（制浆造纸工程专业论文）硬杂木prc+apmp制浆的研究.pdf

摘要 摘要 本论文对辽宁东部山区次生林中的硬杂木进行了原料化学组成分析、p r ca p m p 制浆及其漂白的研究。 首先研究了挤压琉解作用对木片吸收性的影响，结果表明，硬杂木片挤压疏解的最 佳次数为2 次。 硬杂木p - r c a p m p 实验结果表明，在如下实验室优化出的处理条件下： 一段预浸渍处理条件：n a o h 用量4 - 5 ，h 2 0 2 用量1 5 ，n a 2 s i 0 2 用量1 o ，d t p a 用量0 2 ，m g s 0 4 用量0 0 5 ，温度7 0 ，时间9 0 m i n ，浆浓度2 1 。 二段预浸渍处理条件：n a o h 用量2 ，5 ，h 2 0 2 用量3 5 ，n a 2 s i 0 2 用量3 3 ，d t p a 用量0 2 ，m g s 0 4 用量0 0 5 ，温度8 0 ，时间6 0 r a i n ，浆浓度1 7 。 高浓停留处理条件：n a o h 用量1 6 ，1 - 1 2 0 2 用量1 o ，n a 2 s i 0 2 用量2 5 ，d t p a 用量o 2 ，m g s 0 4 用量0 0 5 ，温度9 0 ，时间4 5 m i n ，浆浓度1 4 。 可制得白度7 0 5 i s o ，打浆度5 9 。s r 时，抗张指数为4 9 7 8n m g ( 裂断长5 0 8 k m ) 的硬杂木p - r c a p m 口浆。 过氧化氢漂白最佳条件是：h 2 0 2 用量1 0 ，时间8 0 m i n ，n a o h 用量0 5 ，温度 5 0 c ，n a 2 s i ( h 用量3 ，m g s 0 4 用量0 0 5 ，d t p a 用量0 2 ，浓度1 0 。漂白结果 如下：漂白前白度6 9 9 i s o ，漂白后白度7 5 7 i s o ，老化后白度7 0 9 i s o ，返黄值 2 0 7 。漂液中残余过氧化氢为0 7 9 9 皿残碱为1 6 7 9 f l 。 连二亚硫酸钠漂白的最佳条件为：l q a 2 s 2 0 4 用量1 o ，浓度5 ，p h 值5 5 ，温度 6 0 ，d t p a 用量0 1 。漂白结果如下：漂白前白度7 3 6 i s o ，漂白后白度7 7 7 i s o ， 老化后白度7 3 5 i s o ，返黄值1 5 8 h 2 0 2 一n a 2 s 2 0 4 二段漂白结果如下：原浆白度7 3 6 i s o ，h 2 0 2 漂白后白度 7 6 5 i s o ，连二亚硫酸钠漂白后白度7 8 4 i s o ，老化后白度7 4 i i s o ，返黄值1 5 5 。 硬杂木的硬度比杨木大，不容易软化，磨浆时纤维被切断的多，纤维分散程度不如 杨木好。 硬杂木虽然材质坚硬，但是如果延长一段预处理时间，同样可以得到强度很好的浆 料。 本课题为辽宁省教育厅b 类项目，项目编号为2 0 0 4 0 0 9 4 ，项目题目是辽宁天然次 生林材种的f - r c a p m p 制浆技术研究。 关键词：硬杂木，p - r ca p m p ，挤压疏解，1 - 1 2 0 ：，n a = s z 0 ，漂白，软化 h a b s t r a c t a b s t r a c t t h i sp a p e rs t u d i e das e r i e so fp r o c e s s i n go fm i x e dh a r dw o o dt h a tr a i s e di nt h e s e c o n 鲫f o r e s ti nl i a o n i n ge a s t e r nm o u n t a i na r e a ，i n c l u d i n gc h e m i c a lc o m p o s i t i o n sa n d p r ca p m p p r o c e s sa n db l e a c h i n go fo b t a i n e dp u l p t h ee f f e c to fi m p r e s s a f m i n go na b s o r b a b i l i t yo fw o o dc h i p sw a sf i r s ts t u d i e di nt h i s p a p e r t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h ei m p r e s s a f i n i n gb e s tt i m ew a s 2 n ee x p e r i m e n tr e s u l t so l lt h em i x e dh a r dw o o dp - r ca p m ps h o w e dt h a tu n d e rt h e o p t i m a lt r e a t m e n tc o n d i t i o n sw e r e a sf o l l o w s ： f i r s ts t a g ep r e t r e a t m e n tc o n d i t i o n s ：n a o h 3 5 ，h 2 0 2 1 5 ，n a 2 s i 0 3 1 0 ，d j i e a 0 2 ， m g s 0 4 0 0 5 7 0 ，4 5 r a i n ，p u l pc o n s i s t e n c y2 1 s e c o n ds t a g ep r e t r e a t m e n tc o n d i t i o n s ：n a o h 2 - 5 ，h 2 0 2 3 5 ，n a 2 s i 0 3 3 3 ，d t p a o 2 ，m g s 0 4 0 0 5 ，6 0 m i n 8 0 1 2 ，p u l pc o n s i s t e n c y1 7 t r e a t m e n tc o n d i t i o n so fh i g hc o n s i s t e n c yr e t a i n i n gw e r en a o h 2 4 ，h 2 0 2 1 5 ， n a 2 s i 0 2 2 5 ，d t p a 0 2 ，m g s 0 4 0 0 5 ，2 5 m i n ，7 0 c ，p u l pc o n s i s t e n c y l 4 p - r ca p m po fm i x e dh a r dw o o dw a sp r o d u c e dw i t hb r i g h t n e s so f7 0 5 i s o ，t e n s i l e i n d e xo f4 9 7 8n m g ( b r e a k i n gl e n g t ho f5 0 8 k i n ) u n d e rt h eb e a t i n gd e g r e eo f5 9 矿s r i nt h eh 2 0 2 b l e a c h i n g e x p e r i m e n t , u n d e rt h ec o n d i t i o n sa sf o l l o w s ：h 2 0 21 o ，8 0 m i n ， n a o h0 5 ，5 0 ，n a z s i 0 23 ，m g s 0 40 0 5 ，d t p a0 2 ，p u l pc o n s i s t e n c y1 0 ，t h e p u l pw a sp r o d u c e dw i t hb r i g h t n e s sb e f o r eb l e a c h i n go f6 9 9 i s o ，t h eb r i g h t n e s sa f t e r b l e a c h i n go f7 5 7 i s o , t h eb r i g h t n e s sa f t e ra g e i n go f7 0 9 1 s 0 p o s t c o l o mn u m b e ro f 2 0 r 7 ，r e s i d u a lh 2 0 2o fo 7 9 9 化r e s i d u a la l k a l io f1 6 7 9 l 。 i nt h en a 2 s 2 0 , ib l e a c h i n ge x p e r i m e n t u n d e rt h ec o n d i t i o n s 勰f o l l o w s ：n a 2 s 2 0 41 o ， p u l pc o n s i s t e n c y5 ，p h5 5 ，6 0 ，d t p a0 1 ，t h ep u l pw a sp r o d u c e dw i t hb r i g h t n e s s b e f o r eb l e a c h i n go f7 3 6 i s o ，t h eb r i g h t n e s sa f t e rb l e a c h i n go f7 7 7 i s o ，t h eb r i g h t n e s s a f t e r a g e i n go f7 3 5 i s o p o s t c o l o u rn u m b e ro f1 5 8 t h er e s u l t so fi - 1 2 0 2 - - n a 2 s 2 0 4t w os t a g eb l e a c h i n gw e r ea sf o l l o w s ：t h eb r i g h t n e s s b e f o r eb l e a c h i n go f7 3 6 i s o ，t h eb r i g h t n e $ $ a f t e rh e 0 2b l e a c h i n go f7 6 5 i s o ，t h e b r i g h t n e s sa f t e rn a 2 5 2 0 4b l e a c h i n go f7 8 4 i s o ，t h eb r i g h t n e s sa f t e ra g e i n go f7 4 1 i s o , m p o s t c 0 1 0 u rn u m b e ro f1 5 5 。 t h eh a r d n e s so fm i x e dh a r dw o o di sh a r d e rt h a np o p l a r s ，i ti sn o te a s yt os o f t e n t h e f i b e ro fm i x e dh a r dw o o di se a s yt ob ec u tw h e n r e f i n i n g ，a n dt h ef i b e rd i s p e r s i o ni sn o tb e t t e r t h a np o p l a r s a l t h o u g ht h em i x e dh a r dw o o di sh a r d ，w ec a l lo b t a i nh i g hs t r e n g t hp u l pt h r o u g h p r o l o n gt h ef i r s ts t a g ep r e t r e a t m e n tt i m e k e y w o r d s ：m i x e dh a r dw o o d ，p - r ca p m p 。i m p r e s s a f i n i n g ，h 2 0 2 ，n a 2 s 2 0 4 ，b i e a c h i n g ， s o f t e n i n g i v 关于硕士学位论文使用授权的说明 论文题目：缝盘盔呈：墼迦剑苤的巫塞 本学位论文作者完全了解大连轻工业学院有关保留、使用学位论文的 规定，大连轻工业学院有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印 件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编 入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇 编学位论文，并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 ，保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 是否保密( 奁) ，保密期至年 月日为止。 学生签名：拯垒宝导师签名：益垒厦 幼形年彳月傍日 第一章绪论 第一章绪论 造纸工业在全球工业中一直占据着重要地位。现代化的造纸业决不是传统意义上的 “轻工业”，而是国民经济的基础产业。大力发展造纸工业将成为新的经济增长点，将对 我国经济产生强有力的拉动作用。印度尼西亚、巴西和韩国都有过平地起家并逐步发展 成现代化大规模纸业的成功经验，这些都值得我们借鉴【l 】 由于森林资源匮乏，我国长期以来一直把草类资源的开发利用作为重点。但是由于 草类原料的缺点，在某种程度上也制约了我国造纸工业的发展。最近2 0 年来，人们重新 分析了我国造纸原料结构，提高了对木材资源开发利用的重视程度，并把重点放在速生 材的开发利用上随着制浆技术的发展，例如，b c t m p 和a p m p ，阔叶木种类在制浆造 纸工业中显得越来越重要【z 】 辽宁省东部山区气候温和湿润，土壤肥沃，适于林木生长但现有植被是硬杂木天 然次生林，有效的利用现有资源，才能促进该地区更新植被，发展人工经济林和次生林。 根据辽宁省东部山区天然次生林储量比较丰富的实际情况1 3 l 【4 】，辽宁省把“东部山区天 然次生林混合硬杂木的低或无污染制浆适应性确定为省科学基金资助项目，为此，进 行了一系列硬杂木制取高得率浆的研究旨在利用a p m p 制浆方法对硬杂木制浆的可能性 进行研究1 5 1 。 1 。1 东北现有林木资源状况 东北地区大小兴安岭，长白山脉，广泛分布着天然次生林，次生林中主要生长着温 带阔叶木，俗称硬杂木。以辽宁省为例，现有天然次生林面积为1 6 5 万h m z ，木材蓄积 量1 亿多立方米。其中柞木占5 1 ，水曲柳占3 0 ，其余为杨木、桦木、艳木、榆木 等硬杂木。按照合理的规划，这些林地的3 9 5 应调整为用材林，从而商品材的供应具 有很大的潜力。但目前对这些硬杂木开发利用不足，造成严重的资源浪费。比如，辽宁 省天然次生林有近2 0 成熟林、过熟林，每年木材枯死量为5 m 3 h m z ，如果采用采育 摘伐手段，每年可减少枯死量1 6 0 万立方米，与目前辽宁省商品材的年产量相当：对于 现生产的1 5 0 万立方米商品材，由于其边角余料不能利用，出材率仅为5 5 ，如果将边 角余料削片用于造纸，则出材率可达9 0 ，同时又可以为造纸提供1 0 6 万m 3 木材。仅 j 一蔓二兰堑丝 此两项，每年可向造纸业提供木材2 6 6 万i n 3 ，按平均4 5 m 3 生产i t 纸，可产纸5 9 万t ， 相当于辽宁省目前的年产纸量( 5 8 8 万t ) ，因此开发利用硬杂木造纸，对于东北地区的 林业和纸业的发展，都具有重要意义( 6 1 。 1 2 硬杂木原料的特点 硬杂木在纤维形态、纤维长度分布和化学组成上，都相当于或优于造纸常用的阔叶 木杨木和桉木，而且在东北储量丰富，价格低廉，有用做造纸原料的价值和前景叼。8 种硬杂木的纤维长度及化学成分见表1 1 ，表1 2 s l 。 表1 - 18 种硬杂木纤维长度 ! 兰型! ! ：! 里! 璺坠! 竺鲤! ! ：壁! 竺型塾型! 型! 塑塑 些塑! 查堂查墼查垫查塑查堑查 堑查塑查 长度 最大1 4 8z 0 4 1 8 71 0 81 5 5 1 7 61 8 01 8 4 最小0 2 8o 1 6 o 1 80 0 20 1 6 o 1 70 4 00 1 9 r a i n 平均0 7 7o 9 80 8 7 0 5 20 6 1 0 7 2o 9 90 7 0 表1 - 28 种硬杂木化学成分 ，二塑塑兰里竺：! 皇竺堡! 塑竺鲤壁! ! ! 竺! 竺! 业! 竺蜜! ! 坠翌! ! 坚! ! 丝 材纤维 木聚戊抽 i v , 物灰 种素素 糖1 爵i 1 砑i 磊五面f j 函f 一 分 杨木 4 8 4 2 1 8 - 5 72 4 0 r 71 6 2 z 7 41 1 33 8 8 0 7 0 桦木4 6 8 62 0 3 0 3 0 4 11 0 81 8 7 1 8 2 72 5 10 4 4 楸木5 0 9 71 8 5 7 1 9 3 63 0 55 9 02 2 9 2 3 2 80 7 3 艳木4 5 3 62 2 5 92 4 6 8 3 0 43 7 4 1 9 0 12 2 10 7 0 檄木4 6 4 11 8 5 02 0 5 4 2 1 64 2 92 5 6 4 5 8 21 1 6 柞木 4 6 4 5 2 0 7 12 4 8 2 2 4 44 4 81 8 4 02 1 2 0 4 9 曲柳4 5 6 51 9 5 52 1 1 5 6 1 54 5 91 9 2 32 8 9 0 7 9 榆术4 7 3 12 4 5 92 1 5 6 2 4 03 2 61 9 6 42 1 7 0 9 4 但硬杂木一般色深，密度大，纤维细胞壁较厚，柔软系数较低，不适于制取机械浆： 2 第一章绪论 制取化学浆时，蒸煮药液不易浸透，碱法浆色深不易漂白，所以限制了硬杂木在造纸方 面的应用，以往只有少数林区小厂把柞木作为混合硬杂木的主要组成成分，应用于生产 碱法半化学浆，仅作为纸板用浆料 9 1 。在辽宁省，仅有东部山区的新宾造纸厂和宽甸造 纸厂采用混合硬杂木生产碱法半化学浆，用来抄造包装纸板。黑龙江柴河造纸厂也用混 合硬杂木生产硫酸盐法半化学浆抄造包装纸板。在扩展硬杂木造纸应用方面，丹东造纸 厂曾对亚硫酸铵法生产硬杂木可漂化学浆做过研究，张颖等用硬杂木做了制取c t m p 的 实验研究。周景辉等做过桦木制取s c m p 的研究，但都停留在实验阶段。 1 3a 盹心制浆 1 3 1a p m p 制浆的可行性 a p m p n 浆工艺，即碱性过氧化氢化学机械法制浆( a l k a l i n ep e r o x i d em e c h a n i c a l p u l p i n g ) ，以得率高、纸浆强度好、污染少、能耗低等突出优点，为制浆造纸工业界所 瞩目。多年来木材原料的a p m p 制浆已成功应用于工业生产。现已建立的a p m p 生产线 见表1 3 。随着理论研究与工艺设备的不断完善，a p m p 成为制浆造纸技术的发展趋势 之一【堋。 1 3 2a p m p 制浆的发展 由于木材资源短缺、环境保护的压力和能源消耗等因素，发展得率高、污染少、能 耗低的制浆方法己成为制浆造纸工业迫切需要解决的问题。1 9 8 9 年，碱性过氧化氢机械 浆( a p m p ) 是在b c t m p 基础上发展起来的，经美国安德里茨士宝特一鲍尔公司 ( 心d l m 陀s p r o 睇b u e r ) 在其中试工厂和美国俄亥俄春田研究所开发中心研究了 近2 0 年，于1 9 8 9 年在芬兰的赫尔辛基举行的国际机械浆会议上，推出了这种新的化学机 械浆。它以超高得率、纸浆强度好、污染少、能耗低等突出优点而引入瞩目，它又打破 了传统铝4 浆的概念，将蒸煮和漂白在单一的化学预处理过程中同时完成，大大简化了制 浆工艺流程，使投资费用降低2 5 或更多l j “。 1 3 3a p m p 制浆工艺 ( 1 ) 木片洗涤 3 第一章绪论 自备料系统来的木片进入木片仓，为取得较好的洗涤效果，木片在仓中被加热至 6 0 7 0 ，并停霍2 0 m i n 。木片经水洗后，送至斜脱水螺旋，脱水后进入第一段预汽蒸 仓。 表1 - 3a p m p 生产线概况 ! ! ! ! ! ! ! 竺! 型! ! ! ! 竺罂2 1 1 1 1 1 堡! 坠 生产厂 家国家产量生产原生产纸种 设备供 l d 1 货时间 a p p l e t o np a p e r ，c o m b i n e dl o c k s 美国 1 8 0 m m w p t c m ，w h i t e c o u r t 加拿大6 0 0 s c o t tp a p e r 哥斯达黎加1 5 a u s t r a l i a nf o r e s ti n d ，m y r l l e f o r d 澳大利亚 1 5 0 m a l e t t ep a p e rm m , s l r a y m o n d 加拿大2 0 0 m i l l a rw e s t e r nm e a d o wl a k e 加拿大8 1 0 岳阳林纸集团中国7 5 四川宜宾纸业集团中国2 0 0 云南保山地区造纸厂中国7 5 鸭绿江纸业集团中国1 3 0 吉林纸业集团中国2 5 0 齐齐哈尔黑龙股份有限公司中国2 0 0 山东泉林纸业集团中国1 5 0 辽宁金城纸业集团中国1 5 0 宁夏美和纸业集团中国1 5 0 山西裹汾纸业集团 中国 2 0 0 c h a r bp a p e rl n d c o ，t e h r a n 伊朗1 5 0 m a r a g h e hp u l pa n dp a p e rl n d 伊朗 1 5 0 c o ，t e h r a n 杨木 云杉松木 桉木 桉木 杨木云杉 杨木 杨木 杨木松木 桉木 杨木 杨木 杨木 杨木 杨木 杨木 杨木 杨木 杨木 涂布类纸 商品浆 薄页纸 薄页纸 m f c 改进新闻纸 商品浆 新闻纸 新闻纸 书写纸 新闻纸 新闻纸 新闻纸 铜版纸等 印刷书写纸等 涂布纸板微涂纸 l w c 印刷用纸 印刷用纸 注：1 中国国内的a p h 僻生产线除吉林纸业集团、鸭绿江纸业和岳阳纸业集团采用单段挤压和单段浸溃该外，其余均 为两段挤压和两段浸渍工艺2 】坩生产线均由h y m 和 n d r i t z 公司提供 木片在洗涤器中被搅动以去除表面的杂物，例如：砂子、石子，金属和其它碎屑， 这些杂物均沉淀在木片洗涤器底部，可定期去除。洗涤过的木片通过泵送至脱水螺旋， 脱水螺旋上带有孔状的筛板，可将木片和水分开。木片洗涤系统产生的水通过一斜筛来 分离木屑和其它杂物，洗涤水中的渣子可自行沉淀下来，再定期排出，洗涤木片后的洗 涤水，一部分作为木片洗涤器的补充用水，其余的送到污水处理场。 4 孵螂蜘啪嘶螂螂嘶螂蛳咖蛳堇|眦瞎瞎姗瓤嚣裟器器嚣翟裟髓艇裟 第一章绪论 ( 2 ) 两段预浸溃 洗涤后木片进入常压预汽蒸仓( 约9 5 ，停留5 8 m i n ) ，采用常压预汽蒸排除木片的 空气软化木片以利于木片的机械压缩与浸渍。汽蒸后的木片随后送入螺旋挤压疏解机 ( m s d ) ，压缩比大于等于4 ：1 ，经压榨后木片干度能达6 0 左右。压榨能将木片中的空 气和多余的水分及树脂等挤出，并将木片碾成木丝团，除去不需要的水溶物及细小杂质， 提高化学药液的浸渍效果。疏松的木丝团可尽量多地接触药液并易于化学药液的渗透。 用于浸渍的化学药品主要是n a o h 、h 2 0 2 及过氧化物稳定i i j d t p a ( 或e d t a ) 、硅酸钠、 镁盐。力 i , k n a o h 软化纤维( 主要是软化其半纤维素和纤维素的非均体部分) ，提高浆料强 度性能，减少屑物含量，降低磨浆能耗；加入h 2 0 2 是为提高自度和软化木素。 木片在浸渍器停留一段时间( 约2 m i n ) 后，预浸螺旋将木片提升到预浸渍器上部以除 去多余药液，通过常压螺旋送入第一段反应仓( 7 0 7 5 ，停i 彗2 5 m i n ) ，以便使浸渍后的 木丝团与化学药液充分作用 出第一段反应仓的木丝团经常压输送螺旋送至第二段螺旋挤压疏解机( m s d ) ，将挤 碾后的木丝团送入第二段浸渍器，然后将浸渍后的木丝团送至第二段反应仓( 停留4 0 4 5 m i n ，7 0 7 5 ，相当于h 2 0 2 高浓漂白) 反应后的木丝团经计量螺旋送入第一道盘磨。 第二段浸渍器内为低碱度高h 2 0 2 用量的碱性h 2 0 2 药液，主要是为提高浆料白度。 ( 3 ) 两段盘磨磨浆 a p m p 浆的磨浆过程是在常压下进行的，使用两台盘磨分两段进行，浆渣送入消潜 池，与第一段磨处理后的浆混合后由第二段盘磨机处理。 第一段盘磨处理后的纸浆经稀释与酸化处理，使纸浆的p h 值达到7 ，这样就完成了 全部漂白过程，稀释池中的纸浆被送入压榨脱水机进行洗涤与脱水，脱水后的纸浆由水 平输送螺旋送到第二段盘磨。 经第二段盘磨机排出的纸浆进入消潜池，纸浆在消潜池内大约为3 5 的浓度，在 7 0 c 下进行很好的搅拌，经3 0 4 0 m i n 的贮存，以消除纤维的应力 纸浆经消潜后，以3 4 的浓度进入高浓筛选系统。本系统采用的是两段压力筛， 筛选后的纸浆进入抄纸车间，浆渣返回洗涤池，进行再处理【1 2 1 ( 4 ) 一道缝筛 为除去纤维束，筛选采用缝宽为0 1 5m i l l 的缝筛，对浆料进行精选。良浆以1 o 1 5 的浓度送入低浓浆池，再经圆盘浓缩机浓缩至1 2 后送高浓贮浆塔贮存，在其底部 稀释至3 5 的浓度送到抄纸车间。 5 第一章绪论 1 3 4a p m p 制浆机理 碱性过氧化氢化学机浆械是在纤维分离点以上获得的浆，属于超高得率( 8 5 9 5 ) 的一种，又属于两段制浆方法，即包含化学预处理和机械磨浆后处理。a p m p 的化学预 处理比半化学浆更为温和，主要区别在于预处理对纤维原料中的木素无明显溶出，只是 溶出抽提物和部分短链半纤维素。化学预处理的目的只是使纤维实现柔软化，同时改变 木素发色基团的结构如木素结构中的醌型结构、a 一羰基结构、侧链上的共轭双键等， 使它们氧化，转化为无色的木素分子，达至4 在蒸煮的同时纸浆被漂白的效果。a p m p 经 过温和的化学预处理后，部分物质的溶出只是在某种程度上疏松了纤维组织结构，基本 上仍呈原来的木片或草片状态，需进行机械处理来完成制浆。机械处理的作用：一是利 用处理时相互摩擦产生的热量，来加热和软化经过化学预处理后的木片和草片，进一步 削弱纤维的连接；二是裂开或断裂纤维的连接，离解成单根纤维；三是单根纤维的细纤 维化，将完整的纤维部分变成比表面积很大的小纤维，以提高纤维间的结合能力。 a p m p 制浆最大的优点就是将制浆和漂白合二为一，在制浆的同时完成漂白过程。 制浆和漂白是通过碱性过氧化氢溶液来完成，根据材种和浆料所要求的强度和白度来选 择浸渍段数、n a o h 与h 2 0 z , 用量。 碱性过氧化氢浸渍在定程度上与过氧化氢漂白相似，但其碱度较高。在a p m p 制 浆过程中，碱性过氧化氢浸渍实际上包括两个作用，其一是用碱润胀纤维原料，提高磨 浆质量，提高成浆强度；其二是用过氧化氢漂白木片，提高成浆白度。为了达到一定的 成浆强度，浸渍时的氢氧化钠量一般比较高。单段碱性过氧化氢浸渍用碱量高达5 5 ， 而在纸浆过氧化氢漂白时用碱量一般为1 2 。 一般来说，在碱性过氧化氢溶液体系中存在下列3 个化学平衡： h 2 0 = i - r + o h ( 1 ) h 2 0 z = h + 0 0 h( 2 ) 2 0 0 h - = 0 2 + 2 0 h ( 3 ) 其中( 1 ) 式和( 2 ) 式的平衡常数分别为k l 和k 2 k l = 【h + 】【o h l 磁= 【h + 】【o o h 】【h 2 0 2 由( 4 ) 、( 5 ) 式得：【o o h = ( k t k 2 ) 【o h 【h 2 0 2 】 ( 4 ) ( 5 ) ( 6 ) ( 6 ) 式表明溶液中过氧根离子的浓度 o o w 和氢氧根离子浓度 o n - 与【h 2 0 2 】成正比关 系。 6 第一章绪论 由于漫渍是在常压下进行，过氧化氢分解生成的氧气散发到大气中，并不在浸渍器 中形成相应压力，所以( 3 ) 式实际上是一个不可逆反应，不存在平衡。随着溶液的碱度的 提高，过氧化氢的分解速度亦会大大增加。 在过氧化氢漂白中，真正起漂白作用的是o o h ，其浓度高有利于提高漂白反应速 度，但同时增加它的分解速度，如果分解速度相对大于漂白反应速度，那么过氧化氢就 会在漂白作用尚未完成时就消耗殆尽，从而难以达到预定的漂白效果。所以过氧化氢漂 白药液的碱度必须控制在一定的范围，既要有利于生成足够的过氧氢离子，又要防止碱 性分解速度过决。 对于两段a p m p 制浆工艺，n a o h 用量特别是第一段浸渍用量是影响化机浆强度的 主要因素，第二段浸渍h 2 0 2 用量对成浆白度影响最大。但是第一段浸渍添加h 2 0 2 与否对 成浆白度也有一定程度的影响，为了防止h 2 0 2 的无效分解，在碱性过氧化氢浸渍液中要 加入保护剂。 第一段碱性过氧化氢浸渍药液的碱度比较高，p h 值一般在1 2 以上，甚至高达1 4 ( 过 氧化氢漂白最佳的p h 值范围为9 5 1 0 5 ) 。在如此高用碱量条件下，少量的硅酸钠难以 对浸渍药液的碱度起到有效的缓冲作用。从上述分析我们可以得出：在第一段碱性过氧 化氢浸渍过程中添加少量硅酸钠、硫酸镁对提高成浆白度没有明显作用。大量添加可能 会有一些作用，但势必会加重系统的结垢问题，还可能对成浆的强度性能有不利影响， 大量添加硅酸钠是不现实的，所以建议第一段浸渍不使用硅酸钠和硫酸镁。 而对于第二段浸渍，浸渍液为低碱度高h 2 0 2 月j 量的碱性h 2 0 2 药液，相当于h 2 0 2 高 浓漂白。因为浸渍液的碱度较低，可以加入适量络合剂和h 2 0 2 保护剂来防止h 2 0 2 的无效 分解。许多研究表明，络合剂( e d t a 或d t p a ) 和保护剂( n a 2 s i 0 3 和m g s 0 4 ) 的加入对稳定 h 2 0 2 和提高成浆白度的作用显著。 1 3 5a 】p m p 制浆应用方面尚待解决的问题 1 3 5 1 探索提高和稳定纸浆白度的技术 高得率制浆技术的开发和应用受到了世界各国制浆造纸工业的普遍重视，成为重要 的技术发展趋势之一。然而，由于白度及其稳定性的限制，其应用范围仍有一定局限， 对于高得率木浆，主要是光诱导和空气氧化的返黄问题。为了扩大高得率木浆的应用范 围和纸张的耐久性，加拿大制浆造纸研究所等单位直都在研究高得率木浆光照返黄的 机理及消除返黄的技术，已经在光照氧化、光照降解机理的研究方面取得很大进展，其 7 第一章绪论 中各类阻黄剂的研究显示了一定的工业应用前景。非木材原料采用碱性h 2 0 2 处理与机械 处理结合的方法，可以获得强度性能较好的化学机械浆，用于抄造纸板和一般文化用纸， 但是白度及其稳定性仍然是影响应用价值的重要问题。因此，深入研究适宜于非木材原 料化学机械浆的漂白技术，在保持高得率、高不透明度的条件下，提高白度，减少返黄， 扩大其应用范围，对于发展我国制浆造纸工业具有极其重要的意义。 1 3 5 2 设备国产化 a p m p 制浆的关键设备为螺旋挤压疏解机，此外还包括盘磨机和缝筛。目前，国内 a p m p 设备均从国外引进，过高的设备投资、设备维护难度及备品、备件大大提高了企 业的生产成本，使企业收益率和利润率明显下降，最终将削弱造纸企业的投资价值和产 品的市场竞争力，制约中国制浆造纸工业的发展以齐齐哈尔造纸厂的a p m p 制浆系统 为例，其主体设备引进费用在5 0 0 万美元左右，总投资( 包括设备和基建) 共1 3 0 0 万美元左 右，而当前山西某厂正要引进的新a p m p 制浆生产线总投资预计为3 0 0 0 万美元左右。因 此，为促进我国造纸工业持续健康发展，加快造纸行业装备国产化步伐，尽快依靠技术 进步实现产业升级是非常必要的。 1 3 5 3 拓展浆料用途 在国外，a p m p 浆料可替代b c t m p 浆料，用于抄造纸板( 工业包装、液体饮料及食 品包装) 、文化用纸( 新闻纸及各种涂布原纸) 、吸收类产品( 卫生纸及绒毛浆产品) 和一些 高附加值纸种。而国内a p m p 浆料用途比较单一，仅作为新闻纸、胶印书刊纸等的浆料。 我国的造纸企业应通过调整产品结构，开发新技术、新产品，以适应国内多层次的需要。 岳阳林纸集团公司以杨木a p m p 浆料为主配抄低定量涂布纸便为a p m p 浆科的拓展利用 树立了样板。 1 4p r c a p m p 制浆工艺 1 4 1p - r c a p m p 制浆工艺的提出 j y r v a i n e n 等人在1 9 9 7 年提出了p r ca p m p 制浆工艺，其目的是为了提高化学和机 械处理效果，以改善纸浆的光学性能。目前，包括中国在内的许多国家都已采用了该制 浆技术，随着对a p m p 究的深入，其应用前景将十分乐观【1 3 】。 8 第一章绪论 传统的a p m p 流程设计是在预浸及汽蒸时完成预漂白过程，如果白度要求较高，在 筛选洗涤后再进入漂白塔漂白。过去的观念认为h 2 0 2 在高p h 值及高温下分解很快，所 以在盘磨内漂白不太可能，所以最早设计的漂白流程都是磨浆后进行，或者在预浸中完 成，导致浆料白度不理想。 第二种是盘磨内漂白流程，在迸一段磨内加入h 2 0 2 的混合液，较高的浆浓和充分的 混合以及高温对漂白过程非常有利，使得盘磨机内漂白取得显著效果，但要防止n a 2 s i 0 3 的结垢。在漂白反应中，温度高时要考虑降低p n 值或减少用碱量，这样可有效地降低化 学药品用量，在盘磨内的高温低碱快速漂白减少h z 0 2 的分解，对提高浆料的强度及光学 性能大有益处。但要考虑高温时碱性水解会降低纸浆的p h 直，在p t - i 值降低严重时漂白 会终止，不利于漂白液的效率发挥。 第三种是p r ca p m p 流程。a p m p 在第一段磨浆后没有高浓停留阶段，而是进行段 间稀释、洗涤，导致终止了许多潜在的漂白反应，从而漂白效率下降由于在盘磨内漂 白不过几秒钟就完成，为了更好地发挥漂白效果又发展了p - r c a p 蜮程，它保持了原 来的a p m p 流程，所不同的是在一段磨后增加一台高浓塔，并且磨后浆不被稀释或洗涤， 而一般应以较高的浆浓( 2 0 4 5 ) 贮存一段时间目的是使磨后浆料在高浓塔内有充 分的反应时间来有效利用磨浆后的残余化学药剂继续进行漂白反应，充分发挥化学药品 的效能，后段不再设置漂白过程，白度能达到需要的水平。p r c a p m p 浆料亮度的变化， 见表l 一4 。 表1 - 4p - - r ea p m p 浆料亮度的变化 ! ! 丝! ! 墨坠! 坠堑墅竺坚些g 壁坚! ：圣笪坠堡 原料 云杉白杨 注：1 术片未预蒸2 浆料储存温度6 0 c ，浆料浓度2 0 ，一段磨后浆科不被稀释3 此致据摘自国际造纸译文2 0 0 1 ， ( 1 ) l2 4 从上表可以看出，一段磨后贮存1 5 分钟可以提高白度2 度左右，这对于扩大a p m p 浆料的应用范围意义很大。另外在迸k - - 段磨前还可采用压力洗涤，能从浆中有效地去 除c o d 等多种溶解物质，防止在二段磨内发生黑化反应，以确保在二段磨内达到最高的 磨浆浓度和最好的白度效果，光散射系数高，不透明度高。 9 第一章绪论 1 4 2p - r c a p m p 制浆的生产工艺 p r ca p m p 工艺对于发展中国家特别具有吸引力，因为发展中国家的财力受到限 制，交通设簏落后，建成一个1 0 0 t d s 0 0 t d ( 绝干) 的p r c 车间的投资远低于一个化 学制浆车间的投资，而它的得率( 约8 5 或更高) 远高于化学浆的得率( 约5 0 或更低) 。 另外还有许多污水处理技术可用于化学机械浆工艺。 由于a p m p 化学药品用量少，得率高，污染负荷轻，废水一般采用厌氧好氧法处理 可以达到排放要求1 1 4 1 。传统的a p m p 并不是非常完美的制浆工艺，例如，它注重于在磨 浆前进行化学处理，对提高光学性能( 不透明度和光散射性) 有一定的局限性，它也需要 在运行过程中，针对原料及环境不断发展和完善，提高浆料质量虽然使用盘磨机进 行漂白有很多优点，但它不能使反应进行完全。这是因为纤维在盘磨机内的停留时间较 短，在大生产过程中浆在盘磨机中的停留时间不过几秒钟，这样短的时f 司不足以便漂白 反应进行完全。因此为了使残余化学药品得到充分利用，在磨浆后适当地延长浆的存贮 时间显得尤为重要。这意味着在盘磨机中磨解后的浆料进行下一段磨浆之前不能马上被 稀释或洗涤，而一般应以较高浆浓( 2 0 4 5 ) 贮存一段时间。因此，磨后浆料高浓存 贮是盘磨机化学处理工艺的一个不可缺少的工序。基于上述的理论分析与推理，最近开 发了一种新的工艺流程来提高化学和机械处理的效果以改善光学性能该工艺需要缓和 的预处理( p ) ，即用碱性过氧化物药液浸渍纤维原料，并用盘磨机化学处理( r c ) 进行部分 或大部分漂白反应【1 5 1 ，命名为p r c 。p a c 铝f l 浆工艺的重点是预处理、盘磨机化学处理 以及整个工序中化学反应在两者间的合理分配1 1 6 1 。与传统的a p m p t 艺相比，主要不同 之处在于p r c i 艺的一段磨浆后有一个高浓停留塔，高浓停留塔适用于多段磨浆工艺， 主要是充分利用浆中残存药液的继续反应达到改善光学性能。p r ca p m p 充分利用了 木片碱性过氧化氢预处理和盘磨机化学处理的优点1 1 7 。典型的用于工业化生产的p r c 简明工艺流程图如图1 1 所示。 纤维原料如木片首先用化学药品浸渍，整个浸渍过程可能包括1 3 段，但对于一般 工艺而言，2 段预浸就足够了。在多段浸渍中，第一段与后几段浸渍相比一般吸收较少 量的化学药品，大部分的化学药品被消耗于最后一段。在各预浸段，木片要首先加温处 理1 0 3 0m i n ，然后以4 ：1 的压缩比挤压木片。化学药液的加入位置是挤压末端的排出 口，这有助于药液向木片内部渗透。最后一段预浸后，木片需要存贮1 0 6 0 r a i n ，这取 决于材质及化学药品的用量。在预处理过程中不需要通入蒸汽，浸渍后木片的浓度一般 为3 0 左右。 1 0 第一章绪论 图1 - ip - r c a p m p 制浆工艺流程 f i g u r e l - 1t h ep u l p i n gp r o c e s so f p - r ca p m p 进入到一段磨浆( 一般为常压) ，磨解后浆料被喷放到高浓停留塔中，浓度控制在 3 0 4 0 ，存贮时间为5 2 0 m i n 。浆料在进入二段磨前无需洗涤，经二段磨浆后，浆 料贮存于消潜池中进行消潜。 所以说p r c 工艺制得的浆与传统a p m p 相比具有较好的白度和良好的光学性能及 较好的强度性能i 堋。一般来说p - r c a p m p 工艺的浆的强度与传统的a p m p 浆相似，而且 浆的内在性质和手抄片的物理性质关系也或多或少的相似。主要的不同点是p r ca p m p 有好的光学性剧1 9 1 。f - r ca p m p 有着与化学浆一样的强度，并且在紧度相同时有较高 的抗张强度或抗张强度相同时有较高的松厚度瞄u j 。常规的过氧化物机械浆流程是在初磨 之前或同时加入过氧化物来进行漂白，为了让化学反应有充足的时间，p r c 要求在初磨 之后有一个高浓贮存塔。因为这个原因，p r c 比传统的设计有更好的灵活性，表现为浆 质量好，成浆过程效率( 化学药品、能量、浆得率) 高。据研究证吲2 1 】，该制浆工艺对化 学药品的利用率高，浆料具有较好的可漂性及良好的光学性能，且较适合于阔叶木制浆， 尤其是速生阔叶木。 在p r c 工艺中，第一段浸渍加入e d ，r a 或d 1 1 p a ( 3 5k g t 浆) ，目的是去除木片中 的有害金属离子，第二段浸渍加入碱性过氧化氢和硅酸盐。在a p m p 工艺中，浸渍后的 木片进入反应仓，在温度7 0 8 0 下，停留6 0m i n 或更长，漂白反应在磨浆前完成。在 安德里兹公司最初设想的p r c 工艺里，反应仓的温度应低一些，4 0 5 0 较为适宜，且 反应时间应不宜过长。一般认为，低温和缩短反应时间是让磨浆前的漂白反应缓和进行， 而主要的漂白反应应在一段磨浆过程中和一段磨浆后的反应塔中进行，这样可显著提高 第一章绪论 漂白效率。然而，从中国泰格林纸集团的p r c 生产线来看，反应仓温度仍高达8 0 c 以上， 温度难以降低，这可能是生产过程中产生过多热量所致。保持前期木片浸渍低温度不一 定是p - r c 的关键，但在一段磨后增加漂白塔却非常重要【捌。 1 5a p m p 制浆与p r c a p m p 制浆的比较 用机械法制浆有效地利用速生阔叶木资源，是缓解目前资源短缺的途径之一。而机 械法制浆中，a p m p 是目前最先进的制浆工艺，由其发展而来的p r c a p m p 制浆方法又 是进一步地针对纸浆的不同要求而发展起来的一种制浆方法。p r c 与其它的化学机械浆 相比较具有以下优点，见表1 _ 5 1 2 3 1 安德里兹认为p - r c i 艺有2 个重要特征使其区别于a p m p i 艺：木片在预浸时只 经过温和的化学处理，温度较低( 4 0 5 0 c ) ，降低了前期木片漂白