桉木kp浆氧脱木素工艺研究

桉木kp浆氧脱木素工艺研究

桉树是原料丰富、善于制作浆砌石的原料。它的纤维性能优良，可以说是制备纸浆的优秀原材料。我国作为世界上最大的纸浆进口国,大力发展速生材制浆造纸具有重要的意义,其中桉木KP浆产量占全部桉木浆总产量的80%以上,桉木硫酸盐法蒸煮,不仅得率高,而且耗碱量也低,制得的纸张具有较高的抗张强度、耐破度、撕裂度等机械强度指标,而且耐热性和耐久性较好。氧脱木素的脱木素率高达35%～50%,氧气清洁而价廉,可以减少含氯漂白药品的用量,氧脱木素浆的质量也较高,且氧脱木素的废液可以回到制浆厂化学回收系统的封闭循环中,从而使常规漂白的排放废液中有机污染物负荷减少近5%,大大降低漂白段废水BOD、COD、色度及有机氯(TOCl)的含量。同时氧脱木素具有成本低、浆白度稳定性好、易打浆等优点,因此在ECF和TCF漂白程序中,氧脱木素是重要的组成部分。在我国,对蔗渣、湿地松、竹子、红麻、麦草、杨木等各种原料生产的浆料的氧脱木素效果都曾进行过研究。实际生产中,中浓氧脱木素具有节省动力、低能耗和操作安全等优点而成为氧脱木素工艺发展的主要趋势,对解决目前我国造纸工业环境污染问题,促进ECF和TCF漂白技术在我国造纸工业中的应用具有重要意义。由桉木硫酸盐浆氧脱木素的动力学可知:氧脱木素的速率是氧压、用碱量、温度和卡伯值的函数,而反应时间则决定木素的脱除量。因此,用碱量、氧压、温度、时间及浓度都是影响氧脱木素过程的主要因素。前人对桉木KP浆氧脱木素的工艺研究得比较多,得出桉木氧脱木素最佳的氧压为0.5MPa,温度为100℃,浆浓一般在8%～16%之间,根据本实验室中浓氧脱木素经验选择浆浓为10%。本文研究了桉木浆中浓氧脱木素的部分工艺条件,由于目前受中浓浆泵能力的限制,氧脱木素过程反应压力一般不超过0.5MPa(塔顶压力),氧脱木素反应温度受生产成本的控制,一般控制在95～100℃,而在设计过程及生产过程中,除氧压及温度外,还需考虑用碱量以及反应时间对氧脱木素的影响,本文针对这两个影响因素进行试验,得到较优的中浓氧脱木素条件。在此基础上比较了筛选和滤液洗涤对氧脱木素效果的影响,进行了纤维分析的比较研究,以期对进一步促进中浓氧脱木素技术在我国造纸工业中的推广应用提供参考。1实验1.1桉木浆的制备本实验所用原料为A浆和B浆,都是实验室自制的桉木浆,A浆是桉木细浆,B浆分为筛前浆和筛后浆,筛前浆是指桉木蒸煮粗浆经过四段逆流洗涤所得浆料。浆样的具体特性如表1所示。1.2实验过程实验流程如下图所示,其中滤液洗浆是B浆的筛后浆用氧脱木素的滤液洗涤之后的浆样。1.3加反应罐、保温氧脱木素在FYXD型高压反应釜中进行,药品和浆料混合均匀后移入反应釜中,通入氧气,然后加热升温到所需温度并保温至规定时间。具体工艺条件如下:MgSO4用量0.5%,氧压0.5MPa,浆浓10.0%,温度100℃。改变NaOH用量和反应时间。1.4布氏漏斗去除率的测定黏度测定:按GB/T1548-2004标准,采用铜乙二胺法测定;卡伯值:按GB/T1546-2004标准测定;白度测定:浆样经纤维疏解器疏解后,在布氏漏斗上抄片,经压平,在转鼓烘干机上烘干后,用YQ-Z-48A型白度颜色测定仪测定白度;纤维分析:用活塞分散器将待测试样分散均匀,采用FS-300自动纤维分析仪。黏度降低率=(蒸煮浆黏度-漂浆黏度)/蒸煮浆黏度×100%白度增值率=(漂浆白度-蒸煮浆白度)/漂浆白度×100%木素脱除率=(原浆卡伯值-氧脱木素浆卡伯值)/原浆卡伯值×100%2结果与讨论2.1碱量对氧气脱木素作用的影响用碱量对氧脱木素效果的影响如表2所示。2.2氧脱木素再延长时间时间对氧脱木素效果的影响如表3所示。随着氧脱木素时间的延长,纸浆卡伯值不断下降,脱木素程度不断增加。开始时卡伯值下降很快,当时间超过80min后下降速度趋于平缓,这时的脱木素程度为48.8%;继续延长氧脱木素时间,卡伯值的下降幅度变得非常小,木素脱除率几乎不变,而黏度却急速降低,黏度降低率增加较快。因此,在达到一定的脱木素程度后,试图通过延长时间来继续降低浆中残留木素含量的做法是不适宜的。当氧脱木素时间超过80min后,虽然继续延长时间会增加氧脱木素后纸浆的白度,但增势减缓。因此,桉木常规KP浆的最佳氧脱木素时间为80min。对于上述现象分析原因为:在传统的粗浆洗涤过程中,水的导入会使溶解出来的硫酸盐木素重新沉淀在纤维壁上。在氧气存在下,由于重新建立起高温和高pH等条件,沉淀的木素会重新分散进入到液相中,于是在氧脱木素段的最初形成了快速脱木素阶段。然而,当木素被脱除到一定的程度后,此时浆中残留的木素大部分是与氧不具有反应性或者是与氧反应性很低的非酚型木素,脱木素速率下降。此外,由于碱在快速脱木素阶段结束以后已经大部分被消耗掉,浆中碱的浓度过低,也限制了后续阶段的脱木素。因此,当氧脱木素到一定程度后,再延长时间并不能导致更佳的脱木素效果。综合以上分析,确定最佳的氧脱木素工艺条件如下:浆浓10%,用碱量4.0%,温度100℃,时间80min,氧压0.5MPa,并在氧脱木素时添加0.5%的MgSO4,作为碳水化合物保护剂。2.3氧脱木素+前浆脱除率及得率滤液洗浆为模拟实际生产过程中氧脱段洗涤方式进行的实验,即氧脱段滤液按10m3·t-1(绝干浆)用来逆流到提取段洗浆。表4是经过不同方法处理后的浆样氧脱木素效果的比较,氧脱木素的工艺条件是采用2.2中得出的最佳氧脱木素条件。由表4看出:滤液洗浆经过氧脱木素后得到的卡伯值比筛后浆低,木素脱除率比筛后浆高2.9%,而得率为96.4%,比筛后浆的高0.7%,黏度损失最小,比筛后浆高42.9mL·g-1。筛前浆经过氧脱木素后,卡伯值为14.8,白度为45.02%ISO,黏度为761.9mL·g-1,此浆经过筛浆机再次筛选后卡伯值降低了1.3,黏度升高到769.4mL·g-1,白度为45.69%ISO。从表中得率看,筛前浆经过氧脱木素后的得率高于筛后浆和滤液洗浆,而滤液洗浆的得率又高于筛后浆的得率。这主要是因为滤液洗浆是经过氧脱木素废液洗涤过的,滤液中含有部分残碱,与木素反应继续脱木素过程,使木素的脱除率比较高,同时纤维素和半纤维素损伤较小,有利于白度和得率的提高。筛前浆是经过四段逆流洗涤出的桉木粗浆,也含有一些残碱,有利于白度和脱木素率的提高。2.4筛前浆调湿结果实验所得浆的纤维分析结果如表5所示。从表5看出,经过氧脱木素后,4种浆样的纤维长度相差不是很大,表明滤液洗涤对纤维长度影响很小,而筛前浆*纤维长度0.72mm,表明筛浆机筛选不仅筛去了纤维中的杂质,还导致细小纤维流失,可猜测筛前浆*不易成形,成纸紧度低,但抗张强度、耐破度、撕裂度较高。从表5中还可以得出筛后浆的纤维粗度为6.2mg·100m-1,与滤液洗浆和筛前浆*相差不大,但是纤维粗度只有5.1mg·100m-1。这主要是因为筛前浆没有经过筛浆机筛选,纤维卷曲较少。3不同碱量的氧脱木素脱除率和得率3.1经过探讨用碱量和时间对桉木KP浆氧脱木素的影响,最佳的氧脱木素工艺为:浆浓10%,用碱量4.0%,温度100℃,时间80min,氧压0.5MPa,并在氧脱木素时添加0.5%的MgSO4,作为碳水化合物保护剂。此时所得浆样的白度54.48%ISO,黏度688.5mL·g-1,卡伯值10.39。3.2通过比较筛后浆、滤液洗浆和筛前浆的氧脱木素效果表明:滤液洗浆和筛前浆的氧脱木素的效果优于筛后浆的氧脱木素效果,其中滤液洗浆的白度增值率最高,筛前浆的木素脱除率和得率最高。3.3对筛后浆、滤液洗浆和筛前浆进行了纤维分析,结果发现,这几种浆样经过氧脱木素后纤维长度几乎没有差别,粗度变化不大。由表2中的数据可知,随着用碱量的增加,纸浆的卡伯值、黏度、得率逐渐下降,白度有所增加。表明浆中残余木素的含量逐渐降低,木素的脱除量逐渐增加。当NaOH用量为2%时,木素脱除率为41.6%,随着用碱量的增加,木素脱除率增大。当用碱量为2%和3%时,黏度降低率随之提高了1.1%,当用碱量增加到4%时,黏度降低率增加到24.6%,继续增加用碱