一种无黑液化学制浆新工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种生产高得率、高品质纤维的无黑液新工艺，其流程是利用碱液进行预处理、蒸煮、磨浆得到纤维与黑液的混合物，在蒸煮后或磨浆前添加一定量的硫酸铝，使黑液中木质素等沉降在纤维上，成为浆原料组份。滤液适当加入反应量石灰作为下一批碱液进行蒸煮制浆，重复套用，消除了黑液。本发明专利技术是传统制浆技术的革命，提供了全新组合的清洁生产技术巧妙地利用硫酸盐和氢氧化钙的复分解反应实现了廉价石灰替代烧碱高效制浆，同时还利用硫酸铝的络合、絮凝、中和作用回收了黑液中的有效成分，得率不低于机械浆，品质不亚于化学浆黑液可循环利用，可彻底消除制浆污染，社会、经济、生态效益显著。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种生产高得率、高品质纤维的无黑液新工艺，其流程是利用碱液进行预处理、蒸煮、磨浆得到纤维与黑液的混合物，在蒸煮后或磨浆前添加一定量的硫酸铝，使黑液中木质素等沉降在纤维上，成为浆原料组份。滤液适当加入反应量石灰作为下一批碱液进行蒸煮制浆，重复套用，消除了黑液。本专利技术是传统制浆技术的革命，提供了全新组合的清洁生产技术巧妙地利用硫酸盐和氢氧化钙的复分解反应实现了廉价石灰替代烧碱高效制浆，同时还利用硫酸铝的络合、絮凝、中和作用回收了黑液中的有效成分，得率不低于机械浆，品质不亚于化学浆黑液可循环利用，可彻底消除制浆污染，社会、经济、生态效益显著。【专利说明】一种无黑液化学制浆新工艺
本技术属于生物质深度开发与应用领域，可以在制浆造纸和新材料领域广泛应用。
技术介绍
目前，纤维素已在多种领域运用广泛，其中的最重要用途是造纸。纸是国民生产生活中的必需品。2012年，中国纸与纸板产量超过了 I亿吨，占世界总产量的23.5%，位居世界首位。制浆造纸工业是我国国民经济的重要产业之一，随着人社会的进步，制浆造纸和新材料产业将有巨大的发展潜力。当前，制浆造纸行业正在面临挑战，大量小型制浆造纸厂由于能耗大、污水不能达标排放被迫关闭。多年来我国的制浆生产企业因受环保、原料保障、成本居高的多重制约，利润不高，正在不断萎缩，每年产能已不足3000万吨，且以木浆为主，进口的原浆和废纸再生浆量已超过6000万吨。制浆造纸工业已成为我国有机水污染排放最多的行业，占全国工业废水总量的30%。制浆是利用化学、机械、生物或几者相结合的方法，使植物纤维原料分离成为纸浆的生产过程。根据蒸煮和磨浆工艺的不同，可以生产出得率、性能和品质各不相同的化学浆、半化学浆、化学机械浆、机械浆和生物浆。目前造纸工业普遍采用的纤维提取方法主要有烧碱法或硫酸盐法。碱是化学和半化学制浆过程最常用的化工原料，作为木材(或非木材)制浆蒸煮药液的重要成分，起着脱除木质素，使造纸的核心材料——纤维从植物原料细胞中分离出来的关键作用。在传统蒸煮过程中，为了保证原料的成浆质量和成浆收率，烧碱和硫化碱的用量常为原料的25%左右，特别是目前通用的硫酸盐法`制浆工艺不但大量耗碱，而且使用了相当量的硫化物，蒽醌等助剂，导致纤维得率低、质量差、“三废”严重，后处理难度大、投资大、成本高、能耗高等弊端。需要2~3吨的折百植物原料和0.67~0.9吨折百碱量才能得到I吨纤维浆。大量碱的使用会造成纤维和木质素的破坏，导致原材料消耗偏高，不但增加了制浆成本，而且导致资源浪费和大量的造纸黑液难以处理及资源化利用。造纸黑液中相当量的木质素、溶解纤维、半纤维等有用的物质没有被很好的利用，而被焚烧或违规排放。目前焚烧被认为是解决造纸黑液污染的可行办法，现有大型制浆厂通过浓缩、焚烧，苛化法回收套用碱，部分解决了制浆黑液的污染问题，但浪费了大量的生物质资源，且设备投资大、成本高、能耗大，同时大量产生含有二氧化碳、氮氧化物、二氧化硫、二噁英等废气和含有大量的木质素、溶解的纤维、半纤维、蛋白质等的洗涤废水以及夹带大量残碱、硫化碱、硅铝酸盐等以碳酸钙为主的白泥废渣，导致了严重的二次环境污染。秸杆等含硅酸盐很高的黑液，因容易浓缩结垢，运行效果也不理想。且整个黑液浓缩焚烧系统的投资大(占总投资的一半以上)、成本高、能耗大。目前全国碱法制衆工艺产生的木质素约2000万吨/年,几乎全部被焚烧或排放掉，只部分用了其热能。机械浆主要通过机械碾磨成浆，含有较高的木质素和细胞的其它成份，具有生产过程较简单、成本低、得率高、污染小、成纸印刷性能好、平滑度好，不透明度高等优点，但在碾磨过程中纤维折断严重，长宽比小，浆料成分复杂，分丝帚化效果差，成纸性能较差。机械浆主要通过机械碾磨的方法，仅适用于木材类原料，存在能耗高(每吨浆需电1000多度)，原料单一、木材原料少、价格高，“大材小用”等问题，并且设备投资大，停机维护频率高、维修费用大。化学机械浆是通过化学、热、机械方法或三者之间相互结合的使纤维原料分离的方法。化学机械浆由于碱等化学物质对木素的剥离作用，其纤维分离点主要发生在胞间层，长纤维较多而细纤维含量低，含有较高的木质素，光散射系数较高。化学机械浆作为浆原料的补充，对木材加工边角废料的有效利用途径在制浆行业中有一定开发应用的潜力。生物制浆是清洁制浆工艺的方向之一，但由于生物菌种的培育、选择和制浆过程的条件要求较高，存在生产波动大、渗透难、物料处理不均、处理时间长、成浆品质差、生产效率低等诸多问题，通过十几年攻关，目前国内仅有个别企业在使用秸杆生产低品质浆，每吨处理成本仅节约几百元，该方法还需进一步发展。北京英力生科新材料技术有限公司经过多年对植物全价开发的探索研究，专利技术了分段式从植物原料中高效、高收率提取纤维的绿色工艺，同时开发了木质素直接利用或提取及黑液制备有机钾肥的成套技术，突破了绿色技术和生态产业的关键技术瓶颈，实现了植物体的全价开发。上述专利技术同时开发了利用石灰直接制浆的工艺，但机械性能难以达到化学浆的水平，本专利技术正是基于上述基础最新开发的一种利用石灰和硫酸根反应产生沉淀和强碱进行无黑液化学制浆新工艺。新工艺继承了古代四大专利技术之一造纸术的技术特点，结合了我们前期强碱制浆的研究成果，不但大大提升了制浆效率，而且使纸浆达到了与机械浆相近的得率，同时最大程度减少了纤维的折断，保持纤维的强度。
技术实现思路
本【专利技术者】通过长时间的实验摸索，发现利用硫酸根与钙离子生成溶解性低的硫酸钙沉淀的反应，通过往滤液中加入石灰，可以将溶解于滤液中的硫酸钠盐或钾盐沉淀为硫酸钙及对应的氢氧化钠或氢氧化钾，比单纯加入氢氧化钙的游离氢氧根浓度提高3.5倍左右，且随着蒸煮时碱的不断消耗，钙离子的不断沉淀，可以有效促进氢氧化钙的不断溶解和氢氧根的释放，氢氧根很快扩散和被木质素等酸性物质中和，同时促进平衡的移动，巧妙实现了弱碱代替强碱，无黑液生产高效率、高品质浆原料的梦想——即用廉价的石灰代替NaOH或Κ0Η。实验表明，本法与单纯氢氧化钙蒸煮实验相比不仅大大缩短了浸泡和蒸煮时间，还显著提高了纤维的收率和品质，获得的纤维与碱法和硫酸盐法的纤维性能接近，证明了用石灰代替烧碱清洁制浆的工艺不但可能，而且可行！ 我们的进一步研究还发现可以在上述制浆黑液或硫酸盐法及碱法制浆工艺蒸煮完成后的黑液和纤维混合物中添加硫酸铝，进一步回收、络合、絮凝、中和黑液中的有效成分，经过打浆或磨浆等成浆操作后均匀吸附在纤维表面成为纤维浆原料，不但可以达到机械浆的收率，而且还能保持化学浆的质量和强度，可以方便消除黑液的污染。硫酸铝本来就是在造纸中与AKD或松香配合使用的无机添加剂，可以很好的增加纸品的防水性能，不但能让纸张变得更疏水，还能改善纸的致密性和强度，硫酸铝与PH为fio的黑液很容易絮凝成聚合物，使黑液中的木质素沉淀为木质素的铝盐，铝离子可能起到了“三角铆钉”作用可以与木质素等植物成分结合成网状结构，从而提高了纸品的强度，木质素的疏水性也增强了纸品的疏水性。借助硫酸铝的絮凝作用可使有机物大部分吸附在纤维表面，黑液单次COD的去除率可以达到60%以上，可溶性硫酸盐等残留在溶液中。我们把可溶解性硫酸钠盐或钾盐的组合物，或用硫酸铝沉淀黑液中的木本文档来自技高网...

【技术保护点】
专利技术了利用复合碱硫酸钠与石灰和/或硫酸铝获取高得率、高品质纤维，且工艺水循环套用的新工艺，其流程是先将植物原料利用石灰～硫酸盐的复合碱或现有碱法/硫酸盐法工艺进行蒸煮，制备得纤维与黑液的混合物，然后添加一定量的硫酸铝，使黑液中的木质素等有机大分子絮凝沉降并吸附在纤维上，与纤维浆料一起分离出来，再向含硫酸盐的滤液中添加石灰或电石渣及植物原料进行热浸泡、蒸煮、喷放、磨浆生产出高得率、高品质纤维浆料，过滤液反复套用。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：尹应武，万鹏，喻宏贵，张玉娟，孙响响，张玲燕，
申请(专利权)人：北京英力生科新材料技术有限公司，
类型：发明
国别省市：