CN101960069A - 纸浆漂白方法 - Google Patents
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Abstract
披露了一种用于将硬木纸浆漂白至88-92％ISO的亮度的漂白方法。该方法包括：使经过氧脱木质素的纸浆经受高温二氧化氯漂白步骤，然后经受结合的碱抽提步骤和二氧化氯漂白步骤。
Description
技术领域
本发明涉及纸浆漂白方法。更具体地说，本发明涉及将经过氧脱木质素的纸浆、诸如经过氧脱木质素的硬木纸浆漂白至88-92％ISO的亮度的方法。
背景技术
在用于软木纸浆和硬木纸浆的漂白工艺中，纸浆通常在一个或多个氧步骤中脱木质素，然后借助各种工序进行漂白，这些工序包括二氧化氯步骤、抽提步骤、过氧化物步骤等。
硬木纸浆与软木纸浆的不同之处在于：它们包含大量己烯糖醛酸(HexA)。HexA的量取决于所用的原料和蒸煮条件。现代的蒸煮方法采用相对较低的蒸煮温度，通常导致大量HexA。HexA可通过高锰酸钾(KMNO4)来氧化，由此对卡帕值有贡献。在卡帕值为10的硬木纸浆中，卡帕值的50-70％可归因于HexA，仅有30-50％归因于木质素和其它化合物。
在漂白过程中，HexA可通过与诸如二氧化氯和臭氧之类的漂白化学物质的氧化而被还原。一种更为经济的方式是借助高温酸解来降解HexA，其可降低剩余纸浆中的双键数量。因此，在现代漂白设备中常常采用高温二氧化氯步骤(DHT)。在该阶段，同时实施氧化和酸解。DHT中的高温可例如将卡帕值从10.5降低至2.5。因此，卡帕值的大部分降低(通常85-90％)是在这种DHT步骤中实现的，而仅有小部分降低(通常10-15％)是在随后的抽提步骤(E)中实现的。而且，应该相信，木质素也在DHT步骤期间降解成更小的、更水溶性的片段。
SE 466 062披露了一种依次漂白化学纸浆的方法，包括至少四个漂白步骤，最后在第一和第二二氧化氯步骤中进行漂白。在两个二氧化氯步骤之间实施碱抽提，并在第一二氧化氯步骤和抽提之间进行洗浆。紧接在所述洗浆步骤之后，以4-10千克/吨纸浆的量充入NaOH。此后，以高达2千克/吨纸浆的量混入氧化剂。添加酸以降低PH值，但不实现对剩余碱的完全中和。
SE 526 162披露了一种用于硬木纸浆的漂白工艺，其中，经过氧脱木质素(oxygen delignified)和洗涤的纸浆可在诸如至少90℃的高温下经受二氧化氯漂白步骤，并用螯合剂进行处理而没有任何中间洗浆。此后对纸浆进行洗涤，并使纸浆经受其中也加碱的加压过氧化物漂白步骤。最后对已漂白的纸浆进行洗涤，从而获得亮度为88-90％ISO的纸浆。
WO 02/075046披露了一种最终漂白纸浆的方法，该方法包括两个二氧化氯步骤。在第一二氧化氯步骤之后，将纸浆洗涤和脱水至12-50％的浓度，从而去除溶解的金属离子。此后，加碱抽提并迅速增加PH值。在将纸浆引入第二二氧化氯步骤之前，将酸和氯气添加至纸浆。
先前已知的方法大体运作良好，但是它们可能相当昂贵或复杂。不过，总是希望进一步改进漂白，尤其是对硬木纸浆的漂白，并降低漂白总成本。
因此，本发明的目的是提供一种以成本有效的方式将硬木纸浆漂白至88-92％ISO的亮度的方法。
发明内容
上述目的借助如独立权利要求1所述的纸浆漂白方法来实现。诸较佳实施例由诸从属权利要求来给出。
该纸浆漂白方法包括：使经过氧脱木质素的纸浆经受高温二氧化氯漂白步骤，所述高温二氧化氯漂白步骤在80-95℃的温度下和2-4的PH值下进行的，然后进行洗浆。在所述漂白步骤期间，将实现卡帕值的显著降低。纸浆然后经受碱抽提步骤和与所述碱抽提步骤结合的二氧化氯漂白步骤。在本发明中，“结合”应被解释为紧接在前述步骤之后而没有任何中间洗浆。
已经确定，在对硬木纸浆进行漂白时，借助本发明的方法可以获得88％ISO以上的亮度。此外，可实现良好的反向亮度。与用来获得相同亮度的现有已知方法的漂白方法相比，COD产生也降低了。而且，由于较低的化学成本和/或较低的漂白设备投资成本，主要是由于较少的所需洗浆步骤，漂白硬木纸浆的总成本就可降低。
尽管本发明的方法旨在漂白硬木纸浆，但是也可相信其适用于漂白软木纸浆。
具体实施方式
根据本发明，经过氧脱木质素的洗涤的纸浆在反应器中经受高温二氧化氯步骤(DHT)，从而通常将卡帕值降低至3以下。对于浓度为8-20％、较佳地8-15％的纸浆，以80-95℃、较佳地85-95℃的温度，并以2-4、较佳地2.5-3.5的PH值，实施高温二氧化氯步骤持续充分的时间，从而将卡帕值降低至所想要的值。应能注意到，实现所想要结果所需的时间取决于以上给定参数的选定值。然而，本领域技术人员可容易地通过常规试验确定对于选定参数的合适持续时间。
在高温二氧化氯步骤之后，按照传统技术来洗涤纸浆，例如使用洗涤压榨机或脱水压榨机，从而去除溶解的物质。
此后，将例如呈含NaOH液体型式的碱添加至纸浆，从而使纸浆在8-14、较佳地9-12的PH值下经受碱抽提(alkaline extraction)步骤，持续时间足以溶解氧化的木质素。在该步骤中纸浆的浓度应为8-20％，较佳地为8-15％。碱抽提步骤可以合适地在75-85℃的温度下实施2-30分钟，较佳地实施5-15分钟。
紧接在所述碱抽提步骤之后，将二氧化氯添加至纸浆，而没有任何中间洗浆，并将纸浆的PH值调节至2-4，较佳地调节至2.5-4。二氧化氯的添加将使纸浆经受第二二氧化氯漂白步骤。在该第二漂白步骤中的纸浆温度较佳地应与在碱抽提步骤中的纸浆温度相同或基本相同。由于在碱抽提步骤和第二二氧化氯步骤漂白步骤之间没有洗浆步骤，所以它们被认为是结合的步骤。
在第二漂白步骤之后，纸浆可经受过氧化物处理。这可紧接在第二漂白步骤之后实施，即与碱抽提步骤和二氧化氯漂白步骤结合，或在中间洗浆步骤之后实施。在对纸浆的后续洗涤之后，在75-90℃的温度下实施过氧化物处理，持续的时间足以实现所想要的最终亮度，诸如88-92％ISO。应能注意到，实现所想要结果所需的时间取决于所用过氧化物的量和以上给定的纸浆温度，但可容易地由本领域技术人员通过常规试验确定。
根据本发明漂白方法的另一实施例，在中间洗浆之后重复碱抽提步骤和第二二氧化氯漂白步骤。
在根据本发明的工艺的每个步骤中用来获得所想要结果所需的化学物质的量可容易地由本领域技术人员通过使用漂白领域内的公知常识或仅仅通过常规试验来确定。
已经注意到，根据本发明，通过使用包括高温二氧化氯漂白步骤、结合的碱抽提和二氧化氯漂白步骤的工序，可以在漂白硬木纸浆时获得89％ISO的亮度。通过以该工序重复所述结合的碱抽提和二氧化氯漂白步骤，可以获得约92％ISO的亮度。而且，根据本发明一较佳实施例，通过使用包括高温二氧化氯漂白步骤、结合的碱抽提和二氧化氯漂白步骤、以及后续过氧化物步骤的工序，也可获得92％ISO。
根据本发明的漂白方法已被证明尤其适用于对桉树基纸浆进行漂白。
实例1
采用由巨桉木产生的硫酸盐纸浆来进行实验室试验。未漂白的纸浆的卡帕值为18。在氧脱木质素之后，纸浆的卡帕值为10.5，粘度为1090ml/g，亮度为65％ISO。
使用根据本发明的两个不同工序Sinv1和Sinv2以及两个参照工序SRef1和SRef2来对纸浆进行漂白。这些工序(Sinv1、Sinv2、SRef1、SRef2)在下文列出，结果示于表1中。
SRef1
在90℃的温度下和2.6的PH值下，对浓度为10％的纸浆进行二氧化氯漂白，持续时间150分钟，然后进行洗浆；
在85℃的温度下和10.0的PH值下，对浓度为12％的纸浆进行碱抽提步骤，持续时间60分钟，然后进行洗浆；
在75℃的温度下和3.5-3.9的PH值下，对浓度为12％的纸浆进行第二二氧化氯漂白，持续时间120分钟，然后进行洗浆；
在85℃的温度下和10.0的PH值下，对浓度为12％的纸浆进行过氧化物步骤，持续时间90分钟，然后进行最终洗浆。
Sref2
在90℃的温度下和2.7的PH值下，对浓度为10％的纸浆进行二氧化氯漂白，持续时间150分钟，然后进行洗浆；
在85℃的温度下和11.3的PH值下，对浓度为12％的纸浆进行碱抽提步骤，其中存在0.2MPa的O2和过氧化物，持续时间60分钟，然后进行洗浆；
在75℃的温度下和3.7-3.9的PH值下，对浓度为12％的纸浆进行第二二氧化氯漂白，持续时间120分钟，然后进行洗浆。
Sinv1
在90℃的温度下和2.5的PH值下，对浓度为10％的纸浆进行二氧化氯漂白，持续时间150分钟，然后进行洗浆；
在80℃的温度下和10.5的PH值下，对浓度为12％的纸浆进行碱抽提步骤，持续时间10分钟，然后添加二氧化氯以在80℃的温度下和3.1-3.5的PH值下实施二氧化氯漂白，持续30分钟；
将过氧化物添加至纸浆以在85℃的温度下和9.5-10的PH值下实施过氧化物步骤，持续90分钟。
Sinv2
在90℃的温度下和2.7的PH值下，对浓度为10％的纸浆进行二氧化氯漂白，持续时间180分钟，然后进行洗浆；
在80℃的温度下和10.5的PH值下，对浓度为12％的纸浆进行碱抽提步骤，持续时间10分钟，然后添加二氧化氯以在80℃的温度下和3.1-3.5的PH值下实施二氧化氯漂白，持续30分钟，然后进行洗浆；
将过氧化物添加至浓度为12％的纸浆以在85℃的温度下和10.0的PH值下实施过氧化物步骤，持续90分钟。
结果表明，可以用本发明的工序Sinv1、以与参照工序Sref2几乎相同的化学成本获得90％ISO的亮度。然而，工序Sinv1给出了较低的漂白设备投资成本，因为它需要较少的洗浆步骤。此外，与Sref2相比，Sinv1还提供高0.5％ISO的反向亮度和低20％的COD产生。
根据本发明的另一工序Sinv2给出了较低的化学成本。此外，与Sref2相比，Sinv2还提供高0.5％ISO的反向亮度和低15％的COD产生。
与工序Sref2相比，SRef1具有最低的估计化学成本和稍高的反向亮度。COD产生也低于Sref2，但由于所需的洗浆次数，该四个步骤工序的投资成本显著高于根据本发明的工序Sinv1和Sinv2。
表1
实例2
采用由70％亮果桉和30％蓝桉的木混合物产生的硫酸盐纸浆来进行实验室试验。在氧脱木质素(在处理设备中)之后，纸浆的卡帕值为8.6，粘度为935ml/g，亮度为64％ISO。使用根据本发明的两个工序Sinv3和Sinv4以及一个参照工序SRef3来对纸浆进行漂白。
这些工序(Sinv3、Sinv4和SRef3)在下文中列出。亮度为91％ISO的结果示于表2中，而反向亮度为89％ISO的结果示于表3中。
SRef3
在90℃的温度下和3.2的PH值下，对浓度为10％的纸浆进行二氧化氯漂白，持续时间90分钟，然后进行洗浆；
在85℃的温度下和11.3的PH值下，对浓度为12％的纸浆进行碱抽提步骤，其中存在0.2MPa的O2和过氧化物，持续时间60分钟，然后进行洗浆；
在60-75℃的温度下和2.9-3.7的PH值下，对浓度为12％的纸浆进行第二二氧化氯漂白，持续时间120分钟，然后进行洗浆。
Sinv3
在90℃的温度下和3.3的PH值下，对浓度为10％的纸浆进行二氧化氯漂白，持续时间90分钟，然后进行洗浆；
在80℃的温度下和11.4的PH值下，对浓度为12％的纸浆进行碱抽提步骤，持续时间10分钟，然后添加二氧化氯以在80℃的温度下和3.0-3.9的PH值下实施二氧化氯漂白，持续30分钟，然后进行洗浆；
将过氧化物添加至浓度为12％的纸浆以在80℃的温度下和11.2-11.5的PH值下实施过氧化物步骤，持续60分钟。
Sinv4
在90℃的温度下和3.3的PH值下，对浓度为10％的纸浆进行二氧化氯漂白，持续时间90分钟，然后进行洗浆；
在80℃的温度下和11.4的PH值下，对浓度为12％的纸浆进行碱抽提步骤，持续时间10分钟，然后添加二氧化氯以在80℃的温度下和3.0-3.9的PH值下实施二氧化氯漂白，持续30分钟，然后进行洗浆；
在80℃的温度下，对浓度为12％的纸浆进行碱抽提步骤，持续时间10分钟，然后添加二氧化氯以在80℃的温度下和4.9-5的PH值下实施二氧化氯漂白，持续60分钟，然后进行洗浆。
表2
结果表明，通过采用工序Sinv4，与参照工序SRef3相比，可以低10％的化学成本和低30％的COD产生获得91％ISO的亮度。工序Sinv4和SRef3导致基本相同的反向亮度，并将导致几乎相同的漂白设备投资成本。
工序Sinv3具有较高的化学成本，但是其漂白设备投资成本将与参照工序的大致相同。然而，与参照工序SRef3相比，工序Sinv3导致高0.9％的反向亮度和低30％的COD产生。
在反向亮度为89％ISO时，与参照工序SRef3相比，工序Sinv3和Sinv4示出了分别低5％和12％的化学成本。
表3
Claims (9)
1.纸浆漂白方法，包括下列步骤：
(i)使经过氧脱木质素和洗涤的、浓度为8-20％的纸浆经受二氧化氯漂白步骤，所述二氧化氯漂白步骤在80-95℃、较佳地85-95℃的温度下和2-4的PH值下进行；
(ii)对纸浆进行洗涤；
(iii)使已洗涤的、浓度为8-20％的纸浆经受碱抽提步骤，所述碱抽提步骤在8-14的PH值下、较佳地在9-12的PH值下进行；以及
(iv)将二氧化氯添加至含碱纸浆并将PH值调节至2-4，从而获得第二二氧化氯漂白步骤，
其中，步骤(iv)是紧接在步骤(iii)之后进行的，而没有任何中间洗浆。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(i)是在2.5-3.5的PH值下进行的。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述碱抽提步骤(iii)是在75-85℃的温度下进行的。
4.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述第二二氧化氯漂白步骤(iv)是在75-90℃的温度下进行的。
5.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，纸浆紧接在所述第二二氧化氯漂白步骤(iv)之后、或在随后的中间洗浆之后经受过氧化物处理。
6.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，纸浆在所述第二二氧化氯漂白步骤(iv)之后被洗涤，随后经受PH值为8-14的第二碱抽提步骤和PH值为2-4的第三二氧化氯漂白步骤。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第二碱抽提步骤和所述第三二氧化氯漂白步骤的进行没有任何中间洗浆。
8.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述纸浆是硬木纸浆。
9.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述纸浆是桉树基纸浆。
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