竹漿深度脫木素蒸煮同步留硅工藝優(yōu)化及機(jī)理研究.pdf

1、我國木材資源匱乏，非木材資源豐富，因此大力發(fā)展非木材制漿對優(yōu)化我國造紙工業(yè)原料結(jié)構(gòu)具有重要的戰(zhàn)略意義和現(xiàn)實意義;但非木材中硅含量較高，在制漿過程中漿料中的硅大量溶出進(jìn)入黑液造成的“硅干擾”，給堿回收帶來了巨大的難題，因此，研究減輕或消除硅干擾問題具有很大的現(xiàn)實意義。本論文主要對竹漿深度脫木素蒸煮同步留硅工藝進(jìn)行了優(yōu)化，并對留硅劑的作用機(jī)理進(jìn)行了研究，課題對竹漿中硅的含量和分布進(jìn)行了分析，優(yōu)化了硫酸鹽法黑液硅含量測定的方法，研究了硫酸鹽法

2、蒸煮過程中硅的溶出及抑制規(guī)律，根據(jù)竹漿硅的含量和分布以及蒸煮過程中硅的溶出及抑制規(guī)律對蒸煮同步留硅工藝進(jìn)行了優(yōu)化，分析了原蒸煮工藝留硅作用的局限性，對比分析蒸煮不同階段留硅劑的作用效果，確定了留硅劑添加的最佳階段，確定了最佳階段的最佳保溫溫度、保溫時間和用堿量，設(shè)計正交試驗進(jìn)一步證明蒸煮同步留硅的最佳工藝條件，對留硅劑的協(xié)同作用進(jìn)行了初步研究，并對留硅劑的留硅機(jī)理進(jìn)行了初步的探索。研究結(jié)果表明:
　　竹類原料的竹屑中含有大量的硅，

3、主要是由于竹屑中所含大量塵砂類物質(zhì)硅含量較高，因此竹片進(jìn)行蒸煮之前，竹原料的充分清洗篩選對降低黑液硅含量很重要;竹類原料的外表面層也含有較高的硅含量，且多以單質(zhì)的形式存在，少量以SiO2或復(fù)鹽形式存在，這部分硅對堿液較容易分解，在蒸煮過程中蒸煮液堿性條件下較易溶出，且溶出率要高于草類原料。
　　留硅劑的留硅過程主要發(fā)生在竹漿蒸煮預(yù)浸段，因此，預(yù)浸段蒸煮留硅劑作用效果的研究是本課題研究的關(guān)鍵。根據(jù)單因子輪換法得出，預(yù)浸段留硅劑留硅效

4、果最好的最佳保溫溫度為100℃，最佳保溫時間為90～120min，最佳用堿量為12％。根據(jù)正交試驗設(shè)計結(jié)果可知，預(yù)浸段留硅劑留硅效果最好的蒸煮工藝組合為A2B3C3，即保溫溫度為100℃，保溫時間為120min，用堿量為12％，此時，黑液硅的去除率可達(dá)79.49％。
　　對于竹漿深度脫木素蒸煮同步留硅機(jī)理的初步探索發(fā)現(xiàn)，偏鋁酸鈉、氧化鈣及硫酸鎂無論是單獨作用還是協(xié)同作用時都具有抑制硅轉(zhuǎn)移的效果。偏鋁酸鈉留硅機(jī)理為:在蒸煮過程中，添

5、加的偏鋁酸鈉可與蒸煮液中的硅物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，生成疑似硅酸鋁鈉的硅鋁無定形復(fù)合物，該物質(zhì)不溶于水，且具有一定的吸附性，可吸附在紙漿纖維表面，從而使黑液中的硅物質(zhì)轉(zhuǎn)移到紙漿上，達(dá)到留硅的效果。鈣鋁協(xié)同留硅的機(jī)理為:在蒸煮過程中，氧化鈣、偏鋁酸鈉與黑液中的硅物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，生成了一種鈣水化石榴石，該水榴石為晶體，能夠穩(wěn)定的存在于酸堿溶液中;同時，也生成了Ca2SiO4、硅灰石及Ca(OH)2等具有粘結(jié)和吸附性的物質(zhì)，這些物質(zhì)較為均勻的附著在鈣水化

6、石榴石表面，并使其吸附粘結(jié)在紙漿纖維表面;因此，導(dǎo)致了黑液中硅含量的降低，及紙漿中硅含量的升高，從而達(dá)到了留硅的作用效果。鎂鋁協(xié)同留硅的機(jī)理的初步猜測為:在蒸煮過程中，添加的偏鋁酸鈉與黑液中的硅物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，生成了硅鋁的無定形復(fù)合物。成漿段添加硫酸鎂后，硫酸鎂在堿液中發(fā)生反應(yīng)生成了水鎂石，可能也有部分硫酸鎂與蒸煮液中的Al、Si等物質(zhì)生成了鎂鋁化合物或硅鎂化合物等。由于水鎂石比表面積極大，具有優(yōu)異的吸附性能，它能夠吸附在紙漿纖維的同時也