真空吸水箱面板結(jié)垢成因分析及對(duì)策研究

王 建 高先強(qiáng) 王志杰

(1.陜西科技大學(xué)輕工與能源學(xué)院，陜西西安，710021;

2.陜西科技大學(xué)教育部輕化工助劑化學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安，710021)

造紙濕部中常常通過加入各種化學(xué)品來提高紙機(jī)的生產(chǎn)效率、改善紙機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)性能和滿足紙張的各種質(zhì)量要求［1］。然而在目前的紙張生產(chǎn)中，要求白水封閉循環(huán)，在這樣的情況下，當(dāng)化學(xué)助劑加入的種類、方式、用量等不能夠很好地協(xié)調(diào)時(shí)，容易帶來濕部系統(tǒng)的紊亂，從而干擾正常生產(chǎn)［2］。浙江某廠在采用松香施膠的特種紙生產(chǎn)中，化學(xué)品加入的種類多，由于沒有科學(xué)地調(diào)控好各組分的作用，出現(xiàn)真空吸水箱面板結(jié)垢的現(xiàn)象。尤其是在壓榨下毛毯真空吸水箱面板結(jié)垢最為嚴(yán)重，使壓榨毛毯使用壽命僅為1個(gè)星期左右，大大增加了生產(chǎn)成本。即使用清水替換白水重新進(jìn)行生產(chǎn)，在紙機(jī)運(yùn)行3 h后，仍然出現(xiàn)面板結(jié)垢物。本實(shí)驗(yàn)對(duì)該廠真空吸水箱面板結(jié)垢物以及生產(chǎn)濕部化學(xué)狀態(tài)進(jìn)行了分析測試，以期探討結(jié)垢原因，從而提出解決方案。

1 漿料及化學(xué)品使用

(1)漿料:本色針葉木漿及闊葉木漿混合漿，打漿度38°SR。紙機(jī)車速180 m/min。配漿工藝流程如圖1所示。

(2)化學(xué)品:配漿池加入用量為0.5%的 (對(duì)絕干纖維，下同)陽離子淀粉，混合均勻后加入用量為0.2%的濕強(qiáng)劑;高濃高位箱加入用量為1.5%的礬土;低濃高位箱加入用量為0.7%陽離子松香膠;壓力篩進(jìn)口加入用量為0.02%陽離子聚丙烯酰胺(CPAM)，壓力篩出口加入用量為0.4%(液體，對(duì)絕干纖維)硅溶膠;流漿箱前加入用量為0.25%(液體，對(duì)絕干纖維)剝離劑。

2 結(jié)果與討論

2.1 結(jié)垢物成分分析

利用能譜儀對(duì)結(jié)垢物進(jìn)行分析測試，結(jié)果見圖2。

從圖2元素分析來看，結(jié)垢物主要為C元素、O元素、Al元素及S元素。雖然能譜分析僅反映測試掃描點(diǎn)處的元素含量，其測試結(jié)果不能精確反映結(jié)垢物中各元素的準(zhǔn)確含量，但由于待測樣品是將結(jié)垢物粉碎后進(jìn)行均勻混合，且測試掃描點(diǎn)是隨機(jī)選擇的，因此，掃描點(diǎn)的元素含量測試值能夠大體反映結(jié)垢物中的各元素含量。從元素含量測試數(shù)據(jù)來看，結(jié)垢物中主要是C元素、O元素，因此，可以認(rèn)定，結(jié)垢物中的主要成分為有機(jī)物。將結(jié)垢物利用乙醇進(jìn)行溶解發(fā)現(xiàn)，結(jié)垢物能夠全部溶于乙醇，可以排除結(jié)垢物為纖維、濕強(qiáng)劑及淀粉的可能性。結(jié)合整個(gè)生產(chǎn)過程中化學(xué)品的使用，可以推測結(jié)垢物主要來源于松香。由于元素含量測試結(jié)果表明，結(jié)垢物中含有一定量的Al元素，因此，研究認(rèn)為，結(jié)垢物的主要成分是結(jié)合了鋁離子的松香。

根據(jù)分析結(jié)果，可以認(rèn)為，雖然在濕部系統(tǒng)中，松香與鋁離子進(jìn)行了有效結(jié)合，但部分松香-鋁離子的復(fù)合體與纖維固著較差，從而導(dǎo)致在生產(chǎn)過程中，松香-鋁離子復(fù)合體從濕紙幅中遷移出來。研究尚不能有效解釋為什么結(jié)垢物主要出現(xiàn)在壓榨下毛毯真空吸水箱面板表面，但根據(jù)現(xiàn)象推測，可能是由于壓榨時(shí)，濕紙幅纖維與纖維間存在一定的擠壓，在這種擠壓力的作用下，與纖維固著較差的松香-鋁離子復(fù)合體從纖維上脫離，隨著壓榨出的白水流失，從而使壓榨下毛毯真空吸水箱面板表面出現(xiàn)結(jié)垢。因此，若要解決面板結(jié)垢問題，必須調(diào)整漿料體系的濕部化學(xué)狀態(tài)［3］。

2.2 濕部狀態(tài)參數(shù)分析

實(shí)驗(yàn)對(duì)該廠提供的漿料及白水進(jìn)行測試分析，結(jié)果見表1。

從表1可知，整個(gè)生產(chǎn)過程中漿料體系的Zeta電位均處于負(fù)值，說明帶正電物質(zhì)的添加沒有超過造紙濕部的電荷要求。但必須注意到，當(dāng)漿料體系從序號(hào)3到序號(hào)4時(shí)，系統(tǒng)的離子需求從原來的需求陽離子變?yōu)榱诵枨箨庪x子。此時(shí)，出現(xiàn)了一個(gè)矛盾，即漿料纖維表面需求帶正電的物質(zhì)以補(bǔ)償負(fù)電，但漿料中的水溶液卻需要帶負(fù)電的物質(zhì)中和陽離子。由于序號(hào)3的取漿位于高濃高位箱的出漿口，而序號(hào)4的取漿位于低濃高位箱的進(jìn)漿口，所以從序號(hào)3到序號(hào)4的流程中，沒有加入任何的化學(xué)品，僅加入了稀釋白水。因此，這一矛盾只能是用于稀釋的白水所導(dǎo)致的。從表1中序號(hào)6(網(wǎng)下白水)的測試結(jié)果來看，網(wǎng)下白水已經(jīng)呈現(xiàn)對(duì)陰離子物質(zhì)的需求。因此，當(dāng)大量的白水加入漿料體系進(jìn)行稀釋后，使得漿料體系的離子需求從需求陽離子變?yōu)榱诵枨箨庪x子。

表1 漿料及白水狀態(tài)檢測表

由表1結(jié)果來看，在序號(hào)4(低濃高位箱)中，漿料體系的水溶液呈現(xiàn)對(duì)陰離子的需求，說明了水溶液中已經(jīng)存在過量的陽離子物質(zhì)，但漿料表面負(fù)的Zeta電位卻說明了這些陽離子物質(zhì)不能在纖維表面進(jìn)行吸附。使用白水對(duì)漿料進(jìn)行稀釋后，漿料的pH值約為4.5。根據(jù)已有的研究結(jié)果［4］，鋁離子在pH值4.5時(shí)，主要體現(xiàn)為+3價(jià)，在纖維上的吸附量較小，其在纖維上的吸附量隨pH值的升高而增加，最大吸附量出現(xiàn)在即將出現(xiàn)Al(OH)3時(shí)。因此，可以認(rèn)為，漿料體系水溶液中存在了一定量的鋁離子，從而導(dǎo)致了漿料體系水溶液需求陰離子。因此，當(dāng)生產(chǎn)過程在此處加入陽離子松香膠后，部分松香膠可能與水溶液中的鋁離子產(chǎn)生結(jié)合，但卻不能良好地固著于纖維表面，從而導(dǎo)致了真空吸水箱面板結(jié)垢。

2.3 對(duì)策探討及運(yùn)行結(jié)果

根據(jù)測試結(jié)果分析認(rèn)為，為了解決吸水箱面板結(jié)垢問題，必須解決原生產(chǎn)工藝中濕部化學(xué)狀態(tài)之間的矛盾，即漿料纖維表面需求帶正電的物質(zhì)以補(bǔ)償負(fù)電，但漿料中的水溶液卻需要帶負(fù)電的物質(zhì)中和陽離子這一問題。為此，提出了兩套濕部系統(tǒng)優(yōu)化工藝供該廠進(jìn)行選擇。

優(yōu)化工藝一:陽離子松香的加入點(diǎn)前置，避免白水對(duì)濕部狀態(tài)的影響，從而保證松香在纖維上的良好固著［5］。具體工藝為:繼續(xù)采用陽離子松香膠進(jìn)行施膠，保持原工藝化學(xué)品添加量不變。將陽離子淀粉、礬土加入點(diǎn)全部調(diào)整至配漿池，其加入順序?yàn)殛栯x子淀粉、礬土;高濃高位箱處添加陽離子松香膠;低濃高位箱處添加濕強(qiáng)劑;其他化學(xué)品保持不變。

優(yōu)化工藝二:使用陰離子松香膠，避免濕部體系水系統(tǒng)的過渡陽離子化［6］。具體工藝為:采用陰離子松香膠進(jìn)行施膠，保持原工藝化學(xué)品添加量不變。在配漿池按照順序加入陽離子淀粉、濕強(qiáng)劑，陰離子松香膠;其他化學(xué)品添加保持不變。

該廠采用優(yōu)化工藝二重新組織生產(chǎn)，生產(chǎn)運(yùn)行3天未發(fā)現(xiàn)吸水箱面板結(jié)垢，因此，確定選擇優(yōu)化工藝二為生產(chǎn)工藝。

3 結(jié)語

造紙濕部化學(xué)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，當(dāng)化學(xué)助劑加入的種類、方式、用量等不能很好地控制時(shí)，就會(huì)帶來一系列問題，影響正常生產(chǎn)。如本文出現(xiàn)的真空吸水箱面板結(jié)垢，針對(duì)出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析，采取相應(yīng)的措施，改變工藝，通過生產(chǎn)運(yùn)行證實(shí)理論分析及采取的措施很好地解決了生產(chǎn)上出現(xiàn)的問題。

［1］劉溫霞，邱化玉.造紙濕部化學(xué)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

［2］李建文.造紙濕部化學(xué)助劑的協(xié)同作用［J］.造紙化學(xué)品，2006(2):67.

［3］陳蘊(yùn)智，龍 柱，謝來蘇.影響松香膠中性施膠效果的因素［J］.中國造紙，2001，20(2):20.

［4］胡惠仁.造紙化學(xué)品［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

［5］杜海濤，林 海.紙機(jī)濕部化學(xué)加入點(diǎn)的實(shí)踐體會(huì)［J］.中國造紙，2000，19(2):13.

［6］龍 柱，陳蘊(yùn)智，劉全校，等.陰離子松香膠和鋁留著的影響因素［J］.中國造紙學(xué)報(bào)，2001，16(1):65. CPP