CN104178777A - 制浆碱性废液的木素提取结合电解回收氢氧化钠的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制浆碱性废液的木素提取结合电解回收氢氧化钠的方法，包括以下步骤：（1）在酸化池中，采用添加硫酸的方法酸化制浆碱性废液，使pH值为1-3，并利用水或步骤（2）中过滤得到的酸性滤液稀释酸化池中的混合液，使木素析出；（2）采用过滤方法将木素提取分离，得到湿木素和酸性滤液；（3）酸性滤液被引入再生电解槽，通过电解，再生硫酸溶液和氢氧化钠溶液。该方法处理废液的同时，能生产木素并再生氢氧化钠和硫酸，可在系统内循环利用。本发明工艺步骤简单，节能降耗，特别适用于草浆黑液及碱性半化学机械浆废液的回收处理。

Description

制浆碱性废液的木素提取结合电解回收氢氧化钠的方法

技术领域

本发明属于制浆造纸技术领域，涉及制浆废液的处理方法，具体来说涉及一种制浆碱性废液的木素提取结合电解回收氢氧化钠的方法。

背景技术

碱法制浆过程产生大量的碱性废液，包括木材原料碱法蒸煮产生的木浆黑液，麦草、稻草和芦苇等草类原材料碱法蒸煮产生的草浆黑液，以及生产碱法半化学机械浆产生的废液。这些废液含有大量有机质，其中包括的有机质以碱木素为主，其COD(化学需氧量，定义：单位体积废水所含有物质完全被氧化，生成水和二氧化碳所需的氧元素的质量)总量达到16400-1426000mgl^-1，是一种潜在的水体污染源，任意排放将造成严重污染。同时，黑液中含有木素高分子物质，是一种天然的有机高分子原料，可以广泛应用在高分子合成材料。

燃烧法是当前制浆造纸行业普遍采用燃烧的办法处理黑液。黑液燃烧其工艺流程是：将稀黑液浓缩到固形物含量的60-75％后，再用喷枪将浓黑液喷入碱回收炉炉膛，经过三次吹风，使浓黑液燃烧，达到消除有机污染物的目的，同时回收黑液热能。燃烧法的还存在稀黑液浓缩量大，蒸发能耗大，无法回收利用黑液中的木素等不足。

由于麦草、稻草和芦苇等草浆黑液的粘性大，同时含有大量的硅酸钠，最高只能浓缩到(wt％)48％。采用燃烧的办法处理这一类黑液需要燃油辅助燃烧，成本较高。由于碱法半化学机械浆废液所含有的有机质和无机质的浓度都很低，蒸发浓缩的能耗大，成本高。

发明内容

本发明针对上述制浆碱性废液处理的缺陷，提供一种制浆碱性废液的木素提取结合电解回收氢氧化钠的方法，该方法变废为宝，生产木素的同时再生氢氧化钠和硫酸，并可在系统内循环利用。本发明工艺步骤简单，节能降耗，特别适用于制浆碱性废液的处理。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种制浆碱性废液的木素提取结合电解回收氢氧化钠的方法，包括以下步骤：

1.在酸化池中，采用添加硫酸的方法酸化制浆碱性废液，使pH值为1-3，并利用水或步骤2中过滤得到的酸性滤液稀释酸化池中的混合液，使木素析出；

2.采用过滤方法将木素提取分离，得到湿木素和酸性滤液；

3.酸性滤液被引入再生电解槽，通过电解，再生硫酸溶液和氢氧化钠溶液。

以上所述制浆碱性废液的木素提取结合电解回收氢氧化钠的方法，所述的再生硫酸溶液被加入酸化池中，循环利用于黑液酸化；所述再生的氢氧化钠溶液，循环用于制浆蒸煮的药剂。

以上所述制浆碱性废液的木素提取结合电解回收氢氧化钠的方法，所述的制浆碱性废液包括：木浆黑液、草浆黑液或碱法半化学机械浆产生的废液。所述的木浆黑液优选为木材原料碱法蒸煮产生的木浆黑液；所述的草浆黑液优选为麦草、稻草或芦苇等草类原材料碱法蒸煮产生的草浆黑液。

一种用于以上所述制浆碱性废液的木素提取结合电解回收氢氧化钠方法的再生电解槽，包括阳极室、阴极室和滤液室，阴离子交换膜和阳离子交换膜将内腔分为阳极室、阴极室和滤液室，阳极室内安装有阳极板，阴极室内安装有阴极板，外接直流电源。

再生电解槽的工作原理是：将处理制浆碱性废液得到的酸性滤液引入滤液室，水通过离子交换膜进入阳极室和阴极室。由于离子交换膜的选择性阻拦作用，硫酸根离子可以透过阴离子交换膜进入阳极室，与阳极室内的氢离子结合，生成硫酸溶液。而钠离子不能透过阴离子交换膜进入阳极室，相反，钠离子可以透过阳离子交换膜进入阴极室，与阴极室内的氢氧根离子结合，生成氢氧化钠溶液。

以上所述制浆碱性废液的木素提取结合电解回收氢氧化钠的方法，具体操作步骤如下：

1.制浆碱性废液被导入酸化池，加入适量的硫酸酸化到pH值1-3,并且用水或步骤2中过滤得到的酸性滤液稀释酸化池中的混合液，使木素沉淀析出；

2.经过真空过滤机分离，得到木素滤饼及酸性滤液，木素滤饼经过干燥，得到固体木素颗粒；

3.过滤得到的大部分酸性滤液经循环泵输送回酸化池，以稀释制浆碱性废液，利于木素沉降，输送回酸化池的酸性滤液的流量是进入酸化池的制浆碱性废液体积的5-10倍；

4.相当于进入酸化池的液体总体积的酸性滤液被导入再生电解槽，通电电解，在阴极室获得氢氧化钠溶液，在阳极室获得硫酸溶液；

5.电解得到的氢氧化钠溶液和硫酸溶液，分别贮存在氢氧化钠贮存塔和硫酸贮存塔。

以上所述制浆碱性废液的木素提取结合电解回收氢氧化钠的方法，主要的化学反应有：

1.碱木素酸化沉淀，化学反应方程式为：

0.5xH₂SO₄+Na_x-Lignin→0.5xNa₂SO₄+H_x-Lignin↓

2.阳极室内的化学反应

水电离的化学反应方程式为：

4H₂O→4H⁺+4OH^-

电解阳极反应的化学反应方程式为：

4OH^-–4e→2H₂O+O₂↑

阴阳离子结合反应的化学反应方程式为：

4H⁺+2SO₄ ^2-→2H₂SO₄

3.阴极室内的化学反应

水电离的化学反应方程式为：

4H₂O→4H⁺+4OH^-

电解阴极反应的化学反应方程式为：

4H⁺+4e→2H₂↑

阴阳离子结合反应的化学反应方程式为：

4Na⁺+4OH^-→4NaOH

4.电解槽内的总体化学反应的化学反应方程式为：

Na₂SO₄+4H₂O→2NaOH+H₂SO₄+2H₂↑+O₂↑

本发明具有以下有益效果：

1.以制浆碱性废液为原料，生产木素的同时再生氢氧化钠和硫酸；

2.再生的氢氧化钠和硫酸可在系统内循环利用；

3.本发明避免了稀黑液浓缩工序，从而减少蒸发能耗，使整个制浆厂的总能耗下降约20％；

4.避免高温焚烧所需要的燃油消耗；避免苛化所需要的生石灰消耗；

5.本发明特别适用于草浆黑液及碱法半化学机械浆废液的回收处理。

附图说明

图1是本发明工艺流程图。

图中设备名称及序号：

1.酸化池；2.真空过滤机；3.循环泵；4.酸性滤液贮存池；5.再生电解槽；6.阳极室；7.阳极板；8.阴离子交换膜；9.阴极板；10.阴极室；11.阳离子交换膜；12.滤液室；13.硫酸贮存塔；14.氢氧化钠贮存塔。

其中再生电解槽5包括：阳极室6、阴极室10和滤液室12，阴离子交换膜8和阳离子交换膜11将内腔分为阳极室6、阴极室10和滤液室12，阳极室6内安装有阳极板7，阴极室10内安装有阴极板9，外接直流电源。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做详细说明。

实施例1

一种制浆碱性废液的木素提取结合电解回收氢氧化钠的方法，具体操作步骤如下：

1.碱性草浆黑液的木素提取：由稻草材料的碱法蒸煮产生，经过黑液提取分离得到碱性草浆稀黑液，该碱性草浆稀黑液被导入酸化池1，加入适量的硫酸酸化到pH1,并且用10倍量酸性滤液稀释酸化池1中的混合液，使木素沉淀析出；经过真空过滤机2分离，得到木素滤饼及酸性滤液；木素滤饼经过干燥，得到固体木素颗粒；酸性滤液导入酸性滤液贮存池4；

2.滤液循环冲稀：过滤得到的大部分酸性滤液经循环泵3输送回酸化池1，以稀释稀黑液，利于木素沉降，其流量是稀黑液流量的10倍；

3.滤液的电解再生：相当于进入酸化池1的液体总体积的酸性滤液被导入再生电解槽5，通电电解，在阴极室10获得氢氧化钠溶液和在阳极室6获得硫酸溶液；电解得到的氢氧化钠溶液和硫酸溶液，分别贮存在氢氧化钠贮存塔14和硫酸贮存塔13，所得的硫酸溶液被加入酸化池中，循环利用于黑液酸化，所得的氢氧化钠溶液，循环用于制浆蒸煮的药剂。。

实施例2

一种制浆碱性废液的木素提取结合电解回收氢氧化钠的方法，具体操作步骤如下：

1.碱性木浆黑液的木素提取：由木片碱法蒸煮产生，经过黑液提取分离得到木浆稀黑液，该木浆稀黑液被导入酸化池1，加入适量的硫酸酸化到pH1,并且用7倍量酸性滤液稀释酸化池1中的混合液，使木素沉淀析出；经过真空过滤机2分离，得到木素滤饼及酸性滤液；木素滤饼经过干燥，得到固体木素颗粒；酸性滤液导入酸性滤液贮存池4；

2.滤液循环冲稀：过滤得到的大部分酸性滤液经循环泵3输送回酸化池1，以稀释稀黑液，利于木素沉降，其流量是稀黑液流量的10倍；

3.滤液的电解再生：相当于进入酸化池1的液体总体积的酸性滤液被导入再生电解槽5，通电电解，在阴极室10获得氢氧化钠溶液和在阳极室6获得硫酸溶液；电解得到的氢氧化钠溶液和硫酸溶液，分别贮存在氢氧化钠贮存塔14和硫酸贮存塔13。

实施例3

一种制浆碱性废液的木素提取结合电解回收氢氧化钠的方法，具体操作步骤如下：

1.碱法半化学机械浆废液的木素提取：采用氢氧化钠浸泡木片，经过磨浆得到混合浆料，再经过提取分离得到纸浆及制浆碱性废液，该制浆碱性废液被导入酸化池1，加入适量的硫酸酸化到pH2,并且用5倍量酸性滤液稀释酸化池1中的混合液，使木素沉淀析出；经过真空过滤机2分离，得到木素滤饼及酸性滤液；木素滤饼经过干燥，得到固体木素颗粒；酸性滤液导入酸性滤液贮存池4；

2.滤液循环冲稀：过滤得到的大部分酸性滤液经循环泵3输送回酸化池1，以稀释稀黑液，利于木素沉降，其流量是稀黑液流量的5倍；

3.滤液的电解再生：相当于进入酸化池1的液体总体积的酸性滤液被导入再生电解槽5，通电电解，在阴极室10获得氢氧化钠溶液和在阳极室6获得硫酸溶液；电解得到的氢氧化钠溶液和硫酸溶液，分别贮存在氢氧化钠贮存塔14和硫酸贮存塔13，所得的硫酸溶液被加入酸化池中，循环利用于黑液酸化，所得的氢氧化钠溶液，循环用于制浆蒸煮的药剂。

实施例4

一种制浆碱性废液的木素提取结合电解回收氢氧化钠的方法，具体操作步骤如下：

1.碱性草浆黑液的木素提取：由麦草材料的碱法蒸煮产生，经过黑液提取分离得到碱性草浆稀黑液，该碱性草浆稀黑液被导入酸化池1，加入适量的硫酸酸化到pH2,并且用8倍量的水稀释酸化池1中的混合液，使木素沉淀析出；经过真空过滤机2分离，得到木素滤饼及酸性滤液；木素滤饼经过干燥，得到固体木素颗粒；酸性滤液导入酸性滤液贮存池4；

2.滤液循环冲稀：在酸化池1中加入水，以稀释稀黑液，利于木素沉降，其流量是稀黑液流量的8倍；

3.滤液的电解再生：相当于进入酸化池1的液体总体积的酸性滤液被导入再生电解槽5，通电电解，在阴极室10获得氢氧化钠溶液和在阳极室6获得硫酸溶液；电解得到的氢氧化钠溶液和硫酸溶液，分别贮存在氢氧化钠贮存塔14和硫酸贮存塔13。

Claims (5)

1.一种制浆碱性废液的木素提取结合电解回收氢氧化钠的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）在酸化池中，采用添加硫酸的方法酸化制浆碱性废液，使pH值为1-3，并利用水或步骤（2）中过滤得到的酸性滤液稀释酸化池中的混合液，使木素析出；

（2）采用过滤方法将木素提取分离，得到湿木素和酸性滤液；

（3）酸性滤液被引入再生电解槽，通过电解，再生硫酸溶液和氢氧化钠溶液。

2.根据权利要求1所述制浆碱性废液的木素提取结合电解回收氢氧化钠的方法，其特征在于：所述的再生硫酸溶液被加入酸化池中，循环利用于黑液酸化；所述再生的氢氧化钠溶液，循环用于制浆蒸煮的药剂。

3.根据权利要求1或2所述制浆碱性废液的木素提取结合电解回收氢氧化钠的方法，其特征在于，所述制浆碱性废液包括：木浆黑液、草浆黑液或碱法半化学机械浆产生的废液。

4.根据权利要求3所述制浆碱性废液的木素提取结合电解回收氢氧化钠的方法，其特征在于：所述木浆黑液为木材原料碱法蒸煮产生的木浆黑液；所述草浆黑液为麦草、稻草或芦苇草类原材料碱法蒸煮产生的草浆黑液。

5.一种用于权利要求1-4所述制浆碱性废液的木素提取结合电解回收氢氧化钠方法的再生电解槽，其特征在于，包括阳极室6、阴极室10和滤液室12，阴离子交换膜8和阳离子交换膜11将内腔分为阳极室6、阴极室10和滤液室12，阳极室6内安装有阳极板7，阴极室10内安装有阴极板9，外接直流电源。