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废纸浆造纸助留助滤体系要求在高DCS环境下仍能发挥出较好的助留助滤效果,而且要适应白水封闭循环的抄纸体系。本文对废纸浆的电荷特性及其留着和滤水性能进行研究,基于这两个方面的因素对废旧箱板纸(OCC)浆助留体系进行优化。
首先研究了OCC浆、废旧新闻纸脱墨浆、针叶木浆、阔叶木浆的电荷特性,发现OCC浆的电负性最强。在不同的pH值、浆浓、硫酸铝用量、离子浓度下,对OCC浆的Zeta电位和阴离子溶胶物质的阳离子需求量(CD值)的变化规律进行了研究。研究结果表明:浆浓在0.1%~0.4%范围内,CD值变化较小,而pH值的变化对浆料的Zeta电位和CD值的影响很大;废纸浆中离子浓度的升高使Zeta电位负值降低,但是对CD值的影响较小;CaCO3填料加入量为10%时对浆料电荷特性影响较小。
其次研究了几种阴离子垃圾捕捉剂(ATC):硫酸铝、聚合氯化铝(PAC)、聚乙烯亚胺(PEI)、市售捕捉剂等对OCC浆料的电荷特性以及留着滤水性能的影响。研究结果表明:无机ATC中的PAC在降低浆料CD值的同时对浆料的Zeta电位和pH值影响较小;有机捕捉剂PEI在加入量为1%时,能够中和浆料中的全部阴离子杂质,而加入量为0.6%时对OCC浆料的助留助滤效果较好。综合考虑为中和浆料中阴离子垃圾并提高浆料的留着率和滤水性能,较好的ATC为PEI,较合适的加入量为0.6%。
在对OCC浆助留体系进行优化时发现,阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)和膨润土助留体系对OCC浆的助留助滤效果较好。在此基础上对助留体系进行进一步的优化,并考虑经济成本等因素,结果表明CPAM和BT比例为1:2,加入量分别为0.1%、0.2%时的助留助滤效果较好。此时90.5%的留着率比未加助剂时的65.9%有了较大的提高,滤水时间也由未加助剂时的33秒缩短为10秒。用PEI对浆料进行预处理能够减少助留体系CPAM/BT的用量,助留体系(PEI/CPAM/膨润土)加入量分别为0.2%、0.04%、0.08%时浆料的留着和滤水性能较好。
在以上实验的基础上设计了pH值、电解质浓度、硫酸铝加入量、剪切速率等四个因素对助留体系(PEI/CPAM/膨润土)影响的正交实验。研究结果表明:留着率影响因素从大到小依次为剪切速率、硫酸铝加入量、pH值、电解质浓度;滤水性能影响因素从大到小依次为pH值、剪切速率、硫酸铝加入量、电解质浓度。助留体系(PEI/CPAM/膨润土)对外界环境因素的影响有一定的抵抗能力。基于浆浓、CPAM性质对助留体系效果的影响研究结果表明:浆浓为0.2%时滤水保留仪能够较好的模拟纸机的运行情况;分子量800~1000万、电荷密度为10%的CPAM效果较好。
建立了OCC浆料在实验室条件下的白水循环过程模型,从中探明了一些湿部参数变化规律。在白水回用过程中发现白水回用30次以上时,各参数变化趋于稳定。随着白水循环次数的增加,白水和上网浆的CD值随之增加,而纸浆的留着率和滤水性能下降。白水回用过程中(添加PEI/CPAM/膨润土)纸浆湿部特性均优于空白样和(添加PEI)纸浆。