几种胶黏物工艺控制法的对比研究

几种胶黏物工艺控制法的对比研究

随着我国经济的快速发展，纸张的需求逐年增加。废纸回用再生产纸和纸板,己成为造纸工业目前最重要的循环经济和清洁生产的典范。在废纸使用过程中,随着废纸使用比例的增加,以及纸机的长期封闭循环运行,加之废纸质量良莠不齐、总体质量下降等诸多因素,在废纸脱墨制浆的过程中胶黏物问题日趋严重。如何把胶黏物最大限度地除去,是废纸脱墨生产线的一个关键问题。胶黏物的去除方法主要有工艺控制法、化学控制法以及生物控制法。本论文只介绍废纸制新闻纸用脱墨浆过程中常用的胶黏物工艺控制法。1胶黏物控制工艺流程工艺控制法是去除大多数污染物的主要方法,对工艺流程的设计和设备性能的依赖性很大,因此工艺流程设计的好坏和各种设备性能的优劣将决定着胶黏物的去除效率。图1-图3分别是上世纪90年代初、90年代末及现今典型的胶黏物控制工艺流程。从中可以看出,随着时代的发展,胶黏物工艺控制技术取得了飞速的发展,不仅是流程上有后浮选和后洗涤工序的增加,压力筛与除渣器的组合使用也有很大进步,此外,设备的改进,如压力筛,浮选槽等设备,经过改造以后性能更佳。在不同时期的流程中,筛选、净化、浮选和热分散均是该流程的重要组成部分。2筛缝孔尺寸和速度从广义上来说,一条脱墨线最早的筛选是原料的选用和其中杂物的剔除。如表1所示,不同种类的废纸其胶黏物含量有很大不同,这就要求生产中对不同种类的废纸进行合理搭配。我们通常所说的筛选是对废纸浆中的非纤维干扰物质的筛选,这是解决胶黏物问题的主要部分。筛选的原理是利用胶黏物粒子和纸浆纤维在尺寸和形状上的不同,通过选择筛缝(孔)的大小,以达到分离胶黏物的目的。筛选法常用的是压力筛,筛框有孔式和缝式两种。通常孔筛和缝筛结合使用,孔筛在前,适合筛选从碎浆机出来的浆料,这部分浆料含有较多的片状杂质,如油墨、热熔物和塑料薄片等;缝筛在后,适用于含原生胶黏物较多及具有三位不规则形状粒子的浆料。筛缝愈小,除去微胶黏物愈多,压力愈大,去除效率愈高,但能耗同时增加。在生产中,筛缝(孔)采用何种尺寸是由污染物粒子的大小决定的,反过来又决定着污染物的去除效率。对孔筛而言,筛孔直径采用1.2～1.6mm可产生良好的去除效果。而缝筛的筛缝宽度大多采用0.15～0.25mm,因为此时压力筛可保持较高的工作能力。但随着废纸质量的下降和对再生浆质量要求的提高,实际生产中筛缝宽度可缩小到0.1mm,此时可取得更高的污染物去除率。纤维通过筛缝(孔)的速度对胶黏物的去除也有较大影响。速度过快,胶黏物粒子在较大压力下易发生形变,这样大尺寸的粒子也会通过筛缝(孔),导致去除率下降;速度过慢,去除率可以保证,但又影响生产能力。一般认为筛缝速度为1～2m/s(浓度1%)时,较为理想。此外,旋翼的旋转速度,也会影响胶黏物的去除效率。随着旋翼转速的增加,胶黏物去除率下降。因为旋翼在高速旋转时,对浆料产生的冲击波过大,容易使胶黏物粒子发生形变而通过筛缝(孔)。事实上,在这种冲击波作用下,大于筛缝(孔)尺寸5～10倍的胶黏物粒子都可以通过。除去胶黏物,不仅要用高效压力筛,而且要配置运行可靠,满足最终产品要求(品质和成本)的优化筛选系统。从以下不同时期的脱墨线粗/精筛选系统的配置,可以看出此部分进行了很大的优化改进,比如,粗筛工序增加了复合筛Combisorter(孔径2.0mm～2.8mm)与中浓除渣器(最大进浆浓度2.0%)结合而成的二段粗筛工序,从而省略了后序的轻质除渣部分,三段、四段粗筛改用0.2mm～0.25mm缝宽的缝筛替代以前的孔筛(见图4及图5)。而精筛选段对二段精筛也进行了增加多一级筛的处理(见图6及图7)。但实践证明,用机械筛选方法即便正确按设计规范操作,也只可除去大约70%的黏性物。这是因为压力筛的旋翼在高速旋转时,对浆料有很大的冲击,使得一部分胶黏物粒子可以通过筛缝(孔),而且胶黏物的某些成分的特性与纤维十分相似,或者是胶黏物颗粒太小所致。表2-2为几个公司筛选系统胶黏物去除率。从上述图表可以看出,对胶黏物去除起主要作用的还是由缝筛组成的精筛选系统。3除渣器内的热熔物分离效率净化通常与筛选交替进行,主要用于去除与浆料密度差异较大的胶黏物粒子。主要设备是锥形除渣器,工作原理是通过高速旋转涡流将污染物和纤维分离,由此,浆料中各组分的比重差是分离效率高低的决定因素。Wise和Arnold考察了一组具有不同比重(0.84～1.3)的热熔物在除渣器中的分离效率。可见,热熔物比重在0.98～1.05范围内时,无论是正向除渣器还是逆向除渣器,其分离效果都较差。在此范围内,胶黏物比重与纸浆纤维很接近(纸浆纤维在水中时的比重接近1.0),因此无法将它们分离。我调查的B脱墨线正反向除渣器的胶黏物去除效果却并不理想,见表3所示(检测方法为广纸自用方法)。这可能是因为浆料中含有较多比重与纸浆纤维接近的胶黏物所致。对于同样性质的浆料,我们选用不用材质的除渣器,其胶黏物的分离效率也有不同。因为除渣器内壁的光滑程度影响这涡流旋转的稳定性,若粗糙度太大,容易使涡流产生紊乱,进而影响分离效率。所以我们在生产中进行除渣器优化改造时,要考虑内壁材质的选择。4浮选设备的应用浮选法虽然是用于废纸的脱墨,但对胶黏物也有一定的去除作用。理论上,对浮选脱墨效率有重大影响的是油墨粒子大小,气泡大小和空气比率。因此,在选择或评价和设计浮选设备时,要充分考虑以上因素。目前,国内进口的浮选槽绝大多数是Voith公司的Ecocell型浮选槽,其次是KBC公司的Maccell型和Andriz公司提供的SelectaFlot型浮选槽。另外,还有Metso公司提供的MC浮选槽,其他的型号用得就比较少了。我们将浮选设备选定以后,在实际生产的工艺控制中,可以通过选用不同的表面活性剂和浮选浓度,来提高胶黏物去除率。表面活性剂用在脱墨线是为了得到稳定的气泡和分散的污染物粒子。我们近年来对不同表面活性剂对胶黏物的去除效果进行了对比,如表4(其加入量按生产时的用量加入)。从这个表所列的数据看,不同表面活性剂的效果差别很大。这种差别的原因一种是化学品本身因素,一种就是不同化学品造成泡沫的大小和数量不同,对于产生泡沫适中的浆料,其运行中带走的油墨、纤维以及胶黏物也就较多,胶黏物含量对应的就较低。不管怎么说,表面活性剂对胶黏物的去除是有积极作用的。浮选的浓度是浮选工艺控制的关键因素,一般认为,在0.8%～1.3%范围内比较合适,浓度低,胶黏物去除率高,但纤维流失也相对大,从经济成本角度来说,不赞成控制较低的浮选浓度。浓度高,浆料纤维网络的阻力大,不利于气泡上升,从而胶黏物去除率低。浮选方法对去除胶黏物的实际效果如表5所示。综上所述,前浮选去除率大约40%,后浮选去除率较低,只有大约30%。5分散机分散胶黏物热分散机是许多废纸制浆工艺流程中的主要设备,浆料被浓缩到30%左右的干度后送到热分散的喂料螺旋,在此经预热器加热到一定温度后进入热分散机,在热分散机里利用盘磨的高速旋转而产生的挤压、揉搓、摩擦作用使浆料中的胶黏物分散成微细颗粒。热分散不是除去油墨、胶黏物、石蜡和其它杂质,而是将它分散成肉眼观察不到的微细粒子,让它们均匀地分散在废纸浆中。影响热分散效果的主要因素是浆料温度和比能耗。一般浆料温度为80～110℃,使胶黏物软化,易于搓揉。比能耗控制在65～85kWh/t。太低,则对浆料搓揉不足,太高,浆料很可能被切断,且耗电。6总粘合剂去除率新型的脱墨生产线,在工艺控制法为主,适当添加化学助剂为辅的情况下,整条废纸制浆生产线的胶黏物去除率可达90%以上,见表6。7选优、