脂肪酸皂與脫墨漿接觸時(shí)間對(duì)浮選效率和成本的影響

脂肪酸皂與脫墨漿接觸時(shí)間對(duì)浮選效率和成本的影響

隨著廢紙漿質(zhì)量的下降和生產(chǎn)成本的增加，廢紙漿廠都在尋找可以降低生產(chǎn)成本和優(yōu)化廢紙漿生產(chǎn)的方法。該文探索了延長(zhǎng)脂肪酸皂和紙漿的接觸時(shí)間是否可以改善浮選效率，進(jìn)而改善脫墨漿（DIP）的質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。研究在工廠A和工廠B等2家新聞紙生產(chǎn)廠進(jìn)行，所用原料為脫墨漿和熱磨機(jī)械漿。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：改變脂肪酸皂添加點(diǎn)來(lái)增加脂肪酸皂與脫墨漿的接觸時(shí)間可提高浮選效率；在維持DIP漿料的目標(biāo)白度時(shí)，工廠A可有效降低皂用量；而工廠B改善了DIP漿料的最終白度并降低漂白化學(xué)品用量，同時(shí)還降低了從浮選槽出口漿料的脂肪酸皂的攜帶量，并改善了紙張的摩擦系數(shù)（COF）。

對(duì)于大部分脫墨漿廠而言，脂肪酸皂通常添加于碎漿機(jī)或者浮選槽的入口；盡管二者都是合理加入位置，但前者主要是為了使脂肪酸皂與漿料有足夠的混合接觸時(shí)間以改善油墨捕集效果；而后者有利于減少漿料泡沫，但是這種添加位置卻可增加浮選損失。

脂肪酸皂在脫墨過(guò)程中主要發(fā)生如下作用，即脂肪酸基團(tuán)的分解；與鈣離子反應(yīng)形成高度不溶的鈣皂；可溶的和沉淀的皂對(duì)油墨顆粒的吸附以增加絮聚團(tuán)的疏水性；最后通過(guò)浮選法去除油墨。在一般脫墨條件下，脫墨過(guò)程速度并不快。本研究通過(guò)在2家新聞紙生產(chǎn)廠研究了延長(zhǎng)脂肪酸皂和紙漿的接觸時(shí)間是否可以改善浮選效率，進(jìn)而改善脫墨漿的質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。

1　材料與方法

1.1脂肪酸皂的添加位置

圖1為工廠A的2條脫墨浮選生產(chǎn)線。

圖1　工廠A脫墨線1和脫墨線2的工藝流程圖

工廠A生產(chǎn)新聞紙，其原料為35%～60%的DIP和40%～65%的熱磨機(jī)械漿（TMP）。脫墨線1（L1）為1臺(tái)Lamort浮選槽，包括1臺(tái)初級(jí)浮選槽和1臺(tái)二級(jí)浮選槽，日產(chǎn)量可達(dá)200 t，當(dāng)產(chǎn)量較高時(shí)，啟用該生產(chǎn)線。脫墨線2（L2）主要由5臺(tái)福伊特初級(jí)浮選槽（P1～P5）和1臺(tái)二級(jí)浮選槽（S1）組成，日產(chǎn)量為400 t。

陰離子脂肪酸皂由凱米拉公司提供，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行皂化作為單獨(dú)的脫墨劑。該脫墨劑添加在浮選槽前，添加量為5.2 kg/t。這樣脂肪酸皂與漿料的接觸時(shí)間少于1 min［根據(jù)脂肪酸皂的添加位置（圖中虛線位置）估計(jì)脂肪酸皂與漿料的接觸時(shí)間，下同］。采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測(cè)定溶解鈣離子濃度，結(jié)果為質(zhì)量分?jǐn)?shù)（160±26）×10-6。

在該廠進(jìn)行了2組實(shí)驗(yàn)，其目的是通過(guò)改變陰離子捕集劑的添加位置來(lái)延長(zhǎng)脂肪酸皂與漿料的接觸時(shí)間，如圖1所示。第1個(gè)添加位置為卸料池的入口，可將漿料與脂肪酸皂的接觸時(shí)間增加至5～15 min。根據(jù)產(chǎn)量的變化，其接觸時(shí)間也有所不同。當(dāng)產(chǎn)量高時(shí)，漿料分支進(jìn)入2個(gè)卸料池，而后直接進(jìn)入給料槽，如圖2所示。第2個(gè)添加位置是鼓式碎漿機(jī)的入口。

圖2　工廠A所用脂肪酸皂的添加位置

2個(gè)脫墨漿廠在浮選前后均配備了白度和有效殘余油墨（ERIC）傳感器。雖然傳感器并不能反映出DIP漿料真實(shí)白度和ERIC，但卻可反映出漿料性能的趨勢(shì)變化。工廠A的白度和ERIC在線測(cè)量傳感器安裝在浮選槽喂料口（a）和良漿口（1b和2b）。

圖3顯示了工廠B的脫墨線1和脫墨線2的工藝流程圖。

圖3　工廠B的脫墨線1和脫墨線2的工藝流程圖

工廠B主要采用30%～65%的DIP和35%～70%的TMP為原料生產(chǎn)新聞紙。脫墨線L1由7臺(tái)平行排列的初級(jí)Black Clawson浮選槽組成（BC1～BC7）。當(dāng)產(chǎn)量較高時(shí)，啟用第2條浮選脫墨線——由6臺(tái)安德里茨浮選槽組成（P1～P6）。所有Black Clawson浮選槽和安德里茨浮選槽P1中的漿料組分和化學(xué)助劑均相同。工廠B新聞紙的產(chǎn)量為450～600 t/d，其中Black Clawson浮選槽生產(chǎn)量約占總產(chǎn)量的三分之二。

在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)陰離子脂肪酸皂進(jìn)行皂化后作為單獨(dú)的脫墨劑，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中其用量保持不變。脂肪酸皂的添加位置在給料槽與浮選線L1和L2之間，使得漿料在浮選前與脂肪酸皂的接觸時(shí)間控制在1 min之內(nèi)。電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測(cè)定的溶解鈣離子濃度為250×10-6～265×10-6。試驗(yàn)時(shí)，通過(guò)將脂肪酸皂的添加點(diǎn)向鼓式碎漿機(jī)方向移動(dòng)來(lái)增加脂肪酸皂與漿料的接觸時(shí)間，如圖3所示（脂肪酸皂與漿料的接觸時(shí)間最終可增加到60 min）。

工廠B的白度和ERIC值在線測(cè)量傳感器安裝在浮選槽喂料口（a）和良漿口（b）。手抄片的白度和ERIC值的測(cè)定使用Black Clawson浮選槽（BC1～BC7）的良漿和安德里茨浮選槽P6的漿料。

1.2DIP漿料的光學(xué)性能

為了校準(zhǔn)傳感器白度與ERIC值的讀數(shù)，根據(jù)PAPTAC標(biāo)準(zhǔn)方法E.1《紙漿、紙張和紙板的白度》通過(guò)加入CPAM（B廠）或未加入（A廠）制備DIP漿料。對(duì)于工廠B，從浮選設(shè)備前后收集漿料。對(duì)浮選前的樣品進(jìn)行充分洗滌以估計(jì)不可浮選出去的或者與纖維鍵合的油墨濃度。

1.3浮選槽的空氣含量

實(shí)驗(yàn)前，對(duì)工廠B所用的Black Clawson和安德里茨浮選槽的空氣噴射器進(jìn)行修理，以防止堵塞。FPMonitAir探頭插入工廠A的福伊特2號(hào)脫墨線P3槽中（圖1）和工廠B的1號(hào)脫墨線浮選槽（BC1，BC2）和2號(hào)脫墨線P1～P6，以讀取空氣含量的變化。在安德里茨浮選槽中，探針每10 s讀取1次數(shù)據(jù)，連續(xù)采集10 min的數(shù)據(jù)。除此之外，脂肪酸皂添加點(diǎn)的變化也會(huì)造成泡沫池液位的變化，從而反映出空氣含量的變化。

1.4硬脂酸和軟脂酸分析

在工廠A，混合樣品來(lái)源于壓榨過(guò)的TMP、DIP以及從3臺(tái)紙機(jī)（PM1、PM2和PM3）取下來(lái)的紙樣的混合物。在工廠B，混合樣品取自2臺(tái)新聞紙機(jī)（PM3和PM4）。樣品采用二氯甲烷進(jìn)行索式抽提前進(jìn)行冷凍干燥。采用重氮甲烷對(duì)抽提物改性，而后通過(guò)氣相色譜分析進(jìn)行分離。

1.5紙張的摩擦系數(shù)（COF）與皺褶指數(shù)

采用TAPPI測(cè)試方法T 549-om-13《采用平行方法測(cè)定未涂布紙張和打印紙的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)摩擦系數(shù)》對(duì)工廠A中取自PM1、PM2和PM3紙機(jī)的混合紙樣每星期測(cè)定2次紙張的COF。試驗(yàn)后，COF的測(cè)試仍繼續(xù)進(jìn)行，只是測(cè)定頻率減少，直至試驗(yàn)結(jié)束后的1年半。需要注意的是，在工廠試驗(yàn)過(guò)程中，COF的測(cè)定雖然采用了同樣的方法，但是在不同測(cè)試設(shè)備上完成的。為了降低不同設(shè)備之間的差異，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。皺褶指數(shù)的測(cè)定由負(fù)責(zé)檢查卷紙部的工人完成。

2　結(jié)果與討論

2個(gè)工廠的試驗(yàn)都有相同的目的，即降低成本，改善浮選脫墨效率和DIP漿料質(zhì)量，降低紙機(jī)部分脂肪酸皂的含量從而改善紙張的COF、減少紙張皺褶的發(fā)生。在工廠A中，前期曾嘗試將浮選捕集劑添加在碎漿機(jī)的入口，結(jié)果導(dǎo)致泡沫從泡沫池和福伊特浮選槽中溢流出來(lái)。在改變脂肪酸皂添加點(diǎn)的1 h內(nèi)，大量的泡沫使得3級(jí)和4級(jí)浮選槽的泵以及將泡沫漿池泵送至循環(huán)漿渣的泵失去壓力，造成泵無(wú)法工作?；诖?，設(shè)計(jì)了新的試驗(yàn)，逐漸移動(dòng)捕集劑的添加點(diǎn)至碎漿機(jī)的出口，最終至鼓式碎漿機(jī)的入口。在2個(gè)工廠的試驗(yàn)中，盡量選擇容易實(shí)現(xiàn)的脂肪酸皂的添加點(diǎn)。

2.1工廠A

為了阻止過(guò)量泡沫的形成，對(duì)脂肪酸皂的添加點(diǎn)逐步改變，分別將加入到浮選混合槽中20%和30%的脂肪酸皂加入到卸料池以增加5～15 min與紙漿的接觸時(shí)間。加入的脂肪酸皂轉(zhuǎn)移30 min后得到空氣含量的變化趨勢(shì)。圖4顯示了工廠A中L1線和L2線的空氣含量隨脂肪酸皂轉(zhuǎn)移的變化圖。

圖4　工廠A中L1線和L2線的空氣含量隨脂肪酸皂轉(zhuǎn)移的變化圖

圖4表明浮選混合槽入口脂肪酸皂劑用量由20%逐漸增加到30%，其P3福伊特浮選槽的空氣含量和泡沫槽的液位也在增加；而隨著浮選槽入口脂肪酸皂用量的降低，空氣含量逐漸升高了5百分點(diǎn)，達(dá)到20%。隨后，當(dāng)卸料池中脂肪酸皂用量為30%時(shí)，空氣含量逐漸降低至17%～18%；而此時(shí)，浮選槽泡沫含量增加至25%，泡沫槽的液位達(dá)到檢測(cè)上線105%。為了避免泡沫溢出，臨時(shí)關(guān)掉了從P2到P3的漿泵約30 min，浮選脂肪酸皂返回至浮選槽的入口。這些方法都導(dǎo)致福伊特浮選槽中的空氣含量和泡沫槽液位的降低。這些數(shù)據(jù)在實(shí)驗(yàn)室曾得到證實(shí)，當(dāng)脂肪酸皂添加到浮選槽中，泡沫直徑開(kāi)始變大；而隨著空氣含量的增加，泡沫直徑逐漸變小。顯然，脂肪酸皂在較短混合時(shí)間時(shí)具有消泡的作用。

截止試驗(yàn)第2天早上，浮選槽中的空氣含量又回到最初的15%。工廠注意到，在試驗(yàn)的第1天，脫墨車間的產(chǎn)量較低，因此可判斷脂肪酸皂與漿料接觸時(shí)間為15 min而不是5 min（圖2）。延長(zhǎng)脂肪酸皂與漿料的接觸時(shí)間有助于形成小而穩(wěn)定的氣泡，進(jìn)而使脂肪酸皂失去了消泡的作用。脫墨線L1中的Lamort浮選槽并未出現(xiàn)同樣的問(wèn)題，反而氣泡穩(wěn)定性更好；由于僅有一個(gè)可供使用的測(cè)量探針，因此無(wú)法在線測(cè)定該浮選設(shè)備的空氣含量。我們猜測(cè)與福伊特浮選槽的停留時(shí)間（5 min）相比，在Lamort槽中較長(zhǎng)的停留時(shí)間（10 min）可部分解釋此現(xiàn)象，即該槽通過(guò)較長(zhǎng)的脂肪酸皂的接觸時(shí)間和較為穩(wěn)定的小氣泡，已經(jīng)適應(yīng)了泡沫的影響。其他因素也可以解釋2種類型浮選槽在布?xì)夥矫娴牟煌?，這包括較差的布?xì)獾腖amort浮選槽和另一種具有高湍流的浮選槽。

第3天進(jìn)行了重復(fù)試驗(yàn)，將加入到浮選混合槽中20%脂肪酸皂加入到卸料池以增加5～15 min的接觸時(shí)間。隨著脂肪酸皂接觸時(shí)間的增加，DIP的白度也隨著增加，見(jiàn)圖5。

圖5　工廠A中L1線和L2線的20%的脂肪酸皂轉(zhuǎn)移后DIP漿料白度的增加值的變化

圖5表明，采用工廠白度傳感器測(cè)定的L1和L2浮選線良漿白度有所增加。作為比較，該圖也包括了原始漿料的白度。需要注意的是，在試驗(yàn)過(guò)程中，產(chǎn)量有所下降，因此L1脫墨線停止生產(chǎn)，從而也停止了白度的測(cè)量。當(dāng)卸料池脂肪酸皂的用量為0%時(shí)，L1和L2線良漿的白度相近，但當(dāng)20%的脂肪酸皂添加于卸料池后，L2線白度增加3.5。由于從進(jìn)漿到良漿生產(chǎn)出來(lái)白度的變化需要6 h，添加于卸料池的脂肪酸皂用量減少5%，使得剩余的95%的脂肪酸皂中的80%的加入浮選槽入口，15%加入到卸料池。在接下來(lái)的幾星期，浮選脂肪酸皂逐漸以同樣方式轉(zhuǎn)移浮選槽需要更長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)平衡這些改變。同時(shí)，通過(guò)降低在卸料池而非浮選槽中脂肪酸皂用量，其消泡作用會(huì)降低福伊特浮選槽和泡沫槽的空氣含量。

2條脫墨線漿料白度的增加與通過(guò)改善通氣條件而得到的更小尺寸的泡沫有關(guān)，正因?yàn)槿绱?，提高了氣泡的比表面積，增加了浮選速率常數(shù)。氣泡收集油墨的效率增加造成速率常數(shù)的增加。延長(zhǎng)脂肪酸皂的接觸時(shí)間不僅有利于加強(qiáng)油墨從纖維表面的分離；而且，在鈣離子存在的情況下，提高了鈣離子與脂肪酸皂的絮聚，進(jìn)而增加了油墨的絮聚，但絮聚往往較慢。隨著越來(lái)越多的鈣離子與脂肪酸皂和油墨進(jìn)行反應(yīng)，提高了復(fù)合物的憎水性，進(jìn)而有利于絮聚團(tuán)吸附在氣泡上，最終通過(guò)浮選去除。實(shí)際上，油墨去除效率的改善通過(guò)Lamort初級(jí)浮選設(shè)備的氣泡顏色也可觀察出，與較短的皂化時(shí)間而得到的淺灰色的氣泡相比，其顏色幾乎為黑色；而且，脂肪酸皂在DIP漿料和紙張中的含量也有所減少。白度、ERIC以及油墨去除率的改善效果通過(guò)每天6次的測(cè)試數(shù)據(jù)所證實(shí)；雖然試驗(yàn)檢測(cè)所得到的數(shù)值與傳感器上的讀數(shù)不同，但測(cè)試期間2種方法所得到的白度增加值和油墨去除率是相同的。

在第1次試驗(yàn)（trail 1）期間，工廠A逐漸將脂肪酸皂的添加點(diǎn)從浮選槽向前挪位以期達(dá)到降低脂肪酸皂的用量，維持目標(biāo)白度的目的。

圖6　工廠A控制和試驗(yàn)階段脂肪酸皂含量

圖6表明，在工廠維持L1和L2脫墨線良漿的目標(biāo)白度的基礎(chǔ)上，脂肪酸皂的總用量降低了25%。前期發(fā)現(xiàn)，增加皂化時(shí)間可改善浮選效率，降低脂肪酸皂的用量；因此第2組試驗(yàn)需要探究是否繼續(xù)增加脂肪酸皂的接觸時(shí)間（30 min）來(lái)進(jìn)一步改善油墨去除率。在碎漿機(jī)入口添加脂肪酸皂粉末，而取代在卸料池添加脂肪酸皂。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，白度傳感器測(cè)得的紙漿白度下降了0.8。從我們前期實(shí)驗(yàn)室研究中發(fā)現(xiàn)，浮選效率的改善主要發(fā)生在脂肪酸皂與漿料的接觸時(shí)間為15 min內(nèi)，所以我們對(duì)于工廠這次試驗(yàn)的結(jié)果并不感到奇怪；因此，我們還是將脂肪酸皂的添加點(diǎn)改為卸料池的入口。在該處添加脂肪酸皂的優(yōu)點(diǎn)以及脂肪酸皂用量的減少都被工廠后續(xù)進(jìn)行的另外2組試驗(yàn)所證實(shí)（圖6），即脂肪酸皂以原始用量添加到浮選槽的進(jìn)漿口。脂肪酸皂用量降低25%，可為工廠節(jié)約15～32.5萬(wàn)美元/a，這取決于DIP以及其他表面活性劑的用量。

增加通氣量會(huì)讓工廠關(guān)注得率損失，試驗(yàn)每天測(cè)定壓榨后二級(jí)浮選的漿渣量。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)3個(gè)月的測(cè)定，紙漿得率并未發(fā)生變化。

脂肪酸皂隨著紙漿攜帶到紙機(jī)中會(huì)降低紙張的COF，在卷曲和復(fù)卷過(guò)程中會(huì)造成起皺。皺褶是很窄的褶皺，會(huì)導(dǎo)致紙幅卷曲過(guò)程中形成直徑更大的紙卷。由于紙卷邊緣較高的載荷，因此該紙病經(jīng)常發(fā)生在輥?zhàn)舆吘壍南虏俊Ｔ摷埐〉男纬梢才c厚度較薄、質(zhì)量較輕類型的紙，如新聞紙，尤其是高DIP含量的新聞紙有關(guān)。邊緣載荷大小可通過(guò)控制紙幅邊緣厚度和水分來(lái)調(diào)控；然而，當(dāng)紙幅COF較低時(shí)，正如1～3號(hào)紙機(jī)所生產(chǎn)的新聞紙，會(huì)造成紙幅層與層之間發(fā)生打滑。為了避免復(fù)卷過(guò)程中發(fā)生皺褶紙病以及客戶的投訴，工廠通常會(huì)在冬季紙幅COF較低時(shí)，留下105 mm寬度的線軸（該方法會(huì)導(dǎo)致減產(chǎn)）。很多因素可影響紙張的COF，而紙張表面的化學(xué)性質(zhì)是最重要的影響因素。存在于浮選捕集劑中少量的低表面能的物質(zhì)（如飽和脂肪酸）都會(huì)顯著降低紙張的COF。對(duì)于COF，紙卷之間的滑動(dòng)以及皺褶的形成都有一個(gè)臨界值，因此COF很小的變化對(duì)于紙張來(lái)說(shuō)都至關(guān)重要。通常有2種方法可以降低皺褶的發(fā)生：（1）改變紙張?jiān)闲阅?；?）改變復(fù)卷設(shè)備及操作。

雖然TMP和DIP漿料中的抽出物都可增加紙張的潤(rùn)滑效果，但是飽和脂肪酸（如硬脂酸和軟脂酸）的影響更大。浮選捕集劑是飽和及未飽和脂肪酸的混合物。由于在大量TMP中并未發(fā)現(xiàn)飽和脂肪酸，因此測(cè)定新聞紙中所含有的捕集劑含量變得相對(duì)容易。圖7顯示了工廠A中TMP、DIP和新聞紙中飽和脂肪酸濃度和浮選脂肪酸皂用量的相關(guān)性。

由圖7可以看出，從1～3號(hào)紙機(jī)取得的TMP、DIP和新聞紙的混合樣品中，二氯甲烷抽出物所含結(jié)合的飽和脂肪酸含量。需要注意的是，工廠目前采用表面活性劑逐漸代替脂肪酸皂，以降低脂肪酸皂用量。當(dāng)脂肪酸皂用量降低25%時(shí)，DIP漿料中飽和脂肪酸含量降低了36%，在紙張中降低了54%。這表明，脂肪酸皂的攜帶量與脂肪酸皂用量相關(guān)；并且，提高脂肪酸皂與漿料的接觸時(shí)間可使皂化反應(yīng)充分進(jìn)行，從而有利于提高浮選效率。

圖7　工廠A中TMP、DIP和新聞紙中飽和脂肪酸濃度和浮選脂肪酸皂用量的相關(guān)性

減少飽和脂肪酸的攜帶量對(duì)紙張COF也有積極影響。在工廠進(jìn)行試驗(yàn)前，冬季的靜摩擦系數(shù)從0.38下降到0.37，而動(dòng)摩擦系數(shù)從0.24下降至0.22，冬季紙張的COF會(huì)更低。這是因?yàn)樵摷竟?jié)木材中的樹(shù)脂和脂肪酸含量偏高?？梢钥闯鯟OF數(shù)據(jù)變化很小，因此很難證明原因所在，同時(shí)工廠對(duì)COF的測(cè)定頻率很低，就進(jìn)一步增加了原因的不確定性；雖然很難預(yù)測(cè)抽出物含量變化何時(shí)發(fā)生，但是我們?cè)囼?yàn)開(kāi)始于冬季的12月1日，即當(dāng)COF看似開(kāi)始降低的時(shí)候進(jìn)行的。另外，也選擇第2年的3月8日記錄數(shù)據(jù)，即改變脂肪酸皂用量的前3天。圖8顯示了這些時(shí)間數(shù)據(jù)的變化（圖中：柱狀圖是從1～3號(hào)紙機(jī)取出的新聞紙的秋季、冬季和脂肪酸皂化后的COF；數(shù)字百分比是低于最低值0.35的百分比）。

與真實(shí)測(cè)定值相比，我們更加關(guān)注的是數(shù)據(jù)的變化量以及COF下降到小于0.35時(shí)的頻率。在秋季，紙張COF小于0.35的頻率占26%；而冬季，即當(dāng)年的12月至第2年的3月，達(dá)到了57%。而在第2年的6月，COF小于0.35的頻率下降到7%。在第2年的3月8日，工廠中的操作工人報(bào)告說(shuō)經(jīng)常出現(xiàn)的皺褶消失了。雖然COF數(shù)據(jù)更大程度上取決于人工測(cè)定，但是操作工也發(fā)現(xiàn)皺褶出現(xiàn)的次數(shù)在逐漸降低直至第2年的3月消失。同時(shí)，雖然工廠在這1年半的時(shí)間內(nèi)更改了復(fù)卷操作參數(shù)，但部分生產(chǎn)成本的降低與脂肪酸皂的攜帶量的減少而導(dǎo)致的皺褶的發(fā)生頻率下降有關(guān)。工廠成本的節(jié)約來(lái)自于卷軸上廢紙量的降低（2009年為8 000 t，2011年為3 400 t）和客戶投訴的減少。

2.2工廠B

圖8　工廠A新聞紙靜摩擦系數(shù)發(fā)生頻率隨著季節(jié)和脂肪酸皂的改變的變化情況

工廠B的DIP白度在過(guò)去幾年從56%～57%降低到53.5%～54%，于此同時(shí)，ERIC增加了20×10-6。造成紙漿白度和浮選效率降低的原因有收集單一低質(zhì)量的廢紙，浮選槽中空氣噴射器的老化，碎漿機(jī)中化學(xué)品的變化，產(chǎn)量的波動(dòng)影響碎漿機(jī)和浮選槽中漿料的停留時(shí)間，采用碳酸鈣作為造紙?zhí)盍显斐伤挠捕壬咭约盀榱私档偷寐蕮p失而降低漿渣率等。鑒于工廠A的成功案例，我們期望在浮選前增加漿料與脂肪酸皂的接觸時(shí)間可改善Blank Clawson和安德里茨浮選槽中的油墨去除效率，從而降低漂白化學(xué)品的使用成本。圖9顯示了在皂化前增加脂肪酸皂接觸漿料的時(shí)間增加了安德里茨初級(jí)浮選槽的空氣含量（圖中：柱狀圖是10 min內(nèi)空氣含量的變化；柱狀圖上數(shù)字代表在較長(zhǎng)的皂化時(shí)間空氣含量的增加量）。

正如工廠A（圖3），脂肪酸皂添加于2條浮選槽前，脂肪酸皂與漿料的接觸時(shí)間少于1 min。將脂肪酸皂的添加點(diǎn)改在漿池（卸料池），脂肪酸皂與漿料的接觸時(shí)間可增加至1 h。在改變脂肪酸皂添加點(diǎn)的1 h后，安德里茨浮選槽中的渣漿泡沫顏色變深，而紙漿變得更白。圖9表明，在6臺(tái)安德里茨浮選糟中的空氣含量從2.5%增加至5%。實(shí)驗(yàn)室通過(guò)浮選前后手抄片測(cè)定的油墨去除率從72%提高至80%。與安德里茨浮選糟中停留5 min相比，盡管在Black Blawson浮選糟中停留時(shí)間為9 min，其浮選效率為78%～80%。Black Blawson浮選糟的浮選效率和白度的增加并沒(méi)有改善。顯然，在浮選設(shè)備中停留足夠的時(shí)間有利于增加脂肪酸皂的接觸時(shí)間，但超過(guò)1 h后對(duì)紙漿性能無(wú)明顯改善。與Black Blawson浮選糟相比，安德里茨浮選糟中低的曝氣率和效率使得其對(duì)漿料性能的提高非常明顯。工廠繼續(xù)進(jìn)行了新的添加點(diǎn)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)白度提高1百分點(diǎn)，可節(jié)約15萬(wàn)美元的化學(xué)品。

圖9　在皂化前增加脂肪酸皂接觸漿料的時(shí)間增加了安德里茨初級(jí)浮選槽的空氣含量

工廠B同樣面臨紙張COF較低和皺褶紙病的問(wèn)題。雖然在試驗(yàn)期間該廠沒(méi)有測(cè)定COF和皺褶，但我們?cè)诟淖冎舅嵩淼奶砑狱c(diǎn)后的3星期測(cè)定了從浮選段攜帶的飽和脂肪酸（硬脂酸和軟脂酸）以及未飽和脂肪酸（油酸）含量。圖10顯示了浮選捕集劑攜帶到從工廠B的3號(hào)和4號(hào)新聞紙機(jī)的脂肪酸的量的降低率與脂肪酸皂化時(shí)間的增加關(guān)系。

圖10表明，3號(hào)和4號(hào)新聞紙機(jī)的樣品中二氯甲烷抽出物3種脂肪酸的含量降低了23%～35%。僅低產(chǎn)量脫墨生產(chǎn)線的浮選效率有所改善而脂肪酸皂用量并未發(fā)生變化。很明顯，提高浮選捕集劑的反應(yīng)時(shí)間，其優(yōu)勢(shì)不僅僅是油墨去除率和白度的改善，而且有利于顯著減少DIP漿料中的飽和脂肪酸帶入到新聞紙中的量。

圖10　浮選捕集劑攜帶到從工廠B的3號(hào)和4號(hào)新聞紙機(jī)的脂肪酸的量的降低率與脂肪酸皂化時(shí)間的增加關(guān)系

3　結(jié)論

在2個(gè)工廠中改變脂肪酸皂的添加點(diǎn)以增加浮選前脂肪酸皂與紙漿的接觸時(shí)間，有利于改善所采用的4種商業(yè)浮選設(shè)備的油墨去除率。對(duì)于工廠A，更長(zhǎng)的接觸時(shí)間可在節(jié)約浮選捕集劑用量的同時(shí)，保持相同的漿料白度。工廠B中，增加脂肪酸皂與廢紙漿的接觸時(shí)間可增加3%～5%的空氣含量，進(jìn)而使油墨去除率從72%提高至80%。同時(shí)，工廠B中DIP漿料白度還提高了1百分點(diǎn)，從而有利于降低漂白化學(xué)品成本。通過(guò)延長(zhǎng)浮選設(shè)備中的停留時(shí)間和改變通氣順序并不能改善浮選效率。無(wú)論是否在浮選前或者浮選過(guò)程中，脂肪酸皂與紙漿的接觸時(shí)間應(yīng)安排9～20 min以使浮選效率最大化。浮選前，提高脂肪酸皂的接觸時(shí)間至45～60 min并不能進(jìn)一步改善浮選效率。

2個(gè)工廠的5臺(tái)紙機(jī)試驗(yàn)結(jié)果表明，延長(zhǎng)脂肪酸皂的接觸時(shí)間可降低30%～54%的飽和脂肪酸皂的攜帶量。工廠A中，較低的脂肪酸皂用量和脂肪酸攜帶量可降低新聞紙靜態(tài)COF低于0.35的頻率。同時(shí)，工廠也發(fā)現(xiàn)皺褶紙病的發(fā)生次數(shù)有所減少。

（宋順喜編譯）