专利名称：草料碱法制浆工艺和治理其所生污水的方法及其系统装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是造纸工业中以稻、麦草为原料的化学制浆技术领域，尤其涉及的是以苛性碱法用稻麦草制浆的工艺方法及该工艺方法所产生的制浆黑液和洗浆废水的回收利用方法和该制浆整套工艺系统装置。
很多国家在木材严重紧缺的情况下，开始研制用原料较为丰富的稻麦草制浆造纸，通常采用的是苛性碱压力蒸煮工艺方法，即将绝干稻麦草、与绝干稻草按1∶3重量比例的水和以绝干稻草重量16％的苛性碱NaOH加入压力容器中，施加4-6kg/cm2的压力，在140-160℃的温度范围内蒸煮2-4小时，制得可漂纸浆，这种可漂稻草浆得率很低，仅为32-36％。这种生产方法的目的在于用高温、高压的条件，促进碱液不断渗透到草组织中，将其木质素转换成易溶解的碱木素，提纯其纤维，但实际生产中其天然纤维在高压、高温和大碱比的条件下蒸煮受到了极大地破坏，降解程度大，造成浆张强度低，且几乎占稻麦草一半重量的非纤维有机物在高温、高压碱煮中，会产生大量的亲水性溶胶，导致制浆废液粘度高、浑浊，蒸后废液呈黑色，难于回收，导致草浆滤水性差，以上两点是后续抄纸时经常出现毛布粘边、断纸头等生产问题的主要原因，影响生产效率；采用高温、压力碱煮工艺，稻草浆灰分含量高，达到13.1-17.8％，手感较硬，色泽暗，耐折度及撕裂度、耐破度、抗张强度明显低于灰分含量低的纸浆，灰分含量高还容易将蒸煮废液的回收管道堵死，影响生产；尤其再经过碎浆、磨浆除渣、筛选洗浆工序后，中段废水中集积大量的悬浮有机物，使废水浑浊不清，既使长时间静置也不能澄清，不得不排放掉。所以，该碱煮工艺方法，不仅其本身存在上述的不足，尤其是该工艺产生的废液、废水破坏了江河水质造成极大的污染，成为困扰造纸行业的一大难题，也严重阻碍了该技术在造纸行业的广泛应用。
稻麦草与木材相比有很多自身“弱点”1、生长时间短，木质化程度轻、纤维短、质地疏松；2、灰分含量大，约为15-18％；3、含有50％以上的非纤维性有机物。这些“弱点”也恰恰证明了稻麦草易于药液浸渍、渗透、扩散，是不适于高压蒸煮的，否则就会出现上面所述的不良现象，另外，其特性也说明了稻、麦草制浆脱盐(脱硅)要比脱木质素更为重要。参见1971年第2期的《造纸技术通讯》刊登的《稻、草制高级纸用浆》一文中叙述了用稻麦草制浆的工艺方法，技术内容为在50-90℃的较温和的温度、碱比13％、常压蒸煮稻草浆，其灰分只为4.4-8.1％；本文还说明了其方法与高温压力碱煮方法相比，前者成浆的耐折度几乎是后者的2倍，其他指标，如撕裂度、耐破度及抗张强度都较后者有所提高。因此，由本文实验表明，用低温常压蒸煮制浆在技术是可行的，同时在经济上也是有益的，但资料中未具体说明常压温和条件下所制纸浆可否漂白、可否用于白色纸张的生产，特别是对所产生的污水污染及回收问题未予考虑，而且该工艺公开二十多年来未见实际生产应用，足见其存在没有说明的不成熟之处。已公开的另一制浆方法是用机械化学方法，14-15％的NaOH在96℃的温度煮1小时，再进行机械磨浆，但由于机械的作用，纤维的撕力明显降低，且在磨浆时，需用较大马力，液比也较大为1∶5-6，蒸汽消耗也较多，而这种工艺方法只能生产低档的粗纸。
本专利申请的发明目的在于提供一种以稻麦草为原料用碱煮法生产制浆的工艺方法，尤其提供一种能够生产滤水性能好、浆张强度高、用水量少、易于漂白的制浆生产工艺。
本发明的另一发明目的在于能够用于治理由上述生产工艺所产生的污水污染，提供一种治理制浆污水、减少污染的方法。
本发明的再一发明目的在于提供一种贯穿上述以稻麦草为原料制浆、回收利用制浆废液和洗浆废水以至形成良浆的生产流程系统装置。
因此完成本发明第一发明目的的制浆工艺方法为在温度为90-100℃、碱比为10-16％、液比保持为1∶(5-6)的条件下，再加入蒸煮助剂，蒸煮3-4小时，制得可漂草浆。
在上述技术方案中，所说的蒸煮助剂为二氧化钛，其加入量为绝干草料总重量的0.3-0.5％，其加入的烧碱量为绝干草料重量的13-16％。
由著名造纸专家曹光锐先生所译著的《在匈牙利草浆的生产应用》一文中，论及到草料灰分(二氧化硅)及其活性的关系“稻草中的灰分含量是所有草类原料中最高者，而且稻草在化学蒸煮中，又是反应活性最大者。”查看周期表，硅元素的坐标位置在第II周期与第IV属的交叉点处，据有关资料表明同一属内并且相邻的元素，其化学性质相近，钛元素与硅相邻，并在同一属，因此二氧化钛与二氧化硅也具有类似的反应活性。为证实这一点，经多次对比实验在同一碱比(16％)和温度(90-100℃)、常压条件下，加入少量0.3-0.5％二氧化钛所蒸煮的稻、麦草浆，手感较软、色泽较浅、可以漂白，而没有配加二氧化钛蒸煮得到的稻、麦草浆，手感软硬，色泽较暗，较难漂白。产生这些现现象的原因可从二氧化钛的特性进行分析摘自《化学试剂词典》白度为98％的二氧化钛是一种白色颜料，颗粒细小为320目，本身显碱性，具有渗透性强和覆盖能力大的特性。实验表明，二氧化钛能吸附于草片表面并能渗透到草片组织，由此它能够引导蒸煮碱液更有效地渗透到草片组织中，保证了在温和蒸煮条件下，促进化学反应，具有更高的反应活性。
本发明所提供的稻、麦草生产制浆过程中，由于添加了少量的助剂二氧化钛，因其具有较强的渗透能力和反应活性，在提取草纤维时，能够溶解较多的木质素，对纤维的破坏性小，能够充分溶解稻草灰分，降低了草浆灰分含量，明显提高了浆张强度，增强了成浆的耐折度、撕裂度、耐破度和抗张强度，滤水性提高，有利于顺利抄纸，提高生产效率，更容易进行漂白，而且制浆废液和洗浆废水的浓度比现有方法要小得多，并易于治理回收、利用。
在上述的本发明的制浆工艺技术方案中，其所说的蒸煮助剂还可为铜氨络合剂[Cu(NH3)4(OH)2]，其加入量为绝干草料重量的0.01-0.02％，其烧碱的加入量可降为绝干草料重量的10-12％。为使其加入的铜氨络合剂效果更加明显，可再加入另外两种助剂的至少一种，这两种助剂分别为二氧化钛和氧化镁，其中二氧化钛的加入量为绝干草料总重量的0.01-0.02％，氧化镁的加入量为绝干草料总重量的0.005-0.01％。
本草料制浆技术所采用的蒸煮助剂——铜氨络合剂，原本是在化学纤维行业中用于生产铜氨纤维丝的，其加入量通常以铜的含量计算其范围为1.0-1.2％，加入后能使纤维素润胀后完全溶解，用于抽丝。本发明正是利用了铜氨络合剂这一特性，将其用于稻麦草为原料的碱法生产纸浆的造纸领域中，加入极少量铜氨络合剂溶液促使稻麦草的草组织纤维发生一定程度的润胀，使原来的、结合较紧密的纤维素和木质素产生松动，将木质素溶解并脱除，实验中草料的软化程度加快和蒸煮后成浆硬度的降低以充分说明使用铜氨络合剂作为碱法制浆的助剂，其效果好于没有使用该络合剂的制浆工艺效果。本发明方案中其铜氨络合剂的加入量以铜占绝干草料总重量为其准为其0.01-0.02％，氨水为3-5％(含氨为28％)，铜氨络合剂助剂的使用强化了脱木素作用，并由于本身特性对纤维的润涨作用和呈碱性，使烧碱的用量大大减少了，由原来的13-16％加入量降到10-12％，不仅减弱了大碱比所产生的浓度较大的残碱对环境的污染，还削弱了烧碱对所需纤维的破坏作用，使浆张裂断长显著提高。
经上述蒸煮制浆工艺所得粗浆经碎浆、磨浆、除渣和筛选后，进行制浆洗涤。完成本发明第二发明目的的制浆废液和洗浆废水回收利用方法是向制浆废液或洗涤废水中加入0.3-1％的凝聚剂生石灰，以分离、凝聚废液中的木素或废水中的细小纤维，然后静置沉淀，其上清液可回收再用于洗浆或蒸煮制浆中作为补充水，其木素沉淀物经苛化回收残碱，最后得到副产品木素。
在上述污水回收利用方法中，其生石灰的最佳加入量为污水量的0.3-0.5％；除生石灰外，还可以加入一定的淀粉和氧化镁，氧化镁的加入量为污水量的0.01-0.02％，氧化镁具有固结作用，与生石灰一起凝聚效果更加显著。另外，为使生石灰能与废水中的悬浮物充分混合、接触，进而沉淀、澄清，可以利用搅拌手段达到这一目的。淀粉的加入方法是按污水量的1-1.5％称取淀粉，再以1∶(5-7)的比例加入清水，搅拌加热到沸腾，制成淀粉浆，然后将称量好的生石灰与0.01-0.02％的氧化镁倒入淀粉浆中，再加入到制浆废液或洗浆废水中，搅拌均匀、静置沉淀。
本凝聚沉淀回收利用方法，充分利用了所提供的凝聚剂石灰粉的本身特性，石灰粉(CaO)遇水后在转变为熟石灰Ca(OH)2的过程中，体积会急剧膨胀到原来的3-3.5倍，这一过程中，它会大量凝聚、吸附废水中的悬浮有机物，使混浊废水能够沉淀澄清；加入淀粉浆的目的是使凝聚剂下沉速度适当减慢，提高石灰粉和氧化镁的凝聚作用。这种回收方法，根除了稻、麦草制纸浆的所产生的废水污染环境的缺陷，而且方法简单、效果好，回收率高、费用低。为提高澄清、沉淀效果，使凝聚剂与废水充分混合，可以采用搅拌废水的方法，同时利用搅拌中所产生的涡旋作用和离心作用，实现废水的快速澄清、回收，进一步降低了水的耗用量。
本发明的生产制浆方法，是根据稻麦草本身的特性，并添加了助剂，使采用低温、常压蒸煮更适于稻、麦草制浆，草组织很快润涨，对纤维的破坏性降低，也更能提高草浆的质量，使碱液更能快速渗透到草料组织中，明显减少了草浆中亲水性溶胶的含量，降低了废液粘度及浑浊度，澄清速度比未加助剂的要快，经回收处理的制浆黑液澄清液呈茶色透明，除含有活性碱外，其它杂质甚少，有利于回收利用废液的残碱和热量，所以本工艺方法虽然液比较大，但废液较清、回收利用率高，减少水的耗用量、节省水源、消除环境污染，草浆的滤水性提高，容易洗浆等操作，不会影响设备的使用，可基本消除抄纸时粘边、断纸头等生产困扰。本工艺主设计由于增强了药液时草组织的渗透能力和润涨能力，促进了化学反应，进一步提高了废液的澄清度，提高回收利用率，减少对纤维的破坏，去除了较多的灰分，为顺利进行后面各工序创造了条件。因此，利用本发明的生产工艺方法可实现以低成本的稻麦草原料生产高级印刷纸、书写纸及高强度包装纸及纸板等高要求的纸制品，可节约大量代用木浆。
本发明还提供了完成上述生产制浆到产出良浆的工艺流程系统装置，它包括蒸煮容器，蒸煮粗浆滤液经处理澄清送回收池后泵送回蒸煮容器，补充蒸煮用水；粗浆送至碎浆机后经磨浆除渣机送离心筛筛选，所选的良浆流入圆网浓缩机进行洗浆处理，洗浆废水输送到搅拌器与凝聚剂充分混合后，进入废水沉淀池静置沉淀，其上清液进入回收池，回收利用，其沉淀物泵送至锅炉或回纸浆中，洗后良浆送贮浆池，待漂白造纸。
在本流程装置中，洗涤工序可采有多段串联圆网浓缩机来完成，其中段废水可进入搅拌器及后续程序处理，其末段较洁净废水可直接泵送碎浆机或蒸煮器或作为洗浆用水。
本发明的技术方案使制得的可漂纸浆滤水性好，浆张强度高，成本低，整体技术可操作性强。
以下将结合附图
详细说明本发明的技术内容，其中附图为本发明的工艺流程装置图。
下面将依据附图详细阐述本发明所设计的制浆工艺、污水回收工艺及其贯穿上述两工艺方法的整套稻麦草制浆工艺流程。在蒸煮器1中加入切段稻麦草，其中液比为1∶(5-6)、碱比为13-16％，加入绝干草重量0.3-0.5％的助剂二氧化钛TiO2、通入蒸汽常压加热，直至达到90-100℃的温度后，蒸煮3-4小时，其后向回收池4泄放蒸煮废液，蒸煮草浆送碎浆机2进行碎浆处理，在本工艺中，以二氧化钛作为助剂，提高了药液对草组织的渗透能力，进而配合在实际低温、常压蒸煮操作中，溶解大量木质素和脱除草组织中的灰分，减少了对其纤维破坏，提纯纤维，提高了滤水性和浆张强度，其制浆废液也由原来高压未加助剂蒸煮的黑色变为浅棕色、透明，而且该助剂本身的碱性特性，可以促使硅酸盐转化为二氧化硅而沉淀下来，从而使废液得到净化，其沉淀物可定期进行清理。
本技术的另一实施方式是，在上述同样的温度和液比条件下，碱比为10-12％，加入绝干草料总重量的0.01-0.02％的助剂铜氨络合剂[Cu(NH3)4(OH)2]其技术效果可以通过以下实验来证明再加入绝干草料重量的0.01-0.02％的二氧化钛，氧化镁的加入量为0.005-0.01％，所制的纸浆成浆硬度(高锰酸钾值)为10(易漂)、成浆白度为40-45％、浆张裂断长为4089米，其裂断长比高温压力蒸煮方法所制纸浆的浆张裂断长超出1689米。
总之，该工艺方法一方面提高了蒸煮制浆的质量，另一方面蒸煮废液比较清淡，适于沉淀后回收利用，因此，由于蒸煮过程中大量循环使用废液，该工艺的耗水量是非常低的，节省用水，还能减少烧碱用量并充分利用残碱及余热，减少了环境污染。
制浆废液的回收方法向废液中加入液体重量0.3-0.5％的凝聚剂生石灰，使废液中的木素分离并凝聚沉淀下来，为提高木素的分离和凝聚效果，进一步净化废液，除生石灰外还有加入淀粉和微量的氧化镁，接液体重量的1-1.5％称取淀粉后与水混合并加热成淀粉浆状，加入液体重量的0.01-0.02％的氧化镁和生石灰，搅拌均匀后加入废液中搅拌均匀，再静置沉淀，其上清液呈茶色透明状，除残留烧碱外，其它杂质甚少，可循环使用，其木素沉淀物可作副产品。
草浆经碎浆及贮浆池3泵送除渣磨浆机5，然后转送离心筛6进行筛选，由管道输送，其良浆自流于圆网浓缩机7进行多段串联洗涤，所选出的尾浆(浆渣)回流于贮浆池3，以备回磨复选。一般经多级洗涤，末段洗浆废水已经比较清洁，可以直接转送邻近的用水处，如由贮池11转送回初段洗浆用或碎浆机2的稀释用水；其中段废水因经碎浆、磨浆等操作，出现了大量的悬浮有机物，是废水难于净化治理的一大难题。在本实施例中，可向中段废水中加入0.3-1％的生石灰，该生石灰的最佳加入量为0.3-0.5％，其加入量过大会使废水变得浑浊不清。生石灰粉遇水变为熟石灰的过程中，体积会迅速膨胀到原来的3-3.5倍，因此能吸附、凝聚废水中的悬浮有机物，使废水得到沉淀、净化，在该过程中可以配加占废水量0.01-0.02％的氧化镁，强化对悬浮物的凝聚作用，在本实施例中，为提高凝聚杂质效果，减慢凝聚速度，可以使用经过一定处理的淀粉，其处理方式是称取废水量的1-1.5％的淀粉，与1∶(5-7)的清水混合，加热成淀粉浆状，与上述量的生石灰和氧化镁混合后加入洗浆废水中搅拌，然后静置沉淀，这种治理废水的方法更加有效，其上清液呈淡黄色透明状，可以回收重复使用。其上的清水由废水沉淀池10及废水回收池12泵送回洗浆处用，其池底沉淀物因含有大量细小纤维，可以放入纸浆中用于抄纸，减少污染浪费，降低生产成本。在本实施例中，为了增加凝聚剂与废水悬浮有机物充分作用，将其凝聚沉淀，在浓缩机7的输出废水管道与废水沉淀池10之间设置一搅拌器8，充分搅拌、混合，同时因为它产生的涡旋作用和离心作用，可以提高沉淀、澄清效果，提高废水净化程度。洗后的纸浆自流于贮浆井13，以备送漂白工序使用。图中9为各工序的输送动力泵。
权利要求
1.一种草料碱法蒸煮制浆工艺方法，该方法是以稻麦草为原料，加入该绝干稻麦草总重量的10-16％的烧碱和一定量的助剂，在常压下蒸煮3-4小时，蒸煮温度为90-100℃，液比为1∶(5-6)，制得可漂纸浆。
2.根据权利要求1所述的制浆工艺方法，其特征在于所述的助剂为二氧化钛，其用量为绝干稻草重量的0.3-0.5％，其烧碱用量为绝干稻草重量的13-16％。
3.根据权利要求1所述的制浆工艺方法，其特征在于所述的助剂为铜氨络合剂，其用量为绝干稻草重量的中0.01-0.02％，其烧碱用量为绝干稻草重量的10-12％。
4.根据权利标要求3所述的制浆工艺方法，其特征在于还需要加助剂二氧化钛和氧化镁的至少一种，其加入量分别为占绝干稻草重量的0.01-0.02％、0.005-0.01％。
5.权利要求1、2、3或4所述制浆方法所产生的制浆废液或洗浆废水的回收利用方法，其特征在于将制浆废液成洗浆废水与0.3-1.0％的生石灰混合后，沉淀澄清。
6.权利要求5所述制浆方法所产生的制浆废液或洗浆废水回收利用方法，其特征在于将制浆废液或洗浆废水与0.3-0.5％的生石灰混合后，沉淀澄清。
7.根据权利要求5所述的制浆废液或洗浆废水的回收利用方法，其特征在于取废液量的1-1.5％的淀粉与水混合后，加热成浆状，再与生石灰和0.01-0.02％的氧化镁混合，加入制浆废液或洗浆废水中，沉淀使废液或废水澄清。
8.根据权利要求7所述的制浆废液或洗浆废水的回收利用方法，其特征在于所取的淀粉与水按1∶(5-7)的比例混合。
9.贯穿完成权利要求1或5所述的系统装置，其特征在于该装置是由蒸煮器(1)、废液回收池(4)、碎浆机(2)、碎浆后的贮浆池(3)、除渣磨浆机(5)、离心筛(6)、浓缩机(7)、分段废水回收池(10.11)及其动力泵(9)和贮浆池(13)共同组成。
10.根据权利要求9所述的系统装置，其特征在于在浓缩机(7)与分段废水回收池(10)之间设有搅拌器(8)，用于凝聚剂与废水混合。
全文摘要
本发明涉及的是一种稻麦草碱法蒸煮制浆方法,由该方法所产生的废液及洗浆废水的回收利用方法和贯穿完成上述方法而制取造纸良浆的工艺流程装置,其技术特点是在低温、常压蒸煮条件下,同时添加助剂,所得草浆灰分含量低、滤水性好、废液澄清快,废液可以循环使用,另外制浆废液和草浆经碎浆、磨浆、洗浆后产生的废水,可用如石灰粉等作为凝聚剂回收净化,洗浆后的良浆易于漂白。本技术所得纸浆各项技术指标高,制造成本低、可操作性强、基本消除环境污染,而且可用于制造高级用纸。
文档编号D21C3/02GK1172875SQ9710460
公开日1998年2月11日 申请日期1997年3月25日 优先权日1996年8月7日
发明者李文海 申请人:李文海