适合制造纸或纸板的机械浆的制备方法 |
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| 申请号 | CN200680015077.X | 申请日 | 2006-05-03 | 公开(公告)号 | CN101171388B | 公开(公告)日 | 2011-01-26 |
| 申请人 | M-真实公司; | 发明人 | A·劳里拉卢梅; M·勒斯克拉; K·曼尼南; O·尼克库尔; I·尼卡马; M·佩科拉; M·皮特卡南; P·索尔塔摩; K·E·J·维克曼; | ||||
| 摘要 | 作为纸或纸板原料的机械或化学机械浆的制造方法。根据该方法，将纸浆原 纤维 化，并在 碱 性条件下漂白原纤维化的纸浆。根据本 发明 ，筛选纸浆以从合格品中分离出废料，分离出纸浆总量的最多约60％作为废料，与合格品分开将废料进行漂白，然后将漂白的废料与合格品重新混合。当根据本发明操作时，纸浆强度提高，而用于磨浆的 能量 减少，这在废料的磨浆和最终机械浆的后磨浆中都可看到。 | ||||||
| 权利要求 | 1.作为纸或纸板原料的机械或化学机械纸浆的制造方法，根据该方法-用本身公知的方法由木片或木材将纸浆原纤维化，和 |
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| 说明书全文 | 适合制造纸或纸板的机械浆的制备方法[0003] 利用由木材制成的机械浆，更具体是磨纸浆，是用木材造纸的首选方法。磨纸浆在磨纸浆工厂用磨石制造。这种纸浆的工业生产始于德国，可能始自1844年。然而，后来使用两组旋转切割机进行纤维分离。 [0004] 至今依在采用这两种方法。然而，传统的机械浆制造方法已通过在该方法中引入加压条件进行改进，以恢复在有益的高温下用于磨浆或研磨的至少部分能量。同时，加压减少了机械能的消耗，因为纤维在高温下能更好地脱离木材。 [0006] 根据FI专利公布68685，可以通过在第一阶段用0.2-3.0％过氧化氢和在第二阶段用0.1-5.0％有机过酸漂白机械浆。所述百分比由待加工木材的干重计算。 [0007] 美国专利说明书4793898建议，可以用过氧化物与乙酸或甲酸一起漂白纸浆，此时所用过氧化物占木片干重的20％。在这种情况下，当漂白桦纸浆(birch pulp)时，可实现20的卡伯值。公知的是，在漂白溶液中混合少量，一般而言是，Mg盐或DTPA(二亚乙基三胺五乙酸盐)可防止过氧化物的自分解。 [0008] 美国专利说明书5039377描述了基于过氧化物漂白的方法，其中硅酸钠与碱金属碳酸盐或碳酸氢盐一起使用。硅酸钠以不溶形式使用，并且它可用具有离子交换能力的其他含硅化合物，例如合成沸石代替。在本发明的情况下，硅酸盐材料的目的也是防止过氧化物由于重金属导致的过早分解。 [0009] 美国专利说明书6743332描述了在多级TMP方法中如何用过氧化氢溶液和Mg(OH)2和Na2CO3漂白纸浆，并且在第二磨浆阶段后纤维悬浮液在185-160℃温度下在该溶液中保持2-180分钟。推荐每吨干纸浆使用5-100kg过氧化物。 [0010] 此外，在美国专利说明书4731160中，推荐按以下方式用过氧化物漂白纸浆：纤维分离后，将纸浆分成两部分，包括细料部分(finesfraction)和相应的主料部分(main fraction)。细料部分单独地进行漂白，因为如果两部分一起漂白，结果是主料部分的滤水性能(drainability)差，因为这种差的滤水性能就不能用普通过滤漂白(置换漂白)来漂白该部分。所述细料部分用本专利说明书中图1的方法漂白，该方法中在最后一个阶段之后将过氧化物溶液引入滤液水中。该水在第一阶段压榨后被引回到纸浆中。漂白反应主要发生在常规漂白塔中。 [0011] 本发明的目的是消除与已知技术有关的缺点，并提供新颖的、工业上可用的处理和漂白机械浆的方法，该机械浆用于制造诸如纸板尤其是纸的纤维网(fibrous webs)。 [0012] 根据本发明，工业规模的整个方法的所有计划和执行都以全新的方式进行。在本发明的方法中，漂白尤其集中在筛浆中分离的废料部分(reject fraction)上。这种纸浆部分的纤维一般很粗，即其柔韧性很低并且它们的原纤维化(fibrillated)很差。由这种纸浆部分制成的实验室纸片的密度很低。另外，其强度一般很低，且由于其小数量的细料(fines)，其不透明度低。另一方面，其表面非常粗糙。 [0013] 根据本发明，将原纤维化后产生的纸浆进行筛选，以便将合格品(accept)与废料(reject)分开，在这种情况下分离出的废料的百分比最大为纸浆总量的约60％。此后与合格品分开将废料进行漂白，并将漂白后的废料重新混入合格品中。 [0014] 该方法适合机械浆或化学机械浆的制造，特别适合CTMP浆的制造，尤其是适合硬木浆(hardwood pulp)或包含源自落叶树的纤维的纸浆的制造。 [0015] 更具体的，根据本发明的方案的主要特征在于权利要求1特征部分的内容。 [0016] 根据该方法，在纸浆漂白，尤其是增加强度方面具有优点。同时节约了相当多的用于磨浆(refining)的能量。强度增加和用于磨浆的能量的降低在废料磨浆和成品机械浆的后磨浆(post-refining)两方面中都可观察到。特别令人吃惊的是在后磨浆阶段实现的这种有益的强度增加。 [0017] 文献已经表明，碱的使用影响了强度的增加和废料漂白中的能耗。在这方面，申请人可以提及Strunk，W等的文章：High-Alkalinity PeroxideTreatment of Groundwood ndScreen Rejects，ABTCP Congr.Annual CelulosePapel 22 (Sao Paulo)，511-533，Treating Groundwood Screen Rejects withAlkaline Peroxide Ups Pulp Value，Pulp Paper 63，No.11：99-105，1989和High-Strength Softwood Rejects by Bleaching with Peroxide beforeRefining，Tappi Ann.Mtg.(Atlanta)Proc.：49-61，1988。 [0018] 然而，在公知溶液中，使用大剂量的碱。相反，在本发明中，申请人意外发现，即使用小剂量的碱也能节能，因此尤其令人感兴趣的是，实现了上述后磨浆优点。实践中，本发明中该方法的碱消耗并未显著增加，因为用于废料漂白的碱量减少了其它地方，特别是高浓漂白中所需要的碱量。 [0020] 在本发明方法中，用本身公知的机械或化学机械方法将原料木材纤维分离成纸或纸板用原料。在本发明方法中，用本身公知的机械或化学机械方法将原料木材纤维分离成纸浆，使其成为合适的纸或纸板制造用原料。木片或木材(块)可用作原料木材。将产生的原纤维化浆在碱性条件下漂白。然而，来自原纤维化的纸浆首先进入筛选阶段(screeningstage)，在该阶段将其分成至少两部分，即向前送到漂白阶段的合格品，和经受根据本发明的处理的废料。分离出的废料的百分数占纸浆总量的最多约60％，优选最多约 40％。然而，除去的废料一般为至少5％，特别是至少约10％。与合格品分开对废料进行漂白，然后将漂白后的废料混入合格品中。 [0021] 应该指出的是，尽管在以下解释中，在文中多处仅提及白杨(aspen)作为化学机械浆的原料，但本发明还可应用到杨属(Populus genus)的其他木材种类。一般来说，其中以下木材种类非常适合用于本发明：欧洲山杨(P.tremula)、美洲山杨(P.tremuloides)、P.balsamea、香脂杨(P.balsamifera)、毛果杨(P.Trichocarpa)、异叶杨(P.Heterophylla)、美洲黑杨(P.deltoides)、大齿杨(P.Grandidentata)。白杨(欧洲白杨，欧洲山杨；颤杨，美洲山杨)、来自不同血统白杨的杂交白杨种类，所谓的杂种白杨(例如欧洲山杨和美洲山杨杂交、欧洲山杨和欧洲山杨杂交、美洲黑杨和毛果杨杂交、毛果杨和美洲黑杨杂交、美洲黑杨和P.nigra杂交、辽杨和毛果杨杂交)和通过基因技术产生的其他种类，以及杨树(poplars)，被认为特别适合制造化学机械浆，其纤维性能和光学性能良好，足以用于本发明。 [0022] 优选采用具有合适的纤维分布的化学机械浆，至少30％，最合适至少50％，优选至少70％的所述纸浆源自白杨、杂种白杨或杨树。根据更优选的应用形式，本发明中采用白杨-CTMP纸浆。该纸浆的至少20％重量的纤维包含于＜200目的纤维尺寸级分中。最合适的是使用这样的白杨-CTMP纸浆：该纸浆20-40％重量，优选约25-35％重量的纤维包含于28/48目纤维尺寸级分中，且20-40％重量，优选约25-35％重量的纤维包含于＜200目的纤维尺寸级分中。 [0023] 这里的数字28/48是指纤维级分，该级分通过筛网密度为28丝每英寸(目)的丝网，但该级分被48目的丝网阻挡。这样的级分包含给纸层提供合适松厚密度(bulk)和挺度(stiffness)的纤维。而具有尺寸可以穿过非常细的丝网(＜200目)的纤维的级分接下来提供良好的表面光滑度。上述纸浆可用本身公知的化学机械方法制备，该方法具有几个磨浆阶段，例如2个磨浆阶段，之后是废料筛选和废料磨浆。期望的纤维尺寸分布通过这些阶段的相互作用调节。 [0024] 对纤维尺寸分布的以上描述一般适用于用于制造克数低于150g/m2，优选低于2 2 100g/m(例如约30-90g/m)的纸张的纸浆。对于更大克数的纸和纸板，纤维尺寸分布优选是不同的。 [0025] 在本发明中，化学机械浆制造指包括两个阶段，即化学和机械纤维分离阶段的方法。化学机械方法是CMP和CTMP方法。在CMP方法中，原料木材在常压下磨浆，而在CTMP方法中制备压力磨浆机机械浆。CMP方法的收率一般低于CTMP方法的收率(小于90％)。原因是用于CMP中的化学品剂量更大。在这两种情况下，木材的化学处理传统上都用亚硫酸钠进行(磺化处理)，而阔叶木材也可用氢氧化钠处理。在这种情况下，CTMP方法中典型化学剂量为在约60-120℃温度下约0-4％亚硫酸钠和0.1-7.0％氢氧化钠。在CMP方法中，化学剂量为10-15％亚硫酸钠和/或4-8％氢氧化钠(剂量基于干木材或干纸浆计算)，温度是130-160℃，以及相应地，50-100℃。 [0026] 在化学机械方法中，木片还可用碱性过氧化物溶液浸渍(APMP方法)。过氧化物剂量一般为0.1-10.0％(以干纸浆计，kg/adt)，一般为约0.5-5.0％。加入相同量的的碱，例如氢氧化钠，即约0.1-10.0％重量。 [0027] CTMP方法的原料可仅包括白杨或杨属的某些其他木材。然而，其也可包括其他木材种类，例如阔叶木材，例如桦树、桉树和混合的热带硬木，或针叶树木材，例如云杉(spruce)或松树。根据一种应用，采用包含至少5％针叶树木材纤维的化学机械浆。在本发明中，可以采用例如包含70-100％白杨纤维和0-30％针叶树木材纤维的化学机械浆。后者可来源于一种或几种针叶树木材种类。 [0028] 纸浆的松厚密度、强度性能和挺度可通过加入针叶树木材纤维，特别是云杉纤维来提高。然而，通过调节CTMP方法的过程参数，也可以影响仅包含白杨或类似原料的纸浆的松厚密度和挺度。 [0029] 机械纤维分离方法，即原纤维化方法，是传统机械浆方法和磨浆机械浆方法(GW和TMP)，以及它们的改进版本。 [0030] 在废料的处理中，可以以两种途径进行：或者先漂白，然后在废料与形成纸浆主体的合格品混合前将废料磨浆；或者在漂白前对其进行磨浆。优选磨浆在漂白后进行，在这种情况下可节约大量用于磨浆的能量。在这两种情况下，在原纤维化和筛选后有20-60％，优选20-40％的浆作为废料被分离。 [0031] 过氧化物或过酸化合物在废料和合格品+废料的漂白中都用作漂白化学品。在过酸化合物中，可提及低级过氧链烷酸(alkane acid)，尤其是过甲酸、过乙酸和过丙酸，和过一硫酸(Caron酸)，以及它们的混合物。 [0032] 过乙酸，其是特别合适的过氧链烷酸，通过使用少量硫酸作为催化剂使乙酸与过氧化氢以1∶1-1∶2的摩尔比反应制备。过乙酸可直接原样使用或作为平衡产物使用，或以蒸馏形式使用。使用过乙酸处理的阶段要求的典型条件是：剂量2-40kg/BDt、pH3-8、温度50-90℃和反应时间30分钟-6小时。需要时，过酸阶段可包括添加剂，例如硫酸镁和/或诸如EDTA或DTPA的螯合剂，其用量约0.5-3.0kg/BDt。更优选的，过乙酸处理阶段需要的条件是：pH4.5-7、反应时间30-180分钟和温度50-80℃。 [0033] 接下来用过氧化氢或过氧钠进行过氧化物漂白。一般在漂白溶液中加入硅酸钠和硫酸镁以稳定过氧化物。该漂白在碱性条件下进行，漂白开始阶段的pH值一般为约9-12。过氧化物剂量一般为约0.5-10.0％，甚至1-3％的剂量也获得良好的漂白结果。纸浆浓度(consistency)为约5-40％，漂白保持时间根据温度和浓度不同而为约0.1-20.0小时，一般在5-40％浓度下为约0.5-4.0小时。通过采用过氧化物漂白，可将纸浆的ISO白度(brightness)提高约15-20百分比单位。 [0034] 碱，特别是碱金属氢氧化物如氢氧化钠，加入和过氧化物相同的体积中来漂白废料，所述碱的百分比一般约为过氧化物百分比的0.5-1.0倍，特别是0.6-0.8倍。用于漂白的碱的剂量约为纸浆干重的0.2-3.0％。最合适的剂量是最大值为约2.0％，特别是约0.1-1.5％。在本发明中，因为与常规方法相比，碱的总消耗量保持基本上恒定，所以一般在废料漂白中使用至少10％，但最大用量约为整个漂白过程中所碱的一半，特别是纸浆总漂白量的约20-45％重量。 [0035] 单独漂白的废料在与合格品混合前进行后磨浆。以比能耗表达(specific energy consumption)，用于磨浆的主线能量的15-30％用于废料的磨浆。 [0036] 纸浆主体，即合格品，和废料在被单独处理后重新合并，它们一般一起漂白和洗涤。重新合并的纸浆用过氧化物或过氧酸漂白到上述期望的最终白度。CTMP方法尤其允许在输送到纸或纸板厂前使纸浆继续干燥并接着压成包(bales)。为了以更优选的方式产生在废料漂白中获得的出人意料的变化，对复合浆(合格品+废料)实施后磨浆步骤，其采用10-1000kWh/t，优选10-400kWh/t的能量用于磨浆。理论上，该后磨浆可在合格品和废料重新合并后的任何阶段进行，而且可采用高浓度或低浓度技术进行，但目前最典型的应用形式是低浓磨浆。进行后磨浆如上述低浓磨浆的最合适的时刻是在纸浆计量送到造纸机或纸板机之前。 [0037] 复合浆用在碱性中间试剂中的过氧化物或过氧酸漂白到如上所述的期望最终白度。根据本发明，在高浓度漂白中，碱的剂量可低于常规剂量。一般其为约0.5-1.5％。过氧化物的剂量也可以减少，在这种情况下可设定约3.0％(一般约1.0-3.0％)作为上限。 [0038] 该方法的碱消耗量总共(浸渍+中等浓度漂白+废料处理/漂白)为纸浆的约2-4％(kg/adt)，特别是最大约3.5％。 [0039] 根据以上内容，在以下实施例中并结合工艺流程图描述所述方法。所述方法的主要阶段是木片处理、吸收、磨浆、筛选、废料处理、漂白和洗涤。 [0040] 在工艺流程图中，附图标记1-12指以下工艺阶段和容器： [0041] 1、磨浆 [0042] 2、消潜容器 [0043] 3、第一阶段筛选 [0044] 4、第二阶段筛选 [0045] 5、废料容器 [0046] 6、废料浓缩 [0047] 7、废料压缩 [0048] 8、废料漂白 [0049] 9、废料磨浆 [0050] 10、磨浆的废料用容器 [0051] 11、废料的筛选 [0052] 12、离心清洁 [0053] A、木片的处理 [0054] 用白杨和某些类型的纸浆云杉作为化学机械制浆工艺(BCTMP)的原料。将云杉片输送到工厂中作为预制片。将白杨用干式去皮法在去皮厂去皮。将去皮的木段切片并筛选木片。将木片存放在四个加盖的木片储存贮料仓中。 [0055] 将木片先在木片贮料仓中加热，然后用循环水洗涤掉石子、砂砾和其他杂质。在脱水螺杆中将洗涤水与木片分开。 [0056] B、浸渍 [0057] 在加压进料螺杆中用蒸汽加热洗涤后的木片。之后，强力压缩木片并然后使它们膨胀，以增强化学品的吸收。 [0058] C、磨浆 [0059] 将经过浸渍的木片送入一级或两级加压磨浆过程。磨浆后将纸浆送入消潜容器。 [0060] D、筛选 [0061] 机械纤维分离后，纸浆仍然含有不完全纤维分离的碎片和木条。这些在多级筛选过程中从纸浆中分离，然后它们被引入废料处理阶段。 [0062] E、废料处理 [0063] 图1中描述了废料的处理。将浸渍木片送入磨浆阶段1，之后将纸浆泵入消潜阶段2。接着将纸浆以1.4-1.8％的浓度泵入第一阶段(P-阶段)的筛选3，由此处将合格品流泵至盘式过滤器。根据所处理的木材种类，P-阶段3的废料总是泵至第二阶段(S-阶段)的筛选4或废料容器5。P-阶段废料的体积比根据所处理的木材种类和工艺状态确定，一般在25-40％之间。来自S-阶段筛选的合格品送入流向盘式过滤器的纸浆流中，而S-阶段筛选4的废料泵入废料容器5中。在S-阶段，取决于工艺状态废料的体积比在47-57％之间变化。 [0064] 纸浆从废料容器泵至废料浓缩阶段6，可例如用弧形筛进行以浓缩纸浆。漂白废料前洗涤纸浆，并通过废料压榨机7脱水。从废料压榨机将HC-浓度28-38％纸浆经由化学混合器送入废料漂白塔8。在化学混合器中加入漂白化学品、碱和过氧化物和/或过化合物(percompounds)。 [0065] 漂白后在废料磨浆阶段9中将纸浆磨浆。从废料磨浆阶段9将纸浆送入磨浆废料容器10，并由此将纸浆泵至废料筛选11。将来自该废料筛选的合格品与来自P阶段筛选3的合格品一起送入同一物流中，并将废料送入离心清洁12。在废料筛处，根据所加工的木材种类不同，废料的体积比为20-35％。将来自离心清洁12的合格品泵入废料容器5，并由此其重新循环通过整个废料处理。将来自离心清洁12的废料导出该工艺。将来自废料筛选的废料(纸浆流的30-60％)再循环到废料容器5中，并由此其重新循环通过整个废料处理。 [0066] F、漂白和洗涤 [0067] 在第一洗涤阶段通过用较清洁的循环水稀释并通过在螺杆压榨机中挤压纸浆来洗涤纸浆。在两阶段漂白工艺中，除废料的漂白外，用过氧化物漂白纸浆。第一漂白以约12％的浓度进行(MC漂白)，而第二漂白以约30％的浓度进行(HC漂白)。在所述漂白阶段之间，存在第二洗涤阶段，该阶段在双网压榨机上进行。化学品的使用是经过优化的，因为在MC漂白中，一般不加入过氧化氢。相反，将包含来自第二漂白阶段的残余过氧化物的洗涤水循环加入其中。 [0069] G、纸浆的干燥和打包 [0071] 通过上述过程，得到以下实施例所示结果。应该指出的是，木材的性能随树木生长年代和地域，以及纬度不同而不同。本领域专家很清楚这一点。因此，当考虑下表中的数据时必须考虑这一点，即使两次大型试运转已筹划使用砍伐地点尽可能接近和类似的树木进行。 [0072] 时间2004年9月26日 2004年10月19日[0073] 纸浆制备： [0074] 浸渍 [0075] NaOH(kg/adt) 2 2 [0076] 氧化的绿液(kg/adt) 6 6 [0077] DTPA(kg/adt) 0.6 0.8[0078] 磨浆： [0079] 生产线1 SRE(MWh/adt) 1.59 1.66[0080] 生产线2 1.77 1.64[0081] 筛选： [0082] 送入消潜塔的DTPA(kg/adt) 0.6 0.8[0083] 体积废料(％) 35 38 [0084] (对于体积比35％，废料与纸浆之比为40-45％，取决于输入浓度和进料流量)[0085] 平均浓度漂白 [0086] NaOH(kg/adt) 1 1 [0087] 高浓度漂白 [0088] H2O2(kg/adt) 37 28 [0089] NaOH 19 12 [0090] MgSO4 2.5 1 [0091] 废料处理： [0092] H2O2(kg/adt) 0 12 [0093] NaOH 0 12 [0094] MgSO4 0 0.03 [0095] 废料的单独磨浆 [0096] RJ 1(MWh/adt) 0.64 0.29 [0097] RJ 2 -”- 0.68 0.39 [0098] 废料筛选中废料的体积量 35％ 28％ [0099] NaOH的总量(kg/adt) 27 32 [0100] 纸浆制造后由试验的纸页测量的性能 [0101] *CSF(ml) 10 100 [0102] 松厚密度(cm3/g) 2.00 1.86 [0103] 苯(ml/min) 435 254 [0104] 抗张指数(Nm/g) 31.2 38.3 [0105] 抗张挺度(kNm/g) 4.17 5.08 [0106] 抗张能量指数TEA(J/g) 0.31 0.43 [0107] 脱层能量 [0108] ＝Scott bond(J/m2) 177 188 [0109] ISO白度％ 83.2 81.5 [0110] 不透明度％ 81.7 80.8 [0111] 纸浆在低浓磨浆机中心60kWh/adt后磨浆后的性能(磨浆机是实验室规模的Voith-Sulzer锥形磨浆机) [0112] CFS(ml) 84 70 [0113] 松厚密度(cm3/g) 1.84 1.72 [0114] 苯(ml/min) 246 106 [0115] 抗张指数(Nm/g) 37.0 46.2 [0116] TEA(J/g) 0.41 0.56 [0117] 脱层能量(J/m2) 215 252 [0118] ISO白度％ 82.9 81.4 [0119] 不透明度％ 81.7 80.4 [0120] (*)表示其他典型性能非常接近，没必要在这种比较中提及。 [0121] 比较表明，来自所述两种纸浆制备，尤其是来自后磨浆纸浆制备的试验纸页的Bentsen光滑度，以及抗张指数(tensile index)和脱层能量(delamination energy)都显著得到提高。总而言之，可见基于磨浆中的能耗进行对比时，可以看出根据本发明方法处理的纸浆性能如何在后磨浆中以非常意外的方式向好的方向发展。同时，在实际的纸浆生产中用于废料磨浆中的能量下降到大约一半。在这种比较中表现不出来，但对专家来说显而易见的一个特性是，废料的量可固有地进行变化，因此，如果以上述方式影响其性能，则纸浆的质量并从而使成品纸的质量将得到显著改善，并且平滑了质量波动。 [0122] 在以上实施例中，采用包含85％白杨和15％云杉的木材混合物。 [0123] 当用于制备磨浆机械浆、磨木浆或化学机械磨浆机浆，或在加压条件下对它们进行处理时，相应的过程同样适合于云杉。 [0124] 所述实施例还表明，根据本发明的方案中碱的总消耗量基本相同。在根据本发明的实施例中，数值为3.2％(kg/adt)，而常规方法中的用量为2.7％。 |
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