专利名称：草浆黑液除硅方法
技术领域：
本发明为非木材纤维原料碱法制浆废液中除硅的一种简易新方法，尤为适合于具有废液化学品回收的场合。这里所说的碱法制浆特指烧碱法、硫酸盐法和碱式亚钠法制浆。
采用非木材纤维，如稻草、麦草、芦苇、荻苇、蔗渣、竹子等作制浆原料在第三世界是很普遍的，在中国大概占总浆量的60%，其中又以麦草为主。非木材纤维原料在生长过程中，从土壤中吸取了一定量的SiO2，在碱性蒸煮中，大部分硅溶入黑液，使黑液硅含量及粘度升高。高硅含量、高粘度的黑液进入化学品回收系统，易在蒸发器表面上结垢，使传热效率大大降低;燃烧时又迫使碱炉提高温度，既增加热损失又增加飞灰损失，而且，由于白泥中含有过多的硅酸钙，使白泥失去回收价值。
早在1932年，在一项英国申请说明书中(GB381697)，研究者就提出了可以在蒸煮前或蒸煮中，加入一种或多种金属氧化物或氢氧化物到蒸煮液中，以使硅形成不溶物吸附在浆料上降低黑液含硅量，这些金属可以是铝、钙、锌、镁等。研究者也建议，可以铝土矿代替氧化铝来使用，不过要在铝土矿所带来的色泽问题不妨碍纤维的用途前提下使用。
US4331507是一项涉及几种黑液除硅方法的发明。他们指出，铝土矿是唯一适用和经济地提供氧化铝的来源，尽管铝土矿中含有色物质三氧化二铁，将使浆料色变增加。
该发明共包括三部分，①在原碱回收苛化之后，增加一反应器和一分离器。苛化后使白液和铝土矿在反应器中反应，然后经分离除去杂质(如三氧化二铁)后，去蒸煮锅。②对流程①的改进，把①中的反应器和分离器挪到洗浆机之后，蒸发器之前。也就是说把铝土矿加到提取的稀黑液中，然后分离硅渣与黑液。由于铝土矿与黑液不接触，认为对浆料的色泽无影响。③对流程①的改进，把反应器和分离器移到一段蒸发之后，即把铝土矿加在1段蒸发后的半浓黑液中。流程②③存在硅渣分离难，硅渣体积大的问题，而且过程不够简单，设备投资、运行成本都是问题。流程①也存在液-渣分离，不过不是硅渣而是白泥与铝土矿中的不溶物。该专利并未显示任何有关铝土矿不溶物及三氧化二铁与白液的分离数据，因此，有关氧化铁的去除效果也是一个未知数。此外，由于铝土矿在常温常压下溶解速度不快，要有足够的反应时间就要增加反应器容积，否则将使铝土矿不能尽数应用，且使分离渣体积大丢失碱量。
实验中还发现，铝土矿中含有的硅也会随着在反应器中停留时间的延长，溶于碱液中，所以硅含量高的铝土矿导致除硅效果显著降低。
本发明的目的在于提供一种除硅过程极其简单，和蒸煮同步进行，无需添加任何新设备的高效除硅新方法。
本发明提出的方法采用一种价格低廉的除硅剂，它是由炼铝工业的付产品A、氯碱工业下脚料H、石灰石M组成，混合比(重量比，下同)为A∶H∶M＝100∶0-10∶0-5。炼铝工业有多种付产物，其中含有氧化铝或氢氧化铝的都可以用于本发明。用于本发明的氯碱工业的下脚料应是含有碱性物质的。本发明的组合物主要成份为铝、钠、钾、钙、镁等的氧化物，几乎不含氧化铁。该混合物粉碎后，易溶于热碱溶液，因此本发明提出的除硅剂可以加在蒸煮之前的配碱槽或直接加到蒸煮锅内。如加在配碱槽内，需搅拌和加热，加热温度80℃以上，以促进溶解。每吨非木材纤维约需加除硅剂10-50公斤。配好的碱连同除硅剂一齐加到蒸球中蒸煮。制浆工艺可以采用硫酸盐法、烧碱法或碱式亚钠法。由于该除硅剂良好的溶解性，致色杂质少，而无需杂质分离手段，通过蒸煮，铝和硅生成的不溶物就吸附在浆料上。在洗涤过程中，浆料与黑液分离，使硅自然离开黑液，而达到降低黑液中硅含量的目的。
在试验室15l小型电热蒸煮器上，采用麦草标准未除硅硫酸盐法制浆(如例1)，得到的黑液含硅量5次均值是3.54g/l，如表1所示。采用相同的制浆工艺，加不同量的除硅剂(除硅剂混合比A∶H∶M＝100∶10∶5)时，除硅效率达55-97%，当每吨麦草加25kg混合除硅剂时可以达到最佳除硅效果，见表2。
表1 未加除硅剂麦草制浆黑液中含硅量1 2 3 4 5 平均PH 11.08 11.52 11.22 11.29 11.12 11.25Be'(20℃) 8.7 8.6 9.5 8.6 10.32 9.14含硅量(g/l) 3.92 3.73 3.92 3.07 3.08 3.54表2 加不同量除硅剂麦草制浆黑液中含硅量1 2 3 4 5 6PH 11.58 11.86 12.04 11.03 12.44 10.98Be'(20℃) 8.9 10.0 9.0 8.4 7.7 8.2除硅剂用量(‰) 10 15 17.5 25 30 50含硅量(g/l) 1.34 1.59 0.41 0.12 0.15 0.35
本发明除硅剂为工业付产品所组成，价格低廉，除硅过程简单，其实质是在蒸煮过程中把黑液中的溶解硅转移到浆料上，无硅渣分离问题。本发明潜在优势之一是除硅剂含有一定量的Na2O和K2O，有利于蒸煮节碱;本发明的另一更重要的潜在优势在于附着在浆料上的硅铝化物的吸附力不足以抵挡浆料在抄造之前还需经历的一系列筛选-洗涤过程。经几次洗涤筛选，浆料上的硅含量又逐渐接近于未除硅过程所得的浆料含硅量。
实施例1①标准硫酸盐蒸煮条件加1公斤绝干麦草在15lZQS型电热蒸煮锅内，用碱量15%(以NaOH计)，硫化度15%，液比1∶6。蒸煮药液配制先将132克NaOH和67.5克Na2S·9HO溶于2700ml热水中，然后稀至需要的蒸煮液比量。温度控制程序空转5min;以133℃/hr速率升温至压力2kg/cm2，小放汽至105℃，以33-40℃/hr速率继续升温至155℃，保温2小时。
待浆料稍凉，用布袋分离黑液与浆料，得黑液2.21，取样分析。黑液PH11.29，20℃Be′8.65，TS140.86g/l;硫酸盐灰份39.11g/l，总碱36.04g/l，SiO23.07g/l，CaO+MgO 7.93mg/l，总铁13.7mg/l，Al0.18mg/l，VIE值4.07mg/l，29℃粘度6.15Cp，热值3650kCal/kg。
布袋分离的浆料，取样测粗浆得率，经进一步洗涤与筛选之后(用水量控制在50升)，取样测其他项目。浆料得率54.5%，高锰酸钾值10.0，打浆度16.6°SR，灰份9.38%，SiO25.69%，CaO+MgO 0.214%，总铁0.056%，Al0.038%。
②硫酸盐同步除硅过程蒸煮液配制同例1，然后将25克30目以下的混合除硅剂(混合比A∶H∶M＝100∶4∶2)溶于蒸煮液中，其他蒸煮条件、温度控制、取样控制均同例1。得到的黑液PH11.80，20℃Be′8.64，TS142.76g/l，硫酸盐灰份34.28g/l，总碱33.96g/l，SiO20.32g/l，CaO+MgO 22.24mg/l，总铁17.5mg/l，Al0.37mg/l，VIE值5.088mg/l，29℃粘度6.00Cp，热值3775kCal/kg。
粗浆得率56.5%，筛后浆高锰酸钾值8.77，打浆度19.0°SR，灰份10.53%，SiO25.51%，CaO+MgO 0.136%，总铁0.038%，Al 0.844%。
实施例2①标准碱式亚钠法蒸煮条件蒸煮药液配制将132克NaOH、40克Na2S·9H2O和14.5克亚硫酸钠溶于2700ml热水中，然后稀至需要的蒸煮液比量。这样得到的加碱量和硫化度仍为15%(以NaOH计)。
其他蒸煮条件不变。
得到的黑液PH11.29，20℃Be′9.2，硫酸盐灰份40.35g/l，总碱36.09g/l，SiO24.26g/l，CaO+MgO 10.66mg/l，总铁26.5mg/l，Al0.19mg/l，VIE值2.13mg/l，29℃粘度5.15Cp，热值3558kCal/kg。
粗浆得率50.0%，筛后浆高锰酸钾值13.67，打浆度18.5°SR，灰份10.78%，SiO27.17%，CaO+MgO 0.194%，总铁0.059%，Al0.088%。
②碱式亚钠法同步除硅工艺加30克混合除硅剂，混合比A∶H∶M＝100∶0∶0，其他条件同例3。
得到的黑液PH11.30，20℃Be′9.3，硫酸盐灰份36.72g/l，总碱35.88g/l，SiO20.84g/l，CaO+MgO 16.13mg/l，总铁27.5mg/l，Al0.41mg/l，VIE值3.47mg/l，29℃粘度6.10Cp，热值3749kCal/kg。
粗浆得率56.3%，筛后浆高锰酸钾值13.79，打浆度18.0°SR，灰份13.49%，SiO27.79%，CaO+MgO 0.148%，总铁0.058%，Al0.425%。
权利要求
1.一种非木材纤维原料碱法制浆黑液除硅方法，其特征在于采用A炼铝工业中含有氧化铝或氢氧化铝的付产品、B氯碱工业中含有碱性物质的下脚料、C石灰石混合作除硅剂，三种物质的混合比(重量比)为A∶H∶M=100∶0-10∶0-5，将除硅剂加在蒸煮之前的配碱槽或直接加到蒸煮锅内，每吨非木材纤维加除硅剂10-50公斤。
2.根据权利要求1所述的非木材纤维碱法制浆黑液除硅方法，其特征在于除硅剂加在配碱槽内的加热温度为80℃以上。
全文摘要
本发明为一种非木材纤维原料碱法制浆黑液除硅方法，其特征在于采用A炼铝工业中含有氧化铝或氢氧化铝的副产品、B氯碱工业中含有碱性物质的下脚料、C石灰石混合作除硅剂，三种物质的混合比为A∶H∶M＝100∶0-10∶0-5，将除硅剂加在蒸煮之前的配碱槽或直接加到蒸煮锅内，每吨非木材纤维加除硅剂10-50公斤。本方法除硅过程极其简单，和蒸煮同步进行，无需添加任何新设备。
文档编号D21C11/04GK1103450SQ9311494
公开日1995年6月7日 申请日期1993年12月1日 优先权日1993年12月1日
发明者汪萍, 张珂, 邹培昌, 冯旭东 申请人:北京轻工业学院