造纸湿部的监测方法探索

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由于很多纸张性能中要求控制纸面pH，比如某特种印版衬纸的纸面pH要求在5.0~6.0，也有的衬纸因所衬的材料不同，要求纸面pH控制在6.0~7.0，还有的纸张比如无碳复写原纸因加工性能的需要，一般要求纸面pH为7.0~8.0。要满足这些纸面pH的特殊要求，就需要选择不同的施胶方式及其施胶剂种类，将上网浆pH控制在一定范围内。实际应用中，当纸机湿部封闭循环一段时间后，酸性施胶由于硫酸根的积累造成湿部系统的pH极低，经常在4.0~4.3；中性施胶由于烷基烯酮二聚体（AlkylKeteneDimer，AKD）的水解、阳离子淀粉（CationStarch，CS）和碳酸钙填料流失形成的干扰物质也造成湿部系统pH波动。为了解决这些问题，我们通过检测网下白水、回用水、配料浆、上网浆等的pH来分析各种添加剂的加入量和积累情况，以控制其后续用量，促使酸性施胶硫酸根的积累程度减少，维持中性施胶湿部pH稳定，从而保持成纸灰分和系统保留的恒定，达到湿部系统处于良性循环的目的。

浆料的电位代表了液体介质中纸张纤维的情况，根据纤维的电位数据，可以判定纤维吸附带相反电位颗粒的能力，如果纤维的电位是负值，就很容易吸附阳离子性添加剂。同样的纸浆由于造纸湿部的水质、pH以及电解质的不同，电位的表现可能完全不同。在相同pH情况下，由于所用的浆料特性不同，显示的湿部系统电位也有差异。例如：表1中Ⅰ代表的是明星浆（水分10%）、Ⅱ是国产湿浆（水分70%），分别用回用白水碎浆，经图1流程运行一定时间后对湿部进行监测，可见明星浆比国产湿浆的湿部系统的PCD电位更负、电导率和残氯低、首程留着率高，说明用明星浆比用国产湿浆的纸机湿部系统运行性能更好。造纸湿部使用不同化学添加剂时湿部PCD电位、首程留着率会发生明显变化，详见表2。从表2看出，使用#3化学添加剂的上网浆PCD电位异常偏正，首程留着率只有72.3%，说明循环系统中积累的阳离子电荷偏多，也就是阳离子类化学添加剂加入过量，使系统沉积物增多，湿部系统处于恶性循环，此时必须对系统进行排放、清洗；#4湿部系统PCD电位异常偏负，首程留着率较低70.4%，说明循环系统中积累的阴离子电荷偏多，也就是阴离子类化学添加剂加入过量，系统清洗次数也相应增加。所以，浆料组分的电位会影响细小纤维、胶料和填料留着，也影响染色的效果，湿部系统PCD电位变化越大，纸机运行性能越差，当上网浆的PCD电位在-28~17μeq•g-1时纸机的首程留着率达到80%以上。

俗话说“七分磨浆，三分造纸”，磨浆除给予成纸特殊的性能外，还满足浆料在网部成形的要求。造纸生产中湿部动态滤水性能经常通过测定流程中各点浆料的游离度（CSF）或打浆度（°SR）来反映，由于游离度比打浆度反映的滤水性能精度高、更直观，我公司实际生产中用游离度控制。进行动态滤水性能监测的必要性：首先，电位测量反映的是浆料中干扰物质数量，但不是所有的干扰物质都显示阴性或阳性，所以仅仅依靠控制浆料的电位不可能维持较好的生产水平；其次，造纸湿部是相当复杂的浆、水循环过程，其特征在于极低的上网浓度，一般上网浓度低于1%，相当部分白水经网部回流进入湿部系统，网部脱水情况成为纸机正常运行的要素；第三，网部的留着率、纸机的运行性能和纸的性能也会在一定程度上制约湿部动态滤水性，故动态滤水性能是纸机运行的关键。表3是中性施胶生产70g•m-2纸张时4种湿部状态下的游离度、上网浆灰分、首程留着率和成纸灰分测定，从表中数据看出：在保证成纸灰分和纸机车速的前提下序号D的首程留着率较好，达到81.4%，说明相应的CS、AKD、增白剂（OBA）、碳酸钙填料、三元助留剂间的协同效应发挥得好。序号D的浆料游离度410mL，比序号A和B的低，经加入各项化学添加剂后网前箱浆游离度为350mL，与序号B和C相比，维持了较好的滤水性能，结果使AKD用量减少了0.12个百分点、OBA用量减少了0.27个百分点、并且上网浆灰分比A和B低7个百分点左右，说明序号D的湿部稀释用的回用白水中填料含量比A、B少，其湿部系统更清洁，其湿部系统处于良性循环状态。综上所述，通过测试湿部各点动态滤水性能可以衡量在添加或没有添加化学助剂的情况下浆料的动态滤水情况和细小纤维、填料的留着情况。在一种浆料中，多种化学添加剂相互作用影响到纸页成形过程的浆料特性，通过控制及调整各种相互作用，达到化学添加剂间的协同效应，就可以显著降低特殊功能性化学添加剂的用量。

通过造纸湿部监测合理控制化学添加剂的加入顺序和加入量，提高湿部运行效能。我公司在生产120g•m-2纸张时，出现首程留着率低，见表4。通过对湿部pH、PCD电位、CSF、浆浓度和灰分监测，发现高位箱浆PCD电位为0，上网浆PCD电位-131μeq•g-1，说明稀释白水中的阴离子垃圾偏多。为了降低白水中的阴离子垃圾，采取如下措施：①在保持上网浆灰分42%的前提下，及时降低碳酸钙填料的加入量，以减轻湿部系统白水中填料含量；②降低CS用量，使高位箱浆PCD电位为负值；③增加网部滤水性能，调节三元助留剂用量，使上网浆游离度由390mL提高到410mL。最终首程留着率由原来的75.0%提高到82.4%，首程留着率的提高相应降低了系统中的阴离子垃圾，从而使上网浆的PCD电位降至-93μeq•g-1。表5列出不同CS用量和高位箱浆游离度下的首程留着率与成纸灰分。当高位箱浆游离度490mL时，即使CS用量达1.94%，由于PAM用量（163mg•kg-1）和上网浆游离度（570mL）高，造成滤水过快，首程留着率低（95.8%~96.7%）、成纸灰分低（16.7%），说明填料留着差。通过加强磨浆来降低高位箱浆游离度至460mL，适当降低CS和PAM用量来控制上网浆游离度至510~540mL，实现首程留着率提高至96.2%~97.4%，成纸灰分提高到17.3%~18.3%，既保持了较好的留着效果，又使CS用量降低了0.6个百分点左右、PAM用量降低了80mg•kg-1。实践证明，造纸湿部化学添加剂的加入点和加入顺序对化学添加剂的使用性能起决定性的作用。在使用一种化学添加剂前，在实验室中应尽可能地考虑到它对纸机运行的影响。在加入化学添加剂后，要掌握上浆系统中的助留率以及滤水情况的变化；同时，也要了解这种化学添加剂是抵消还是加强了其他添加剂的作用效果。在浆料悬浮物中，阴离子的纤维和阴离子垃圾彼此互相竞争吸引带阳离子的化学添加剂。因为阴离子垃圾的电荷密度通常比纤维高，所以阴离子垃圾具有更好的吸附性。如果化学添加剂与阴离子垃圾作用，这会导致絮凝，从而影响纤维的吸附性，添加剂效能将大大降低，而且容易产生沉积，此时就要通过湿部的调节来降低阴离子垃圾量。

通过施胶方式和施胶剂种类的选择，硫酸铝等用量调节，监测并控制上网浆pH等手段，可以实现纸面pH的特殊性需要。纸机湿部系统不仅受化学添加剂的影响，同时还受pH值、PCD电位、电导率、系统残氯等变化的影响，所有这些因素都可能对纤维和化学添加剂的特性产生影响。中性造纸生产70g•m-2纸张时，当上网浆PCD电位在-28~17μeq•g-1时纸机的首程留着率达到80%以上。对不同造纸湿部系统，不同的施胶方式，通过湿部PCD电位、动态滤水性能、首程留着率等的监测，可以合理调节各种功能性化学添加剂的加入点和加入量，充分发挥化学添加剂间的协同效应。同时，又通过化学添加剂间的协同效应来控制浆料的动态滤水性能、PCD电位和提高首程留着率。这种良性循环过程，使生产70g•m-2纸张时AKD用量减少了0.12个百分点、OBA用量减少了0.27个百分点，在生产145g•m-2纸张时CS用量降低了0.6个百分点左右、PAM用量降低了80mg•kg-1。既减少了化学添加剂的用量，又提高了纸机的运行性，达到了节能减排和提高经济效益的目的。（本文作者：刘存芬 单位：镇江大东纸业有限公司研发处）