石灰泥泥漿脫水劑及其應用

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石灰泥泥漿脫水劑及其應用

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——石灰泥泥漿過濾機（用于除去投入石灰窯中石灰泥泥漿中的水分）。石灰泥泥漿過濾機的脫水性能將極大地影響后續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，石灰窯內形成球、環的狀況）。

近年來由于原油價格的上升，各紙廠都將降低石灰窯燃料的重油單耗作為節能降耗、降低生產成本、保護環境的有效策略之一。

本文將介紹新開發的石灰泥泥漿過濾機脫水劑的概要及在改善脫水性能的同時降低處理成本的新應用技術。

2　石灰泥泥漿的脫水機理

石灰泥泥漿利用連續式真空過濾機進行過濾，脫水，而通常過濾過程（形成濾餅）和脫水過程是連續進行的；因此，“過濾”和“脫水”現象常被混為一談，然而，“過濾”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行捕捉的操作，而“脫水”是一種通過加壓和離心力等機械或化學方法使形成的濾餅中的殘留水分離的操作，二者具有本質的區別。

石灰泥泥漿脫水劑主要對在過濾機中連續產生的“過濾”和“脫水”過程中的“脫水”過程起作用。

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

由圖1可見，添加脫水劑的系統促進了濾餅形成后的濾液流出。

圖2顯示了經過過濾后形成的濾餅中存在的液體種類。

由圖2可見，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）楔形區液體，即粒子接觸點附近的液體；（3）粒子內液體，即粒子內部的液體——結晶水；（4）毛細管上升液，即被濾渣底部捕捉到的液體。

石灰泥泥漿脫水劑通過減少濾餅中存在的濕潤液毛細管現象的作用或通過降低水與粒子接觸角的作用，促進液體的排除，減少表面附著液或楔形區液體來發揮其效果。

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

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

3.1泥漿溫度對泥漿脫水性的影響

圖3顯示了泥漿溫度對其脫水性的影響［圖中，添加脫水劑的泥漿系統中，其脫水劑的用量為100× 10-6質量分數（以石灰泥泥漿質量計）］。

由圖3可見：無論是否添加脫水劑，石灰泥泥漿溫度在45℃左右時，濾餅的水分含量最高，無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，與不添加時相比，脫水性受溫度的影響變小。

圖3　泥漿溫度對其脫水性的影響

3.2堿濃度對泥漿脫水性的影響

表1顯示了堿（以NaOH表示）濃度對泥漿脫水性的影響。

由表1可見，石灰泥泥漿中的堿含量（NaOH濃度）對其脫水性幾乎沒有影響。在實際生產中，如果發現堿含量和水分間存在某種相關性，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生了改變。

3.3泥漿的沉降速度對其脫水性的影響

表1　堿濃度對泥漿脫水性的影響

圖4為對硫酸鹽法制漿廠的7個樣品進行的沉降性和脫水性關系的調查結果。

由圖4發現，石灰泥泥漿的沉降速度和脫水性之間存在著良好的相關性。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管現象，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系

從本研究結果可知，在相同固含量時，通過測定、比較沉降速度可以大致推斷石灰泥泥漿的脫水性。

4　石灰泥泥漿過濾機脫水劑

本研究重新審視了在石灰泥泥漿過濾機中“過濾”、“脫水”過程中的水分變化，開發了新的過濾機脫水劑系列。

下面介紹新開發的過濾機脫水劑的脫水效果。

4.1試驗條件和方法

用脫水試驗裝置（圖5）進行過濾、脫水操作（圖6），將濾餅烘干得到濾餅的水分含量，評價脫水劑的效果。試樣仍采用從硫酸鹽法制漿廠的石灰泥泥漿。

4.2試驗結果

圖7為按“4.1試驗條件和方法”進行的其他公司的過濾機脫水劑與新開發的新型過濾機脫水劑的試驗數據比較（其脫水劑的用量以石灰泥泥漿質量計）。

由圖7可見，新型過濾機脫水劑與其他公司及傳統產品相比，濾餅的水分含量大幅度下降。為了確認新型過濾機脫水劑的有效性，測定了過濾、脫水后各過濾機脫水劑的留著率（留著率采用TC儀測定過濾、脫水后的濾液中脫水劑的濃度并計算獲得），測定結果見表2。

由表2可見，新型過濾機脫水劑的留著率比傳統過濾機脫水劑高。該評價結果顯示，新型過濾機脫水劑留著在濾餅中，發揮了使液體排除的作用（推測為疏水作用）。

接著，用另一種不同方法（“試驗2”）試驗新型過濾機脫水劑的脫水效果，測定了濾餅的水分含量（圖8）（其脫水劑的用量以碳酸鈣質量計）。上述試驗方法（“試驗1”）相當于在泥漿中添加過濾機脫水劑，“試驗2”相當于在噴淋水中添加過濾機脫水劑。

由圖8可見，“試驗2”進一步減少了濾餅的水分含量。就是說，新型過濾機脫水劑除了通過在傳統的泥漿中添加外，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已在2014年獲得了新型技術專利。

圖5　脫水試驗裝置

圖6　過濾、脫水試驗流程

圖7　過濾機脫水劑的脫水效果比較

表2　過濾、脫水后脫水劑的留著率　%

5　新型過濾機脫水劑實際應用案例

下面介紹新型過濾機脫水劑通過傳統方法添加和噴淋水添加改善脫水效果和降低化學品成本的應用案例。

圖8　過濾機脫水劑的脫水效果比較

5.1應用案例1

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

（2）應用結果：設定新型過濾機脫水劑用量分別為正在使用的過濾機脫水劑的×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，使用新型過濾機脫水劑的用量只需要正在使用的過濾機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，濾餅水分比其他公司的產品低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）。本案例達到了通過減少脫水劑用量降低處理成本的目的。

5.2應用案例2

圖9　應用結果

（1）應用條件：新型過濾機脫水劑添加點分別為石灰泥泥漿過濾機流送泵（入口）和噴淋水管道；脫水劑用量為100×10-6～350×10-6（以CaCO3質量計）；泥漿溫度為50～60℃。

（2）應用結果：在石灰泥泥漿流送管道中添加新型過濾機脫水劑時的濾餅水分變化和在噴淋水管道中添加新型過濾機脫水劑時的濾餅水分含量變化如圖10所示。

由圖10可見：在泥漿中添加新型過濾機脫水劑濾餅水分質量分數可減少約10%；將添加點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質量分數20%左右。這說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　結束語

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

圖10　脫水劑添加點對脫水效果的影響