Mg（OH）2作为纤维素保护剂在压力碱性过氧化氢（EOP）漂白段的应用

Mg(Oil)2 碱性过氧 作为纤维素保护剂在压力 化氢(EoP)漂白段的应用 Squamish浆厂位于加拿大温哥华市北部 40 km， Et产800 t(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 Kvaemer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89％ISO白度。 多段漂自塔 1 Squamish浆J的 DEEot 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。2002 年，发表了一篇介绍在碱性过氧化物漂白段中用氢氧 化镁[Mg(OH)2]泥浆替代MgSO4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(OH)，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(OH)，在 E 段能很容易地提供氢氧根离子 (OH一)和镁离子(Mg2 )，以用作漂白和保护纤维素。 不像苛性碱和 MgS04，Mg(OH)2在水中有较低的溶解 国际造纸 2006年 第 25卷 第2期 性，其 KsP为 5．66×10 ，在 Mg(OH)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(OH)2的溶解性迅 速增加，如反应(1)、(2)所示： Mg(OH)2(s) M +2OH (1) 2OH一+2HOOH 2H2O+2OOH一 (2) 在反应(1)中，Mg(OH)2分离成 M 和 OH一， 得到的 OH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，OH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(OH)2。 与MgSO4相似，Mg(OH)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。 MgS04很容易分离并与 OH一(来 自苛性碱)反应，生 成 Mg(OH)2： MgSO4—一M +sN一 (3) M +20H一 = Mg(OH)2 (4) 过渡金属如铁和锰与 Mg(OH)2共同沉淀以阻止 纤维素 的降解。在加压 E0P段，用 Mg(OH)2代替 Mgs04，消除了上面的反应(3)。 这样，Mg(OH)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 +20H一 M(OH)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 Ksp Fe(OH)3 Cu(OH)2 Fe(OH)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(OH)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(OH)2泥浆(61％固形物，98．8％ Mg (OH)2(折干计算)，700 mg／L Fe和 100 mg／L Mn)。 表 2 漂白操作条件(10％浓度) 第一组实验室漂 白研究使用 sq．K级未漂原浆 (80％铁杉和20％雪松)以考察在 DEE0PD漂白工序的 E0P段用 Mg(OH)2替代 MgSO4的影响。已洗过的未漂 浆的卡伯值为 28．2，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。 1．1 E0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 Mg (OH)2替代 MgsO4。 b)用 Mg(OH)2替代 ~gSO4，直接的质量与质量 · 5O · 取代。 c)E0P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(OH)2替代 Mg— SO4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 World Pulp and Paper Vo1．25，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(oH)2替代 MgSO4以及用同等数 量的 Mg(ori)2(以OH一计)替代25％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(OH)2时，E0P漂白段浆的白度稍 微有些低，在 D1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(OH)2操作中， Eop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 MgSO4的相对成本 图 2标 出 了 E0P段 预 测 的 NaOH、MgS04和 Mg (OH)2的总成本与不用 Mg(On)2相比的情况。显示 了用 O．48 kg Mg(OrI)2取代 1 kg MgS04和通过减少 NaOH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 kg的 Mg(OH)2可取代 2．O8 kg的 Mg— SO4和 1．37 kg的 NaOH。由于当前 1 kg Mg(OH)2的成 本高于 1．37 的 NaOH，用 Mg(OH)2替代 25％的 NaOH[即Mg(OH)2 2．36 kg／t]或 Mg(ori)2 1．0 kg／t]都 不能最大程度地节省成本。 2．1 试验 配备 Mg(OH)2供 应 商为工 厂提供 总计 1040 L的 Mg(OH)，，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 E0p段附近的滑动平台上。工厂负责提供 清水、压缩空气和 120 V、60 Hz的电力服务。 国际造纸 20O6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 4 h断续制备 MgS04与 Mg(OH)2。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 MgS04与 Mg(OH)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： ·Eop滤液的 pH值——每 0．5 h ·E0P滤液的残留Na0H——每 0．5 h ·纸浆白度——每 1 h(常规) ·纸浆黏度——每 56捆浆板(常规) 起初，Mg(oH)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 4 h／J~A．Mg(On)2以取代 M 04。Mg(OH)2泥浆与 M 04一样在同一位置加入，在试验的最后 3天，连 续加入 Mg(OH)2。 2．3．1 在用相等的 Mg2 化学摩尔量替代和直接的质 量与质量替代 1．0 kg／t(风干浆)的 MgSO4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 3 MgSO4和 Ug(On)2对成浆白度和黏度的影响 2．3．2 Eop滤液残留NaOH和 pH值检测显示，Eop段 在加压条件下，Mg(OH)2完全分离，如反应式(1)和 式(2)表示的。从 Mg(OH)2进料速度测得期望的OH一 离子的理论值与从 E0P段滤液流量、残留 NaOH和 pH 值测定中测得的值相吻合(见图4)。 · 51 · ∞ 窘；％ 舛 8j 5；鼹 船 阻 L n 0 0 0 0 0 0 0 0 幡镁唾扑 一餐罂 维普资讯 http://www.cqvip.com l1．20 l1．16 l1．12 l1．o8 l1．o4 苞 l1 ． 00 l0．96 l0．92 t0．88 l0．84 l0．80 6： 图4 MgS04和 Mg(OH)2对 EoP段 扩散滤液的 pH值和残留 NaOH的影响 3 Mg(OH)2的贮存条件 Z 0 Z 勘 鼷 由于 Mg(OH)，具有一定的性质，并以 6l％固形 物泥浆的形式运送，所以必须满足一定的要求以确保 可靠的贮存和使用： ·在低于5℃的温度下冷冻保存。 ·对长期大量贮存的Mg(OH)2定期搅拌(不连续) 以保持分散体的稳定。 ·应用能将低进料输送速率提高到 1．0 L／rain的 一 个正排量型泵(即渐进空腔泵)。 ·为确保泥浆稳定地流动 ，防止固体沉积或堵塞 管道，要高于0．09 m／s。 ·为避免管道阻塞，需有 自动冲洗系统 的进料 管道。 在五月中旬完成了把MgS04贮存转换成 Mg(OH)2 贮存，在这个转换之前，在此过程中添加 O．48 kg／t (风干浆)的 Mg(OH)2。前 25天操作的结果，节 省了接近 O．66 kg／t(风干浆)的 NaOH，对浆料的白度 和黏度没有影响。随后全规模转换的数据结果也证实 了有相似的成本节省而对浆料的白度和黏度没有重大 的影响。 4 结 论 4．1 在工厂的加压 E0P漂白段，Mg(OH)2是保护浆 料黏度的一个灵活的经济有效的 MgS04替代品。在 一 周的工厂试验中，没有观察到对最终浆料的白度和 黏度有不利的影响。 4．2 在最优化的成本节省方面，在相等的化学摩尔 量基础上用 Mg(OH)2替代 UgS04，由于存在 OH一可 以减少 E0P漂白段苛性碱的加入。在这种情况下， 0．48 kg的 Mg(OH)2可替代 1．0 kg的M 04和O．67 kg 的 NaOH。 4．3 当 1 kg Mg(OH)2的成本低于 1．37 kg NaOH的成 本时，用 Mg(OH)2替代25％的 NaOH在经济上可行 。 然而，其他的一些研究表明，过多添加 M 可能会 导致较低的纸浆白度，因此对 Mg(OH)，的加入速度 需严格加以监控。 4．4 由于有令人满意的实验室和工厂试验结果， Squamish浆 厂 已经把 现 有 的 MgS04系 统转 换 为 Mg(OH) 系统，因此可从节省成本中受益。 (责任编辑：李大力) · 消息 · 河北泛亚龙腾纸业有限公司更名 2006年 1月 12日，国家 商务 部 正式 批准 了河 北泛 亚 龙 腾纸 业 有 限公 司更 名 的请 示 。2006年 2月 8日，河 北 省工 商行 政管 理 局签 发 了新 的营业 执 照 。 自此 ，河北泛 亚 龙 腾 纸业 有 限公 司 正式 更 名 为 “河北 诺 斯 克 龙腾 纸 业 有 限公 司”(英 文 ：Hebei Nomke Skog Long—Teng Paper Co．，Ltd．英 文缩 写 为 ：HNLC)。 河北 泛 亚龙 腾 此次 更名 是 由于其 外 方股 东新 加坡 诺斯 克泛 亚 私人 有 限公 司(原 新 加坡 泛 亚 纸业 私 人 有 限公 司)内部 股权 转 让 的原 因。 去年 l1月 ，加拿 大 雅 比迪公 司 (Abitibi Consolidated)正式 将 其 在泛 亚 纸业 50％ 的股 份 出售 给挪 威 诺斯 克公 司(Nomke Skog)，使 得诺 斯 克公 司成 为泛 亚 纸业 的 唯一 股 东 。 同时 ，挪 威诺 斯 克公 司也 成 为世 界第 一 大新 闻 纸生 产商 、第 三 大 出版纸 生产 商 。 鉴 于此 ，此次 更名 对泛 亚 龙腾不 仅 仅是 公 司名 称 的变化 ，它 对公 司的发 展具 有更 深远 的意 义 。它使 诺斯 克 龙 腾 (HNI )具有 更 强 大的 国际 背景 、更 直接 的 国际 接触 、更 雄厚 的技 术后 盾 和更 先进 的管 理 支持 。 此 外 ，随 着公 司名 称 的变 更 ，公 司标 志也将 由原泛 亚 纸业 的标 志 № 。 · 52 · 更改 为挪 威 诺斯 克公 司的公 司标 志 World Pulp and Paper Vo1．25， No．2 维普资讯 http://www.cqvip.com