石灰泥泥浆脱水剂及其应用



石灰泥泥浆脱水剂及其应用

1　序言

硫酸盐法制浆厂最后的苛化/石灰回收工序由制作白液的苛化工序和石灰煅烧工序组成。石灰煅烧工序中安装了脱水装置——石灰泥泥浆过滤机（用于除去投入石灰窑中石灰泥泥浆中的水分）。石灰泥泥浆过滤机的脱水性能将极大地影响后续工序石灰窑的重油消耗和石灰窑的操作（石灰泥泥浆中的氢氧化钠含量随着脱水性的好坏而变化，石灰窑内形成球、环的状况）。

近年来由于原油价格的上升，各纸厂都将降低石灰窑燃料的重油单耗作为节能降耗、降低生产成本、保护环境的有效策略之一。

本文将介绍新开发的石灰泥泥浆过滤机脱水剂的概要及在改善脱水性能的同时降低处理成本的新应用技术。

2　石灰泥泥浆的脱水机理

石灰泥泥浆利用连续式真空过滤机进行过滤，脱水，而通常过滤过程（形成滤饼）和脱水过程是连续进行的；因此，“过滤”和“脱水”现象常被混为一谈，然而，“过滤”是一种除去泥浆中的自由水（泥浆中存在的大部分水分），使碳酸钙粒子形成滤饼而进行捕捉的操作，而“脱水”是一种通过加压和离心力等机械或化学方法使形成的滤饼中的残留水分离的操作，二者具有本质的区别。

石灰泥泥浆脱水剂主要对在过滤机中连续产生的“过滤”和“脱水”过程中的“脱水”过程起作用。

图1显示了脱水剂在脱水过程中作用（实验条件：石灰泥泥浆的固含量为30%，温度为50℃）。

由图1可见，添加脱水剂的系统促进了滤饼形成后的滤液流出。

图2显示了经过过滤后形成的滤饼中存在的液体种类。

由图2可见，滤饼中存在的液体种类有：（1）表面附着液，即滞留在粒子表面和孔中的液体；（2）楔形区液体，即粒子接触点附近的液体；（3）粒子内液体，即粒子内部的液体——结晶水；（4）毛细管上升液，即被滤渣底部捕捉到的液体。

石灰泥泥浆脱水剂通过减少滤饼中存在的湿润液毛细管现象的作用或通过降低水与粒子接触角的作用，促进液体的排除，减少表面附着液或楔形区液体来发挥其效果。

图1　脱水剂的作用

图2　滤饼中存在的液体种类

3　影响石灰泥泥浆脱水性的因素

一般来说，作用液体的性质（温度、pH、分散粒子、黏度）对“过滤”和“脱水”的影响很大。本文测试了这些影响因素中的温度、pH和分散粒子对脱水性的影响。所用的试验液体为硫酸盐法制浆厂提供的石灰泥泥浆。

3.1泥浆温度对泥浆脱水性的影响

图3显示了泥浆温度对其脱水性的影响［图中，添加脱水剂的泥浆系统中，其脱水剂的用量为100× 10-6质量分数（以石灰泥泥浆质量计）］。

由图3可见：无论是否添加脱水剂，石灰泥泥浆温度在45℃左右时，滤饼的水分含量最高，无论低于还是高于该温度，滤饼水分含量都趋于下降；在添加石灰泥泥浆脱水剂的情况下，与不添加时相比，脱水性受温度的影响变小。

图3　泥浆温度对其脱水性的影响

3.2碱浓度对泥浆脱水性的影响

表1显示了碱（以NaOH表示）浓度对泥浆脱水性的影响。

由表1可见，石灰泥泥浆中的碱含量（NaOH浓度）对其脱水性几乎没有影响。在实际生产中，如果发现碱含量和水分间存在某种相关性，其原因很可能是因苛化条件变化等因素使碳酸钙粒子的粒径和形状发生了改变。

3.3泥浆的沉降速度对其脱水性的影响

表1　碱浓度对泥浆脱水性的影响

图4为对硫酸盐法制浆厂的7个样品进行的沉降性和脱水性关系的调查结果。

由图4发现，石灰泥泥浆的沉降速度和脱水性之间存在着良好的相关性。沉降速度越快意味着泥浆中的碳酸钙粒子直径越大，而粒子直径大对脱水性有好处。粒子直径越大脱水性越好，其原因是，由于粒子之间间隔的增加减少了毛细管现象，因而在粒子间捕捉到的液体减少，以及由于粒子整体的表面积变小，使表面附着液减少。

图4　石灰泥泥浆沉降速度与滤饼水分的关系

从本研究结果可知，在相同固含量时，通过测定、比较沉降速度可以大致推断石灰泥泥浆的脱水性。

4　石灰泥泥浆过滤机脱水剂

本研究重新审视了在石灰泥泥浆过滤机中“过滤”、“脱水”过程中的水分变化，开发了新的过滤机脱水剂系列。

下面介绍新开发的过滤机脱水剂的脱水效果。

4.1试验条件和方法

用脱水试验装置（图5）进行过滤、脱水操作（图6），将滤饼烘干得到滤饼的水分含量，评价脱水剂的效果。试样仍采用从硫酸盐法制浆厂的石灰泥泥浆。

4.2试验结果

图7为按“4.1试验条件和方法”进行的其他公司的过滤机脱水剂与新开发的新型过滤机脱水剂的试验数据比较（其脱水剂的用量以石灰泥泥浆质量计）。

由图7可见，新型过滤机脱水剂与其他公司及传统产品相比，滤饼的水分含量大幅度下降。为了确认新型过滤机脱水剂的有效性，测定了过滤、脱水后各过滤机脱水剂的留着率（留着率采用TC仪测定过滤、脱水后的滤液中脱水剂的浓度并计算获得），测定结果见表2。

由表2可见，新型过滤机脱水剂的留着率比传统过滤机脱水剂高。该评价结果显示，新型过滤机脱水剂留着在滤饼中，发挥了使液体排除的作用（推测为疏水作用）。

接着，用另一种不同方法（“试验2”）试验新型过滤机脱水剂的脱水效果，测定了滤饼的水分含量（图8）（其脱水剂的用量以碳酸钙质量计）。上述试验方法（“试验1”）相当于在泥浆中添加过滤机脱水剂，“试验2”相当于在喷淋水中添加过滤机脱水剂。

由图8可见，“试验2”进一步减少了滤饼的水分含量。就是说，新型过滤机脱水剂除了通过在传统的泥浆中添加外，还可以在喷淋水中添加，并可以取得更好的脱水效果。喷淋水中添加脱水剂以提高脱水性的技术已在2014年获得了新型技术专利。

图5　脱水试验装置

图6　过滤、脱水试验流程

图7　过滤机脱水剂的脱水效果比较

表2　过滤、脱水后脱水剂的留着率　%

5　新型过滤机脱水剂实际应用案例

下面介绍新型过滤机脱水剂通过传统方法添加和喷淋水添加改善脱水效果和降低化学品成本的应用案例。

图8　过滤机脱水剂的脱水效果比较

5.1应用案例1

（1）应用条件：新型过滤机脱水剂添加点为石灰泥泥浆过滤机流送泵（入口），泥浆温度为50～60℃。应用目的是为了确认使用新型过滤机脱水剂替换正在使用的过滤机脱水剂后，石灰泥泥浆水分含量下降，因而重油用量减少的效果。

（2）应用结果：设定新型过滤机脱水剂用量分别为正在使用的过滤机脱水剂的×1.0、×0.7和×0.5倍，各用量的滤饼水分和重油单耗如图9所示。

由图9可见，使用新型过滤机脱水剂的用量只需要正在使用的过滤机脱水剂一半的用量就能取得大体相同的效果；并且，在相同用量时，滤饼水分比其他公司的产品低4%，与正在使用的脱水剂相比，重油单耗可以降低2.2 L/t（CaO）。本案例达到了通过减少脱水剂用量降低处理成本的目的。

5.2应用案例2

图9　应用结果

（1）应用条件：新型过滤机脱水剂添加点分别为石灰泥泥浆过滤机流送泵（入口）和喷淋水管道；脱水剂用量为100×10-6～350×10-6（以CaCO3质量计）；泥浆温度为50～60℃。

（2）应用结果：在石灰泥泥浆流送管道中添加新型过滤机脱水剂时的滤饼水分变化和在喷淋水管道中添加新型过滤机脱水剂时的滤饼水分含量变化如图10所示。

由图10可见：在泥浆中添加新型过滤机脱水剂滤饼水分质量分数可减少约10%；将添加点改到喷淋水管道中添加，只需在泥浆中添加脱水剂用量的约三分之一就能减少滤饼水分最高达质量分数20%左右。这说明在喷淋水管道中添加脱水剂有助于脱水性的改善和降低处理成本。

6　结束语

本文介绍了用作石灰泥泥浆过滤机的新型脱水剂的效果和应用技术。新型过滤机脱水剂不但适用于传统的石灰泥泥浆，而且通过专利技术，还能改善脱水性能，降低处理成本。（杜伟民编译）

图10　脱水剂添加点对脱水效果的影响