DCS組分對浮選脫墨和脫墨漿漂白效果的影響

楊秋林李宗全,2劉從香傅英娟秦夢華

(1.山東輕工業(yè)學(xué)院制漿造紙科學(xué)與技術(shù)省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東濟(jì)南,250353; 2.山東華泰集團(tuán),山東東營,257335)

DCS組分對浮選脫墨和脫墨漿漂白效果的影響

楊秋林1李宗全1,2劉從香1傅英娟1秦夢華1

(1.山東輕工業(yè)學(xué)院制漿造紙科學(xué)與技術(shù)省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東濟(jì)南,250353; 2.山東華泰集團(tuán),山東東營,257335)

在舊報(bào)紙脫墨漿浮選過程中,溶解和膠體物質(zhì)的存在會影響浮選脫墨效率。采用親脂性抽出物、木素磺酸鈉、鈣離子和果膠酸作為DCS中主要物質(zhì)的模型物,研究了它們對舊報(bào)紙浮選脫墨以及后續(xù)漂白效率的影響。結(jié)果表明,浮選過程中,低濃度的親脂性抽出物能夠改善浮選效率,而高濃度的親脂性抽出物降低浮選效率。浮選過程中果膠酸和鈣離子的存在都能夠提高浮選效率,降低脫墨漿的殘余油墨,提高脫墨漿的白度,但同時紙漿浮選得率有所下降。木素磺酸鈉對油墨浮選效率的影響較小。

溶解和膠體物質(zhì);模型物;舊報(bào)紙;浮選;脫墨漿

高得率漿和脫墨漿是目前新聞紙廠的主要生產(chǎn)原料,它們在制漿漂白過程中,會生產(chǎn)大量的溶解和膠體物質(zhì)(Dissolved and Colloidal Substance,DCS)[1-2],這些DCS包括親脂性抽出物、低分子木素、果膠類物質(zhì)以及無機(jī)金屬離子等多種成分,并且隨著白水回用程度的提高,這些DCS在漿水體系中的濃度也越來越高。DCS的存在影響濕部添加劑的作用效果,引起樹脂障礙或膠黏物沉積;當(dāng)DCS保留在紙中時則會影響紙張物理性能和光學(xué)性能[3-4]。

浮選法是目前用于舊報(bào)紙脫墨過程中有效去除油墨的主要方法。在浮選過程中大都采用回用的白水或過程水,這些回用水中含有大量的DCS,有研究表明,DCS能夠降低舊報(bào)紙脫墨漿的浮選效率[5],但筆者以前的研究表明,在舊報(bào)紙脫墨漿浮選過程中DCS的存在能夠促進(jìn)油墨的浮選效率[6],DCS對浮選效率的影響可能與DCS中的不同組分及其濃度有關(guān)。因此,有必要對DCS中主要組分及其濃度對浮選效率的影響進(jìn)行研究。

本實(shí)驗(yàn)選用DCS主要組分的模型物用于舊報(bào)紙浮選脫墨中,研究DCS中具體組分對舊報(bào)紙浮選脫墨以及后續(xù)過氧化氫漂白效果的影響,明確DCS中具體組分對舊報(bào)紙浮選脫墨效率的影響,對白水和過程水的合理回用具有一定的實(shí)踐意義。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

廢紙:8#美廢,儲存時間不超過6個月;楊木化學(xué)熱磨機(jī)械漿(CT MP)。這兩種原料均由山東華泰紙業(yè)集團(tuán)提供。

果膠酸(Polygalacturonic acid)由Alfa Aesar公司生產(chǎn),相對分子質(zhì)量為25000～50000,使用時先溶于10%的NaOH溶液中;當(dāng)果膠酸質(zhì)量濃度為200 mg/L時,其陽電荷需求量為8.190 mmol/L (德國Mütek PCD 03電荷滴定儀測定,pH值4.5)。

木素磺酸鈉由廣州造紙廠提供。CaCl2為分析純試劑。

脫墨劑:脂肪醇聚氧乙烯醚非離子表面活性劑。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 CT MP抽出物的制備與溶解

首先將CT MP真空干燥處理,用丙酮在索氏抽提器中于熱水浴中抽提24 h,然后進(jìn)行旋蒸去除大部分丙酮,用注射器慢慢注入到攪拌狀態(tài)的一定量的水中,然后在透析袋中(截留相對分子質(zhì)量為12000～14000)進(jìn)行透析,以去除其中的丙酮,使抽出物分散成膠體狀。透析袋在蒸餾水中透析時間不少于8 h,期間每隔1 h換1次蒸餾水。通過該方法獲得的樹脂模擬物在水中能夠保持較好的膠體分散性,并與實(shí)際紙漿系統(tǒng)中膠體樹脂的存在形式相近[7]。此膠體分散作為DCS中親脂性抽出物的模型物。

1.2.2 碎漿

碎漿在FORMAX Micro-Maelstrom(H-272M)實(shí)驗(yàn)室高濃碎漿機(jī)中進(jìn)行。各種化學(xué)藥品用量如下(均對絕干舊報(bào)紙):NaOH用量1%,Na2SiO3用量2%,H2O2用量1.0%,EDTA用量0.5%,脫墨劑用量0.2%。碎漿濃度為10%,碎漿溫度55℃,時間為20 min,碎漿采用蒸餾水。

1.2.3 浮選

浮選在L-100 FORMAX浮選槽中進(jìn)行。將碎解后的廢紙漿稀釋到1%漿濃,浮選的總體積為8 L。浮選前將一定濃度的各種模型物溶液加入到蒸餾水中(加入各種模型物時廢紙本身帶入的鈣離子未計(jì)算在內(nèi)),并用NaOH和H2SO4調(diào)節(jié)浮選pH值為7.8。浮選時間15 min,浮選完成后在80目網(wǎng)中濃縮得到脫墨漿。

1.2.4 脫墨漿過氧化氫漂白

將脫墨漿置于聚乙烯塑料袋并在熱水浴中進(jìn)行漂白。漂白藥品用量如下(對絕干漿):NaOH用量1%,Na2S iO3用量2%,EDTA用量0.2%,H2O2用量1.5%。漂白溫度70℃,漿濃10%,時間為1 h。漂白結(jié)束后,將漿料稀釋到1%漿濃,洗滌并在80目網(wǎng)中濃縮得到漂白脫墨漿。

1.2.5 抄片

采用奧地利產(chǎn)RK-3A PTI圓形抄片器抄片,定量為80 g/m2。

1.2.6 脫墨漿殘余油墨的測定

紙漿殘余油墨采用Technidyne Color Touch[ERI C 950]測定。

2 結(jié)果與討論

DCS的組成十分復(fù)雜,不同來源的DCS的組分及其濃度都會有所不同。DCS中主要物質(zhì)有親脂性抽出物、溶解的低分子木素及其衍生物、溶解的糖類物質(zhì)(如果膠酸)以及各種金屬離子等。因此,本實(shí)驗(yàn)選用楊木CT MP的丙酮抽出物、果膠酸、木素磺酸鈉和鈣離子作為DCS中主要組分的模型物,加入到浮選系統(tǒng)中,研究比較了它們對舊報(bào)紙脫墨漿浮選脫墨以及后續(xù)漂白的影響。

2.1 DCS主要組分的模型物對舊報(bào)紙脫墨漿殘余油墨的影響

脫墨漿殘余油墨是衡量舊報(bào)紙油墨脫除效率的重要指標(biāo)。圖1表明了各種物質(zhì)對脫墨漿殘余油墨的影響。從圖1可以看出,幾種模型物對脫墨漿殘余油墨的影響有所不同。親脂性抽出物是DCS中膠體物質(zhì)的主要來源,它在水中以膠體顆粒的狀態(tài)存在。本實(shí)驗(yàn)采用楊木CT MP的丙酮抽出物作為DCS中親脂性物質(zhì)的模型物,它主要含有甘油三酸酯、脂肪酸和甾醇酯等物質(zhì)[8],因此用CT MP抽出物作為DCS中親脂性抽出物的模型物是合適的。從圖1可以看出,浮選中少量的親脂性抽出物的存在能夠明顯提高浮選效果,降低脫墨漿的殘余油墨。與浮選時采用蒸餾水的對照漿相比,當(dāng)浮選時CT MP抽出物質(zhì)量濃度為100 mg/L時,脫墨漿殘余油墨降低了11.4%。低濃度的親脂性抽出物改善脫墨效果的原因可能是親脂性抽出物起橋聯(lián)作用,把親脂性的油墨粒子黏附到氣泡上浮選去除,但大量的親脂性抽出物會導(dǎo)致浮選時泡沫不穩(wěn)定,油墨不能被有效地浮選去除,所以浮選時大量親脂性抽出物的存在反而使脫墨漿殘余油墨增加。

圖1 各種模型物對脫墨漿殘余油墨的影響

木素磺酸鈉作為一種溶解的木素衍生物,本身具有一定的表面活性,可以用作分散劑。從圖1可以看出,與親脂性抽出物類似,浮選時低濃度的木素磺酸鈉能夠稍微降低脫墨漿的殘余油墨,這是因?yàn)樯倭康姆稚┛梢源龠M(jìn)非離子表面活性劑的捕集[9],而高濃度的木素磺酸鈉使脫墨漿殘余油墨增加,這可能是因?yàn)榇罅康哪舅鼗撬徕c的過度分散作用導(dǎo)致殘余油墨增加。而與親脂性抽出物相比,木素磺酸鈉對浮選效果的影響要小得多。

無機(jī)金屬離子是DCS的重要組分之一,鈣離子又是金屬離子中重要的一種。它主要來源于原料、生產(chǎn)用水以及碳酸鈣填料。一般認(rèn)為,鈣離子能夠與陰離子表面活性劑如脂肪酸形成鈣皂促進(jìn)油墨的浮選,而對非離子表面活性劑的影響則較小[10]。本實(shí)驗(yàn)采用的脫墨劑為脂肪醇聚氧乙烯醚非離子表面活性劑。圖1表明,鈣離子對浮選效果有顯著影響。隨著鈣離子濃度的增加,脫墨漿的殘余油墨降低。與對照漿相比,當(dāng)鈣離子質(zhì)量濃度為400 mg/L時,脫墨漿的殘余油墨下降了15.7%。關(guān)于鈣離子促進(jìn)脂肪醇聚氧乙烯醚的浮選效果的原因尚不清楚。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),加入鈣離子浮選時,泡沫明顯增多,所以油墨附著在泡沫上被浮選除去的幾率增加。據(jù)研究,脂肪醇聚氧乙烯醚類非離子表面活性劑可以與鈣離子結(jié)合形成相當(dāng)于“冠醚”的配合物,從而改變其表面性能[10]。這種配合物結(jié)構(gòu)的形成可能是鈣離子促進(jìn)浮選效果的一個原因。

果膠酸也是DCS中的一類重要物質(zhì),它主要是在高得率漿和脫墨漿的漂白過程中形成的。果膠酸帶有大量的負(fù)電荷,是陰離子垃圾的重要來源。從圖1可以看出,浮選時果膠酸的存在能夠改善油墨的浮選效果。隨著果膠酸濃度的增加,脫墨漿的殘余油墨降低。當(dāng)果膠酸質(zhì)量濃度為400 mg/L時,脫墨漿的殘余油墨下降了約7.0%。所以浮選過程中果膠酸的存在有利于油墨去除。關(guān)于果膠酸能夠改善油墨脫墨效率的原因目前還不清楚。

2.2 DCS主要組分的模型物對舊報(bào)紙脫墨漿白度和浮選得率的影響

對于舊報(bào)紙脫墨漿來說,殘余油墨的多少是影響白度的重要原因。浮選過程中加入各種模型物后對脫墨漿白度以及紙漿浮選得率的影響見圖2和圖3。

從圖2和圖3可以看出,與脫墨漿的殘余油墨相對應(yīng),脫墨漿的白度隨著殘余油墨的變化而變化。對于親脂性抽出物和木素磺酸鈉,低濃度時能夠提高脫墨漿的白度,高濃度時又會導(dǎo)致脫墨漿白度下降。脫墨漿的浮選得率也隨殘余油墨的變化而相應(yīng)變化,這說明在浮選過程中隨著油墨浮選去除的增多,纖維流失也增加。

對于鈣離子和果膠酸,隨它們在浮選中濃度的增加,浮選后脫墨漿白度提高。對于這兩種物質(zhì),與圖1的殘余油墨相比,在相同的質(zhì)量濃度下,浮選時加入鈣離子后脫墨漿的殘余油墨要低于浮選時加入果膠酸所得的脫墨漿,但圖2的結(jié)果顯示,浮選時加入鈣離子后所得脫墨漿白度卻比加入果膠酸后脫墨漿的白度低。這是因?yàn)槊撃珴{白度除了主要受殘余油墨影響外,還會受到細(xì)小纖維等白度相對較低物質(zhì)的影響,浮選時果膠酸的存在除了促進(jìn)油墨的去除外,還會導(dǎo)致細(xì)小纖維等物質(zhì)的浮選流失。從圖3中紙漿浮選得率的結(jié)果可以看出,浮選時加入鈣離子和果膠酸后,隨著質(zhì)量濃度的增加,紙漿的浮選得率降低,但在相同質(zhì)量濃度下,浮選時加入果膠酸后紙漿的浮選得率要低于加入鈣離子,這說明浮選時果膠酸的加入導(dǎo)致了更多的細(xì)小纖維等物質(zhì)的流失。

2.3 浮選時DCS主要組分的模型物對舊報(bào)紙脫墨漿后續(xù)漂白的影響

對浮選中加入各種模型物后所得脫墨漿進(jìn)行了后續(xù)漂白,浮選時加入各種模型物后對漂白脫墨漿白度的影響見圖4。

圖4 模型物對漂白脫墨漿白度的影響

脫墨漿中殘余油墨的多少是影響其可漂性能的重要因素。從圖4可以看出,與脫墨漿的殘余油墨相對應(yīng),脫墨漿的殘余油墨降低,漂白漿的白度則提高,反之亦然。

對于浮選時加入鈣離子和果膠酸所得脫墨漿漂白后的白度來說,浮選時加入果膠酸對漂白漿白度的影響大于鈣離子。這是因?yàn)楦∵x時加入果膠酸有利于細(xì)小纖維等細(xì)小組分的流失,而細(xì)小纖維等細(xì)小組分的白度比纖維低,其可漂性也比纖維要低。

從上面的討論可以看出,浮選中果膠酸的存在有利于油墨的去除和漂白漿白度的提高,而果膠酸主要是在舊報(bào)紙脫墨漿漂白過程中產(chǎn)生的。因此,將舊報(bào)紙脫墨漿漂白工段的過程水回用到浮選工段將會有利于油墨的去除和脫墨漿白度的提高,但會影響紙漿得率。

3 結(jié) 論

3.1 舊報(bào)紙脫墨漿浮選過程中,低濃度的親脂性抽出物能夠改善脫墨漿的浮選效率,提高脫墨漿的白度,而高濃度的親脂性抽出物的存在則會降低浮選效率,降低脫墨漿的白度。木素磺酸鈉對脫墨漿以及漂白漿性能的影響較小。

3.2 浮選時果膠酸和鈣離子的存在能夠提高油墨浮選效率,改善脫墨漿和漂白漿的白度。由于果膠酸的加入又能夠促進(jìn)細(xì)小纖維等細(xì)小組分的去除,因此,與鈣離子相比,浮選時果膠酸的存在對脫墨漿以及漂白漿白度的影響更大,但會影響紙漿得率。

[1] DesharnaisLine,ChabotBruno,DaneaultClaude,et al.Ther mo-mechanical pulp washing effect on retention and drainage[C]//Annual Meeting of the Pulp and Paper Technical Association of Canada (PAPTAC).2001:77.

[2] Gabl Helmuth,Hamm U,Bobek B,et al.Methods used for the measurement of primary and secondary stickies-Macro,micro and disco stickies[J].Paper Technology,2006,47(6):35.

[3] Ingvild A,Johnsen,Marianne Lenes.Stabilization of colloidal wood resin by dissolved material from T MP and D IP[J].Nordic Pulp and Paper Res.J.2004,19(1):22.

[4] DechandtAlcy,Watkins Troy,Pruszynski Przemyslaw.Total approach to deposit Control on Newsprintmachine using T MP and DIP pulp mix from specialized fixation of individual pulps to retention[J].Appita Journal,2004,57(1):13.

[5] Pirttinen E,Stenius P.Effectof dissolved and colloidal substanceson flotation deinking efficiency[J].Progress in Paper Recycling,1998, 7(3):38.

[6] 李宗全,邵志勇,趙 林,等.回用白水中DCS對舊報(bào)紙脫墨及漂白的影響[J].中國造紙學(xué)報(bào),2008,23(1):29.

[7] Sundberg K,et al.Preparation and Properties of a Model Dispersion of ColloidalWood Resin from Norway Spruce[J].JPPS,1996,22 (7):248.

[8] Eero Sj?str?m,Raimo Alén.AnalyticalMethods in Wood Chemistry, Pulping and paper making[M].New York:Springer,1998.

[9] Katarina Theander,Robert J Pugh.Surface chemicals concepts of flotation de-inking[J].Colloids and SurfacesA:Physicochem.Eng.Aspects,2004,240:111.

[10] Hans Shcott,Alan E Royce,Suk Kyu Han.Effectof inorganic additives on solutions of nonionic surfactantsⅦ:Cloud point shit values of individual ions[J].Journal of Colloid and Interface Science,1984,98 (1):196.

Abstract:Dissolved and colloidal substances(DCS)can influence the flotation efficiency in deinking ofONP.Lipophilic extractives,sodium lignosulfonate,calcium ions and pectic acid were used as the model substances ofDCS and the effect of these substances on the flotation efficiency ofONP deinkingwas studied.The results showed that,the flotation efficiency is improved in the presence of low concentration of lipophilic extractives,but the flotation efficiency is deteriorated at high concentration of lipophilic extractives.Both pectic acid and calcium ions positively influence the flotation efficiency.The removal of ink particles and brightness of the deinked pulp are all improved in the presence of pectic or calcium,but the pulp yield after flotation decreases.The effect of sodium lignosulfonate on the flotation efficiency is not as significant as the other three substances.

Keywords:DCS;model substances;old newsprint;flotation;deinked pulp

(責(zé)任編輯:王 巖)

Effects ofMa in Components of DC S on the Flotation Efficiency of ONP Deinking

YANGQiu-lin1,＊L I Zong-quan1,2L IU Cong-xiang1FU Ying-juan1Q IN Meng-hua1
(1.Key Laboratory of Pulp&Paper Science&Technology of M inistry of Education,Shandong Institute of L ight Industry,Ji’nan,Shandong Province,250353; 2.Shandong Huatai Group,Dongying,Shandong Province,257335)
(＊E-mail:yanglin.223@163.com)

TS744

A

1000-6842(2010)03-0005-04

2010-04-14(修改稿)

楊秋林,男;在讀碩士研究生;主要研究方向:纖維資源的制漿造紙?zhí)匦耘c生物技術(shù)應(yīng)用。

E-mail:yanglin.223@163.com