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黑液燃烧法绿液除硅机理及少硅白泥应用基础研究

黑液燃烧法绿液除硅机理及少硅白泥应用基础研究

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作者：张莹陕西科技大学

学位级别：硕士

我国非木材原料资源丰富,制浆造纸的成本较低,因此,非木材原料在制浆造纸行业的发展逐渐受到重视。但采用非木材原料难以实现绿色无污染、对环境友好以及难以达到碳平衡的目标。因为相比较于木材原料,非木材原料由于其灰分含量较高,碱... 详细信息

我国非木材原料资源丰富,制浆造纸的成本较低,因此,非木材原料在制浆造纸行业的发展逐渐受到重视。但采用非木材原料难以实现绿色无污染、对环境友好以及难以达到碳平衡的目标。因为相比较于木材原料,非木材原料由于其灰分含量较高,碱法制浆造成废液中硅含量过高,副产物造成的危害限制了其发展,主要包括传统碱回收熔融物溶解后的绿泥沉淀以及苛化白泥等。因此,如何解决非木材原料制浆碱回收所带来的“硅干扰”问题是促进其快速发展的必经之路,受到国内外科研人员的极大关注。目前“硅干扰”问题主要体现在绿液苛化和白泥煅烧工段,如何降低绿液硅含量是解决绿液苛化“硅干扰”及白泥“硅干扰”问题的焦点。论文研究常规绿液除硅存在的问题,提出将除硅过程前置到黑液燃烧过程的思路,在文中称其为黑液燃烧法绿液除硅,针对除硅工艺所生成绿液硅不溶物进行了初步的研究。采用添加除硅剂最佳添加量,减轻硅含量高产生的不良影响,并阐明除硅机理。以高温钝化工段的竹浆黑液为原料,研究以偏铝酸钠(NaAlO)和碱式碳酸镁((MgCO)·Mg(OH)·5HO)复配的Mg-Al复合除硅剂的除硅工艺。通过改变除硅剂用量,得出黑液燃烧法绿液除硅最佳工艺条件:当Mg-Al复合除硅剂用量为0.66%,Mg:Al配比为1.25:0.75(摩尔比)时,除硅率可达84%左右,且绿液中残余除硅剂含量也相对较低。SEM观察发现绿液硅不溶物是絮聚成团的颗粒状沉淀,且絮聚现象较为严重。SEM-EDS、XPS结果表明绿液硅不溶物主要由C、O、Na、Si、Mg、Al、Ca等元素构成,具有不同的化学形态;绿液硅不溶物的Si元素含量有所上升。XRD结果表明绿液硅不溶物可能是含有以MgO、SiO、Al2O等氧化物形式存在的类矿物结构,推断绿液硅不溶物化学结构为3A1O·2SiO·MgO。激光粒度仪测得绿液硅不溶物的平均粒径为27.64μm,相较于绿泥沉淀粒径有所增加;BET结果表明绿液硅不溶物比表面积为35.29 m/g,比表面积相较绿泥沉淀略微降低。绿液硅不溶物的阳离子电荷需求量稍有降低。综上所述,采用Mg-Al复合除硅剂能有效降低硅含量,其除硅机理可能是由硅与除硅剂发生化学反应生成沉淀以及硅吸附于其他沉淀表面析出两部分原因组成。将上述实验所制备的澄清绿液与氧化钙发生苛化反应获得苛化白泥。SEM-EDS、XPS结果表明白泥空白样及少硅白泥所含元素保持不变,主要是由C、O、Ca、Si等元素组成,且少硅白泥中硅含量有所减少,即硅酸钙含量减少。激光粒度仪结果表明少硅白泥的平均粒径为14.32 μm,相较于白泥空白样粒径有所增加,其中,可能是硅酸钙粒径较小,所以硅酸钙含量的降低导致少硅白泥粒径有所增加。XRD结果表明了白泥空白样及少硅白泥的化学结构均由方解石晶型的碳酸钙和水化硅酸钙两种组成。研究结果表明最佳除硅工艺条件的除硅效果较好。论文采用Mg-Al复合除硅剂,研究黑液燃烧法绿液除硅工艺,表明采用该工艺能有效的将绿液中的硅元素除去,初步阐明了基于Mg-Al复合除硅剂的黑液燃烧法绿液除硅机理,为碱回收除硅技术提供基础理论;同时,为解决白泥难以煅烧回用及综合利用提供新的思路。

关键词：黑液燃烧法绿液除硅绿液硅不溶物除硅剂少硅白泥硅干扰

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