螯合劑在白泥精制中的應(yīng)用研究

卞 勇

(山東山大華特科技股份有限公司，山東濟南，250101)

目前，堿法制漿造紙企業(yè)大都已投資建設(shè)了堿回收裝置，堿回收白泥經(jīng)精制可以制備輕質(zhì)碳酸鈣(PCC)，用作造紙?zhí)盍希?］。這不僅具有較大的環(huán)保效益和社會效益，而且還具有可觀的經(jīng)濟效益。

白泥的生成過程為，燃燒工段來的綠液 (主要成分為Na2CO3和水)與生石灰進行消化、苛化反應(yīng)，再經(jīng)沉降澄清后，上部堿液循環(huán)利用，底部沉淀即為白泥。

堿回收白泥的生成原理見反應(yīng)式 (1)和式 (2)所示。

由此可以看出，白泥的主要成分為碳酸鈣，但因白泥中含有雜質(zhì)，通常顯灰白色，白度一般在75%左右，達不到造紙加填所用碳酸鈣的質(zhì)量標準，可通過有效的化學(xué)及物理方法去除雜質(zhì)，以獲得純度較高的PCC。

堿法木漿堿回收白泥可采用煅燒方法，循環(huán)利用生石灰，而堿法草漿堿回收白泥中因二氧化硅含量較高，采用煅燒白泥制備的生石灰無法進行循環(huán)利用。在2007年，王桂林就已提出了堿回收白泥精制碳酸鈣在造紙生產(chǎn)中的應(yīng)用［2］。利用堿回收白泥制備PCC工藝的報道［3-7］較多，也有關(guān)于堿回收白泥制備PCC專用設(shè)備的報道［8-9］，以上各方法對于硫酸鹽法制漿得到的白泥處理效果均存在不足，主要是制備的PCC的白度達不到造紙加填的要求。

堿法制漿中燒堿法與硫酸鹽法制漿堿回收產(chǎn)生的白泥其顏色具有較大差異，燒堿法制漿產(chǎn)生的白泥由于含雜質(zhì)而顯灰白色，利用傳統(tǒng)報道的方法可制得白度在85%以上的PCC。硫酸鹽法制漿產(chǎn)生的白泥顏色顯綠色，采用已報道的方法精制白泥，制備的PCC仍顯綠色，白度到不到造紙加填的要求。

徐春等人［10］提出白泥發(fā)綠是由于 Fe2+、S2－、SO24－的協(xié)同作用所產(chǎn)生的結(jié)果，其中，隨著系統(tǒng)中Fe2+含量的增加，苛化后白泥顏色發(fā)綠的程度亦隨之加深。分析其發(fā)綠的原因為，燒堿法堿回收系統(tǒng)中鐵離子主要以三價態(tài)鐵離子存在，二價態(tài)鐵離子僅占一小部分。而硫酸鹽法制漿為保證一定的硫化度，堿回收系統(tǒng)中S2－的濃度增加，由于S2－具有強還原性，所以系統(tǒng)中的鐵離子主要以二價態(tài)存在，二價態(tài)鐵離子與系統(tǒng)中的陰離子形成的化合沉淀物顯綠色，導(dǎo)致白泥最終顯綠色。針對此問題，本實驗通過利用鐵離子螯合劑，去除二價鐵離子，從而提高硫酸鹽法制漿堿回收白泥精制PCC的白度。

1 實驗

1.1 主要儀器與試劑

pH計;白度測定儀。

二乙撐三胺五亞甲基膦酸 (DTPMP);經(jīng)脫堿及除雜等粗處理的硫酸鹽法草漿堿回收白泥。

1.2 實驗方法

經(jīng)過多次實驗確定本實驗所用螯合劑為DTPMP，參考此螯合劑螯合鐵離子實驗的數(shù)據(jù)進行實驗。實驗中堿回收白泥用量為固含量20%的白泥漿液50 mL，DTPMP溶液質(zhì)量分數(shù)為1%。

2 實驗結(jié)果及討論

2.1 正交實驗

利用正交實驗，對影響硫酸鹽法草漿堿回收白泥精制PCC白度的螯合劑用量、反應(yīng)溫度、反應(yīng)pH值3個主要因素進行研究，每個因素取3個水平，因素水平表見表1。用L9(33)正交設(shè)計實驗表，以硫酸鹽法草漿堿回收白泥精制PCC白度為考察指標，實驗數(shù)據(jù)見表2，極差分析結(jié)果見表3。

由表3可知，以硫酸鹽法草漿堿回收白泥精制PCC的白度為考察指標時各因素對PCC白度的影響排序依次為A(螯合劑用量) ＞C(反應(yīng)pH值) ＞B(反應(yīng)溫度);根據(jù)各因素水平實驗指標的平均值(k值)，可以判斷硫酸鹽法草漿堿回收白泥精制PCC實驗的最優(yōu)水平組合為A1B3C3，即在反應(yīng)溫度35℃、反應(yīng)pH值9.5的條件下，加入1 mL質(zhì)量分數(shù)1%的螯合劑DTPMP，硫酸鹽法草漿堿回收白泥精制PCC的白度最高，達到90.0%。

2.2 驗證實驗

量取經(jīng)過粗處理的硫酸鹽法草漿堿回收白泥漿液50 mL(固含量20%)，按正交實驗確定的最優(yōu)水平組合A1B3C3進行實驗，在反應(yīng)溫度35℃、反應(yīng)pH值9.5的條件下，加入質(zhì)量分數(shù)1% 的DTPMP溶液1 mL，攪拌20 min，反應(yīng)完畢后，過濾，洗滌，烘干，壓片，經(jīng)白度測定儀檢測白度。進行3次重復(fù)實驗，實驗結(jié)果見表4。

表1 硫酸鹽法草漿堿回收白泥精制PCC實驗因素水平表

表2 硫酸鹽法草漿堿回收白泥精制PCC實驗方案及實驗結(jié)果

表3 硫酸鹽法草漿堿回收白泥精制PCC實驗極差分析結(jié)果

表4 硫酸鹽法草漿堿回收白泥精制PCC實驗驗證結(jié)果

表4的驗證實驗結(jié)果表明，在優(yōu)化的實驗條件下，進行硫酸鹽法草漿堿回收白泥精制PCC，制得的PCC白度達到90%。

3 結(jié)論

利用螯合劑二乙撐三胺五亞甲基膦酸 (DTPMP)與硫酸鹽法草漿堿回收白泥中的鐵離子螯合形成無色易溶于水的螯合物，可有效地去除有色鐵化合物對硫酸鹽法草漿堿回收白泥精制輕質(zhì)碳酸鈣 (PCC)顏色的影響。通過正交實驗，確定了硫酸鹽法草漿堿回收白泥精制PCC的最佳反應(yīng)條件，即在反應(yīng)溫度35℃、反應(yīng)pH值9.5的條件下，加入1 mL質(zhì)量分數(shù)為1%的螯合劑 DTPMP，精制 PCC的白度達到90.0%以上。

［1］ 楊 揚，劉金剛，蘇艷群．堿回收白泥碳酸鈣對AKD施膠劑的吸附特性研究［J］．中國造紙，2012，31(8):13．

［2］ 王桂林．堿法草漿堿回收白泥精制碳酸鈣的應(yīng)用［J］．中國造紙，2007，26(12):49．

［3］ 李維新，漲棟基，毛國新，等．白泥回收高白度造紙?zhí)盍陷p質(zhì)碳酸鈣工藝:CN，1598130［P］．2005-03-25．

［4］ 王亞雙，崔木春，王巖民，等．用白泥制備輕質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)品的工藝:CN，1587508［P］．2005-03-02．

［5］ 劉曙光，郭勇為，尹 超，等．白泥精制填料碳酸鈣新工藝:CN，101003383［P］．2007-07-25．

［6］ 胡全榮，柯友國，曾志國，等．堿回收白泥自制碳酸鈣填料的方法:CN，101759220A［P］．2010-06-30．

［7］ 夏新星，劉 峰，吳 盼，等．一種草類制漿堿回收綠液精制白泥碳酸鈣的方法:CN，102303885A［P］．2012-01-04．

［8］ 張自林．一種輕質(zhì)碳酸鈣解絮機:CN，2934210［P］．2007-08-15．

［9］ 王亞雙．堿回收白泥輕鈣解絮機的原理及其應(yīng)用［J］．中國造紙，2010，29(2):51．

［10］ 徐 春，胡 笳，蔡兆斌，等．白泥發(fā)綠原因分析［J］．中國造紙，2006，25(3):59．