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        一種提高馬尾松漂白熱磨機(jī)械漿松厚度并降低廢液污染負(fù)荷的漂白方法

        2020-12-20 15:48:43侯慶喜,劉葦,葉林勇
        天津造紙 2020年1期

        權(quán)利要求書

        1. 一種提高馬尾松漂白熱磨機(jī)械漿松厚度并降低廢液污染負(fù)荷的漂白方法, 其特征在于漂白方法的步驟是:

        (1)以NaOH 計(jì),將總用堿量為馬尾松TMP 漿料絕干質(zhì)量3.5%~4.0%的NaOH 和MgO 的混合物,與為馬尾松TMP 漿料絕干質(zhì)量0.1%~0.3%的二乙烯三胺五乙酸溶于去離子水中, 然后分散到馬尾松TMP 漿料中并攪拌均勻;

        (2)隨后加入質(zhì)量為馬尾松TMP 漿料絕干質(zhì)量3.0%的Na2SiO3與4%的H2O2和需額外補(bǔ)加的去離子水的混合液, 使漂白體系中紙漿濃度為10%~20%,迅速攪拌漿料使其混合均勻,然后放入聚乙烯袋中密封;

        (3)將聚乙烯袋置于65~75 °C 的恒溫水浴鍋中反應(yīng)140~160 min, 每隔8~15 min 通過揉搓聚乙烯袋使漂白反應(yīng)均勻;

        (4)將漂白漿料置于布氏漏斗中,利用蒸餾水反復(fù)抽濾洗滌至濾液澄清;

        (5)洗凈的漿料按照ISO 標(biāo)準(zhǔn)方法抄造手抄片,經(jīng)風(fēng)干和恒溫恒濕處理后,檢測(cè)漂白馬尾松TMP 漿料的物理性能指標(biāo);

        所述未漂馬尾松TMP 漿料的初始打漿度51°SR,ISO 白度38.1%,不透明度98.0%,光散射系數(shù)53.4 m2/kg,松厚度4.20 cm3/g,抗張指數(shù)14.5 N·m/g,撕裂指數(shù)4.4 mN·m2/g;

        所述NaOH 和MgO 的混合物中,MgO 取代NaOH的摩爾比例為0~0.5。

        技術(shù)領(lǐng)域

        本發(fā)明屬于造紙領(lǐng)域,涉及機(jī)械制漿,特別涉及一種提高漂白熱磨機(jī)械漿(bleached thermomechanical pulp, BTMP)松厚度同時(shí)降低漂白廢液污染物負(fù)荷的高得率紙漿漂白方法。

        背景技術(shù)

        熱磨機(jī)械漿(thermomechanical pulp, TMP)是指木片先經(jīng)過洗滌和預(yù)汽蒸, 然后再經(jīng)盤磨機(jī)磨解成漿的機(jī)械制漿方法。 由于其制漿過程中不使用任何化學(xué)品, 使木片中的化學(xué)組分基本上得以保留在紙漿中,因而TMP 的制漿得率通常在95%以上。 為保證TMP 較高的紙漿強(qiáng)度, 生產(chǎn)TMP 的原料通常選用針葉材如馬尾松。 TMP 成紙具有不透明度高、吸墨性強(qiáng)、印刷適應(yīng)性好的優(yōu)點(diǎn),此外,TMP 還具有生產(chǎn)過程簡(jiǎn)單、得率高、成本低和對(duì)環(huán)境污染負(fù)荷低等特點(diǎn),因而被廣泛用于新聞紙、雜志紙以及白度要求不高的紙板芯層等。

        近年來, 隨著人們對(duì)紙張和紙板白度要求的提高以及紙張或紙板品種的不斷增多,相應(yīng)地對(duì)TMP的白度提出了更高的要求。 TMP 經(jīng)過漂白化學(xué)品在適當(dāng)?shù)钠诇囟群图垵{濃度條件下處理一定的時(shí)間后所得到的漂白紙漿, 即為漂白熱磨機(jī)械漿(BTMP)。 目前,BTMP 在新聞紙、 超級(jí)壓光紙(SC紙)、涂布原紙以及其他高級(jí)紙和紙板產(chǎn)品的生產(chǎn)中有著較廣泛的應(yīng)用。

        用于TMP 漂白的化學(xué)品主要有過氧化氫(H2O2)、 連二亞硫酸鈉(Na2S2O4) 和甲脒亞磺酸鹽(FAS),在北美、北歐等木材資源豐富的國家,為提高TMP 漿的白度,滿足生產(chǎn)新聞紙的要求,較多地采用了連二亞硫酸鈉(Na2S2O4)作為漂白劑。 但是由于漂白廢液中含有硫化物, 增加了企業(yè)廢水處理的難度。此外,漂白漿BTMP 的松厚度和不透明度較未漂漿TMP 下降較多, 不利于高白度新聞紙和SC 紙等對(duì)松厚度和不透明度要求較高的紙或紙板的生產(chǎn)。 為了盡可能保留木片中的各種化學(xué)組分, 減少漂白過程中碳水化合物和木質(zhì)素的降解或溶出,高得率紙漿的漂白主要采用堿性過氧化氫(NaOH/H2O2)方法,如APMP(堿性過氧化氫機(jī)械漿)、BCTMP(漂白化學(xué)熱磨機(jī)械漿)、P-RC APMP(溫和預(yù)處理加盤磨化學(xué)處理的堿性過氧化氫機(jī)械漿)等,其漂白過程的堿性介質(zhì)均為氫氧化鈉(NaOH)。但是由于NaOH 的強(qiáng)堿性, 漂白過程中會(huì)有少量木素和碳水化合物溶出,導(dǎo)致紙漿的漂白得率降低,而且漂白廢液的化學(xué)耗氧量(COD)、陽離子需求以及電導(dǎo)率較高,廢液處理難度相對(duì)增加。

        近年來, 國內(nèi)外的技術(shù)研究和工業(yè)生產(chǎn)實(shí)例報(bào)道,利用堿性較弱的鎂堿(Mg(OH)2和MgO)部分取代鈉堿用于高得率漿的過氧化氫漂白。 采用鎂堿代替鈉堿的高得率漿H2O2漂白,漂后漿松厚度、不透明度和光散射系數(shù)增加,漂后紙漿的得率提高,漂白廢水中的COD(化學(xué)需氧量)、陰離子垃圾降低,對(duì)環(huán)境的影響減小,有利于廢水的達(dá)標(biāo)排放,同時(shí)也減少了對(duì)后續(xù)造紙生產(chǎn)造成的不良影響;此外,制漿過程中的草酸鹽沉積問題可以得到解決, 從而為紙漿質(zhì)量以及紙機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定提供了必要的條件, 為我國紙業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶來新的增長(zhǎng)點(diǎn), 有利于實(shí)現(xiàn)造紙工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

        發(fā)明內(nèi)容

        本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有以氫氧化鈉為堿源的堿性過氧化氫漂白技術(shù)中存在的不足, 提出一種可提高馬尾松漂白熱磨機(jī)械漿(BTMP)松厚度同時(shí)降低漂白廢液的COD 和陽離子需求的漂白方法,該方法具有較高的松厚度、 較高的不透明度和光散射系數(shù),同時(shí)具有較低的廢液污染負(fù)荷,如COD 和陽離子需求量。

        本發(fā)明的目的是一種提高馬尾松漂白熱磨機(jī)械漿松厚度并降低廢液污染負(fù)荷的漂白方法,步驟是:

        (1)以NaOH 計(jì),將總用堿量為馬尾松TMP 漿料絕干質(zhì)量3.5%~4.0%的NaOH 和MgO 的混合物,與為馬尾松TMP 漿料絕干質(zhì)量0.1%~0.3%的二乙烯三胺五乙酸溶于去離子水中, 然后分散到馬尾松TMP 漿料中并攪拌均勻;

        (2)隨后加入為馬尾松TMP 漿料絕干質(zhì)量3.0%的Na2SiO3與4%的H2O2和需額外補(bǔ)加的去離子水的混合液,使漂白體系中紙漿濃度為10%~20%,迅速攪拌漿料使其混合均勻,然后放入聚乙烯袋中密封;

        (3)將聚乙烯袋置于65~75 ℃的恒溫水浴鍋中反應(yīng)140~160 min, 每隔8~15 min 通過揉搓聚乙烯袋使漂白反應(yīng)均勻;

        (4)將漂白漿料置于布氏漏斗中,利用蒸餾水反復(fù)抽濾洗滌至濾液澄清;

        (5)洗凈的漿料按照ISO 標(biāo)準(zhǔn)方法抄造手抄片,經(jīng)風(fēng)干和恒溫恒濕處理后,檢測(cè)漂白馬尾松TMP 漿料的物理性能指標(biāo)。

        而且,所述馬尾松TMP 漿料未漂漿的初始打漿度51 °SR,ISO 白度38.1%,不透明度98.0%,光散射系數(shù)53.4 m2/kg,松厚度4.20 cm3/g,抗張指數(shù)14.5 N·m/g,撕裂指數(shù)4.4 mN·m2/g。

        而且, 所述NaOH 和MgO 的混合物中,MgO 取代NaOH 摩爾比例為0~0.5。

        與以氫氧化鈉為堿源的馬尾松TMP 堿性過氧化氫漂白效果相比,本發(fā)明的有益效果是:本方法可在現(xiàn)有漂白技術(shù)的基礎(chǔ)上, 將馬尾松BTMP 的松厚度提高0.2~0.4 cm3/g,不透明度提高3%~8%,光散射系數(shù)有所提高,漂白廢液COD 降低19%~35%,陽離子需求量降低30%~46%,漂白紙漿的ISO 白度保持在58%以上,抗張指數(shù)保持在17 N·m/g 以上。

        具體實(shí)施方式

        下面結(jié)合實(shí)施例,對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明,下述實(shí)施例是說明性的,不是限定性的,不能以下述實(shí)施例來限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。

        實(shí)施例1

        一種提高馬尾松漂白熱磨機(jī)械漿(BTMP)松厚度并降低廢液污染負(fù)荷的漂白方法,步驟是:

        材料準(zhǔn)備,所用未漂馬尾松TMP 的初始打漿度51 °SR;未漂漿的主要物理性能,ISO 白度38.1%,不透明度98.0%,光散射系數(shù)53.4 m2/kg,松厚度4.20 cm3/g,抗張指數(shù)14.5 N·m/g,撕裂指數(shù)4.4 mN·m2/g。

        漂白過程在聚乙烯密封袋中進(jìn)行, 并利用恒溫水浴鍋加熱、保溫。 具體的漂白操作過程如下:

        (1)取60 g 馬尾松TMP 漿料(絕干計(jì)),將總用堿量為3.5%的NaOH 和部分MgO 混合物(以NaOH計(jì))(其中,MgO 取代NaOH 摩爾比例為0~0.5)和0.12% DTPA(二乙烯三胺五乙酸)溶于200 mL 去離子水中,然后分散到馬尾松TMP 漿料中并攪拌均勻;

        (2)隨后加入3.0% Na2SiO3與4.0% H2O2和需額外補(bǔ)加的去離子水的混合液, 使漂白體系中紙漿濃度為10%,迅速攪拌漿料使其與漂白化學(xué)藥品混合均勻,然后放入聚乙烯袋中密封;

        (3)將聚乙烯袋置于70 ℃的恒溫水浴鍋中反應(yīng)150 min, 每隔10 min 通過揉搓聚乙烯袋使漂白反應(yīng)均勻,待漂白反應(yīng)結(jié)束后,迅速擠出部分漂白殘液用于測(cè)定殘余過氧化氫、pH、電導(dǎo)率、COD 等指標(biāo);

        (4)將漂白漿料置于布氏漏斗中,利用蒸餾水反復(fù)抽濾洗滌至濾液澄清;

        (5)洗凈的漿料按照ISO 標(biāo)準(zhǔn)方法抄造手抄片,經(jīng)風(fēng)干和恒溫恒濕處理后,檢測(cè)漂白馬尾松TMP 漿料(BTMP)的物理性能指標(biāo)。

        上述所有藥品用量均以絕干漿百分比計(jì)量。

        結(jié)果:在3.5%的總用堿量下,當(dāng)MgO 取代比例從0 增加到0.5 時(shí), 紙漿ISO 白度達(dá)到59.4%;比MgO 取代NaOH 比例為0 時(shí)的ISO 白度65.1%下降了5.7%, 而紙漿松厚度從3.45 cm3/g 增加到3.69 cm3/g,增加了0.24 cm3/g;不透明度從84.7%增加到89.1%,增加比例為5.2%;光散射系數(shù)從42.9 m2/kg增加到47.7 m2/kg, 增加了11%; 紙漿強(qiáng)度達(dá)到了18.9 N·m/g,比MgO 取代NaOH 比例為0 時(shí)的23.3 N·m/g 降低了18.9%; 漂白廢液的CODCr下降了22%,陽離子需求量降低了31%。

        由此可見,MgO 部分取代NaOH 作為馬尾松TMP 過氧化氫漂白堿源,使漂白漿的松厚度和不透明度有了明顯提高, 這可以實(shí)現(xiàn)在紙張產(chǎn)品松厚度和不透明度不變的條件下降低新聞紙或超級(jí)壓光紙等紙種的定量, 或者在紙張定量不變的條件下改善紙張的挺度和不透明度。

        實(shí)施例2

        一種提高馬尾松漂白熱磨機(jī)械漿(BTMP)松厚度并降低廢液污染負(fù)荷的漂白方法,步驟是:

        材料準(zhǔn)備, 稱取相當(dāng)于絕干量60 g 的馬尾松TMP,其物理性能指標(biāo)同于實(shí)施例1。

        漂白過程在聚乙烯密封袋中進(jìn)行, 并利用恒溫水浴鍋加熱、保溫。 具體的漂白操作過程如下:

        (1)取60 g 馬尾松TMP 漿料(絕干計(jì)),將總用堿量為4.0%的NaOH 和部分MgO 混合物(以NaOH計(jì))(其中,MgO 取代NaOH 摩爾比例為0~0.5)和0.12% DTPA(二乙烯三胺五乙酸)溶于200 mL 去離子水中,然后分散到馬尾松TMP 漿料中并攪拌均勻;

        (2)隨后加入3.0% Na2SiO3與4.0% H2O2和需額外補(bǔ)加的去離子水的混合液, 使漂白體系中紙漿濃度為10%。 迅速攪拌漿料使其與漂白化學(xué)藥品混合均勻,然后放入聚乙烯袋中密封后

        (3)將聚乙烯袋置于70℃的恒溫水浴鍋中反應(yīng)150 min, 每隔10 min 通過揉搓聚乙烯袋使漂白反應(yīng)均勻,待漂白反應(yīng)結(jié)束后,迅速擠出部分漂白殘液用于測(cè)定殘余過氧化氫、pH、電導(dǎo)率、COD 等指標(biāo);

        其余操作過程、步驟和要求同于實(shí)施例1。 所有藥品用量均以絕干漿百分比計(jì)量。

        結(jié)果:在4.0%的用堿量下,當(dāng)MgO 取代比例從0 增加到0.5 時(shí),紙漿ISO 白度達(dá)到60.4%,比MgO取代NaOH 比例為0 時(shí)的64.7%下降了4.3%,而紙漿松厚度從3.34 cm3/g 增加到3.66 cm3/g, 增加了0.32 cm3/g;不透明度從85.4%增加到88.2%,增加比例為3.3%; 光散射系數(shù)從44.8 m2/kg 增加到45.8 m2/kg,增加了2%;漂白廢液CODCr下降了19%,陽離子需求量降低31%; 紙漿強(qiáng)度達(dá)到19.3 N·m/g,盡管比MgO 取代NaOH 比例為0 時(shí)的24.0 N·m/g降低了19.6%, 但此條件下紙漿強(qiáng)度的絕對(duì)值比用堿量3.5%時(shí)的18.9 N·m/g 有所提高。

        實(shí)例1 與實(shí)例2 表明在MgO 取代NaOH 比例不變的條件下,將總用堿量從3.5%提高4.0%,紙漿松厚度和抗張強(qiáng)度之間的矛盾能夠得以適當(dāng)緩解,亦即紙漿松厚度兩者基本上保持不變, 但抗張強(qiáng)度和紙漿白度均略有所上升, 這對(duì)造紙生產(chǎn)企業(yè)兼顧紙漿松厚度的提高, 同時(shí)減少紙漿強(qiáng)度的下降是有利的。

        實(shí)施例3

        一種提高馬尾松漂白熱磨機(jī)械漿(BTMP)松厚度并降低廢液污染負(fù)荷的漂白方法,步驟是:

        材料準(zhǔn)備, 稱取相當(dāng)于絕干量60 g 的馬尾松TMP,其物理性能指標(biāo)同實(shí)施例1。

        漂白過程在聚乙烯密封袋中進(jìn)行, 并利用恒溫水浴鍋加熱、保溫。 具體的漂白操作過程如下:

        (1)取60 g 馬尾松TMP 漿料(絕干計(jì)),將總用堿量為3.5%的NaOH 和部分MgO 混合物(以NaOH計(jì), 其 中MgO 取 代NaOH 摩 爾 比 例 為0~0.5)和0.3% DTPA(二乙烯三胺五乙酸)溶于150 mL 去離子水中,然后分散到馬尾松TMP 漿料中攪拌均勻。

        (2)隨后加入3.0% Na2SiO3與4.0% H2O2和需額外補(bǔ)加的去離子水的混合液, 使漂白體系中紙漿濃度為20%。 迅速攪拌漿料使其與漂白化學(xué)藥品混合均勻,然后放入聚乙烯袋中密封。

        (3)將聚乙烯袋置于70 ℃的恒溫水浴鍋中反應(yīng)150 min, 每隔10 min 通過揉搓聚乙烯袋使漂白反應(yīng)均勻,待漂白反應(yīng)結(jié)束后,迅速擠出部分漂白殘液用于測(cè)定殘余過氧化氫、pH、電導(dǎo)率、COD 等指標(biāo)。

        其余操作過程、步驟和要求同實(shí)施例1。 所有藥品用量均以絕干漿百分比計(jì)量。

        結(jié)果:在3.5%的總用堿量下,當(dāng)MgO 取代NaOH比例從0 增加到0.5 時(shí),紙漿ISO 白度達(dá)到59.9%,比MgO 取代NaOH 比例為0 時(shí)的ISO 白度64.5%下降了4.6%,而紙漿松厚度從3.49 cm3/g 增加到3.70 cm3/g,增加了0.21cm3/g; 不透明度從86.1%增加到88.4%,增加比例為3%; 光散射系數(shù)基本維持在43.5 m2/kg;紙漿強(qiáng)度達(dá)到了14.5 N·m/g, 比MgO 取代NaOH 比例為0 時(shí)的17.4 N·m/g 降低了20%;漂白廢液CODCr下降了26%,陽離子需求量降低了46%。

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