一种不排放浓黑液的制浆工艺及其黑液的回用处理方法技术

本发明专利技术涉及一种不产生浓黑液的制浆方法及其黑液的处理技术。其具体方法是弱化传统蒸浆工艺条件，将碱用量降到３～５％，温度降至１００℃左右，草料经蒸煮后再辅以机械粉碎，使纤维素与木素及碳水化合物充分分离并得到合格纸浆。蒸煮黑液全部回用，经多次回用后的浓黑液可用物化法分离木素，滤液经配药后再泵入蒸球回用。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种包括稻草、麦草、芦苇、蓑草等非木材纸浆的化学机械生产工艺及其黑液的回用处理方法。用非木材原料造纸，传统的方法主要有化学法和半化学法。所谓化学法，是指用氢氧化钠作腐蚀剂，在高温高压下使草类原料中的纤维素，半纤维素与木素及其他有机物和无机物分离。化学浆纤维纯度高，纸浆中含木素及糖类较少，但出浆率低。以中国北方的麦秸为原料的造纸厂为例，绝干麦秸与绝干浆的比例为2.8∶1，即出浆率为38％。半化学法是用亚硫酸或亚硫酸盐在酸性、中性或碱性条件下对植物原料进行腐蚀。与化学法的区别在于，在半化学法的条件下，从植物原料中所溶出的木素及其他有机物较化学法少，因此留在纸浆中的非纤维成份较多，因而出浆率较化学法高一些。无论是化学制浆还是半化学制浆工艺，在高温高压蒸煮条件下，原料中的木素等非纤维素成份大量溶解到蒸煮液中而产生造纸黑液或红液。同时还有相当一部分纤维素和半纤维素溶于蒸煮液中。黑液是造纸废水的主要污染成份。黑液的固形物中木素占到50％左右，其次为淀粉，糖类、果胶等的水解物以及无机盐。化学浆黑液中一般还有接近1％浓度的有效残碱。传统的治理黑液的方法，是将黑液蒸发浓缩，使黑液中固形物的浓度达到50％左右，然后在燃烧炉中喷雾燃烧，再用苛化法从灰烬中回收碱液。对于草浆黑液而言，例如麦秸、芦苇、蓑草等的造纸黑液，由于其中木素、果胶、二氧化硅等成份含量较高，蒸发浓缩困难，因此浓黑液的燃烧值相对木材黑液偏低，喷雾燃烧时易熄火，重油消耗量大，而碱回收率又偏低，一般只有50％左右。一个5-10万吨级的草浆造纸厂，上一套碱回收装置其工程投资在1亿元人民币以上。受国家环保政策的压力和企业经济条件的约束，许多1-5万吨级的造纸厂正在探索用生化法和物化法治理黑液的道路。生化法是先对黑液进行厌氧水解发酵处理，使其中的有机物转变成低级脂肪酸，主要是乙酸，乙酸再进一步转化为甲烷和二氧化碳气体。经厌氧处理过的黑液COD和色度均不能达标，还要经过好氧处理，好氧主要采用活性污泥法和生物膜法。由于占黑液中国形物50％左右的木素只有15％的单体可能被微生物降解，其余大部份经厌氧好氧处理后仍旧完好无损。因此用生化法治理黑液必须在某一治理工序中用酸析法或物化法去除黑液中的木素，这样一来，黑液的治理运行费仍高居不下，又无碱液可回收。用物化法治理黑液，主要是向黑液中投加酸及无机盐或高分子絮凝剂，使木素以固态形式分离出来，经压滤后，酸性清液可与中段水混合再行生化物化处理，碱性滤液经调节碱度后可泵回蒸球回用。物化法会产生较多的酸性或碱性木素滤渣，而目前对木素的综合利用技术和成果又未得以普及，因此，物化法治理黑液也有成本偏高和二次废渣污染问题。综上所述，无论用现有的哪一种方法来治理黑液，都有一次性投资大，运行费用高的问题。因此，造纸黑液的治理成了制约我国中小造纸厂生存发展的一个关键因素。从上述考虑出发，本专利技术提出了一种弱化蒸煮条件，使木素分阶段溶出的化学机械制浆工艺以及黑液的回用治理方法。本专利技术的原理阐述如下。无论是机械制浆、化学制浆还是半化学制浆，其目的都是获得一定长度、粗度、强度和纯度的植物纤维，然后再经过漂白，添加填料而制成各种用途和档次的纸张。对于草类造纸原料来说，例如麦草，其麦秸表面有一层角质层，要使麦秸的纤维分开，必须将这层角质层去掉，这就使得蒸煮时所加化学药剂的量要增加，蒸煮温度要提高，结果在木素及其他非纤维碳水化合物大量溶解的同时，半纤维素也大量溶解到黑液中。另外纤维素的性能也受到损害，影响纸张质量。因此用麦草、芦苇生产纸张，一般都是中低档纸，主要是书写纸。为增加纸张的强度，一般要掺入20％左右的木浆。而半纤维素正是有利于提高纸张强度的成份。因此，在利用麦秸、芦苇等草类原料制浆时，其目的应该是在不影响纸张质量的前提下，尽可能多地保留纤维素和半纤维素，以提高出浆率，降低造纸成本。在现有的草类原料化学制浆工艺中，氢氧化钠的用量为13～16％，其费用约占纸浆(原浆)原料成本的50％。但是在蒸煮过程中，真正消耗在溶解木素上的碱只有3～4％，其余10％以上的碱被消耗来中和草类原料中的碳水化合物溶解后异变生成的有机酸。用亚硫酸盐法制浆，助剂的消耗情况与碱法类似。但是碳水化合物的水溶性比木素好得多，并不需要很强烈的蒸煮条件它们就可不断溶出进入蒸煮液和清洗漂洗水中。因此，强化蒸煮条件的首要目的是溶出木素。化学浆和半化学浆生产过程中产生的黑液的颜色，主要是由木素引起的。如前所述，由于木素对厌氧微生物和好氧微生物都相当稳定，因此无论用何种方法来治理黑液污染问题，首先要考虑的是如何处理黑液中的木素。木素是芳香族的多聚物，它的分子是有分枝的具三度空间的网络状结构分子，是无定形的。木化植物的细胞层间70％左右是木素，它作为细胞间的粘结物和细胞壁的填充物，使植物具有刚性。木素与半纤维素间存在着化学键的联接。因此，要将木素从植物原料中分离出来，必然要引起木素分子量的降低，破坏木素与半纤维素间存在的化学键的联接。为此，我们必须了解木素以下几点基本特性1、木素的颜色随分离方法不同而异，分离方法愈缓和则颜色愈浅。木素本身的颜色为白色或浅黄褐色，在蒸煮制浆的过程中则转变为深褐色、黑色和红色。2、木素本身不溶于水，只有在木素水解、裂解而异变后才能溶于水中。木素在碱性条件下可产生碱性水解和碱性裂解 上式为木素碱性裂解的模型，不断裂解的结果使木素裂断为非常小的碎片，而且每次降解都产生一个新的酚羟基，增加了木素碎片的溶解度。木素与氢氧化钠蒸煮液作用，主要的反应是(1)β-烷基-芳基醚的碱性水解，使木素分子减小，并引入新酚基使木素分子溶于溶液。(2)在高温高碱度下，α-烷基醚也可以水解。(3)脱甲氧基生成甲醇，并增加了木素分子中的羟基。(4)部份地氧化而生成羟基，也有利于本素的溶解。3、与此同时，在碱性条件下，木素也会发生缩合反应，即由小分子而变成大分子。缩合木素只有在更高温度下才能被碱性水解溶出。4、木素除了具有碱熔的特点外，还可与Na2S反应生成含硫木素而溶出。 α位引入SH-后，使木素分子中的β-芳基醚键断裂而使木素分子撕裂成碎片，有利于木素的溶出。同时含硫木素不发生缩合反应，可有效地防止木素缩合。缩合木素由于分子量增大而难于溶出，而且缩合木素颜色变深。黑液的深色主要是由缩合木素造成的。5、木素可与氯发生促溶反应氯与木素作用，通过取代、水解作用使木素溶解，并产生较多的酚羟基使木素易于溶于水中。6、木素的氧化反应木素除能用次氯酸盐使之溶出外，工业生产上还有一系列的氧化剂可与木素作用，使之氧化裂解为木素碎片溶出，或破坏木素中产生颜色的基团，而达到漂白纸浆的目的。7、木素在较高温度下(70～110℃)出现软化和粘性增加现象。根据对木素性质的分析可知，如果弱化蒸煮条件，则黑液中溶解木素的颜色可以变浅；加入助剂，可以阻止木素缩合反应的发生，黑液颜色同样可因缩合木素的减少而变浅。由于木素可与氯及其他氧化剂反应，可以有目的地让一部份木素在漂白阶段溶出。根据以上分析，本专利技术提出一种弱化制浆蒸煮条件，直接回用蒸煮浓液，增加机械碎浆磨浆工序的制浆工艺和黑液的回用处理方法。本专利技术是通过下述步骤来实现的。1、弱化蒸煮条件a.无论是碱法制浆还是亚硫酸盐法制浆，其化学药品的用量占到绝干本文档来自技高网...

【技术保护点】
本专利技术涉及一种无黑液排放制浆工艺及其黑液的回用处理方法，其特征在于，弱化草浆蒸煮条件，浆料蒸后再辅以机械粉碎，制得草料化学机械浆，蒸煮液进行多次回用，在必要时用物化法对浓黑液进行脱木素处理，滤后清液再回用，以实现纸浆的低污染和低成本生产。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曾兆祥，
申请(专利权)人：曾兆祥，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]