CN1242060A - 用螯合剂而不用漂白塔处理纸浆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及纸浆的一种无氯漂白的方法,其中的金属是用螯合剂清除的,所述的螯合剂在至少一个混合阶段内与纸浆混合,没有中间洗涤,混合后的纸浆不通过中间塔直接通至纸浆洗涤器。从加入螯合剂后计算,总的停留时间最多为15分钟。

Description

用螯合剂而不用漂白塔处理纸浆
本发明涉及用无氯化学药品漂白化学纸浆。更确切地说本发明涉及一种采用螯合剂与漂白结合预处理纸浆的方法。
化学造纸纸浆的完全无氯漂白(TCF)已经取得成功，无氯纸浆的全球年产量即将达到500万吨，考虑到该漂白方法引入还不到6年，其发展是不平常的。此外，本方法还存在各种变化，其中有预漂白是无氯的，而最终漂白是ECF(基本无氯)或TCF(完全无氯)型的。
大多数的漂白是采用无氯化学药品，首先是用EDTA或DTPA型的螯合剂处理需漂白的造纸纸浆。加入螯合剂的目的是除去纸浆中的某些金属离子，特别是锰，铜，铁等，如果这些金属离子留在纸浆内会对漂白效果产生不利影响。螯合剂通常是用字母Q表示的。
Q-步骤之后清洗该纸浆，以尽可能完全地清除纸浆中暴露的金属离子。然后进行漂白，通常是用过氧化氢，有时也结合用氧。过氧化氢步骤是用字母P表示的，加氧强化的P步骤表示为OP或PO，其中主要的化学药品放在首位。经验规律是从纸浆中清除的有害金属离子数目越大，则相继的漂白将越为有效。
一种以Q-步骤处理纸浆，然后以P-步骤漂白的方法通常称为“Lignox”法，例如EP-A-402335中所揭示的。
在QP-漂白之前，通常使初始的纸浆进行氧气脱木素直至卡伯值比较低。漂白前的卡伯值低意味着随后步骤中可得到的最大漂白效果增加，并且漂白所需要的化学药品减少。
在工厂中，QP-漂白最通常是以这样的方式进行的：纸浆首先通过一个泵，该泵使纸浆悬浮液通过处理步骤。其后是混合器，在混合器中将螯合剂加至纸浆中。其次的步骤是漂白塔，在漂白塔内没有附加的搅拌仅仅是缓慢地通过，在漂白塔内进行所有其余的反应。纸浆最后经过一个洗涤步骤，在该洗涤步骤中洗去暴露的和络合的金属离子。通常是将排出的富含金属离子的液体丢弃。
Q-步骤采用的一般条件是：温度为70-90℃，停留时间为1-2小时，纸浆浓度为10-14％，pH值为5-7，螯合剂的进料量为1-3公斤/吨纸浆。按照这些条件，可以达到很好的金属分离，如果随后对木质素含量低的纸浆进行漂白(卡伯值约低于5)，并且如果在该步骤使用大量的过氧化氢(大于15公斤/吨)，则这种分离是必要的。但是，如果所述的纸浆仍然含有大量的木质素(卡伯值约高于5)，并且在随后的步骤中过氧化氢进料量限于约5-10公斤/吨，对于完全清除金属的要求则不是很严格的。在这阶段只要清除较少金属(即减少量小于60％)就足够的另一种情况是：Q-步骤前的金属含量与Q-步骤后所要求的金属含量相比是很低的情况。在这样情况下，可以采用稍为简化的Q-过程。
从严格的漂白的观点看来，Q-步骤本身是一个非必要的处理过程，因为在该步骤并不发生真正的漂白。但是如上所述，对于随后成功的P-或者PO-漂白来说，Q-处理是必须的。如果能在不减少清除金属效果的前提下简化Q-步骤，可以大大节约成本，因为一个完整的漂白步骤是昂贵的。
本发明涉及Q-步骤的简化，特别是对于卡伯值约大于5的纸浆的处理，以及要求金属减少量小于60％的纸浆的螯合剂处理。简化意味着和传统的Q-步骤有关的投资成本的减少。
本发明是基于令人惊讶的观察资料，增加反应温度对Q-步骤效果的影响比增加停留时间小得多。这表明，按照传统的化学动力学，Q-步骤是扩散控制的，而不是反应控制的。这就是说Q-步骤应该进行得使扩散加速，如果能有效地实现，则总的停留时间可大大地减少。
本发明的特征可清楚地见之于所附的权利要求书。
减少扩散阻力的最好的方法是减少反应物和所释放的反应产物的扩散距离。工业规模上是通过有效地混合来达到的，例如在混合器内作长时间的停留。这样，通过有效的混合，就可以缩短在Q-步骤的停留时间。混合步骤的次数不是严格的，但是总的混合时间必须在某个临界水平之上，或者至少应该使用两个混合装置。然而由于经济上的原因，混合步骤的次数必须掌握在合理的水准。对于卡伯值约大于5的纸浆，除可能存在的氧气外必须进一步最多用约5-10公斤的过氧化氢来漂白，合适的混合步骤的次数是1-2。如果在螯合剂步骤内要达到的金属减少量是有限的，并且不需大于60％，则同样的结论也适用。
当使用两个混合步骤时，则混合步骤之间最好有一定的停留时间，但是这时间不必长，因为尚未混合时的扩散率比通过混合(例如在混合器内)可以达到的要慢得多。因此，混合步骤之间的停留时间应短于10分钟，更好是短于5分钟。混合步骤应一个接一个地进行，没有中间洗涤。从纸浆悬浮液中除去金属所需要的洗涤步骤应在最终的混合步骤之后15分钟之内进行。
当使用一个以上的混合步骤时，全部螯合剂应在第一混合步骤内加入，而随后的混合步骤仅仅引起重新混合。分开加料，使最多三份之一的螯合剂料是在最后步骤中加入，也并不是有害的，如果随后的混合是足够有效的话。
较好的螯合剂是EDTA(乙二胺四乙酸)型的，或DTPA(二亚乙基三胺五乙酸)型的，但也可以使用其它类型的螯合剂，例如NTA(次氮基三乙酸)或DTPMP(二亚乙基三胺五亚甲基膦酸diethylene triamine pentamythylene phosphoric acid)。所加入的螯合剂的总量应为0.5-3公斤/吨纸浆(以纯螯合剂计算)，较好的是1-2公斤/吨纸浆。
Q-步骤的温度应在75℃以上，较合适的在80℃以上，更好是在85℃以上。所要求的pH范围为5-11。纸浆浓度应为2-16％。
通过使用高强度的混合器或者另一种能有效混合并且停留时间足够的混合器，可以得到一种尤其有效的混合，并因此得到纤维和螯合剂的均匀混合物。
下表列出了单步骤Q-处理的一些结果，它是使用高强度混合器进行3秒钟，随后在纸浆洗涤前停留40分钟(没有混合)，并且其中的处理温度为95℃。为便于比较，这里也列出了传统的Q-处理的数据，该步骤以传统的实验室方式将螯合剂与纸浆混合，随后的停留时间为60分钟，该步骤在90℃进行。
实验：
起始的纸浆是氧漂白的，并且是松柏科的硫酸盐型，卡伯值为10.1，粘度为975dm3/t，亮度为43％ISO。按照10kg H2O2/t的Q(OP)进行漂白。
  Q-步骤中PH＝8.6   本发明Q步骤   常规技术中Q步骤
    卡伯值     5.7     5.7
    粘度dm3/kg     771     807
    亮度％ISO     63.4     64.9
  Q-步骤中pH＝10.6   本发明Q步骤 OP步骤前  无Q步骤
    卡伯值     5.7     6.1
    粘度dm3/kg     771     790
    亮度％ISO     62.2     59.1
当然，本发明并不限于上述的实施例，而且可在专利权利要求书的范围内作各种变动。

Claims (10)

1.纸浆的一种无氯漂白的方法，其中的金属是用螯合剂清除的，其特征在于所述的螯合剂在PH为5-11的至少一个不使用漂白塔的有效混合阶段内与纸浆混合，并且在最终混合阶段之后的15分钟内洗涤纸浆。
2.如权利要求1所述的方法，其特征还在于螯合剂阶段之前的纸浆的卡伯值在5以上，或者所述的螯合剂阶段中所要求的金属减少量小于60％。
3.如上述任一权利要求所述的方法，其特征还在于螯合剂的总添加量为0.5-3公斤/吨纸浆，较好的为1-2公斤/吨纸浆。
4.如上述任一权利要求所述的方法，其特征还在于螯合剂阶段中的温度在75℃以上，最高为110℃。
5.如上述任一权利要求所述的方法，其特征还在于螯合剂阶段中的纸浆浓度为2-16％。
6.如上述任一权利要求所述的方法，其特征还在于该方法中至少使用了两个混合阶段，螯合剂全部在第一混合阶段内进行添加，而随后的混合阶段仅仅进行重新混合。
7.如权利要求6所述的方法，其特征还在于所述的螯合剂是在几个混合阶段内添加的。
8.如上述任一权利要求所述的方法，其特征还在于所述的螯合剂是EDTA型或DTPA型的。
9.如上述任一权利要求所述的方法，其特征还在于所述的螯合剂是NTA型或DTPMP型的。
10.如上述任一权利要求所述的方法，其特征还在于所述的螯合剂与纸浆的混合是通过高强度的混合器进行的，该混合器粉碎纸浆中的纤维网络，并导致纤维和螯合剂之间的紧密接触。
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