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石灰泥泥漿脫水劑及其應(yīng)用

1　序言

硫酸鹽法制漿廠最后的苛化/石灰回收工序由制作白液的苛化工序和石灰煅燒工序組成。石灰煅燒工序中安裝了脫水裝置——石灰泥泥漿過(guò)濾機(jī)（用于除去投入石灰窯中石灰泥泥漿中的水分）。石灰泥泥漿過(guò)濾機(jī)的脫水性能將極大地影響后續(xù)工序石灰窯的重油消耗和石灰窯的操作（石灰泥泥漿中的氫氧化鈉含量隨著脫水性的好壞而變化，石灰窯內(nèi)形成球、環(huán)的狀況）。

近年來(lái)由于原油價(jià)格的上升，各紙廠都將降低石灰窯燃料的重油單耗作為節(jié)能降耗、降低生產(chǎn)成本、保護(hù)環(huán)境的有效策略之一。

本文將介紹新開(kāi)發(fā)的石灰泥泥漿過(guò)濾機(jī)脫水劑的概要及在改善脫水性能的同時(shí)降低處理成本的新應(yīng)用技術(shù)。

2　石灰泥泥漿的脫水機(jī)理

石灰泥泥漿利用連續(xù)式真空過(guò)濾機(jī)進(jìn)行過(guò)濾，脫水，而通常過(guò)濾過(guò)程（形成濾餅）和脫水過(guò)程是連續(xù)進(jìn)行的；因此，“過(guò)濾”和“脫水”現(xiàn)象常被混為一談，然而，“過(guò)濾”是一種除去泥漿中的自由水（泥漿中存在的大部分水分），使碳酸鈣粒子形成濾餅而進(jìn)行捕捉的操作，而“脫水”是一種通過(guò)加壓和離心力等機(jī)械或化學(xué)方法使形成的濾餅中的殘留水分離的操作，二者具有本質(zhì)的區(qū)別。

石灰泥泥漿脫水劑主要對(duì)在過(guò)濾機(jī)中連續(xù)產(chǎn)生的“過(guò)濾”和“脫水”過(guò)程中的“脫水”過(guò)程起作用。

圖1顯示了脫水劑在脫水過(guò)程中作用（實(shí)驗(yàn)條件：石灰泥泥漿的固含量為30%，溫度為50℃）。

由圖1可見(jiàn)，添加脫水劑的系統(tǒng)促進(jìn)了濾餅形成后的濾液流出。

圖2顯示了經(jīng)過(guò)過(guò)濾后形成的濾餅中存在的液體種類。

由圖2可見(jiàn)，濾餅中存在的液體種類有：（1）表面附著液，即滯留在粒子表面和孔中的液體；（2）楔形區(qū)液體，即粒子接觸點(diǎn)附近的液體；（3）粒子內(nèi)液體，即粒子內(nèi)部的液體——結(jié)晶水；（4）毛細(xì)管上升液，即被濾渣底部捕捉到的液體。

石灰泥泥漿脫水劑通過(guò)減少濾餅中存在的濕潤(rùn)液毛細(xì)管現(xiàn)象的作用或通過(guò)降低水與粒子接觸角的作用，促進(jìn)液體的排除，減少表面附著液或楔形區(qū)液體來(lái)發(fā)揮其效果。

圖1　脫水劑的作用

圖2　濾餅中存在的液體種類

3　影響石灰泥泥漿脫水性的因素

一般來(lái)說(shuō)，作用液體的性質(zhì)（溫度、pH、分散粒子、黏度）對(duì)“過(guò)濾”和“脫水”的影響很大。本文測(cè)試了這些影響因素中的溫度、pH和分散粒子對(duì)脫水性的影響。所用的試驗(yàn)液體為硫酸鹽法制漿廠提供的石灰泥泥漿。

3.1泥漿溫度對(duì)泥漿脫水性的影響

圖3顯示了泥漿溫度對(duì)其脫水性的影響［圖中，添加脫水劑的泥漿系統(tǒng)中，其脫水劑的用量為100× 10-6質(zhì)量分?jǐn)?shù)（以石灰泥泥漿質(zhì)量計(jì)）］。

由圖3可見(jiàn)：無(wú)論是否添加脫水劑，石灰泥泥漿溫度在45℃左右時(shí)，濾餅的水分含量最高，無(wú)論低于還是高于該溫度，濾餅水分含量都趨于下降；在添加石灰泥泥漿脫水劑的情況下，與不添加時(shí)相比，脫水性受溫度的影響變小。

圖3　泥漿溫度對(duì)其脫水性的影響

3.2堿濃度對(duì)泥漿脫水性的影響

表1顯示了堿（以NaOH表示）濃度對(duì)泥漿脫水性的影響。

由表1可見(jiàn)，石灰泥泥漿中的堿含量（NaOH濃度）對(duì)其脫水性幾乎沒(méi)有影響。在實(shí)際生產(chǎn)中，如果發(fā)現(xiàn)堿含量和水分間存在某種相關(guān)性，其原因很可能是因苛化條件變化等因素使碳酸鈣粒子的粒徑和形狀發(fā)生了改變。

3.3泥漿的沉降速度對(duì)其脫水性的影響

表1　堿濃度對(duì)泥漿脫水性的影響

圖4為對(duì)硫酸鹽法制漿廠的7個(gè)樣品進(jìn)行的沉降性和脫水性關(guān)系的調(diào)查結(jié)果。

由圖4發(fā)現(xiàn)，石灰泥泥漿的沉降速度和脫水性之間存在著良好的相關(guān)性。沉降速度越快意味著泥漿中的碳酸鈣粒子直徑越大，而粒子直徑大對(duì)脫水性有好處。粒子直徑越大脫水性越好，其原因是，由于粒子之間間隔的增加減少了毛細(xì)管現(xiàn)象，因而在粒子間捕捉到的液體減少，以及由于粒子整體的表面積變小，使表面附著液減少。

圖4　石灰泥泥漿沉降速度與濾餅水分的關(guān)系

從本研究結(jié)果可知，在相同固含量時(shí)，通過(guò)測(cè)定、比較沉降速度可以大致推斷石灰泥泥漿的脫水性。

4　石灰泥泥漿過(guò)濾機(jī)脫水劑

本研究重新審視了在石灰泥泥漿過(guò)濾機(jī)中“過(guò)濾”、“脫水”過(guò)程中的水分變化，開(kāi)發(fā)了新的過(guò)濾機(jī)脫水劑系列。

下面介紹新開(kāi)發(fā)的過(guò)濾機(jī)脫水劑的脫水效果。

4.1試驗(yàn)條件和方法

用脫水試驗(yàn)裝置（圖5）進(jìn)行過(guò)濾、脫水操作（圖6），將濾餅烘干得到濾餅的水分含量，評(píng)價(jià)脫水劑的效果。試樣仍采用從硫酸鹽法制漿廠的石灰泥泥漿。

4.2試驗(yàn)結(jié)果

圖7為按“4.1試驗(yàn)條件和方法”進(jìn)行的其他公司的過(guò)濾機(jī)脫水劑與新開(kāi)發(fā)的新型過(guò)濾機(jī)脫水劑的試驗(yàn)數(shù)據(jù)比較（其脫水劑的用量以石灰泥泥漿質(zhì)量計(jì)）。

由圖7可見(jiàn)，新型過(guò)濾機(jī)脫水劑與其他公司及傳統(tǒng)產(chǎn)品相比，濾餅的水分含量大幅度下降。為了確認(rèn)新型過(guò)濾機(jī)脫水劑的有效性，測(cè)定了過(guò)濾、脫水后各過(guò)濾機(jī)脫水劑的留著率（留著率采用TC儀測(cè)定過(guò)濾、脫水后的濾液中脫水劑的濃度并計(jì)算獲得），測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表2。

由表2可見(jiàn)，新型過(guò)濾機(jī)脫水劑的留著率比傳統(tǒng)過(guò)濾機(jī)脫水劑高。該評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，新型過(guò)濾機(jī)脫水劑留著在濾餅中，發(fā)揮了使液體排除的作用（推測(cè)為疏水作用）。

接著，用另一種不同方法（“試驗(yàn)2”）試驗(yàn)新型過(guò)濾機(jī)脫水劑的脫水效果，測(cè)定了濾餅的水分含量（圖8）（其脫水劑的用量以碳酸鈣質(zhì)量計(jì)）。上述試驗(yàn)方法（“試驗(yàn)1”）相當(dāng)于在泥漿中添加過(guò)濾機(jī)脫水劑，“試驗(yàn)2”相當(dāng)于在噴淋水中添加過(guò)濾機(jī)脫水劑。

由圖8可見(jiàn)，“試驗(yàn)2”進(jìn)一步減少了濾餅的水分含量。就是說(shuō)，新型過(guò)濾機(jī)脫水劑除了通過(guò)在傳統(tǒng)的泥漿中添加外，還可以在噴淋水中添加，并可以取得更好的脫水效果。噴淋水中添加脫水劑以提高脫水性的技術(shù)已在2014年獲得了新型技術(shù)專利。

圖5　脫水試驗(yàn)裝置

圖6　過(guò)濾、脫水試驗(yàn)流程

圖7　過(guò)濾機(jī)脫水劑的脫水效果比較

表2　過(guò)濾、脫水后脫水劑的留著率　%

5　新型過(guò)濾機(jī)脫水劑實(shí)際應(yīng)用案例

下面介紹新型過(guò)濾機(jī)脫水劑通過(guò)傳統(tǒng)方法添加和噴淋水添加改善脫水效果和降低化學(xué)品成本的應(yīng)用案例。

圖8　過(guò)濾機(jī)脫水劑的脫水效果比較

5.1應(yīng)用案例1

（1）應(yīng)用條件：新型過(guò)濾機(jī)脫水劑添加點(diǎn)為石灰泥泥漿過(guò)濾機(jī)流送泵（入口），泥漿溫度為50～60℃。應(yīng)用目的是為了確認(rèn)使用新型過(guò)濾機(jī)脫水劑替換正在使用的過(guò)濾機(jī)脫水劑后，石灰泥泥漿水分含量下降，因而重油用量減少的效果。

（2）應(yīng)用結(jié)果：設(shè)定新型過(guò)濾機(jī)脫水劑用量分別為正在使用的過(guò)濾機(jī)脫水劑的×1.0、×0.7和×0.5倍，各用量的濾餅水分和重油單耗如圖9所示。

由圖9可見(jiàn)，使用新型過(guò)濾機(jī)脫水劑的用量只需要正在使用的過(guò)濾機(jī)脫水劑一半的用量就能取得大體相同的效果；并且，在相同用量時(shí)，濾餅水分比其他公司的產(chǎn)品低4%，與正在使用的脫水劑相比，重油單耗可以降低2.2 L/t（CaO）。本案例達(dá)到了通過(guò)減少脫水劑用量降低處理成本的目的。

5.2應(yīng)用案例2

圖9　應(yīng)用結(jié)果

（1）應(yīng)用條件：新型過(guò)濾機(jī)脫水劑添加點(diǎn)分別為石灰泥泥漿過(guò)濾機(jī)流送泵（入口）和噴淋水管道；脫水劑用量為100×10-6～350×10-6（以CaCO3質(zhì)量計(jì)）；泥漿溫度為50～60℃。

（2）應(yīng)用結(jié)果：在石灰泥泥漿流送管道中添加新型過(guò)濾機(jī)脫水劑時(shí)的濾餅水分變化和在噴淋水管道中添加新型過(guò)濾機(jī)脫水劑時(shí)的濾餅水分含量變化如圖10所示。

由圖10可見(jiàn)：在泥漿中添加新型過(guò)濾機(jī)脫水劑濾餅水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)可減少約10%；將添加點(diǎn)改到噴淋水管道中添加，只需在泥漿中添加脫水劑用量的約三分之一就能減少濾餅水分最高達(dá)質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%左右。這說(shuō)明在噴淋水管道中添加脫水劑有助于脫水性的改善和降低處理成本。

6　結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了用作石灰泥泥漿過(guò)濾機(jī)的新型脫水劑的效果和應(yīng)用技術(shù)。新型過(guò)濾機(jī)脫水劑不但適用于傳統(tǒng)的石灰泥泥漿，而且通過(guò)專利技術(shù)，還能改善脫水性能，降低處理成本。（杜偉民編譯）

圖10　脫水劑添加點(diǎn)對(duì)脫水效果的影響