棉短绒H2O2一步法蒸漂制浆的不足及对策

薛润林

(南京义友自控仪表有限公司，江苏南京，210042)

近几年来，国内关于棉短绒采用H2O2蒸漂制浆的研究很多，其共同点是均采用H2O2加稳定剂配制成常温NaOH碱液，然后与棉短绒混合后一次性投入蒸球内进行蒸漂制浆，这种方法称为H2O2一步法蒸漂制浆［1］。目前，国内证券纸棉浆生产主要采用H2O2一步法蒸漂制浆［2］，即棉短绒脱脂、去除木素、去疵点和H2O2氧化漂白同时进行。但是这种方法存在诸多问题，如疵点较多。在实际生产过程中，证券纸用棉浆板上大的疵点一般靠人工在灯光下挖除，废工废时。本文主要分析了棉短绒H2O2一步法蒸漂制浆的不足，并提出相应的改进措施。

1 H2O2一步法蒸漂制浆的不足

笔者认为H2O2一步法蒸漂制浆存在以下主要不足。

(1)H2O2与碱液的混合温度为常温，碱液入球温度低，不利于碱液的渗透，更不利于棉籽碎片、棉桃碎片等杂物的渗透，不利于脱脂、去除木素和去疵点。但若碱液入球温度高，H2O2又会发生分解，因此H2O2一步法蒸漂制浆碱液入球温度只能在常温下进行。

(2)在H2O2一步法蒸漂制浆过程中，一般要求保温温度＜110℃。若保温温度低，则不利于去除木素和疵点;若保温温度≥110℃，则H2O2分解过快，有效蒸漂时间缩短，也不利于脱除木素、去疵点。

(3)H2O2蒸漂温度以70～100℃为宜，此时H2O2利用率高、效果好;脱脂温度＞120℃时，脱脂、去木素效果好。蒸煮脱脂要求温度高，而H2O2蒸漂制浆要求温度低，这就出现了矛盾，难以在同一系统中解决。

影响H2O2一步法蒸漂制浆质量的主要因素是棉短绒脱脂。棉短绒纤维表面上有一层很薄的蜡质膜，其主要成分是长链饱和醇及饱和脂肪酸，此外还有一些饱和的、不饱和的高级脂肪醇和酸的脂类等，这些物质很难润湿。一般采用热碱蒸煮，在温度高于120℃条件下，通过皂化反应和乳化作用去除这些油脂蜡质，提高棉纤维的化学反应性能。棉纤维若不进行脱脂，H2O2就不能对棉纤维进行氧化漂白。本文通过实验，验证了棉纤维必须先脱脂，脱脂后再进行H2O2氧化漂白，以氧化去除杂质;并提出改进措施，供企业参考。

2 H2O2蒸漂实验

Ⅲ-2(3类2级)棉短绒的照片如图1所示。由图1可以看出，棉短绒上有许多疵点，其中小疵点是棉籽壳小碎片，棕色大斑块是棉籽、棉桃的碎片，要获得理想的棉短绒，需将这些疵点去除［3-4］。

图1 Ⅲ-2棉短绒

2.1 棉短绒预水解H2O2蒸漂实验

取40 g棉短绒，用液比1∶4的水进行浸泡，浸泡好的棉短绒放在高压蒸煮锅进行预水解，在20 min内升温至105℃，然后保温30 min。

在预水解后的棉短绒中加入用量3%的H2O2，在高压蒸煮锅内蒸漂60 min，然后在105℃ (高压锅最高温度)温度下保温。蒸漂后的棉短绒进行烘干，蒸漂后的棉短绒照片见图2。

图2 蒸漂后的棉短绒

由图2可以看出，H2O2对预水解后的棉短绒不起漂白作用，白度基本无变化，棉籽壳依旧存在，说明H2O2不能直接对棉短绒进行脱脂和漂白。

2.2 H2O2在碱液中的稳定性实验

取100 mL质量浓度30 g/L的NaOH溶液于三角烧瓶中，加入2 mL质量分数30%的H2O2，将三角烧瓶放在酒精灯上加热沸腾，此时H2O2受热分解。继续加热30 min后，待三角烧瓶冷却到室温后，用冷水补充瓶中蒸发的水分至100 mL，进行滴定分析碱浓。实验发现，此时碱浓仍为30 g/L。这表明，H2O2与NaOH不起化学反应。

由2.1和2.2两个实验表明，H2O2不能直接对棉纤维进行漂白，必须先进行脱脂后才能发生氧化漂白反应;H2O2与NaOH不发生反应，说明H2O2在碱液中的稳定性较好。

要克服H2O2一步法蒸漂制浆存在的不足，可以先对棉短绒进行脱脂，然后再进行H2O2蒸漂制浆，这种制浆方法称为H2O2二步法蒸漂制浆。H2O2二步法蒸漂制浆可以弥补一步法蒸漂制浆存在的不足，提高蒸漂纸浆品质。

3 H2O2二步法蒸漂制浆技术

H2O2二步法蒸漂制浆技术是一种棉短绒制浆方法发明专利，专利号为201010511566.2。

H2O2二步法蒸漂制浆工艺中的蒸煮脱脂可按各厂原有的蒸煮工艺进行，也可按专利201220611105.7先打浆后蒸漂的工艺进行制浆。蒸煮碱液中要加入0.1%的YY-02渗透剂和0.03%～0.05%的蒽氢醌;碱液入球温度≥90℃，以强化渗透作用;保温温度大于120℃，保温30～60 min后进行大放气;当球内温度下降到≤105℃时，向球内分段加入常温H2O2和MgSO4混和液，注入H2O2后球内温度降到70～90℃ (H2O2反应适宜温度)，H2O2在此温度下进行蒸漂，经过60～90 min后进行10 min放气，即可开球盖倒料，H2O2二步法蒸漂制浆结束。

2011年12月份，河北廊坊双泽精制棉有限公司的25 m3蒸球做了几批H2O2二步法蒸漂制浆试验。该厂的脱脂按照原蒸煮工艺执行，蒸煮脱脂后再加入5%的 H2O2进行二步法蒸漂，蒸球内氧压0.2 MPa(一步法蒸煮氧压为0.4～0.6 MPa)。蒸煮后半浆聚合度 (DP)分别为2058、2339、2705，白度65% ～68%，半浆无疵点，黑液呈茶色。H2O2二步法蒸漂制浆保留了原工艺高温条件下的皂化脱脂反应，乳化去除杂质、脱除木素、去疵点。但H2O2分解温度从120℃降到70～90℃，这样既提高了H2O2的利用率，黑液中的COD含量又得到进一步的降低。此外，H2O2二步法蒸漂获得的纸浆白度比一步法蒸漂提高3～5个百分点。二步法蒸漂可利用蒸球内的余热进行蒸漂，降低了蒸汽用量。

表1 H2O2二步法蒸漂后棉短绒DP、白度

H2O2二步法蒸漂制浆过程中添加YY-02高温渗透剂和蒽氢醌，其中YY-02具有极佳的抗浓碱、耐高温、耐氧化、耐还原剂、耐硬水性，对H2O2具有较好的稳定作用，并且在碱液条件下具有卓越的乳化、脱脂、净洗、分散能力;而蒽氢醌能溶解在碱液中［5］，随碱液渗透到纤维和棉籽碎片内部，蒸煮中浆料在蒽氢醌的反复还原和氧化作用下，加速了木素的去除，在蒽氢醌的作用下，浆料呈暗红色，但一接触到空气便会还原成本色。棉短绒经H2O2二步法蒸漂后的聚合度 (DP)和白度见表1。

由表1可知，Ⅰ-2(1类2级)、Ⅰ-3(1类3级)棉短绒经二步法蒸漂后的质量更好，化学品用量较少，白度较高;Ⅲ-3(3类3级)棉短绒质量差，化学品用量较多，白度较低。

YY-02和蒽氢醌是目前市场上先进的绿色环保、水溶型助剂之一。使用YY-02和蒽氢醌助剂，可使制浆得率提高2～3个百分点，蒸煮半浆白度提高3～5个百分点，黑液色度降低，半料洗涤容易，更节水。

将棉短绒H2O2一步法蒸漂和二步法蒸漂制浆方法相结合，可获得混合蒸漂制浆工艺。

4 棉短绒H2O2混合法蒸漂制浆

用3%的H2O2先对棉短绒进行一步法蒸漂，再用2%的H2O2对其进行二步法蒸漂，可以弥补一步法蒸漂的一些不足，增加去疵点的效果。

下面以25 m3蒸球为例，介绍棉短绒H2O2混合法蒸漂制浆的生产过程。

在该工艺中，棉短绒的投料绝干量为 (2800±100)kg，液比1∶3.6，用碱量9%，碱浓25 g/L，碱液入球量10.08 m3，YY-7012渗透剂用量0.3%，蒽氢醌用量0.05%，H2O2用量3%，碱液入球温度为常温。投料后，蒸球空转20 min，然后加入蒸汽升温40 min，当温度升到105℃时保温90 min，进行放气10 min;当蒸球内温度≤102℃时，向蒸球内加入常温的、用量2%的H2O2和MgSO4的混合液5 m3，在70～100℃温度条件下进行蒸漂90 min，然后放气10 min后，开球盖倒料，蒸煮结束。

对于混合法蒸漂制浆，在完成一步法蒸漂时，棉短绒脱脂反应已进行了130 min，大部分油脂蜡质、木素已经被去除。在此基础上再进行H2O2二步法蒸漂，H2O2利用率提高，蒸漂效果好，疵点显著降低。

综上可知，从节能环保、提高白度、去除疵点等方面分析可知，二步法蒸漂制浆优于混合法蒸漂制浆，混合法蒸漂制浆优于一步法蒸漂制浆。

5 改进一步法蒸漂升温曲线

现行一步法蒸漂升温曲线如图3所示。现行一步法蒸漂工艺中，蒸球内氧压为0.4～0.6 MPa，降低了H2O2的利用率，导致棉浆中疵点较多。

有必要对现行一步法蒸漂升温曲线进行改进，改进后的蒸漂升温曲线如图4所示。碱液中加入YY-02、蒽氢醌助剂，能够强化脱木素作用。由图4可知，蒸球空转后，升温到50℃时保温30 min，再升到100℃保温30min后升温至120℃，因此总的升温时间由原来的40 min延长到110 min。升温时间长，H2O2分解相对较慢，即增加了脱脂的作用时间，为棉短绒先脱脂后蒸漂创造条件。当升温到100℃时，保温30 min，此阶段H2O2可分解70% ～80%，蒸球内氧压降至0.2～0.4 MPa，纸浆白度好。在100℃保温后，再升温到120℃保温60 min，能够强化在120℃时的脱木素作用。改进后一步法蒸漂工艺，虽然不如二步法蒸漂，但是，白度可提高1～2个百分点，疵点比一步法减少30%左右。

图3 现行一步法蒸漂升温曲线

图4 改进后的蒸漂升温曲线

6 结论

针对H2O2一步法蒸漂存在的不足，提出了采用H2O2二步法蒸漂工艺、混合蒸漂工艺和改进一步法升温曲线等三种改进措施。

6.1 二步法蒸漂是在棉短绒充分脱脂后，再在70～100℃温度下进行H2O2蒸漂。H2O2二步法蒸漂工艺中H2O2利用率最高，蒸漂白度好、去除杂质效果最好，不仅适用于证券纸用棉浆，也适用聚合度低于2000的精制棉、化纤棉、脱脂棉等的生产。技改后蒸漂黑液色度呈茶色，黑液经絮凝沉淀中和后即可达标排放。

6.2 混合法蒸漂是在一步法蒸漂后，再用H2O2进行蒸漂。在相同H2O2用量的条件下，混合蒸漂法获得的纸浆质量优于一步法蒸漂。

6.3 对一步法蒸漂升温曲线进行改进，使升温时间从40 min延长到110 min，升温中进行50℃和100℃的台式保温，有利于碱液的均匀渗透和油脂蜡质的去除，防止H2O2过快分解，提高棉浆的白度和减少疵点。

［1］ XUE Run-lin．A new method to reduce the COD in cotton pulping［J］．China Pulp ＆ Paper Industry，2011，32(8):86．薛润林．一种降低 COD的新方法［J］．中华纸业，2011，32(8):86．

［2］ YAO Guangyu．Study of P alkali hydrogen peroxide pulping of cotton linter［J］．Journal of Nanjing Forestry University，1998(3):101．姚光裕．棉短绒碱-H2O2制浆的研究［J］．南京林业大学学报，1998(3):101．

［3］ LI Sheng-li．Imparity Removal from Cotton Linter in Cotton Linter Dissolving Pulp Production［J］．China Pulp ＆ Paper，2011，30(9):73．李胜利．棉短绒制浆过程中杂质的去除［J］．中国造纸，2011，30(9):73．

［4］ LIU Hong-xia，XUE Run-lin．The New Measures to Remove the Defects in the Cotton Linter［J］．China Pulp ＆ Paper，2013，32(8):69．刘红霞，薛润林．棉浆粕去疵点的新措施［J］．中国造纸，2013，32(8):69．

［5］ Liang Shimei，Zhang Jingxian，Zhang Songshou．Q ＆ A dissolved hydrogen anthraquinone pulping technology for preparation(Second Book)［M］．Beijing:China Light Press，2004．梁实梅，张静娴，张松寿．制浆技术问答(第二册)［M］．北京:中国轻工业出版社，2004． CPP