Способ отбеливания пульпы с сопутствующей адсорбцией металлов

 

Изобретение относится к способу отбеливания пульпы, в котором после дефибрации производится отделение от пульпы первого фильтрата, содержащего металлы, преимущественно в ионной форме, и где затем эти металлы вводят в определенное количество волокнистой массы, адсорбирующей данные металлы. Указанная волокнистая масса подвергается обработке, на которую не оказывают по крайней мере значительного отрицательного влияния присутствующие в массе металлы. При использовании данного способа возможно решить проблемы, связанные с металлосодержащим потоком жидкости, для традиционного решения которых требуются повышенные трудозатраты и стоимость. 9 з.п.ф-лы, 3 ил.

Предлагаемое изобретение относится к способам отбеливания пульпы, включающем в себя, как правило, несколько стадий отбеливания, на некоторых из которых первичный фильтрат, содержащий (после дефибрации) металлы (в основном, в ионной форме), отделяется от общей массы, причем металлы сперва удаляются из потока пульпы, данный поток затем отбеливается, а металлы (в предпочтительном варианте осуществления процесса) вновь вводятся в волокносодержащий поток, из которого они сперва были удалены. С использованием данного изобретения весьма просто решается задача сохранения металлов в конечном продукте процесса отбеливания пульпы, чего достичь иным способами затруднительно.

Лица, ответственные за сохранность окружающей среды, предъявляют все более жесткие требования к целлюлозно-бумажной промышленности в отношении снижения использования для отбеливания хлорного газа. Допустимые выбросы органо-хлористых соединений (адсорбируемые количества органических галогенов) в водосбросах отбеливательных установок постоянно снижались и ныне находятся на столь низком уровне, что во многих случаях целлюлозные заводы, использовавшие хлорный газ, остановлены. Вместо хлора в качестве отбеливающего агента применяются только двуокись хлора. Двуокись хлора характеризуется малыми показателями адсорбируемого количества органических галогенов, по сравнению с хлором, давая в то же время аналогичный отбеливающий эффект.

Однако даже применение двуокиси хлора поставлено под сомнение. С одной стороны, ответственные за сохранность среды в некоторых странах требуют такого снижения выбросов органо-хлорных соединений, что этим требованиям едва удовлетворяет и использование двуокиси хлора для отбеливания. С другой стороны, потребители во многих странах начинают проявлять настойчивую заинтересованность в бумажной продукции, при отбеливании которой не применялись бы ни хлор, ни его двуокись.

В связи с этим в целлюлозно-бумажной промышленности изыскиваются способы отбеливания пульпы без использования хлорсодержащих химических веществ. Успешно апробированные способы включают в себя удаление металлов на стадии кислотной обработки (A) или, возможно, путем добавки веществ, вызывающих образование хелатных соединений (Q), например - этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТК), в пульпу, из которой удален лигнин в процессе кислородного окисления. Пульпа промывается и затем отбеливается с использованием, например, перекиси водорода (P) и/или озона (Z) - в различных последовательностях. Один из таких способов описан в патенте Швеции N 467006, кл. D 21 C 9/10, 1989 (от фирмы ЭКА НОБЕЛЬ) и носит название "лигноокислительного" (Lignox); данный способ принят в качестве наиболее близкого аналога.

Существенной особенностью данного способа является то, что некоторые ионы металлов производят отрицательное воздействие на процесс отбеливания - как в отношении снижения качества пульпы, так и большого потребления химических веществ. Согласно этому способу, металлы вымываются на открытой стадии (A/Q). Возникающая при этом проблема заключается в том, что поток жидкости после промывки (с отделением металлов) содержит, с одной стороны, определенное количество унесенного вещества, а с другой стороны - диссоциированные ионы металлов и вызывает поэтому трудности в части потерь и возврата компонентов. Согласно традиционной технологии, такого рода фильтрат подвергается внешней очистке, которая может быть продолжительной и дорогостоящей, и затем поступает в накопитель.

Предлагаемое изобретение отличается тем, что в способе отбеливания пульпы, включающем кислотную обработку пульпы с отделением первого фильтрата, содержащего металлы в ионной форме, отделенные металлы вводятся в определенное количество волокнистой массы, которая их адсорбирует и не испытывает существенного отрицательного влияния от присутствия данных металлов на последующих стадиях ее обработки. При использовании способа согласно изобретению возможно решить проблемы, связанные с металлосодержащим потоком жидкости, для традиционного решения которых требуются повышенные трудозатраты и стоимость. С помощью изобретения эти, своего рода беспокойные проблемы легко разрешены, как видно из сказанного, добавлением отделенных металлов к потоку волокнистой массы, последующая обработка которой не ухудшается, по крайней мере, значительно - присутствием этих металлов.

При этом свободный от металлов фильтрат, полученный в результате промывки пульпы с волокнистой массой, адсорбировавшей металлы, направляют на обработку, преимущественно в ее более раннюю стадию, так что реализуется возможность замкнутого цикла работы отбеливающей установки.

Кроме того, указанное количество волокнистой массы передается одной и той же поточной линии, и что первоначально отделенные от поточной линии металлы вновь вводят в эту линию на более поздней стадии обработки, после проведения последовательности стадий, где присутствие металлов не требуется. Далее предусматривают несколько параллельных поточных линий волокнистой массы, а металлы избирательно вводят в одну или более указанных линий.

А также по меньшей мере в одну из поточных линий отбеленной пульпы не вводят металлы.

Наряду с этим, металлы вводят в поточную линию, содержащую неотбеленные волокна.

В то же время последовательность стадий отбеливания, где не требуется присутствие металлов, включает в себя по меньшей мере одну стадию выщелачивания и окисления.

Причем, последовательность стадий отбеливания, где не требуется присутствие металлов, включает в себя по меньшей мере одну стадию обработки перекисью водорода.

Вместе с тем, последовательность стадий отбеливания, где не требуется присутствие металлов, включает в себя по меньшей мере одну стадию отбеливания озоном.

И, наконец, соответствующие пульпу части с различными содержанием в них металлов используются в производстве многослойной бумаги таким образом, что металлы отсутствуют по меньшей мере в одном из внешних слоев и присутствуют во внутреннем слое.

Наиболее вероятным применением изобретения, по-видимому, является одна единственная линия, по которой течет поток волокнистой массы и в которую повторно вводятся металлы, удаленные из потока на предыдущей стадии обработки. Однако, может оказаться желательным иметь две параллельных линии потока по меньшей мере, где отделенные металлы преимущественно вводятся в одну из них. В результате окажется возможным иметь одну или более параллельных линий конечного продукта (отбеленного или неотбеленного), в которые смогут вводиться металлы, так что хотя бы в одной их этих линий конечный продукт будет обогащен металлами.

Добавка металлов может осуществляться в бак с пульпой или в подобное устройство, а также - вместе с промывочной жидкостью в промывочный агрегат на заключительной стадии отбеливания. Чтобы гарантировать адсорбцию металлов, потребуется подходящим образом регулировать pH (водородный показатель) пульповой смеси. Могут также добавляться вспомогательные химикаты (например, связующей агент).

В предпочтительном варианте, адсорбировавший металлы фильтрат следует подвергнуть другим стадиям процесса - преимущественно, более ранней стадии обработки. Таким образом степень замкнутости процесса может значительно возрасти, т.е. уменьшится расход, а значит и потребное количество свежей воды. Сказанное удобоосуществимо путем уплотнения пульпы и ее промывки в промывочном агрегате, например, на промывочном прессе, с последующей транспортировкой для дополнительного отбеливания (на которое не оказывают отрицательного влияния присутствующие в пульпе металлы), например, двуокисью хлора, или в сушильную машину, складскую башню или на бумажную фабрику. Фильтрат после указанного промывочного агрегата направляется, согласно рассматриваемому варианту, в форме противотока, обратно в русло процесса, преимущественно на промывочный агрегат стадии Q или стадии A. Дополнительно, фильтрат может быть разделен так, что одна его часть поступает на промывочный агрегат одной из стадий отбеливания.

На фиг. 1 представлена блок-схема поточной линии волокнистой массы, где применяется предлагаемое изобретение.

На фиг. 2 показана блок-схема двух параллельных поточных линий, где также может применяться изобретение.

На фиг. 3 дан предпочтительный вид отбеливающей установки, где используется изобретение.

На фиг. 1 представлена блок-схема, сопряженная с поточной линией 1 пульпы, предварительно химически обработанной в процессе варки. Согласно предпочтительному варианту реализации изобретения, варка является непрерывной. После варки и промывки пульпа направляется по линии 1 на дополнительную фильтрацию и промывку, после чего производится кислородная делигнификация пульпы и ее промывка. Следующим этапом является стадия Q, на которой от волокон пульпы отделяются металлы. Содержащий металлы фильтрат 2 после стадии Q отделяется от потока 1 пульпы, а остальной поток направляется к последовательным элементам отбеливающей установки, где проходит обработку, на которую могли бы оказать отрицательное влияние присутствующие в пульпе металлы. Но поскольку металлы были ранее удалены вместе с фильтратом 2, то указанная обработка может быть теперь проведена более качественно и эффективно.

Последовательность отбеливательных стадий, на которую оказывают отрицательное воздействие металла, соответствует, в частности, схеме PZP, включающей начальную и конечную обработку перекисью водорода и промежуточную озоновую стадию. После отбелки пульпы попадает на стадию обработки, обозначенную как R (фиг. 1). На данной стадии унесенные ранее потоком 2 металлы вновь вводятся в пульпу. Отделенные органические вещества, такие как остаточный лигнин, не адсорбируются волокнами и вымываются впоследствии на промывочном прессе или подобном агрегате. Наиболее жалательный способ повторного ввода металлов состоит в дополнении среды, регулирующей pH (например, NaOH), которая делает волокна в потоке способными адсорбировать вводимые металлы.

Как явствует из фиг. 1, отбеливающая установка согласно изобретению может быть полностью замкнутой, т.е. не иметь сбросов. Согласно фиг. 1 это достигается возвратом фильтрата 4, прошедшего последовательность отбелки PZP, на стадии кислородной делигнификации, а также, за счет рециркуляции первого потока 5 фильтрата, прошедшего стадию R, по стадиям последовательного отбеливания и, наконец, путем пересылки второго потока 6 фильтрата (это - в принципе, поток 2, но не содержащий металлов) после стадии R на стадию Q. На стадии R добавляется новая промывочная жидкость 3. Получаемый конечный продукт представляет собой отбеленную пульпу, содержащую металлы.

Проведенные эксперименты показали, что более 98% ионов Mn²⁺ после стадии A было адсорбировано полностью отбеленной пульпой при значениях pH более 7. В отжатом фильтрате после смешения ионы Mn²⁺ не были зафиксированы, т.е. их концентрация оказалась ниже 0,05 мг/л. Концентрация ионов в фильтрате после стадии A находилась на уровне 3,6 мг/л.

На фиг. 2 показана блок-схема процесса с двумя параллельными поточными линиями 1A и 1B. Линия 1A предназначена для химической пульпы, конечный продукт из которой должен содержать как можно меньше металлов. Вторая линия 1B предназначена для совсем иного типа пульпы, например - для неотбеленной пульпы, содержание металлов в которой не имеет большого значения. Как показано на блок-схеме, фильтрат 2 после стадии Q в первой линии 1A посылается на стадию R во вторую линию 1B. Металлы, удаленные на стадии Q, привносятся на стадию второй линии 1B. Чтобы обеспечить баланс жидкостей между обеими линиями, фильтрат 3 возвращается со стадии R второй линии 1B на разделенную или промывочную стадию первой линии 1A. Данный фильтрат, естественно, не содержит металлов.

На фиг. 3 более конкретно представлена отбеливающая установка, содержащая единственную поточную линию пульпы. Представленная установка диффузорного типа сконструирована для реализации последовательности AZ (EOP). В начале установки имеется быстроток 2 с насосом-смесителем реагентов, в который по входному трубопроводу 3 подается кислотный агент, преимущественно в виде серной кислоты (H₂SO₄). Следующим является промывочный агрегат 4, содержащий, в частности, промывочный диффузор 4 типа (KAMYR®). В данном агрегате 4 присутствующие в пульпе металлы отделяются от волокон, и содержащий металлы фильтрат 5 выводится по отдельному трубопроводу 7, который проведен от места осуществления последующей стадии процесса, в также, при необходимости, через отдельный трубопровод 6. За агрегатом 4 следует быстроток 35 со смесительным насосом; в этот быстроток по трубопроводу 8 могут подаваться вещества, регулирующие pH. Озон и кислород подаются в следующий смесительный насос 9 и имеют возможность реагировать с пульпой в реакторном блоке 11. После этого газ и пульпа разделяют в сепараторном устройстве 12, из которого газ удаляется через верхний трубопровод 13. Пульпа затем перекачивается ко второму промывочному агрегату 14, снабженному промывочной жидкостью через трубопровод 15, проведенный от места осуществления последующей отбеливательной стадии. Выделенный во втором промывочном агрегате 14 фильтрат направляется по трубопроводу 16 на промывку, производимую до ввода в отбеливающую установку. За промывочные агрегатом 14 следует очередной быстроток 17 со смесительным насосом. Щелочь 10, преимущественно гидроокись натрия (NaOH), подается в устройство 17 первой - и немедленно вслед за ней кислород (O₂) 19, после чего этот кислород может реагировать с пульпой в реакторной колонне 20. В сепараторе 21 кислород отделяется и выводится через верхнюю часть 22. Перекись водорода 23 подается к днищу сепаратора, после чего пульпа перекачивается в реакторный блок 24, на вершине которого закреплен промывочный диффузор 25 типа . Именно с этого промывочного устройства 25 фильтрат возвращается к предыдущему промывочному агрегату 14. Промывочная жидкость для устройства 25, введенного за стадией P, подается по трубопроводу 26, протянутому от места осуществления последующей стадии процесса. Величина pH в пульпе может регулироваться желаемым образом с помощью отдельного трубопровода 27.

После стадии P осуществляется стадия 28, ранее названная R и в данном случае представленная смесительным резервуаром для пульпы. В этот резервуар 28 подается металлосодержащий фильтрат 5, и - благодаря требуемой величине pH - волокнистая масса в данном резервуаре адсорбирует металлы. После этого пульпа подается на промывочный пресс 29, где она уплотняется и перекачивается к быстротоку 30 для дальнейшей транспортировки и последующей обработки. Свободный же от металлов фильтрат подается с промывочного пресса 29 на первый промывочный агрегат 4 по трубопроводу 7 и/или на промывочный агрегат 25, введенный после стадии P, по трубопроводу 26.

Для специалиста ясно, что изобретение не ограничивается описанным выше вариантом его реализации, но может иметь различные воплощения в рамках нижеследующей совокупности признаков (формулы изобретения). Так, для специалиста понятно, что изобретение примененное ко всем типам пульп и процессам их обработки, где присутствуют такие компоненты или стадии обработки, на которые отрицательно влияют металлы. Таковы, в частности, волокнисто-восстановительная пульпа, механическая древесина масса и т.д. Кроме того, для специалиста должно быть очевидно, что при наличии множества параллельных линий существует широкий выбор различных комбинаций, где применимо настоящее изобретение, причем взаимосвязи между линиями могут быть соответствующим образом оптимизированы. Например, завод с тремя поточными линиями может иметь две из них предназначенными для выпуска конечного продукта из отбеленной пульпы, не содержащей металлов, а третью - для обработки механической древесной массы, в которой собраны все металлы, с получением на выходе заводского процесса 3-слойных композитных картонных листов с двумя внешними отбеленными слоями и внутренним металлосодержащим слоем. Этим исключается присутствие металлов в любом внешнем слое, что имеет преимущества для ряда применений композитных картонных изделий. Следует также отметить, что представленное на фиг. 3 оборудование дано лишь в качестве примера, и специалисты легко найдут альтернативы этому оборудованию, в частности - в виде напорного диффузора или барабанной моечной машины, используемых в качестве промывочных агрегатов.

С целью наиболее полного удовлетворения требованиям благоприятного воздействия на окружающую среду, желательно так организовать процесс бумажного производства, согласно изобретению, чтобы содержание металлов на влажном конце бумагоделательной машины было как можно большим, т.е. чтобы металлы присутствовали главным образом в конечном бумажном продукте, а не в водосбросе бумажной фабрики.

В ряде случаев предпочтительно обрабатывать неотбеленную пульпу по схеме фиг. 2, например, отвергая ее действию кислоты до ввода металлосодержащего фильтрата 2 из параллельной линии - с целью возможно большего увеличения металло-адсорбционной активности и/или избирательности пульпы. Кроме того, безусловно возможно воздействовать на адсорбционную избирательность путем применения вспомогательных химических веществ.

Формула изобретения

1. Способ отбеливания пульпы, включающий кислотную обработку пульпы с отделением первого фильтрата, содержащего металлы в ионной форме, отличающийся тем, что отделенные металлы вводят в определенное количество волокнистой массы, адсорбирующей металлы и не подверженной отрицательному влиянию этих металлов в процессе последующей ее обработки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что свободный от металлов фильтрат, полученный в результате промывки пульпы с волокнистой массой, адсорбировавшей металлы, направляют на обработку, преимущественно в ее более раннюю стадию, так что реализуется возможность замкнутого цикла работы отбеливающей установки.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанное количество волокнистой массы передается одной и той же поточной линии и первоначально отделенные от поточной линии металлы вновь вводят в эту линию на более поздней стадии обработки, после проведения последовательности стадий, где присутствие металлов не требуется.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что предусматривают несколько параллельных поточных линий волокнистой массы, а металлы избирательно вводят в одну или более указанных линий.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что по меньшей мере в одну из поточных линий отбеленной пульпы не вводят металлы.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что металлы вводят в поточную линию, содержащую неотбеленные волокна.

7. Способ по п.3, отличающийся тем, что последовательность стадий отбеливания, где не требуется присутствие металлов, включает в себя по меньшей мере одну стадию выщелачивания и окисления.

8. Способ по п.3 или 7, отличающийся тем, что последовательность стадий отбеливания, где не требуется присутствие металлов, включает в себя по меньшей мере одну стадию обработки перекисью водорода.

9. Способ по п. 3, 7 или 8, отличающийся тем, что последовательность стадий отбеливания, где не требуется присутствие металлов, включает в себя по меньшей мере одну стадию отбеливания озоном.

10. Способ по п.6, отличающийся тем, что составляющие пульпу части с различным содержанием в них металлов используются в производстве многослойной бумаги так, что металлы отсутствуют по меньшей мере в одном из внешних слоев и присутствуют во внутреннем слое.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3