确定和优化湿部工艺的最佳方案是什么呢?基本上说,越早在湿部进行测量越好,也就是说在碎浆机或在损纸线上进行测量。
对于回收浆,电荷的测量应尽早在脱墨线上,因为那是最早加入化学品的地方。在10~15分钟时间内纸机的关键取样点取样,分析浆料的PCD值、SZP值和DFR值,就相当于给纸机的湿部拍下了快照。通过上述数据,纸机操作人员可以优选化学品、优化化学品的加入点和加入量。
湿部的重点测量项目包括:
1) pH值(pH 计)
最基本的测定项目。
• 酸性抄纸/近中性抄纸/中性抄纸/碱性抄纸
• 绝大多数化学品具有最佳的pH值作用范围
• pH值的变化影响其它干扰物质的流入量
2) 电导率(电导率仪)
高电导率严重影响助剂的作用效果。
• 在湿部化学领域电导率指的是水的导电性能。纯净的水并不导电,导电是受溶解于水的无机盐物质的影响,如Cl-,NO3-,SO42-,PO43-,Na+,Mg2+,Ca2+,Fe3+,Al3+。
• 电导率是电阻率的倒数,单位为西门子/米(s/m,ms/m,s/cm,μs/cm;1s/m=1000 ms/m=1000000μs/m=10 ms/cm=10000μs/cm)
• 有机化合物(油、酚、醇、糖等)不导电,对电导率影响很小,有机聚合电解质的影响也不大。
• 影响助留剂等高分子电解质的性能:2000μs/cm以上受到的影响已经较大,达5000μs/cm时则化学品大都失效。
• 与系统内部无机物的结垢倾向密切相关。
• 电导率变化的原因:
(1)无机盐(如硫酸铝、聚合氯化铝)的使用量;
(2)碳酸钙/硫酸钙成分的流入;
(3)涂料助剂的使用;
(4)白水封闭循环程度的提高。
3) 阴阳离子需求量(浆料水相的带电量,PCD值,MutekPCD-04)
• 溶解物质的电荷:造纸系统中溶解的含有阳离子和阴离子官能团的聚合电解质的电荷基团,如木素、半纤维素、分散剂、施胶压榨胶料、淀粉、干强剂、湿强剂和助留剂。
• 由PCD(颗粒电荷测定仪)方法确定,即将电解质滴定到中性点,所得到的值用特定滴定剂的ml数表示,或用计算的电荷当量数表示。例如,确定浆料的滤液中阴离子垃圾含量,如果需要加入5ml的阳离子高分子电解质,在这种情况下,阳离子量为-5ml。
• PCD测定原理:带电胶体物质、高分子和悬浮颗粒在水溶液中吸附于固体表面可形成表面电荷和双电层,当其吸附在活塞和筒壁上并随活塞一起运动时,表面电荷与其双电层中正负离子分离产生相对流动,从而形成流动电流,并转化为流动电势信号显示出来。
使用一种带相反电荷的高分子电解质作为滴定液滴定试样,固体表面电荷不断被中和,吸附于活塞表面的胶体颗粒和高分子所形成的界面电荷不断减少,流动电流和流动电势随之降低,当颗粒和胶体电荷被完全中和时,流动电势降为零。根据滴定液消耗量即可计算溶解电荷量。
• 通过PCD值可以提供某种添加剂特性的资料。假设施胶剂A和B是可比的,但是携带明显不等量的电荷。B比A的阳离子电荷高出30%。单单这一点不同就可能导致成本显著不同(如增白剂的开支不同)。如果B作为施胶剂,保持白度不变,这就需要加入更多的增白剂,因为部分阴离子增白剂不可避免地由于施胶剂的大量阳离子电荷而沉积了。
• 通过PCD值可以了解阴离子垃圾的含量或阴离子垃圾的吸附情况。在工厂的日常生产中,阴离子垃圾通常被阳离子定着剂中和了,这就意味着阴离子垃圾的负作用被消除了,而垃圾吸附到纤维上了。定着剂的性能也可由溶解物的电荷来确定。如果测量的电荷值发生变化(如在加入定着剂后,从-5ml降到-0.5ml),这就表示大部分溶解物电荷被中和了。
• 总的来说,首要目标就是减少湿部溶解物电荷的变化,这比获得接近0ml的数值还重要。
• 湿部溶解电荷的变化因素:
(1)纸浆漂白和纸浆洗涤的参数改变;
(2)带电量高的化学品(如湿强剂、聚胺、铝化合物等)的使用有较大变化;
(3)含CMC、木质素磺酸钠等的损纸的引入;
(4)其他溶解与胶体物质(DCS)/阴离子垃圾的引入。
4) 纤维、填料的电位(浆料固相的电位,Zeta电位值,MutekSZP-10)
• 系统中固体物质的电荷:纤维、填料。
• 由Zeta电位值确定(Zeta电位仪)。测定纤维的电荷,代表了液体介质中纸张纤维的情况。根据水质、pH值以及电解质的情况,由于电荷的不同,同样的纸浆的表现可能完全不同。这些电荷通常用zeta电势表示,单位mV。
• Zeta电位测定原理:造纸物料中的颗粒一般都带有负电荷,颗粒表面的负电荷吸引着束缚在表面上的一层平衡离子(这种情况下为正电荷)和一层水分子,此层称为Stern层,由于此约束层的存在,不可能直接在表面测量电荷数量。然而,可以测量约束层和溶液本体之间的剪切平面上的电位,此电位即为Zeta电位。扩散层在此平面以外,那里离子成分逐渐接近溶解本体的成分。这代表经典胶体化学的“双电层”。
• 根据纤维Zeta电位值可以得出纤维的活性,也就是纤维吸附带相反电荷颗粒的能力。如果纤维的电荷是-25mV,阳离子添加剂就很容易被吸附。在这种情况下测得的电荷数据都可显示添加剂是否真的被纤维吸附了。PCD值和Zeta电位值:可以预知化学助剂的吸附情况。例如,如果一种内部施胶剂将溶解物电荷从-5ml改变为-2ml,而对纤维电荷没有影响,这就意味着这种施胶剂与胶体和溶解物反应了,而没有吸附到纤维上。因此这种添加剂受到阻碍,无法与纤维很好的结合。但是,如果纤维电荷发生变化,同时溶解物的电荷保持不变,说明添加剂几乎被完全吸附在纤维上,而不会以溶解物的形式溶解在白水中。这些再一次说明,需要测量两种电荷来判断添加剂是否被有效地利用了。
5) 白水COD含量/淀粉含量(COD:化学耗氧量)
• 白水COD:衡量白水中有机物质含量多少的指标。白水的主要成份为填料、纤维、化学品等,引起COD的主要为悬浮物,
• 白水COD产生及变化的原因:
(1)淀粉,湿强剂,内部施胶剂等未完全吸附在纤维上,导致积累,增加COD量;
(2)纸浆漂白与纸浆洗涤的参数改变;
• 白水COD的测定:KMnO4,K2CrO7法:在一定的条件下,水中的各种有机物质与外加的强氧化剂(如K2Cr2O7、KMnO4等)作用时所消耗的的氧量(强氧化剂的化合氧,而不是溶解氧)。结果一般用mg/L表示。
• COD分析仪
• 白水中淀粉含量的变化:(1)湿部阳离子淀粉的留着效果差;(2)含淀粉纸料(如二次纤维,经表面施胶或涂布的损纸)的使用量增加
•白水中淀粉的测定:碘的显色反应,UV-VIS吸收标准曲线(620nm)
6)有机污染物测定
• 滤液的浊度。浊度,又称为浑浊度,表示水的浑浊程度。水的浊度是由无机质和有机质的浮游物、泥土、微生物等微粒悬浮物质所引起。浊度是用一种称作浊度计的仪器来测定的。浊度计发出光线,使之穿过一段样品,并从与入射光呈90°的方向上检测有多少光被水中的颗粒物所散射。这种散射光测量方法称作散射法。任何真正的浊度都必须按这种方式测量。
• 滤液阳离子需求量
• 滤液的COD含量
• 滤液的总有机碳含量
• 滤液的分散胶体含量:高速离心分离或膜分离
• 树脂沉积监控器件
• 缝筛筛选器(>100μm树脂粒子)+图像分析仪
• 树脂沉积实验(<100μm树脂粒子)+图像分析仪
7)水质硬度和无机物结垢趋向分析
• 水质分析:硬度、碱度、常规离子含量、TDS(Total Dissolved Solid)
• 结垢物取样
• 结垢物成分分析(原子吸收光谱法(AAS),等离子体色谱罚(ICP),离子色谱发(IC)
• 根据分析结果决定结垢物清洗或控制方案1.8留着与滤水(浆料的絮凝性,DFR04值,动态滤水测试仪,MutekDFR-05)
• 测量浆料的絮凝性:揭示一些与电荷无关的作用过程,更全面了解湿部情况。
• 测定方法:动态滤水测试仪可以快速地显示系统中化学品的加速或延迟滤水的效果,也就是说,它揭开了浆料悬浮物中所存在的相互作用。