硅對黑液粘度的影響

1、硅化物對麥草堿法蒸煮黑液粘度的影響張進,曹云峰*,劉祝蘭,熊林根(南京林業(yè)大學江蘇省制漿造紙科學與技術重點實驗室,江蘇南京210037摘要:為了研究硅對黑液黏度的影響,向麥草堿法蒸煮黑液中添加定量的二氧化硅、麥草灰分和硅酸鈉,分析了不同硅化物對黑液粘度的影響。研究發(fā)現,相對于麥草灰分和二氧化硅,硅酸鈉更能增加麥草黑液的粘度。硅酸鈉對不同濃度麥草黑液粘度影響大小順序為:高濃黑液中濃黑液>低濃黑液。當硅酸鈉占黑液總固形物的量大于15%(SiO2計時,其對低濃度黑液粘度造成顯著影響;當硅酸鈉占黑液總固形物的量為13%-15%(SiO2計時,其對半濃黑液粘度有顯著影響;當硅酸鈉占黑液總固形物的量

2、為11%-13%(SiO2計時,其對高濃黑液粘度有顯著影響。Abstract: In order to determin the effects of different silicides on viscosity of black liquor, the silica, ash of wheat straw, and sodium silicate was added into the wheat straw alkaline pulping black liquor respectively. The results of variance analysis showed that th

3、e sodium silicate was even more effective to improve the viscosity of black liquor, comparing with the ash of wheat straw and the silica. The effect of sodium silicate on different concentration of black liquor was: high consistency black liquor medium consistency black liquor >low consistency bl

4、ack liquor. When the percentage of sodium silicate for total solid content was greater than 15% (as SiO2, the sodium silicate has a significant impact on low consistency black liquor. When sodium silicate accounts for 13-15%( as SiO2 of total solid content, it affect medium consistency black liquor

5、remarkably. And when the ratio of sodium silicate to total solid content reduced to 11-13% (as SiO2, the sodium silicate makes an evident effect on high consistency black liquor.Key words: wheat straw; alkaline pulping; black liquor; viscosity; silicon*稻草的灰分含量一般在10%以上,有的更是高達17%,麥草灰分含量也在5%-6%。而且稻麥草灰分

6、中SiO2含量占灰分重量的60%-70%,甚至更高。硅在稻草內主要以粒徑小于5nm 的無定形硅的小粒子形式存在,其表面被互聯成網狀的-SiOH基團所覆蓋, Liva Soderhijelm1等通過微電子掃描(SEM和X射線等研究方法發(fā)現,在稻草中近90%的硅酸鹽以二氧化硅形式存在于莖表皮層外圍(稱為植物外層,極少量的存在于表皮細胞內。一般認為,在堿法蒸煮時這些SiO2大約有70%以Na2Si03的形式溶解于黑液中,從而使黑液在回收過程中產生干擾。存在于黑液中的硅化物和溶解的半纖維素一起,使黑液的粘度提高,從而降低漿料的濾水性能。另外,當黑液殘堿不足時,以膠體形式存在的硅化物,在洗漿時會沉淀。勞

7、嘉葆2提出麥草漿廠堿回收的關鍵是黑液中硅含量高,導致黑液粘度大,從而引起一基金項目:江蘇省制漿造紙科學與技術重點實驗室資助課題(201017;江蘇省高校研究生科研創(chuàng)新計劃項目(CXLX11-0529;“江蘇省青藍工程中青年學術帶頭人培養(yǎng)對象”省教育廳資助課題(164105308。系列的問題;李偉3的研究表明,草類原料灰份大, 二氧化硅含量高, 與氫氧化鈉生成硅酸鈉,造成草漿黑液治理的難題;張珂4等在麥草蒸煮時加入除硅劑,可將黑液的粘度降低;汪萍5、6等提到麥草漿黑液中二氧化硅含量、木素-碳水化合物復合體(LCC含量等是影響黑液粘度的主要參數。但是馬金霞7等的研究表明硅對麥草黑液粘度影響不大。本

8、論文通過向不同濃度的麥草堿法蒸煮黑液中添加二氧化硅、麥草灰分和硅酸鈉,探討不同的硅化物對麥草堿法蒸煮黑液黏度的影響,為麥草制漿降黏提供理論基礎。1材料與方法1.1原料及設備堿法蒸煮麥草漿黑液取自山東泉林紙業(yè)有限責任公司,黑液濃度(質量分數為30%。麥草灰分主要是二氧化硅,本實驗使用的麥草灰分的硅含量為75.6%。使用NDJ-79型旋轉式粘度計測定粘度。測定方法是將黑液倒入粘度計的測試容器,直至液面達到錐形面下部邊緣,將轉筒放入黑液到完全浸沒為止,測試器放在儀器托架上并將轉筒懸掛于儀器聯軸器上。啟動電機,轉筒從開始晃動直到對準中心為止,當指針穩(wěn)定后即可讀數。1.2黑液物化性能分析按照文獻8中的方

9、法測定黑液總固形物、灰分、SiO2。其中總固形物測定方法為:稱取0.5g試樣放入稱量瓶中,將其置于100105濕烘箱內烘,直至恒重?；曳譁y定方法為:取5ml黑液于已經恒重的瓷坩堝中,稱量后置于電熱板上低溫烘干,再于電爐上燒去大部分有機物,冷卻后用數滴蒸餾水潤濕,加三滴甲基橙指示劑,然后慢慢滴入濃硫酸,于電熱板上蒸干,逐去三氧化硫,然后移入馬弗爐中低溫燒至800,灼燒至灰渣中無黑色碳素并恒重為止。SiO2的測定方法為:將灰分殘渣用稀鹽酸溶液洗滌數次,再用熱水洗滌至無氯根,將濾紙和沉淀放入已灼燒至恒重的鉑坩堝中,烘干碳化后,將鉑坩堝移馬弗爐,在1000燒至無黑色碳素并恒重為止,然后將灼燒后的灰分加

10、入硫酸潤濕,再加5ml氫氟酸,蒸干并移入馬弗爐,在900下燒至恒重。黑液pH值由數顯臺式pH測量儀直接測得。1.3 硅的添加方法分別向濃度為14.8%、31.7%、45.2%的麥草堿法蒸煮黑液中加入定量的二氧化硅、麥草灰分和硅酸鈉,進行充分的攪拌,并加水調節(jié)黑液的濃度和pH值,保證黑液總固形物含量和pH值在13-14不變。2結果與討論2.1黑液物化性能分析按照文獻8中的方法測定麥草堿法蒸煮黑液主要物化性能。黑液粘度:50mPas(30; pH=12.60;總固形物:352.5g/l;灰分:116.0g/l;殘堿量(NaOH計:6.3g/l;硅含量:13.1g/l。2.2二氧化硅對麥草堿法蒸煮黑

11、液黏度的影響分別向濃度為14.8%、31.7%、45.2%的麥草堿法蒸煮黑液中加入定量的二氧化硅,其黏度測定結果如表1。表1 二氧化硅對黑液粘度影響Table 1 The effect of silica on the viscosity of black liquor固形物濃度(% 黑液質量(g加入SiO2(g硅占總固形物值SiO2計(%粘度(mPas14.8 50.1003 0 7.0 5.114.8 50.0491 0.1522 9.0 5.014.8 50.3000 0.3056 11.0 5.014.8 50.4009 0.4498 13.0 5.214.8 50.2065 0.61

12、15 15.0 5.614.8 50.0298 0.7677 17.0 6.031.7 30.0342 0 7.0 50.531.7 30.1155 0.1909 9.0 5231.7 30.7622 0.3900 11.0 5431.7 30.9561 0.5890 13.0 5631.7 30.0902 0.7631 15.0 5831.7 30.7009 0.9732 17.0 59.544.2 20.4509 0 7.0 160044.2 20.3912 0.1843 9.0 160044.2 20.2037 0.3653 11.0 155044.2 20.3101 0.5508 13

13、.0 170044.2 20.0964 0.7267 15.0 175044.2 20.2076 0.9134 17.0 1800從表1得知,向濃度為14.8%的黑液中添加二氧化硅,使硅占黑液總固形物值從原始的7%逐步增加至17%,黑液的粘度從初始的5.1 mPas逐步上升至6.0 mPas,黑液粘度增加了17.64%。向濃度為31.7%的黑液中添加二氧化硅,使硅占黑液總固形物從原始的7%逐步增加至17%,黑液的粘度從初始的50.5 mPas逐步上升至59.5 mPas,黑液粘度增加了17.82%。向濃度為44.2%的黑液中添加二氧化硅,使硅占黑液總固形物從原始的7%逐步增加至17%,黑液的粘

14、度從初始的1600 mPas逐步上升至1800 mPas,黑液粘度增加了12.5%。因此,二氧化硅對不同濃度麥草黑液粘度影響大小順序為:中濃黑液低濃黑液>高濃黑液。2.3麥草灰分對麥草堿法蒸煮黑液黏度的影響分別向濃度為14.8%、31.7%、45.2%的黑液中加入定量的麥草灰分,其黏度測定結果見表2。表2麥草灰分對黑液粘度影響Table .2 The effect of wheat straw ash on the viscosity of black liquor黑液濃度(%黑液質量(g加入麥草灰分(g硅占總固形物值SiO2計(%粘度(mPas14.8 50.2043 0 7.0 5.

15、131.7 30.0945 0 7.0 50.544.2 20.2703 0 7.0 1600從表2得知,向濃度為14.8%的黑液中添加麥草灰分,并根據麥草灰分中的硅含量,使硅占黑液總固形物值從原始的7%逐步增加至17%,黑液的粘度從初始的5.1 mPas逐步上升至6.2 mPas,黑液粘度增加了21.57%。向濃度為31.7%的黑液中添加麥草灰分,使硅占黑液總固形物值從原始的7%逐步增加至17%,黑液的粘度從初始的50.5 mPas逐步上升至62.5 mPas,黑液粘度增加了23.76%。向濃度為44.2%的黑液中添加麥草灰分,使硅占黑液總固形物值從原始的7%逐步增加至17%,黑液的粘度從初

16、始的1600 mPas逐步上升至1850mPas,黑液粘度增加了15.63%。因此,麥草灰分對不同濃度麥草黑液粘度影響大小順序為:中濃黑液>低濃黑液>高濃黑液。2.4硅酸鈉對麥草堿法蒸煮黑液黏度的影響分別向濃度為14.8%、31.7%、45.2%的黑液中加入定量的硅酸鈉,其黏度測定結果見表3。表3硅酸鈉對黑液粘度影響Table .3 The effect of sodium silicate on the viscosity of black liquor黑液濃度(% 黑液質量(g加入硅酸鈉(g硅占總固形物值SiO2計(%,粘度(mPas14.8 50.2759 07.0 5.13

17、1.7 30.0824 07.0 50.544.2 20.1305 07.0 1600從表3得知,向濃度為14.8%的黑液中添加硅酸鈉,通過換算硅酸鈉中含硅比重,使硅占黑液總固形物值從原始的7%逐步增加至17%,黑液的粘度從初始的5.1 mPas逐步上升至7.0 mPas,黑液粘度增加了37.25%。向濃度為31.7%的黑液中添加硅酸鈉,使硅占黑液總固形物值從原始的7%逐步增加至17%,黑液的粘度從初始的50.5 mPas逐步上升至72 mPas,黑液粘度增加了42.57%。向濃度為44.2%的黑液中添加硅酸鈉,使硅占黑液總固形物值從原始的7%逐步增加至17%,黑液的粘度從初始的1600 mP

18、as逐步上升至2300mPas,黑液粘度增加了43.57%。因此,硅酸鈉對不同濃度麥草黑液粘度影響大小順序為:高濃黑液中濃黑液>低濃黑液。2.5硅化物對不同濃度黑液黏度的影響向濃度為14.8%黑液中分別加入定量的二氧化硅、麥草灰分和硅酸鈉,并加水調節(jié)黑液的濃度和pH值,保證黑液總固形物含量和pH值在13-14不變。測定結果見圖1。從圖 3 得知，加入硅酸鈉，硅含量在 7%-11%期間黑液粘度上升緩慢；硅含量在 11%-13% 時粘度開始迅速增加，在這一區(qū)間粘度增加了 20%左右；硅含量在 13%-17%時粘度又開始緩 慢上升。 加入麥草灰分， 硅含量在 7%-11%時黑液粘度緩慢上升；

19、硅含量在 11%-13%時粘度基本保 持不變；硅含量大于 13%時黑液粘度略有上升。 加入二氧化硅， 硅含量在 7%-11%時黑液粘度基本保持不變； 硅含量在 11%-13%時粘度略 有上升；硅含量大于 13%時黑液粘度又開始保持不變?？傮w上，加入麥草灰分和加入二氧化 硅黑液粘度增加情況相似，但是二者均沒有加入硅酸鈉時黑液的粘度上升情況明顯。 因此，加入硅酸鈉對高濃麥草黑液粘度影響最為顯著，尤其在硅占總固形物的量為 11%-13%期時，硅酸鈉的加入對高濃黑液粘度有顯著影響。加入二氧化硅對高濃麥草黑液粘 度影響最小， 加入麥草灰分對高濃麥草黑液粘度略有影響， 但是其對高濃麥草黑液粘度影響 遠沒有硅酸鈉明顯。 3 結論 （1