Современные методы отбеливания целлюлозы и древесной массы

 В более ранней работе Suess (TAPPI 1991 Pulping Conference), касающейся мягкой  древесной массы (целлюлозы с  высоким выходом), показано, что эффективным  было только частичное замещение  каустической соды из-за пониженной  эффективности отбеливания. В  настоящей работе показано, что  при отбеливании без силиката  с использованием в качестве  единственного источника щелочи  карбоната натрия можно достигнуть  степени белизны, которая является  эквивалентной той, которую получают  при включении каустической соды  и силиката натрия. Кроме того, неожиданно было обнаружено, что  эффективность отбеливания при  использовании 100% каустической соды  значительно увеличивалась (что  демонстрировалось гораздо большим  количеством остатков пероксида). Помимо сбережений химических реагентов как щелочи, так и пероксида, пероксидное отбеливание кальцинированной содой предполагает следующие возможные преимущества: конечный pH не является таким же высоким, как приотбеливании с использованием каустической соды, увеличение эффективности сгущения после осветления и снижение требований к нейтрализации химикатов;

 хотя после отбеливания получают ту же самую конечную степень белизны, коэффициент рассеяния и получения непрозрачность выше тех, которые можно получить при использовании каустической соды.

Как следует из последующих примеров, настоящий способ отличается от предшествующих способ в данной области тем, что  он является более эффективным с  точки зрения потребления пероксида  для достижения большого прироста белизны, чем стандартный способ отбеливания  с использованием NaOH, силиката и MgSO4.

 Кроме того, отбеливание кальцинированной  содой и пероксидом приведет  к снижению расходов на отбеливание  в будущем, так как каустическая  сода становится все более  труднодоступной и является более  дорогостоящей. В конечном счете  является полностью неожиданным,  что карбонат натрия может  исключить силикат натрия, используемый  в качестве буферной добавки  для регулирования pH во время  отбеливания, что является главной  ролью, которую играет силикат  в соответствии с предшествующими  способами в данной области.  Неожиданно было обнаружено, что  для достижения эквивалентной  щелочности не следует неизбежно  добавлять карбонат натрия, как  это необходимо при сходном  оптимальном отбеливании, включающем  только каустическую соду. Тем  не менее карбонат натрия не  является заменителем каустической  соды на эквивалентной активной  щелочной основе. Вместо этого  было обнаружено, что его истинное  отношение к пероксиду водорода  должно определяться на эквивалентной  основе, что продемонстрировано  последующими примерами.

 Проводили серии опытов, моделирующие  как первую, так и вторую стадию  отбеливания, с использованием  осиновой химико-термомеханической  древесной массы (СТМР) с высоким  выходом.Измеряли начальную и конечную степень белизны в соответствиии с ИСО (ISO).

 Общую щелочность (в виде NaOH) определяли путем титрования  стандартной кислотой с использованием  в качестве индикатора фенолфталеин.

 Примеры.

 Двухстадийное отбеливание.

 При двухстадийной последовательности отбеливания пероксида водорода конечная степень белизны 85,5% по ИСО может быть достигнута, начиная со степени белизны небеленой целлюлозы 59% по ИСО (прирост составил 26,5% по ИСО). На первой стадии (опыт 25) добавление пероксида к целлюлозной массе OD составило 2,7% отношение щелочи (100%-ной кальцинированной соды) к пероксиду было равно 1,2:1, силикат или сульфат магния не добавляли, к массе OD добавили только 0,5% XUS 11082 (органический продукт DOW, заменяющий силикат). На второй стадии (опыт 27) добавление пероксида к целлюлозной массе OD составило 5,0% отношение щелочи (100%-ной кальцинированной соды) к пероксиду было равно 0,75:1, и опять силикат или сульфат магния не добавляли, к массе OD добавили только 0,5% XUS 11082. При такой последовательности отбеливания количество остаточного пероксида со второй стадии составило 3,0% относительно массы OD через пять часов отбеливания при 60oC, в то время как количество остаточного пероксида с первой стадии составило 1,65% относительно массы OD после 4 ч отбеливания.

следовательно, для достижения 26,5 делений степени белизны необходимо в целом 3,05% пероксида относительно целлюлозной массы, в среднем получается 8,7 делений на процент пероксида. В коммерческой практике известно, что для достижения конечной степени белизны 85% по ИСО, при двустадийном способе отбеливания необходимо использовать 4,0-5,0% пероксида относительно целлюлозной массы.

 Кальцинированная сода в  сравнении с каустической содой.

 Отбеливание кальцинированной содой является более эффективным, чем отбеливание гидроксидом натрия. Сравнительное отбеливание одной и той же пульпы, которую очищали в лабораторных условиях при степени помола от 600 CSF до 170 CSF, дало следующие результаты: на первой стадии отбеливания степень белизны возрастала от 59,5% по ИСО до 77,8% по ИСО после 4 ч при загрузке пероксида 2,7% относительно целлюлозной массы и загрузка кальцинированной соды 3,5% относительно целлюлозной массы, при отношении щелочи к пероксиду 1,3:1 (проба 29). Количество остаточного пероксида составило 1,47% относительно целлюлозной массы OD. Сравнительное отбеливание (опыт 30) 2,7% пероксида и 2,2% каустической соды (при отношении щелочи к пероксиду 0,8:1) обеспечило через 3,5 ч степень белизны 77% по ИСО, а количество остаточного пероксида составило только 0,7% относительно целлюлозной массы OD (пробы 29 и 30 табл. 1).

Вторая стадия отбеливания этих проб 5% H2O2 относительно массы OD и соответственно 100%-ной кальцинированной содой и 100%-ной каустической содой, дала окончательную  степень белизны 82,6-82,7% по ИСО (табл. 2, пробы 29В и 30В). Однако опять после 4 ч отбеливания при 60oC количество остаточного пероксида было гораздо  больше, при отбеливании с использованием кальцинированной соды, чем при отбеливании  с использованием каустической соды (2,27% в сравнении с 1,05% относительно целлюлозной массы OD).

 Влияние силиката.

 Добавление силиката натрия  во время щелочного пероксидного  отбеливания 100% -ной кальцинированной  содой в действительности снижает  конечную степень белизны и  уменьшает количество остаточного  пероксида в противоположность  щелочному пероксидному отбеливанию с использованием в качестве щелочи каустической соды. Эта важная информация была, несомненно, неожиданной и не была признана в предыдущей работе, касающейся мягких древесных масс (целлюлозы с высоким содержанием  -целлюлозы). Сравним пробы 25 с 25 R (первая стадия) и пробы 27 с 27 R (вторая стадия). Следует отметить, что в любом случае pH после 4 ч отбеливания оставался одним и тем же при отбеливании как с силикатом, так и без него.

 Одностадийное отбеливание  при высокой консистенции.

 Одностадийное отбеливание  при высокой консистенции является  более эффективным, когда в  качестве источника щелочи используют 100%-ный углекислый натрий, а степень  усовершенствования при этом, конечно,  гораздо больше той, которую  следует ожидать в опыте по  отбеливанию с использованием  в качестве щелочи каустической  соды (табл. 1, проба 26, в сравнении  с табл. 2, проба 26 R). Разница в  степени отбеливания после 4 ч  отбеливания при добавлении 2,7% пероксида:  при консистенции 12% степень белизны  составит 77% по ИСО, при консистенции 30% степень белизны составит 82% по  ИСО.

 Влияние сульфата магния.

 Сульфат магния используют  для сведения к минимуму разложения  пероксида в системе, содержащей  каустическую соду. В системе,  содержащей 100%-ный карбонат натрия, было обнаружено, что истинным  является противоположное (табл. 3, пробы 8 и 9 в сравнении с  10, значения после 4 ч перемешивания). Данные табл. 3 и 4 приведены для  сравнения устойчивости пероксида  в течение времени до 24 ч при  использовании различных добавок,  включая сульфат магния, силикат  натрия и органические силикатные  заменители, например ДТРА, XUS 11082 (Low Chemical), SFP (High Point Chemical), Questal N3 (Clough Chemical) и  продукты от Yrace и Monsanto. Проба 13 демонстрирует плохую характеристику  силиката натрия. В сравнении  большинство, если не все, органические  вещества, включая ДТРА, обеспечивают  хорошую устойчивую защиту в  пероксидной системе отбеливания,  содержащей кальцинированную соду.

 Эффективность отбеливания.

 Было найдено, что эффективность  отбеливания уменьшается, когда  каустическую соду и карбонат  натрия соединяют или на одной  и той же стадии или на  двух последовательных стадиях.  Двустадийное отбеливание, в котором  используют беленую целлюлозу  первой стадии, которая загустела  и которая поступила с коммерческого  предприятия (в качестве щелочи  использовали, конечно, каустическую  соду), продемонстрировано в табл. 5 и 6. Как было зарегистрировано, степень белизны на первой  стадии составила 78,8% по ИСО,  а для проб 8 и 9 упоминалась  загрузка щелочи, использованная  заводом (каустической соды) в  пробе 7 во время второй стадии  отбеливания, где применяемая  загрузка пероксида составила  7,5% относительно целлюлозной массы  OD. После 4 ч отбеливания каустической  содой была обеспечена конечная  степень белизны 87,2% по ИСО,  в то время как степень белизны  во время отбеливания кальцинированной  содой в действительности уменьшилась.  Из остатков пероксида и щелочи  совершенно ясно то, что для  успешного отбеливания отношение щелочи к пероксиду следует уменьшить. Пробы 10-14 показывают, что для достижения степени белизны 84,7% по ИСО необходимо только 0,75% карбоната натрия относительно целлюлозной массы OD, что приводит к получению остаточного пероксида в количестве 4,6%