CN116590945A

CN116590945A - 黑液酸化滤液循环蒸煮纤维原料提高纸浆得率的制浆方法

Info

Publication number: CN116590945A
Application number: CN202310192431.1A
Authority: CN
Inventors: 甘卫星; 王金辉; 朱添; 李怡静; 陈萌萌; 王谦; 农光再
Original assignee: Guangxi University
Current assignee: Guangxi University
Priority date: 2023-03-02
Filing date: 2023-03-02
Publication date: 2023-08-15

Abstract

本发明提供黑液酸化滤液循环蒸煮纤维原料提高纸浆得率的制浆方法，属于制浆造纸技术领域，所述方法包括如下步骤：采用氢氧化钠颗粒和金竹草加入蒸煮锅中，进行蒸煮，沥干后得到粗浆和黑液，粗浆用清水进行反复的清洗，浆液后处理，纸浆依次经过打浆、配浆处理后制得良浆。本发明采用对黑液进行酸化后进行蒸煮循环再利用，使金竹草蒸煮中使用的蒸煮液包括40％‑50％的黑液酸化滤液和50％‑60％的水，减少污水处理负荷和水资源的投入。

Description

黑液酸化滤液循环蒸煮纤维原料提高纸浆得率的制浆方法

技术领域

本发明涉及制浆造纸技术领域，尤其涉及黑液酸化滤液循环蒸煮纤维原料提高纸浆得率的制浆方法。

背景技术

目前，我国制浆厂大多数生产的纸浆都是化学浆和化机浆。化学浆指的是使用化学药剂在一定的条件下同植物纤维原料发生反应，使植物纤维原料中的绝大部分木质素溶出，纤维彼此分离的方法制成的纸浆。化机浆是采用化学预处理和机械磨解后处理的制浆方法。其中，化学浆对纤维素的破坏也少，仅分子量较低的半纤维素溶出较多，但是由于大部分的木质素被溶解，所以纸浆的得率低，并且化学制浆的蒸煮过程都会加入大量高浓度药剂，因此产生的废水中含有大量对环境有害的物质，增加处理成本。

黑液是化学法制浆过程中产生的一种废液，它富含木质素、半纤维素、有机物和无机物，直接排放会对自然环境造成污染，因此排放之前必须对黑液进行处理。第一种是采用碱回收法处理黑液，即采用多效蒸发器来得到浓缩黑液，然后将浓缩黑液送入燃烧炉，使其中有机物燃烧，熔融黑液中的无机物，然后降温冷却熔融物，从而产生熔化态碳酸钠；最后将碳酸钠溶于水并与氧化钙反应，生成NaOH和“白泥”，实现烧碱再生和回收利用。但是这种方法不但浪费了木质素资源，而且产生“白泥”，对环境造成二次污染。除此之外，我国有90％以上造纸厂是以稻麦草为原料，其黑液含有硅元素，二氧化硅与碱会产生硅酸钠，影响碱回收。

另一种是黑液气化法，即在高温气化炉内，将黑液蒸发干燥至固体程度后，与空气混合，反应生成气体燃料的过程。原理为在高温条件下黑液中的碳化合物分解生成C、H₂、H₂O同时C与H₂O或CO₂反应生成H₂、CO。以此可将化学能转化为电能，或者生成天然气等燃料。但是在高温条件下熔融物会对反应炉内壁会造成严重的腐烛，因此难以大规模运用。

相关技术中，碱回收法会产生“白泥”，对环境造成二次污染；黑液气化法会对反应器造成严重腐蚀，难以运用。

发明内容

本发明的目的在于提供黑液酸化滤液循环蒸煮纤维原料提高纸浆得率的制浆方法，解决背景技术中存在的技术问题。

本发明以酸析法为基础进行循环蒸煮的方法，期望通过该法有效地处理制浆黑液，回收木质素、回用废水并且减少副产物地产生，达到节能减排、提高浆得率地目的。

本发明使用盐酸处理黑液，可以回收黑液中的部分木质素；避免传统碱回收法中产生的“白泥”，避免再生石灰的能耗和温室气体排放。然后，本发明将酸化后地滤液(pH＝7)回用到蒸煮工序，可以减少了循环蒸煮工艺中水资源地投入，并且因为滤液中的糖类和细小纤维提高了浆得率；减轻了传统碱回收法和传统黑液气化法中处理废水的负荷，实现废水循环利用，达到节能减排的目的。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

黑液酸化滤液循环蒸煮纤维原料提高纸浆得率的制浆方法，所述方法包括如下步骤：

步骤1：蒸煮罐中加入氢氧化钠、水和金竹草，进行蒸煮，沥干得到粗浆和黑液；

步骤2：粗浆用清水进行反复的清洗、压榨；

步骤3：浆液后处理，纸浆依次经过打浆、配浆处理后制得良浆。

进一步地，步骤1的具体过程为，采用绝干金竹草为原料，金竹草通过切割机成原料，把金竹草放入蒸煮器当中，加入氢氧化钠和水，氢氧化钠质量为金竹草总质量的20％，绝干金竹草与水的质量比为1:6，加热蒸煮器对绝干金竹草进行蒸煮，加热的条件为，对蒸煮器皿加热2h，使蒸煮器皿里的温度从室温达到165℃，并在165℃下对蒸煮器皿保温2h，使得蒸煮器皿的温度保持在165℃，蒸煮后经过沥干分离得到粗浆和黑液。

进一步地，步骤2的具体过程为，

步骤2.1：一次洗浆:用螺旋槽把粗浆送入洗浆池，在粗浆中连续加入部分二次压榨废液，用搅拌机对粗浆进行搅拌，使其中的黑液充分溶解于水，形成浓度为8％的一次洗涤浆料；

步骤2.2：一次压榨:利用压滤机压榨一次洗涤浆料，得到浓度30％的一次压榨纸浆和一次压榨废液，一次压榨纸浆中残留黑液固形物占干浆的1.6％，一次压榨废液的固形物浓度为0.8％；

步骤2.3：二次洗浆：将一次压榨纸浆排入洗浆池内，加入全部三次压榨废液，用搅拌机搅拌，使黑液充分溶解于水，再一次形成8％的二次洗涤浆料；

步骤2.4：二次压榨:利用压滤机压榨二次洗涤浆料，得到浓度为30％的二次压榨纸浆和二次压榨废液，二次压榨废液的浓度为0.02％，残留黑液固形物占干浆质量的0.14％，将二次压榨废液对粗纸浆进行洗浆；

步骤2.5：三次洗浆:将浓度为30％的二次压榨纸浆排入洗浆池，并在二次压榨纸浆中加入清水，并用搅拌机搅拌，使夹带在二次压榨纸浆中的黑液充分溶解于水，形成浓度为8％的三次洗涤的浆料。

步骤2.6：三次压榨:采用压滤机压榨二次洗涤浆料，得到浓度30％三次压榨废液和三次压榨纸浆，残留黑液固形物占三次压榨纸浆干浆质量的0.013％，三次压榨废液固形物浓度为0.004％，将三次压榨废液对二次压榨纸浆进行洗浆。

进一步地，步骤3的具体过程为，

步骤3.1：浆料稀释：将浆料转移到叩前池中，加清水或是上述压榨过程中产生的压榨废液稀释并加以搅拌，使之形成均匀且浓度为2％-5％的低浓度浆料。

步骤3.2：打浆：利用PFI打浆机进行打浆，三次串连，将上述的2％-5％的低浓度浆料打到打浆度的范围值为25°SR-40°SR。打浆后将其转移到叩后池。

步骤3.3：配浆：打浆后低浓度浆料，从10％开始，添加到原有的抄纸配浆中，充分混合后，送入抄纸车间；

步骤3.4：抄纸：采用抄纸设备生产出对应的纸品。

进一步地，步骤1中，向蒸煮废液中加入盐酸反应，使pH值为6～7，生成木质素，得到木质素和黑液酸化滤液。

进一步地，步骤1中的蒸煮液包括40％-50％的黑液酸化滤液和50％-60％的水。

进一步地，黑液酸化滤液的化学需氧量为6.0×10⁴mg/L至8.0×10⁴mg/L。

本发明是利用盐酸进行黑液酸化提取木质素，回收了黑液中的木质素，产生的酸化滤液(pH＝7)回用于循环蒸煮工序；其步骤包括：蒸煮处理、洗浆以及浆料后处理。在循环蒸煮制浆当中，氢氧化钠用量为原料绝干重量的20％，料液比为1∶6，黑液酸化滤液占蒸煮液体积的40％-50％，加入清水约占50％-60％，粗浆采用三次洗浆三次压榨进行处理；盐酸与黑液反应得到木质素与酸化滤液。这不仅有效的回收黑液中的木质素，而且将含有糖类和细小纤维的滤液投入到蒸煮工序中，减少了水资源的投入并提高了浆得率。

相对于传统的黑液处理方法而言，本发明分别在两方面进行工艺改进：采用盐酸进行黑液酸化，不会产生大量的“白泥”；采用酸化滤液(pH＝7)循环蒸煮，减轻了废水处理工艺的负荷、也提高了浆得率。在整个工艺上，本发明可以充分地回收废水、木质素等资源，并且没有副产物地产生，达到节能减排地作用。

本发明由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：

1、本发明采用对黑液进行酸化后的循环再利用，使金竹草蒸煮处理中使用的蒸煮液包括40％-50％的黑液酸化滤液和50％-60％的水，减少水资源的投入。

2.本发明方案中黑液进行酸化后的循环再利用的废水占总废水量的很大部分，所述废水的循环利用，减少污染排放，减少常规废水处理成本和降低制浆过程的生产成本。

3.经过本技术方案产生的纸浆保持较高得率，其主要因为黑液在酸化后产生的滤液中含有一些细小纤维、糖类、有机物质，其与制浆的纤维发生了附着反应，使得浆料质量增加，浆得率提高。

4.黑液经过酸化以后，产生了木质素沉淀，木质素在肥料与胶粘剂方面有巨大的经济价值，因此变废为宝，创造了新的经济产物，增加了收入。

5.将本发明的技术方案生产的纸浆制作成手抄纸然后进行各项性能检测，制成的纸张和使用常规化学法制浆制成的纸张的物理性能相近，其撕裂指数、抗张指数等方面的指数略优于使用常规化学法制浆所制成的纸张的物理性能，其原因为蒸煮产生的黑液在酸化脱木质素之后，在循环使用的酸化滤液中残留一些细小纤维、糖类和有机物质。这些物质在循环蒸煮的过程中会附着在纤维的表面，可以改善纤维的强度，增强纸张的力学性能。

附图说明

图1是本发明技术路线图；

图2是本发明方法流程图；

图3是本发明得浆率变化图；

图4是本发明纸张性能图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。

如图2所示，黑液酸化滤液循环蒸煮纤维原料提高纸浆得率的制浆方法，包含如下步骤：

步骤S10，金竹草蒸煮：氢氧化钠溶液加入金竹草，用碱量为20％，补足水使液比1:6，并在165℃的蒸煮温度下升温2h，保温2h进行蒸煮，沥干后得到粗浆；

在该步骤中的具体操作步骤如下：

S11切割：采用金竹草为原料，金竹草通过切割机成原料，大小根据实际需要进行切割。

S12装料：称取适量的金竹草放入蒸煮器当中，加入氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液的加入的体积为绝干金竹草总质量的20％，金竹草和所述蒸煮液的料液比1:6。

S13蒸煮：加热蒸煮器对绝干金竹草进行蒸煮，加热的条件为，对蒸煮器皿加热2h，使蒸煮器皿里的温度达到165℃，并在165℃下对蒸煮器皿保温2h，使得蒸煮器皿的温度保持在165℃。

S14沥干：蒸煮后经过沥干分离得到粗浆和黑液。

步骤S20，洗浆：粗浆用清水进行反复的清洗。

在该步骤中的具体操作步骤如下：

S21一次洗浆:用螺旋槽把粗浆送入洗浆池。在洗浆池中连续加入部分的二次压榨废液，并使用搅拌机对其进行搅拌，令粗浆散开，使粗浆中存在的黑液充分溶于水，形成浓度为8％的一次洗涤浆料。

S22一次压榨:利用压滤机压榨一次洗涤浆料，得到浓度为30％的一次压榨纸浆和一次压榨废液。一次压榨纸浆包括干浆和含水，一次压榨废液的固形物浓度为1.6％。

S23二次洗浆：将一次压榨纸浆送入洗浆池内。加入全部三级压榨废液。用搅拌机搅拌，使黑液充分溶解于水，再一次形成浓度为8％的二次洗涤浆料。

S24二次压榨:利用压滤机压榨一次洗涤浆料，得到浓度为30％的二次压榨纸浆和二次压榨废液，其中，二次压榨废液的浓度为0.02％，将二次压榨废液排入一次洗浆池中对一次压榨纸浆进行清洗。

S25三次洗浆:将三次压榨纸浆排入洗浆池。向二次压榨纸浆中加入清水，用搅拌机搅拌，使黑液充分溶解于水，形成浓度为8％的三次洗涤浆料。

S26三次压榨:用压滤机压榨三次洗涤浆料，得到浓度30％的三次压榨纸浆和三次压榨废液。三次压榨废液的固形物浓度为0.004％，将其排入二次洗浆池中清洗一次压榨纸浆。

步骤S30浆液后处理：所述纸浆依次经过打浆、配浆处理后制得良浆。

在该步骤中的具体操作步骤如下：

步骤31：浆料稀释：将浆料转移到叩前池中，加清水或是上述压榨过程中产生的压榨废液稀释并加以搅拌，使之形成均匀且浓度为2％-5％的低浓度浆料。

步骤32：打浆：利用PFI打浆机进行打浆，三次串连，将上述的2％-5％的低浓度浆料打到打浆度的范围值为25°SR-40°SR。打浆后将其转移到叩后池。

步骤33：配浆：打浆后低浓度浆料，从10％开始，添加到原有的抄纸配浆中，充分混合后，送入抄纸车间；

步骤34：抄纸：采用抄纸设备生产出对应的纸品。

在本技术方案中，通过氢氧化钠溶液对金竹草进行处理，在165℃的蒸煮温度下进行蒸煮，产生的黑液经过酸化之后的黑液可进行循环蒸煮，即重新用于煮浆，在多次洗浆中产生的废水可以进行循环再利用，即洗浆后的废水可以重新再用于洗浆处理，如此大大减少可大大减少在制浆过程中废水的产生，黑液的循环再利用同时降低了制浆的生产成本。

在本发明的实施例当中，步骤S14中得到黑液，经过酸化处理，脱除部分木质素后，得到的酸化滤液可以进入蒸煮部分完成循环蒸煮，从而实现黑液的重新利用。本实施例当中可在黑液中存在中残留细小纤维、有机物质，可提高制浆的浆得率。

在实施例中，黑液的化学含氧量为1.0×10⁵mg/L至1.2×10⁵mg/L，所述黑液的悬浮物含量为12.3％至13.3％，所回收酸化滤液的化学需氧量(COD)为6.0×10⁴mg/L至8.0×10⁴mg/L。

之后用实施例对本发明的高得率化学制浆法进行充分介绍。

实施例1

步骤S10，金竹草的处理包括：

S11切割：采用绝干重7t的金竹草作为原料，金竹草通过切割达到合适大小。

S12装料：金竹草放入蒸煮器皿中，加入1.4t氢氧化钠，清水42t，加入后总重量为50.4t。

S13蒸煮：加热蒸煮器对其中的绝干金竹草进行蒸煮，缓慢地对蒸煮器加热2h，使得蒸煮器皿的温度为165℃，并在165℃下对蒸煮器保温2h，即使得蒸煮器内的温度稳定在165℃不变。

步骤S20，洗浆包括：

S21一次洗浆:用螺旋槽把粗浆送入洗浆池。在粗浆中连续加入部分三次压榨废液，总质量17.85t，用搅拌机对一次压榨纸浆进行搅拌，使其中的黑液充分溶解于水，形成浓度为8％的一次洗涤浆料。

S22一次压榨:利用压滤机压榨一次洗涤浆料，得到浓度30％，质量为11.7t的一次压榨纸浆和一次压榨废液，其中一次压榨纸浆中有干浆3.5t，含水8.2t，残留的黑液固形物占干浆的1.6％；一次压榨废液的质量为32.05t，一次压榨废液的固形物浓度为0.8％。

S23二次洗浆：将一次压榨纸浆排入洗浆池内。加入全部三次压榨废液。用搅拌机搅拌，使黑液充分溶解于水，再一次形成8％的二次洗涤浆料。

S24二次压榨:利用压滤机压榨二次洗涤浆料，得到浓度为30％，质量为11.7t的二次压榨纸浆和二次压榨废液，其中，二次压榨废液的浓度为0.02％，含有干浆3.5t，含水8.2t，残留的黑液固形物占干浆的0.14％；还得到32.05t二次压榨废液，二次压榨废液固形物浓度为0.02％，令其对粗纸浆进行洗浆。

S25三次洗浆:将浓度为30％的二次压榨纸浆排入洗浆池。并在二次压榨纸浆中加入32.05t的清水，并用搅拌机搅拌，使夹带在二次压榨纸浆中的黑液充分溶解于水，形成浓度为8％的三次洗涤的浆料。

S26三次压榨:采用压滤机压榨二次洗涤浆料，得到浓度30％质量为11.7t的三次压榨纸浆和三次压榨废液。其中，三次压榨废液含有干浆3.5t，含水8.2t，残留的黑液固形物占干浆的0.013％；三次压榨废液的质量为32.05t，其中，三次压榨废液固形物浓度为0.004％，令其对二次压榨纸浆进行洗浆。

步骤S30浆液后处理包括：

步骤34：抄纸：采用抄纸设备生产出对应的纸品。

请参照图3，这是用本发明在实施例1得出的浆得率来计算，然后跟常规方法的浆得率进行比较。在该图中A曲线是金竹草使用常规的化学制浆法得到的浆得率，B曲线为金竹草用本发明进行蒸煮得到的浆得率。我们可以通过图中曲线得出按照本发明进行蒸煮，金竹草浆得率与常规的化学制浆方法的浆得率相比有轻微的提升，而且和常规的化学制浆方法相比，黑液得到了更加充分的运用，减少水资源浪费，因此较大程度的减少了生产成本。

图4中a-d所示，是把实施例1生产的纸张与采用常规的化学制浆方法制成的纸张进行性能方面对比得到的曲线图。图中A曲线是常规化学制浆方法制成的纸张，B曲线是采用本发明的制浆方法制成的纸张。由图可知，使用本发明所制得的纸张在耐破指数和采用常规化学制浆方法制浆后制得的良浆所制成的纸张的物理性能相近，其撕裂指数、抗张指数等方面的指数优于采用常规化学制浆方法制浆后制得的良浆所制成的纸张的物理性能，其原因为蒸煮黑液在脱木质素后，酸化滤液中残留细小纤维、糖类、有机物质。这些物质在循环蒸煮过程附着在金竹草纤维表面，改善纤维的强度，增强纸张的力学性能。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.黑液酸化滤液循环蒸煮纤维原料提高纸浆得率的制浆方法，包括如下步骤：

步骤1：在蒸煮锅中加入氢氧化钠颗粒、水和金竹草，进行蒸煮，沥干得到粗浆和黑液；

步骤2：粗浆用清水进行反复的清洗、压榨；

2.根据权利要求1所述的黑液酸化滤液循环蒸煮纤维原料提高纸浆得率的制浆方法，其特征在于：步骤1的具体过程为：采用绝干金竹草为原料，金竹草通过切割机成原料，把金竹草放入蒸煮器当中，加入氢氧化钠和水，氢氧化钠质量为绝干金竹草总质量的20％，绝干金竹草与水的质量比为1:6，加热蒸煮器对绝干金竹草进行蒸煮，加热的条件为，对蒸煮器皿加热2h，使蒸煮器皿里的温度从室温达到165℃，并在165℃下对蒸煮器皿保温2h，使得蒸煮器皿的温度保持在165℃，蒸煮后经过沥干分离得到粗浆和黑液。

3.根据权利要求1所述的黑液酸化滤液循环蒸煮纤维原料提高纸浆得率的制浆方法，其特征在于：步骤2的具体过程为：

步骤2.2：一次压榨:利用压滤机压榨一次洗涤浆料，得到一次压榨纸浆和一次压榨废液，其中一次压榨纸浆的浓度30％，一次压榨废液的固形物浓度为0.8％；

步骤2.4：二次压榨:利用压滤机压榨二次洗涤浆料，得到浓度为30％的二次压榨纸浆，和固形物浓度为0.02％的二次压榨废液，将二次压榨废液对粗纸浆进行洗浆；

步骤2.6：三次压榨:采用压滤机压榨二次洗涤浆料，得到浓度30％三次压榨废液，和固形物浓度为0.004％三次压榨废液，将三次压榨废液对二次压榨纸浆进行洗浆。

4.根据权利要求1所述的黑液酸化滤液循环蒸煮纤维原料提高纸浆得率的制浆方法，其特征在于：步骤3的具体过程为:

步骤3.4：抄纸：采用抄纸设备生产出对应的纸品。

5.根据权利要求1所述的黑液酸化滤液循环蒸煮纤维原料提高纸浆得率的制浆方法，其特征在于：步骤1中，向蒸煮废液中加入盐酸反应，使pH值为6～7，生成木质素，得到木质素和黑液酸化滤液。

6.根据权利要求1所述的黑液酸化滤液循环蒸煮纤维原料提高纸浆得率的制浆方法，其特征在于：步骤1中的蒸煮液包括40％-50％的黑液酸化滤液和50％-60％的水。

7.根据权利要求6所述的黑液酸化滤液循环蒸煮纤维原料提高纸浆得率的制浆方法，其特征在于：黑液酸化滤液的化学含氧量为6.0×10⁴mg/L至8.0×10⁴mg/L。