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残留于白泥中的硅,影响白泥煅烧回用和综合利用,这是利用竹材制普通化学浆和高附加值纸浆(如溶解浆及绒毛浆)碱回收系统“硅干扰”不容忽视的瓶颈问题。针对竹浆绿液硅含量高的情况,本论文主要研究了竹浆绿液除硅工艺及硫酸铝竹浆绿液除硅的机理。采用化学法分析了烧碱法麦草浆绿液和硫酸盐法竹浆绿液成分;运用EDAX和激光粒度仪分析了竹浆绿液的特点;研究了活性氧化钙含量及生石灰用量对预苛化法竹浆绿液除硅效果的影响;研究了硫酸铝烧碱法麦草浆绿液和硫酸盐法竹浆绿液的除硅效果,运用SEM、EDAX及IR对硫酸铝竹浆绿液除硅机理进行了初步的研究;研究了生石灰协同硫酸铝的竹浆绿液除硅效果及对白泥的影响,研究了生石灰、二氧化碳及硫酸铝协同竹浆绿液除硅效果;初步探索了黑液燃烧法竹浆绿液除硅的实验方法、工艺及机理。研究结果表明:
当竹浆绿液硅含量为4.36g/L(以SiO2计)时,竹溶解浆中存在有5.26nm的胶体粒子,胶粒粒子中可能含有元素硅。
在预苛化法除硅实验中,生石灰中游离氧化钙含量的增加,可提高预苛化法竹浆绿液除硅效率;当游离CaO含量分别为62%及81%,预苛化反应中生石灰加入量为20%-30%时,预苛化法除硅的效率分别在48%-58%和60%-77%;生石灰加入量为30%-40%时,竹浆绿液的除硅率变化不明显。预苛化反应中加入硫酸铝能进一步降低竹浆绿液硅含量,提高预苛化除硅效率;用游离氧化钙含量81%的生石灰进行试验,生石灰用量为20%,生石灰加入竹浆绿液10min后加入硫酸铝,硫酸铝用量/绿液硅含量=2∶1(mol/mol),此时除硅率最高可达88%,竹浆绿液中的硅含量降至0.87g/L(以SiO2计),低于木浆绿液硅含量值。能谱分析发现实验室白泥中含有铝、氧、钠、硅、钙等元素,与工厂白泥相比,实验室白泥硅含量降低了82.3%,残碱含量降低了78.1%,酸不溶物含量降低了34.1%,但白泥中出现了铝元素。
在硫酸铝绿液除硅实验中,硫酸铝添加到烧碱法麦草浆绿液和硫酸盐法竹浆绿液中均可有效降低绿液硅含量,当硫酸铝用量/绿液硅含量=1∶1(mol/mol)时,烧碱法麦草浆绿液硅含量可降至1.62g/L(以SiO2计),除硅效率为78%。添加硫酸铝除硅后,绿液的各主要组分发生了变化,烧碱法麦草浆绿液总碱含量降低了23.56%,碳酸钠含量降低了14.98%,绿液中铝元素含量为7.61g/L(以A12O3计)。当硫酸铝用量/绿液硅含量=1∶1时,竹浆绿液硅降至1.13g/L(以SiO2计),除硅效率为74%;其中总碱降低了15.16%,碳酸钠含量降低了7.32%,硫化钠含量降低了20.54%,绿液中铝元素含量为5.34g/L(以A12O3计)。在用氧化钙、二氧化碳及硫酸铝降低竹浆绿液硅含量时,当硫酸铝用量/绿液硅含量=1∶1(mol/mol),生石灰用量为25%,二氧化碳通入时间为150s,通入速率为2L/min时,反应温度92℃,绿液除硅效率最高可达95.4%,除硅后绿液中的硅含量降至0.02g/L(以SiO2计),硫酸铝绿液除硅机理是硫酸铝与绿液中的硅可能生成了硅铝酸钠沉淀,这是绿液中硅含量降低的主要原因。
初步研究黑液燃烧法绿液除硅工艺及机理发现,在黑液燃烧过程中加入硫酸铝及硫酸镁均可有效降低绿液硅含量;加入硼砂可提高生成绿液的NaOH含量,生成的绿液不溶物中含有元素铝、硅及镁。