造紙濕部的監(jiān)測方法探索

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由于很多紙張性能中要求控制紙面pH，比如某特種印版襯紙的紙面pH要求在5.0~6.0，也有的襯紙因所襯的材料不同，要求紙面pH控制在6.0~7.0，還有的紙張比如無碳復寫原紙因加工性能的需要，一般要求紙面pH為7.0~8.0。要滿足這些紙面pH的特殊要求，就需要選擇不同的施膠方式及其施膠劑種類，將上網(wǎng)漿pH控制在一定范圍內(nèi)。實際應用中，當紙機濕部封閉循環(huán)一段時間后，酸性施膠由于硫酸根的積累造成濕部系統(tǒng)的pH極低，經(jīng)常在4.0~4.3；中性施膠由于烷基烯酮二聚體（AlkylKeteneDimer，AKD）的水解、陽離子淀粉（CationStarch，CS）和碳酸鈣填料流失形成的干擾物質也造成濕部系統(tǒng)pH波動。為了解決這些問題，我們通過檢測網(wǎng)下白水、回用水、配料漿、上網(wǎng)漿等的pH來分析各種添加劑的加入量和積累情況，以控制其后續(xù)用量，促使酸性施膠硫酸根的積累程度減少，維持中性施膠濕部pH穩(wěn)定，從而保持成紙灰分和系統(tǒng)保留的恒定，達到濕部系統(tǒng)處于良性循環(huán)的目的。

漿料的電位代表了液體介質中紙張纖維的情況，根據(jù)纖維的電位數(shù)據(jù)，可以判定纖維吸附帶相反電位顆粒的能力，如果纖維的電位是負值，就很容易吸附陽離子性添加劑。同樣的紙漿由于造紙濕部的水質、pH以及電解質的不同，電位的表現(xiàn)可能完全不同。在相同pH情況下，由于所用的漿料特性不同，顯示的濕部系統(tǒng)電位也有差異。例如：表1中Ⅰ代表的是明星漿（水分10%）、Ⅱ是國產(chǎn)濕漿（水分70%），分別用回用白水碎漿，經(jīng)圖1流程運行一定時間后對濕部進行監(jiān)測，可見明星漿比國產(chǎn)濕漿的濕部系統(tǒng)的PCD電位更負、電導率和殘氯低、首程留著率高，說明用明星漿比用國產(chǎn)濕漿的紙機濕部系統(tǒng)運行性能更好。造紙濕部使用不同化學添加劑時濕部PCD電位、首程留著率會發(fā)生明顯變化，詳見表2。從表2看出，使用#3化學添加劑的上網(wǎng)漿PCD電位異常偏正，首程留著率只有72.3%，說明循環(huán)系統(tǒng)中積累的陽離子電荷偏多，也就是陽離子類化學添加劑加入過量，使系統(tǒng)沉積物增多，濕部系統(tǒng)處于惡性循環(huán)，此時必須對系統(tǒng)進行排放、清洗；#4濕部系統(tǒng)PCD電位異常偏負，首程留著率較低70.4%，說明循環(huán)系統(tǒng)中積累的陰離子電荷偏多，也就是陰離子類化學添加劑加入過量，系統(tǒng)清洗次數(shù)也相應增加。所以，漿料組分的電位會影響細小纖維、膠料和填料留著，也影響染色的效果，濕部系統(tǒng)PCD電位變化越大，紙機運行性能越差，當上網(wǎng)漿的PCD電位在-28~17μeq•g-1時紙機的首程留著率達到80%以上。

俗話說“七分磨漿，三分造紙”，磨漿除給予成紙?zhí)厥獾男阅芡?，還滿足漿料在網(wǎng)部成形的要求。造紙生產(chǎn)中濕部動態(tài)濾水性能經(jīng)常通過測定流程中各點漿料的游離度（CSF）或打漿度（°SR）來反映，由于游離度比打漿度反映的濾水性能精度高、更直觀，我公司實際生產(chǎn)中用游離度控制。進行動態(tài)濾水性能監(jiān)測的必要性：首先，電位測量反映的是漿料中干擾物質數(shù)量，但不是所有的干擾物質都顯示陰性或陽性，所以僅僅依靠控制漿料的電位不可能維持較好的生產(chǎn)水平；其次，造紙濕部是相當復雜的漿、水循環(huán)過程，其特征在于極低的上網(wǎng)濃度，一般上網(wǎng)濃度低于1%，相當部分白水經(jīng)網(wǎng)部回流進入濕部系統(tǒng)，網(wǎng)部脫水情況成為紙機正常運行的要素；第三，網(wǎng)部的留著率、紙機的運行性能和紙的性能也會在一定程度上制約濕部動態(tài)濾水性，故動態(tài)濾水性能是紙機運行的關鍵。表3是中性施膠生產(chǎn)70g•m-2紙張時4種濕部狀態(tài)下的游離度、上網(wǎng)漿灰分、首程留著率和成紙灰分測定，從表中數(shù)據(jù)看出：在保證成紙灰分和紙機車速的前提下序號D的首程留著率較好，達到81.4%，說明相應的CS、AKD、增白劑（OBA）、碳酸鈣填料、三元助留劑間的協(xié)同效應發(fā)揮得好。序號D的漿料游離度410mL，比序號A和B的低，經(jīng)加入各項化學添加劑后網(wǎng)前箱漿游離度為350mL，與序號B和C相比，維持了較好的濾水性能，結果使AKD用量減少了0.12個百分點、OBA用量減少了0.27個百分點、并且上網(wǎng)漿灰分比A和B低7個百分點左右，說明序號D的濕部稀釋用的回用白水中填料含量比A、B少，其濕部系統(tǒng)更清潔，其濕部系統(tǒng)處于良性循環(huán)狀態(tài)。綜上所述，通過測試濕部各點動態(tài)濾水性能可以衡量在添加或沒有添加化學助劑的情況下漿料的動態(tài)濾水情況和細小纖維、填料的留著情況。在一種漿料中，多種化學添加劑相互作用影響到紙頁成形過程的漿料特性，通過控制及調(diào)整各種相互作用，達到化學添加劑間的協(xié)同效應，就可以顯著降低特殊功能性化學添加劑的用量。

通過造紙濕部監(jiān)測合理控制化學添加劑的加入順序和加入量，提高濕部運行效能。我公司在生產(chǎn)120g•m-2紙張時，出現(xiàn)首程留著率低，見表4。通過對濕部pH、PCD電位、CSF、漿濃度和灰分監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)高位箱漿PCD電位為0，上網(wǎng)漿PCD電位-131μeq•g-1，說明稀釋白水中的陰離子垃圾偏多。為了降低白水中的陰離子垃圾，采取如下措施：①在保持上網(wǎng)漿灰分42%的前提下，及時降低碳酸鈣填料的加入量，以減輕濕部系統(tǒng)白水中填料含量；②降低CS用量，使高位箱漿PCD電位為負值；③增加網(wǎng)部濾水性能，調(diào)節(jié)三元助留劑用量，使上網(wǎng)漿游離度由390mL提高到410mL。最終首程留著率由原來的75.0%提高到82.4%，首程留著率的提高相應降低了系統(tǒng)中的陰離子垃圾，從而使上網(wǎng)漿的PCD電位降至-93μeq•g-1。表5列出不同CS用量和高位箱漿游離度下的首程留著率與成紙灰分。當高位箱漿游離度490mL時，即使CS用量達1.94%，由于PAM用量（163mg•kg-1）和上網(wǎng)漿游離度（570mL）高，造成濾水過快，首程留著率低（95.8%~96.7%）、成紙灰分低（16.7%），說明填料留著差。通過加強磨漿來降低高位箱漿游離度至460mL，適當降低CS和PAM用量來控制上網(wǎng)漿游離度至510~540mL，實現(xiàn)首程留著率提高至96.2%~97.4%，成紙灰分提高到17.3%~18.3%，既保持了較好的留著效果，又使CS用量降低了0.6個百分點左右、PAM用量降低了80mg•kg-1。實踐證明，造紙濕部化學添加劑的加入點和加入順序對化學添加劑的使用性能起決定性的作用。在使用一種化學添加劑前，在實驗室中應盡可能地考慮到它對紙機運行的影響。在加入化學添加劑后，要掌握上漿系統(tǒng)中的助留率以及濾水情況的變化；同時，也要了解這種化學添加劑是抵消還是加強了其他添加劑的作用效果。在漿料懸浮物中，陰離子的纖維和陰離子垃圾彼此互相競爭吸引帶陽離子的化學添加劑。因為陰離子垃圾的電荷密度通常比纖維高，所以陰離子垃圾具有更好的吸附性。如果化學添加劑與陰離子垃圾作用，這會導致絮凝，從而影響纖維的吸附性，添加劑效能將大大降低，而且容易產(chǎn)生沉積，此時就要通過濕部的調(diào)節(jié)來降低陰離子垃圾量。

通過施膠方式和施膠劑種類的選擇，硫酸鋁等用量調(diào)節(jié)，監(jiān)測并控制上網(wǎng)漿pH等手段，可以實現(xiàn)紙面pH的特殊性需要。紙機濕部系統(tǒng)不僅受化學添加劑的影響，同時還受pH值、PCD電位、電導率、系統(tǒng)殘氯等變化的影響，所有這些因素都可能對纖維和化學添加劑的特性產(chǎn)生影響。中性造紙生產(chǎn)70g•m-2紙張時，當上網(wǎng)漿PCD電位在-28~17μeq•g-1時紙機的首程留著率達到80%以上。對不同造紙濕部系統(tǒng)，不同的施膠方式，通過濕部PCD電位、動態(tài)濾水性能、首程留著率等的監(jiān)測，可以合理調(diào)節(jié)各種功能性化學添加劑的加入點和加入量，充分發(fā)揮化學添加劑間的協(xié)同效應。同時，又通過化學添加劑間的協(xié)同效應來控制漿料的動態(tài)濾水性能、PCD電位和提高首程留著率。這種良性循環(huán)過程，使生產(chǎn)70g•m-2紙張時AKD用量減少了0.12個百分點、OBA用量減少了0.27個百分點，在生產(chǎn)145g•m-2紙張時CS用量降低了0.6個百分點左右、PAM用量降低了80mg•kg-1。既減少了化學添加劑的用量，又提高了紙機的運行性，達到了節(jié)能減排和提高經(jīng)濟效益的目的。（本文作者：劉存芬 單位：鎮(zhèn)江大東紙業(yè)有限公司研發(fā)處）