非木材蒸煮除硅新工艺及其机理

非木材蒸煮除硅新工艺及其机理2007年3月第26卷第2期工艺技术1前言非木材原料含有的硅在传统的碱法制浆工艺中以Na2SiO3的形式溶解在黑液中影响碱回收过程的顺利进行,碱回收率一般仅达85%～90%。黑液中的硅主要有三个来源[1,2]:一是原料中的结合硅,即植物在生长过程中由于生理需要吸收的硅;二是夹带在原料中的泥沙,即非结合硅,北方风沙大,非结合硅含量高;三是积累在黑液系统的硅垢,烧碱法麦草浆黑液蒸发器结垢物的主要成份是硅和钙,占总质量的40%[3]。环保要求水洗液必须零波美排放,所以蒸发器硅垢定期清理的水洗液全部回收至稀黑液槽,造成垢片在黑液系统积累。有研究表明[4]黑液中90%的硅来自于原料,而10%的硅来自于苛化段的石灰,原料中的结合硅主要存在于原料的茎秆表皮组织及叶、节、鞘[5,6]。加强备料除硅和黑液除硅都是将硅作为杂质从黑液中除去,是一种消极的应对方法。原料中不同组织的结构和化学成分不尽相同[7~9],研究发现[10]蔗秆表皮层外表面主要是C、Si元素,Si的含量为30.5%,表皮中颗粒状物仅有C、O、Si3种元素,其中Si含量高达53.8%,这部分Si在碱法制浆时容易溶解脱落,低温蒸煮阶段就被脱除转移到黑液中了。麦秆外表面Si含量明显高于内表面,节间皮层外表Si含量高达56.3%,节和穗的Si含量也高,而纤维细胞的Si含量最低,约为皮层Si含量的1/30～1/140;麦秆皮层的Si等矿质元素较易脱除,采取较温和的碱预处理工艺即可基本除去,但是硅的转移率为60%～70%,明显低于苇浆及竹浆,这可能与麦草原料中Si等元素的含量、分布及存在化学状态的特殊性有关[11,12]。刘志明[13]等研究发现麦草茎秆Si元素含量中间层最高,这可能是薄壁组织中Si含量高的缘故,但有研究表明[14]麦秸表皮组织聚积着大量的SiO2,是人造板制造中麦草不易粘接的主要原因,用NaOH处理即可使SiO2溶出,Eroglu等[15]研究用NaOH预处理除硅发现在缓和条件下即有73%的硅被除去,这与邱玉桂等人[11,12]的研究结果是一致的。芒秆茎秆表皮层的外表面Si含量高达60%,纤维细胞矿质元素含量低,而薄壁细胞及叶部中矿质元素含量高[16]。竹材的矿质元素微区分布研究发现表皮组织的组成元素Si含量高达63.1%[17]。综上所述,非木材茎秆中的结合硅含量是相当高的,且通过