DCS组分对浮选脱墨和脱墨浆漂白效果的影响

杨秋林李宗全,2刘从香傅英娟秦梦华

(1.山东轻工业学院制浆造纸科学与技术省部共建教育部重点实验室,山东济南,250353; 2.山东华泰集团,山东东营,257335)

DCS组分对浮选脱墨和脱墨浆漂白效果的影响

杨秋林1李宗全1,2刘从香1傅英娟1秦梦华1

(1.山东轻工业学院制浆造纸科学与技术省部共建教育部重点实验室,山东济南,250353; 2.山东华泰集团,山东东营,257335)

在旧报纸脱墨浆浮选过程中,溶解和胶体物质的存在会影响浮选脱墨效率。采用亲脂性抽出物、木素磺酸钠、钙离子和果胶酸作为DCS中主要物质的模型物,研究了它们对旧报纸浮选脱墨以及后续漂白效率的影响。结果表明,浮选过程中,低浓度的亲脂性抽出物能够改善浮选效率,而高浓度的亲脂性抽出物降低浮选效率。浮选过程中果胶酸和钙离子的存在都能够提高浮选效率,降低脱墨浆的残余油墨,提高脱墨浆的白度,但同时纸浆浮选得率有所下降。木素磺酸钠对油墨浮选效率的影响较小。

溶解和胶体物质;模型物;旧报纸;浮选;脱墨浆

高得率浆和脱墨浆是目前新闻纸厂的主要生产原料,它们在制浆漂白过程中,会生产大量的溶解和胶体物质(Dissolved and Colloidal Substance,DCS)[1-2],这些DCS包括亲脂性抽出物、低分子木素、果胶类物质以及无机金属离子等多种成分,并且随着白水回用程度的提高,这些DCS在浆水体系中的浓度也越来越高。DCS的存在影响湿部添加剂的作用效果,引起树脂障碍或胶黏物沉积;当DCS保留在纸中时则会影响纸张物理性能和光学性能[3-4]。

浮选法是目前用于旧报纸脱墨过程中有效去除油墨的主要方法。在浮选过程中大都采用回用的白水或过程水,这些回用水中含有大量的DCS,有研究表明,DCS能够降低旧报纸脱墨浆的浮选效率[5],但笔者以前的研究表明,在旧报纸脱墨浆浮选过程中DCS的存在能够促进油墨的浮选效率[6],DCS对浮选效率的影响可能与DCS中的不同组分及其浓度有关。因此,有必要对DCS中主要组分及其浓度对浮选效率的影响进行研究。

本实验选用DCS主要组分的模型物用于旧报纸浮选脱墨中,研究DCS中具体组分对旧报纸浮选脱墨以及后续过氧化氢漂白效果的影响,明确DCS中具体组分对旧报纸浮选脱墨效率的影响,对白水和过程水的合理回用具有一定的实践意义。

1 实 验

1.1 实验原料

废纸:8#美废,储存时间不超过6个月;杨木化学热磨机械浆(CT MP)。这两种原料均由山东华泰纸业集团提供。

果胶酸(Polygalacturonic acid)由Alfa Aesar公司生产,相对分子质量为25000～50000,使用时先溶于10%的NaOH溶液中;当果胶酸质量浓度为200 mg/L时,其阳电荷需求量为8.190 mmol/L (德国Mütek PCD 03电荷滴定仪测定,pH值4.5)。

木素磺酸钠由广州造纸厂提供。CaCl2为分析纯试剂。

脱墨剂:脂肪醇聚氧乙烯醚非离子表面活性剂。

1.2 实验方法

1.2.1 CT MP抽出物的制备与溶解

首先将CT MP真空干燥处理,用丙酮在索氏抽提器中于热水浴中抽提24 h,然后进行旋蒸去除大部分丙酮,用注射器慢慢注入到搅拌状态的一定量的水中,然后在透析袋中(截留相对分子质量为12000～14000)进行透析,以去除其中的丙酮,使抽出物分散成胶体状。透析袋在蒸馏水中透析时间不少于8 h,期间每隔1 h换1次蒸馏水。通过该方法获得的树脂模拟物在水中能够保持较好的胶体分散性,并与实际纸浆系统中胶体树脂的存在形式相近[7]。此胶体分散作为DCS中亲脂性抽出物的模型物。

1.2.2 碎浆

碎浆在FORMAX Micro-Maelstrom(H-272M)实验室高浓碎浆机中进行。各种化学药品用量如下(均对绝干旧报纸):NaOH用量1%,Na2SiO3用量2%,H2O2用量1.0%,EDTA用量0.5%,脱墨剂用量0.2%。碎浆浓度为10%,碎浆温度55℃,时间为20 min,碎浆采用蒸馏水。

1.2.3 浮选

浮选在L-100 FORMAX浮选槽中进行。将碎解后的废纸浆稀释到1%浆浓,浮选的总体积为8 L。浮选前将一定浓度的各种模型物溶液加入到蒸馏水中(加入各种模型物时废纸本身带入的钙离子未计算在内),并用NaOH和H2SO4调节浮选pH值为7.8。浮选时间15 min,浮选完成后在80目网中浓缩得到脱墨浆。

1.2.4 脱墨浆过氧化氢漂白

将脱墨浆置于聚乙烯塑料袋并在热水浴中进行漂白。漂白药品用量如下(对绝干浆):NaOH用量1%,Na2S iO3用量2%,EDTA用量0.2%,H2O2用量1.5%。漂白温度70℃,浆浓10%,时间为1 h。漂白结束后,将浆料稀释到1%浆浓,洗涤并在80目网中浓缩得到漂白脱墨浆。

1.2.5 抄片

采用奥地利产RK-3A PTI圆形抄片器抄片,定量为80 g/m2。

1.2.6 脱墨浆残余油墨的测定

纸浆残余油墨采用Technidyne Color Touch[ERI C 950]测定。

2 结果与讨论

DCS的组成十分复杂,不同来源的DCS的组分及其浓度都会有所不同。DCS中主要物质有亲脂性抽出物、溶解的低分子木素及其衍生物、溶解的糖类物质(如果胶酸)以及各种金属离子等。因此,本实验选用杨木CT MP的丙酮抽出物、果胶酸、木素磺酸钠和钙离子作为DCS中主要组分的模型物,加入到浮选系统中,研究比较了它们对旧报纸脱墨浆浮选脱墨以及后续漂白的影响。

2.1 DCS主要组分的模型物对旧报纸脱墨浆残余油墨的影响

脱墨浆残余油墨是衡量旧报纸油墨脱除效率的重要指标。图1表明了各种物质对脱墨浆残余油墨的影响。从图1可以看出,几种模型物对脱墨浆残余油墨的影响有所不同。亲脂性抽出物是DCS中胶体物质的主要来源,它在水中以胶体颗粒的状态存在。本实验采用杨木CT MP的丙酮抽出物作为DCS中亲脂性物质的模型物,它主要含有甘油三酸酯、脂肪酸和甾醇酯等物质[8],因此用CT MP抽出物作为DCS中亲脂性抽出物的模型物是合适的。从图1可以看出,浮选中少量的亲脂性抽出物的存在能够明显提高浮选效果,降低脱墨浆的残余油墨。与浮选时采用蒸馏水的对照浆相比,当浮选时CT MP抽出物质量浓度为100 mg/L时,脱墨浆残余油墨降低了11.4%。低浓度的亲脂性抽出物改善脱墨效果的原因可能是亲脂性抽出物起桥联作用,把亲脂性的油墨粒子黏附到气泡上浮选去除,但大量的亲脂性抽出物会导致浮选时泡沫不稳定,油墨不能被有效地浮选去除,所以浮选时大量亲脂性抽出物的存在反而使脱墨浆残余油墨增加。

图1 各种模型物对脱墨浆残余油墨的影响

木素磺酸钠作为一种溶解的木素衍生物,本身具有一定的表面活性,可以用作分散剂。从图1可以看出,与亲脂性抽出物类似,浮选时低浓度的木素磺酸钠能够稍微降低脱墨浆的残余油墨,这是因为少量的分散剂可以促进非离子表面活性剂的捕集[9],而高浓度的木素磺酸钠使脱墨浆残余油墨增加,这可能是因为大量的木素磺酸钠的过度分散作用导致残余油墨增加。而与亲脂性抽出物相比,木素磺酸钠对浮选效果的影响要小得多。

无机金属离子是DCS的重要组分之一,钙离子又是金属离子中重要的一种。它主要来源于原料、生产用水以及碳酸钙填料。一般认为,钙离子能够与阴离子表面活性剂如脂肪酸形成钙皂促进油墨的浮选,而对非离子表面活性剂的影响则较小[10]。本实验采用的脱墨剂为脂肪醇聚氧乙烯醚非离子表面活性剂。图1表明,钙离子对浮选效果有显著影响。随着钙离子浓度的增加,脱墨浆的残余油墨降低。与对照浆相比,当钙离子质量浓度为400 mg/L时,脱墨浆的残余油墨下降了15.7%。关于钙离子促进脂肪醇聚氧乙烯醚的浮选效果的原因尚不清楚。实验中发现,加入钙离子浮选时,泡沫明显增多,所以油墨附着在泡沫上被浮选除去的几率增加。据研究,脂肪醇聚氧乙烯醚类非离子表面活性剂可以与钙离子结合形成相当于“冠醚”的配合物,从而改变其表面性能[10]。这种配合物结构的形成可能是钙离子促进浮选效果的一个原因。

果胶酸也是DCS中的一类重要物质,它主要是在高得率浆和脱墨浆的漂白过程中形成的。果胶酸带有大量的负电荷,是阴离子垃圾的重要来源。从图1可以看出,浮选时果胶酸的存在能够改善油墨的浮选效果。随着果胶酸浓度的增加,脱墨浆的残余油墨降低。当果胶酸质量浓度为400 mg/L时,脱墨浆的残余油墨下降了约7.0%。所以浮选过程中果胶酸的存在有利于油墨去除。关于果胶酸能够改善油墨脱墨效率的原因目前还不清楚。

2.2 DCS主要组分的模型物对旧报纸脱墨浆白度和浮选得率的影响

对于旧报纸脱墨浆来说,残余油墨的多少是影响白度的重要原因。浮选过程中加入各种模型物后对脱墨浆白度以及纸浆浮选得率的影响见图2和图3。

从图2和图3可以看出,与脱墨浆的残余油墨相对应,脱墨浆的白度随着残余油墨的变化而变化。对于亲脂性抽出物和木素磺酸钠,低浓度时能够提高脱墨浆的白度,高浓度时又会导致脱墨浆白度下降。脱墨浆的浮选得率也随残余油墨的变化而相应变化,这说明在浮选过程中随着油墨浮选去除的增多,纤维流失也增加。

对于钙离子和果胶酸,随它们在浮选中浓度的增加,浮选后脱墨浆白度提高。对于这两种物质,与图1的残余油墨相比,在相同的质量浓度下,浮选时加入钙离子后脱墨浆的残余油墨要低于浮选时加入果胶酸所得的脱墨浆,但图2的结果显示,浮选时加入钙离子后所得脱墨浆白度却比加入果胶酸后脱墨浆的白度低。这是因为脱墨浆白度除了主要受残余油墨影响外,还会受到细小纤维等白度相对较低物质的影响,浮选时果胶酸的存在除了促进油墨的去除外,还会导致细小纤维等物质的浮选流失。从图3中纸浆浮选得率的结果可以看出,浮选时加入钙离子和果胶酸后,随着质量浓度的增加,纸浆的浮选得率降低,但在相同质量浓度下,浮选时加入果胶酸后纸浆的浮选得率要低于加入钙离子,这说明浮选时果胶酸的加入导致了更多的细小纤维等物质的流失。

2.3 浮选时DCS主要组分的模型物对旧报纸脱墨浆后续漂白的影响

对浮选中加入各种模型物后所得脱墨浆进行了后续漂白,浮选时加入各种模型物后对漂白脱墨浆白度的影响见图4。

图4 模型物对漂白脱墨浆白度的影响

脱墨浆中残余油墨的多少是影响其可漂性能的重要因素。从图4可以看出,与脱墨浆的残余油墨相对应,脱墨浆的残余油墨降低,漂白浆的白度则提高,反之亦然。

对于浮选时加入钙离子和果胶酸所得脱墨浆漂白后的白度来说,浮选时加入果胶酸对漂白浆白度的影响大于钙离子。这是因为浮选时加入果胶酸有利于细小纤维等细小组分的流失,而细小纤维等细小组分的白度比纤维低,其可漂性也比纤维要低。

从上面的讨论可以看出,浮选中果胶酸的存在有利于油墨的去除和漂白浆白度的提高,而果胶酸主要是在旧报纸脱墨浆漂白过程中产生的。因此,将旧报纸脱墨浆漂白工段的过程水回用到浮选工段将会有利于油墨的去除和脱墨浆白度的提高,但会影响纸浆得率。

3 结 论

3.1 旧报纸脱墨浆浮选过程中,低浓度的亲脂性抽出物能够改善脱墨浆的浮选效率,提高脱墨浆的白度,而高浓度的亲脂性抽出物的存在则会降低浮选效率,降低脱墨浆的白度。木素磺酸钠对脱墨浆以及漂白浆性能的影响较小。

3.2 浮选时果胶酸和钙离子的存在能够提高油墨浮选效率,改善脱墨浆和漂白浆的白度。由于果胶酸的加入又能够促进细小纤维等细小组分的去除,因此,与钙离子相比,浮选时果胶酸的存在对脱墨浆以及漂白浆白度的影响更大,但会影响纸浆得率。

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Abstract:Dissolved and colloidal substances(DCS)can influence the flotation efficiency in deinking ofONP.Lipophilic extractives,sodium lignosulfonate,calcium ions and pectic acid were used as the model substances ofDCS and the effect of these substances on the flotation efficiency ofONP deinkingwas studied.The results showed that,the flotation efficiency is improved in the presence of low concentration of lipophilic extractives,but the flotation efficiency is deteriorated at high concentration of lipophilic extractives.Both pectic acid and calcium ions positively influence the flotation efficiency.The removal of ink particles and brightness of the deinked pulp are all improved in the presence of pectic or calcium,but the pulp yield after flotation decreases.The effect of sodium lignosulfonate on the flotation efficiency is not as significant as the other three substances.

Keywords:DCS;model substances;old newsprint;flotation;deinked pulp

(责任编辑:王 岩)

Effects ofMa in Components of DC S on the Flotation Efficiency of ONP Deinking

YANGQiu-lin1,＊L I Zong-quan1,2L IU Cong-xiang1FU Ying-juan1Q IN Meng-hua1
(1.Key Laboratory of Pulp&Paper Science&Technology of M inistry of Education,Shandong Institute of L ight Industry,Ji’nan,Shandong Province,250353; 2.Shandong Huatai Group,Dongying,Shandong Province,257335)
(＊E-mail:yanglin.223@163.com)

TS744

A

1000-6842(2010)03-0005-04

2010-04-14(修改稿)

杨秋林,男;在读硕士研究生;主要研究方向:纤维资源的制浆造纸特性与生物技术应用。

E-mail:yanglin.223@163.com