本发明涉及一种造纸制浆方法,尤其是中性亚硫酸铵制浆的方法。 中性亚硫酸铵制浆法(简称亚铵法),国外三十年代开始应用于工业,主要用阔叶木生产半化学浆,我国六十年代也开始在小型纸厂应用来制作草类和甘蔗渣的纸浆,生产出文化用纸。亚铵法的特点是成本比碱法低,亚硫酸铵来源广,纸厂废水废渣不需处理即可作农田肥料,减少了环境污染。但亚铵法最大的缺点是腐蚀设备,因为蒸煮过程亚硫酸根与木质素反应生成有机酸,蒸球在酸性条件下加上物料的磨擦会受到腐蚀,而且有机酸还会破坏纤维素,使纸浆得率下降,为了中和这部分酸,在投料时通常是加入氨水、碳铵或尿素等添加剂,以保证蒸煮终点时浆液的PH值在7左右,但这些含氨物质的加入使物料加热后氨大量挥发,加上原来加入亚硫酸铵也分解出氨,使蒸球内氨分压升高,总压也升高,减慢了蒸煮速度,此外,氨气的泄漏也会使劳动环境恶化,影响工人的健康,更主要的,氨本身也是一种腐蚀剂,对设备有较强的腐蚀作用,所以目前国内的造纸厂使用亚铵法制浆并不普遍。
本发明的目的在于提供一种能克服现有亚铵法制浆过程中存在的不足之处的新的制浆方法。
众所周知,亚铵在高温条件下(蒸球通入5-7kg/cm2的蒸汽),很快分解成氨和二氧化硫:
生成的SO2与木质素反应生成木质磺酸,然后与氨水中和,当氨过量时,氨水对设备造成很大的腐蚀,而且卸球时会挥发出来,影响操作环境,所以加入氨水和碳铵或尿素,蒸煮后氨转入气相,很难与液相的酸中和,PH值小于7。所以有的在亚氨法加入烧碱中和有机酸,对减轻腐蚀有一定作用,但烧碱紧缺,成本高,废水排放会污染,实质上也没有突出的优点。本发明人经过多次试验,用氢氧化钙(石灰乳、石灰水)取代氨水和含氨化合物及烧碱,发现效果很好。
过去有人认为亚硫酸铵加入氢氧化钙,在酸性地条件下会生成亚硫酸钙和硫酸钙沉淀,导致蒸煮过程原料结块,不成浆,所以没有人将其应用于工业上,而本发明人在试验中发现,在特定的温度和压力下,并没有生成硫酸钙沉淀,而是发生了以下的化学反应:
这是一个放热反应,可使蒸煮的温度升高,减小蒸汽用量。这个反应要求的温度为140-170℃,蒸汽压力为5-7公斤/厘米。
生成的Ca(HSO3)2能溶于水,未反应的Ca(OH)2和反应得到的NH4OH就可以与有机酸中和,达到了蒸煮终点时的PH在7左右,这样,就不会有多余的氨腐蚀设备。
实践证明,应用氢氧化钙代替氨水、碳铵、烧碱等添加剂,对于加速药物对纤维的渗透,缩短蒸煮时间或降低蒸煮最高温度都是有利的,它克服了亚铵-氨水法对环境和设备的危害,也克服了碱法因回收不完全而排放造成的污染。
以下叙述亚铵-氢氧化钙制浆的具体方法:
将生石灰,要求含氧化钙85%以上,颜色洁白,杂质少,加水反应成石灰乳,滤去固体不溶物,和纤维原料一起放入蒸球中,加水混匀,再加入亚硫酸铵,一般每m3草料或甘蔗渣需亚硫酸铵15-20公斤,纯氧化钙3-6公斤,针叶类木料可适当增加亚铵和石灰用量,加到蒸球水的量与普通亚铵法相同,但调节蒸球内的温度和蒸汽压力是关键,一般控制蒸气压力为5-7kg/cm2,温度为140-170℃,温度压力太低或太高都会使蒸煮质量差(浆夹生或结疤),而且还易生成不溶于水的亚硫酸钙或硫酸钙沉淀,通入蒸汽使蒸球达到温度和压力后,保温2-2.5小时,按常规方法出浆即得。
按上述方法制浆,具有以下优点:
1.氧化钙原料易得,按目前市场情况,价格仅为碳铵的1/2,烧碱的1/3,尿素的1/7,成本大为降低。
2.缩短蒸煮时间,降低蒸气压力,故能减少煤耗、动力、提高日产量,经试用,如25m3蒸球蒸煮蔗渣制半化学浆的厂家,纸浆得率增高,日产量可从3吨/日提高至5吨/日。
3.蒸煮所得的纸浆颜色较白,容易漂洗,这是因为石灰水本身就是很好的漂白剂,抄出的纸张挺度较大,纸面光滑,产品质量好。
4.经广西邕宁县伶俐糖厂造纸分厂七个月的试运行,在相同的时间内与亚铵-碳铵法蒸煮对比,本发明的蒸球腐蚀情况大为改观。
5.蒸煮后处理纸张的废液排放到农田后,钙离子对土壤的结构不会产生破坏性影响,而用碱法的钠离子会使土壤的保水能力受到破坏,用亚硫酸钙蒸煮纸张的方法也无法处理排出的废渣。
本发明的实施例
1991年初开始在广西邕宁县伶俐糖厂造纸分厂的25m3蒸球上试验,所用原料是甘蔗渣,生产半化学瓦楞纸浆,原料25m3,配上85%的-水亚硫酸铵450公斤,生石灰(含CaO85%)120公斤,蒸煮压力6.5公斤/厘米2,保温时间2.5小时,平均每球原料成本为380元,日产量比对照组提高1-2吨,
对照组,蒸球体积25m2,亚铵(85%)520公斤,碳铵150公斤,最高蒸煮压力7.5公斤/厘米2,保温时间3-3.5小时,蒸煮后由于氨的大量挥发,一般PH值并不在7左右,而是1-3之间,设备腐蚀较大,每球原料成本500元。
与其它方法对照,91年对广西宾阳县廖平造纸厂蔗渣原料生产抽样,蒸球25m3,烧碱1000公斤,硫化碱200公斤,蒸煮压力7.5公斤/厘米2,保温时间1.5-2小时,每球原料成本为918元。
广西横县峦城糖厂造纸分厂:蒸球25m3,亚铵560公斤,烧碱200公斤,蒸煮压力7.5公斤/厘米2,保温3小时,每球原料成本564元。
由上述例子看出,亚铵-氢氧化钙法比起其它几种方法成本都低。
参考文献:
1.制浆造纸化学工艺学作者:(美) J.P凯西
轻工业出版社 1988年版
2.亚铵法制浆及其废液的利用
轻工业出版社 1978年9月版