化學分離處理硫酸鹽法造紙黑液的製作方法

2023-05-03 21:50:31 1

專利名稱：化學分離處理硫酸鹽法造紙黑液的製作方法
技術領域：
本發明是有關化學分離處理硫酸鹽法造紙黑液、特別是草漿類造紙黑液及鹼回收方法。
硫酸鹽法造紙黑液是用氫氧化鈉和硫化鈉組成的混合藥物為製漿藥劑，將製紙原料如木、草類進行造紙工藝處理過程中產生的廢液，此廢液含有製漿藥劑、木質素、其它有機物等物質，顏色是黑褐色，又稱黑液。
目前我國造紙企業中有極少數木漿類大中型造紙廠設有鹼回收裝置進行黑液處理，絕大多數造紙廠特別是中、小型草漿類造紙廠黑液都是未經處理，直接排放於江河，形成了最大的水質汙染源之一，這既是資源的極大浪費，又造成了環境的嚴重汙染。
我國造紙行業現有處理黑液鹼回收方法是將黑液濃縮到很高的濃度，固形物含量達50～60%，然後噴入升溫到一定高度的燃燒爐中，利用黑液中自身的有機物進行燃燒，燃燒過程中黑液中的鈉轉化為碳酸鈉，經石灰苛化後轉化為氫氧化鈉，又回到製漿造紙中利用。這種方法只適用於木漿類大、中型造紙廠，對草漿類中、小型造紙廠不適用，因為草漿類造紙原料主要為農作物稿稈，它含有大量的矽，在將黑液濃縮時會產生大量結垢，造成蒸發管道的堵塞，使黑液的濃縮無法進行;另外，中小型造紙廠的黑液量不足，加之其中木質素的含量不如木漿類的多(木質素髮熱量為5500～6000卡/公斤是燃燒爐中維持燃燒的主要燃料)，因此靠黑液自身的燃燒不能維持燃燒爐的爐溫，還得補充其它燃料如天然氣、重油等，使鹼回收成本明顯增高;再者，燃燒法鹼回收的設備投資費很高，一般，一個年產一萬噸的造紙廠，其鹼回收設備投資費約為八百萬元，這是中、小型造紙廠難以承受的。而目前我國造紙廠絕大多數是中、小型企業，造紙原料以草類為主，因此未能使用燃燒法回收鹼，而是將黑液直接排放，造成了資源浪費和環境汙染。為此擬另尋一條能為我國草漿類中、小型造紙廠採用的黑液處理和鹼回收方法。
最近，中國專利(1987年7月8日)CN貧5109413A公告了關於「溼裂化法處理草類製紙漿廢液」發明。該發明的特點是固形物濃度為5～30%製紙漿廢液在壓力為90～250公斤/cm2、溫度280～374℃、反應時間5～30分鐘的條件下進行溼裂化反應。使廢液中有機物裂化為氣體、焦油和碳粉沉澱，矽酸鈉轉化為二氧化矽沉澱。此法的缺點是要求在高溫高壓下進行，條件比較苛刻，一般中、小型造紙廠難以實施。
在日本公開特許公報(A)昭58～36291中，公開了一種從鹼法或硫酸鹽法製漿黑液中回收藥劑的方法，它的目的是不用燃燒法而用化學分離方式處理硫酸鹽紙漿黑液，從中回收木質素、糖、鹼等物質，並使鹼回收設備投資費用大為降低。此方法是用酸(硫酸等)調節黑液酸度為PH4.5左右，使黑液中木質素沉澱下來，然後進行分離，固體部分為木質素，溶液部分為糖類化合物和硫酸鈉，此硫酸鈉與糖類化合物的分離採用的是將溶液蒸乾後用低分子量醇溶解硫酸鈉的方式;或將溶液濃縮至一定程度後冷卻至0℃，使硫酸鈉結晶析出的方式。分離出的硫酸鈉用水溶解，送入離子膜電解槽中電解，獲得氫氧化鈉和硫酸與硫酸氫鈉的混合物。氫氧化鈉用於製漿造紙，硫酸與硫酸氫鈉的混合物用於處理新的黑液，以沉澱木質素。此法不足之處是在PH4.5的酸度下木質素不能完全沉澱。另外，在此酸度下，氫離子對木質素上的鈉離子取代不全，致使鹼回收率降低;硫酸鈉與糖類化合物的分離操作過煩，使能耗增高，增加了運輸費。
本發明的目的在於避免上述現有技術中的不足之處，為採用硫酸鹽法製漿造紙特別是草漿類中、小型造紙廠黑液處理和鹼回收提供一條設備投資少、運轉費用低、經濟效益、環境效益、社會效益均較高的實用方法。
本發明的目的可以通過以下措施來達到，採用化學分離方式處理硫酸鹽法製漿黑液。用酸調節黑液酸度，使黑液中木質素沉澱下來，然後進行分離。用適當的黑液提取裝置(如帶式洗漿機、螺壓機等)提取5～6波美的黑液，用酸(如硫酸)調節黑液的酸度為PH1.5～5.0，用蒸汽間接加熱至60～90℃，在此條件下黑液中的木質素完全沉澱下來，並產生凝聚。同時，肽局仕亟岷系哪評胱穎渙蛩岬那飫胱尤〈隼矗肓蛩岣岷閒緯閃蛩崮啤＞嬋展撕螅舜硪悍治講糠 沉澱部分主要是木質素，溶液部分為糖類化合物和硫酸鈉，木質素可用作鍋爐燃料，或用作製造木質素酚醛樹脂粘結劑的原料等。溶液部分經電滲析後，使糖類化合物與硫酸鈉分離，將硫酸鈉溶液濃縮至含硫酸鈉4～12%，在其中加入固體硫酸鈉，使此溶液硫酸鈉的含量為5～25%，送入陽離子交換膜電解槽的陽極室中，同時在陰極室中送入濃度為10～20%的氫氧化鈉溶液，進行電解。此時，在陰極室中生成硫酸與硫酸氫鈉的混合物，在陰極室中形成更濃的氫氧化鈉溶液，同時，在陽極室釋放出氧氣，在陰極釋放出氫氣，硫酸和硫酸氫鈉的混合物用於處理新的黑液以沉澱木質素，氫氧化鈉用於製漿造紙。
化學分離處理硫酸鹽法造紙黑液及鹼回收的工藝流程如附圖
所示。用帶式洗漿機或螺壓機提取濃度為4～6波美的造紙黑液，送入黑液貯池1，放入一定量的黑液於中和器2，在攪拌和抽風下緩緩加入液硫酸，使黑液的PH降到1.5～5.0為止。在60～90℃溫度條件下保溫30分鐘，保溫後將此液送至轉鼓式真空過濾器3進行真空過濾，濾渣(木質素)送酚醛樹脂合成器4合成木質素酚醛樹脂(或送至鍋爐房作燃料)。濾液(硫酸鈉與糖的混合液)送電滲析器5進行分離處理，分離出的糖液棄去，除去糖後的硫酸鈉液經濃縮器6濃縮至含硫酸鈉4～12%，在此液中加入固體硫酸鈉使其含量達到5～25%，送入陽離子交換膜電解槽7的陽極室，同時，向陰極室內送入10～20%的氫氧化鈉溶液，進行電解，陽極室中生成的硫酸和硫酸氫鈉的混合液送中和器2中和新的黑液，陰極室中生成的更濃的氫氧化鈉溶液送製漿車間。電解時，在陽極上生成氧氣，在陰極上生成氫氣。
實施例1利用造紙廠提供的硫酸鹽法麥稈原料蒸煮黑液(4.5波美、PH10.98)取12公斤於中和器內，在攪拌下緩緩加入濃硫酸調節PH為1.5，在80℃溫度下保溫30分鐘，將此液進行真空過濾，得沉澱(木質素)300克(按烘乾計)濾液11.2公斤。將濾除木質素的濾液濃縮至原體積的1/4，即2.8公斤，送入離子交換電解槽內進行電解，得110.7克氫氧化鈉和與238.5克硫酸相當的硫酸與硫酸氫鈉的混合液(包括調節黑液酸度時過量的硫酸)。
實施例2取10公斤4波美(PH12.59)硫酸鹽法針葉樹原料蒸煮黑液於中和器內，用濃硫酸調節PH為3，在80℃溫度下保溫30分鐘，進行真空過濾，將濾液濃縮至2.5公斤，送入陽離子交換膜電解槽內進行電解，得140.0克氫氧化鈉和與210.7克硫酸相當的硫酸與硫酸氫鈉的混合液(包括調節黑液酸度時過量的硫酸)。
本發明與現有技術相比，不需將黑液濃縮、燃燒，因此運轉和維修比現有的燃燒法鹼回收技術容易;同時設備投資費遠低於現有的燃燒法鹼回收技術，以年產一萬噸的造紙廠為例，本發明的設備投資費約為一百萬元，而現有的燃燒法鹼回收技術約需八百萬元;此外，本發明不需要在高溫高壓下進行，比最新專利「溼裂化法處理草類製紙漿廢液」容易實施;本發明適用性寬，既適用於中、小型造紙廠，也適用於大、中型造紙廠;既適用於草漿類造紙廠，也適用於木漿類造紙廠。
權利要求
1.化學分離處理硫酸鹽法造紙黑液特別是草漿類造紙黑液及鹼回收方法，是採用化學分離方式，用酸調節黑液酸度，然後進行分離，其特徵在於提取4～6波美濃度的製紙漿黑液，加入酸使成為酸性PH1.5～5.0，反應溫度60～90℃，保溫30分鐘，經真空過濾後，沉澱部分主要為木質素，溶液部分為糖類化合物和硫酸鈉，將溶液部分分離，得到硫酸鈉溶液，將此溶液濃縮，再加入固體硫酸鈉使濃度為5～25%送入陽離子交換膜電解槽中電解，製得硫酸與硫酸氫鈉的混合液和氫氧化鈉液。
2.按權利要求1中所述的方法，其特徵在於用帶式洗漿機或螺壓機提取濃度為5～6波美的硫酸鹽法製紙漿黑液。
3.按權利要求1中所述的方法，其特徵在於加入的酸為硫酸或硫酸與硫酸氫鈉的混合液，調節黑液酸度，最好是PH2～3，反應溫度最好為70～80℃。
4.按權利要求1所述的方法，其特徵在於酸處理液中糖類化合物與硫酸鈉的分離，採用電滲析法。
5.按權利要求1中所述的方法，其特徵在於硫酸鈉溶液的電解使用陽離子交換膜電解槽，電解前的硫酸鈉溶液濃度最好為10～20%。
全文摘要
本發明是關於硫酸鹽法造紙黑液的處理及鹼回收方法。其特點是採用化學分離法用酸將黑液酸度調節為pH1.5～5.0、反應溫度60～90℃，經真空過濾、電滲析、蒸發濃縮等，使硫酸鈉溶液濃度為10～20％，送入陽離子交換膜電解槽中電解，獲得硫酸與硫酸氫鈉的混合物和氫氧化鈉，硫酸與硫酸氫鈉的混合物用於處理新的黑液，以沉澱木質素，氫氧化鈉用於製漿造紙。本方法投資少、效益高，特別適用於草漿類中、小型造紙廠治理黑液汙染及鹼回收利用。
文檔編號D21C11/04GK1037183SQ8810588
公開日1989年11月15日 申請日期1988年4月19日 優先權日1988年4月19日
發明者漆玉邦, 徐光華 申請人:四川農業大學