草浆碱回收白泥高效碳化制碳酸钙填料技术及其应用

中国环境学会  2011年 03月31日

  

  潘桂华 陈金山 李望南    湖南泰格林纸集团  湖南 长沙  410100

   要:介绍了国内目前规模最大、具有多项自主知识产权的泰格林纸100/日草浆碱回收白泥高效碳化制碳酸钙填料生产线运行的情况。

  关键词:草浆;白泥;碳化;专利;填料

 

  国外主要以木材纤维制浆,碱法木浆碱回收苛化产生的白泥经煅烧成生石灰,供苛化循环使用。我国森林资源匮乏,国产原生浆中草类浆占原生浆的比例高达40%以上,而碱法草浆白泥中二氧化硅含量高,不能用常规煅烧法制成生石灰供苛化循环使用。长期以来,草浆白泥只能填埋造成极大环境污染。如何综合利用草浆白泥已成为我国造纸行业一大难题。鉴于此,岳阳纸业公司于1998年提出了草浆碱回收白泥综合利用的研究开发课题,经过多年的深化研究及开发应用,成功攻克了草类碱法制浆废液中二氧化硅、有机物及有色粒子三大杂质高效去除的技术难题,发明了具有多项自主知识产权的专利技术并成功进行了转化。2005年泰格林纸集团岳阳纸业公司实施了综合节水工程兴建了新的碱回收苛化工序,并在原有苛化工序建立了一条100/日白泥精制填料级碳酸钙新工艺生产线。经过较短时间的生产优化该生产线基本达到设计规模,其工艺技术先进、可靠,运行平稳;利用白泥废弃物高效碳化生产的碳酸钙产品技术指标完全能满足在中高速纸机加填生产不同纸品种的要求,而生产成本为商品轻钙1/3左右,泰格林纸集团公司每年白泥减排7万吨,省去干燥标煤2万多吨,节能降耗成效显著。

      公司利用白泥高效碳化制轻碳酸钙加填生产的优质精制轻量涂布纸、轻型印刷纸、高级新闻纸、超级软压光纸已获国家重点新产品称号;优质轻量涂布纸、书刊纸出口到了日本、东南亚等国家。白泥精制碳酸钙加填配抄的高档文化纸真正成为环保和资源节约型产品。

 

   1、草类原料制浆、碱回收、白泥回收工艺及设备特点

 

  1.1制浆、碱回收、白泥回收工艺流程

  工艺流程如下:

  其工艺技术特点:制浆生产流程系统中废水、废渣、废气实现了闭路循环利用和余热的回收利用,基本杜绝了三废排放。

  1.2自主研制了先进实用的成套专利设备,解决了除杂效率低的技术难题

  1.2.1 Y型百叶除尘机

  根据苇片和杂质不同力学性质(容重)在气流中不同的运动特性差异,设计了可调式Y型截面流道结构和流量参数。采用“百叶正吹扩散”和“重力沉降分离”相结合的原理结构,有效解决了扩散、分离、絮聚、堵塞等方面的技术难题。在经旋风分离器、园筛干法设备配合下,辅以物料水力洗涤除杂,比传统技术体积去除率高10%(主要指苇叶、苇髓、苇毛等);去除原料硅含量大于50%;为碱回收白泥回收利用轻钙提供保障;减少了芦苇损耗;从而提高制浆得率,节省蒸煮汽耗、化学药品消耗。                         

  1.2.2高效长网洗涤压榨机

  碱回收是解决硫酸盐法蒸煮废液的最好途径,高效长网洗涤机压榨专利产品具有独特风轮式消泡技术、淌流式真空箱结构、双向喷淋与消除黑边、压榨过滤分离等多项关键功能,使草浆洗涤效率大大提高,设备的适应性、运行稳定性和调控性能都达到了较高水平。黑液浓度和提取率有较大的提高,能大大改善黑液蒸发和燃烧效果,使碱液中的有机熔融物得到充分燃烧,达到节能、高效除杂,对提高绿液的品质和碱回收率提供技术保障。

  1.2.3悬浮乳液净化设备

  该设备采用离心分离和气浮原理,去除白泥中夹带的微小煤粒、碳粒、炉灰、碳黑等细小的有色粒子,减少尘埃,不但使进入絮凝澄清器的绿液有一个稳定的流量,还使绿液的澄清速度和澄清效果比原来提高了2~3倍,澄清出来的绿液清澈透明,可较大幅度提高白泥白度。

  1.2.4高效碳化研磨装置

  该装置采用特殊管道结构,使苛化白泥在CO2作用下进行高效碳化、均整解絮,同时对其研磨,是白泥回收的关键装置,碳化研磨后的浆状轻钙经进一步筛选后可直接送纸机加填免除了高能耗干燥过程,简化了工艺,年节标煤近万吨。

   

     2 白泥高效碳化制备碳酸钙工艺特点

 

      2.1 白泥特性

      2.1 白泥的化学组成及物理性能

  碱法苇浆白泥的化学组成:碳酸钙83.39%,残余氢氧化钠1.21%(以Na2O计),活性氧化钙4.58%,硅7.96%SiO2),铁1.93%Fe2O3),其它微量组分0.93%

  白泥的物理性能检测:沉降体积2ml/g120目筛余物2.5%SBD白度78.8%,粒径分布:>50μm10%20~30μm60%5~10μm30%

     2.2白泥碳化法工艺流程        

  2.3白泥回收利用中存在的主要问题

  2.3.1白泥的白度:碳酸钙作为无机填料来使用,对白度是有要求的,而现行的设备技术条件下白度只有80%。主要是绿液、石灰带进来的炉渣粒、炭粒、石灰渣粒等杂质及绿液中存在有色物质,绿液与石灰乳进行苛化反应中,就混入白泥颗粒之中,所以,要提高白度需要改进石灰、绿液质量。

  2.3.2 白泥中含有杂质:商品轻质碳酸钙的含量要求达到98%以上,对盐酸不溶物、氧化铁、锰、游离碱、沉降体积都有一定的要求。而白泥碳酸钙的含量不够,盐酸不溶物超过标准。而盐酸不溶物主要是硅酸钙,硅酸钙与碳酸钙的比重等物理、化学性能都非常相似,要用机械分离很因难,这也是无法将白泥精制成商品碳酸钙的另一困难。而对硅酸钙基本没有过高要求的造纸行业,开发作填料是完全可行的。

 

    2.4 白泥粒度及粒子匀整性的问题

   碳酸钙作为无机填料来使用,对粒度及粒径分布有较高的要求,而苛化产生的白泥碳酸钙粒度大、粒子匀整性差,作中高档文化纸填料还存在湿部化学不稳定,成纸质量难达标等问题。白泥乳液的沉降体积虽然较高,但不能说明粒子的特性,这主要是由于硅存在的结果。

 

   2.5提高苛化反应绿液和石灰的品质

  公司综合节水工程碱回收子项中新增了板式换热器、180吨碱炉、增绿液澄清器、预挂式绿泥过滤机、预挂式白泥过滤机等设施,优化了化木浆和化苇浆蒸发黑液流程,通过对设备改造与工艺优化等措施,明显改善了绿液澄清效果,减少炉渣粒、炭粒、石灰渣粒进入苛化系统。

  为了保障石灰品质,研制了一种特殊的圆筛,安装在石灰窑中,确证石灰的洁净度,也大大降低白泥残碱,为白泥回收轻钙项目的实施提高了有利条件。

 

    2.6碳化法调整pH

   采用高效碳化法调整白泥的PH,使PH值控制在8.011.0CO2的制备:在锻烧石灰石时,排出的窑气中含有大量的二氧化碳,窑气经除尘、脱硫、加压处理(见图1),可得到浓度约25%的二氧化碳气体(二氧化碳不够时外购补充)。碳化的主要工艺条件:碳酸化液浓度15%,碳酸化温度40,碳酸化时间15min,终点PH值:8.010.0

 

   2.78白泥均整解絮处理

  白泥的高强分散与匀整处理是在白泥匀整机中进行,控制好匀整工艺可得到平均粒度适中,表面带阳电荷的超细活性碳酸钙产品。调节该产品的浓度至18~20%直接送造纸辅料中心。

   

     3、优化调配白泥制轻钙技术参数及抄造工艺,开发不同车速和不同纸品的碳酸钙纸品系列填料产品

 

  根据不同的纸机抄造车速,结合纸机纸机网部留着状况、上网浆PCD含量、网下白水COD浓度、相同加填量下成纸的灰份的变化、网子的磨损情况、对其它化学品的影响情况等等综合因素,合理调配了白泥回收碳酸钙的填料纯度、白度、粒径及粒径分布比率,PH值等技术参数以满足不同车速和不同纸品对填料的技术要求。通过不断研究改造,较好实现了填料品质与不同纸品抄造工艺的最佳组合,成功开发中高档纸产品达数十个。

  本项目投产至今,与商品轻钙的比较明显提高纸机网部首程着率;降低了白水浓度;成纸的平滑度、不透明度、表面强度等质量指标稳定;自制轻钙与商品轻钙加填超级压光纸质量指标对比见下表: 

  

填料类型

表面强度m/s

灰分 %

不透明度%

白度%

49g/m2

超压纸

商品轻钙

1.25 / 1.16

12.57

88.4

76.1

1.26 / 1.07

12.89

88.8

76.2

自制轻钙

1.35 / 1.18

13.31

88.5

75.7

1.31 / 1.09

13.08

88.9

76.2

  从表中测试数据来看,使用自制轻钙后,灰分变化不大,成纸表面强度、不透明度稍有提高;表面强度要高于商品碳酸钙加填,主要是由于白泥精制CaCO3中所含硅酸钙是一种胶性混悬剂,对增强细小纤维和填料的结合力有一定的作用。

   

    4、结论

 

   4.1在传统碳化法工艺的基础上,创新的草类浆碱回收白泥高效碳化制轻碳酸钙填料新工艺技术经过生产实践证明是可行的。

   4.2自主开发的多种专利设备为较好解决草类碱法制浆中二氧化硅、有机物及有色粒子三大杂质高效去除提供了技术保障。

   4.3从白泥高效碳化制轻碳酸钙生产运行来看,白泥品质的提高对生产轻碳酸钙质量和生产运行稳定尤其重要。

   4.4 如果对绿液和白液采用压滤力过滤技术,能较大提高绿泥和白泥品质。

   4.5利用碱回收白泥高效碳化制轻碳酸钙填料新工艺技术的成功应用,不仅彻底消除了白泥土壤和水资源的二次污染,又充分利用了资源,还可给企业带来可观的经济效益,完全符合国家循环经济政策,在资源利用、社会效益和经济效益方面都具有显著的价值。

                                           

  参考文献

  1 王桂林,碱法草浆碱回收白泥精制碳酸钙的应用.2007,12

  2)王保,庄耀礼,朱万亮,龙柱,刘全校,碱法麦草浆白泥精制碳酸钙用作填料的实践.纸和造纸,2004,Z1

  3)李望南,碱法草浆白泥精制碳酸钙作造纸填料.中华纸业,2002,12

   

  The technology of making CaCO3 filler from high-efficiency carbonization of straw pulp lime mud and its application

  Pan Guihua   Chen Jinshan  Li Wangnan   Tiger Forest & Paper Group, Changsha, Hunan

   

  Abstract:

  This paper introduced the operation status of 100 ton/day CaCO3 filler production line using technology of high-efficiency carbonization of straw pulp lime mud in Tiger Forest & Paper Group, which up to present has most self-intellectual property rights and with the largest scale.

   

  Key words: straw pulp, lime mud, carbonization, patent, filler

   

  作者简介:

  潘桂华 1963--  )男,高级会计师,湖南泰格林纸集团总裁,该技改项目负责人。

 
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