熱分散處理?xiàng)l件對(duì)膠黏物分散與后續(xù)去除的影響第2部分 溶解物質(zhì)、膠體物質(zhì)和懸浮固形物的產(chǎn)生與去除

于海龍 高 揚(yáng)， 張鳳山 秦夢(mèng)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．華泰集團(tuán)有限公司，山東廣饒，257335)

熱分散處理?xiàng)l件對(duì)膠黏物分散與后續(xù)去除的影響第2部分 溶解物質(zhì)、膠體物質(zhì)和懸浮固形物的產(chǎn)生與去除

于海龍1高 揚(yáng)1，2張鳳山2秦夢(mèng)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．華泰集團(tuán)有限公司，山東廣饒，257335)

通過(guò)改變熱分散系統(tǒng)的處理溫度、齒盤間隙以及進(jìn)漿濃度，研究了廢紙脫墨漿中溶解和膠體物質(zhì) (DCS)以及懸浮固形物 (SS)的含量及其變化，討論了隨后的后浮選過(guò)程對(duì)這些成分的去除效果。研究結(jié)果表明，提高處理溫度、減小齒盤間隙或增加進(jìn)漿濃度，都能使熱分散處理后漿料中的DCS含量顯著增加，構(gòu)成DCS的溶解物質(zhì) (DS)和膠體物質(zhì) (CS)含量也相應(yīng)分別增加。在溫度為100℃、齒盤間隙為0．3 mm、進(jìn)漿濃度為30%時(shí)，與進(jìn)入熱分散機(jī)之前漿料中的含量相比，DCS增加了13．6% ～16．8%，DS增加了5．7% ～5．9%，CS增加了60．7% ～65．3%。然而，熱分散之后雖以CS的增加量為多，但漿料中DCS的主要構(gòu)成仍是DS。熱分散之后漿料水相中的SS含量顯著增加，達(dá)到了21．7% ～26．0%。后浮選過(guò)程可以有效去除SS，去除率達(dá)到45．2% ～46．7%，CS的去除率僅為6．1% ～6．8%，浮選過(guò)程難以去除DS。

熱分散;膠黏物控制;溶解和膠體物質(zhì);懸浮固形物

現(xiàn)代化造紙機(jī)系統(tǒng)具有很高程度的用水封閉循環(huán)，隨著運(yùn)行時(shí)間的增加和白水循環(huán)次數(shù)的增多，水中存在的黏性物質(zhì)會(huì)逐漸積累，進(jìn)而影響到造紙機(jī)的運(yùn)行以及紙張的質(zhì)量。這些影響主要包括:降低造紙用陽(yáng)離子助劑的作用效率;膠體和溶解物質(zhì)失穩(wěn)產(chǎn)生絮聚，形成次生膠黏物并產(chǎn)生沉積，堵塞造紙成形網(wǎng)和壓榨毛毯，黏附在壓榨輥、烘缸、壓光輥表面，給生產(chǎn)操作造成障礙，增加停機(jī)次數(shù)和清洗時(shí)間，以及導(dǎo)致紙張質(zhì)量問(wèn)題等［1-2］。這類黏性物被稱為溶解和膠體物質(zhì) (Dissolved and colloidal substances，DCS)或陰離子垃圾 (Anionic trash)，主要來(lái)源于木材的原生化學(xué)組分、造紙過(guò)程中添加的化學(xué)品以及合成聚合物等。對(duì)于廢紙回用制漿來(lái)說(shuō)，還包括了紙張加工和使用過(guò)程中引入的涂布黏合劑、印刷油墨黏合劑、熱熔膠、壓敏膠等化學(xué)成分［3］。

對(duì)于廢紙回用生產(chǎn)新聞紙的過(guò)程來(lái)說(shuō)，脫除油墨和控制膠黏物是兩大關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。其中，黏性物質(zhì)及其引發(fā)的問(wèn)題更為顯著。黏性物質(zhì)從粒徑上可以分為大膠黏物、細(xì)小膠黏物和微細(xì)膠黏物［4-5］，從來(lái)源上可以分為原生膠黏物和次生膠黏物。次生膠黏物則主要來(lái)源于紙漿懸浮液中的溶解物質(zhì)(DS)和膠體物質(zhì) (CS)。當(dāng)溫度、pH值或者化學(xué)環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，這類黏性物質(zhì)會(huì)發(fā)生失穩(wěn)，導(dǎo)致次生膠黏物的產(chǎn)生，從而加劇了膠黏物問(wèn)題的危害［6］。大膠黏物的去除主要通過(guò)精篩選過(guò)程，細(xì)小膠黏物則需要被分散成為粒度更為細(xì)微的微細(xì)膠黏物，而后通過(guò)后浮選過(guò)程去除［7-8］。水相中呈溶解和膠體狀態(tài)存在的黏性物質(zhì)，則難以通過(guò)篩選和浮選方式去除，如果留在漿水體系中，就會(huì)給造紙生產(chǎn)過(guò)程帶來(lái)危害［9-10］。

廢紙脫墨制漿的生產(chǎn)流程中設(shè)置熱分散機(jī)，目的就是利用熱能和機(jī)械作用將仍存在于漿料中的膠黏物和油墨微粒進(jìn)一步分散，以使這些雜質(zhì)成分在隨后的后浮選過(guò)程中能夠得到有效地去除［8，11］。但是，熱分散過(guò)程的同時(shí)，由于膠黏物的碎解和分散，呈溶解和膠體狀態(tài)的黏性物質(zhì)含量將會(huì)增加。本課題以廢紙脫墨漿生產(chǎn)線的熱分散系統(tǒng)為研究對(duì)象，通過(guò)改變處理溫度、齒盤間隙以及進(jìn)漿濃度等條件，研究了熱分散之后漿料中存在的DS、CS以及懸浮固形物 (SS)，并且檢測(cè)了這些黏性物質(zhì)在后浮選過(guò)程中的去除效果，期望研究結(jié)果能為廢紙回用造紙中DCS的控制提供有用的借鑒。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 熱分散條件及其取樣

熱分散處理溫度在70～100℃變化，變化間隔為10℃;齒盤間隙分別設(shè)定為 0．3、0．4、0．5和0．6 mm;進(jìn)漿濃度分別為20%、25%和30%?？疾焐鲜鰺岱稚l件改變時(shí)對(duì)漿中黏性物質(zhì)的影響。后浮選單元的操作溫度為50～60℃，漿料濃度約為 1．0% ～1．5% ，pH 值控制在 7．4 ～ 8．0。取樣點(diǎn)分別為熱分散機(jī)的進(jìn)口和出口、后浮選之前和之后。

1.2 DCS的檢測(cè)

取相當(dāng)于10 g絕干漿的原漿試樣，加入去離子水稀釋，得到濃度為1%的紙漿懸浮液。在60℃下攪拌1 h后，移入動(dòng)態(tài)濾水性測(cè)定儀 (DDJ，200目濾網(wǎng))進(jìn)行分離。量取50 mL濾液，煮沸濃縮并于105℃蒸發(fā)除去水分，所得到的殘余固形物即為總固形物 (TS)。另取50 mL濾液，用高速離心機(jī)于2000 r/min分離20 min，取出上層清液，于105℃蒸發(fā)除去水分后，所得殘余固形物即為DCS。移取上層清液經(jīng)0．22 μm微孔濾膜過(guò)濾，所得濾液于105℃蒸發(fā)除去水分后，得到的殘余固形物即為DS。CS的含量由DCS與DS的含量計(jì)算所得。上述DCS的含量是基于3～6次檢測(cè)的平均值。

1.3 SS含量的計(jì)算

計(jì)算關(guān)系:TS=SS+DCS，故 SS=TS-DCS;DCS=CS+DS，故 CS=DCS-DS。

2 結(jié)果與討論

廢紙脫墨漿中DCS的構(gòu)成十分復(fù)雜［1，3］，既包括紙漿纖維中溶解出來(lái)的木材原生化學(xué)組分，如樹(shù)脂酸、脂肪酸、甾醇、甘油酯等，也包括紙張生產(chǎn)過(guò)程中添加的干強(qiáng)劑、濕強(qiáng)劑、施膠劑等，此外還有紙張加工和使用過(guò)程中引入的有機(jī)合成物如熱熔膠、壓敏膠、油墨黏合劑、涂布黏合劑等。造紙機(jī)用水的封閉循環(huán)會(huì)造成DCS的積累，進(jìn)而對(duì)造紙生產(chǎn)操作帶來(lái)危害，包括:①由于DCS通常呈負(fù)電性，會(huì)影響造紙濕部化學(xué)環(huán)境，降低陽(yáng)離子助劑的作用效果;②帶有負(fù)電荷的膠體微粒與極性的水分子之間產(chǎn)生水化作用，減弱了其與微氣泡之間的吸附，使之難以通過(guò)浮選去除;③在溫度、pH值或者化學(xué)環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，導(dǎo)致次生膠黏物的產(chǎn)生與沉積，加劇膠黏物引發(fā)的問(wèn)題。因此，在熱分散機(jī)操作條件改變時(shí)，既要研究大膠黏物、細(xì)小膠黏物和微細(xì)膠黏物的狀況，也要研究DS、CS及SS的含量變化，討論它們之間的關(guān)聯(lián)，以便為生產(chǎn)實(shí)際中選擇有效措施控制這類黏性物質(zhì)提供基礎(chǔ)依據(jù)。

2.1 熱分散條件對(duì)漿中DCS的影響

改變熱分散機(jī)的操作條件，包括處理溫度、齒盤間隙以及進(jìn)漿濃度，研究熱分散處理前后漿中DCS、DS和CS含量及其變化，檢測(cè)數(shù)據(jù)如表1～表3所示。

從表1～表3可以看出，熱分散處理之后的脫墨漿中，DCS含量顯著增加，構(gòu)成DCS的DS和CS含量也相應(yīng)分別增加。而且，隨著處理溫度的提高、齒盤間隙的減小或進(jìn)漿濃度的增加，熱分散之后漿料中DCS、DS和CS含量的增加幅度逐漸加大。當(dāng)處理溫度從70℃提高至100℃時(shí)，DCS的增加率從5．1%提高至13．9%，DS的增加率從 1．9%提高至 5．7%，CS的增加率從24．6%提高至63．9%。當(dāng)齒盤間隙從0．6 mm減小至0．3 mm時(shí)，DCS、DS和CS的增加率分別從7．4%提高至13．6%、從4．0%提高至5．9%，以及從27．9%提高至60．7%。同樣，當(dāng)漿料濃度從20%增加至30%時(shí)，DCS的增加率從6．1%提高至16．8%，DS的增加率從 2．1%提高至5．9%，CS的增加率從24．5%提高至65．3%。綜合考慮，在溫度為100℃、齒盤間隙為0．3 mm、進(jìn)漿濃度為30%的條件下，由熱分散導(dǎo)致的DCS含量的增加幅度最大，達(dá)到13．6% ～16．8%。

表1 處理溫度與漿中DCS、DS和CS含量

表2 齒盤間隙與漿中DCS、DS和CS含量

表3 進(jìn)漿濃度與漿中DCS、DS和CS含量

從表1～表3還可以看出，進(jìn)入熱分散機(jī)之前的漿料中，DS約占DCS含量的82% ～88%，而CS僅占DCS含量的12%～18%，亦即在DCS的構(gòu)成中是以DS為主的。但是，經(jīng)過(guò)熱分散之后，DS和CS增加率的變化卻有所不同。在溫度100℃、齒盤間隙0．3 mm、漿料濃度30%時(shí)對(duì)脫墨漿進(jìn)行熱分散處理，大約有5．9～9．0 mg/50 mL的膠黏物被分散成為DCS，其中包含了1．5 ～2．6 mg/50 mL 的 DS以及4．4～6．4 mg/50 mL的CS。由此可見(jiàn)，在被分散的膠黏物產(chǎn)生的DCS中，以CS的含量為主，約占DCS增加量的71%～75%。同時(shí)也應(yīng)該看到，在經(jīng)過(guò)熱分散之后雖然以CS的增加量為多，但是漿料中DCS的主要構(gòu)成仍然是DS，約占DCS含量的74% ～80%。

經(jīng)過(guò)熱分散處理之后漿料中DCS含量的增加，一方面是漿料中較大尺寸的膠黏物和油墨微粒在熱能和機(jī)械摩擦力的作用下被進(jìn)一步碎解和分散，另一方面也包括了原先吸附于紙漿纖維的膠黏物和油墨微粒在熱能和機(jī)械摩擦力的作用下發(fā)生剝離而進(jìn)入水相。

2.2 熱分散條件與后浮選中DCS的去除

在本研究的第1部分，專門研究了熱分散處理對(duì)膠黏物形態(tài)的影響，以及它們?cè)诤蟾∵x中的去除，為了探討熱分散條件變化與后浮選中DCS的去除情況，研究了后浮選過(guò)程中DCS、DS以及CS含量變化，檢測(cè)數(shù)據(jù)如表4～表6所示。

從表4～表6可以看出，后浮選過(guò)程可以除去一部分CS，去除率約為6．1% ～7．1%。而DS幾乎不能通過(guò)浮選過(guò)程得以去除，去除率僅為0．1% ～1．6%。由前面的數(shù)據(jù)分析得知，DS是構(gòu)成DCS的主要成分，因而經(jīng)過(guò)后浮選之后的DCS含量降低幅度十分有限，去除率僅為0．6% ～1．6%。此外，熱分散條件的改變，也幾乎不影響DCS在隨后的后浮選過(guò)程的去除效果?？梢赃@樣解釋:設(shè)置浮選單元的原理和目的，是基于微氣泡吸附漿料中的油墨微粒和微細(xì)膠黏物，將其浮升至液面而加以分離。但是，微粒的粒徑直接影響著微氣泡對(duì)其的吸附效果。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道［7-8］，適宜于被微氣泡吸附的微粒粒徑應(yīng)在10～150 μm。DCS的粒徑通常小于10 μm，而且具有很大的比表面積，表面帶有負(fù)電荷，具有膠體的典型特性，與微氣泡之間的吸附作用差，因而難以通過(guò)浮選過(guò)程而去除。

表4 處理溫度與后浮選去除DCS、DS和CS的效果

表5 齒盤間隙與后浮選去除DCS、DS和CS的效果

表6 進(jìn)漿濃度與后浮選去除DCS、DS和CS的效果

這也是為什么在廢紙脫墨制漿流程中雖然采用了精篩選、前浮選、熱分散以及后浮選等多種方式處理黏性物質(zhì)和油墨微粒，但是膠黏物引發(fā)的問(wèn)題依然存在，并給造紙機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行造成嚴(yán)重困擾。作為導(dǎo)致次生膠黏物產(chǎn)生的潛在來(lái)源物，存在于漿水體系中的DCS已難于利用物理方式去除，需要采用物理化學(xué)方式等其他途徑予以控制［12-13］，例如采用膠黏物定著劑，將黏性物質(zhì)吸附于紙漿纖維，隨同抄造的紙頁(yè)帶出造紙機(jī)系統(tǒng)，就是一種合理的途徑。

2.3 熱分散條件與漿中SS及其在后浮選中去除的影響

廢紙脫墨漿的水相中SS的構(gòu)成十分復(fù)雜，不僅包括黏性物質(zhì)微粒和油墨微粒等成分，也包括漿料中的細(xì)小組分和填料等。為此，考察了熱分散處理前后的SS含量變化，以及在后浮選中的去除情況，檢測(cè)數(shù)據(jù)如表7～表9所示。

從表7～表9可知，隨著處理溫度的提高、齒盤間隙的減小或進(jìn)漿濃度的增加，熱分散之后漿料水相中的SS含量顯著增加。當(dāng)處理溫度從70℃提高至100℃時(shí)，SS的增加率從12．2%提高至26．0%;當(dāng)齒盤間隙從0．6 mm減小至0．3 mm時(shí)，SS的增加率從12．0%提高至23．1%;同樣，當(dāng)進(jìn)漿濃度從20%增加至30%時(shí)，SS的增加率從 13．8% 提高至 21．7%。

上述研究表明，處理溫度為100℃、齒盤間隙為0．3 mm及進(jìn)漿濃度為30%時(shí)，熱分散處理之后漿料水相中SS的增加幅度最大。在此條件下，結(jié)合表1～表3所示的DCS增加量 (5．9 ～9．0 mg/50 mL 濾液)，可以看出SS的增加量 (27．0～31．9 mg/50 mL濾液)顯著為高，表明了粒徑較大的膠黏物及油墨微粒更多地是被分散成為SS形態(tài)，這對(duì)于黏性物質(zhì)在后浮選過(guò)程中被去除是有利的。檢測(cè)結(jié)果亦證實(shí)了這一點(diǎn):表7～表9中的數(shù)據(jù)表明，45．2% ～46．7%的SS在后浮選過(guò)程中被去除。當(dāng)然，增加的SS中也可能包括了熱分散中機(jī)械作用從纖維上剝離下來(lái)的細(xì)小組分。除此之外，其余的SS也可以通過(guò)水循環(huán)系統(tǒng)中設(shè)置的微氣浮單元而去除。根據(jù)文獻(xiàn) ［14］介紹，在微氣浮單元中，SS的去除率可以達(dá)到80%以上。因此，漿料中的大膠黏物除了被熱分散機(jī)分散和碎解成為微細(xì)膠黏物之外，所分散成的 SS即粒徑約為10～150 μm的SS，可以通過(guò)后浮選過(guò)程以及水循環(huán)的微氣浮單元得以去除，這也是去除黏性物質(zhì)有效方式的組成部分。

表7 處理溫度與后浮選去除SS的效果

表8 齒盤間隙與后浮選去除SS的效果

表9 進(jìn)漿濃度與后浮選去除SS的效果

3 結(jié)論

3.1 提高處理溫度、減小齒盤間隙或增加進(jìn)漿濃度，都能使熱分散處理后漿料中的溶解和膠體物質(zhì) (DCS)含量顯著增加，構(gòu)成DCS的溶解物質(zhì)(DS)和膠體物質(zhì) (CS)含量也相應(yīng)分別增加。其中，以CS的增加量為主。經(jīng)過(guò)熱分散之后雖以CS的增加量為多，但漿料中DCS的主要構(gòu)成仍是DS。

3.2 后浮選過(guò)程可以除去一部分CS，而DS幾乎不能通過(guò)浮選過(guò)程得到去除。由于DS是構(gòu)成DCS的主要成分，因而經(jīng)過(guò)后浮選之后的DCS含量降低幅度十分有限。此外，熱分散條件的改變，也幾乎不影響后浮選過(guò)程中的DCS去除效果。

3.3 隨著處理溫度的提高、齒盤間隙的減小或進(jìn)漿濃度的增加，熱分散之后漿料水相中的懸浮固形物(SS)含量顯著增加。而且，相當(dāng)大的一部分SS在后浮選過(guò)程被有效地去除。

致謝 本研究得到了華泰集團(tuán)有限公司蔡文忠、王友成、趙鯤鵬、馬小清、馮好偉的幫助和支持，在此表示衷心的感謝。

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Heat Dispersion of Sticky Contaminants and Their Removal by Post-flotation Part．2 Dissolved and Colloid Substances and Suspended Solids

YU Hai-long1GAO Yang1，2，*ZHANG Feng-shan2QIN Meng-hua1
(1．Key Lab of Paper Science and Technology of Ministry of Education，Shandong Polytechnic University，Ji'nan，Shandong Province，250353;2．Huatai Group Co．，Ltd．，Guangrao，Shandong Province，257335)
(*E-mail:y_gao@hotmail．com)

In this paper，effect of heat-dispersing on dissolved and colloidal substances，and suspended solids was quantitatively investigated by varying temperature，disc clearance，and inlet pulp consistency．Furthermore，their removal in subsequent post-flotation was examined．The results showed that raising temperature，reducing disc clearance，or increasing pulp consistency improved significantly the dispersion of sticky substances，and increased amount of DCS in deinked pulp．Under temperature of 100℃，disc clearance of 0．3 mm，and pulp consistency of 30%，DCS，dissolved substances，and colloidal substances were increased by 13．6% ～16．8%，5．7% ～5．9%，and 60．7% ～65．3%，respectively．DS were as a major component in DCS，although CS were showed with a higher increasing rate after dispersion．SS were increased significantly after heat-dispersing，reached to 21．7% ～26．0%．The post-flotation removed about 45．2% ～46．7%of SS，and 6．1% ～6．8%of CS，while only small amount of DS was removed．

heat dispersing;control of stickies;dissolved and colloidal substances;suspended solids

TS749+．7

A

0254-508X(2011)09-0001-05

于海龍先生，在讀碩士研究生;主要研究方向:纖維資源制漿造紙?zhí)匦耘c生物技術(shù)的應(yīng)用。

2011-04-13(修改稿)

本課題為山東省“泰山學(xué)者”建設(shè)工程專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)資助項(xiàng)目(TS200637022);國(guó)家自然科學(xué)基金 (30972327)和“教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才”支持計(jì)劃資助項(xiàng)目 (NCET-08-0882)。

(責(zé)任編輯:常 青)