稻草浆蒸煮同步除硅降低黑液粘度技术研究

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在我国的造纸行业中,草类原料占的比重很大,而在草类原料中稻草原料又是一个重要的原料来源。稻草原料的硅细胞中中含有大量的硅元素,在传统的碱法制浆蒸煮过程中,硅细胞被碱液溶解,硅元素以硅酸钠的形式溶出并存在于黑液中,造成黑液粘度升高,黑液提取率低,黑液后续的碱回收和再利用困难,即所谓的“硅干扰问题”。“稻草浆同步除硅技术”就是在稻草浆蒸煮过程中同步加入金属氧化物(氧化钙、氧化镁、氧化铝)作为同步除硅剂,通过金属氧化物在蒸煮过程中与硅元素发生反应,生成类似滑石粉、高岭土等物质覆盖在纸浆纤维的表面从而抑制硅元素的溶出,减少蒸煮黑液中硅元素的含量,从而减少或降低“硅干扰”问题,为后续的黑液回收再利用奠定基础。本研究以实验室条件下模拟实际生产中稻草浆蒸煮工艺,同步添加除硅剂为实验路线,首先对实验用稻草原料的纤维形态和化学组分进行分析,在实验室模拟出工厂实际生产工艺参数,重点检测和讨论了除硅剂的加入对蒸煮黑液的特性和粘度的影响以及对加入除硅剂以后蒸煮成浆的可漂性、打浆性能进行了检测分析。其次,对蒸煮成浆抄造成纸后的各项强度检测讨论。最后,运用x-射线光电子能谱对纸浆表面的元素组成以及化学价态进行扫描并进行分析,探究同步除硅剂的作用机理。通过对实验用稻草原料的纤维形态很化学组分分析结果可知,实验用稻草原料的纤维有着又细又小的特点,灰分含量高,硅元素分布不均匀,符合稻草原料的特点,具有代表性。实验室条件下模拟工厂生产工艺参数确定如下:液比3.5、助剂加入量LPA130为0.0225%、LCP89为0.0150%,蒸煮最高温度160℃条件下,用碱量9.0%、升温时间70min、保温时间10min。在此生产工艺条件下,本文的研究内容和结论如下:1、同步除硅剂的添能够提高黑液提取率,最大提高幅度为11.52%,CaO除硅剂的添加使黑液中固形物含量大幅增加,A1203、MgO除硅剂的添加能够有效的降低黑液中固形物含量,最大降幅为6.33%,除硅剂的用量在3-5%时,效果最明显,除硅剂过量黑液中固形物含量有上升趋势。同步除硅剂的添加能够有效的减少黑液中硅元素的含量,减少幅度最高达78.86%,同时能有效降低黑液粘度。说明同步除硅剂在蒸煮过程中能够有效抑制稻草中硅元素的溶出,减少黑液中硅元素的含量,有效降低黑液粘度,同步除硅剂的用量以3%最佳。2、除硅剂的添加能够有效的抑制稻草浆中硅元素的溶出,将其保留在纸浆中,使得纸浆中硅含量上升,提高纸浆得率,良浆得率最大提高了6.94%。在相同的时间下几种浆料的打浆度相差无几,说明除硅剂的添加对纸浆的打浆性能影响不大。同步除硅技术的应用,使成浆可漂性受到一定程度的影响,白度损失最多为9.1%。当使用MgO作为除硅剂时白度损失较小,加入3%MgO时,白度损失仅为1.5%,白度绝对值损失为0.81%。除硅剂的添加使成浆硬度有所降低,说明可漂性损失并不是由于浆中木素等还原性物质的增加造成的,而是除硅剂及留在浆中的硅化物对漂白过程造成干扰。除硅剂的添加使纸张抗张强度和耐破强度均略有提高,而撕裂强度和耐折度略有下降,这是因为除硅剂使良浆中细小纤维组分的比例加大,纤维平均长度变短,纤维比表面积加大,使成浆结合强度提高,主要受纤维长度影响的撕裂强度和耐折度因受到纤维长度变短的影响而下降。除硅剂与稻草浆中的硅元素发生反应,生成类似滑石粉和高岭土类物质,覆盖在纤维表面,抑制了蒸煮过程中硅元素的溶出,减少黑液中的硅含量,降低了黑液的粘度。
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