真空吸水箱面板結垢成因分析及對策研究

王 建 高先強 王志杰

(1.陜西科技大學輕工與能源學院，陜西西安，710021;

2.陜西科技大學教育部輕化工助劑化學與技術重點實驗室，陜西西安，710021)

造紙濕部中常常通過加入各種化學品來提高紙機的生產效率、改善紙機的運轉性能和滿足紙張的各種質量要求［1］。然而在目前的紙張生產中，要求白水封閉循環，在這樣的情況下，當化學助劑加入的種類、方式、用量等不能夠很好地協調時，容易帶來濕部系統的紊亂，從而干擾正常生產［2］。浙江某廠在采用松香施膠的特種紙生產中，化學品加入的種類多，由于沒有科學地調控好各組分的作用，出現真空吸水箱面板結垢的現象。尤其是在壓榨下毛毯真空吸水箱面板結垢最為嚴重，使壓榨毛毯使用壽命僅為1個星期左右，大大增加了生產成本。即使用清水替換白水重新進行生產，在紙機運行3 h后，仍然出現面板結垢物。本實驗對該廠真空吸水箱面板結垢物以及生產濕部化學狀態進行了分析測試，以期探討結垢原因，從而提出解決方案。

1 漿料及化學品使用

(1)漿料:本色針葉木漿及闊葉木漿混合漿，打漿度38°SR。紙機車速180 m/min。配漿工藝流程如圖1所示。

(2)化學品:配漿池加入用量為0.5%的 (對絕干纖維，下同)陽離子淀粉，混合均勻后加入用量為0.2%的濕強劑;高濃高位箱加入用量為1.5%的礬土;低濃高位箱加入用量為0.7%陽離子松香膠;壓力篩進口加入用量為0.02%陽離子聚丙烯酰胺(CPAM)，壓力篩出口加入用量為0.4%(液體，對絕干纖維)硅溶膠;流漿箱前加入用量為0.25%(液體，對絕干纖維)剝離劑。

2 結果與討論

2.1 結垢物成分分析

利用能譜儀對結垢物進行分析測試，結果見圖2。

從圖2元素分析來看，結垢物主要為C元素、O元素、Al元素及S元素。雖然能譜分析僅反映測試掃描點處的元素含量，其測試結果不能精確反映結垢物中各元素的準確含量，但由于待測樣品是將結垢物粉碎后進行均勻混合，且測試掃描點是隨機選擇的，因此，掃描點的元素含量測試值能夠大體反映結垢物中的各元素含量。從元素含量測試數據來看，結垢物中主要是C元素、O元素，因此，可以認定，結垢物中的主要成分為有機物。將結垢物利用乙醇進行溶解發現，結垢物能夠全部溶于乙醇，可以排除結垢物為纖維、濕強劑及淀粉的可能性。結合整個生產過程中化學品的使用，可以推測結垢物主要來源于松香。由于元素含量測試結果表明，結垢物中含有一定量的Al元素，因此，研究認為，結垢物的主要成分是結合了鋁離子的松香。

根據分析結果，可以認為，雖然在濕部系統中，松香與鋁離子進行了有效結合，但部分松香-鋁離子的復合體與纖維固著較差，從而導致在生產過程中，松香-鋁離子復合體從濕紙幅中遷移出來。研究尚不能有效解釋為什么結垢物主要出現在壓榨下毛毯真空吸水箱面板表面，但根據現象推測，可能是由于壓榨時，濕紙幅纖維與纖維間存在一定的擠壓，在這種擠壓力的作用下，與纖維固著較差的松香-鋁離子復合體從纖維上脫離，隨著壓榨出的白水流失，從而使壓榨下毛毯真空吸水箱面板表面出現結垢。因此，若要解決面板結垢問題，必須調整漿料體系的濕部化學狀態［3］。

2.2 濕部狀態參數分析

實驗對該廠提供的漿料及白水進行測試分析，結果見表1。

從表1可知，整個生產過程中漿料體系的Zeta電位均處于負值，說明帶正電物質的添加沒有超過造紙濕部的電荷要求。但必須注意到，當漿料體系從序號3到序號4時，系統的離子需求從原來的需求陽離子變為了需求陰離子。此時，出現了一個矛盾，即漿料纖維表面需求帶正電的物質以補償負電，但漿料中的水溶液卻需要帶負電的物質中和陽離子。由于序號3的取漿位于高濃高位箱的出漿口，而序號4的取漿位于低濃高位箱的進漿口，所以從序號3到序號4的流程中，沒有加入任何的化學品，僅加入了稀釋白水。因此，這一矛盾只能是用于稀釋的白水所導致的。從表1中序號6(網下白水)的測試結果來看，網下白水已經呈現對陰離子物質的需求。因此，當大量的白水加入漿料體系進行稀釋后，使得漿料體系的離子需求從需求陽離子變為了需求陰離子。

表1 漿料及白水狀態檢測表

由表1結果來看，在序號4(低濃高位箱)中，漿料體系的水溶液呈現對陰離子的需求，說明了水溶液中已經存在過量的陽離子物質，但漿料表面負的Zeta電位卻說明了這些陽離子物質不能在纖維表面進行吸附。使用白水對漿料進行稀釋后，漿料的pH值約為4.5。根據已有的研究結果［4］，鋁離子在pH值4.5時，主要體現為+3價，在纖維上的吸附量較小，其在纖維上的吸附量隨pH值的升高而增加，最大吸附量出現在即將出現Al(OH)3時。因此，可以認為，漿料體系水溶液中存在了一定量的鋁離子，從而導致了漿料體系水溶液需求陰離子。因此，當生產過程在此處加入陽離子松香膠后，部分松香膠可能與水溶液中的鋁離子產生結合，但卻不能良好地固著于纖維表面，從而導致了真空吸水箱面板結垢。

2.3 對策探討及運行結果

根據測試結果分析認為，為了解決吸水箱面板結垢問題，必須解決原生產工藝中濕部化學狀態之間的矛盾，即漿料纖維表面需求帶正電的物質以補償負電，但漿料中的水溶液卻需要帶負電的物質中和陽離子這一問題。為此，提出了兩套濕部系統優化工藝供該廠進行選擇。

優化工藝一:陽離子松香的加入點前置，避免白水對濕部狀態的影響，從而保證松香在纖維上的良好固著［5］。具體工藝為:繼續采用陽離子松香膠進行施膠，保持原工藝化學品添加量不變。將陽離子淀粉、礬土加入點全部調整至配漿池，其加入順序為陽離子淀粉、礬土;高濃高位箱處添加陽離子松香膠;低濃高位箱處添加濕強劑;其他化學品保持不變。

優化工藝二:使用陰離子松香膠，避免濕部體系水系統的過渡陽離子化［6］。具體工藝為:采用陰離子松香膠進行施膠，保持原工藝化學品添加量不變。在配漿池按照順序加入陽離子淀粉、濕強劑，陰離子松香膠;其他化學品添加保持不變。

該廠采用優化工藝二重新組織生產，生產運行3天未發現吸水箱面板結垢，因此，確定選擇優化工藝二為生產工藝。

3 結語

造紙濕部化學是一個復雜的系統，當化學助劑加入的種類、方式、用量等不能很好地控制時，就會帶來一系列問題，影響正常生產。如本文出現的真空吸水箱面板結垢，針對出現的問題進行分析，采取相應的措施，改變工藝，通過生產運行證實理論分析及采取的措施很好地解決了生產上出現的問題。

［1］劉溫霞，邱化玉.造紙濕部化學［M］.北京:化學工業出版社，2006.

［2］李建文.造紙濕部化學助劑的協同作用［J］.造紙化學品，2006(2):67.

［3］陳蘊智，龍 柱，謝來蘇.影響松香膠中性施膠效果的因素［J］.中國造紙，2001，20(2):20.

［4］胡惠仁.造紙化學品［M］.北京:化學工業出版社，2008.

［5］杜海濤，林 海.紙機濕部化學加入點的實踐體會［J］.中國造紙，2000，19(2):13.

［6］龍 柱，陳蘊智，劉全校，等.陰離子松香膠和鋁留著的影響因素［J］.中國造紙學報，2001，16(1):65. CPP