专利名称：用臭氧、二氧化氯和过氧化物漂白纸浆的方法
用臭氧、二氧化氯和过氧化物漂白纸浆的方法
技术领域：
本发明一般涉及最终漂白纸浆的方法。更具体地说，本发明涉及一种通过臭氧 漂白将经过氧气脱木质素的纸浆漂白到最终亮度超过88% ISO的经济有效的方法。
背景
在用于软木纸浆和硬木纸浆的漂白工艺中，纸浆通常在一个或多个氧气阶段中 脱木质素，然后通过各种工序进行漂白，这些工序包括二氧化氯阶段、提取阶段、过氧 化物阶段等。
硬木纸浆与软木纸浆的不同之处在于它们包含大量己烯糖醛酸(HexA)。 HexA的量取决于所用的原料和蒸煮条件。现代的蒸煮方法采用相对较低的蒸煮温度， 通常导致大量HexA。HexA可通过高锰酸钾(KMnO4)来氧化，由此对卡伯值(Kappa number)有贡献。在卡伯值为10的硬木纸浆中，卡伯值的50-70%可归因于HexA，仅有 30-50 %归因于木质素和其它化合物。
在漂白过程中，HexA可通过与诸如二氧化氯和臭氧之类的漂白化学物质的氧化 而被还原。一种更为经济的方式是通过高温酸解来降解HexA。因此，在现代漂白设备 中常常设置高温二氧化氯步骤(Dht)，以进行酸解和二氧化氯漂白。Dht中的高温以及随 后的提取阶段可例如将卡伯值从10.5降低至2.5。
如上所述，还可以通过臭氧漂白纸浆。臭氧是非常有效的脱木质素化学物质， 它非常快速地与纸浆反应，因此只需要很短的保留时间。臭氧漂白通常在低于60°C的温 度下进行，因为环境是非常有侵蚀性的。臭氧漂白通常与随后的提取阶段组合使用。
最终漂白通常在两个独立的步骤中进行，这两个步骤的形式要么是两个二氧化 氯漂白阶段，要么是一个二氧化氯漂白阶段，然后跟着一个过氧化物漂白阶段。在一 些情况中，两个二氧化氯漂白阶段在中间没有任何洗涤处理的情况下进行。在先进行 二氧化氯漂白阶段然后进行过氧化物漂白阶段的情况中，所述阶段通常在中间进行洗涤 处理的情况下进行，这是因为各阶段要在不同的pH下进行，通常二氧化氯阶段中pH为 3.5-4，过氧化物阶段中pH为10-11。
已有报导在特定的情况下，可以在无任何中间洗涤的情况下结合二氧化氯漂白 阶段和过氧化物漂白阶段，参见Suess等，对桉树纸浆的无损害选项的短工序漂白(Short sequence bleaching without penalties-options for Eucalyptus pulp)， Appita 2005,第 461-468 页。当硬木纸浆已经漂白后，使用高温二氧化氯漂白阶段(Dht)，然后使用与过氧化物 漂白阶段整合的提取阶段进行，直到达到二氧化氯漂白阶段中所需的仅仅5-7.5千克活性 Cl/吨的低卡伯值。在此特定的情况中，使用二氧化氯漂白阶段整合过氧化物漂白阶段 (即无任何中间洗涤)的工序进行漂白与使用先二氧化氯漂白阶段然后洗涤和过氧化物漂 白阶段的工序进行漂白所得到的结果几乎相同。
Suess等还揭示了另一种方法，该方法包括直接组合臭氧与过氧化氢和提取，然 后组合二氧化氯漂白和过氧化物漂白。臭氧与过氧化氢和直接提取的组合据说能在提取 阶段后得到较高的亮度(69% ISO)和较低的卡伯值(< 3)。但是，最终漂白据说需要 高加载量的二氧化氯。为了实现高于90% ISO的亮度，需要5千克03、20千克C102、8千克H2O2和19千克NaOH的总输入。因为需要大量二氧化氯，Suess等的结论是不可 能取消二氧化氯漂白阶段与过氧化物漂白阶段之间的洗涤器。
因此，Suess等提出在臭氧漂白阶段之前引入二氧化氯阶段，由此在提取后实现 低于2的卡伯值。这降低了在之后的二氧化氯阶段中所需的二氧化氯的量，这将发展到 抛光阶段而不是脱木质素化步骤。在提取阶段后的二氧化氯阶段中对活性氯的需求减少 将允许在无任何中间洗涤的情况下组合所述二氧化氯阶段和最终的过氧化物阶段。所提 出的漂白工序将包括五个阶段，并共包括三个洗涤器。但是，在臭氧漂白之前的二氧化 氯漂白步骤将导致在提取步骤之后的滤液中存在氯化物，这将导致滤液在氧阶段和/或 烧制之后难以再利用于洗涤。
本发明的主要目的是提供一种通过臭氧漂白将纸浆漂白到最终亮度超过88 % ISO的经济有效的方法。
概述
上述目的通过如独立权利要求1所述的纸浆漂白方法来实现。在从属权利要求 中给出优选的实施方式。
依据本发明的漂白纸浆的方法少包含一个洗涤步骤，因为过氧化物漂白阶段与 之前的二氧化氯漂白阶段是整合在一起的。因此，投入的成本明显减少。此外，依据本 发明的方法能更有效地操作在臭氧漂白阶段之后的提取阶段中的提取操作，因为提取物 中不含氯化物。
依据一个优选的实施方式，就在二氧化氯漂白阶段之前或在二氧化氯漂白阶段 期间向纸浆中加入MgS04。与MgSO4加入到过氧化物漂白阶段的情况相比，该加料操作 导致在相同的二氧化氯消耗下更高的亮度。因此，如果MgSO4W入到纸浆中，还可以减 少为达到所需最终亮度而需要的二氧化氯的量。
即使依据本发明的方法意图是漂白硬木纸浆，但是应该相信该方法也适用于漂 白其它纸浆，例如软木纸浆。
发明详述
在本发明中，术语“整合”应理解为直接跟在前一阶段后，无任何中间洗涤过程。
依据本发明的方法包括使经过氧气木质素化和洗涤的纸浆经历臭氧漂白阶段， 然后经历提取阶段。与Suess等建议的漂白方法不同，依据本发明的方法在臭氧漂白之前 不含任何二氧化氯漂白阶段。因此，再利用来自提取阶段的滤液或者通过燃烧的方式破 坏滤液将不成问题，而如果滤液中包含氯化物，则这种再利用或破坏将是麻烦的。滤液 中的氯化物将导致滤液具有侵蚀性的，由此提高腐蚀风险。
本发明漂白方法中使用的臭氧漂白处理优选对纸浆稠度为30-45%、更优选 35-40%的纸浆(也称为高稠度纸浆)进行。与对湿纸浆如稠度为10-12%的纸浆进行臭 氧漂白相比，上述操作将导致在之后的二氧化氯漂白步骤中所需的二氧化氯减少。
在臭氧漂白阶段之后是与臭氧漂白整合在一起的提取阶段。较佳地，在这些阶 段中不加入过氧化物，因为发明人认为过氧化物并不是实现所需结果所必需的。
在提取阶段后，洗涤纸浆，然后对纸浆进行二氧化氯漂白阶段。二氧化氯 漂白适合在以下条件下进行pH为2.5-4.5，优选为3-4.5，温度为70_90°C，优选为475-85加入的二氧化氯相当于5-25千克活性Cl/吨，优选为10-25千克活性Cl/吨， 更优选为15-22千克活性Cl/吨。二氧化氯漂白所需的时间取决于上述因素，很容易由 本领域普通技术人员确定。
二氧化氯漂白之后是过氧化物漂白阶段，所述过氧化物漂白阶段与所述二氧化 氯漂白阶段整合在一起，即在二氧化氯漂白阶段和过氧化物漂白阶段之间无纸浆洗涤过 程。因为在这两个步骤之间不需要洗涤，所以与现有技术相比，由于少需要一个洗涤器 而导致投入成本明显下降。
已经发现，与Suess等表达的观点相反，可以将二氧化氯漂白阶段和过氧化物漂 白阶段整合在一起，同时仍然实现有效的漂白工序。即使在二氧化氯漂白阶段需要较高 的二氧化氯加入量，但是过氧化物漂白阶段仍然是有效的，可将纸浆的最终亮度提高约 2-3% ISO。
过氧化物漂白阶段适合在pH 9-12、优选pH 9.5-11且基本与二氧化氯阶段相同 的温度下进行。H2O2的量适合为1-8千克/吨纸浆，优选为2-6千克/吨。本领域普通 技术人员很容易确定过氧化物漂白阶段所需的时间。
通常已知可以在过氧化物漂白阶段期间向纸浆中以MgSO4形式加入镁，以稳定 所述阶段。添加MgSO4能提高纸浆的亮度和粘度。而且，与无该加料操作的过氧化物 漂白的情况相比，在漂白阶段后剩余过氧化物的量处在更高且更稳定的水平。
但是，已经令人惊奇地发现，向已经处在二氧化氯漂白阶段中的纸浆中加入 MgSO4将进一步改善本发明漂白方法的漂白工序。对于在二氧化氯漂白阶段和过氧化物 漂白阶段之间有洗涤阶段的漂白工序，没有观察到相同的结果。
因此，依据本发明的纸浆漂白方法的一个优选实施方式，就在二氧化氯漂白阶 段之前或在二氧化氯漂白阶段期间向纸浆中加入MgS04。已经发现，与MgSO4W入到过 氧化物阶段的情况相比，在相同的二氧化氯消耗下，上述加料操作使亮度提高约0.5%。 如果在相同的亮度(例如90% ISO)下比较，这意味着如果进行这种加料操作，可以节省 约2千克活性Cl/吨纸浆。
对于所述二氧化氯漂白阶段，适宜向纸浆中加入0.5-4千克/吨MgSO4,优选使 用1-3千克/吨。
实施例1
对硬木纸浆进行氧气木质素化，然后用HC-臭氧漂白，直到卡伯值为3.3。蒸 煮、氧气木质素化阶段和臭氧漂白阶段后的纸浆的数据示于表1中。
然后，使用依据本发明的工序Smvl漂白纸浆，该工序包括二氧化氯漂白阶段以 及随后的过氧化物漂白阶段，两阶段之间没有任何中间洗涤过程。还用常规的参考工序 SRrfl对纸浆进行了漂白，作为比较，该工序包括二氧化氯漂白阶段、洗涤阶段、以及随 后的过氧化物漂白阶段。工序的数据和结果显示在表2中。
表 权利要求
1.一种漂白纸浆的方法，该方法包括以下步骤(i)使经过氧气脱木质素化和洗涤的纸浆经历臭氧漂白阶段，然后经历与所述臭氧漂 白阶段整合在一起的提取阶段，其中，在所述臭氧漂白阶段之前不进行纸浆的二氧化氯 漂白，(ii)使经过臭氧漂白的纸浆经历二氧化氯漂白阶段，以及(iii)使经过二氧化氯漂白的纸浆经历与所述二氧化氯漂白阶段整合在一起的过氧化 物漂白阶段。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进行臭氧漂白，使得纸浆在所述提取阶段 后具有的卡伯值为3-4。
3.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在臭氧漂白过程中纸浆的稠 度为 30-45% ο
4.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述臭氧漂白阶段中不添 加过氧化物。
5.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，恰在二氧化氯漂白阶段之前 或在二氧化氯漂白阶段期间向纸浆中加入MgS04。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，MgSO4的加入量为0.5-4kg/odt，优选为 l-3kg/odt。
7.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述纸浆是硬木纸浆。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述纸浆是基于桉树的纸浆。
全文摘要
本发明涉及一种通过臭氧漂白纸浆的经济有效的方法。该方法包括使经过氧气脱木质素化的纸浆经历臭氧漂白阶段，然后经历二氧化氯漂白阶段和过氧化物漂白阶段。过氧化物漂白阶段直接在二氧化氯漂白阶段之后进行，没有任何中间洗涤过程。
文档编号D21C9/153GK102027167SQ200980117590
公开日2011年4月20日 申请日期2009年4月23日 优先权日2008年5月13日
发明者S·诺登 申请人:美佐纸业股份有限公司