing 100083， China； 2. State Key Laboratory of Coal Resources and Safe Mining， Beijing 100083， China）

Abstract:Functional materials or products which main raw material are non-metallic minerals made by physical or chemical means has been widely used in many areas. In the paper industry， the used types of non-metallic minerals are the most and broadest，in which， the main use of the largest contains talc， kaolinite， silica and calcium carbonate， etc. The filling of these non-metallic minerals not only can reduce the cost of papermaking， but also can improve the performance of paper， and even make the paper have some new features. particularly， in recent years， ultra-fine powder processing and modification technology continues to develop， non-metallic minerals will have a wider application prospect in the paper industry.

Key words:non-metallic minerals； papermaking； application