PDF《作为纤维素 保护剂在压力》

Mg ( Oi l )

2 碱性过氧 作为纤维素 保护剂在压力 化氢( E o P ) 漂 白段 的应用 S q u a mi s h浆厂位于加拿大温哥华市北部40km, E t 产800t(风干)漂白针 叶木硫酸盐浆,漂 白工 序为DEEnPD,如图1所示 .

前两段在

1 个Ahlstrom卡 米尔置换 漂 白塔 ( 含有 4个扩 散洗涤器)进行,第 三段是1个Kvaeme r 加压 E 反应器(带1个 扩散洗涤器),接 着是

1 个 D置 换塔 ,将纸浆漂 白到

8 9 %I S O 白度 . 多段漂 自塔

1 S q u a mi s h浆J的DE E o t D漂广]工『子在加 压EnP段漂白中,硫 酸镁(MgSO4)的主要用途是 保护 纤维 素 少受 降解 和减 少纸浆黏度 损失.2

0 0

2 年 ,发 表 了一 篇 介绍 在碱 性过 氧 化物 漂 白段 中用 氢氧 化镁 [ M g ( O H )

2 ] 泥浆替代 M g S O

4 可 以节省成本的技术 论文,于是 决定 对这 个 可能性 做 进一 步论 证 ,作 为工 厂漂 白成本 优 化项 目的一部 分.Mg ( O H) , 经常用作酸性 废水的pH值 调节剂、工 业 废水 中重金 属 的沉 降剂和富 含有 机 物污 水 的生 物处理剂.在许 多环 境工 程 应用 上 已经 取代了苛性 碱 ,提 供优异 的pH值 缓 冲作 用 和具有 安全可靠 的操作性 能.Mg ( O H) ,在E段能很容易地提供氢氧根离子(OH一 ) 和镁离子( M g

2 ) ,以用作漂 白和保护纤维素. 不 像苛性 碱和MgS04,Mg ( O H)

2 在水中有 较低的溶 解 国际造纸

2 0

0 6 年第25卷 第 2期 性 ,其 K s P 为5.66*1

0 ,在Mg ( O H) 2与水的平衡中,这个溶 解性 是 有效 的 .然而 ,在复 杂 的混合 物中和在加 压E0P段的优 势条 件下,Mg ( O H) 2的溶 解性 迅 速增加 ,如反 应(1)、(

2 ) 所示 : Mg ( O H)

2 ( s ) M +2 O H (

1 )

2 O H一+2 HO O H

2 H

2 O+2 O O H一(2)在反应(1)中,Mg ( O H) 2分离成M和OH一, 得到的 O H一 与过氧化物反 应生 成过氢 氧根离子 [ 反应(

2 ) ] .过氢氧根离子主要负责脱 除木 素和起 氧化 反应.在反应式(2)中,O H一的 消耗引起了第一个反应持续向右移动,直至消耗完所有的Mg ( O H)

2 . 与Mg S O 4相似,Mg ( O H)

2 是通过捕获和沉 降过渡金 属离子以形成金属氢氧化物来保护纤维素的.Mg S

0 4 很容易分 离并与OH一 ( 来 自苛 性碱)反应,生 成Mg(OH)

2 : M g S O

4 ―一M +s N一(3)M+2

0 H 一=Mg ( O H )

2 (

4 ) 过渡 金属 如铁和锰 与Mg ( O H)

2 共 同沉 淀以阻止纤维 素的降解.在加压E0P段,用 M g ( O H) 2代替Mg s

0 4 , 消除了上 面 的反应 (

3 ) . 这样,M g ( O H)

2 的分离 不 仅是 反应(

1 ) 和(2)的结 果 ,也 是与 较低 K 值的金属 离子反应的结果.如 以 下反 应 所示 ,用金属离 子(以M)代替公式 (

4 ) 中的 M ,生成 了不 溶解 的金 属 氢氧 化物 . M +2

0 H 一M( O H) x ( S )+M (

5 ) 来 自漂 白系统的金属离子与来自Mg(OH) 2的OH一 反应[ 见反应(

5 ) ] ,结果 ,比Mg(OH)

2 更难溶解 的金 属 氢氧 化物 沉淀 出来 . 表1列出了几种 金属 氢氧化物 的 溶度 积常 数(K).如表

1 所示 ,在压 力E段加入用作 纤维素保护・49・维普资讯 http://www.cqvip.com 剂的Mg(OH)

2 ,可 以捕 获浆中常见 的过 渡金属如铁、铜和锰 . 表1金属氢 氧化 物的溶度积常数 金属氢氧化物 K s p F e ( O H)

3 C u ( O H)

2 F e ( O H)

2 M | n ( OH)

2 Mg ( OH )

2 1 实 验室 实验 为 了验证 在Squamish浆 厂使 用Mg ( O H) 2的可行性,租用 了一个 独立 的实 验 室进行 漂 白研 究 .表 2列出了实验 中所使 用的漂白条 件 .在 实验室的研究中,使用工业级的 Mg ( O H)

2 泥浆(

6 1 %固形物 ,9

8 .

8 % Mg ( O H)

2 ( 折干计算) ,7

0 0 m g / L F e和100mg/LMn).表2漂白操作条 件(

1 0 %浓度 ) 第 一组 实验 室漂 白研 究 使用 s q . K级未漂原 浆(80%铁 杉和20%雪松 ) 以考 察在 D E E

0 P D漂 白工 序的E0P段用Mg ( O H)

2 替代 M g S O 4的影响. 已洗 过 的未 漂 浆的卡伯 值为

2 8 .

2 ,由于实验室设备 的限制 ,对照 漂 白和替 代操 作 不得 不在 两 天进行 . 第二组和第三组实验研究使用 E段 的部分漂 白 浆代 替 未漂 原浆 .这个变化使 实 验室 可 以同 时进行 对照和替代 实验,消 除 了实验误 差 的可 能性 和 纸浆 老化 的影 响.1.1E0嘏对MgSO4的替代 在 第一 组 实验 室漂 白研 究中,实 验了3种 不同的情形:a)在 相等的MS 化学摩尔量取代下,用 M g ( O H)

2 替代 Mg s O

4 . b )用Mg(OH) 2替代~g S O

4 ,直接的质量与质 量・5O・取代 . c )E

0 P 段用Mg(OH)

2 替代25%的NaOH( 以OH一 计).在第二组和第三组实验中,用Mg ( O H)

2 替代 M g ― S O

4 均基 于直 接 的质量 与质 量取 代.在所有的情况下 ,重复对照漂 白操作 2次,最后 进行D段 漂白.

1 .

2 实验 结果 表3第一组漂 白研究 注 实验室漂 白浆 E段卡伯值 :5 .

3 ~5 .

5 表4第二组漂 白研 究注针叶木浆――工厂 E段浆卡伯值 :3 .

8 ;

正常范围

4 . 3―5 .

0 表5第三组漂 白研 究注针叶木浆―― 工厂 E段浆卡 伯值 :4 .

4 ;

正常范 围4.3~5 .

0 如表3~表 5所示 ,基于相等 的化 学摩尔量 、直WorldPulpandPaperVo1.25, No .

2 砷∞ b_-_--

0 O O O O } I I

8 2

9 O

6 2

2 4

2 5 维普资讯 http://www.cqvip.com 接的质量与质量 Mg ( o H)

2 替代Mg S O 4以及用 同等数 量的 Mg ( o r i )

2 ( 以OH一 计) 替代

2 5 %的NaOH,对最终 纸浆的白度 没有 严重 的影 响 ,在 第一 组漂 白研 究 中黏 度有一个很小的下降 ,但是在第二和第三组实验研究 和整个 工 厂规模 的试 验 中都 没有 观察 到 这个 现象 . 尽管在使用 Mg ( O H)

2 时,E

0 P 漂 白段浆的 白度稍 微有些 低 ,在 D

1 段最终可达到同样 的 白度 而 不必 增加C102负荷.此外 ,在每一组 的Mg ( O H) 2操作 中, E o p 段的卡伯 值保持不变.在 第二组和第 三组实验研究中,D , 段纸浆黏度值较低是由于 当天 所取样本的卡伯值低于正常的工厂 E段纸浆卡伯值 .

2 工 厂试 验 在实验室漂 白研究结果和潜在 的经济利益 ( 图2)的基础 上 ,工 厂管 理者 觉得 有充 分 的理 由进行 为 期一 周 的工 厂试 验.图2在EoP漂白段 用Mg(On)

2 替代 M g S O

4 的相对成本 图 2标 出了E0P段预测的NaOH、Mg S

0 4和Mg ( O H)

2 的总成本与不用 Mg ( O n)

2 相 比的情 况.显示 了用 O .

4 8 k g M g ( O r I )

2 取代1kgMg S

0 4和通 过减少 N a O H用 量可 达 到最 大的成本 节省.在相等的化 学摩尔量基础上 ,1 k g的Mg(OH)

2 可取代

2 . O

8 k g的Mg―SO4和1.37kg的 N a O H.由于当前

1 k g Mg ( O H)

2 的成 本 高于

1 .

3 7 的NaOH,用Mg(OH) 2替代25%的 N a O H [ 即Mg(OH)22.36kg/t]或Mg(ori)21.0kg/t]都不能最大 程度 地节 省成 本.2.1试验 配备 M g ( O H) 2供应商为工厂提供总计1040L的 M g ( O H) , ,

1 个气动输送泵 ,工艺输送管道 ,带1个搅 拌器和1个变 速渐进 空腔喂料 泵的日储 量贮 槽 .试 验 装置安放在 E

0 p 段附近 的滑动平 台上.工厂负责提供 清水 、压缩 空 气和

1 2

0 V、6

0 H z 的 电力 服务.国际造纸

2 0 O 6年第25卷 第2期2.2试验与检测生产速率 、操作条件 和化 学 品的应 用尽 可能 地保 持稳定 ,每4h断续制备 Mg S

0 4 与Mg(OH)

2 .记录某 些不 正常的情 况 ,如 蒸煮 器卡 伯值 的 波动 和黑 液带 出 以及 超 出其 正 常范 围的情 况 .漂 白车 间 的操 作 员与平 常 一样 每天 记 录漂 白工 厂的操 作状 况.为评价 M g S

0 4与Mg ( O H) 2的效率 ,工 厂技术员 要 检测 以下 的变 量 ,其 中有 的是 常规 检测 : ・ E o p 滤液 的pH值 ―― 每0.5h・E0P滤液的残 留Na0H――每0.5h・纸浆白度―― 每1h(常规) ・ 纸浆黏度――每56捆浆板( 常规 ) 起初 ,M g ( o H) 2泥浆 的输送 和泵送 速率 的调节 由供 应商 工程 师负 责操 作 ,但 在普通 漂 白操作 人 员受 到培 训后 就可以担 任.2.

3 试验结果由于工 厂操作 的中断 和1个开米 尔 蒸煮器 出现 问题,放弃 了试验 前 3天 的数 据 .随后 在 间歇 的基 础上每4h/ J ~ A . Mg ( O n)

2 以取代 M

0 4 .Mg ( O H)

2 泥浆与 M

0 4 一样 在 同一 位置加 入 ,在试 验 的最 后 3天 ,连 续加入 Mg ( O H)

2 .

2 .

3 .

1 在用相等的 M g

2 化学摩尔量替代和直接 的质 量与质量替代

1 .

0 k g / t ( 风干浆) 的Mg S O

4 时 ,观察到 最终纸浆的白度和黏度没有明显的变化( 即降低) ,如图3所 示.0毒 皿镫基 耦镫图3MgSO4和Ug(On)

2 对成浆 白度 和黏 度的影响

2 .

3 .

2 E o p 滤液残 留NaOH和 p H值检测显示 ,E o p 段 在加压条件下 ,Mg ( O H)

2 完全分离,如反应式(

1 ) 和式(

2 ) 表示的.从Mg ( O H)

2 进料速度测得期望 的OH一 离子 的理论 值 与从 E

0 P 段 滤液 流量、残 留NaOH和pH值测定中测得的值相吻合( 见图

4 ) . ・

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8 l

1 . o4 苞l1.00l0.96l0.92t0.88l0.84l0.806: 图4MgS04和Mg ( O H)

2 对EoP段扩散滤液 的pH值和残 留NaOH的影响

3 Mg (........