CN110725148A - 一种双氧水氧化漂白过程pH值稳定技术 - Google Patents

一种双氧水氧化漂白过程pH值稳定技术 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种双氧水氧化漂白过程pH值稳定技术，主要应用于纺织、造纸、食品等涉及碱性条件下双氧水漂白的多个领域中，本方法以氧化镁作为单一碱源替代常规双氧水漂白中的烧碱和硅酸钠等碱源和缓冲剂，利用氧化镁微溶并逐步转化为氢氧化镁的特性，为双氧水漂白提供稳定的pH值，起到pH缓冲液的作用。由于Mg(OH)2属于弱碱性化合物，使用MgO矿粉制备的悬浮液实测pH值在10.24左右，因此漂白初始pH值较低，具有更为缓和的碱抽提作用，漂白过程COD发生量相对较小，有利于减少污染物发生、降低料耗：用氧化镁取代硅酸钠，避免了硅引起的漂白废液黏度上升和设备结垢问题，同时从根本上避免了当前采用热泵或蒸发浓缩方法处理漂白废液过程中的硅干扰问题。

Description

一种双氧水氧化漂白过程pH值稳定技术
技术领域
本发明属于纺织、造纸、食品等多个行业中双氧水氧化漂白工业应用领域，涉及碱性条件下双氧水氧化反应过程pH值控制技术。
背景技术
双氧水漂白技术具有白度高、稳定性好、污染少等优点，在造纸、纺织印染、食品等多个行业中都有广泛的应用。但双氧水漂白过程通常在较高温度或高碱条件下进行，如棉织物一般是在90℃、pH＝11.5条件下进行漂白；纸浆纤维漂白体系温度在60-100℃之间，初始pH可达到13-14，会对纤维造成严重损伤，影响纤维得率。目前国内传统的碱性条件下双氧水漂白工艺仍以烧碱、硅酸钠等为主要漂白化学品，其中，烧碱为漂白提供所需的碱性条件，硅酸钠起到pH缓冲剂的作用，该工艺会导致漂白过程起始和终止pH值变化较大、设备结垢、废水BOD和COD Cr负荷重、阴离子垃圾干扰等问题。因添加有氢氧化钠，双氧水很不稳定，易发生快速的无效分解，大大降低其利用率。在造纸行业中，硅的存在会引发制浆废液黏度上升，特别是设备严重结垢等问题，影响制浆系统运行性能。此外，由于双氧水漂白初始pH较高，部分碱溶性半纤维素以及烧碱抽出物溶出，导致漂白废液污染负荷偏高、原料消耗较大、纸浆得率低的问题。
因此，近几年国内外制浆造纸界的科研人员首先开展了以MgO或Mg(OH)2为碱源的双氧水漂白技术的制浆研究工作。所添加的氧化镁以水合反应形式生成Mg(OH)2，部分替代NaOH作为碱源，共同为H2O2漂白提供必要的pH条件。由于Mg(OH)2属于弱碱性化合物，使用MgO矿粉制备的悬浮液实测pH值10.24左右，以≤30％比例代替烧碱用于过氧化氢漂白时，漂塔进口浆料(加漂白药液后)pH值≤11，漂后pH一般降至8.0-8.5，仍具有良好的漂白效果。2006年，华南理工大学国家重点实验室迟聪聪等人发表在《中国造纸》杂志2006年第25卷第10期第47-50页的《用镁碱代替钠碱的高得率浆过氧化氢漂白》文章中，详细论述了国外研究机构自1991年-2005年期间有关MgO或Mg(OH)2在高得率浆漂白中代替传统烧碱的应用技术和基础理论研究成果，明确指出经国外的研究和生产实例证实，在过氧化氢漂白中，利用Mg(OH)2或MgO代替NaOH，可以减少废水污染，但上述研究工作均为讨论氧化镁在双氧水漂白过程中对于漂白体系pH值的稳定作用和机理，国内外近年来的研究工作和生产实践中也未见相关研究工作。
与基于烧碱的双氧水漂白体系相比，氧化镁漂白体系具有漂白过程pH值变化范围小、漂后白度稳定性高的优点。大量实验证明，烧碱法漂白体系pH值会从初始的13-14直接降低至约7，而氧化镁方法从10降至8左右，体系pH值较为稳定，而且漂白前后成浆白度变化不到2％ISO。这是因为烧碱属于强碱，初始pH值高，双氧水氧化反应速率高，消耗大，造成漂白后期反应系统中双氧水含量偏低、反应效率下降，而氧化镁由于碱性弱，溶解度较低，在反应系统中通过水合反应会逐步形成氢氧化镁，使反应体系始终稳定在较低的pH值范围。因而双氧水反应速率较低，消耗量较小，在漂白全程中双氧水浓度变化小，能保持较高的氧化反应效率，并能以相对较小的双氧水消耗量获得更好的成浆白度。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种双氧水氧化漂白过程pH值稳定技术，主要应用于纺织、造纸、食品等涉及碱性条件下双氧水漂白的多个领域中，本方法用氧化镁为双氧水漂白过程提供稳定的pH值环境，利用氧化镁微溶并逐步转化为氢氧化镁的特性，起到pH缓冲液的作用，使双氧水漂白过程pH值始终保持稳定。由于Mg(OH)2属于弱碱性化合物，使用MgO矿粉制备的悬浮液实测pH值在10.24左右，因此漂白初始pH值较低，COD发生量相对较小，有利于减少污染物发生、降低料耗；用氧化镁取代硅酸钠，避免了硅引起的漂白废液黏度上升和设备结垢问题，同时从根本上避免了当前采用热泵或蒸发浓缩方法处理浆料废液过程中的硅干扰问题，为后续漂白废液处理提供了有利条件。
以木材原料的漂白生产为例，本发明通过以下技术方案实施：
(1)商品木片原料经筛选、洗涤、蒸汽预热软化等处理后，进入立式预浸器，停留一段时间后进入转移螺旋-反应仓，再进入第一段高浓磨浆机完成机械磨浆；
(2)被预浸渍和经过高浓磨磨浆的木片进入中浓漂白塔，加入化学品1后进行螺旋压榨；之后再进入高浓漂白塔，加入化学品2，完成纸浆的漂白；
(3)利用螺旋压榨机的脱水浓缩，进入第二段低浓磨浆，对纸浆纤维进行进一步机械磨解处理，获得纸浆纤维；
(4)漂白后的浆料经过洗涤后，经中浓泵输送至贮浆塔，备用。
所述“化学品1”、“化学品2”成分及其以纸浆绝干纤维计的重量百分比用量分别如下：
Figure BSA0000192776410000021
所述氧化镁配制成悬浮液使用，浓度为5％-8％，所述氧化镁悬浮液单独设置输送泵和输送管线。
而且，所述制浆方法的操作单元的参数设定范围如下：
预蒸仓：温度范围为60-100℃；停留时间10-30分钟
立式预浸器：温度范围为60-100℃；停留时间3-5分钟
转移螺旋-反应仓：温度范围为50-70℃；停留时间10-50分钟
一段磨：磨浆浓度为20-40％；磨浆压力为0.05-0.5MPa
中浓漂白塔漂白：温度范围为60-100℃；纸浆浓度10-15％
高浓漂白塔漂白：温度范围为60-100℃；纸浆浓度25-30％
二段磨：磨浆浓度为1-10％；常压磨浆；
中浓贮浆塔：纸浆纤维浓度为10-20％。
而且，由所述的制浆方法制得的高得率纸浆性能指标范围如下：
纸浆得率：85-90％，对绝干木片量；
制浆总排水吨浆COD发生量＜200kg；
新型高得率浆在A3铜版纸、高档双胶纸等高级文化纸中的配抄比例达到30-40％左右。
纸浆中细小组分含量：10％-40％，对绝干纸浆量；
纸浆游离度：100-300ml CSF；
纸浆ISO白度：65-80％ISO；
纸浆松厚度：1.9-3.0cm3/g；
纸浆裂断长：2.5-3.5km；
在吨浆排水15m3条件下，废液黏度与传统烧碱法双氧水漂白工艺相比下降20％-30％。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)建立一种双氧水氧化漂白过程pH值稳定技术，适用于造纸、纺织印染、食品等多个涉及碱性双氧水漂白技术的领域，解决弱碱性漂白条件下高污染、高消耗的生产技术难点；
2)利用氧化镁微溶并逐步转化为氢氧化镁的特性，替代氢氧化钠，并全部代替硅酸钠起到缓冲溶液的作用。氧化镁弱碱性和低溶解度的特性，使漂白过程中pH值也更加稳定，可以使双氧水保持较高的氧化反应效率。另外，漂白体系在漂白初始时pH值较低，具备漂后白度稳定性高、COD发生量相对较小的优点，有利于减少污染物发生、降低料耗，并能减少对木材原料消耗的影响；
3)通过百分百取代硅酸钠，有效解决硅引起的漂白废液黏度上升问题，以及传统化机浆漂白生产中硅酸钠导致的管路结垢问题；
4)可以有效提高新型化机浆在高级文化用纸生产中的配抄比例，降低纸张成本。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
实施例1
采用一种双氧水氧化漂白过程pH值稳定技术进行制浆，所选用的制浆原料、化学药品和制浆生产设备以及具体的制浆工艺参数分别描述如下：
一、制浆原材料和设备
制浆中试生产采用商品杨木片，由3-5年生的杨木经削片机削成。
镁碱采用氧化镁粉末，其物化特性为：白色粉末，无臭、无味、无毒，是高活性的轻烧粉，微溶于水，其水的悬浮液呈弱碱性；难溶于有机溶剂；能溶于酸和铵盐；商品的纯度为85％以上，氧化钙含量不大于2％，金属离子杂质含量少(三价铁离子含量不大于0.2％；二价铜离子含量不大于1ppm；锰离子含量不大于200ppm)。镁碱需要事先在水的介质中配制成悬浮液，该悬浮液必须单独设置输送泵和输送管线，在P-RCAPMP工艺流程中的“喷放浆管”处单独加入到纸浆体系中，用量为2％(以绝干纤维计)。镁碱悬浮液的配制方法如下：
首先，向容积为3L的溶解罐内通入2000kg清水，开启罐内搅拌器(搅拌器为双层叶片，搅拌速度为60-100rpm)，连续向溶解罐内加入约108kg氧化镁固体粉末，加完后继续搅拌10分钟，然后开启罐外循环泵，配制出浓度约为5.4％的氧化镁悬浮液。
“化学品1”和“化学品2”按照P-RCAPMP制浆工艺流程加入，所包含的化学药品的用量如下：
Figure BSA0000192776410000031
上述百分数是以纸浆中的绝干纤维重量的百分比计，纸浆中的绝干纤维是计算的基准。
二、制浆工艺的具体流程
(1)木片仓中的杨木片经洗涤、脱水后，被转移到预蒸仓，通入蒸汽；接着，经预汽蒸处理的木片进入立式预浸器(12m)，停留3-5分钟后进入转移螺旋-反应仓(45m3)，再进入第一段高浓磨浆机完成机械磨浆(7500kw)；
(2)被预浸渍和经过高浓磨磨浆的木片进入中浓漂白塔，加入化学品1，漂白浆浓为10-15％。之后进入螺旋压榨(1#200kw变频)，第一段中浓漂白完成；将浆料进入混合螺旋，加入化学品2，进入高浓漂白塔，漂白浆浓为25-30％；
(3)将高浓漂白后的浆料经中浓立管、中浓泵进入螺旋压榨(2#200kw变频)，经稀释螺旋(18.5kw)进入第二段低浓磨浆(1#-3#，1700kw*3)，对纸浆纤维进行进一步机械磨解处理，获得纸浆纤维；
(4)漂白的纸浆经过洗涤后，经中浓泵输送至贮浆塔，备用。
三、具体的制浆工艺参数
主要操作单元的工艺参数如下：
预蒸仓：温度为80℃；停留时间20分钟
立式预浸器：温度为80℃；停留时间3-5分钟
转移螺旋-反应仓：温度为60℃；停留时间30分钟
一段磨：磨浆浓度为20-40％；磨浆压力为0.05-0.5MPa
中浓漂白塔漂白：温度为80℃；纸浆浓度10％
高浓漂白塔漂白：温度为80℃；纸浆浓度25％
二段磨：磨浆浓度为1-10％；常压磨浆
中浓贮浆塔：纸浆纤维浓度为10-20％。
由实施例所生产的高得率纸浆编号为1#。

Claims (3)

1.一种双氧水氧化漂白过程pH值稳定技术，以高得率制浆漂白为例，生产过程步骤为：
(1)商品木片原料经筛选、洗涤、蒸汽预热软化等处理后，进入立式预浸器，停留一段时间后进入转移螺旋-反应仓，再进入第一段高浓磨浆机完成机械磨浆；
(2)被预浸渍和经过高浓磨磨浆的木片进入中浓漂白塔，加入化学品1后进行螺旋压榨；之后再进入高浓漂白塔，加入化学品2，完成纸浆的漂白；
(3)利用螺旋压榨机的脱水浓缩，进入第二段低浓磨浆，对纸浆纤维进行进一步机械磨解处理，获得纸浆纤维；
(4)漂白后的浆料经过洗涤后，经中浓泵输送至贮浆塔，备用。
所述“化学品1”、“化学品2”成分及其以纸浆绝干纤维计的重量百分比用量分别如下：
Figure FSA0000192776400000011
。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧化镁配制成悬浮液使用，浓度为5％-8％，所述氧化镁悬浮液单独设置输送泵和输送管线。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述制浆方法的操作单元的参数设定范围如下：
预蒸仓：温度范围为60-100℃；停留时间10-30分钟
立式预浸器：温度范围为60-100℃；停留时间3-5分钟
转移螺旋-反应仓：温度范围为50-70℃；停留时间10-50分钟
一段磨：磨浆浓度为20-40％；磨浆压力为0.05-0.5MPa
中浓漂白塔漂白：温度范围为60-100℃；纸浆浓度10-15％
高浓漂白塔漂白：温度范围为60-100℃；纸浆浓度25-30％
二段磨：磨浆浓度为1-10％；常压磨浆
中浓贮浆塔：纸浆纤维浓度为10-20％。
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