CN1066308A

CN1066308A - 用于高浓度氧脱木素作用的纸浆加碱法

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Publication number: CN1066308A
Application number: CN91103486A
Authority: CN
Inventors: 布鲁斯·F·格里格斯
Original assignee: UNION CAMP PANTENT HOLDINGS Inc
Current assignee: UNION CAMP PANTENT HOLDINGS Inc; Union Camp Patent Holding Inc
Priority date: 1991-04-18
Filing date: 1991-04-30
Publication date: 1992-11-18
Also published as: EP0539381A1; CA2069447C; EP0539381A4; AU7875491A; CA2069447A1; AU647485B2; JPH06501290A; WO1992018689A1; SE9203801D0; SE9203801L

Abstract

将低浓度状态的未漂浆与碱性水溶液相混合，使初始量的碱性材料基本均匀地分布在整个浆中。然后将浆的浓度增加到高于18％左右，然后用氧处理高浓度含碱浆以实施脱木素作用。施加到浆中的碱性材料总量为绝干浆的0.8—7％重量。随之形成高强度、低木素浆。该浆可以使用减少量的化学药剂进一步漂白到高亮度。

Description

本发明涉及一种处理木浆的方法，更具体地说，本发明涉及一种在不损害强度的前提下生产高脱木素浆的未漂浆的氧脱木素法。

木材的主要部分为纤维素、半纤维素和非晶形、非纤维状的木素，木素起将纤维部分固定在一起的作用。半纤维素和纤维素有时被合称为全纤维素。在处理木材以生产纸浆期间，通过去除木材中的绝大部分木素而将木材转化成纤维状物质。因此，生产纸和纸制品的方法一般包括制浆阶段，在该阶段中，通常为木片形式的木材被分解成为纤维状物质。现有技术中已知的几种不同的制浆方法通常被划分为机械制浆、化学制浆或半化学制浆。

化学制浆法包括许多种方法，例如亚硫酸盐法、亚硫酸氢盐法、碱法和硫酸盐法。硫酸盐法为化学制浆的主要形式。

化学制浆作业一般包括将木片装入到蒸煮器中，在蒸煮器中木材在化学药液中被蒸煮。在硫酸盐法中，蒸煮液包括氢氧化钠和硫化钠的混合液。在所要求的蒸煮期后，从蒸煮液中分离出软化了的和脱木素的木片而生产出纤维状物质的纸浆。这种由化学制浆法生产的浆被称为“未漂浆”。未漂浆一般经洗涤以除掉蒸煮液，然后被加工用于生产未漂级的纸制品，或者经漂白用于生产高亮度的纸制品。

由于木素上的发色团是引起纸浆色泽的主要原因，因此大多数的漂白未漂浆方法要求进一步脱除未漂浆中的木素。举例说，未漂浆可在酸性介质中与元素氯反应或者在碱性溶液中与次氯酸盐反应，来实现这种进一步的脱木素作用。在上述步骤后一般接着与二氧化氯反应以生产出全漂产品。氧脱木素法是近年来以越来越高的速率被用于漂白纸浆的方法，因为它使用廉价的漂白化学药剂并产生可在回收锅炉中燃烧的副产品而减少环境污染。氧脱木素后常常紧接着是使用氯或二氧化氯的漂白阶段，由于在氧阶段已实现漂白，因此在漂白阶段只需使用少量的漂白化学药剂，产生较少的环境污染物质。

在某些漂白方法中，纸浆在被漂白的同时仍保持低至中等的浓度。纸浆的浓度是纸浆中固体纤维料百分比的量度。具有低于约10%重量浓度的纸浆被认为是处于低到中等浓度的纸浆。要求在低到中等浓度进行漂白的方法被介绍在以下的各专利和出版物中：美国专利4198266号（Kirk等人）;美国专利4431480号（Markham等人）;美国专利4220498号（Prough），以及Kirk等人的题目为“在管道式反应器中的低浓度氧脱木素/中试研究”（Low-consistency Oxygen Delignification in a Pipeline Reactor-A Pilot Study，TAPPI 1978.5）。上述每篇文献介绍低到中等浓度范围纸浆进行氧脱木素处理。

美国专利4806203号（Elton）公开一种碱抽提法，特别适用于氯化的纸浆，其中按时排除碱性溶液对防止溶解木素再沉积于纸浆上是必不可少的。如果通过此段的时间太短或太长的话，此法的好处几乎就没有。

可在加压反应器中以疏解的高浓度浆的形式对木浆进行氧脱木素作用。在氧脱木素步骤中，浆的浓度一般保持在约20%～30%重量之间。压力约为80～100磅/吋²（表压）的氧气被送入到反应器并与高浓度浆反应。参见G.A.Smook的Handbook for Pulp and Paper Technologists，11.4节（1982）。在上述的氧脱木素作业中，蒸煮后的浆被洗涤和脱水以形成高浓度的浆垫。然后通过对浆垫表面喷洒溶液而使浆垫表面被碱性溶液膜或层所覆盖。被喷洒到垫上的碱性溶液量约占绝干浆重量的0.8～7%。

先前使用的高浓度氧脱木素法具有若干缺点。特别是，现已发现尽管这种浆垫一般具有多孔性，但是喷洒到高浓度浆垫上的溶液并不是均匀地分布在整个纤维垫中的。由于这种不均匀分布的结果，使高浓度浆垫的某些区域通常是表层受到过量碱性溶液的作用。据认为这种过度作用引起全纤维的非选择性降解，形成至少是局部较软的纸浆。反之，高浓度浆垫的其他部分，（一般为内部）可能未受到碱性溶液的充分作用而没有达到希望的脱木素程度。因此，使总的质量下降。

本发明提供一种在高浓度氧脱木素过程中达到增强桨料的脱木素选择性的新方法，其中的氧脱木素浆与通过现有技术方法所得的氧脱木素浆相比，具有更高的强度和更低的木素含量。

根据本发明，未漂浆被洗涤到初始浓度。然后将浆料的初始浓度减到低于约10%重量，最好低于约5%重量，形成低浓度浆。通过使低浓度浆以某种形式与碱性水溶液形成的一定量的碱性材料相混合，而将碱性材料添加到低浓度浆中，使希望量的碱性材料在整个的浆料中达到基本上的均匀分布。这种碱性材料的均匀分布与只将碱性材料施加到高浓度浆或与仅以非常少量地将碱性材料施加到低浓度浆中的各种方法相比，足以有助提在高浓度氧脱木素作用中增强脱木素的选择性。

在完成将碱性材料施到浆料中之后，将浆料的浓度增加到至少约为18%而形成高浓度浆。增加浆浓度步骤包括对低浓度浆进行压榨或其他形式处理，在一定程度上去掉含碱性材料的压出液，同时保持分布在整个浆料中希望量的碱性材料。

预定量的这种压出液可以保存在储存罐中，以便将压出液连续地返回或直接地再循环到碱性材料混合步骤，不管增浓步骤是间歇的或非连续操作。全部或至少是大部分（即大于50%而且最好约为75～95%）的这种压出液被直接返回到低浓度混合步骤。其余部分的压出液可被直接送到洗浆机或送到车间的回收系统，以维持混合槽中的水平衡。

被保留在高浓度浆中的碱性材料量至少约为绝干（“OD”）浆重量的0.8～7%，具体说，对南方软木约为1.5～4%重量，对硬木约为1～3.8%重量。然后对浆料进行氧脱木素作用并达到增强的脱木素作用。

本发明也促进在碱性材料处理的浆的高浓度氧脱木素步骤之后的浆料漂白过程。这些浆料漂白过程使用较少的化学药剂，而生产出的漂白纸制品具有比由传统的高浓度浆氧脱木素法所制得的漂白纸制品优越的强度。换句话说，本方法能达到更好的脱木素选择性，此点可以在氧脱木素与传统处理的浆料进行比较后，发现在相同的木素含量（即K值或卡伯值）时具有较高的强度（即较高的粘度）而加以证实。还有，本发明的方法还能在使用相同量的漂白药剂时，制得与常规处理的纸浆相比显示出更高亮度的纸浆。

图1为本发明的示意图。

图2为显示纸浆粘度和K值之间关系的曲线图，供本发明的碱性材料处理并用氧脱木素的软木浆与现有技术中典型的软木浆进行比较用。

本发明提供由硫酸盐粗浆或通过其他化学制浆法所得的粗浆生产的高质量、高强度、脱木素的木浆。优选的原料浆是在蒸煮液中通过木片或其他纤维材料的蒸煮，例如通过硫酸盐法或硫酸盐蒽醌法所得到的未漂粗浆。

参照图1，木片1和含氢氧化钠和硫化钠的白液2被导入到蒸煮器3中。应将足够量的白液注入到蒸煮器以基本上淹没木片。然后加热蒸煮器的内装物，加热的温度和时间应足以使白液基本上浸透木片并基本上完成蒸煮反应。

这种木片蒸煮步骤就是常规的硫酸盐蒸煮或硫酸盐法，而由此法所制得的纸浆通称为硫酸盐浆或硫酸盐未漂浆。根据木化纤维素原料的不同，用传统的硫酸盐法所得到的脱木素产物可以通过使用扩展的脱木素工艺或硫酸盐蒽醌法而增加。然而优选在蒸煮阶段获得纸浆最大程度的K值减少而不损害纸浆的强度的粘度特性的这些工艺方法。

当使用硫酸盐-蒽醌法时，蒸煮液中的蒽醌量应至少为制浆木材绝干重量的约0.01%，而一般的优选量为0.02%到0.1%左右。在硫酸盐制浆法中包含蒽醌将大大地有利于脱除木素而不会对剩余纤维之希望的强度特性造成不良的影响。还有，使用蒽醌的额外开支通过浆料的氧脱木素步骤之后的漂白步骤中所用化学药剂成本的节省而被部份地抵消掉。

相对于硫酸盐-蒽醌法来说，可供选择的或辅助的方法是使用扩展的脱木素工艺，例如Kamyr MCC，Beloit RDH和Sunds Super Batch法。这些工艺方法也提供了在蒸煮期间除去更多的木素而不损害余留纤维素希望的强度特性。

蒸煮器3产生含木素增溶物与未漂浆4反应产物的黑液。蒸煮步骤之后一般为洗浆步骤以除去大部分溶解的有机物和供再循环或回收之用的蒸煮化学药剂，以及筛选步骤（未画出），在筛选步骤中使浆通过筛选装置以除去在制浆步骤中未被分离的纤维束。然后未漂浆被送入到喷放锅5。

喷放锅5中的未漂浆6被送到洗浆机7，洗浆机将浆洗涤到最初浓度。然后洗后浆8被引入到混合槽9中，在混合槽中洗后浆与足量的清水10和再循环的碱性材料14A均匀地混合，混合时间应足以使希望量的碱性材料均匀地分布在整个浆料中。在混合处理期间，未漂浆的浓度被降低并保持在低于约10%重量，而优选的为低于约5%重量。浆的浓度通常高于约0.5%，因为更低的浓度对于以这种方式的处理是不经济的。最优选的浓度范围为0.5～4.5%。

在此步骤中技术熟练人员能选择合适的碱性溶液量（即浓度和流率）和浆处理时间，以达到希望量的碱性材料分布在整个浆料中。特别是与低浓度浆相混合的氢氧化钠水溶液之量应保证在增浓步骤之后至少在浆中含有占绝干浆重量的约0.8%～约7%的氢氧化钠。特别有用的氢氧化钠源是氧化白液。

技术熟练人员清楚地认识和知道用于的或与低浓度浆相混合的碱性材料的“量”与施加到或保持在浆料中的碱性材料的“量”之间的差别。为了在增浓步骤之后在浆中保持希望量的碱性材料，在混合槽9中必须使非常大量的碱性材料与低浓度浆相混合。因此在混合槽中所利用的（即存在的）碱性材料之量总是大于浆料增浓后实际上施加到浆（即，保持在浆中或浆上）的碱性材料的量。还有，在混合槽9中将全部碱性材料添加到浆中，得到在整个浆中碱性材料均匀分散的纸浆;在增浓步骤之后施加到浆中的碱性材料之量达到浆高浓度氧脱木素步骤之所需量。实际上保持在高浓度浆中的碱性材料之量对南方软木来说约为1.5-4%，对硬木约为1～3.8%。

低浓度混合步骤包括将未漂浆与碱性水溶液均匀混合至少约1分钟，最好不超过约15分钟。当碱性水溶液基本上被均匀地分散在整个低浓度浆中时混合步骤即告完成。处理时间少于1分钟的话一般认为是不够的：不能达到均匀的分散。一般在混合约10-15分钟之后达到基本上均匀的分散。虽然连续混合更长时间对本法没有害处，但是更长的混合时间也不能从碱性材料在整个浆中的分散上得到进一步的好处，而且为了提供更长的停留时间必须增加设备容量。这种大容量的设备会增加本法的设备投资费用。

本发明的混合步骤可以在广范围的温度条件下进行，温度范围从室温到150°F均是合适的，优选的温度范围为约90°F到约150°F。标准大气压或高压也可应用。

在本发明的混合步骤中所用的碱性水溶液之量可以根据脱木素反应的具体工艺参数而有很大变化;这种碱性水溶液量的变化也属于本发明的范畴。技术熟练人员懂得，就本发明而言，碱性水溶液的有效量主要取决于随后的氧漂白步骤所希望的脱木素程度和所用具体溶液的浓度。本发明优选的碱性水溶液包含浓度为约20-约120克/升的NaOH溶液，将此溶液与低浓度浆相混合，以便使总混合物所具有的碱性材料浓度在6.5-13.5克/升之间，优选量约为9克/升。因此，就3-5%浓度的浆在120-150°F温度下用上述浓度碱性材料处理5-15分钟而言，在整个浆中可以达到碱性材料的均匀分布。根据本发明的优选实施方案，被添加到低浓度浆中的NaOH水溶液其量应足以提供按绝干浆重量为基准计为约15%-约30%的NaOH。

碱性材料处理后的浆11被送到增浓装置12，增浓装置中如通过压榨使浆料浓度增到至少约为18%重量，优选的约为25-35%。就上述优选实施方案而言，浓度被增加至29%;然后高浓度浆17被送到氧脱木素的反应器20。

浆增浓步骤还除去含碱性材料的残留液或压出液13。为了节省化学药剂，将此压出液再循环。当进入混合槽9的浆料8浓度与增浓装置12中的高浓度浆17之浓度处于相同等级（即，大致相等或略高些）时，混合步骤中所使用的碱性材料量被减至最小，因为全部的压出液被有利地再循环到混合槽9中，如图1中14A所示，被保留在低浓度浆碱性步骤中。为了取代被施加到浆中的那部分碱性材料必须向混合槽9添加额外的碱性材料10。

可随意设置贮存罐16以接收压出液13。贮存罐16有助于本法的平稳、连续操作，因为它能贮存大量的压出液13，以致使含碱性材料的压出液连续地流向混合槽9，不管增浓装置12中所产生的压出液13是间断的或不连续的。因此，贮存罐16为碱性材料提供贮罐，使碱性材料能连续地流向混合槽9供低浓度浆的碱性处理步骤用。举例来说，为了具有足够的体积以处理每日为1000吨风干植物的碱处理过程中所产生的压出液，贮存罐的大小约为6000立方英尺。

如以上指出，未漂浆6是在洗浆机7中洗涤的。虽然利用任何适合工厂水源的常规洗浆机均可用来洗涤未漂浆6，但是最有利的洗涤水源是来自本法其他步骤中的再循环水。因此，所说的洗涤机7装有接受来自独立的下游洗涤水源的分流喷淋器。

氧段洗浆机23的滤液26的一部分27通过再循环到洗涤机7而被有利地用来减少本法所用的水量。此部分滤液27最好通过洗浆机7中的第一喷淋器。第二喷淋器将压出液14的一部分14B引入到浆中。14B和27被用来洗涤浆6，并且随着浆被洗涤而将碱性材料循环到浆中。部分滤液14B中的绝大部分碱性材料与浆相结合并进入到混合槽9。洗浆机废水15被排放到车间回收系统以保持混合槽中的水平衡。

最好将压出液直接再循环到混合槽9用于低浓度碱处理步骤，而不再循环到洗浆机7的第二喷淋器。这样做能避免碱性材料相对于回收系统的可能出现的损失。因为如果压出液14被引入到洗浆机7会由于“穿透”到洗浆机废水中而可能出现这种损失。

当进入洗浆机7的未漂浆6的浓度与增浓装置12中排出浆的浓度处于同一等级时，如图1所示，进行本法而不从增浓装置12中排出压出液是可能的。这样实现了一个封闭系统，借此将全部滤液直接再循环到混合槽9。由于被保持在增浓浆中而“损失”的碱性材料量可以方便地通过向混合槽9或储存罐16添加额外的碱性材料10而被替代。按照此方案，在本法中所利用的碱性材料量被减至最少，因为没有碱性材料被有意或无意地排放到工厂的回收系统而造成损失。

当进入洗浆机7的未漂浆6的浓度低于增浓装置12中排出浆料17的浓度时，在混合槽9中由于压出液14A的再循环而逐渐出现液体的积聚。为了纠正这种情况，部分压出液14C必须排到车间回收系统以保持混合槽9中的水平衡。一般说来，多于50%，最好约为75-95%的压出液14A被直接再循环到混合槽9，而余下部分的压出液在14C被排放到车间回收系统。另一种方法是，可将余下部分的压出液通过14B送到洗浆机7的分流喷淋器。

压出液流14可以分流，以致使14A部分被连续地送至混合槽9，而14B部分通过分流喷淋器而被连续地送入到洗浆机7。就此方案而言，而且，14A部分的压出液至少占总压出流14的50%、最好约占75-95%，而14B部分的压出流构成平衡量。然后将洗浆机7的洗涤滤液15排放到车间回收系统以保持混合槽9中的水平衡。还有，氧段洗浆机23的滤液26的第二部分28也被排放到车间回收系统。

然后含碱性材料浆17被送到氧脱木素反应器20，在反应器20中浆17通过任何一种公知方法与气相氧21相接触。根据本发明氧脱木素的合适条件包含将约80-约100磅/吋²（表压）的氧气引到高浓度浆，而浆温度被保持在约90-130℃之间。高浓度浆与氧气的平均接触时间为约15-60分钟。

在反应器20中进行氧脱木素作用之后，脱木素浆22被送到洗涤装置23，在此处脱木素浆用水24洗涤而除去任何溶解的有机物，并生产出高质、浅色的浆25。由此，可将浆25送到后续的漂白段以生产全漂产品。

在氧脱木素浆25的后续漂白期间，可以得到本发明的各种额外好处。这样的漂白可用多种漂白剂中的任何一种来进行，包括用臭氧、过氧化物、氯、二氧化氯、次氯酸盐等等。当常规的氯/二氧化氯漂白法被用来提高上述碱性材料处理浆的白度时，与漂白现有技术所提供的氧脱木素漂白浆相比，总的活性氯用量大大地减少。与在低浆浓度时未经碱性材料处理的同样原料浆相比，根据本发明所使用的含氯化学药剂的总量被减少约15-30%重量。同样，当在氯/二氧化氯处理浆随后进行碱抽提段时，与在低浓度时未与碱性材料均匀混合的浆漂白方法相比，在此段中所需的碱性材料量也大大地减少。就如此处所公开的，在低浓度时用碱性材料处理过的浆而言，在碱性抽提步骤中所使用的碱性材料量将被减少约25-40%重量。

除了由于这种处理所需化学药剂量减少而带来的费用方面好处外，本发明的方法还能减少由于使用氯所引起的环境污染物，因为氯的用量减少了。而且，由于在本法的这一部分中化学药剂的使用量较低，因此来自车间的需要处理的废水中污染物的数量相应地减少，废水处理设备和有关费用也用样地被节省。

为了说明本发明方法的好处和优越特性，使用图1中描述的处理程序进行若干次试验。

此处所使用的术语，脱木素作用选择性是相对于残留在纸浆中一定程度的木素，纤维素降解之量度;并是该方法生产具有低木素含量高强度纸浆能力的标志。特定纸浆氧脱木素作用的脱木素选择性之差可以通过，例如比较纸浆的粘度/K值或卡伯值比来显示。就本发明而言，纸浆的木素含量可以通过K值或卡伯值比来量度。技术熟练人员能清楚地认识到这些值之间的差别，并且，如果需要的话，可以将一种值转化成另一种值。除非另有说明，本发明中报导的是40mlK值。

漂白浆的粘度代表漂白浆中纤维素的聚合度，因此能表示纸浆的特性。另一方面，K值表示纸浆中残余木素的量。因此，具有高选择性的氧脱木素反应产生高强度（即高粘度）和低木素含量（即低K值）的漂白浆。

实施例1（现有技术的高浓度浆碱处理）

将具有K值约为24（卡伯值为30.9）的未经碱溶液处理的南方松木硫酸盐未漂浆压榨到浓度约为30-36%重量以形成高浓度的未漂浆垫。用10%浓度的NaOH溶液喷淋未漂浆垫，溶液量应足以形成占浆料干重2.5%的NaOH。添加其量足以将未漂浆垫的浓度调整到约27%的稀释水。然后对高浓度未漂浆进行氧脱木素处理，其条件如下：110℃，30分钟，80磅/吋²（表压）O₂。对此方法所产生的氧脱木素浆进行测试，发现其K值为13（卡伯值为15.2）和CED粘度约为14.8厘泊。该氧脱木素浆再进一步以已知的工艺进行漂白。氧脱木素浆和全漂白的浆的强度和物理性质分别示于表1和表2中。

表1

比较由实施例1和实施例2所产生的纸浆的氧段脱木素之结果

实施例1 实施例2

K值 13 9

粘度（厘泊） 14.8 14.0

粘度/K值比 1.14 1.55

表2

比较由实施例1和实施例2所产生的纸浆全漂后的强度特性

实施例1 实施例2

最终的G.E

亮度% 83 83

C.S游离度断裂长撕裂因子断裂长撕裂因子

毫升千米分米²千米分米²

658 6.42 55.7 7.00 55.5

516 8.25 73.6 8.35 67.4

337 8.80 74.1 9.07 71.8

氧脱木素浆的漂白按三段进行，各段分别为氯段、碱抽提段和二氧化氯段。得到的最终漂白浆为83G.E.亮度，所使用的漂白和抽提条件见表3，化学药剂装入量（基于绝干浆的百分比）列于表4。此外，在各漂白段中间浆料经彻底洗涤。

表3

在实施例1和实施例2的氯段、抽提段和二氧化氯段中的漂白条件

氯段

时间，分 15

温度，℃ 50

浓度，% 3

抽提段

时间，分 60

温度，℃ 70

浓度，% 12

二氧化氯段

时间，分 120

温度，℃ 60

浓度，% 12

表4

在氯段、抽提段和二氧化氯段中漂白化学药剂的使用率

实施例1 实施例2

氯段

氯，对纤维的% 3.6 2.4

二氧化氯，% 0.6 0.4

抽提段

氢氧化纳，% 1.5 1.5

二氧化氯段

二氧化氯，% 0.28 0.23

实施例2-5（低浓度浆的碱处理）

实施例2-5说明仅在低浓度时使用碱性材料处理的浆料在高浓度氧脱木素期间获得的脱木素程度和脱木素选择性方面的好处。

实施例2

将实施例1中所用的同样的松木硫酸盐未漂浆送入到混合槽（如图1中之9）。加入足量的稀释水得到在混合槽中浓度约为3%重量的未漂浆。加入足够体积的10%NaOH溶液实现NaOH的添加量为绝干浆重量的30%。在室温下将未漂浆与NaOH水溶液均匀混合15分钟，使碱性材料与未漂浆相混合。然后将所得的含碱性材料的未漂浆压榨到浓度约为27%重量。压榨后，纤维上的NaOH量约等于2.5%，如实施例1。然后按照实施例1中所述的氧脱木素方法对碱性材料处理过的未漂浆进行漂白。然后洗涤氧脱木素浆以除去有机物。所得的氧段浆具有的K值为9（卡伯值为10.8）和CED粘度为14.0。通过已知工艺在实施例1所示的条件下对氧漂白浆进行进一步漂白。本实施例的氧脱木素浆和全漂浆的性质也分别被列于表1和2中。

从实施例1和2的比较可见，由实施例2方法所产生的氧脱木素浆比较实施例1的现有技术方法（该方法是将全部碱性材料施加到高浓度浆中，所产生的氧脱木素浆在大致相同的粘度时具有更高的脱木素作用（较低的K值）。而且使用根据实施例2的低浓度碱处理浆提供了增强的脱木素作用而在强度特性方面无重大改变。因此，增加脱木素选择性被实现。

由于实施例2产生较低K值浆，因此后续的漂白步骤可调整以适应高浓度脱木素浆。因此，这种浆与未经低浓度碱处理的浆相比，其漂白段所需的漂白化学药剂较少（如表4所示）或漂白时间较短。

实施例3

将以与实施例2相同方法由软木（松木）生产的浆与如实施例1的常规方法（即，未经低浓度碱处理步骤）生产的浆进行比较。现已发现，供浆料随后的氧脱木素作用而仅被添加到高浓度浆中的平均NaOH用量为45磅/吨绝干浆或2.3%。在此用量下，通过氧脱木素反应器的K值平均下降10个单位。就在高浓度氧脱木素作用前仅将相同量的NaOH施加到低浓度浆的方法而言，发现在脱木素期间平均的K值下降为13个单位：比现有技术增加30%。

常规浆的平均K值和粘度分别为12.1和14.4厘泊。就低浓碱性材料处理来说，在基本上相同的粘度（14.0厘泊）时，平均K值为8.3，脱木素选择性增值约为41%（1.69对1.19），如表5中所示。

将漂白车间对根据上述低浓度碱处理法生产的浆之响应值与对常规生产的浆之响应值进行比较，并在以下的表5中显示。

表5

浆性能与漂白化学药剂对照（松木）

常规的低浓度处理过的

蒸煮器

K值 21.9 20.5

粘度（厘泊） 21.5 20.5

粘度/K值之比 0.98 1.0

O₂脱木素段

K值 12.1 8.3

粘度（厘泊） 14.4 14.0

粘度/K值之比 1.19 1.69

碱，磅/吨 39.4 46.0

脱木素（%） 44.7 59.5

漂白车间

氯/二氧化氯段

cl₂，磅/吨 51.2 34.4

clo₂，磅/吨 7.0 4.6

总的活性氯，磅/吨 69.4 46.4

抽提段

NaOH，磅/吨 35.2 23.8

二氧化氯漂白段

clo₂，磅/吨 10.6 9.0

粘度（厘泊） 12.6 11.9

尘埃 5.6 2.5

表5说明，在下一段的漂白中总的活性氯用量被减少约1/3（即，69.4磅/吨对46.4磅/吨）。此外，抽提段的氢氧化钠需用量也被减少约1/3（24磅/吨对35磅/吨）。在最后的漂白段中二氧化氯减少约1/6（9磅/吨对10.6磅/吨）。

实施例4

就硬木浆进行类似实施例3的对比试验。又一次发现，在氧脱木素反应中，使用仅将碱性材料施加到低浓度浆的处理方法与常规方法相比，K值有很大的下降。硬木氧脱木素作用的NaOH用量为27磅/吨，或1.4%。就常规方法而言，在脱木素步骤期间K值下降约5个单位。就按照上述低浓度法使用相同量的NaOH而言，平均的K值下降约为7.3个单位，增高了近50%。

硬木的平均K值和粘度分别为7.6和16厘泊。就上述的低浓度处理来说，所得的K值为6和粘度为17.7厘泊。还发现，与现有技术相同粘度的碱性材料处理浆（16厘泊）之K值为5.8。如表6所示，脱木素选择性增量约达40%（2.95比2.10）。

脱木素作用选择性也可用未漂浆与脱木素浆之间的粘度变量与K值变量之比来表示。在对仅在低浓度时用碱性材料处理的浆与现有技术的浆对比时，相对于脱木素的增量，在脱木素作用选择性方面出现更大的增量。就K值变量为4个单位而言，常规法浆的粘度平均变量为4厘泊。相反，就同样粘度变量的低浓度碱处理浆而言，K值的变量为7个单位。以选择率表示的话，低浓度处理浆的选择性为1.75，而常规法浆的选择性为1（厘泊/K值），增量为约75%。

在表6中通过漂白化学药剂的应用，将漂白车间对使用上述低浓度碱性材料处理制得的氧脱木素浆的响应值与常规制备的氧脱木素浆的响应值进行比较。

表6

浆性能与漂白化学药剂对照（硬木）

常规的低浓度处理过的

蒸煮器

K值 12.3 13.0

粘度（厘泊） 21.6 23.4

粘度/K值之比 1.75 1.80

O₂脱木素段

K值 7.6 6.0

粘度（厘泊） 16.0 17.7

粘度/K值之比 2.10 2.95

碱，磅/吨 27.6 26.4

脱木素（%） 38.0 54.0

漂白车间

氯/二氧化氯段

cl₂，磅/吨 27.0 22.7

clo₂，磅/吨 5.6 4.7

总的活性氯，磅/吨 41.6 34.9

抽提段

NaOH，磅/吨 18.9 13.3

二氧化氯漂白段

clo₂，磅/吨 5.5 4.7

粘度（厘泊） 14.6 14.9

尘埃 32.0 34.0

表6说明，与现有技术浆相比，在氯化段中总的活性氯用量被减少约1/6（即，34.9磅/吨对41.6磅/吨），而抽提段的需碱量被减少29%以上（即，13.3磅/吨对18.9磅/吨）。在最后漂白段中的二氧化氯被减少14%以上（即，4.7磅/吨对5.5磅/吨）。最终浆的性能就粘度和尘埃值而言基本上相同。

实施例5

为了说明低浓度碱性材料在氧脱木素步骤之前对浆处理的作用和它对卡伯值下降和得率的综合效应，对常规未漂浆和低卡伯值的硫酸盐/蒽醌（K/AQ）未漂浆的卡伯值和得率进行测定。结果列于表7。

表7

低浓度碱处理氧脱木素作用

未漂浆时间初始最终得率卡伯值得率最终粘度

（分）卡伯值卡伯值（%）（%）（厘泊）

¹常规 5 28.1 26.5 99.5 12.0 95.2 14.7

²常规 15 28.1 27.5 98.7 13.4 96.3 15.1

³K/AQ 5 21.6 20.3 100.0 8.9 96.7 15.2

⁴K/AQ 5 21.6 - - 8.1 97.2 13.9

¹2.4%NaOH

²2.1%NaOH

³2.1%NaOH

⁴2.6%NaOH

对具有卡伯值为28.1的常规硫酸盐未漂浆用氢氧化钠（压榨后在浆中含量为2.4%）在3%浓度时处理5分钟，起始的卡伯值减少1.6个单位而降到处理后的26.5的卡伯值。这意味着在经受碱处理和氧脱木素后（卡伯值为12.0）的总卡伯值下降中，有9.6%是由于低浓度碱处理作用的结果。通过低浓度碱处理段的得率为99.5%。在这0.5%得率的损失中差不多一半是由于木素与损失的碳水化合物的残余物的损失引起的。氧脱木素步骤后的总得率为95.2%。

同样的原料未漂浆在3%浓度用氢氧化钠（压榨后在浆中占2.1%）处理15分钟。起始的卡伯值被减少0.6个单位而下降到卡伯值为27.5。这意味着在经受碱处理和氧脱木素后（卡伯值为13.4）的总卡伯值下降中，有4.2%是由于低浓度碱处理作用的结果。通过碱处理的得率是98.7%。

在3%浓度时对低卡伯值的硫酸盐/蒽醌未漂浆用氢氧化钠（压榨后在浆中含量为2.1%）处理5分钟，卡伯值减少1.3个单位到20.3。此卡伯值下降意味着在经受氧脱木素步骤后（卡伯值为8.9）的总卡伯值下降中，它占10%。通过此碱处理段基本上未发现得率损失。在氧脱木素步骤后的总得率为96.7%。同样的硫酸盐/蒽醌起始未漂浆经第二种氧脱木素步骤后得到相近的卡伯值8.1而得率为97.2%。

此实施例5显示，在浆的低浓度碱处理期间没有出现大量脱木素作用。此例也显示在低浓度时碱性材料处理时间高达约15分钟是没有意义的。而且，此点已于实施例2-5中显示，然而，在随后的高浓度氧脱木素步骤中，与常规法处理的浆相比，低浓度碱处理确能大大提高相应的脱木素量。此例也显示，本法对低卡伯值未漂浆也有效，它能使浆达到非常低的卡伯值而不大大地降低粘度。

在低浓度混合步骤中碱性材料在整个浆料中的均匀分布确保浆纤维与碱性材料更好的结合。不象现有工艺仅仅是可能而已。这种结合的结果在随后的氧脱木素步骤中引起增大的脱木素作用选择性，因为与现有技术可能得到的脱木素未漂浆相比，所得的脱木素未漂浆具有更高的强度和脱木素度。还有，使氧脱木素反应的脱木素作用选择性得到意想不到的改善。

当如现有技术那样只将碱性材料施加到高浓度浆时，可达到最高达50%的脱木素（即K值减少），而不大大损伤浆的纤维部分（因此不大大地减低强度）。在本发明中，在氧脱木素时有可能使进浆的K值降低大于50%并且一般至少约为60%，而基本上不损伤浆的纤维部分。如果需要的话，可以达到70%和更高的K值降低。

举例说，当进入氧脱木素时特定浆料的K值范围约为10至26，这取决木材的种类和特定木材的制浆方法。在脱木素作用后K值被减少到约为5-10。就软木浆而言，在脱木素之前K值范围通常为20-24（指标为21），而在脱木素后K值范围为8-10。就硬木浆而言，在脱木素之前K值为10-14（指标为12.5），而在通过本发明方法的脱木素后K值通常为5-7。

就这二种类型的浆的任一种来说，在脱木素前粘度通常约为19或更高，而在脱木素后约高于13（软木通常为14或14以上，硬木为15或15以上）。一般说来，脱木素前后的粘度变化约为6厘泊或6厘泊以下。而且，就K值减量高达约17个单位来说，已发现每一单位K值变化的粘度变化为一常数。

因此，与现有技术的脱木素方法相比，通过低浓度碱性材料混合步骤，脱木素度至少增加20%，由氧脱木素步骤前后浆料粘度最小的变化，证实了浆的纤维素组分之损伤得到避免。

实施例6

就软木浆而言，现已将实施例2-5中出现的数据和许多其他预测和观察值编制成图2的曲线形式。图2还包括由结合实际试验数据和许多其他预测与观察结果而绘制的、说明来自实施例1现有技术浆处理法的软木浆之粘度与K值相互关系的曲线。

如图2所示，氧脱木素后实施例1的现有技术方法所达到的典型的浆性能由标有“现有技术”的曲线来确定。在达到有效的脱木素作用（如通过K值减小来测定）的同时，使浆的强度（根据粘度测定）保持在较高粘度水准是令人想望的。图2说明，与现有技术较低的脱木素作用和粘度值的曲线对照可见，对于低浓度浆碱性材料处理，根据本发明绘制的曲线在给定的粘度值时可获得增强的脱木素作用（即，较低的K值）。

实施例7

以下各实验室试验被用来进一步说明，根据本发明的方法是如何达到碱性材料在浆料中均匀分布的。

制备K值为19.54和粘度为24.9的未漂松木浆。将此浆的两份试样在7.7%浓度下在60℃用3%NaOH分别处理1分钟和15分钟。此后，浆的浓度被增加到27%而浆的NaOH含量约为0.67%。将此浆送入压力为80磅/英寸²和温度为110℃的氧脱木素反应器，经历30分钟而未添加另外的碱性材料。

然后，将另外二份未漂浆试样（每份浓度为3%）用加入约35%NaOH在60℃分别处理1分钟和15分钟，此后，将浆的浓度增加至27%，而在整个浆料中保持NaOH含量为3%，然后将浆料送到压力为80磅/英寸²、温度为110℃的氧脱木素反应器中，历时30分钟而未添加另外的碱性材料。

结果列于下表8中：

表8

氧脱木素后的性能

试样浓度混合时间 K值粘度

（%）（分）（25ml）（厘泊）

A 7.7 1 17.37 23.2

B 7.7 1 17.43 22.6

C 7.7 15 17.77 24.3

D 7.7 15 17.34 22.0

E 3.0 1 8.74 14.8

F 3.0 1 8.34 14.8

G 3.0 15 8.24 15.3

H 3.0 15 8.73 14.3

试样E-H的处理浆比试样A-D的处理浆保留高得多的NaOH量（即，3%），因为更大量的NaOH与浆相混合。试样E-H显示浆的K值减小量至少约为55.3%，而试样A-D的K值减少量要少得多，充其量不过约为11.3%。因此，根据本发明方法处理的试样（试样E-H）之脱木素作用比对比试样高约49.6%。

对于本实施例的相同的未漂浆，以以下的变化重复先前的试验：

变形1 变形2

第一段：

NaOH，在浆中的% 3 24

浓度，% 3.5 3

温度，℃ 48 48

氧段：

NaOH，在浆中的% 0.44 3

浓度 20 20

就每一变形而言，NaOH处理时间为2分钟和15分钟，如所指出的，未漂浆的浓度基本上相同（3.5%对3%）。结果示于表9。

表9

氧脱木素后的性能

试样浓度混合时间 K值粘度 GE

（%）（分）（25ml）（厘泊）亮度

I 3.5 2 15.75 23.4 24.8

J 3.5 2 15.34 22.4 25.2

K 3.5 15 14.78 22.6 25.9

L 3.5 15 15.00 22.7 25.5

M 3.0 2 8.59 13.3 36.6

N 3.0 2 8.29 14.2 35.3

O 3.0 15 8.14 13.1 36.3

P 3.0 15 8.44 13.8 36.5

由于与低浓度浆混合的NaOH量增大，大得多的NaOH量被保留在高浓度浆中。由于这种增大的NaOH量，试样M-P的K值减少至少达56%左右，而试样I-L至多也不过达约24.4%。此外，由本法制备的试样（M-P）的脱木素率至少比对比试样高41.9%，正如以上所指出，这归因于保持在高浓度浆中NaOH量的增加（由于均匀混合和适量的NaOH分布在整个低浓度浆中之故）。

尽管此处所公开的发明被完全认为能完成上述目的;但是应当懂得，技术熟练术人员还可能对本发明作出多种改变和实施方案。预期所附的权利要求书将覆盖所有落入本发明的精神和范围内的所有这样的改变和实施方案。

Claims

1、一种在高浓度氧脱木素作用期间达到未漂浆的增强的脱木素作用选择性的方法，包括：

通过以下程序将碱性材料施加到未漂浆：降低浆浓度至约10%重量以下，形成低浓度浆，将此低浓度浆与一定量碱性材料相混合，同时基本上将碱性材料均匀地分布到整个浆料中；将含碱性材料浆的浓度增加到至少为18%重量而得到高浓度浆，除去压出液使高浓度浆中碱性材料量以绝干浆重量为基准计至少达约0.8-7%重量，所说量的碱性材料被基本上均匀地分布在整个高浓度浆中；

将大部分压出液再循环至碱性材料混合步骤；

通过对含碱性材料的高浓度浆进行氧脱木素作用，得到未漂浆的增强的脱木素作用选择性。

2、如权利要求1的方法，其中未漂浆的浓度等于或高于高浓度浆，并且其中几乎全部的压出液被再循环至碱性材料混合步骤。

3、如权利要求1的方法，其中还包括积聚预定量的压出液，以便即使增浓步骤是间断或不连续操作，也能将压出液连续地再循环至碱性材料混合步骤。

4、如权利要求1的方法，其中还包括洗涤氧脱木素浆，由此产生洗涤废水，并将部分洗涤废水再循环供施加碱性材料前洗涤未漂浆用。

5、如权利要求4的方法，其中还包括再循环部分压出液供施加碱性材料前洗涤未漂浆用。

6、如权利要求1的方法，其中当与一定量碱性材料相混合时，浆具有低于约5%重量的低浓度。

7、如权利要求1的方法，其中在氧脱木素作用之前浆的浓度被增加至约25-约35%重量。

8、如权利要求1的方法，其中通过将高浓度浆的K值降低50%以上而又不显著损伤浆的纤维组分而获得增强的脱木素作用选择性。

9、如权利要求8的方法，其中通过将高浓度浆的K值从脱木素前的约10-26减少到脱木素后的5-10而获得增强的脱木素作用选择性。

10、如权利要求1的方法，其中未漂浆是未漂的软木浆，施加到所说浆中的碱性材料量约在1.5-4%重量/之间。

11、如权利要求1的方法，其中未漂浆是未漂的硬木浆，施加到所说浆中的碱性材料量约在1-3.8%重量之间。

12、一种在高浓度氧脱木素作用期间达到未漂浆增强的脱木素作用选择性的方法，包括：

将未漂浆洗涤至初始浓度;

通过以下程序将碱性材料施加到未漂浆：将洗涤浆的初始浓度降低到少于约10%重量，形成低浓度浆，将此低浓度浆与一定量碱性材料相混合，同时基本上将碱性材料均匀地分布到整个浆中;将浆的浓度增加到至少约为25%重量，得到高浓度浆，除去压出液使高浓度浆中碱性材料量以绝干浆重量为基准计至少达0.8-7%重量，所说量的碱性材料被基本上均匀地分布在整个高浓度浆中;

将大部分压出液再循环到碱性材料混合步骤;

通过对含碱性材料的高浓度浆进行氧脱木素作用而获得未漂浆的增强的脱木素作用选择性。

13、如权利要求12的方法，其中未漂浆被洗涤到等于或大于高浓度浆的起始浓度，以致基本上所有的压出液被再循环到碱性材料混合步骤。

14、如权利要求12的方法，其中未漂浆被洗涤到低于高浓度浆的起始浓度，以致至少约有75%的压出液被再循环到碱性材料混合步骤。

15、如权利要求14的方法，其中还包括将平衡量的压出液输送到未漂浆洗涤步骤供洗涤未漂浆用。

16、如权利要求15的方法，其中还包括洗涤氧脱木素浆，由此产生洗涤废水，并将部分洗涤废水再循环到未漂浆洗涤步骤。

17、如权利要求12的方法，其中还包括积聚预定量的压出液，以便在增浓步骤是间断或不连续操作的情况下，连续地再循环压出液，其中通过将高浓度浆的K值减少50%以上，以及由脱木素作用前的约10-26降低到脱木素作用后的约5-10，基本上不损伤浆的纤维素组分而获得增强的脱木素作用选择性。

18、一种在高浓度氧脱木素作用期间达到未漂浆的增强的脱木素作用选择性的方法，包括：

在预定时间和预定温度下将浓度低于约10%重量的未漂浆与一定量的碱性水溶液形式的碱性材料进行均匀混和，有关的碱性材料量应保证所有的浆料纤维被置于碱溶液中，使碱性材料基本上被均匀分散在浆中;

在完成混合步骤后，通过从浆中除去液体使浆的浓度增加到至少约为18%重量，同时保留至少约占浆干重的0.8-7%的碱性材料在随后的氧脱木素的增浓浆中，其中含碱性水溶液的浆纤维从混合步骤直接送至增浓步骤;

将在增浓步骤中从浆中除去的大部分液体再循环到碱性材料混合步骤;

在氧脱木素作用期间基本上脱除增浓含碱浆的木素。

19、如权利要求18的方法，其中未漂浆的浓度约为0.5-4.5%重量之间，该法还包括在增浓步骤中将浆的浓度增加到至少约为25%重量。

20、如权利要求18的方法，其中在增浓步骤中被除去液体的75-95%被直接再循环到碱性材料混合步骤。

21、如权利要求19的方法，还包括在氧脱木素期间，通过将高浓度浆的K值从脱木素作用前的约10-26减少到脱木素作用后的约5-10，而达到至少约为50%的增加的脱木素作用选择性，又不显著地损伤浆的纤维素组分。

22、如权利要求21的方法，其中增加的脱木素作用选择性至少约60%，该法还包括使这种氧脱木素浆进行随后的漂白处理，它利用比在脱木素作用前未与碱性材料均匀结合的常规浆少得多的漂白化学药剂，而得到基本上与常规浆相同的亮度。

23、如权利要求22的方法，其中漂白剂是氯或二氧化氯，而且所用的含氯化学药剂总量减少了约15-35%重量。

24、如权利要求22的方法，其中还包括使漂白浆经受使用比常规浆碱抽提时所需量少得多的碱性材料的碱抽提步骤。

25、如权利要求24的方法，其中在抽提段所用的碱性材料量减少约25-40%重量。