關(guān)于燒堿法麥草漿過(guò)氧化氫漂白中幾個(gè)問(wèn)題的探討

史軍偉 陳嘉川 楊桂花 山東輕工業(yè)學(xué)院 濟(jì)南 （250353）

關(guān)于燒堿法麥草漿過(guò)氧化氫漂白中幾個(gè)問(wèn)題的探討

史軍偉 陳嘉川 楊桂花 山東輕工業(yè)學(xué)院 濟(jì)南 （250353）

通過(guò)數(shù)據(jù)詳細(xì)地闡述了麥草漿過(guò)氧化氫漂白與木材過(guò)氧化氫漂白的差異，說(shuō)明了麥草漿過(guò)氧化氫漂白可以不添加硅酸鈉、氫氧化鈉的用量根據(jù)pH來(lái)確定、過(guò)氧化氫漂白的最佳溫度以及麥草漿過(guò)氧化氫漂白與次氯酸鹽漂白在成漿質(zhì)量和成本方面的對(duì)比等幾個(gè)問(wèn)題，給予過(guò)氧化氫漂白應(yīng)用到麥草原料上的廠(chǎng)家以啟迪。

麥草漿；過(guò)氧化氫漂白；硅酸鈉；氫氧化鎂；成本

當(dāng)前，環(huán)保要求越來(lái)越高，要求控制的項(xiàng)目越來(lái)越多，越來(lái)越全，指標(biāo)要求不斷提高。二英、AOX等含氯化合物是制漿行業(yè)中需要控制的重點(diǎn)，含元素氯漂白已經(jīng)處于即將淘汰的境地。在這種形勢(shì)下，各廠(chǎng)家都在想盡辦法將含元素氯漂白轉(zhuǎn)化為ECF或TCF漂白。其中，過(guò)氧化氫漂白得到了廣泛的應(yīng)用，無(wú)論在木材纖維和非木材纖維中。

因?yàn)閲?guó)內(nèi)研究與國(guó)外研究上的差距，大多數(shù)的技術(shù)都是來(lái)自于國(guó)外。但對(duì)于制漿行業(yè)來(lái)說(shuō)，國(guó)外幾乎全部原料都是木材，對(duì)非木材纖維制漿研究較少，而我國(guó)長(zhǎng)期以非木材原料為主，因此將國(guó)外的木材制漿技術(shù)應(yīng)用到國(guó)內(nèi)非木材制漿上時(shí)，我們應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步的試驗(yàn)，檢驗(yàn)其可行性，取其精華，去其糟粕。

當(dāng)前，過(guò)氧化氫漂白已經(jīng)在麥草制漿上廣泛的得以應(yīng)用。無(wú)數(shù)的試驗(yàn)證明，其是一種優(yōu)良的漂白方法，例如有的公司將CEH簡(jiǎn)單的改造為CEP或CEPP，以降低漂白廢水中含氯化合物的含量，盡量降低污染；有的公司則直接采用DP、DQP、ODQP等ECF漂白方法或 OQPP、OOQP、OPZP、XOPP 等 TCF 漂白方法，來(lái)徹底的杜絕漂白過(guò)程中含氯化合物的產(chǎn)生。

眾所周知，過(guò)氧化氫漂白最大的問(wèn)題就是過(guò)氧化氫不穩(wěn)定，易于分解，尤其是在重金屬離子含量高的情況下，因此在過(guò)氧化氫漂白中我們需要添加穩(wěn)定劑和保護(hù)劑。

1 典型的木漿過(guò)氧化氫漂白工藝

過(guò)氧化氫用量：4%（對(duì)絕干漿）氫氧化鈉用量：3%（對(duì)絕干漿），螯合劑用量：0.2%（對(duì)絕干漿）硅酸鈉用量：3%（對(duì)絕干漿），硫酸鎂用量：0.2～0.5%（對(duì)絕干漿），漂白濃度：10%，漂白溫度：70～90℃，漂白時(shí)間：3h

2 麥草漿過(guò)氧化氫漂白

國(guó)內(nèi)不少的廠(chǎng)家直接采取“拿來(lái)主義”，將國(guó)外木漿的過(guò)氧化氫漂白工藝，直接用在麥草漿漂白上，其結(jié)果并不理想，一是出現(xiàn)各種各樣不曾預(yù)料到的問(wèn)題，二是造成成本浪費(fèi)。我們很有必要對(duì)麥草漿的過(guò)氧化氫漂白條件進(jìn)行逐項(xiàng)的分析、研究。

2.1 是否添加硅酸鈉

硅酸鈉在國(guó)外木漿過(guò)氧化氫漂白中是必不可少的保護(hù)劑，其作用主要有以下三點(diǎn)[1]：①做過(guò)氧化氫的穩(wěn)定劑。②做漂白pH值的緩沖劑。③做金屬離子的螯合劑。

各種試驗(yàn)結(jié)果證實(shí)添加硅酸鈉能夠有效地提高木漿的漂后白度。為驗(yàn)證在麥草漿漂白中，硅酸鈉是否同樣能夠有效提高漿料白度，我們進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)（見(jiàn)表1）

表1 添加硅酸鈉后的漂白對(duì)比試驗(yàn)

從上表中可以看出，在相同的條件下，添加硅酸鈉后，麥草漿漂后白度并沒(méi)有提高。原因分析是因?yàn)辂湶荼旧砗休^多的硅離子，不需要再添加硅酸鈉。

表2 硅含量在麥草中與木材中的對(duì)比

另，黃方在《預(yù)處理和添加硅酸鈉對(duì)草漿過(guò)氧化氫漂白的影響》一文中[3]，也指出了添加硅酸鈉不能起到增加白度的作用。

通過(guò)以上試驗(yàn)得出，在麥草漿過(guò)氧化氫漂白中不需要添加硅酸鈉。實(shí)際上在許多廠(chǎng)的麥草漿過(guò)氧化氫漂白中，都沒(méi)有添加硅酸鈉，因?yàn)楣杷徕c粘度太大，容易造成管道結(jié)垢，且流動(dòng)性很差，輸送、計(jì)量都很困難。

2.2 氫氧化鈉用量的確定

過(guò)氧化氫漂白時(shí)會(huì)發(fā)生如下反應(yīng)：

從上式看出，過(guò)氧化氫漂白起作用的是OOH-離子，OOH-離子需要在堿性條件下生成，因此我們需要加入適量的NaOH，以提供OH-離子。

但是如果NaOH加入過(guò)量，便會(huì)造成碳水化合物的大量降低，同時(shí)過(guò)度的堿性環(huán)境也導(dǎo)致堿性感應(yīng)使?jié){變暗（見(jiàn)表3）。

表3 NaOH對(duì)漂白的影響

從表3中我們可以看出，當(dāng)NaOH用量為1%時(shí)，漿料取得最高白度。在這次試驗(yàn)中，NaOH的最佳用量為1%。

實(shí)質(zhì)上，真正影響過(guò)氧化氫漂白的并不是NaOH的用量，而是pH值。經(jīng)過(guò)一系列試驗(yàn)，我們得出燒堿法麥草漿氫氧化鈉-過(guò)氧化氫漂白的最佳pH值為10.5。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中，我們往往根據(jù)漿料的pH值來(lái)調(diào)整氫氧化鈉的用量。

從上面結(jié)果也可以看出，麥草漿過(guò)氧化氫漂白中，氫氧化鈉的用量要遠(yuǎn)小于木漿。

2.3 漂白溫度的確定

當(dāng)前過(guò)氧化氫漂白主要采用三種溫度：70℃、90℃和120℃。70℃算是低溫漂白，120℃多用于高溫高壓的PO漂白。考慮溫度首先應(yīng)當(dāng)考慮反應(yīng)時(shí)間，反應(yīng)時(shí)間一般通過(guò)控制漂白塔的液位來(lái)控制。如果漂白塔的液位可以控制得很高，漂白時(shí)間很長(zhǎng)，溫度可以低一些，如果時(shí)間要求很緊，在2h之內(nèi)，那么溫度必須控制得高一些。對(duì)于麥草漿漂白來(lái)說(shuō)，因麥草內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏散，與木漿相比易于漂白，因此一般不需要120℃的高溫，而70℃時(shí)，反應(yīng)時(shí)間又太長(zhǎng)，一般在3h以上，影響產(chǎn)量，因此麥草過(guò)氧化氫漂白最好采用90℃的漂白溫度。

2.4 氫氧化鎂替代氫氧化鈉作漂白的堿源

在過(guò)氧化氫漂白中，用氫氧化鎂替代氫氧化鈉、硫酸鎂和硅酸鈉已經(jīng)在國(guó)外投入實(shí)際生產(chǎn)[4]。在麥草漿過(guò)氧化氫漂白中添加氫氧化鎂同樣具有較好的效果。

表4 同一漿料添加不同用量的氫氧化鎂漂白的結(jié)果

從表4中看出，Mg（OH）2用量在1.0%時(shí)，白度達(dá)到最大值。需要注意的是，氫氧化鎂固體難以溶解，需要使用料漿狀的。固體氫氧化鎂加入后，往往成白色粉末附著在漿料上，很難溶解，難以起到作用。

另外，不同制漿方法和不同漂白流程產(chǎn)生的漿料，氫氧化鎂的效果和最佳用量也是不相同的，需要對(duì)不同的漿料進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)確定。且加入過(guò)量的氫氧化鎂會(huì)造成負(fù)面影響。

2.5 麥草漿過(guò)氧化氫漂白與CEH三段漂的成漿質(zhì)量對(duì)比

過(guò)氧化氫漂白主要破壞木素的支鏈，與次氯酸鹽漂白相比，作用較為緩和，對(duì)碳水化合物的破壞也較少。在相同白度條件下，主要成漿指標(biāo)對(duì)比見(jiàn)表5。

表5 成漿質(zhì)量對(duì)比

從表5可以看出，過(guò)氧化氫漂白漿的各項(xiàng)強(qiáng)度指標(biāo)均明顯優(yōu)于次氯酸鹽漂白漿，尤其是耐折度，而松厚度兩者相差不大。

過(guò)氧化氫漂白漿的灰分與次氯酸鹽漂白漿相比，要低2%-3%，這或許是過(guò)氧化氫漂白強(qiáng)度指標(biāo)要優(yōu)于次氯酸鹽漂白的原因。因?yàn)榇温人猁}漂白漂液的主要成分為次氯酸鈣，添加了鈣離子，提高了灰分。

2.6 麥草漿過(guò)氧化氫漂白與CEH三段漂的成漿成本對(duì)比

試驗(yàn)證明，達(dá)到相同的白度要求，使用過(guò)氧化氫和次氯酸鈣需要的漂率基本相同，但因過(guò)氧化氫價(jià)格較高，因此使用過(guò)氧化氫漂白成本要高于次氯酸鹽，更重要的是過(guò)氧化氫漂白需要較高的溫度，一般為90℃，需要消耗更多蒸汽，而次氯酸鹽漂白通常溫度只控制在40℃左右，相對(duì)來(lái)說(shuō)消耗蒸汽較少。再加上過(guò)氧化氫漂白需要添加螯合劑和穩(wěn)定劑，這都是非常明顯的成本增加。

另外，過(guò)氧化氫漂白與次氯酸鹽漂白相比，其得率要低2%-3%，這正好與灰分降低的數(shù)值差不多。過(guò)氧化氫漂白漂出的漿料中纖維和碳水化合物等成分的數(shù)量與次氯酸鹽漂白差不多，或許還應(yīng)當(dāng)稍多，但因?yàn)槠浠曳纸档停瑢?dǎo)致產(chǎn)出的漿的重量下降，從而影響了出漿量。

表6 過(guò)氧化氫漂白與次氯酸鹽漂白的成本對(duì)比

通過(guò)實(shí)踐，過(guò)氧化氫漂白與次氯酸鹽漂白相比，成本將增加150-200元/噸漿。

由此可見(jiàn)，保護(hù)環(huán)境是要付出成本的。

綜上所述，將應(yīng)用在國(guó)外木材原料上的制漿技術(shù)應(yīng)用到國(guó)內(nèi)非木材纖維上時(shí)，必須進(jìn)行詳盡而有效的試驗(yàn)審查。只有對(duì)一種技術(shù)，我們從工藝、質(zhì)量、成本、操作等各個(gè)方面來(lái)綜合考查，細(xì)致論證，才能真正掌握其精髓。

[1]張?jiān)?硅酸鈉對(duì)壓力高溫過(guò)氧化氫漂白的影響 [J].廣東造紙，1997，5～6：29-31

[2]邱玉桂，徐德等.草類(lèi)原料的金屬離子含量及分布初探[J].中國(guó)造紙學(xué)報(bào)，2000，15：1-5

[3]黃方，詹懷宇等.預(yù)處理和添加硅酸鈉對(duì)草漿過(guò)氧化氫漂白的影響[J].纖維素科學(xué)與技術(shù)，2000，8（4）：27-31

[4]竇正遠(yuǎn).氫氧化鎂代替硫酸鎂作為過(guò)氧化氫漂白的保護(hù)劑[J].造紙化學(xué)品，2006，25（5）：37-38

史軍偉（1977-），男，工程師，制漿造紙?jiān)谧x碩士研究生；研究方向：綠色化學(xué)和清潔制漿。

2011-4-6