CN1896378B - 处理化学纤维素浆的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种处理化学纤维素浆的方法，其中单个的浆漂白阶段包括酸处理A、中和处理n和二氧化氯处理D0。AnD0漂白阶段可选择性地包括处理间的洗涤，在各处理之间或仅在某些处理之间，表示为A-n-D0，其表示在酸(A)和中和(n)处理之间以及中和(n)和二氧化氯(D)处理之间存在洗涤，或表示为An-D0，其表示仅在中和(n)和二氧化氯(D)处理之间存在洗涤。AnD0阶段后可进行洗涤和进一步的漂白阶段。优选地，(AnD0)阶段后可以在氧气和过氧化物的存在下用苛性碱进行提取阶段Eop。本发明的方法对漂白程序获得的最终亮度有所改进，并且减少了漂白后的浆返色。

Description

处理化学纤维素浆的方法
技术领域
本发明涉及一种处理任何化学制浆工艺中的化学纤维素浆的方法，尤其涉及一种在酸处理、随后进行中和处理且在中和处理后进行二氧化氯处理的阶段中处理化学纤维素浆的方法。
背景技术
使用二氧化氯作为漂白化学药品的浆漂白程序是流行的且在环境学上是可行的。使用二氧化氯的浆漂白程序存在很多实际且经济的理由。例如，相比于其它漂白和脱木质素化学药品，二氧化氯的价格是很有竞争力的。此外，通过二氧化氯漂白获得的浆的强度和亮度优良，事实上至少与使用相同化学消耗水平(kg/admt)的过氧化物获得的浆具有几乎相同的等级。
通常在50-80℃的温度下，以每吨浆大约10-30kg的二氧化氯剂量进行传统的二氧化氯漂白。采用的典型的程序是例如D0ED1ED2和OD0ED1ED2及其改进。和其它D阶段的处理时间相比，D0阶段的处理时间通常较短，例如为大约30-90分钟。在D0阶段结束时，浆的pH降低至1-3的范围。在D1和D2阶段，处理时间为2-3小时且pH比D0阶段稍高。通常在大约70℃的温度进行二氧化氯阶段(所有类型)，同时在D0阶段的处理时间为0.5-2小时且在D1和D2阶段为2-3小时。典型地，避免了高于大约70℃的温度，因为在D阶段1-3的低pH终值和高温以及长的处理时间结合破坏了浆纤维的强度性质。
虽然传统的二氧化氯程序在工业中获得了广泛的接受，仍然希望一些改进。例如，一直希望对由二氧化氯漂白程序获得的最终亮度有所改进。本发明旨在实现这样的改进。
发明内容
本发明特别地具体为单个的漂白阶段，该阶段包括酸处理A、中和处理n和二氧化氯处理D0。本发明的AnD0漂白阶段可以选择性地包括处理之间的洗涤，在各处理之间或仅在某些处理之间，表示为A-n-D0，意味着在酸(A)和中和(n)处理之间以及中和(n)和二氧化氯(D)处理之间进行洗涤，或表示为An-D0，意味着仅在中和(n)和二氧化氯(D)处理之间进行洗涤。在AnD0阶段后可以进行洗涤和进一步的漂白阶段。优选地，在(AnD0)阶段后，在氧气和过氧化物的存在下用苛性碱进行提取阶段Eop。
当与酸处理后进行二氧化氯处理而在处理之间没有中和的阶段(AD0)相比，使用本发明的该AnD0漂白阶段产生了出人意料的结果：在二氧化氯处理后具有更高的亮度且在随后的Eop阶段后具有更高的亮度和更低的卡伯值。该AnD0漂白阶段还在当与漂白不包括上述的AD0或仅有D0阶段的基本相同的漂白条件下产生了更高的终亮度。
此外，已经发现根据本发明漂白的浆发生的返色(即经过一段时间漂白的浆或纸的亮度损失的度量)减少。关于这一点，非常希望漂白的浆能够在延长的时间段内保持其白色(“漂白的”)，且因此漂白浆的返色的减少是非常理想的。因此，当与传统AD0阶段相比，来自AnD0漂白阶段的漂白浆的返色更低。还已经发现在给定的亮度水平，AnD0漂白阶段要求更少的漂白化学药品，特别是二氧化氯。所有这些改进是在A和D0处理之间引入中和处理n的结果。
此外，已经发现当和AnD0阶段相比时，使用本发明的An-D0漂白阶段(酸处理之后中和，随后洗涤，随后二氧化氯)产生更意外的结果：在二氧化氯处理后的甚至更高的亮度且在随后的Eop阶段后的更高的亮度和更低的卡伯值。该An-D0漂白阶段还比在不包含这样的阶段的基本相同的漂白条件下漂白产生了甚至更高的终亮度。
和AnD0一样，已经发现An-D0使得根据本发明漂白的浆返色(即经过一段时间漂白的浆或纸的亮度损失的度量)减少。关于这一点，非常希望漂白的浆能够在延长的时间段内保持其白色(“漂白的”)，且因此漂白浆的返色的减少是非常理想的。因此，当与传统AD0阶段甚至是AnD0相比时，来自An-D0漂白阶段的漂白浆的返色更低。还已经发现在给定的亮度水平，An-D0漂白阶段要求更少的漂白化学药品，特别是二氧化氯。所有这些改进是在A和D0处理之间引入中和处理n，且在中和后洗涤的结果。
所有的方面和益处在以下对本发明优选代表性具体实施方式的具体说明进行仔细考量后变得更加清楚。
附图说明
此后将对附图进行参考引用，其中在各图中的相似参考数字表示相似的结构单元，且其中：
图1是AnD0方法的示意图；
图2是An-D0方法的示意图；
图3是显示具有或没有中和n阶段的以及具有或没有在氧气和过氧化物存在下的苛性碱提取阶段(Eop)的二氧化氯漂白程序的浆亮度的柱状图。
图4是显示了中和阶段对二氧化氯漂白阶段的Eop卡伯值影响的柱状图；
图5是在D1阶段终亮度(％ISO)对ClO2用量的图；以及
图6是终亮度(％ISO)对总ClO2用量的图。
具体实施方式
在所附图1中描述了根据本发明的系统10的示意图。关于这一点，目标浓度的液体浆通过供给线14进入处理容器12由此可以对浆进行酸处理A。酸处理后的浆通过线16从容器12中释放且由浆泵18泵入混合器20。将适量的中和化学药品(例如NaOH)加入混合器20中的液体浆。随后可以通过供给线24将中和后的液体浆引入处理容器22。设计容器22的尺寸为在此中和的液体浆提供理想的留置时间。随后通过线26从容器22中回收中和后的液体浆并将其导入其中加入了漂白用量的二氧化氯ClO2的混合器28。因此将液体浆通过线32引入漂白容器30。设计漂白容器30的尺寸由此使得液体浆驻留足够将浆漂白的时间，由此漂白的浆通过线34可以从容器中释放。
本发明尤其具体实施在单个漂白阶段，该阶段包括酸处理A、中和处理n、和二氧化氯处理D0。本发明的(AnD0)漂白阶段可以选择性地包括处理之间的洗涤，表示为(A-n-D0)，或仅在酸和中和处理之间包括洗涤，表示为(A-nD0)，或仅包括中和和二氧化氯处理之间的洗涤，表示为(An-D0)。
图2显示了系统10的示意图，其中洗涤发生洗涤阶段40，该洗涤阶段位于中和n(在容器22中进行)和在混合器28中加入二氧化氯之间。该洗涤阶段可以包括一压力(未显示)。洗涤阶段40(可以具有或不具有压力)包括：在中和阶段后通过线41将洗涤液加入浆中，由此通过线26-1离开洗涤阶段40的材料具有大约4至35％的浓度，优选地有大约10至大约14％的浓度。可以通过线42从洗涤阶段40中提取洗涤液。
优选的酸处理将在大约1至大约5之间的pH进行，且更优选地在大约2至大约3.5之间。在这些酸处理中使用的酸可以是传统上用于该工艺的任何酸，例如硫酸、盐酸等。也可以使用氢氟酸。对于酸处理的浆留置时间典型地在大约30秒至大约5小时之间，且更优选地在大约2至大约4小时之间。酸处理将最优地在大约40至大约100℃之间的升高的温度下进行，且更优选地在大约80至大约90℃(例如在大约85℃)之间的温度下进行。在酸处理中液体浆的浓度优选地在大约0.1至大约50％之间，更优选地在大约4至大约15％之间，且最有选地在大约10至12％之间。
特别优选的酸处理可以是那些在美国专利号6,776,876B1中充分说明的处理，该专利的全部内容在此明确地参考引用。特别地，优选的酸处理阶段(A)将包括处理由碱脱木质素产生的具有小于24的卡伯值和0.1-50％之间的固体浓度的化学纤维素浆，在高于85℃的温度和大约2-5之间的pH下处理浆足够长的时间去除至少50％的己烯糖醛酸(hexenuronic acid)且降低至少2个单位的卡伯值。
在本发明的酸处理后进行中和处理阶段(n)且可选择地包括中间洗涤阶段。如以下将要讨论的，特别优选的具体实施方式对酸处理后的浆进行中和处理而没有中间的洗涤(即由此实现减少的返色)。中和处理的目的是使用碱性化学药品例如氢氧化钠将液体浆的pH中和至大约7至大约14之间(优选地大约9.5)。通过在酸处理后不进行洗涤而直接将中和化学药品在大约40至大约100℃，更优选地在大约60至大约90℃，最优选地在80至大约90℃之间的温度下直接加入液体浆实现优选的中和处理。中和处理的浆留置时间典型地将在大约30秒至大约2小时之间，且更优选地在大约5至大约20分钟之间。在中和处理中的液体浆浓度优选地在大约4至大约15％之间，更优选地在大约10至大约12％之间。
在中和处理后直接进行二氧化氯处理D0。如此前讨论的，在n和D0处理之间可以进行或不进行液体浆的中间洗涤。在大约1至大约7，优选地在大约2.5至大约3.5的pH下进行二氧化氯处理。通过加入二氧化氯和/或一种诸如硫酸、盐酸或氢氟酸的酸获得目标pH。二氧化氯处理的温度将在大约40至大约100℃之间，更优选地在大约60至大约90℃之间，最优选地在80至大约90℃之间。在二氧化氯处理中的浆留置时间将在大约30秒至大约2小时之间，优选地在大约15至大约30分钟之间。在D0处理的开始阶段将典型地使用烘干浆重(odpt)的大约0.05至大约2.5％之间的二氧化氯用量或卡伯因子(0.05至1的卡伯因子，优选地，0.15至0.25)3至24倍的卡伯值。D0处理中的液体浆浓度将在大约4至大约15％之间，优选地在大约10至大约12％之间。在本发明实践中可以使用的二氧化氯处理在美国专利申请公开2002/0056533 A1中进行了更充分地说明(该申请的全部内容在此被明确地参考引用)。
在AnD0或An-D0阶段后可进行洗涤和进一步的漂白阶段。优选地，在AnD0或An-D0阶段后进行碱提取，优选地在氧气和过氧化物的存在下用苛性碱进行Eop阶段。优选地，Eop阶段如同在美国专利号4,568,420中充分公开的(该专利的全部内容在此被明确地参考引用)。
如之前提及的，在中和处理和酸及二氧化氯漂白各处理之间，或在酸和中和处理之间，或在中和和二氧化氯处理之间可以选择性地进行中间洗涤处理。这些阶段可以表示成A-n-D0或A-nD0或An-D0。典型地在20-100℃的温度下用于这些中间洗涤处理的合适的洗涤液实际上可以是任何来自纸浆厂的合适的水，例如新鲜水或来自最后D(二氧化氯)阶段的滤出液，或其可以是来自工厂其它地方的冷凝液(干净的或脏的)、洗涤滤出液、废水处理工厂废水或这些液体的任意混合，但优选地是新鲜水。
可替换地，可以将二氧化氯的初始量加入酸处理A中，产生阶段(ADnD0)。根据本发明的该具体实施方式，二氧化氯的总用量将在AD和D0处理之间分摊由此在两个处理中加入了二氧化氯。特别地，在酸处理中以及中和处理后加入二氧化氯。
优选地，根据本具体实施方式，操作处理AD以实现酸处理，该处理中加入了用于该阶段的总二氧化氯的1至99％。例如，如果加入该阶段的总二氧化氯的10％被加入酸处理A，那么剩余的90％的二氧化氯被加入随后的二氧化氯处理D0。优选地，该AD处理的操作条件与此前说明的酸处理的条件基本相同，即1至4，优选地2至3.5的pH；30秒至5小时，优选地2至4小时的处理留置时间；40至100℃，优选地80至90℃的处理温度；以及处理中4至15％的，优选地10至12％的液体浆浓度。优选地，使用的酸是硫酸、盐酸或氢氟酸。
AD处理后直接进行中和处理而没有中间的洗涤。即在AD和n处理之间没有液体浆的洗涤。D0处理直接紧随中和处理而不进行中间的洗涤。即在n和D0处理之间没有对液体浆的洗涤。n和D0处理的操作条件与此前说明的中和及D0处理的条件基本相同，当然，除了将剩余的二氧化氯用量加入D0处理，剩余用量依赖于加入AD处理的二氧化氯的量。
尽管优选地没有浆的中间洗涤，在中和处理和AD及D0各处理之间可以选择性地进行中间洗涤处理。这样的顺序可以被表示为(AD-n-D0)。用于这些中间洗涤处理的合适的洗涤液事实上可以是纸浆厂的任何合适的水，例如洗涤滤出液、废水处理厂房的废水等。
根据本发明的另一个具体实施方式包括连续的二氧化氯处理，由此首先在相对高的pH值随后在相对低的pH值完成漂白。这样的程序被确定为(AnDHIDLO)。关于这一点，酸处理和中和处理优选地按照与之前所述的基本相同的方法操作。优选地，在二氧化氯处理DHI、DLO之前或之间不进行浆的中间洗涤。在DHI和DLO处理之间分裂总的二氧化氯用量。因此，总二氧化氯用量的大约1至大约99％将被加入DHI处理，而剩余的总二氧化氯用量(即99％至1％之间)随后被加入DLO处理。
在大约4至大约7之间的相对高的pH下，优选地在大约5至大约6的pH下进行DHI二氧化氯处理。在加入1至99％的二氧化氯用量后加入氢氧化钠和其它碱性化学药品进行pH调节从而获得目标pH。优选地在40至100℃的温度下，更优选地在60至90℃下操作DHI处理；在高pH下留置30秒至2小时，优选地5至30分钟；且液体浆浓度为4至15％，优选地为10-12％。
在相对低的大约1至大约4之间，优选地在大约2至大约3之间的pH下操作DLO二氧化氯处理，在DHI处理后没有液体浆的中间洗涤。通过加入合适的酸，例如硫酸、盐酸和/或氢氟酸实现pH的调节。可以在加入二氧化氯用量的同时和/或之后加入调节pH的酸。优选地，在40至100℃的温度下，优选地在60至90℃下操作DLO二氧化氯处理；在低pH下留置30秒至2小时，优选地留置5至30分钟；且液体浆浓度为4至15％，优选地10-12％下。
尽管没有中间洗涤是优选的，在各处理之间可能操作中间洗涤，特别是在中和处理和酸及高pH二氧化氯各处理之间以及在高和低二氧化氯处理之间。这样的阶段被表示为(A-n-DHI-DLO)。洗涤液可以是来自工厂的任何水，例如洗涤滤出液、废水处理厂房废水等。
通过以下非限定性实施例将进一步理解本发明。
实施例1
根据以下表1处理硬木浆从而将根据本发明的伴有和未伴有随后的Eop阶段的AnD0处理与AD0传统阶段进行比较。结果在以下表1中显示且图形表示为图3-5。
正如能够看见的，通过本发明的二氧化氯漂白阶段获得了最终亮度的提高。
表1
Figure G06156783020060314D000101
实施例2
根据以下表2处理浆从而将根据本发明的伴有和未伴有随后的Eop阶段的AnD0和An-D0处理与AD0传统阶段进行比较。结果在以下表2中显示且图形表示为图6。表2中总结的研究中使用硬木浆。
正如能够看见的，通过本发明的二氧化氯漂白阶段获得了最终亮度的提高。特别地，如图6中呈现的，三种漂白程序(AD0)、(AnD0)和(An-D0)的比较显示在酸和二氧化氯处理之间加入中和处理相比于仅有酸和二氧化氯处理的程序产生了提高的终亮度。同样明显的是，在中和和二氧化氯处理之间加入洗涤与在酸和二氧化氯处理之间加入中和而没有洗涤的情况相比产生了甚至更高的终亮度。
表2

Claims (7)

1.一种处理由碱脱木质素制备的化学纤维素浆的方法，包括：
(a)在1至5之间的pH和40至100℃的温度下对浆进行酸处理；
(b)用碱性化学药品中和根据步骤(a)的酸处理后的浆以获得7至14之间的pH；以及此后
(c)通过对中和后的浆进行至少一个二氧化氯漂白阶段的操作来漂白中和后的浆；
其中，所述步骤(a)和(b)之间或所述步骤(b)和(c)之间没有洗涤步骤。
2.根据权利要求1中的方法，其中，在所述步骤(a)中，在1至5之间的pH和80至90℃的温度下对浆进行酸处理。
3.根据权利要求1中的方法，其中，在所述步骤(b)中，用碱性化学药品中和根据步骤(a)的酸处理后的浆以达到pH9.5。
4.根据权利要求1中的方法，其中步骤(c)包括在4至7的pH下用二氧化氯漂白浆的DHI二氧化氯处理，和此后在1至4的pH下用二氧化氯漂白浆的DLO二氧化氯处理。
5.根据权利要求4中的方法，其中所述DHI二氧化氯处理和DLO二氧化氯处理在没有中间洗涤的情况下操作。
6.根据权利要求1-5中任一所述的方法，其中，步骤(c)包括用二氧化氯漂白所述浆，并且在步骤(a)的酸处理中还加入二氧化氯。
7.根据权利要求1-5中任一所述的方法，其中，化学纤维素浆具有小于24的卡伯值，以及在0.1至50％之间的固体浓度，且其中操作步骤(a)足够的时间以去除至少50％的己烯糖醛酸并将浆的卡伯值降低至少2个单位。
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