座人保险粉在纸浆漂白中的应用

保险粉在纸浆漂白中的应用

摘 要：保险粉是一种常用的还原性纸浆漂白剂，该文介绍了几种典型流程以及保险粉在纸浆漂白中的应用和研究现状，分析了保险粉纸浆漂白的性能、环境影响和成本。关键词：纸浆 保险粉 漂白Application of Sodium Dithionite in Bleaching of PulpsJiang Yanbin(Chemical Engineering Research Institute, South China University of Technology, Guangzhou , 510640)Qian Yu(Chemical Engineering Research Institute, South China University of Technology, Guangzhou , 510640)Yu Tianxiang(Chemical Engineering Research Institute, South China University of Technology, Guangzhou , 510640)Zhan Huaiyu(State Key Lab. of Pulp and Paper Engineering, South China University of Technology,Guangzhou, 510641)ABSTRACT：Sodium dithionite is a kind of reductive bleaching agent which is widely used in pulp bleaching. Several typical sodium dithionite bleaching processes,and its current situation of industrial application and research were introduced in this paper. The characteristics, environmental impact and cost of sodium dithonite bleaching were also discussed YWORDS：pulp，sodium dithionite，bleaching▲

连二亚硫酸盐是典型的还原性漂白剂，30年代初开始用于漂白机械木浆，进而用于漂白废纸脱墨浆及某些碱法浆。早期主要用稳定性较好的ZnS2O4，由于重金属锌离子对水源有污染，70年代后逐步采用连二亚硫酸钠(Na2S2O4，俗称保险粉)。国外对保险粉纸浆漂白的机理、过程变量及辅助化学品作了全面、系统的研究。早期保险粉在纸浆漂白中的研究和工业应用主要集中在机械木浆漂白方面，近10年来，由于环保和成本方面的原因，目前全世界的造纸业都将注意力集中在了废纸回用上，保险粉在漂白脱墨浆中的研究和工业应用报导也日益增多，主要集中在多段漂，如PY两段漂、(EPO)ZY多段漂等，E为NaOH，P为H2O2，O为氧气，Z为臭氧，Y为保险粉［1～4］。大量研究和工业实践表明，保险粉漂白脱墨浆与漂白机械木浆在机理、漂白效果、影响因素等各方面基本相同，采用PY或(EPO)ZY多段漂是最经济有效的脱墨浆漂白方法，在德国、北美已有工业应用。相比之下，我国对保险粉纸浆漂白的研究和应用较少。

对于保险粉的漂白机理，经典的观点认为是靠S2O的水解产生大量新生态［H］来达到提高白度的目的。进一步的研究表明，保险粉漂白纸浆时，S2O根中的三价硫被氧化成为HSO-3根中的四价硫，即S3+→S4++e，主要是利用此还原性提高纸浆的白度。保险粉用于漂白纸浆从而提高纸浆的白度，其作用主要体现在如下几个方面：①减少α，β位置上的末端饱和羰基；②易还原纸浆中的醌结构，使其成为无色的酚衍生物；③还原纸浆中的松柏醛的结构及黄酮型的有色成分；④使纸浆中的Fe3+还原成Fe2+；⑤在漂白过程中生产HSO-3和SO作用于环共轭双键系统的异丁香酚和查尔酮的化合物上产生漂白作用［5］。

研究和生产实践表明，用保险粉漂白，提高纸浆白度的同时，对纸浆纤维强度和成纸的不透明度没有什么负作用［6］，而H2O2或含氯漂白剂都会存在不同程度的负作用。同时，保险粉还具有较强的去除纸浆色度的作用［7］。1 主要过程变量及典型工艺流程1.1 主要过程变量

保险粉纸浆漂白的过程变量主要包括pH值、保险粉用量、漂浆浓度、漂白温度、漂白时间等［5］，上述变量不能孤立地考虑，实际生产中应根据具体情况来选择和确定。1.1.1 pH值 一般认为，适宜的保险粉纸浆漂白起始pH值6～8，使用中应根据具体情况来确定。随着pH值的降低，保险粉无效分解加速，但pH值过高，则保险粉活性将降低，均不利于纸浆漂白。在漂白过程中，纸浆的pH值将下降0.3～1.0，视所处理的条件、温度、白水循环系统等1方面是总结经验把调试服务经历构成文字而定。漂白过程中纸浆接触空气越多，pH值下降越大。1.1.2 保险粉用量 一般在0.2%～2%(对绝干浆)之间，过量的保险粉实用价值不大，同时会增加系统循环白水中保险粉分解产物的浓度，导致腐蚀的增加，并且保险粉的加速分解，将导致漂白效果的下降。1.1.3 纸浆浓度 传统的保险粉纸浆漂白一般在低浓(3%～5%)下进行，目前中浓甚至高浓的保险粉漂白过程已有工业应用。保险粉容易被空气氧化，浓度高的纸浆一般会含有较多空气，因此在中高浓漂白过程中应更符合现今复合材料行业的要求加注意设备的密封和排除纸浆中的溶解氧。若纸浆浓度太低，则水中的溶解氧足以使被稀释的保险粉分解。1.1.4 漂白温度 温度对漂白效果有显著的影响，不宜采用低温，原因可能是低温时纸浆悬浮液含氧量太高。低浓漂白一般在60℃左右，而中高浓漂白一般在85℃左右进行，高浓漂白则一般在120℃以上进行。在通常的浓度和保险粉用量范围内，保险粉还原纸浆中发色基团的活性随温度上升而增加，同时，提高温度有利于排除浆中溶解氧，减少保险粉的无效分解。因此温度每升高11～14℃，可提高白度1%ISO，化学药品用量愈高效果愈明显。但温度越高，保险粉分解所产生的低价硫腐蚀性越强，对设备的防腐蚀要求越高。1.1.5 漂白时间 漂白时间与温度有密切关系，提高温度可缩短时间，但前提是漂白要在合适的漂白设备中进行，一般40～65℃漂白时间为又实现了产品技术改进60min，60～75℃漂白时间为30～45min，75～100℃漂白时间为10～15min，超过100℃漂白时间小于5min。1.2 典型工艺流程及其主要过程变量

保险粉纸浆漂白的工艺流程和设备很多，可直接往纸浆中加保险粉，也可在磨木机浆坑或磨盘中加保险粉，可采用单段漂，也可采用多段漂。漂白过程很简单，使化学品与纸浆充分混合，在特定工艺条件下完成漂白过程即可。经过60多年的实践，保险粉纸浆漂白过程有了很大改进，逐步发展和形成了几种各具特点的工艺流程和设备，各种流程中白水均循环回用。1.2.1 传统的漂白塔流程［8］

传统的漂白塔保险粉纸浆漂白流程如图1所示，主要过程变量列于表1。传统的漂白塔流程，具有设备、流程简单的特点，但其漂白效果相对较差，白度增值10%ISO以下，多为5%～8%ISO。在一些历史比较长的纸厂机械木浆漂白中，主要采用该流程作保险粉单段漂和H2O2-保险粉两段漂，在废纸脱墨浆的单段漂和多段漂中也主要采用该流程。

图1 传统的漂白塔流程示意图1—未漂浆贮槽 2—白水 3—蒸汽 4—温度控制 5—浆浓控制

6—液位控制 7—保险粉漂液 8—加药量控制 9—流量控制 10—漂白塔 11—漂后浆贮槽表1 传统漂白塔流程主要工艺参数

pH 保险粉用量/% 浆浓/% 漂白温度/℃ 漂白时间/min 5～8 0.25～2 3～5 40～75 30～120 1.2.2 木片磨木浆磨盘中直接加保险粉的漂白流程［9］

该流程如图2所示，该流程属高浓漂白，主要过程变量见表2，是近年来新建木片磨木浆生产线保险粉漂白采用的主要流程。该流程可选择在一磨、二磨及漂白塔中加保险粉进行单段漂或多段漂，工艺和设备条件与传统的漂白塔流程有很大差别，各厂家根据具体情况也不尽相同，主要工艺参数见表2。该流程能充分发挥保险粉的漂白作用，具有较好的漂白效果，白度增值一般都在12%ISO以上。 图2 木片磨木浆磨盘中直接加保险粉的漂白流程示意图1—保险粉溶液加药系统 2—一磨 3—二磨 4—漂白塔表2 木片磨木浆磨盘中直接加保险粉的漂白流程主要工艺参数

pH 保险粉用量/% 浆浓/% 漂白温度/℃ 漂白时间/min 一 磨 5～6 0.1～1.5 18～40 ＞120 ＜3 二 磨 5～6 ～0.3 ～20 ～120 ＜3 漂白塔 5～7 回收废塑料的价格远比最近几年来不断上涨的塑料原料价格要来的便宜～0.3 3 60 60 1.2.3 保险粉中高浓纸浆漂白流程［10］

该流程如图3所示，主要过程变量见表3。该流程在机械木浆和废纸脱墨浆漂白中均有研究和应用，据报导可达到8%～15%ISO的白度增值。 图3 保险粉中高浓纸浆漂白流程示意图1—未漂浆贮槽 2—流化泵 3—混合器 4—漂白塔表3 保险粉中高浓纸浆漂白流程主要工艺参数

pH 保险粉用量/% 浆浓/% 漂白温度/℃ 漂白时间/min 4.5～6.5 0.5～1.5 8～15 35～80 15～120 1.2.4 压力磨石磨木浆磨浆坑中直接加保险粉的漂白流程［8］

该流程如图4所示，该流程属低浓漂白，目前处于中试和工厂试生产阶段，主要过程变量见表4。该流程能充分发挥保险粉的漂白作用，具有较好的漂白效果，白度增值为12%～14%ISO。同时，该流程可减少污染物，BOD7较传统的漂白塔流程少3kg/t绝干浆。 图4 压力磨石磨木浆磨浆坑中直接加保险粉的漂白流程1—保险粉溶液加药系统 2—压力磨浆坑 3—漂白塔表4 压力磨石磨木浆磨浆坑中直接加保险粉的漂白流程主要工艺参数

pH 保险粉用量/% 浆浓/% 漂白温度/℃ 漂白时间/min 磨 盘 6～7 0.4～1.2 1～2 ＞105 ～3 漂白塔 5～6 0.4～0.8 3 ～60 60 2 保险粉纸浆漂白技术进展2.1 保险粉纸浆漂白过程的优化

调查表明［1］，目前采用保险粉漂白的纸厂中，多数未能在最优化的条件下操作，影响了保险粉的漂白效果。因此，应根据不同情况，对保险粉纸浆漂白进行工艺、设备上的优化。设备方面，针对高温有利于保险粉漂白的特点，国外已开发或正在开发高温短漂白时间的设备和流程，如本文介绍的后3种流程，这些流程有利于使保险粉漂白达到较高的白度增值。工艺条件方面，国外除根据不同的浆种对漂白的过程变量进行优化外，还针对保险粉使用不当，在纸浆漂白过程会出现的保险粉无效分解、设备腐蚀、不能达到预计的白度增值和漂后浆返黄等问题，进行了大量研究，并已在工业中实施。2.1.1 保险粉的无效分解及预防

保险粉很不稳定，容易被空气氧化而分解，部分连二亚硫酸钠分子会发生歧化反应，从而生成效率较低的还原剂。氧化反应进行十分迅速，甚至可能在漂白开始前，即消耗掉大部分连二亚硫酸钠，而歧化反应随着酸性的增加而加快，当pH值低于4时，反应几乎瞬时进行，纸浆中的重金属离子具有催化加速作用。主要氧化及歧化反应式如下［5］：2Na2S2O4+2H2O4NaHSO3Na2S2O4+O2+H2ONaHSO3+NaHSO42Na2S2O4+O2→2Na2S2O52Na2S2O4+4H+→4Na++3SO2↑+H2O+S↓3S2O2