堿回收白泥生產輕質碳酸鈣產品及使用實踐

曹衍軍 翟丙彥

（山東太陽紙業股份有限公司，山東濟寧，272100）

制漿造紙廠在堿回收過程中產生的苛化白泥，國內外的大型制漿廠一般采用石灰窯煅燒法，使白泥再生成生石灰，循環使用[1-2]。山東太陽紙業股份有限公司（以下簡稱太陽紙業）堿回收生產線產能為900 t/d，該生產線將來自堿法化學漿和化機漿有硅漂白的黑液分別蒸發濃縮，一起混合燃燒，產生的白泥中硅化合物含量比常規化學漿高，其特性在某些方面類似非木材化學漿白泥，白泥循環使用時對苛化運行造成干擾[3-4]，使白泥始終得不到徹底處理，部分白泥需填埋處理，造成較高的費用和二次污染的風險。

2014年7月太陽紙業和美國特種礦業有限公司（以下簡稱美國特礦）簽約了6萬t堿回收白泥制備造紙填料輕質碳酸鈣項目，白泥作為生產原料，提供給輕質碳酸鈣項目，進行填料級碳酸鈣生產，經過近幾年的共同努力，探索出了處理化機漿生產白泥的可行性方法。2017年，太陽紙業化機漿白泥全部轉化成造紙填料碳酸鈣，并用于該公司內各臺紙機，從此杜絕了白泥填埋處理，實現了白泥固廢的資源化利用。

1 堿回收白泥的產生和成分

制漿黑液經提取、蒸發濃縮，在堿回收爐燃燒后得到的熔融物，溶于水后形成綠液，其主要成分為碳酸鈉。綠液經過濾后加入石灰苛化，使碳酸鈉轉化為氫氧化鈉，同時得到的沉淀物為白泥[5]，化學反應見方程式（1）。

白泥的成分以碳酸鈣為主，此外還含有氫氧化鈣、硅酸鈣和殘余的氫氧化鈉，以及鋁、鐵氧化物及塵埃等雜質（見表1）。

表1 堿回收白泥主要成分Table 1 Main components of alkali recovery white mud%

2 存在問題

利用苛化白泥生產填料碳酸鈣時，白度和殘堿含量的控制均沒有問題，主要難點有以下幾方面：①由于白泥顆粒結構不均和絮狀結構等問題使過篩水平低于10%，因此成品率不高；②白泥中硅含量較高，導致紙機施膠劑用量增加；③白泥中存在黑灰等問題。

3 生產優化和調整

3.1 白泥粒徑控制

粒徑是造紙填料的重要性能指標，常用平均粒徑或中位粒徑（D50）表示；粒度分布的離散度=(D90-D10)/D50，離散度越小表示粒度分布范圍越窄，過大和過小的顆粒數越小，粒徑越集中。白泥粒徑的離散度一般在13%～15%，其性能也較均一和穩定。另外，比表面積也是造紙填料的一項重要指標，若填料含有較多細小組分，則其具有更大的比表面積，從而給紙機運行、紙張質量、填料留著等帶來諸多問題[3]。為保證白泥輕質碳酸鈣的質量，在生產過程中，對白泥粒徑及比表面積等指標的控制主要做了以下調整。

首先，控制生石灰的質量，氧化鈣含量要求≥90%，并控制過燒灰含量；其次，在保證堿回收正常運行的前提下，主要消化溫度控制在94～98℃、消化時間（70±5）min、控制苛化后乳液的過量灰含量在3.0%～4.0%之間[6]，以便控制苛化反應效果和苛化乳液的過濾性能；通過對生產工藝的調整，白泥平均粒徑增大，中位粒徑（D50）為6.5μm[5]。美國特礦則通過精準控制碳化終點、機械分離、顆粒表面包覆等一系列措施，最大程度減少了硅化合物對紙機的負面影響，使其更適應后研磨加工，加工后成品中位粒徑（D50）為3.5μm，完全達到紙機填料要求。

3.2 白泥除硅

太陽紙業的堿回收生產線由于含有機械漿的黑液，造成白泥中硅含量較高，最初生產的填料碳酸鈣用到紙機上時，生產紙張施膠度較差，導致施膠劑的用量偏高[3]，最終使生產的填料碳酸鈣用量較低。為攻克這一課題，筆者團隊從堿回收苛化工段入手，在燃燒后的白液中加入絮凝劑，使綠液的硅氧化物和其他金屬雜質絮凝，然后利用X-過濾機和高效澄清器（見圖1）將絮凝物過濾分離[4,7]，控制綠液懸浮物含量≤20 mg/L。這樣不但減少了白泥中硅化合物含量，同時白泥中的黑色細小塵埃也得到了控制[5]。通過苛化工段的調整，苛化白泥硅氧化物的含量降低40%左右（見表2），效果非常明顯。

圖1 高效澄清器示意圖Fig.1 Schematic diagram of high efficiency clarifier

表2 白泥中硅氧化物含量Table 2 Content of silicon oxide in white mud %

在隨后的白泥處理加工過程中，美國特礦通過煙氣碳化，使硅進一步沉降（見表3），沉降后的硅氧化物通過離心機從碳酸鈣中分離（如圖2所示）。

圖2 白泥除硅流程示意圖Fig.2 Diagram of silicon removal process in white mud

表3 加工過程中硅氧化物含量變化Table 3 Changes of silicon oxide content during processing%

通過調整后成品碳酸鈣中硅氧化物含量≤1%（見表3），除硅效果明顯，也避免了對紙張施膠的影響，填料碳酸鈣恢復到正常使用量。

3.3 白泥殘堿的控制

在白泥項目開機時，控制白泥殘堿和保證洗滌效果是白泥輕鈣項目的最基本指標。但在實際生產中，仍發現白泥濾液濁度和殘堿較高，從而給紙機的濕部系統和紙張質量帶來不利影響[8]。針對該問題，優化CD過濾機（Caustic Disk filter）洗滌工藝（見圖3），增加多圓盤過濾機、板框擠壓機和白泥澄清器等白泥洗滌設備，對白泥再進一步洗滌(見圖4)。經苛化生產工藝優化，成品填料碳酸鈣的殘堿含量低于0.1%（見表4），pH值≤8.5，電導率≤2.0 mS/cm，避免了白泥輕質碳酸鈣攜帶的可溶性雜質。

圖3 CD過濾機流程示意圖Fig.3 Flow diagram of CD filter

圖4 白泥洗滌優化流程Fig.4 Optimized process of white mud washing

表4 白泥殘堿含量Table 4 Residual alkali content of white mud %

4 使用效果

對生產的填料碳酸鈣在紙機上的使用情況進行跟蹤驗證，使用苛化白泥保證苛化前綠液和石灰質量穩定，并對堿回收苛化生產工藝進行優化控制，才能確保生產填料碳酸鈣的指標（見表5）滿足造紙生產需求。白泥質量的穩定是輕質碳酸鈣質量的重要保證。如果白泥質量波動大，會對后續白泥輕質碳酸鈣生產、紙機生產和紙張質量帶來影響。經過一年多的生產調試，白泥輕質碳酸鈣陸續應用在太陽紙業的各紙機上，品種涉及雙膠紙、靜電復印紙、輕型紙及銅版原紙等；根據紙種及各自質量的不同要求，白泥輕質碳酸鈣添加量會有所差異。實踐證明苛化白泥生產的填料碳酸鈣指標（見表5）完全可以作為造紙填料，應用于文化用紙等各紙種上。

表5 填料碳酸鈣成品指標Table 5 Finished product index of filler calcium carbonate

5 結論

堿回收苛化白泥中氧化硅含量較高，對白泥的洗滌和回收再利用造成困難。在苛化生產過程中，通過控制生石灰質量、調整消化反應溫度和反應時間，可以穩定生產白泥的顆粒粒徑，保持白泥的粒徑均勻。再通過對白泥的進一步洗滌、碳化和研磨等工藝，可以有效地控制生產填料碳酸鈣的pH值、中位粒徑（D50）和硅氧化物含量等指標（見表5），達到造紙填料的要求，為堿回收苛化白泥再利用探索出一條可行的方法。