[发明专利]降低绿液中硅、磷和铝含量的方法

说明书

本发明涉及一种在含纤维素材料的碱脱木素方法中降低化学药品回收中的蒸煮液中硅、磷和/或铝含量的方法。

在缺乏树木资源的国家里，一年生植物，如竹子、甘蔗、稻、和小麦被用作制造化学纸浆的原材料。这类纸浆的制造者遇到完全不同于制造木浆的问题。总的来说，这些问题归因于原材料的性质以及制浆厂的小规模。一个基本问题是蒸煮化学药品的回收，废液的某些性质使之更加严重。一般地，回收方法不经济，小制浆厂通常根本不回收化学药品。由于经济变化和环境因素，近来发现化学药品回收的发展越来越重要。

一年生植物的分裂组织含大量二氧化硅(SiO₂)。当用这类植物的枝叶制浆时，以颗粒形式存在的硅酸在碱性蒸煮液中溶解为硅酸盐离子。正是由于溶解了的二氧化硅，从该蒸煮废液中回收化学药品被证明是非常困难的。在碱性蒸煮法中，如硫酸盐和苛性钠法，通过蒸发废液即黑液中的水来回收化学药品，然后在回收炉中燃烧含于该液中的有机物质以排放化学药品。化学药品以熔化物的形式从回收炉中排放，该熔化物溶于水中形成绿液。该绿液中含有碳酸钠，该碳酸钠被氧化钙苛化成纸浆产品中所需的氢氧化钠。由此得到的白液循环到纸浆产品体系中，形成的碳酸钙(苛化泥)在石灰窑中再生。

溶于碱性黑液中的二氧化硅在所有化学药品循环过程中都造成麻烦。在蒸发车间，黑液中的硅酸盐达到其溶解度极限，以不同化合物的形式沉淀在蒸发器的传热面上，由此阻碍设备的运行。在回收炉中，硅酸盐也在传热面上形成沉淀并增加化学熔化物粘度。苛化过程中，硅酸盐在苛化泥中以氢化硅酸钙的形式沉淀。富含硅酸盐的苛化泥渗透差，在苛化泥中留下水分。大量碱与水分一起被带进石灰窑中，这妨碍石灰窑的运转。通常，这种苛化泥不值得焚烧，但只得被运往掩埋区。而且，由此得到的白液量降低了，且有价值的蒸煮化学药品也随苛化泥一起在掩埋区而告终。

不排放非纯石灰，而建议通过使用二氧化碳将黑液pH值降低到约9.1～10.2范围内使二氧化硅从黑液中分离出来。在离子形式的黑液中，即大部分为HSO₃^4-和SiO₂^3-，溶解了的二氧化硅溶解度降低，且二氧化硅以胶体硅胶的形式沉淀。据报道，在联合国工业发展组织(UNIDO)和瑞典国际发展局(SIDA)开发的方法中，甚至90％的硅酸盐可以由稀黑液(6克SiO₂/l)中成功地分离出来。这种情况下，在一个沸腾反应器中二氧化碳引起气泡而进入黑液中，然后沉淀二氧化硅通过过滤分离。CPPRI和Lurgi开发了同样的设备。这些设备中普遍存在的是，在实践中，他们运行并不理想。问题显然是由于胶状沉淀的差过滤性，含在黑液中的木素同时与二氧化硅的沉淀，化学品伴随有机物质丢失以及黑液热值下降。

与从黑液中分离出来的方法相同，使用二氧化碳可使二氧化硅从绿液中分离出来。基于所使用的原材料，绿液中的硅酸盐含量为约10～20克SiO₂/l，有时甚至更高，这大大高于相应稀黑液中的含量，这样有希望获得较好的产率。二氧化硅沉淀从绿液中的分离并不象从黑液中分离那样成问题，因为绿液中缺乏有机物质。

由于二氧化碳的作用pH降低，但是含于绿液中的游离碱消失，并同时被碳酸盐和碳酸氢盐代替，它们在苛化过程中必须从绿液中除去。这大大增加了苛化的需要，而又增加了氧化钙的消耗量。

绿液中含的其他有害杂质为磷和铝。和硅一样，它们在石灰循环中积累，并在其中形成内部负载。因此，例如，通过去掉循环中一部分石灰而用新石灰代替以去除磷。磷倾向于积聚于石灰窑的细尘中，如有可能，它通常正是以这种形式被除去。在有些地方，细尘作为用于土壤改良目的的含磷材料被出售。

本发明的一个目的是提供一种比现有技术方法更简单、更有效的基本降低蒸煮液中硅、磷和铝含量的方法。特别着重于将上述杂质转变为可容易分离的形式。

为了实现上述特殊目的，本发明特征在于—黑液燃烧得到的并含有碳酸钠的熔化物经过处理使碳酸钠以固态形式回收，而硅、磷和/或铝以含有溶解的硅酸钠、磷酸钠和/或铝酸钠的溶液形式分离出来；以及—溶解固态碳酸钠，以形成低硅、磷和/或铝含量的溶液。

硅酸钠、磷酸钠和铝酸钠在水中几乎无限地溶解，而碳酸钠在水中的溶解度有限。根据本发明，随着碳酸钠成为结晶态，它可能以纯碳酸钠的形式从富含硅酸钠、磷酸钠和/或铝酸钠的母液中分离出来。分离后，将晶体碳酸钠溶解，这样得到的溶液在苛化车间经过常规的处理，可以产出用于制浆和其它需求的氢氧化钠溶液。