桉木rdh硫酸盐浆ecf和cf的开发

桉木rdh硫酸盐浆ecf和cf的开发

桉树是速生材料，一些品种的桉树具有良好的纸浆和纸板制造特点。RDH硫酸盐法制浆与常规硫酸盐法制浆相比,具有能深度脱木素、制浆能耗低、黑液的固含量高而粘度低,有利于碱回收等特点。ECF漂白(无元素氯漂白)和TCF漂白(全无氯漂白)是80年代末和90年代初发展起来的漂白技术。ECF漂白具有经济性好,漂白浆质量高,对现有漂白车间(有元素氯漂白)的改造费用低,漂白废水污染很小,且有可能实现漂白车间的封闭循环操作等优点。因此,ECF漂白已在世界上得到广泛的应用,生产量几乎达到纸浆总量的一半以上。欧洲和北美国家的许多制浆厂生产ECF漂白浆,而且发展很快。TCF漂白消除了有机氯化物对环境的污染,它是朝着TEF(无废水漂白)生产发展的最重要的一步。随着人们对无氯纸产品需求的增加,TCF漂白技术的发展将代表着纸浆漂白的最新发展。目前我国大多数制浆厂仍采用传统的CEH三段漂白或次氯酸盐漂白。这一方面是由于经济原因,即蒸煮、氧脱木素和漂白设备的改造和更新投资以及漂白剂(ClO2和H2O2)费用的升高。另一方面是由于漂白废水还没有象蒸煮废液那样引起人们和有关部门的足够重视。然而,随着人们环保意识的日益增强和环保法规的日趋完善,ECF和TCF漂白必将在我国得到逐步发展。鉴于目前的国情,有必要研究与之相适应的ECF和TCF漂白。本文基于这一目的,研究了桉木RDH硫酸盐浆的ECF和TCF漂白。考虑到我国目前大多数制浆厂仍采用常规硫酸盐法制浆和有元素氯漂白的现状,对常规硫酸盐浆的ECF和TCF漂白及RDH浆和常规硫酸盐浆的有元素氯漂白也进行了相应的研究。为了适应当前的国情,主要研究了用H2O2代替一段ClO2段以减少ClO2的用量;采用H2O2强化碱抽提段(Ep)以实现短程序漂白;强化H2O2漂白(添加助剂的H2O2漂白)以代替氧漂。希望这些研究能对我国当前ECF和TCF漂白的发展提供有益的参考。1实验部分1.1实验原材料自制桉木(蓝桉)常规硫酸盐浆和RDH硫酸盐浆。漂白时使用的常规硫酸盐浆和RDH硫酸盐浆分别有2种,其性质如表1所示。1.2白脸1.2.1u3000cep、cehp、dep、deppctf、oqp1p1p1p1p1p1p1p1p1p1p1p3的表征对桉木常规硫酸盐浆和RDH硫酸盐浆分别采用有元素氯、ECF和TCF3种漂白工艺进行漂白实验。选择的漂白程序如下:有元素氯漂白:CEH、CEpH、CEHP、CEpHP、C/DEHECF漂白:D1ED2、D1EpD2、DEP、DEpPTCF漂白:QP1P2、Q(A+P1)P2、MnOQP1P2、NOQP1P2、MnOQ(A+P1)P2说明:C—氯化E—碱抽提Ep—H2O2强化的碱抽提H—次氯酸盐漂白P—H2O2漂白D—ClO2漂白Q—DTPA预处理MnO—KMnO4预处理加氧脱木素NO—HNO3/NaNO3预处理加氧脱木素A—助剂1.2.2废液ph值的测定,确定废液利用及水质漂漂在塑料袋中进行。用恒温水浴锅控制漂白温度,用NaOH和H2SO4调节pH值,漂白结束后取部分废液测定pH值并对其进行分析。各段之间均使用自来水洗涤浆料。1.3砂浆猛料在实验室PFI磨中进行。控制浆料的打浆度在(45±1.5)°SR的范围内。1.4抄袭在德国产FrankRapid-K⌀then抄片器上进行。1.5分析1.5.1测量白色用杭州轻通仪器开发公司生产的YQ-Z-48A白度颜色测定仪测定纸浆的ISO白度。1.5.2表中的粘度测量采用铜乙二胺法,依照国家标准GB1548-89所规定的方法进行。1.5.3物理分辨率的测量均按有关的国家标准进行。2结果与讨论2.1有氯的元素表面2.1.1单质条件的选择本论文选取的有关漂白条件见表2。2.1.2ceh-cop-pep法采用几种不同的有元素氯漂白工艺,分别对桉木常规硫酸盐浆进行了漂白试验,漂白程序、漂白条件及漂白结果见表3。由表3可知,当总有效氯用量为10%时,传统的CEH三段漂白能将卡伯值为17.9的桉木KP浆漂至84.8%ISO白度。如果在CEH漂白后再增加一段H2O2漂白(CEHP漂白),仅用1%的H2O2,即能使上述浆的最终白度达到88.8%。在采用CEH漂白时,若在碱抽提段加入0.5%H2O2进行强化,即采用CEpH漂序,漂白后浆料的最终白度增加了2.5个百分点。因此,在一定的白度要求下用Ep段代替E段可以减少有效氯的消耗,降低漂白废水的污染。采用CEpHP漂白程序可以将桉木常规KP浆漂到大约90%的ISO白度。对漂白浆的粘度而言,所有漂白浆的粘度都明显低于未漂浆的粘度。这是由于次氯酸盐漂白导致碳水化合物降解的缘故。此外,在CEH漂白时如果用0.2%的ClO2代替部分元素氯(总有效氯的数值不变),漂白后纸浆的白度和粘度都有所增加,表明C/D段比单独的氯化段的漂白效果要好。2.1.3改造前h硫酸盐浆、cehp、php程序模拟漂漂液的制备工艺相同漂白程序下,桉木RDH硫酸盐浆的漂白结果见表4。由表4可知,与常规KP浆漂白相比,采用相同的漂白程序,在降低有效氯用量的情况下(总有效氯用量从10%减少到7%),RDH硫酸盐浆即能被漂白到与常规硫酸盐漂白浆相似或稍高的白度。所有漂白程序下,漂白后RDH硫酸盐浆的白度均达到85%以上,其中采用CEHP和CEpHP程序漂白,可使RDH硫酸盐浆的最终白度超过90%。说明RDH硫酸盐浆具有良好的可漂性能。另一方面也说明由于RDH制浆的深度脱木素作用,减少了漂前浆料的卡伯值,因此在达到相同的纸浆白度要求时可以减少漂剂用量,降低氯耗,从而减少漂白废水对环境的污染。从漂白后浆的粘度来看,RDH硫酸盐漂白浆的粘度均较相应的常规硫酸盐漂白浆的粘度低,这是由于RDH未漂浆的粘度较低所致。2.2ecf清洁2.2.1单质条件的选择桉木常规硫酸盐浆和RDH硫酸盐浆在ECF漂白时各段的工艺条件如表5所示。2.2.2ecf-ro1白砂糖段几种ECF漂白程序、漂白桉木常规硫酸盐浆的漂白条件及结果见表6。实验结果表明,4种ECF漂白程序均可将桉木常规硫酸盐浆漂到80%以上的白度,其中采用D1EpD2和DEpP漂序,漂白浆的最终白度均超过85%。这是由于在E段添加了0.5%的H2O2所致,这也说明采用ECF漂白程序生产高白度的桉木漂白硫酸盐浆是可行的。从漂白浆的粘度来看,ECF漂白浆的粘度比有元素氯程序漂白后纸浆的粘度要高很多,与未漂浆的粘度差值很小,说明ClO2漂白在提高纸浆白度的同时,对纸浆粘度也有很好的保护作用。从表6还可看出,在采用D1EpD2程序漂白时,如用1%H2O2代替D2段,即采用DEpP漂序,漂白浆的最终白度还稍有增加,说明用H2O2代替ClO2作为终漂段是很有效的,使用这种方法可以减少ClO2的使用量,从而减少漂白过程中AOX的生成量。此外,用H2O2作为终漂段还具有白度稳定性好,返黄少等优点。2.2.3如何节约白砂糖添加剂的用量桉木RDH硫酸盐浆的ECF漂白程序、漂白条件及漂白结果见表7。由表7可知,同常规硫酸盐浆ECF漂白时的有关数据相比,在D1段ClO2用量减少的情况下(从3%降低到2%),RDH硫酸盐浆经ECF漂白后,相同漂白程序下制得漂白浆的最终白度比常规硫酸盐漂白浆的白度高出2个百分点,说明RDH硫酸盐浆比常规硫酸盐浆易漂白,在达到更高白度的同时,还可以节约漂白化学药品的用量。此外,比较表7与表4中的有关实验结果可知,在稍高的总有效氯用量下(ECF和有元素氯漂白时的总有效氯用量分别为7.89%和7%),ECF漂白与有元素氯漂白所获得的漂白浆的最终白度相似(分别为87.0%、87.3%和86.5%、87.2%),而且ECF漂白浆的粘度高得多。这说明漂白RDH硫酸盐浆时,用ClO2完全代替氯漂白从而实现ECF漂白是可行的。此外采用DEpP程序可以使桉木RDH硫酸盐浆的最终白度达到约89%,且整个漂白程序中漂剂的用量并不高(2%ClO2和1.5%H2O2),这又一次说明H2O2在ECF漂白中的优良效果,而且证明RDH蒸煮与ECF短程序漂白相结合,可以制得白度达到90%ISO左右的漂白硫酸盐纸浆。2.3tf漂白2.3.1tcf-roh-桉木微胶质酸活化过程根据前面有关的实验结果,参考有关的文献并结合纸浆的实际情况,选取并确定出桉木常规硫酸盐浆和RDH硫酸盐浆的TCF漂白程序及各段的漂白条件。TCF漂程:QP1P2、Q(A+P1)P2、MnOQP1P2、NOQP1P2、MnOQ(A+P1)P2TCF漂白时各漂段的实验条件见表8。2.3.2不同助漂剂a对b桉木常规硫酸盐浆的TCF漂白程序、漂白条件及漂白结果见表9。由表9可知,桉木常规硫酸盐浆经两段H2O2漂白,即可达到69.4%的ISO白度,如在第一段H2O2漂白时添加助漂剂A来改善H2O2的漂白效率,漂白浆的最终白度可超过85%。两种漂白程序漂白后纸浆的粘度都在800ml/g以上,这说明桉木常规硫酸盐浆具有良好的可漂性,同时也表明助漂剂A可以有效地改善H2O2漂段的漂白效率(H2O2消耗量增大,残液pH值下降)。利用Q(A+P1)P2这种简单的TCF漂白程序,即可获得高白度的桉木漂白硫酸盐浆。2.3.3助剂a对二次活化的抗氧脱木素稳定性的影响桉木RDH硫酸盐浆的TCF漂白程序、漂白条件及漂白结果见表10。由表10可知,桉木RDH硫酸盐浆经两段H2O2漂白(即P1P2程序)后,漂白浆的白度提高到76.8%。若在P1段添加助漂剂A,漂白浆的最终白度又提高了8.4%,达到85.2%,这再次说明了助漂剂A对H2O2漂段具有良好的改善效果。如果RDH浆先经过KMnO4预处理和氧脱木素,再经两段H2O2漂白,白度达到87.0%,若再添加助漂剂A,即采用MnO(A+P1)P2程序漂白,白度又可以提高约1.5个单位,达到88.5%。从漂白浆的粘度值来看,添加助剂A,在大大提高漂白浆白度的同时,纸浆的粘度并没有明显的损失。此外,白度在85%以上的TCF漂白浆的粘度值也较高。因此,桉木经RDH蒸煮深度脱木素后,可以用来生产高白度的TCF漂白硫酸盐纸浆。2.4未充放电段各原料的物理性能根据以上实验结果,并考虑到在实际生产应用中的可行性和经济性,选取了CEpH、DEpP和Q(A+P1)P2、MnOQP1P24种漂白程序分别作为有元素氯漂白、ECF漂白和TCF漂白的代表进行放大实验,对它们各自漂白后纸浆的物理性能进行了测定分析。实验结果见表11。由实验结果可知,RDH硫酸盐漂白浆与常规硫酸盐漂白浆相比,具有相对较低的抗张强度和较高的撕裂强度,这是由于RDH硫酸盐浆相对常规硫酸盐浆来说具有较高的纤维素含量和较低的半纤维素含量所致。但所有漂白浆的强度性能指标都较高。对RDH硫酸盐浆而言,用两种TCF漂白程序制得的漂白浆的白度及强度性能指标都很高,其中采用Q(A+P1)P2漂序,漂白浆的抗张指数为81.72N·m/g,撕裂指数超过10mN·m2/g,且白度达85.2%(ISO),这再次说明助剂A是一种良好的H2O2漂白的强化剂。3在有元素氯和ecf的情况下可实现两个反渗透的设计3.1不论是桉木常规硫酸盐浆,还是桉木RDH硫酸盐浆,也不论是采用有元素氯漂白程序,还是采用ECF和TCF漂白程序,均可制得高白度、高强度的漂白硫酸盐浆,说明蓝桉是一种很好的造纸原料。其中采用CEpH、DEpP和Q(A+P1)P2三种漂白程序,漂白浆的白度均在85%(ISO)以上,抗张指数和撕裂指数都分别超过73N·m/g和7.5mN·m2/g。3.2在采用有元素氯漂白程序和ECF漂白程序漂白时,RDH硫酸盐浆与常规硫酸盐浆相比,可以在减少有效氯用量的情况下,制得白度相似或稍高的漂白硫酸盐纸浆,这意味着可以降低漂白废水中生成的AOX的量,减少对环境的污染。3.3对于桉木常规硫酸盐浆和RDH浆的漂白来说,当采用有元素氯和ECF漂白时,在碱抽提段添加H2O2,即采用Ep漂白段,可以在不增加漂白段数的情况下提高漂白浆的最终白度,因此可实现短程序漂白。用ClO2全部代替元素氯进行漂白,即采用ECF漂白是可行的。特别是当采用DEpP漂白程序时,其漂白效果甚至略优于D1