1、汉阳造纸厂碱回收白泥治理技术研究与进展张汉平 X 周少华 李国洪(湖北省武汉市汉阳造纸厂 430118)提 要 介绍了汉阳造纸厂碱回收白泥治理技术的一些研究进展 , 探讨了草浆碱回收白泥的工艺处理特点 , 并报道了白泥回收利用工程中的实践情况。关键词 草浆碱回收白泥 治理技术 造纸填料汉阳造纸厂是全国大型胶印书刊纸生产厂之一 , 主要以荻苇为原料 , 采用碱法制浆工艺 , 生产文化书刊用纸。目前我厂碱回收年产量已过万吨水平 , 按理论计算 , 每生产 1吨苛化碱 , 就有 1125吨碳酸钙 (白泥的主要成分 )产生 , 每年则有上万吨白泥产生。由于草浆碱回收白泥的物化性能有一定的特殊性 , 用
2、白泥回收石灰的传统工艺遇到了阻力 , 技术、经济也值得对比分析。长期以来 , 我厂白泥先是堆放 , 后经水冲入长江 , 随着环境保护意识逐渐增强 , 对白泥的治理是我们面临的重要任务之一。本文从治理工艺的角度 , 简介了我厂对草浆碱回收白泥的治理和利用的一些研究与进展。1 白泥的物化性能111 在碱回收苛化工序正常生产的情况下 ,对我厂真空过滤机第二次洗涤后白泥进行取样 , 实验室标准制样。112 白泥物化检测标准按 GB 1594- 84 进行。113 白泥的化学组成 : 水分 60186% , 总碱0144% (N aOH 计 ) , 碳酸钙 86122% , 碳酸镁1125% , 有效氧
3、化钙 6117% , 氧化镁 0114% ,二氧化锰 010023% , 酸碱物 9113%。114 白泥的物理性能检测 : 沉降体积 : 2m l g, 120目筛余物 : 215% , SBD 白度 : 7818% ,晶体形状 : 粒状近球形 , 粒径分布 : 50Lm占 10% , 20 30Lm 占 60% , 5 10Lm 占30% , 单颗粒大小 : 1 5Lm , 大多数 2 3Lm。注 : 晶形和粒度分析由中国地质大学测试中心测试。2 对白泥资源性认识211 从以上白泥原料的物化性能分析我们可以看出 , 白泥的主要成分是轻质碳酸钙 , 还含有一定量盐酸不溶物、砂砾、过量石灰和微
4、量烧碱。轻质碳酸钙是工业上一种用途较广的无机物填料 , 应用于橡胶、纸张、塑料、涂料等行业中。212 在苛化法的制烧碱工业中 , 主要以纯碱和石灰为原料 , 但对原料的要求很高 , 一般要求碳酸钠含量在 98% 以上 , 石灰中 CaO 含量在 80% 以上 , 除产品烧碱以外 , 所产生的废泥送去回收精制成轻质碳酸钙。213 造纸行业的碱回收工艺过程和苛化制烧碱的工艺又有所不同。碱回收工艺中苛化的纯碱来源于碱回收炉燃烧产生的绿液 , 其化学组成成分比较复杂 , 除含有碳酸钠外 , 还有其它如硅酸钠等组分 , 这主要是草类纤维原料中传递过来的硅累积。所以苛化过程除发生 CO 2-3 + Ca2
5、+ CaCO 3 反应外 , 还有SiO 2-3 + Ca2+ CaSiO 3反应发生 , 所以碱回收91N o rth Pulp and Paper N o. 2 1997X 作者简介 : 总工程师 高级工程师收稿日期 : 1996 11 28白泥与制苛化碱工业所产生的废泥成分上又有一定的区别。214 白泥的主要成分是碳酸钙 , 且以晶形沉淀形式出现 , 制碱工业已回收 , 这启示了我们白泥是可以开发利用的。3 白泥开发利用的途径和存在问题311 将白泥经石灰炉锻烧 , 回收石灰。国内已有木浆厂采用这种回收工艺 , 白泥经预挂过滤机后 , 干度达 75% 以上 , 碳酸钙含量在92% 以上
6、, 残碱在 013% 以下 , 白泥进入石灰炉进行干燥、加热、焙烧出料。但我厂实际白泥中碳酸钙含量过低 , 且经过滤机后 , 白泥干度只有 40% , 白泥回收石灰 , 在技术经济上都有一定的问题。312 考虑将白泥精制成轻质碳酸钙 , 采用制苛化碱工业废泥的工艺处理方法。但实际对白泥的研究中 , 遇到以下两个关键问题。31211 白泥的白度问题 : 碳酸钙作为无机填料来使用 , 在很多行业 , 包括造纸行业生产高白度纸 , 对白度是有要求的 , 而现行设备技术条件下 , 白泥最高的白度也只有 80% 左右。我们对白泥的白度作过试验分析 , 曾经认为是炭粒和有色灰尘粘附造成白泥的白度下降。尝试
7、过用物理的处理办法来提高白度 , 如过筛、旋液分离 , 但白度要超过 85% 是很困难的。为了寻找原因 , 我们对白泥颗粒的晶形作过电镜和 X衍射观察 , 发现晶体内部本身就已混入有色杂质 , 这是在晶体形成过程中引入的 , 采用其它物理的处理办法是不容易解决的。再从碱回收的整个工艺分析来看 , 绿液中存在有色杂质 , 绿液与石灰乳进行苛化时 , 就已混入白泥颗粒之中 , 所以 , 要提高白泥白度 , 还要加强技术研究工作 , 改进绿液处理工艺。31212 白泥中含有杂质的问题 : 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。而我们
8、的白泥中 , 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、化学性能非常相似 , 要用机械而又经济的办法加以分离非常困难 , 这也是无法将白泥精制成商品轻质碳酸钙的另一困难所在。313 将白泥开发应用于一些对白度要求不是很高 , 而对硅酸钙基本没有要求的行业 , 开发作为填料 , 白泥是完全可行的。轻工部塑料加工应用研究所曾经对我厂白泥原料作过全面调查测试试验 , 认为开发白泥原料作为塑料填充剂是可行的。湖南沅江纸厂成功地精制白泥替代滑石粉抄造胶印书刊纸的实践给我们以经验借鉴 , 针对造纸行业 , 因地制宜、无需干燥和运输。我们经过系统研究
9、, 认为作为造纸填料 , 白泥有如下优点 : (1) 能直接提高成纸不透明度。 (2) 晶形较好 , 对造纸成形网磨损小。 (3)对推动造纸向中性转化具有积极意义。因此我们认为这个方向可行 , 作为纸厂这是大量消化白泥且具有经济效益的较好途径。4 白泥回收的工艺特点与研讨我们根据白泥化学成分的特点 , 含有砂砾、炭粒、过量石灰及微量烧碱等 , 这些成分在抄造文化用纸时是不允许进入的 , 必须经过如下的回收工艺将其处理。411 除渣 : 由于在苛化工序中 , 我厂原来没有考虑白泥的回收 , 绿液未进行澄清 , 石灰也未作严格要求 , 带进来的炉渣粒、炭粒、石灰渣粒及白泥生成过程中较大的集合体为产
10、品的有害成分 , 必须除去 , 一般用筛分法。412 降低残碱 : 白泥中残碱包括氢氧化钠、硫化钠、氢氧化钙等等 , 白泥中残碱高在造纸加填时影响上网 pH 值 , 必须洗至微碱性(pH = 9左右 ) , 一般采用多层置换洗涤办法。实际中考虑可采用多层洗涤器 , 澄清器 , 串联过滤机等办法进行洗涤。应结合生产能力、经济投资来考虑。413 有效氧化钙的转化 : 即过量石灰的处理。在碱回收生产中 , 往往追求碱的产量 , 过量石灰高达 5% 以上。而氧化钙在水中的溶解02 北方造纸 1997年第 2期度很小 , 用水洗涤的办法 , 很难洗掉。一般用碳化法将其转化处理。41311 氧化钙转化的原
11、理CaO + H 2O Ca (OH ) 2Ca (OH ) 2+ CO 2 CaCO 3 + H 2O41312 CO 2原料气的制备4131211 在附近有石灰石矿资源的纸厂中 ,可考虑建造石灰窑 , 石灰是纸厂苛化和制漂液的重要原料 , 建造石灰窑经济、技术均可行。石灰石在锻烧时 , 窑气中放出大量二氧化碳 , 窑气经除尘、脱硫、加压处理 , 便可得到30% 40% 浓度的二氧化碳气体。4131212 在附近没有石灰石资源的纸厂 , 我们经过长时间的研究 , 认为采用碱回收炉的烟道气来制备 CO 2原料气是可行的 , 基于以下几点认识 : (1) 与轻质碳酸钙工艺相比 , 我们这种碳化反
12、应有不同之处 , 我们的白泥中已有 80% 90% 的轻钙 , 无需转化 , 转化只是其中很小一部分 , 不必要求二氧化碳有很高浓度。 (2) 经测定 ,W GZ 100T 3. 82M Pa 碱炉烟气排放量为 312万立方米 小时 , 流量足以满足对二氧化碳原料气的需求。 (3)由于碱炉烟道气组成比较复杂 , 含尘量比较高 , 并且受碱炉工况的影响 , 相对气体的净化工艺要复杂一些。41313 转化设备的要求 : 二氧化碳气体制备系统需要净化和加压设备 , 要用到除尘设备和空气压缩机。碳化反应的发生应在碳化塔中进行。结合白泥的具体工艺情况 , 碳化塔的高度、容积、数量、结构应结合产量的要求
13、, 同石灰窑、压缩机等生产能力相匹配。41314 转化过程的工艺要求 : 进料的浓度、二氧化碳的分压、反应的温度及反应时间对晶体有一定影响。必要时要加入反应助剂。414 轻重杂质的分离 : 运用流体力学的原理 , 根据比重的不同 , 采用旋液分离的办法加以分离。5 白泥回收利用的中试实践我厂经过多年来的实验研究和调查分析 , 于 1995年底初步建立一套 10t d 白泥回收中试生产线 , 于 1996年 1月份进行了实物试运行。511 原料白泥的化学成分及白度分析水 分 58140% , 总 碱 ( 以 N aOH 计 )0122% , 有效氧化钙 5130% , 盐酸不溶物8153% ,
14、碳酸钙含量 84140% , 白度 66180%。512 生产线后成品的化学成分及白度分析pH 715, 总碱 0, 盐酸不溶物 9110% , 碳酸钙含量 9018% , 白度 7810%。513 中试运行说明由于在第一次试车过程中暴露出很多非标准设备上的问题 , 边整改边试车。我们的白泥原料也不是直接来自白泥过滤机后 , 而是经过了雨水冲洗后搬运而来 , 降碱洗涤次数过多 , 所以在碳化工序中 , 仅用 15分钟 , 就碳化结束。514 中试运行结论经过中试生产后成品“白泥” , 送往我厂七号纸机试用 , 生产出来的箱纸板质量合格 ,抄造正常。由于成品输送管道尚未接通至胶印书刊纸车间 ,
15、未做生产试验 , 工程还在完善之中。515 存在的问题51511 由于碱回收炉的烟道气中 , 碱尘含量较高。电除尘未能正常投入使用 , 超出了净化除尘系统设计的除尘能力 , 空压机进气口烟尘超过 100m g l, 气缸中发现有粉尘 , 设计的净化除尘能力不足。51512 碱回收车间的绿液澄清器没有投入使用 , 导致白泥中有害杂质偏高 , 黑色粉尘炭粒增多 , 原料白泥质量下降 , 筛选工序的负荷加大 , 白度偏低。51513 石灰的质量差也是影响白泥质量的另一重要问题。51514 由于烟道气成分复杂 , 净化、除尘设计能力不足 , 生产线上有污染难闻气味产生 ,生产环境有待改进。51515
16、由于是中试生产线 , 给正常生产带来(下转第 26页 )12N o rth Pulp and Paper N o. 2 1997从图 7可以看出 : 整个纸机系统采用了夹网成型、靴型压榨、两个高强烘缸和 1个过热蒸汽 PA PR IDR YER , 随后是热软压光 (Ho t- Soft Calenders) , 整个系统占地面积很小。这是加拿大正在开发的新系统。312芬兰 V alm et 公司 Condebelf 干燥器Condebelf 干燥器是一种带式干燥器。整个干燥部没有一个烘缸 , 只用一台多层的带式干燥器。Condebelf 带式干燥器的结构见图 8。从图 8可以看出 : 带式干
17、燥器由回转着的上、下钢带圈组成 , 湿纸页在两钢带间干燥。钢带转动很快 , 纸页干燥时间很短。上钢带圈内是过热蒸汽 , 压力 10bar, 温度 180 , 加热钢带后传热给纸页。下钢带圈外有两道网带 ,下钢带本身也有孔 , 受热纸页蒸发的水分通过网带和下钢带 , 在下钢带圈内冷凝后排出。纸页在上、下钢带间干燥时无空气存在 , 传热和扩散阻力很小 , 故干燥效率较一般烘缸高 5 15倍。由于采用高温干燥 , 纸页纤维上和纤维内的半纤维素与木素会软化和流动 , 故干燥后纸页纤维间结合强度增加 , 纸面也非常光滑。带式干燥器 (两层 ) 在整个纸机部分的安排见图 9。图 8 Condebelf 带
18、式干燥器11湿纸页进入 21除气装置 31滑动密封装置 41细网 51粗网 61干纸页输出 71上钢带 81下钢带 91过热蒸汽 101冷凝水图 9 Condebelf 带式干燥器在挂面纸板机系统的安排从图 9可以看出 : 整个纸板机无一个烘缸 ,只用一台二层的 Condebelf 带式干燥器 , 干燥部就缩短了近 50米。这种干燥器最适合含木素较高的化机浆或废纸生产纸板。(上接第 21页 ) 很多不便 , 设备和生产条件都存在问题 , 需要完善设计。6 结束语我厂对草浆碱回收白泥的治理与利用才刚刚起步 , 作过一些探讨工作。今后 , 我们将对出现的问题 , 加以整改 , 在一些关键的问题上作
19、进一步的技术研究。在开发利用的同时 ,重视做好技术、经济上的分析。Research ing D evelopm en t of L im e M ud UtilizationZhang Hanp ing Zhou Shaohua L i Guohong(H anyang Paper M ill, H ubei P rovince, 430118)ABSTRACT Processing, character istic and utiliza tion of lim e m ud from whea t straw a lka lirecovery system in Hanyang Paper M ill wa s d iscussed.KEYWORD S lim e m ud, a lka li recovery, whea t straw, f iller62 北方造纸 1997年第 2期
