螯合剂在白泥精制中的应用研究

卞 勇

(山东山大华特科技股份有限公司，山东济南，250101)

目前，碱法制浆造纸企业大都已投资建设了碱回收装置，碱回收白泥经精制可以制备轻质碳酸钙(PCC)，用作造纸填料［1］。这不仅具有较大的环保效益和社会效益，而且还具有可观的经济效益。

白泥的生成过程为，燃烧工段来的绿液 (主要成分为Na2CO3和水)与生石灰进行消化、苛化反应，再经沉降澄清后，上部碱液循环利用，底部沉淀即为白泥。

碱回收白泥的生成原理见反应式 (1)和式 (2)所示。

由此可以看出，白泥的主要成分为碳酸钙，但因白泥中含有杂质，通常显灰白色，白度一般在75%左右，达不到造纸加填所用碳酸钙的质量标准，可通过有效的化学及物理方法去除杂质，以获得纯度较高的PCC。

碱法木浆碱回收白泥可采用煅烧方法，循环利用生石灰，而碱法草浆碱回收白泥中因二氧化硅含量较高，采用煅烧白泥制备的生石灰无法进行循环利用。在2007年，王桂林就已提出了碱回收白泥精制碳酸钙在造纸生产中的应用［2］。利用碱回收白泥制备PCC工艺的报道［3-7］较多，也有关于碱回收白泥制备PCC专用设备的报道［8-9］，以上各方法对于硫酸盐法制浆得到的白泥处理效果均存在不足，主要是制备的PCC的白度达不到造纸加填的要求。

碱法制浆中烧碱法与硫酸盐法制浆碱回收产生的白泥其颜色具有较大差异，烧碱法制浆产生的白泥由于含杂质而显灰白色，利用传统报道的方法可制得白度在85%以上的PCC。硫酸盐法制浆产生的白泥颜色显绿色，采用已报道的方法精制白泥，制备的PCC仍显绿色，白度到不到造纸加填的要求。

徐春等人［10］提出白泥发绿是由于 Fe2+、S2－、SO24－的协同作用所产生的结果，其中，随着系统中Fe2+含量的增加，苛化后白泥颜色发绿的程度亦随之加深。分析其发绿的原因为，烧碱法碱回收系统中铁离子主要以三价态铁离子存在，二价态铁离子仅占一小部分。而硫酸盐法制浆为保证一定的硫化度，碱回收系统中S2－的浓度增加，由于S2－具有强还原性，所以系统中的铁离子主要以二价态存在，二价态铁离子与系统中的阴离子形成的化合沉淀物显绿色，导致白泥最终显绿色。针对此问题，本实验通过利用铁离子螯合剂，去除二价铁离子，从而提高硫酸盐法制浆碱回收白泥精制PCC的白度。

1 实验

1.1 主要仪器与试剂

pH计;白度测定仪。

二乙撑三胺五亚甲基膦酸 (DTPMP);经脱碱及除杂等粗处理的硫酸盐法草浆碱回收白泥。

1.2 实验方法

经过多次实验确定本实验所用螯合剂为DTPMP，参考此螯合剂螯合铁离子实验的数据进行实验。实验中碱回收白泥用量为固含量20%的白泥浆液50 mL，DTPMP溶液质量分数为1%。

2 实验结果及讨论

2.1 正交实验

利用正交实验，对影响硫酸盐法草浆碱回收白泥精制PCC白度的螯合剂用量、反应温度、反应pH值3个主要因素进行研究，每个因素取3个水平，因素水平表见表1。用L9(33)正交设计实验表，以硫酸盐法草浆碱回收白泥精制PCC白度为考察指标，实验数据见表2，极差分析结果见表3。

由表3可知，以硫酸盐法草浆碱回收白泥精制PCC的白度为考察指标时各因素对PCC白度的影响排序依次为A(螯合剂用量) ＞C(反应pH值) ＞B(反应温度);根据各因素水平实验指标的平均值(k值)，可以判断硫酸盐法草浆碱回收白泥精制PCC实验的最优水平组合为A1B3C3，即在反应温度35℃、反应pH值9.5的条件下，加入1 mL质量分数1%的螯合剂DTPMP，硫酸盐法草浆碱回收白泥精制PCC的白度最高，达到90.0%。

2.2 验证实验

量取经过粗处理的硫酸盐法草浆碱回收白泥浆液50 mL(固含量20%)，按正交实验确定的最优水平组合A1B3C3进行实验，在反应温度35℃、反应pH值9.5的条件下，加入质量分数1% 的DTPMP溶液1 mL，搅拌20 min，反应完毕后，过滤，洗涤，烘干，压片，经白度测定仪检测白度。进行3次重复实验，实验结果见表4。

表1 硫酸盐法草浆碱回收白泥精制PCC实验因素水平表

表2 硫酸盐法草浆碱回收白泥精制PCC实验方案及实验结果

表3 硫酸盐法草浆碱回收白泥精制PCC实验极差分析结果

表4 硫酸盐法草浆碱回收白泥精制PCC实验验证结果

表4的验证实验结果表明，在优化的实验条件下，进行硫酸盐法草浆碱回收白泥精制PCC，制得的PCC白度达到90%。

3 结论

利用螯合剂二乙撑三胺五亚甲基膦酸 (DTPMP)与硫酸盐法草浆碱回收白泥中的铁离子螯合形成无色易溶于水的螯合物，可有效地去除有色铁化合物对硫酸盐法草浆碱回收白泥精制轻质碳酸钙 (PCC)颜色的影响。通过正交实验，确定了硫酸盐法草浆碱回收白泥精制PCC的最佳反应条件，即在反应温度35℃、反应pH值9.5的条件下，加入1 mL质量分数为1%的螯合剂 DTPMP，精制 PCC的白度达到90.0%以上。

［1］ 杨 扬，刘金刚，苏艳群．碱回收白泥碳酸钙对AKD施胶剂的吸附特性研究［J］．中国造纸，2012，31(8):13．

［2］ 王桂林．碱法草浆碱回收白泥精制碳酸钙的应用［J］．中国造纸，2007，26(12):49．

［3］ 李维新，涨栋基，毛国新，等．白泥回收高白度造纸填料轻质碳酸钙工艺:CN，1598130［P］．2005-03-25．

［4］ 王亚双，崔木春，王岩民，等．用白泥制备轻质碳酸钙产品的工艺:CN，1587508［P］．2005-03-02．

［5］ 刘曙光，郭勇为，尹 超，等．白泥精制填料碳酸钙新工艺:CN，101003383［P］．2007-07-25．

［6］ 胡全荣，柯友国，曾志国，等．碱回收白泥自制碳酸钙填料的方法:CN，101759220A［P］．2010-06-30．

［7］ 夏新星，刘 峰，吴 盼，等．一种草类制浆碱回收绿液精制白泥碳酸钙的方法:CN，102303885A［P］．2012-01-04．

［8］ 张自林．一种轻质碳酸钙解絮机:CN，2934210［P］．2007-08-15．

［9］ 王亚双．碱回收白泥轻钙解絮机的原理及其应用［J］．中国造纸，2010，29(2):51．

［10］ 徐 春，胡 笳，蔡兆斌，等．白泥发绿原因分析［J］．中国造纸，2006，25(3):59．