棉短絨H2O2一步法蒸漂制漿的不足及對策

薛潤林

(南京義友自控儀表有限公司，江蘇南京，210042)

近幾年來，國內(nèi)關(guān)于棉短絨采用H2O2蒸漂制漿的研究很多，其共同點是均采用H2O2加穩(wěn)定劑配制成常溫NaOH堿液，然后與棉短絨混合后一次性投入蒸球內(nèi)進行蒸漂制漿，這種方法稱為H2O2一步法蒸漂制漿［1］。目前，國內(nèi)證券紙棉漿生產(chǎn)主要采用H2O2一步法蒸漂制漿［2］，即棉短絨脫脂、去除木素、去疵點和H2O2氧化漂白同時進行。但是這種方法存在諸多問題，如疵點較多。在實際生產(chǎn)過程中，證券紙用棉漿板上大的疵點一般靠人工在燈光下挖除，廢工廢時。本文主要分析了棉短絨H2O2一步法蒸漂制漿的不足，并提出相應(yīng)的改進措施。

1 H2O2一步法蒸漂制漿的不足

筆者認(rèn)為H2O2一步法蒸漂制漿存在以下主要不足。

(1)H2O2與堿液的混合溫度為常溫，堿液入球溫度低，不利于堿液的滲透，更不利于棉籽碎片、棉桃碎片等雜物的滲透，不利于脫脂、去除木素和去疵點。但若堿液入球溫度高，H2O2又會發(fā)生分解，因此H2O2一步法蒸漂制漿堿液入球溫度只能在常溫下進行。

(2)在H2O2一步法蒸漂制漿過程中，一般要求保溫溫度＜110℃。若保溫溫度低，則不利于去除木素和疵點;若保溫溫度≥110℃，則H2O2分解過快，有效蒸漂時間縮短，也不利于脫除木素、去疵點。

(3)H2O2蒸漂溫度以70～100℃為宜，此時H2O2利用率高、效果好;脫脂溫度＞120℃時，脫脂、去木素效果好。蒸煮脫脂要求溫度高，而H2O2蒸漂制漿要求溫度低，這就出現(xiàn)了矛盾，難以在同一系統(tǒng)中解決。

影響H2O2一步法蒸漂制漿質(zhì)量的主要因素是棉短絨脫脂。棉短絨纖維表面上有一層很薄的蠟質(zhì)膜，其主要成分是長鏈飽和醇及飽和脂肪酸，此外還有一些飽和的、不飽和的高級脂肪醇和酸的脂類等，這些物質(zhì)很難潤濕。一般采用熱堿蒸煮，在溫度高于120℃條件下，通過皂化反應(yīng)和乳化作用去除這些油脂蠟質(zhì)，提高棉纖維的化學(xué)反應(yīng)性能。棉纖維若不進行脫脂，H2O2就不能對棉纖維進行氧化漂白。本文通過實驗，驗證了棉纖維必須先脫脂，脫脂后再進行H2O2氧化漂白，以氧化去除雜質(zhì);并提出改進措施，供企業(yè)參考。

2 H2O2蒸漂實驗

Ⅲ-2(3類2級)棉短絨的照片如圖1所示。由圖1可以看出，棉短絨上有許多疵點，其中小疵點是棉籽殼小碎片，棕色大斑塊是棉籽、棉桃的碎片，要獲得理想的棉短絨，需將這些疵點去除［3-4］。

圖1 Ⅲ-2棉短絨

2.1 棉短絨預(yù)水解H2O2蒸漂實驗

取40 g棉短絨，用液比1∶4的水進行浸泡，浸泡好的棉短絨放在高壓蒸煮鍋進行預(yù)水解，在20 min內(nèi)升溫至105℃，然后保溫30 min。

在預(yù)水解后的棉短絨中加入用量3%的H2O2，在高壓蒸煮鍋內(nèi)蒸漂60 min，然后在105℃ (高壓鍋最高溫度)溫度下保溫。蒸漂后的棉短絨進行烘干，蒸漂后的棉短絨照片見圖2。

圖2 蒸漂后的棉短絨

由圖2可以看出，H2O2對預(yù)水解后的棉短絨不起漂白作用，白度基本無變化，棉籽殼依舊存在，說明H2O2不能直接對棉短絨進行脫脂和漂白。

2.2 H2O2在堿液中的穩(wěn)定性實驗

取100 mL質(zhì)量濃度30 g/L的NaOH溶液于三角燒瓶中，加入2 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%的H2O2，將三角燒瓶放在酒精燈上加熱沸騰，此時H2O2受熱分解。繼續(xù)加熱30 min后，待三角燒瓶冷卻到室溫后，用冷水補充瓶中蒸發(fā)的水分至100 mL，進行滴定分析堿濃。實驗發(fā)現(xiàn)，此時堿濃仍為30 g/L。這表明，H2O2與NaOH不起化學(xué)反應(yīng)。

由2.1和2.2兩個實驗表明，H2O2不能直接對棉纖維進行漂白，必須先進行脫脂后才能發(fā)生氧化漂白反應(yīng);H2O2與NaOH不發(fā)生反應(yīng)，說明H2O2在堿液中的穩(wěn)定性較好。

要克服H2O2一步法蒸漂制漿存在的不足，可以先對棉短絨進行脫脂，然后再進行H2O2蒸漂制漿，這種制漿方法稱為H2O2二步法蒸漂制漿。H2O2二步法蒸漂制漿可以彌補一步法蒸漂制漿存在的不足，提高蒸漂紙漿品質(zhì)。

3 H2O2二步法蒸漂制漿技術(shù)

H2O2二步法蒸漂制漿技術(shù)是一種棉短絨制漿方法發(fā)明專利，專利號為201010511566.2。

H2O2二步法蒸漂制漿工藝中的蒸煮脫脂可按各廠原有的蒸煮工藝進行，也可按專利201220611105.7先打漿后蒸漂的工藝進行制漿。蒸煮堿液中要加入0.1%的YY-02滲透劑和0.03%～0.05%的蒽氫醌;堿液入球溫度≥90℃，以強化滲透作用;保溫溫度大于120℃，保溫30～60 min后進行大放氣;當(dāng)球內(nèi)溫度下降到≤105℃時，向球內(nèi)分段加入常溫H2O2和MgSO4混和液，注入H2O2后球內(nèi)溫度降到70～90℃ (H2O2反應(yīng)適宜溫度)，H2O2在此溫度下進行蒸漂，經(jīng)過60～90 min后進行10 min放氣，即可開球蓋倒料，H2O2二步法蒸漂制漿結(jié)束。

2011年12月份，河北廊坊雙澤精制棉有限公司的25 m3蒸球做了幾批H2O2二步法蒸漂制漿試驗。該廠的脫脂按照原蒸煮工藝執(zhí)行，蒸煮脫脂后再加入5%的 H2O2進行二步法蒸漂，蒸球內(nèi)氧壓0.2 MPa(一步法蒸煮氧壓為0.4～0.6 MPa)。蒸煮后半漿聚合度 (DP)分別為2058、2339、2705，白度65% ～68%，半漿無疵點，黑液呈茶色。H2O2二步法蒸漂制漿保留了原工藝高溫條件下的皂化脫脂反應(yīng)，乳化去除雜質(zhì)、脫除木素、去疵點。但H2O2分解溫度從120℃降到70～90℃，這樣既提高了H2O2的利用率，黑液中的COD含量又得到進一步的降低。此外，H2O2二步法蒸漂獲得的紙漿白度比一步法蒸漂提高3～5個百分點。二步法蒸漂可利用蒸球內(nèi)的余熱進行蒸漂，降低了蒸汽用量。

表1 H2O2二步法蒸漂后棉短絨DP、白度

H2O2二步法蒸漂制漿過程中添加YY-02高溫滲透劑和蒽氫醌，其中YY-02具有極佳的抗?jié)鈮A、耐高溫、耐氧化、耐還原劑、耐硬水性，對H2O2具有較好的穩(wěn)定作用，并且在堿液條件下具有卓越的乳化、脫脂、凈洗、分散能力;而蒽氫醌能溶解在堿液中［5］，隨堿液滲透到纖維和棉籽碎片內(nèi)部，蒸煮中漿料在蒽氫醌的反復(fù)還原和氧化作用下，加速了木素的去除，在蒽氫醌的作用下，漿料呈暗紅色，但一接觸到空氣便會還原成本色。棉短絨經(jīng)H2O2二步法蒸漂后的聚合度 (DP)和白度見表1。

由表1可知，Ⅰ-2(1類2級)、Ⅰ-3(1類3級)棉短絨經(jīng)二步法蒸漂后的質(zhì)量更好，化學(xué)品用量較少，白度較高;Ⅲ-3(3類3級)棉短絨質(zhì)量差，化學(xué)品用量較多，白度較低。

YY-02和蒽氫醌是目前市場上先進的綠色環(huán)保、水溶型助劑之一。使用YY-02和蒽氫醌助劑，可使制漿得率提高2～3個百分點，蒸煮半漿白度提高3～5個百分點，黑液色度降低，半料洗滌容易，更節(jié)水。

將棉短絨H2O2一步法蒸漂和二步法蒸漂制漿方法相結(jié)合，可獲得混合蒸漂制漿工藝。

4 棉短絨H2O2混合法蒸漂制漿

用3%的H2O2先對棉短絨進行一步法蒸漂，再用2%的H2O2對其進行二步法蒸漂，可以彌補一步法蒸漂的一些不足，增加去疵點的效果。

下面以25 m3蒸球為例，介紹棉短絨H2O2混合法蒸漂制漿的生產(chǎn)過程。

在該工藝中，棉短絨的投料絕干量為 (2800±100)kg，液比1∶3.6，用堿量9%，堿濃25 g/L，堿液入球量10.08 m3，YY-7012滲透劑用量0.3%，蒽氫醌用量0.05%，H2O2用量3%，堿液入球溫度為常溫。投料后，蒸球空轉(zhuǎn)20 min，然后加入蒸汽升溫40 min，當(dāng)溫度升到105℃時保溫90 min，進行放氣10 min;當(dāng)蒸球內(nèi)溫度≤102℃時，向蒸球內(nèi)加入常溫的、用量2%的H2O2和MgSO4的混合液5 m3，在70～100℃溫度條件下進行蒸漂90 min，然后放氣10 min后，開球蓋倒料，蒸煮結(jié)束。

對于混合法蒸漂制漿，在完成一步法蒸漂時，棉短絨脫脂反應(yīng)已進行了130 min，大部分油脂蠟質(zhì)、木素已經(jīng)被去除。在此基礎(chǔ)上再進行H2O2二步法蒸漂，H2O2利用率提高，蒸漂效果好，疵點顯著降低。

綜上可知，從節(jié)能環(huán)保、提高白度、去除疵點等方面分析可知，二步法蒸漂制漿優(yōu)于混合法蒸漂制漿，混合法蒸漂制漿優(yōu)于一步法蒸漂制漿。

5 改進一步法蒸漂升溫曲線

現(xiàn)行一步法蒸漂升溫曲線如圖3所示?，F(xiàn)行一步法蒸漂工藝中，蒸球內(nèi)氧壓為0.4～0.6 MPa，降低了H2O2的利用率，導(dǎo)致棉漿中疵點較多。

有必要對現(xiàn)行一步法蒸漂升溫曲線進行改進，改進后的蒸漂升溫曲線如圖4所示。堿液中加入YY-02、蒽氫醌助劑，能夠強化脫木素作用。由圖4可知，蒸球空轉(zhuǎn)后，升溫到50℃時保溫30 min，再升到100℃保溫30min后升溫至120℃，因此總的升溫時間由原來的40 min延長到110 min。升溫時間長，H2O2分解相對較慢，即增加了脫脂的作用時間，為棉短絨先脫脂后蒸漂創(chuàng)造條件。當(dāng)升溫到100℃時，保溫30 min，此階段H2O2可分解70% ～80%，蒸球內(nèi)氧壓降至0.2～0.4 MPa，紙漿白度好。在100℃保溫后，再升溫到120℃保溫60 min，能夠強化在120℃時的脫木素作用。改進后一步法蒸漂工藝，雖然不如二步法蒸漂，但是，白度可提高1～2個百分點，疵點比一步法減少30%左右。

圖3 現(xiàn)行一步法蒸漂升溫曲線

圖4 改進后的蒸漂升溫曲線

6 結(jié)論

針對H2O2一步法蒸漂存在的不足，提出了采用H2O2二步法蒸漂工藝、混合蒸漂工藝和改進一步法升溫曲線等三種改進措施。

6.1 二步法蒸漂是在棉短絨充分脫脂后，再在70～100℃溫度下進行H2O2蒸漂。H2O2二步法蒸漂工藝中H2O2利用率最高，蒸漂白度好、去除雜質(zhì)效果最好，不僅適用于證券紙用棉漿，也適用聚合度低于2000的精制棉、化纖棉、脫脂棉等的生產(chǎn)。技改后蒸漂黑液色度呈茶色，黑液經(jīng)絮凝沉淀中和后即可達標(biāo)排放。

6.2 混合法蒸漂是在一步法蒸漂后，再用H2O2進行蒸漂。在相同H2O2用量的條件下，混合蒸漂法獲得的紙漿質(zhì)量優(yōu)于一步法蒸漂。

6.3 對一步法蒸漂升溫曲線進行改進，使升溫時間從40 min延長到110 min，升溫中進行50℃和100℃的臺式保溫，有利于堿液的均勻滲透和油脂蠟質(zhì)的去除，防止H2O2過快分解，提高棉漿的白度和減少疵點。

［1］ XUE Run-lin．A new method to reduce the COD in cotton pulping［J］．China Pulp ＆ Paper Industry，2011，32(8):86．薛潤林．一種降低 COD的新方法［J］．中華紙業(yè)，2011，32(8):86．

［2］ YAO Guangyu．Study of P alkali hydrogen peroxide pulping of cotton linter［J］．Journal of Nanjing Forestry University，1998(3):101．姚光裕．棉短絨堿-H2O2制漿的研究［J］．南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報，1998(3):101．

［3］ LI Sheng-li．Imparity Removal from Cotton Linter in Cotton Linter Dissolving Pulp Production［J］．China Pulp ＆ Paper，2011，30(9):73．李勝利．棉短絨制漿過程中雜質(zhì)的去除［J］．中國造紙，2011，30(9):73．

［4］ LIU Hong-xia，XUE Run-lin．The New Measures to Remove the Defects in the Cotton Linter［J］．China Pulp ＆ Paper，2013，32(8):69．劉紅霞，薛潤林．棉漿粕去疵點的新措施［J］．中國造紙，2013，32(8):69．

［5］ Liang Shimei，Zhang Jingxian，Zhang Songshou．Q ＆ A dissolved hydrogen anthraquinone pulping technology for preparation(Second Book)［M］．Beijing:China Light Press，2004．梁實梅，張靜嫻，張松壽．制漿技術(shù)問答(第二冊)［M］．北京:中國輕工業(yè)出版社，2004． CPP