堿回收白泥生產(chǎn)輕質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)品及使用實(shí)踐

曹衍軍 翟丙彥

（山東太陽紙業(yè)股份有限公司，山東濟(jì)寧，272100）

制漿造紙廠在堿回收過程中產(chǎn)生的苛化白泥，國內(nèi)外的大型制漿廠一般采用石灰窯煅燒法，使白泥再生成生石灰，循環(huán)使用[1-2]。山東太陽紙業(yè)股份有限公司（以下簡稱太陽紙業(yè)）堿回收生產(chǎn)線產(chǎn)能為900 t/d，該生產(chǎn)線將來自堿法化學(xué)漿和化機(jī)漿有硅漂白的黑液分別蒸發(fā)濃縮，一起混合燃燒，產(chǎn)生的白泥中硅化合物含量比常規(guī)化學(xué)漿高，其特性在某些方面類似非木材化學(xué)漿白泥，白泥循環(huán)使用時對苛化運(yùn)行造成干擾[3-4]，使白泥始終得不到徹底處理，部分白泥需填埋處理，造成較高的費(fèi)用和二次污染的風(fēng)險(xiǎn)。

2014年7月太陽紙業(yè)和美國特種礦業(yè)有限公司（以下簡稱美國特礦）簽約了6萬t堿回收白泥制備造紙?zhí)盍陷p質(zhì)碳酸鈣項(xiàng)目，白泥作為生產(chǎn)原料，提供給輕質(zhì)碳酸鈣項(xiàng)目，進(jìn)行填料級碳酸鈣生產(chǎn)，經(jīng)過近幾年的共同努力，探索出了處理化機(jī)漿生產(chǎn)白泥的可行性方法。2017年，太陽紙業(yè)化機(jī)漿白泥全部轉(zhuǎn)化成造紙?zhí)盍咸妓徕}，并用于該公司內(nèi)各臺紙機(jī)，從此杜絕了白泥填埋處理，實(shí)現(xiàn)了白泥固廢的資源化利用。

1 堿回收白泥的產(chǎn)生和成分

制漿黑液經(jīng)提取、蒸發(fā)濃縮，在堿回收爐燃燒后得到的熔融物，溶于水后形成綠液，其主要成分為碳酸鈉。綠液經(jīng)過濾后加入石灰苛化，使碳酸鈉轉(zhuǎn)化為氫氧化鈉，同時得到的沉淀物為白泥[5]，化學(xué)反應(yīng)見方程式（1）。

白泥的成分以碳酸鈣為主，此外還含有氫氧化鈣、硅酸鈣和殘余的氫氧化鈉，以及鋁、鐵氧化物及塵埃等雜質(zhì)（見表1）。

表1 堿回收白泥主要成分Table 1 Main components of alkali recovery white mud%

2 存在問題

利用苛化白泥生產(chǎn)填料碳酸鈣時，白度和殘堿含量的控制均沒有問題，主要難點(diǎn)有以下幾方面：①由于白泥顆粒結(jié)構(gòu)不均和絮狀結(jié)構(gòu)等問題使過篩水平低于10%，因此成品率不高；②白泥中硅含量較高，導(dǎo)致紙機(jī)施膠劑用量增加；③白泥中存在黑灰等問題。

3 生產(chǎn)優(yōu)化和調(diào)整

3.1 白泥粒徑控制

粒徑是造紙?zhí)盍系闹匾阅苤笜?biāo)，常用平均粒徑或中位粒徑（D50）表示；粒度分布的離散度=(D90-D10)/D50，離散度越小表示粒度分布范圍越窄，過大和過小的顆粒數(shù)越小，粒徑越集中。白泥粒徑的離散度一般在13%～15%，其性能也較均一和穩(wěn)定。另外，比表面積也是造紙?zhí)盍系囊豁?xiàng)重要指標(biāo)，若填料含有較多細(xì)小組分，則其具有更大的比表面積，從而給紙機(jī)運(yùn)行、紙張質(zhì)量、填料留著等帶來諸多問題[3]。為保證白泥輕質(zhì)碳酸鈣的質(zhì)量，在生產(chǎn)過程中，對白泥粒徑及比表面積等指標(biāo)的控制主要做了以下調(diào)整。

首先，控制生石灰的質(zhì)量，氧化鈣含量要求≥90%，并控制過燒灰含量；其次，在保證堿回收正常運(yùn)行的前提下，主要消化溫度控制在94～98℃、消化時間（70±5）min、控制苛化后乳液的過量灰含量在3.0%～4.0%之間[6]，以便控制苛化反應(yīng)效果和苛化乳液的過濾性能；通過對生產(chǎn)工藝的調(diào)整，白泥平均粒徑增大，中位粒徑（D50）為6.5μm[5]。美國特礦則通過精準(zhǔn)控制碳化終點(diǎn)、機(jī)械分離、顆粒表面包覆等一系列措施，最大程度減少了硅化合物對紙機(jī)的負(fù)面影響，使其更適應(yīng)后研磨加工，加工后成品中位粒徑（D50）為3.5μm，完全達(dá)到紙機(jī)填料要求。

3.2 白泥除硅

太陽紙業(yè)的堿回收生產(chǎn)線由于含有機(jī)械漿的黑液，造成白泥中硅含量較高，最初生產(chǎn)的填料碳酸鈣用到紙機(jī)上時，生產(chǎn)紙張施膠度較差，導(dǎo)致施膠劑的用量偏高[3]，最終使生產(chǎn)的填料碳酸鈣用量較低。為攻克這一課題，筆者團(tuán)隊(duì)從堿回收苛化工段入手，在燃燒后的白液中加入絮凝劑，使綠液的硅氧化物和其他金屬雜質(zhì)絮凝，然后利用X-過濾機(jī)和高效澄清器（見圖1）將絮凝物過濾分離[4,7]，控制綠液懸浮物含量≤20 mg/L。這樣不但減少了白泥中硅化合物含量，同時白泥中的黑色細(xì)小塵埃也得到了控制[5]。通過苛化工段的調(diào)整，苛化白泥硅氧化物的含量降低40%左右（見表2），效果非常明顯。

圖1 高效澄清器示意圖Fig.1 Schematic diagram of high efficiency clarifier

表2 白泥中硅氧化物含量Table 2 Content of silicon oxide in white mud %

在隨后的白泥處理加工過程中，美國特礦通過煙氣碳化，使硅進(jìn)一步沉降（見表3），沉降后的硅氧化物通過離心機(jī)從碳酸鈣中分離（如圖2所示）。

圖2 白泥除硅流程示意圖Fig.2 Diagram of silicon removal process in white mud

表3 加工過程中硅氧化物含量變化Table 3 Changes of silicon oxide content during processing%

通過調(diào)整后成品碳酸鈣中硅氧化物含量≤1%（見表3），除硅效果明顯，也避免了對紙張施膠的影響，填料碳酸鈣恢復(fù)到正常使用量。

3.3 白泥殘堿的控制

在白泥項(xiàng)目開機(jī)時，控制白泥殘堿和保證洗滌效果是白泥輕鈣項(xiàng)目的最基本指標(biāo)。但在實(shí)際生產(chǎn)中，仍發(fā)現(xiàn)白泥濾液濁度和殘堿較高，從而給紙機(jī)的濕部系統(tǒng)和紙張質(zhì)量帶來不利影響[8]。針對該問題，優(yōu)化CD過濾機(jī)（Caustic Disk filter）洗滌工藝（見圖3），增加多圓盤過濾機(jī)、板框擠壓機(jī)和白泥澄清器等白泥洗滌設(shè)備，對白泥再進(jìn)一步洗滌(見圖4)。經(jīng)苛化生產(chǎn)工藝優(yōu)化，成品填料碳酸鈣的殘堿含量低于0.1%（見表4），pH值≤8.5，電導(dǎo)率≤2.0 mS/cm，避免了白泥輕質(zhì)碳酸鈣攜帶的可溶性雜質(zhì)。

圖3 CD過濾機(jī)流程示意圖Fig.3 Flow diagram of CD filter

圖4 白泥洗滌優(yōu)化流程Fig.4 Optimized process of white mud washing

表4 白泥殘堿含量Table 4 Residual alkali content of white mud %

4 使用效果

對生產(chǎn)的填料碳酸鈣在紙機(jī)上的使用情況進(jìn)行跟蹤驗(yàn)證，使用苛化白泥保證苛化前綠液和石灰質(zhì)量穩(wěn)定，并對堿回收苛化生產(chǎn)工藝進(jìn)行優(yōu)化控制，才能確保生產(chǎn)填料碳酸鈣的指標(biāo)（見表5）滿足造紙生產(chǎn)需求。白泥質(zhì)量的穩(wěn)定是輕質(zhì)碳酸鈣質(zhì)量的重要保證。如果白泥質(zhì)量波動大，會對后續(xù)白泥輕質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)、紙機(jī)生產(chǎn)和紙張質(zhì)量帶來影響。經(jīng)過一年多的生產(chǎn)調(diào)試，白泥輕質(zhì)碳酸鈣陸續(xù)應(yīng)用在太陽紙業(yè)的各紙機(jī)上，品種涉及雙膠紙、靜電復(fù)印紙、輕型紙及銅版原紙等；根據(jù)紙種及各自質(zhì)量的不同要求，白泥輕質(zhì)碳酸鈣添加量會有所差異。實(shí)踐證明苛化白泥生產(chǎn)的填料碳酸鈣指標(biāo)（見表5）完全可以作為造紙?zhí)盍?，?yīng)用于文化用紙等各紙種上。

表5 填料碳酸鈣成品指標(biāo)Table 5 Finished product index of filler calcium carbonate

5 結(jié)論

堿回收苛化白泥中氧化硅含量較高，對白泥的洗滌和回收再利用造成困難。在苛化生產(chǎn)過程中，通過控制生石灰質(zhì)量、調(diào)整消化反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間，可以穩(wěn)定生產(chǎn)白泥的顆粒粒徑，保持白泥的粒徑均勻。再通過對白泥的進(jìn)一步洗滌、碳化和研磨等工藝，可以有效地控制生產(chǎn)填料碳酸鈣的pH值、中位粒徑（D50）和硅氧化物含量等指標(biāo)（見表5），達(dá)到造紙?zhí)盍系囊?，為堿回收苛化白泥再利用探索出一條可行的方法。