CN100590255C

CN100590255C - 一种杨木化学机械法制浆工艺

Info

Publication number: CN100590255C
Application number: CN200810014053A
Authority: CN
Inventors: 孔凡功; 王守娟; 杨桂花; 陈嘉川; 张伟
Original assignee: Shandong Institute of Light Industry
Current assignee: Qilu University of Technology
Priority date: 2008-01-23
Filing date: 2008-01-23
Publication date: 2010-02-17
Anticipated expiration: 2028-01-23
Also published as: CN101230552A

Abstract

本发明涉及一种杨木化学机械法制浆工艺。将经汽蒸和一段挤压疏解后的杨木浆料采用酶预处理技术、以氢氧化镁为碱源的过氧化氢预浸渍、机械磨浆及浆料高浓储存漂白，最后经第二段磨浆生产制得高白度、高得率化学机械浆。本发明的方法实现了提高纸浆得率和光学性能，降低磨浆能耗，降低废水污染负荷，并可消除结垢问题。

Description

一种杨木化学机械法制浆工艺

技术领域

本发明属于化学机械法制浆技术领域，特别涉及一种杨木化学机械法制浆工艺。

背景技术

我国是纸浆生产大国，也是纸和纸板的消费大国。目前我国纸和纸板的消费总量和生产总量都仅次于美国，居世界第二位。世界上除了中国、印度等少数国家以外，大部分国家的制浆造纸工业原料都以木材为主，约占到90％以上。在过去相当长的一段时间里，我国制浆造纸工业一直奉行“以草为主”和“草木并举”的指导方针，非木材纸浆占有较高比例，这使得我国造纸产品中低档多，经济效益不高，国际竞争力差。为扭转这种局面，我国正在实施林纸一体化，逐渐提高木材纤维原料比重。近年来，杨木速生林建设取得了较快发展，在我国北方速生杨木优良树种得到了广泛大面积种植，且大部分速生林已经投入实际生产之中。为提高木材纤维原料的利用率，目前大部分杨木均用于制备化学机械浆，而目前在化学机械浆生产过程中由于预处理液中使用了碱性较强的氢氧化钠或氢氧化钠与亚硫酸钠的混合液，使得在预处理过程中纸浆得率下降较多，况且使得对于高得率化学浆而言必须具备的光学性能下降较为严重，纤维在预处理过程中由于降解较为严重使得制浆废液CODcr、BOD₅含量较高，且当预处理液中含有亚硫酸钠时，废液中存在硫，对后续的废水处理工段影响较大，增加废水处理成本，此外，在现有生产具有一定白度的高得率化学机械浆中，普遍使用过氧化氢漂白，当过氧化氢漂白以氢氧化钠为碱源时，由于氢氧化钠碱性较强，pH值较高不适合过氧化氢发挥作用，需加入一定量的硅酸钠进行pH值的缓冲，而硅酸钠的使用，使得在磨浆机及管路中硅酸根与水中的钙离子形成大量的硅酸钙结垢沉淀，严重影响实际生产，因此，需寻求新型化学机械浆制浆工艺，用以克服现有实际生产中采用的化学机械法制浆工艺存在的弊端，提高纸浆得率和纸浆的光学性能，降低废水的污染负荷，解决实际生产中的结垢问题，同时需寻求新方法降低化学机械法制浆普遍存在的磨浆能耗较高的问题。

发明内容

针对目前杨木化学机械法高得率制浆的不足，本发明提供一种新的高白度杨木化学机械法制浆工艺，从根本上解决化学机械法制浆中存在的由于强碱的使用使得废液污染负荷较高，纸浆光学性能较低，纸浆得率较少，制浆中管路及设备结垢问题，同时降低磨浆能耗。

发明概述

本发明采用酶预处理技术、以氢氧化镁为碱源的过氧化氢预处理技术以及机械磨浆技术进行高白度、高得率化学机械浆的生产，从而实现提高纸浆得率和光学性能，降低磨浆能耗，降低废水污染负荷，消除结垢问题的新型清洁高效制浆技术。

发明详述

一种杨木化学机械法制浆工艺，步骤如下：

1.将经汽蒸和一段挤压疏解后的杨木浆料，用酶液进行处理，

2.酶处理后浆料经挤压疏解后用镁碱过氧化氢溶液进行化学预浸渍，

3.将步骤2浸渍过的浆料进行第一段磨浆，

4.第一段磨浆后的浆料在高浓状态下储存漂白，

5.漂白反应完成后的浆料进行第二段磨浆，得最终所需浆料。

优选的，上述步骤1的酶处理工艺条件为：浆浓12-15％wt，温度40-50℃，时间1.5h-2.0h，pH值5～6，酶用量30-100IU/(g绝干浆料)。

优选的，上述步骤1的酶处理中所用的酶选自锰过氧化物酶、木素过氧化物酶或漆酶之一或组合，还可以选自含有前述主酶的并含有纤维素酶和/或半纤维素酶的粗酶液。

优选的，上述步骤2的酶处理后浆料的挤压疏解是常压机械挤压，挤压疏解过程中温度为40-60℃，压缩比为4-6∶1(体积比)。

优选的，上述步骤2的镁碱过氧化氢浸渍工艺条件为：温度50-70℃，浆浓15-25％wt，浸渍时间10min-50min，Mg(OH)₂ 0.75％-2.0％(相对绝干浆料重)，金属离子螯合剂0.1％-1.0％(相对绝干浆料重)。根据最终浆料白度需求，H₂O₂用量可进行调节。当最终白度要求达到75％ISO以上，较为适宜的过氧化氢用量为4.0％-6.5％(相对绝干浆料重)。所述金属离子螯合剂选自乙二胺四乙酸(EDTA)或二乙烯三胺五乙酸(DTPA)。

上述步骤2化学预浸渍后的浸渍液的50-100％体积百分比与浸渍过的浆料一起进行步骤3的第一段磨浆。

上述步骤3中所述第一段磨浆为常压磨浆，磨浆浓度20％-25％。磨浆过程中不进行稀释。

优选的，上述步骤4所述的储存漂白，工艺条件为：浆浓20-25％wt，温度70-90℃，停留时间2-6h。

优选的，上述步骤5所述的第二段磨浆，浆料浓度为10％-15％wt，常压机械磨解。

本发明杨木化学机械法制浆工艺中，酶处理是采用含木素降解酶的纯酶液或粗酶液对挤压疏解后浆料进行处理。主要目的是通过酶液中木素降解酶对原料纤维中的木素进行降解或结构改变，同时通过酶与纤维之间的相互作用，改善浆料纤维的性能，提高纤维的柔软性，降低磨浆能耗，提高浆料的后续制浆性能。

本发明杨木化学机械法制浆工艺中，步骤2的挤压疏解是对酶处理后浆料进行机械挤压和撕裂，该过程中主要是通过机械作用对处理后浆料进行进一步破碎，使其比表面积更大，木料更加蓬松。主要目的是去除浆料中的处理废液和浆料中存在的空气，同时使浆料干度提高，松散度增加，为后续镁碱过氧化氢浸渍漂白提供基础。

本发明杨木化学机械法制浆工艺中，步骤2镁碱过氧化氢预浸渍是采用氢氧化镁为碱源的过氧化氢溶液对挤压疏解后浆料进行浸渍处理。其主要作用是使浆料充分均匀吸收镁碱过氧化氢溶液，并对浆料进行浸润润胀和磨浆前的少许漂白。镁碱过氧化氢溶液浸渍可添加适量的金属离子螯合剂如乙二胺四乙酸(EDTA)或二乙烯三胺五乙酸(DTPA)。

磨浆是采用机械作用对纤维原料进行纤维的分离和细纤维化的过程，以使磨后浆料能够满足抄纸工段的需要。第一段磨浆是将浸渍过的浆料连同浸渍液一同进行磨解。主要目的是破碎没有被挤压疏解的浆料，使纤维与纤维彼此分离成单根纤维，同时磨浆的剧烈碎解作用能够使浸渍液充分与纤维混合均匀。此外，磨浆产生的热量将使浆料温度升高，使漂白反应发生。第一段磨浆为常压磨浆，磨浆浓度20％-25％wt，浸渍后浆料与浸渍液的50-100％体积百分比一同进行磨浆，磨浆过程中不进行浆料稀释，其余按现有工艺进行。

上述步骤4的高浓储存漂白是第一段磨后浆料不进行洗涤和稀释，进行一定时间的恒温放置。其作用是充分利用步骤2中的浸渍液对磨后浆料进行漂白。由于在步骤2中温度较低，漂白反应发生较少，通过第一段磨浆使得浸渍液充分与纤维混合并提升温度，促使漂白反应发生，但由于磨浆时间较短，漂白反应不能在磨浆过程中得以反应完全，在磨浆后需停留一段时间，使漂白反应完全。高浓储存漂白优选工艺条件为：浆浓20-25％，温度70-90℃，停留时间2-6h。

上述步骤5的第二段磨浆是在漂白反应完成后进一步对浆料进行机械磨解。主要作用是使纤维发生细纤维化，提高纸浆性能及打浆度。磨浆浓度为10％-15％，常压磨浆，其余按现有工艺进行。

本发明为一种新型杨木化学机械法制浆工艺。采用酶处理技术以及镁碱过氧化氢漂白技术和磨浆技术进行高得率高白度化学机械浆的生产。木素降解酶用于杨木纤维原料的预处理一方面可以部分的降解木素或改变木素结构，为后面的纸浆漂白提供条件，同时酶处理能够改善纤维性能，降低后续磨浆能耗和提高磨浆性能。镁碱过氧化氢处理漂白是采用氢氧化镁为碱源，为过氧化氢漂白提供适宜的反应pH值，同时镁离子的存在能够保护纤维不受降解，从而提高纸浆得率，降低废水污染负荷。由于该处理漂白技术由氢氧化镁提供了适宜的pH值，因而与以氢氧化钠为碱源的过氧化氢漂白技术相比，不用添加pH值缓冲剂硅酸钠，从而消除了由于硅酸根的存在而引起的结垢问题。磨浆主要是使纤维彼此分离，并使分离纤维发生细纤维化，该发明中充分利用了磨浆过程中的机械混合作用和磨浆过程中产生的热量，进一步充分利用了能源且该发明中两段磨浆均为常压磨浆。因此，该发明从根本上解决了现有化学机械浆过氧化氢漂白处理中的结垢问题，同时降低了磨浆能耗，提高了光学性能，降低了废水污染负荷且废水中不含硫。

本发明由于在制浆过程中采用了酶预处理技术，可以明显降低磨浆能耗，同时提高纸浆强度，能够降低磨浆能耗15％以上，纸浆强度提高10％以上。该制浆工艺中采用了氢氧化镁为碱源的过氧化氢漂白技术，氢氧化镁中镁离子的存在能够保护纤维不受降解，起到了纤维保护剂的作用，同时氢氧化镁的弱碱性为过氧化氢漂白提供了合适的pH值，不需要使用缓冲剂硅酸钠，从根本上消除了结垢问题且能够将纸浆漂至较高白度。预处理液中没有强碱性化学药品的存在，使得纸浆的得率提高，光学性能加强，制浆废液中降解产物较少，污染负荷降低。预处理液中不存在硫元素，从而不会对废水处理带来问题。磨浆中充分利用了磨浆的混合作用和磨浆产生的热量，且均为常压磨浆，进一步降低了能量消耗。与采用氢氧化钠为碱源的过氧化氢预处理化学机械法制浆相比，纸浆得率提高4％以上，纸浆光散射系数提高20％以上，不透明度提高10％以上，废水CODcr降低50％以上，浆中阴离子垃圾降低70％以上，强度提高10％以上，磨浆能耗降低15％以上，无结垢现象。

具体实施方式

杨木削片筛选后进行汽蒸，汽蒸后木片进行挤压疏解，疏解后浆料进入制浆工序。现有技术中以氢氧化钠为碱源的过氧化氢化学机械法制浆是先用含氢氧化钠、过氧化氢、硫酸镁、乙二胺四乙酸(EDTA)和硅酸钠的溶液进行处理，然后进行挤压疏解，再用上述溶液进行处理，处理后进行第一段磨浆以及高浓停留和第二段磨浆。在本发明中，首先用酶液进行处理，处理后进行挤压疏解，疏解后用含氢氧化镁、过氧化氢和乙二胺四乙酸(EDTA)的溶液浸渍，浸渍后浆料连同浸渍液一同进行磨浆，磨浆后停留一定时间，然后再进行第二段磨浆，磨后浆料洗涤浓缩后用于抄纸工序。

以下实施例中，除有特别说明的外，其他所有百分比均为质量百分比。

实施例1：

五年生杨木木片经汽蒸挤压疏解后，按以下步骤进行制浆：

1.酶处理，条件为：浆浓12％，温度40-50℃，时间1.5h，pH值5～6，酶用量100IU/(g绝干浆料)，所用酶是漆酶。

2.将上述步骤1处理过浆料进行挤压疏解，疏解压缩比为4∶1体积比。用镁碱过氧化氢溶液进行化学预浸渍，浸渍处理的工艺条件为：温度70℃，浆浓25％，时间30min，Mg(OH)₂ 2.0％(相对绝干浆料重)，EDTA 1.0％(相对绝干浆料重)，过氧化氢6.0％(相对绝干浆料重)。

3.将步骤2浸渍过的浆料连同全部浸渍液一起进行第一段磨浆，磨浆压力常压，磨浆浓度25％，磨浆过程中不补充稀释水。

4.第一段磨浆后的浆料在高浓状态下储存漂白，存储漂白条件为：浆浓25％，温度90℃，停留时间5h。

5.步骤4处理后浆料进行第二段磨浆。磨浆压力为常压，磨浆浓度15％，磨后打浆度42°SR。

结果：上述处理步骤后所得浆料白度80.5％ISO，与氢氧化钠为碱源的制浆工艺相比，在相近白度时，磨浆能耗降低18％，纸浆得率提高6％，光散射系数提高21％，不透明度提高12％，纸浆强度提高12％，废液CODcr降低55％，纸浆中阴离子垃圾降低73％，制浆过程中无结垢现象。

实施例2：

五年生杨木木片经汽蒸挤压疏解后，按以下步骤进行制浆：

1.酶液处理。条件为：浆浓15％，温度40-50℃，时间1.5h-2.0h，pH值5～6，酶用量30IU/(g绝干浆料)。所用酶为漆酶和锰过氧化物酶的组合酶，质量比为4∶1。

2.将上述步骤1处理过浆料进行挤压疏解，疏解压缩比为6∶1体积比。用镁碱过氧化氢溶液对挤压疏解后浆料进行浸渍处理。浸渍处理的工艺条件为：温度50℃，浆浓20％，时间50min，Mg(OH)₂1.0％(相对绝干浆料重)，EDTA 1.0％(相对绝干浆料重)，过氧化氢4.0％(相对绝干浆料重)。

3.将上述步骤2处理过的浆料连同浸渍液的80％一起进行第一段磨浆。磨浆压力常压，磨浆浓度20％，磨浆过程中不补充稀释水。

4.步骤3处理后浆料进行高浓存储漂白。存储漂白工艺为，浆浓20％，温度80℃，停留时间4h。

5.步骤4处理后浆料进行第二段磨浆。磨浆压力为常压，磨浆浓度15％，磨后打浆度45°SR。

结果：上述处理步骤后所得浆料白度76.5％ISO，在达到相近白度时，与氢氧化钠为碱源的制浆工艺相比，该工艺磨浆能耗降低16％，纸浆得率提高5％，光散射系数提高22％，不透明度提高15％，纸浆强度提高10％，废液CODcr降低59％，纸浆中阴离子垃圾降低78％，制浆过程中不使用硅酸钠，无结垢现象。

Claims

1、一种杨木化学机械法制浆方法，步骤如下：

(1)将经汽蒸和一段挤压疏解后的杨木浆料，用酶液进行处理，所述的酶处理其工艺条件为：浆浓12-15％wt，温度40-50℃，时间1.5h-2.0h，pH值5～6，酶用量30-100IU/g绝干浆料；酶处理中所用的酶选自锰过氧化物酶、木素过氧化物酶或漆酶之一或组合；

(2)酶处理后浆料经挤压疏解后用镁碱过氧化氢溶液进行化学预浸渍，浸渍工艺条件为：温度50-70℃，浆浓15-25％wt，浸渍时间10min-50min，Mg(OH)₂0.75％-2.0％相对绝干浆料重，金属离子螯合剂0.1％-1.0％相对绝干浆料重，过氧化氢用量为4.0％-6.5％相对绝干浆料重；所述金属离子螯合剂选自乙二胺四乙酸或二乙烯三胺五乙酸；

(3)将步骤(2)浸渍过的浆料进行第一段磨浆；

(4)第一段磨浆后的浆料在高浓状态下储存漂白；

(5)漂白反应完成后的浆料进行第二段磨浆，得最终所需浆料。

2、如权利要求1所述的杨木化学机械法制浆方法，其特征在于步骤(1)酶处理中所用的酶还含有纤维素酶和/或半纤维素酶。

3、如权利要求1所述的杨木化学机械法制浆方法，其特征在于步骤(2)的酶处理后浆料的挤压疏解是常压机械挤压，挤压疏解过程中温度为40-60℃，压缩比为4-6∶1体积比。

4、如权利要求1所述的杨木化学机械法制浆方法，其特征在于步骤(2)化学预浸渍后的浸渍液的50-100％体积百分比与浸渍过的浆料一起进行步骤(3)的第一段磨浆。

5、如权利要求1所述的杨木化学机械法制浆方法，其特征在于步骤(3)中所述第一段磨浆为常压磨浆，磨浆浓度20％-25％，磨浆过程中不进行稀释。

6.如权利要求1所述的杨木化学机械法制浆方法，其特征在于步骤(4)所述的储存漂白，工艺条件为：浆浓20-25％wt，温度70-90℃，停留时间2-6h。

7.如权利要求1所述的杨木化学机械法制浆工艺，其特征在于步骤(5)所述的第二段磨浆，浆料浓度为10％-15％wt，常压机械磨解。