碱回收白泥生产轻质碳酸钙产品及使用实践

曹衍军 翟丙彦

（山东太阳纸业股份有限公司，山东济宁，272100）

制浆造纸厂在碱回收过程中产生的苛化白泥，国内外的大型制浆厂一般采用石灰窑煅烧法，使白泥再生成生石灰，循环使用[1-2]。山东太阳纸业股份有限公司（以下简称太阳纸业）碱回收生产线产能为900 t/d，该生产线将来自碱法化学浆和化机浆有硅漂白的黑液分别蒸发浓缩，一起混合燃烧，产生的白泥中硅化合物含量比常规化学浆高，其特性在某些方面类似非木材化学浆白泥，白泥循环使用时对苛化运行造成干扰[3-4]，使白泥始终得不到彻底处理，部分白泥需填埋处理，造成较高的费用和二次污染的风险。

2014年7月太阳纸业和美国特种矿业有限公司（以下简称美国特矿）签约了6万t碱回收白泥制备造纸填料轻质碳酸钙项目，白泥作为生产原料，提供给轻质碳酸钙项目，进行填料级碳酸钙生产，经过近几年的共同努力，探索出了处理化机浆生产白泥的可行性方法。2017年，太阳纸业化机浆白泥全部转化成造纸填料碳酸钙，并用于该公司内各台纸机，从此杜绝了白泥填埋处理，实现了白泥固废的资源化利用。

1 碱回收白泥的产生和成分

制浆黑液经提取、蒸发浓缩，在碱回收炉燃烧后得到的熔融物，溶于水后形成绿液，其主要成分为碳酸钠。绿液经过滤后加入石灰苛化，使碳酸钠转化为氢氧化钠，同时得到的沉淀物为白泥[5]，化学反应见方程式（1）。

白泥的成分以碳酸钙为主，此外还含有氢氧化钙、硅酸钙和残余的氢氧化钠，以及铝、铁氧化物及尘埃等杂质（见表1）。

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

2 存在问题

利用苛化白泥生产填料碳酸钙时，白度和残碱含量的控制均没有问题，主要难点有以下几方面：①由于白泥颗粒结构不均和絮状结构等问题使过筛水平低于10%，因此成品率不高；②白泥中硅含量较高，导致纸机施胶剂用量增加；③白泥中存在黑灰等问题。

3 生产优化和调整

3.1 白泥粒径控制

粒径是造纸填料的重要性能指标，常用平均粒径或中位粒径（D50）表示；粒度分布的离散度=(D90-D10)/D50，离散度越小表示粒度分布范围越窄，过大和过小的颗粒数越小，粒径越集中。白泥粒径的离散度一般在13%～15%，其性能也较均一和稳定。另外，比表面积也是造纸填料的一项重要指标，若填料含有较多细小组分，则其具有更大的比表面积，从而给纸机运行、纸张质量、填料留着等带来诸多问题[3]。为保证白泥轻质碳酸钙的质量，在生产过程中，对白泥粒径及比表面积等指标的控制主要做了以下调整。

首先，控制生石灰的质量，氧化钙含量要求≥90%，并控制过烧灰含量；其次，在保证碱回收正常运行的前提下，主要消化温度控制在94～98℃、消化时间（70±5）min、控制苛化后乳液的过量灰含量在3.0%～4.0%之间[6]，以便控制苛化反应效果和苛化乳液的过滤性能；通过对生产工艺的调整，白泥平均粒径增大，中位粒径（D50）为6.5μm[5]。美国特矿则通过精准控制碳化终点、机械分离、颗粒表面包覆等一系列措施，最大程度减少了硅化合物对纸机的负面影响，使其更适应后研磨加工，加工后成品中位粒径（D50）为3.5μm，完全达到纸机填料要求。

3.2 白泥除硅

太阳纸业的碱回收生产线由于含有机械浆的黑液，造成白泥中硅含量较高，最初生产的填料碳酸钙用到纸机上时，生产纸张施胶度较差，导致施胶剂的用量偏高[3]，最终使生产的填料碳酸钙用量较低。为攻克这一课题，笔者团队从碱回收苛化工段入手，在燃烧后的白液中加入絮凝剂，使绿液的硅氧化物和其他金属杂质絮凝，然后利用X-过滤机和高效澄清器（见图1）将絮凝物过滤分离[4,7]，控制绿液悬浮物含量≤20 mg/L。这样不但减少了白泥中硅化合物含量，同时白泥中的黑色细小尘埃也得到了控制[5]。通过苛化工段的调整，苛化白泥硅氧化物的含量降低40%左右（见表2），效果非常明显。

图1 高效澄清器示意图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 %

在随后的白泥处理加工过程中，美国特矿通过烟气碳化，使硅进一步沉降（见表3），沉降后的硅氧化物通过离心机从碳酸钙中分离（如图2所示）。

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

表3 加工过程中硅氧化物含量变化Table 3 Changes of silicon oxide content during processing%

通过调整后成品碳酸钙中硅氧化物含量≤1%（见表3），除硅效果明显，也避免了对纸张施胶的影响，填料碳酸钙恢复到正常使用量。

3.3 白泥残碱的控制

在白泥项目开机时，控制白泥残碱和保证洗涤效果是白泥轻钙项目的最基本指标。但在实际生产中，仍发现白泥滤液浊度和残碱较高，从而给纸机的湿部系统和纸张质量带来不利影响[8]。针对该问题，优化CD过滤机（Caustic Disk filter）洗涤工艺（见图3），增加多圆盘过滤机、板框挤压机和白泥澄清器等白泥洗涤设备，对白泥再进一步洗涤(见图4)。经苛化生产工艺优化，成品填料碳酸钙的残碱含量低于0.1%（见表4），pH值≤8.5，电导率≤2.0 mS/cm，避免了白泥轻质碳酸钙携带的可溶性杂质。

图3 CD过滤机流程示意图Fig.3 Flow diagram of CD filter

图4 白泥洗涤优化流程Fig.4 Optimized process of white mud washing

表4 白泥残碱含量Table 4 Residual alkali content of white mud %

4 使用效果

对生产的填料碳酸钙在纸机上的使用情况进行跟踪验证，使用苛化白泥保证苛化前绿液和石灰质量稳定，并对碱回收苛化生产工艺进行优化控制，才能确保生产填料碳酸钙的指标（见表5）满足造纸生产需求。白泥质量的稳定是轻质碳酸钙质量的重要保证。如果白泥质量波动大，会对后续白泥轻质碳酸钙生产、纸机生产和纸张质量带来影响。经过一年多的生产调试，白泥轻质碳酸钙陆续应用在太阳纸业的各纸机上，品种涉及双胶纸、静电复印纸、轻型纸及铜版原纸等；根据纸种及各自质量的不同要求，白泥轻质碳酸钙添加量会有所差异。实践证明苛化白泥生产的填料碳酸钙指标（见表5）完全可以作为造纸填料，应用于文化用纸等各纸种上。

表5 填料碳酸钙成品指标Table 5 Finished product index of filler calcium carbonate

5 结论

碱回收苛化白泥中氧化硅含量较高，对白泥的洗涤和回收再利用造成困难。在苛化生产过程中，通过控制生石灰质量、调整消化反应温度和反应时间，可以稳定生产白泥的颗粒粒径，保持白泥的粒径均匀。再通过对白泥的进一步洗涤、碳化和研磨等工艺，可以有效地控制生产填料碳酸钙的pH值、中位粒径（D50）和硅氧化物含量等指标（见表5），达到造纸填料的要求，为碱回收苛化白泥再利用探索出一条可行的方法。