稻草制漿黑液除硅工藝的研究.pdf

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1、第35卷第5期東北電力大學(xué)學(xué)報(bào)Vo1．35．No．52015年1O月JournalOfNortheastDianliUniversityOct．．2015文章編號(hào)：1005—2992(2015)05—0023—04稻草制漿黑液除硅工藝的研究張曉君，焦孟杰，李玉萍，董學(xué)哲，王寧，李佳樂(東北電力大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，吉林吉林132012)摘要：將煙道氣和石灰除硅工藝結(jié)合起來，提出二級(jí)除硅法。一級(jí)除硅，利用模擬煙道氣中的CO，，將黑液中硅酸鈉轉(zhuǎn)化為二氧化硅水合物沉淀；二級(jí)除硅，用石灰與硅酸鈉反應(yīng)生成硅酸鈣沉淀。二級(jí)除硅法提高了除硅效率，降低黑液再堿化費(fèi)用，既回收利用了二氧化碳碳資源，又消

2、除了硅干擾。探討了pH值、石灰加入量、反應(yīng)溫度對(duì)硅去除率的影響，當(dāng)pH值為9．0，反應(yīng)溫度為20℃時(shí)，一級(jí)除硅率達(dá)到65．21％。CaO投入量與黑液中硅含量的摩爾比為5，反應(yīng)溫度為20℃時(shí)，總除硅率達(dá)到82．49％。關(guān)鍵詞：稻草漿；黑液；二級(jí)除硅中圖分類號(hào)：TS7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A稻草中灰分含量達(dá)到10％以上，在蒸煮制漿過程中，稻草中的二氧化硅在制漿黑液中以硅酸鈉的形式溶解于其中，對(duì)堿回收工藝產(chǎn)生干擾J。國內(nèi)稻草制漿生產(chǎn)線有堿回收裝置的產(chǎn)量僅占草漿總產(chǎn)量的30％，草類制漿COD排放量占整個(gè)造紙工業(yè)排放量的60％以上，仍是主要的污染源。DaphheHermosilla等使用聚合氯化鋁共

3、聚的方法，聚合氯化鋁濃度2500mg／L時(shí)不需要調(diào)節(jié)pH值即可以去除60％的硅_4J。邱玉桂等采用沉淀法和氣浮法，對(duì)麥草漿黑液除硅得到89％以上的去除率。ToniSuleviHuuha等采用Fennofix試劑FF40化學(xué)沉淀和蒸發(fā)處理的方法從熱磨機(jī)械漿白液中去除了96％的二氧化硅]。采用上述試劑除去黑液中的硅，原材料工業(yè)成本很高，大量使用會(huì)在體系中帶入一些不必要的雜質(zhì)和廢棄物，進(jìn)而對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染。本文將煙道氣和石灰除硅工藝結(jié)合起來，提出二級(jí)除硅法。一級(jí)除硅，利用模擬煙道氣中的CO，將黑液中硅酸鈉轉(zhuǎn)化為二氧化硅水合物沉淀。二級(jí)除硅，用石灰與硅酸鈉反應(yīng)生成硅酸鈣沉淀，經(jīng)過二級(jí)除硅，

4、總除硅率達(dá)到82．49％。探討了pH值、石灰加入量、反應(yīng)溫度對(duì)硅去除率的影響。1實(shí)驗(yàn)部分1．1試劑和儀器稻草制漿黑液(實(shí)驗(yàn)室自制)燒堿蒽醌法制漿，用堿量15％(以Na0計(jì))，蒸煮助劑蒽醌用量0．05％，固液比1：15，蒸煮最高溫度150℃，升溫2h，保溫0．5h。蒽醌取自吉林市晨明紙業(yè)集團(tuán)，二氧化碳(CO：)和氮?dú)?N：)均為工業(yè)純鋼瓶氣體。硅含量的測定采用721型分光光度計(jì)，上海欣茂公司生產(chǎn)；FE20型pH計(jì)，梅特勒一托利多有限公司生產(chǎn)；LD5-2A型離心機(jī)，北京醫(yī)用離心機(jī)廠生產(chǎn)。1．2實(shí)驗(yàn)方法1．2．1黑液化學(xué)成分分析稻草制漿黑液中硅含量的測定參照硅鉬藍(lán)分光光度法，黑液相對(duì)密

5、度，總固形物，有機(jī)物無機(jī)物含收稿日期：2015—06—25基金項(xiàng)目：東北電力大學(xué)博士科研啟動(dòng)基金(BSJXM一201410)作者簡介：張曉君(1974一)，女，吉林省吉林市人，東北電力大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)師，博士，主要研究方向：生物質(zhì)資源開發(fā)及利用24東北電力大學(xué)學(xué)報(bào)第35卷1．2．2二氧化碳一級(jí)除硅分離黑液中的硅取一定量稻草制漿黑液置于長徑比為8的碳化玻璃管中，并將碳化管置于恒溫水浴。CO：和N。的混合氣體模擬工業(yè)煙道氣通入到碳化管的底部，CO：和N的氣體流速分別為0．4L／rain和1．0L／rain。隨著通入CO和N：的混合氣體，調(diào)整黑液pH值至設(shè)定值。CO和黑液中的NaS

6、iO，反應(yīng)，生成二氧化硅水合物沉淀。1．2．3石灰二級(jí)除硅分離黑液中的硅一級(jí)除硅利用CO：除硅法20℃反應(yīng)，隨著CO：和N的混合氣體的通入，調(diào)整黑液pH值至9．0。一級(jí)除硅后的黑液轉(zhuǎn)移至帶有機(jī)械攪拌裝置的燒瓶中，并將燒瓶置于恒溫水浴，繼續(xù)在溶液中加入一定量氧化鈣，機(jī)械攪拌反應(yīng)4h，固體沉淀進(jìn)行離心分離。測溶液硅含量并計(jì)算除硅率。2結(jié)果與討論2．2反應(yīng)溫度對(duì)一級(jí)除硅黑液中硅去除率的影響圖反應(yīng)溫度對(duì)一級(jí)除硅黑液中硅去除率(pH值為·o)如圖2所示，隨著反應(yīng)溫度的升高，CO一級(jí)除硅率呈下降趨勢。在相同pH值9．0條件下，由20cC除硅率65．21％，降低到60cc除硅率59．45％。原

7、因是溫度對(duì)二氧化硅溶解度影響很大，在室溫時(shí)二氧化硅溶解度為100—140ppm，70％時(shí)增加到300ppm_1。另外隨著溫度的升高，c0在水溶液中的溶解度降低，也不利用于c0：由氣相擴(kuò)散到液相，與硅酸鈉發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。如果反應(yīng)溫度低于20℃，反應(yīng)速度也相應(yīng)減慢，低溫在工業(yè)上也會(huì)增加能源消第5期張曉君等：稻草制漿黑液除硅工藝的研究25耗，因此20℃為CO：一級(jí)除硅的最佳反應(yīng)溫度。2．3氧化鈣投入量對(duì)二級(jí)除硅黑液中硅去除率的影響如圖3所示，隨著氧化鈣投入量的增加，硅的去除率顯著增加。C