（制浆造纸工程专业论文）硅酸钠模数对废纸制浆影响的研究.pdf

硅酸钠模数对废纸制浆影响的研究 摘要 硅酸钠是一种重要的基础原料，广泛的应用于化工、造纸、洗 涤等行业。模数是硅酸钠最重要的特性参数，模数的不同决定了硅 酸钠的碱性和聚合度的不同，从而导致其水解产物也不一样。由于 硅酸钠本身具有一定的碱性，同时其水溶液有缓冲p h 值的作用，而 且水解产生的胶束结构的硅酸能分散、乳化、悬浮油墨以及钝化金 属离子，因此硅酸钠在废纸脱墨以及常规过氧化氢漂白中有着广泛 的应用。然而，在目前的一些应用研究中，除了对硅酸钠的用量进 行研究外，还没有人对其进行系统研究。本文以硅酸钠的模数为立 足点，通过实验研究了不同模数硅酸钠的性能及其对新闻纸脱墨与 a o m g 脱墨浆过氧化氢漂白的影响，探讨硅酸钠在造纸工业中潜在 的应用价值。 实验结果表明： 在8 撑美废( a o n p ) 脱墨过程中，最佳的工艺条件是：脱墨剂用量 o 3 ，双氧水用量3 ，预处理温度6 0 ，预处理时间4 5m i n ，n a o h 用量2 ，硅酸钠的最佳用量4 。此条件下，硅酸钠模数为2 5 时对 脱墨效果最好，模数在2 2 3 2 8 范围内对脱墨的碱性条件控制的较 理想，模数为2 6 5 时脱墨体系结硅垢程度低。同时，也能改善了浆 液性能。 在国产o n p 脱墨过程中，最佳工艺条件为：脱墨剂用量o 2 ， 双氧水用量2 ，预处理温度7 0 ，预处理时间3 0m i n ，硅酸钠的最 佳用量3 ，氢氧化钠用量为l 1 2 。在此条件下，硅酸钠模数在 1 55 时脱墨浆的综合效果最好，模数为1 2 时，结硅垢程度小，模数 为1 2 - - 1 7 2 范围内的浆液性能良好且脱墨碱性能维持在p h 值1 o 5 左右。 在a o m g 脱墨浆的漂白过程中，漂白的最佳工艺为：处理温度 7 0 ，浆浓度8 ，处理时间6 0m i n ，过氧化氢用量3 ，硅酸钠用 量3 ，n a o h 用量1 。此条件下，硅酸钠模数为2 6 4 时漂白效率 最好，模数在2 3 4 - - 2 8 范围内对漂白碱性有利，p h 值维持在1 o 5 1 1 o 的范围内。通过对金属离子催化过氧化氢分解模拟实验发现，金属 离子对过氧化氢催化分解能力的大小顺序为：c u 2 + m n 2 + f e 2 + 。其 中c u 2 + 至少是其他两种离子催化能力的8 倍。模数为2 6 4 2 8 范围 的硅酸钠对f e 2 + 稳定作用有较好的效果，模数为2 8 - 3 6 范围的硅酸 钠对m n 2 + 的稳定作用比较明显。 通过对新闻纸脱墨与脱墨浆的过氧化氢漂白的研究，表明了硅 酸钠的模数对脱墨浆质量及漂白效率是有影响的，而且对制浆系统 的硅垢问题也有改善，生产中，如能注重硅酸钠模数的调配，优选 出最佳模数的硅酸钠，能够达到优化工艺的目的。 关键词：硅酸钠，模数，硅垢，金属离子 s t u d yo nt h ee f f e c to fs o d i u ms i l i c a t e s m o d u l u si nw a s t ep a p e rp u l p i n g a b s t r a c t s o d i u ms i l i c a t ei sa ni m p o r t a n tb a s i cm a t e r i a l ，w h i c hl sw i d e l y u s e di nc h e m i s t r y 、p a p e r m a k i n g 、l a v a t i o na n ds oo n t h em o d u l u so f s o d i u ms i l i c a t ei st h em o s ti m p o r t a n tc h a r a c t e r i s t i c p a r a m e t e r ，i t d e t e r m i n e dt h en a 2 s i 0 3 sa l k a l e s c e n c ea n dp o l y m e r ，s oi tw i l lm a k ef o r t h en a 2 s i 0 3 s h y d r o l y s a t ed i f f e r e n t l y b e c a u s en a 2 s i 0 3h a v ed e f i n i t e a l k a l e s c e n c e ，a n di t sl i q u o rh a v ec u s h i o nf o rp h ，s i m u l t a n e i t yi t s c o l l o i d a ls i l i c i ca c i dh a v ed i s p e r s i o na n de m u l s i f i c a t i o na n ds u s p e n s i o n f u n c t i o nf o rp r i n t i n gi n ka l o n gw i t hp a s s i v a t em e t a li o n ，s os o d i u m s i l i c a t eh a v ew i d ea p p l i c a t i o no nd e i n k e dp u l pa n dh 2 0 2b l e a c h i n g h o w e v e r ，a m o n gs o m er e s e a r c ha tp r e s e n te x c e p tf o rd o s a g es t u d y ，t h e r e a r ef e wp e o p l es t u d yi tb yt h en u m b e r s t h i sp a p e rb a s e do nn a 2 s i 0 3 s m o d u l u s ，s t u d i e dt h ep e r f o r m a n c eo fd i f f e r e n tn a 2 s i 0 3 ，a n di t se f f e c t s f o rn e w s p a p e rd e i n k e da n dh 2 0 2b l e a c h i n g ，d i s c u s s e dt h ep o t e n t i a l a p p l i c a t io nv a l u e t h er e s u l t ss h o w e d ： i nt h ea o n pd e i n k e dp r o c e s s ，o p t i m u mc o n d i t i o nw a sa sf o l l o w s ： d e i n k i n ga g e n td o s a g ew a s3 ，p r e t r e a t m e n tt e m p e r a t u r ew a s6 0 ， p r e t r e a t m e n tt i m ew a s4 5m i n ，n a o hd o s a g ew a s2 ，n a 2 s i 0 3d o s a g e w a s4 i nt h i sc o n d i t i o n ，t h ed e i n k e de f f e c tw a st h eb e s tw h e nt h e m o d u l u so fs o d i u ms i l i c a t ea t2 5 ，a n da l k a l e s c e n c ec o n t r o lw a sp e r f e c t a tt h em o d u l u so fs o d i u ms i l i c a t ef r o m2 2 3t o2 8 ，s i l i c o ns c a l i n gw a s s m a l la tt h em o d u l u so fs o d i u ms i l i c a t e2 6 5 a to n et i m e ，s e r o s i t y p e r f o r m a n c ew a sa l s oi m p r o v e d i nt h en a t i v eo n pd e i n k e dp r o c e s s ，o p t i m u mc o n d i t i o nw a sa s f o l l o w s ：d e i n k i n ga g e n td o s a g ew a s2 ，p r e t r e a t m e n tt e m p e r a t u r ew a s 7 0 ，p r e t r e a t m e n tt i m ew a s3 0m i n ，n a o hd o s a g ew a s1 1 2 ， n a 2 s i 0 3d o s a g ew a s3 i nt h i sc o n d i t i o n ，t h ei n t e g r a t ed e i n k e de f f e c t w a st h eb e s tw h e nt h em o d u l u so fs o d i u ms i l i c a t ea t1 55 a n ds i l i c o n i i i s c a l i n gw a ss m a l lw h e nt h em o d u l u sa t1 2 ，a n da l k a l e s c e n c ec o n t r 0 1 w a sm a i n t a i n e di np h1o 5w h e nt h em o d u l u sf r o m1 2t o1 7 2 ，s e r o s i t y p e r f o r m a n c ew a si m p r o v e dt o o i nt h ea o m gd i ph y d r o g e np e r o x i d eb l e a c h i n gp r o c e s s ，o p t i m u m c o n d i t i o nw a sa sf o l l o w s ：b l e a c h t e m p e r a t u r e w a s 7 0 ，p u l p c o n s i s t e n c yw a s8 ，t i m ew a s6 0m i n ，h 2 0 2d o s a g ew a s3 ，n a 2 s i 0 3 d o s a g ew a s3 n a o hd o s a g ew a s1 i nt h i sc o n d i t i o n ，t h eb l e a c h i n g e f f i c i e n c yw a st h eh i g h e s tw h e nt h em o d u l u so fs o d i u ms i l i c a t ea t2 6 4 ， a n da l k a l e s c e n c ec o n t r o lw a sm a i n t a i n e di np h10 5 - - 11 o a tt h e m o d u l u sf r o m2 3 4t o2 8 b yt h es i m u l a t i o ne x p e r i m e n to fm e t a li o n c a t a l y z eh 2 0 2s h o w e d ，s i z eo r d e r ：c u 2 + m n 2 + f e “c a t a l y z ea b i l i t y o fc u z + w a st h eo t h e ri o n8t i m e s t h ee f f e c tf o rt h ef e 计s t a b i l i z a t i o n w a sg o o dw h e nt h em o d u l u sf r o m2 6 4t o2 8 a sw e l la sf o rm n 计f r o m 2 8t o3 6 t h es t u d ys h o w e dt h a tt h em o d u l u so fs o d i u ms i l i c a t ec a na f f e c t t h ed i p s q u a l i t ya n db l e a c h i n ge f f i c i e n c y ，a n d i tc a ni m p r o v et h e s i l i c o ns c a l i n gp r o b l e m i fp a ya t t e n t i o nt oa d j u s t i n gt h em o d u l u s ，a n d c h o o s et h eb e s ts o d i u ms i l i c a t e ，i tw i l lb ep r o p i t i o u st oo p t i m i z e t e c h n i c s k e y w o r d s ：s o d i u ms i l i c a t e ，m o d u l u s ，s i l i c o ns c a l i n g ，m e t a li o n i v 硅酸钠模数对废纸制浆影响的研究 原创性声明及关于学位论文使用授权的声明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。本人完全意识到本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：重窒窒e l 期：2 q q 星生堇月曼里 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解陕西科技大学有关保留、使用学位论文的规 定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权陕西科技大学可以将 本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、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：缝导师签名：鳓日期：至qq 星生壁旦 硅酸钠模数对废纸制浆影响的研究 1 绪论 1 1 研究背景 1 1 1 造纸工业面临的原料问题 造纸工业是我国国民经济十大制造业之一，纸产品是文化传媒、化工、国 防及其它工业的重要原材料，它的需求与社会经济的发展密切相关。世界各国 已将纸及纸板的生产和消费作为衡量一个国家现代化水平和文明程度的重要 标志之一。当今，全球化信息革命不仅没有使纸张的消费量减少，反而更加刺 激了纸品的消费。2 0 0 0 年我国纸和纸板的消费量为3 5 7 5 万吨，到2 0 0 5 年达到 5 6 0 0 万吨【- 】，需求增长逐年增加。二十一世纪是倡导绿色环保的世纪，是人与 自然和谐相处可持续发展的世纪。然而，随着造纸工业的快速发展，纤维原料 来源紧缺是今后世界造纸工业面临的重大课题之一。 随着人类环保意识的增强，世界各国都加强了对森林资源的保护。而世界 森林面积在不断减少，19 9 0 2 0 0 0 年期间世界范围内的森林面积平均每年下降 9 0 0 万h m 2 ，目前全球森林面积仅为3 8 亿h m 2 。我国是一个造纸大国，但森林 资源相对匮乏，特别是与森林资源丰富的国家相比，造纸木材纤维原料十分短 缺，废纸作为再生资源可以补充造纸纤维原料的不足，充分利用废纸资源是解 决我国造纸纤维原料短缺的一个重要途径。 1 1 2 废纸制浆在造纸工业中的意义和地位 ( 1 ) 废纸制浆在造纸工业中的意义 随着社会经济的发展，能源紧缺和环境污染成为困扰世界各国工业发展的 全球性问题。为了实现可持续发展，人们提出了清洁生产的概念，公认为它是 工业经济实施可持续发展的正确途径。清洁生产不仅指在生产过程中尽量采用 无毒、低害的原材料，尽量少排或不排污染物，而且更重要的是产品对环境的 不良影响达到最小。将人类的废弃物减量化、无害化和资源化将成为可持续发 展的主要目标。 废纸也称为二次纤维、再生纤维，利用废纸纤维，可以减少原生纤维纸浆 的使用，减少森林原木的砍伐，是保持生态平衡，减轻环境污染的一项重要的 有效措施b 】。造纸工业生产中，每利用l t 废纸，相当于节约3 m 3 木材、1 2 t 煤、 6 0 0 度电、1o o m 3 的水。与常规的制浆过程相比，废纸制浆排放的废水量和污 染负荷较少，处理也较容易d 】。因此废纸制浆符合可持续发展的战略要求，既 可以节约植物资源与能源，又解决了废纸累积造成的污染，实现了经济发展与 陕西科技大学硕士学位论文 环境保护的统一，同时可以获得良好的经济效益和社会效益，对造纸工业发展具 有十分重要的意义。主要体现在如下几个方面。 节约造纸纤维原料 为了解决造纸工业中纤维原料紧张的世界性问题，除大力发展速生造纸林 外，回收废纸进行废纸制浆是一个重要途径。近年来我国造纸工业发展迅速， 随之出现的问题也日趋明显，而原料问题已成为制约我国造纸工业发展的瓶颈 问题，面对造纸工业国际化和激烈的竞争，废纸资源的利用是解决我国造纸纤 维原料短缺的一个重要途径【4 ，】。 废纸回收利用可大大节约植物纤维资源，减少对森林的砍伐，保护生态环 境。每利用1 t 废纸浆，可节约3 5 m 3 木材。按平均4 m 3 计，2 0 0 5 年全国废纸 浆消耗总量为2 81 0 万吨，等于1 12 4 0 万m 3 木材免于砍伐，使森林得以休养生 息。 节约资本投资 众所周知，一般情况下，在造纸行业的投资中，化学制浆部分所占的比重 要大于抄纸部分2 0 5 0 ，如果加上化学药品的回收和废水治理部分，投资所 占的比重更大。用废纸制浆，工艺流程简单，投资只需同等规模工厂的 2 0 3 0 。废纸造纸各项能耗、环保处理费、折旧利息、人力成本及单位原料 成本都比使用植物纤维造纸低。 减轻制浆污染、节约能源 废纸制浆，由于避免了蒸煮工段，因此没有黑液的产生，大大减轻了污染 负荷，同时回收利用废纸本身也是治理废纸对环境的污染。废纸制浆由于工艺 流程简单，电耗总得来说低于其它浆种，耗水量小更是其它浆种所无法比拟的。 ( 2 ) 废纸制浆在造纸工业中的地位 由于人们环保意识的增强，世界各国都加强了对森林资源的保护。造纸工 业因此而发生了技术和策略上的调整，人们开始重视废纸的回收和利用，以减 少对原生纤维的需求量。在全世界范围内，废纸的回收率和利用率正逐年增长， 处理废纸的技术不断改进和完善，用废纸浆制成的纸和纸板的产量和品种也在 逐年增加。2 0 0 5 年世界废纸回收及消耗情况如图1 1 所示。其中废纸回收量及 消费量居世界前列的国家分别是美国、日本和中国。2 0 0 5 年，废纸进口量最多 的国家是中国，废纸进口量达到1 7 0 0 万吨；出口量最多的国家是美国，出口 量达到1 4 6 0 万吨1 6 t 7 】。根据联合国和世界粮农组织的预测，2 0 10 年世界废纸利 用率将达到5 0 9 t s ，l 。据有关专家预测，在2 1 世纪全世界原浆总产量与纸板 总产量的差距将越来越大，差额部分将主要由废纸来补充。到2 1 世纪末，废 2 硅酸钠模数对废纸制浆影响的研究 纸将占造纸纤维总量的7 0 左右。目前一些国家和地区已经达到或超过这个水 平，废纸已成为这些国家制浆造纸的主要原料。 2 5 0 0 0 2 0 0 1 5 0 0 0 1 0 0 0 0 5 0 0 0 o 世界亚洲欧洲北美洲 回收量口消费量 图1 - 12 0 0 5 年废纸的回收及消耗情况 f i g 1 1w a s t ep a p e rr e c o v e r ya n dc o n s u m p t i o ni n2 0 0 5 我国是一个森林资源匮乏的国家，目前世界森林平均覆盖率为31 0 ，而 我国仅为l3 9 左右。废纸回用具有节约原生纤维资源、减少环境污染、降低 能耗等优点，特别是在我国造纸木材资源短缺的情况下，充分合理利用废纸原 料将显得尤其重要，它己成为我国造纸工业解决纤维原料问题的一项重要措 施。1 0 多年前，我国造纸工业最重要的纤维原料是非木材纤维原料。1 9 9 5 年， 非木材纤维浆占当年纸浆用量的5 0 3 ，废纸浆仅占3 7 3 ，2 0 0 2 年，废纸浆 耗量占当年我国造纸工业纸浆总耗量的4 7 ，2 0 0 3 年，废纸浆的耗量占4 9 t l o j 。 据中国造纸工业2 0 0 4 年和2 0 0 5 年年度报告统计资料，2 0 0 4 年，废纸浆的耗量 占5 2 ，2 0 0 5 年废纸浆的耗量占5 4 。有相关专家预测，废纸浆今后在我国 造纸纤维原料中的比例会达到6 0 7 0 。 1 2 废纸制浆技术 1 2 1 废纸脱墨工艺 ( 1 ) 废纸脱墨原理 废纸制浆过程一般包括废纸的碎解、筛选、净化、脱墨、洗涤与浓缩及热 熔物处理等工序，其具体流程因所处理的废纸纸种、设备以及废纸的质量要求 不同而异。废纸制浆的关键问题是脱墨，而脱墨是在碎解或疏解废纸的过程中， 陕西科技大学硕士学位论文 通过脱墨剂的润湿、渗透、分散、乳化等作用，破坏油墨与纤维间的粘结力， 使油墨和其他杂质与纤维分离开来并分散于浆液中，对于已经分散开来的油墨 粒子，在分散剂和吸附剂的作用下，使其不再凝聚或重新吸附到纤维上，然后 通过浮选法或洗涤法将油墨从纸浆中除去。 废纸脱墨过程一般分为三个步骤完成，即废纸的碎解与疏解、油墨与纤维 的脱离和从浆料中把脱落的油墨粒子分离出去。通过脱墨使纤维能够具有一定 的柔软性、白度及其它特性，具有较好的抄纸性能。 ( 2 ) 废纸脱墨方法 废纸的碎解和油墨的脱离 习惯上，一级处理称为碎解，二级处理称为疏解。碎解和疏解即是把废纸 中的纤维彼此分离开来，成为废纸纸浆。脱墨过程的第一步即是废纸的碎解， 而第二个步骤即油墨与纤维的脱离，实际上它是与碎解同时完成的。废纸的碎 解一般是在水力碎浆机中完成的。为节省动力消耗，有时用水力碎浆机将废纸 碎解到一定程度后，进一步的碎解由疏解机来完成。近年来，随着废纸回收利 用率的提高，许多新型高浓、高效、低能耗的水力碎浆机研制成功并投入使用， 在生产中取得了很好的效果。 当油墨从纤维上脱落下来后，将油墨从浆料中除去的方法主要有洗涤法、 浮选法和浮选洗涤法三种。 洗涤法 洗涤法为最早使用的脱墨方法。洗涤法脱墨工艺是一个水力分离的过程， 其基本原理是通过筛板或筛网对纸浆悬浮液进行筛选，水夹带着油墨颗粒被除 去。为了获得良好的脱墨效果，洗涤法工艺要求油墨粒子尺寸小、粒子分散、 亲水性好，能够较好分散于水相中。通过反复洗涤浆料，将浆液中的油墨粒子 洗去。洗涤过程中除了去除油墨粒子外，浆中的填料和细小纤维也一同被洗去。 典型的洗涤设备洗涤一次大概可除去8 5 的油墨。从理论上讲，经过反复洗涤， 可除去9 9 的油墨。在生产实际中，油墨粒子在1 1o l a m 之间洗涤效果最好。 如果油墨粒子大于4 0 肛m ，在洗涤时易被纤维层阻留在纸浆中，而小于1g m 的 油墨粒子又易吸附到纤维表面上，降低洗涤效果。实际生产中去除油墨的粒径 范围还决定于筛网网目的尺寸以及不同洗涤器上形成的纤维层的厚度。洗涤法 具有设备简单、投资费用低、脱墨浆性能较好、质量较高的优点，其灰分去除 率可高达9 5 。但同时也存在着耗水量大、浆得率低及废水处理负荷大的缺点。 浮选法 浮选法是利用纤维、填料及油墨等组成的可湿性不同而分离的一种方法。 4 硅酸钠模数对废纸制浆影响的研究 浮选法要求油墨粒子大小在一定范围，并且呈疏水性。该方法是废纸经水力碎 浆机碎浆后，通过废纸脱墨剂的作用，使剥离的油墨适当地凝聚，然后将空气 鼓入稀释的纤维和水的悬浮液( 0 8 1 3 ) 中，油墨由于受到水的排斥力， 附聚到空气泡上，然后随气泡一起浮至浆液表面，含有油墨的气泡再由机械逆 流或真空抽吸除去。为了达到良好的浮选效果，浮选机浆料的p h 值一般要维 持在9 0 9 6 之间，当油墨粒子的尺寸为1o 1o o u m 时，浮选法脱墨效果最好。 与洗涤法相比，浮选法具有浆得率高、耗水量小及废水处理负荷小的优点，但 这种方法设备复杂、投资费用高。 浮选洗涤法 在浮选洗涤法中，废纸经水力碎浆机碎浆，在废纸脱墨剂的作用下，浮 选出较大的油墨粒子( 10 1 0 0 1 - m ) ，洗涤掉较小的油墨粒子( 2 且在一定的浓度c 范围内，模数m 双氧水用量 预处理温度& 处理时间。从提高脱墨浆白度的角度考虑，选 取a 3 8 3 c 1 d 1 条件较佳。 4 2 2 对残余油墨的影响 由表4 5 可知，各因素对脱墨浆残余油墨含量的影响由大到小的顺序为： 处理温度 处理时间 脱墨剂用量 双氧水用量。从减少脱墨浆残余油墨含量 的角度考虑，选取a 2 8 2 c 2 d 3 的条件较理想。 经过上述极差分析结果可知：脱墨剂用量a 对白度来讲，极差是最大的， 说明它是影响最大的因素，而且以取a 3 为最好，对残余油墨含量不是影响最 大的因素；双氧水用量b 对白度影响较大，对油墨含量影响最小，以取b 3 为 好；预处理温度c 对油墨含量来讲，极差最大，说明它是影响最大的因素，对 白度最小，以取c 2 为最好：预处理温度d 对白度和油墨含量都不是影响最大 因素，综合考虑取d 2 为好。最后较好的试验方案为：a 3b 3c 2d 2 即：脱墨剂 用量o 3 ，双氧水用量3 ，预处理温度6 0 ，预处理时间4 5m i n 。 4 3 最佳工艺条件硅酸钠模数对a o n p 脱墨的影响 经过上述正交试验得出了对脱墨效果有良好表现的主要工艺参数，在此工 陕西科技大学硕士学位论文 艺下对初步确定的硅酸钠模数进行进一步的细化。通过调配硅酸钠的模数，研 究对脱墨性能有最佳影响的硅酸钠，以便发挥化学品的最佳性能。 4 3 1 硅酸钠的模数对a o n p 脱墨浆质量的影响 如图4 2 所示，在提高双氧水和脱墨剂用量的条件下，a o n p 脱墨浆的白 度与残余油墨含量分别有较大幅度的提高和降低。硅酸钠模数在2 5 时脱墨浆 的白度最大，残余油墨含量最低，效果最好。 5 4 5 0 5 4 0 0 5 1 5 0 5 1 0 0 5 0 5 0 2 3 42 52 6 52 833 2 6 硅酸钠模数 功 卜 e e 、 咖 缸 喇 震 图4 2 最佳工艺条件下硅酸钠模数对a o n p 脱墨效果的影响 f i g 4 2e f f e c to fs o d i u ms i l i c a t e sm o d u l u sf o ra o n pd e i n k e di no p t i m u mc o n d i t i o n s 其原因可能在于模数2 5 的硅酸钠水溶液的离解产物有助于形成具有特殊 结构的环三硅酸、环六硅酸、立方八硅酸及含支链的多聚硅酸。硅酸钠是一种 复杂的聚合物，其内部不断的发生聚合与解聚的反应，硅酸钠溶液中各组分的 浓度常随溶液的p h 值、浓度、温度和外加盐等条件的改变而改变。在碱性条 件下，硅酸钠溶液内的阴离子只有h 2 s i 0 4 2 和h 3 s i 0 4 。，这二者随着硅酸钠水溶 液的离解，与产生的h + 结合： h 2 s i 0 4 扣一h 3 s i 0 4 叫h 4 s i 0 4一 h 5 s i 0 4 十 从而发生四配位的氧联反应： h 3 s i 0 4 + h 4 s i 0 4 = ( h o ) 3 s i o s i ( o h ) 3 + o h 。 进一步聚合反应生成三、四硅酸及环状空间结构多硅酸，这些多硅酸除了具有 良好的p h 值缓冲能力外，其空间结构还能将f e 2 + 等包络在环内，形成稳定性 较高的配位化合物，降低过渡金属离子对h 2 0 2 的催化分解，提高h 2 0 2 的利用 率。另外，硅酸钠对油墨粒子的分散能力不仅是负电荷的排斥作用。适当的高 0 o o o 0 鲫 删 硼 渊 m 舶 m m m 1 1 1 1 8 6 4 2 0 弱 弱 娩 铉 零、巡皿o一 硅酸钠模数对废纸制浆影响的研究 聚硅酸具有较好的悬浮性和优良的吸附性，能将油墨粒子吸附在它的表面使之 保持在液相中，通过浮选除去。 4 3 2 硅酸钠的用量对a o n p 脱墨浆质量的影响 选取模数为2 5 的硅酸钠进行脱墨、抄片。如图4 3 所示，随着硅酸钠用 量的增加，脱墨浆的质量有不同程度的提高，在硅酸钠用量为4 时，a o n p 脱墨浆的质量达到最佳，用量为5 时，脱墨浆质量稍有下降，可能是硅酸钠 水溶液的离解常数发生了变化，打破了能产生有效聚合组分的离子平衡。 6 0 0 0 5 8 0 0 零5 6 0 0 瑙 皿 o ，) 5 4 0 0 5 2 0 0 5 0 0 0 023 45 硅酸钠用量 p n e e 、 嘲 缸 喇 震 图4 3 最佳工艺条件下硅酸钠用量对a o n p 脱墨效果的影响 f i g 4 3e f f e c to fs o d i u ms i l i c a t e sd o s a g ef o ra o n pd e i n k e di no p t i m u mc o n d i t i o n s 4 3 3 硅酸钠的模数对a o n p 脱墨浆液特性的影响 接触角的大小是很好的润湿标准，接触角越小则润湿性能越好【4 2 1 。由表 3 1 可知硅酸钠溶液的接触角小于纯水的接触角，从而说明硅酸钠也是一种润 湿剂。在最佳工艺下，对a o n p 脱墨处理，碎浆后浮选前，将浆料滤出，测定 脱墨浆液体系的相关特性参数及脱墨浆的主要性能指标，结果如表4 6 所示。 与未添加硅酸钠的浆液相比，添加不同模数硅酸钠的浆液中泡沫稳定性有一定 的提高，也验证了硅酸钠在洗涤剂行业中的作用之一一稳定泡沫。硅酸钠的添 加增加了浆液的粘度，从而加强了吸附膜的坚固性，而硅酸钠对脱墨浆液的起 泡力并没有明显的提高现象，似乎与泡沫稳定性有些矛盾。脱墨浆液的接触角 均有不同程度的降低，充分证明了硅酸钠协同表面活性剂润湿油水界面，降低 溶液表面张力的作用。 2 9 陕西科技大学硕士学位论文 表4 6a o n p 脱墨浆液特性参数 t a b l e4 - 6c h a r a c t e r i s t i cp a r a m e t e ro fa o n pd e i n k e ds e r o s i t y 4 3 4 硅酸钠模数对脱墨系统结垢问题的探讨 硅酸钠在高硬度和高碱度的脱墨浆液中易与水中钙、镁等两价金属离子形 成难溶性的硅酸钙和硅酸钙镁盐络合物，特别是当p h 值高于8 6 时很容易形 成硅酸盐垢。这些硅垢即使用浓盐酸也很难清洗干净，结垢情况严重的会堵塞 管道、降低洗涤和筛选设备的工作效率，影响生产的正常进行。很多工厂都有 控制碱垢和硅垢的困惑。本实验参照中国石油化工集团公司“冷却水分析和实 验方法”中的阻垢实验4 0 2 法【43 1 ，其具体操作如下： 取容积为1l 的烧杯，加入规定量的药剂后，用纯净水定容至1 l ，在8 0 水浴中恒温蒸发浓缩至5 0 0 m l ，然后将试验水质冷却至室温，过滤，滤液用分 光光度计法分析其中的s i 0 2 含量。 结垢率 ( ) = 三旦竿铲x 1 0 0 式中，( s i 0 2 ) l 为浓缩前溶液中的s i 0 2 含量，( s i 0 2 ) 2 为浓缩后溶液中的 s i 0 2 含量。 在最佳工艺条件下，将熟化时添加的药品注入2 5 0m l 烧杯中，定容至 10 0 m l ，另加适量氢氧化镁，硅酸钠o 4 9 ( 10 克绝干浆的4 ) ，测定加入氢氧 化镁反应前后s i 0 2 含量变化，以反应前后消耗盐酸的变化量来作为衡量结硅 垢的依据。s i 0 2 含量用盐酸滴定法测量计算。结果如表4 7 所示。 表4 7 硅酸钠的模数对结垢的影响 t a b l e4 - 7e f f e c to fs o d i u ms i l i c a t e sm o d u l u sf o rs i l i c o ns c a l i n g 反应前h c i 消耗反应后h c l 消耗量 编号硅酸钠模数 s i 0 2 沉积率 量m l g l 硅酸钠模数对废纸制浆影响的研究 通过表4 7 可以看出，硅酸钠的模数对脱墨体系的结垢问题有一定的影响， 其中模数为2 6 5 时结垢程度相对较低。也验证了王艳杰等人【4 4 1 结合生产与实 验而指出的改变硅酸钠的模数可控制管路结垢问题的观点。如果能够将硅酸钠 部分有机化，或者硅酸钠与有机硅烷复合使用，能够更好的解决无机硅酸盐垢 问题【4 5 1 。 4 4 小结 ( 1 ) 硅酸钠的模数对脱墨体系的总碱量有影响，氢氧化钠用量为2 、硅 酸钠用量为4 时，模数2 2 3 2 8 范围的硅酸钠对8 弹美废脱墨过程碱性条件的 控制比较理想。 ( 2 ) 通过正交试验得出a o n p 脱墨处理的最佳工艺条件为：脱墨剂用量 o 3 ，双氧水用量3 ，预处理温度6 0 ，预处理时间4 5m i n 。在此条件下， 硅酸钠的最佳用量4 ，硅酸钠模数在2 5 时脱墨浆的白度最大，残余油墨含 量最低，效果最好。 。 ( 3 ) 硅酸钠对a o n p 脱墨浆液有影响，与表面活性剂协同作用降低了浆液 的表面张力，同时起到稳定泡沫的作用，不同的模数有不同的表现。 ( 4 ) 调整硅酸钠的模数可以起到减少硅酸盐垢的产生，模数为2 6 5 的硅酸 钠在a o n p 脱墨体系中的结垢程度较低。 陕西科技大学硕士学位论文 5 硅酸钠的模数对国产新闻纸脱墨影响的研究 5 1 硅酸钠的不同模数对d o n p 脱墨浆质量影响的初步确定 在接近于生产的脱墨工艺条件下，选取有代表性的模数相隔较大的硅酸钠 进行脱墨试验，以便找出具有较好效果的硅酸钠的模数范围。 5 1 1 硅酸钠的模数对d o n p 脱墨浆质量的影响 选定工艺条件：n a o h1 ，n a 2 s i 0 34 ，e d t a0 5 ，h 2 0 2 2 ，脱墨剂 0 2 ；熟化温度为6 0 的条件下，将10 克绝干国产废纸与药液( 浓度1o ) 注入密封袋内放入恒温水浴锅中，保温时间3 0 m i n ，然后稀释四倍用多功能食品 搅拌机碎解，碎解后将浆料取出，加水稀释至o 8 的浓度，最后浮选、洗涤、 抄片。结果如表5 1 、图5 1 所示。 表5 1 硅酸钠模数对d o n p 脱墨效果的影响 t a b l e 5 - 1e f f e c to fs o d i u ms i l i c a t e sm o d u l u sf o rd o n pd e i n k i n g 5 7 0 0 5 6 0 0 5 5 0 0 零 5 4 0 0 巡 皿 o5 3 0 0 5 2 0 0 5 1 0 0 5 0 0 0 1 7 2 5 2 83 23 6 硅酸钠模数 6 0 0 5 0 0 1 0 0 0 0 0 图5 1 硅酸钠不同模数对d o n p 脱墨浆质量的影响 f i g 5 1i n f l u e n c eo fs o d i u ms i l i c a t e sm o d u l u sf o rd o n pd e i n k e dp u l p 由表5 1 和图5 1 可见，在d o n p 脱墨中，整体上脱墨浆的白度较高，残 3 2 西一ee、删姐酬曩 4 3 2 硅酸钠模数对废纸制浆影响的研究 余油墨少，明显好于a o n p 的脱墨浆质量。其中，硅酸钠模数在1 0 2 0 的大 致范围内脱墨浆质量有突出的效果。这是由于d o n p 原料中可能部分含有再生 纤维，再生纤维存在角质化问题，纤维细胞腔收缩，细胞壁间的孔隙发生了不 可逆的封闭。所以油墨的粘着多为交叉纤维间的吸附和覆盖，并没有渗入到纤 维细胞壁，绝大部分油墨在碱和表面活性剂的作用下，润涨皂化脱落，又由于 硅酸钠对油类的乳化和分散作用，使得油墨粒子细化易于浮选脱出。 5 1 2 硅酸钠的模数对d o n p 脱墨体系总碱量的影响 由表5 2 可见，熟化后碎浆前的脱墨体系中，相同的硅酸钠用量，体系内 的总碱量是随着硅酸钠模数的增大而降低的，p h 值也呈下降趋势。在现有氢 氧化钠用量固定的条件下，模数为2 8 3 6 的硅酸钠所提供的碱性基本上不能 支持有效的脱墨环境，势必会减小油墨的皂化和水解，以及纤维的润胀，影响 到脱墨效果。模数在1 2 2 3 范围的硅酸钠不用补充氢氧化钠就可以达到d o n p 脱墨所需的碱性条件。如要使用2 5 以上模数硅酸钠，应提高氢氧化钠的用量。 表5 - 2 硅酸钠模数对d o n p 脱墨体系碱性环境的影响 t a ble 5 2e f f e c to fs o d i t i ms i l i c a t e ，sm o d u l u sf o rn a t i v eo n pd e i n k e da l k a l e s c e n c e 指标 模数 1 0 01 7 02 2 32 5 0 2 8 03 2 03 6 0 n a 2 s i 0 3 4 44 4 4 44 n a 2 0 1 9 51 6 51 5 01 4 01 3 51 3 3 ” 1 1 7 熟化后p h 值 1 0 3 69 9 89 7 19 6 09 5 69 4 69 3 6 5 2d o n p 脱墨工艺参数的正交试验法研究 以脱墨剂用量、双氧水用量、预处理温度、硅酸钠用量为主要影响因素， 讨论这4 种影响因素对d o n p 脱墨浆白度、残余油墨含量的影响。采用l 9 ( 3 4 ) 正交试验，因素和水平见表5 3 ，试验条件和结果见表5 4 ，极差分析见表5 5 。 表5 3d o n p 正交试验影响因素和水平 t a b l e5 - 3f a c t o r sa n dl e v e l so fo r t h o g o n a le x p e r i m e n tf o rd o n pd e i n k e d 净 a bcd 脱墨剂用量双氧水用量硅酸钠用量，预处理温度 1 2 l 0 1327 0 20 223 6 0 30 314 5 0 陕西科技大学硕士学位论文 表5 4d o n p 脱墨正交试验设计表及结果 t a b l e 5 4o r t h o g o n a le x p e r i m e n t a ld e s i g na n dr e s u l t sf o rd o n pd e i n k e d 白度 k 1 k 2 k 3 r 5 2 0 6 9 0 6 2 7 1 7 6 o 6 3 6 1 0 3 5 4 6 6 6 4 1 2 6 4 5 9 6 1 0 5 最优方案 a 2 b 2c 2d l 5 2 1 对白度的影响 由表5 5 可知，各因素对d o n p 脱墨浆白度的影响由大到小的顺序为：脱 墨剂用量 硅酸钠用量 预处理温度 处理时间。可见，从提高脱墨浆白度的 角度考虑，选取a 2 8 2 c 2 d l 条件较佳。 硅酸钠模数对废纸制浆影响的研究 5 2 2 对残余油墨的影响 由表5 5 可知，各因素对脱墨浆残余油墨含量的影响由大到小的顺序为： 处理温度 硅酸钠用量 双氧水用量 脱墨剂用量。从减少脱墨浆残余油墨含 量的角度考虑，选取a 1 8 2 c 2 d l 的条件较理想。 经过上述极差结果分析可知，脱墨剂用量a 对白度来讲，极差是最大的， 说明它是影响最大的因素，对油墨含量是影响最小的因素，综合考虑以取a 2 为最好；双氧水用量b 对白度极差最小，对残余油墨含量极差也不大，综合考 虑取b 2 ；硅酸钠用量c 对白度和残余油墨含量的极差都较大，结合试验效果 取c 3 ；预处理温度d 对白度的极差较小，但对残余油墨含量的极差最大，故 取d l 。最后较好的试验方案为：a 2 8 2 c 3 d l 即：脱墨剂用量o 2 ，双氧水用量 2 ，硅酸钠用量4 ，预处理温度7 0 。c 。 5 3 最佳工艺条件硅酸钠模数对d o n p 脱墨的影响 在正交试验所得出的工艺条件下，对d o n p 进行脱墨研究，细化硅酸钠模 数对脱墨效果影响的的范围，以便发挥化学品的潜能。 5 3 1 硅酸钠的模数对d o n p 脱墨浆质量的影响 1 5 51 7 2 硅酸钠模数 图5 - 2 最佳工艺条件下硅酸钠模数对d o n p 脱墨效果的影响 f i g 5 2e f f e c to fs o d i u ms i l i c a t e sm o d u l u sf o rd o n pd e i n k e di no p t i m u mc o n d i t i o n s 如图5 2 所示，由于处理温度的增加，脱墨浆的白度有近三个百分点的提 高，残余油墨也明显降低了，而硅酸钠模数在1 5 5 时，d o n p 脱墨浆的白度较 高，残余油墨最低，综合效果好。但是而模数为1 5 5 的硅酸钠已不是严格意义 西夺ee、删如喇景 a 2 2 1 1 0 0 的