造紙系統(tǒng)中電荷檢測技術(shù)具體分析

造紙系統(tǒng)的電荷是建立在濕部化學(xué)的基礎(chǔ)上的,通常用來解釋濕部現(xiàn)象的變化。造紙工作者和化學(xué)品供應(yīng)商都相信漿料的電荷在抄紙過程中是重要的因素,對濕部添加劑的效率有很大的影響。因此,電荷分析在多數(shù)工廠就變得非常普遍,也經(jīng)常被化學(xué)品供應(yīng)商用于濕部檢測以使過程優(yōu)化。但是,盡管電荷測定得到了認(rèn)同和普遍的應(yīng)用,但是很少有工廠能根據(jù)電荷的變動(dòng)來控制濕部的操作。

　　1　系統(tǒng)的電荷

　　纖維、細(xì)小纖維、填料、助留劑、干強(qiáng)劑、濕強(qiáng)劑、木素、半纖維素、分散劑、鋁礬等等不論是分散的顆粒還是溶解的分子都帶有一定的靜電荷,其主要有表面吸附電荷和電離電荷。主要包括造紙纖維和細(xì)小纖維的電離電荷、顏料和填料表面吸附的電荷、聚合電解質(zhì)的電離電荷。抄紙系統(tǒng)的電荷來自纖維素纖維的離子基團(tuán),來自于制漿和造紙的不同階段引入系統(tǒng)的離子化學(xué)添加劑,漿料由于其電荷顯示了一定的電動(dòng)性能。自20世紀(jì)70年代起,許多研究者在此領(lǐng)域進(jìn)行了深入的研究,許多造紙工作者認(rèn)為零Zata電位對絮聚和留著是最理想的狀態(tài)。電荷控制可產(chǎn)生的效益為:減少紙頁的斷頭時(shí)間、有效的化學(xué)品的使用量、更均勻的紙產(chǎn)品。

　　2　電荷分析的方法

　　通常有兩種類型的技術(shù)進(jìn)行電荷分析:一種是通過漿料的電動(dòng)特性測量電位,另一種是電荷滴定來測量漿料的電荷數(shù)量。電位方法包括微電泳、電滲析、滲透電位和流動(dòng)電位。前兩種方法測量固相或液相的相對運(yùn)動(dòng),固相或液相的相對運(yùn)動(dòng)由一個(gè)電場產(chǎn)生;后兩種方法電位的產(chǎn)生是由于移動(dòng)的固相或液相產(chǎn)生,結(jié)果以微伏計(jì)。其中以微電泳方法最簡單也最為常用。滴定方法測電荷需求滴定和膠體滴定比率(ＣＴＲ)。用一個(gè)聚離子的相反電荷且已知其電荷密度的物質(zhì)來滴定漿料。

　　電荷需求滴定的結(jié)果以每升的毫當(dāng)量來表示,電荷滴定比率也可以用陽離子和陰離子的比來表示,所測數(shù)值小于1表示漿料為純陰性。電位測量方法測得的是漿料中離子表面的電荷。在這個(gè)范疇內(nèi),微電泳測量細(xì)小纖維的電荷,流動(dòng)電位決定整個(gè)漿料的電荷(細(xì)小纖維和纖維)。另外,電荷滴定測量的是整體的電荷,比如微粒的電荷和溶液中的電荷。

　　多數(shù)方法都是建立在假設(shè)的基礎(chǔ)上的,電位方法是假設(shè)在所有的系統(tǒng)中細(xì)小纖維、填料和纖維有同樣的電荷。滴定方法假設(shè)帶電的高分子聚合物能夠吸引在吸附在帶相反電荷的表面指導(dǎo)電荷為中性。但是這些假設(shè)不一定都很正確。在紙的抄造期間,有許多變量要進(jìn)行控制。這些變量包括濕部的留著率、濾水性能、紙機(jī)的運(yùn)行性能和紙的性能,每個(gè)變量都會(huì)受一些參數(shù)的影響,所以僅僅依靠控制漿料的電荷不可能維持較好的生產(chǎn)水平。

　　即使是絮聚過程——受漿料電荷的影響最大——普遍認(rèn)為太多的陰電荷會(huì)影響陽離子助劑的效果,因此需要加入一定量的絮凝劑來減少陰電荷的影響。以前的多數(shù)助留助濾理論都是建立在絮聚機(jī)理是由電荷互相作用的基礎(chǔ)上的,正如ＤＬＶＯ理論所描述的,零Zata電位能夠提供最大程度的微粒間的接近,能夠取得最大程度的留著和助濾。對現(xiàn)在的高速紙機(jī),為了防止剪切作用系統(tǒng)中加入了高分子量的聚合物,這些助留劑的助留作用通過橋聯(lián)機(jī)理,不需要電荷的中和。對于微粒助留和非離子助留系統(tǒng),它們之間電動(dòng)作用不再那么重要。在這些情況下最優(yōu)的絮聚不能產(chǎn)生或者不在零電荷附近。都能接受的一個(gè)觀點(diǎn)就是電荷測量是漿料中干擾物質(zhì)數(shù)量的指示,但不是所有的干擾物質(zhì)都為陰性。

　　3　在線電荷測量技術(shù)

　　在線檢測的一個(gè)主要應(yīng)用是確定網(wǎng)前箱的Zeta電位變化與紙機(jī)運(yùn)行性間的聯(lián)系,Zata電位變化越大,紙機(jī)運(yùn)行性能越差。在線電荷需求分析經(jīng)過10年的發(fā)展顯示,在白水的測量中經(jīng)常不能產(chǎn)生有意義的結(jié)果。這其中的一個(gè)原因就是白水中包括不同電荷的物質(zhì),比如細(xì)小纖維、填料和膠溶的陰離子物質(zhì)。另外,在這樣的一個(gè)特殊的檢測點(diǎn)經(jīng)常檢測不到在白水塔中的中性逆流電荷攜帶物。由于使用更復(fù)雜的助留體系的趨勢和廢紙漿回用量增加的趨勢,白水的電荷測量技術(shù)失去了其重要的作用。

　　在線電荷檢測技術(shù)監(jiān)控的參數(shù)如下:利用Zata電位在化學(xué)添加劑加入點(diǎn)前后的變化來確定添加劑與纖維、細(xì)纖維的作用情況;損紙漿進(jìn)入處理設(shè)備前后的陽離子需求量和Zeta電位的變化;利用填料中陽離子需求量和Zata電位來確定其平均使用量和離子表面電荷類型。比如在填料、淀粉和固著劑同時(shí)加入時(shí)就會(huì)有一定量的陰離子垃圾,但是不能對單個(gè)化學(xué)藥品對紙的干強(qiáng)度的影響做出可靠結(jié)論。

　　淀粉可能會(huì)和陰離子垃圾反應(yīng)或者固著劑會(huì)和纖維反應(yīng),在后者的情況下纖維會(huì)部分阻塞淀粉的吸收,進(jìn)而引起干強(qiáng)度的損失,因此沒有人能預(yù)測單個(gè)化學(xué)藥品的反應(yīng)機(jī)理。紙廠的經(jīng)驗(yàn)表明:在線的電荷測量設(shè)備能很好地用于紙機(jī)的抄造過程,特別是在較濃的漿料系統(tǒng)可以沿紙機(jī)多個(gè)點(diǎn)進(jìn)行電荷需求的測量。單個(gè)過程的測量和電荷需求變動(dòng)的監(jiān)測比以前更有效,換句話說在線電荷測量能夠連續(xù)監(jiān)測和控制被檢過程,進(jìn)入系統(tǒng)的原料的質(zhì)量變動(dòng)能夠在較早的階段檢出,能進(jìn)行更有效的故障排除,這就保證了更有效的紙機(jī)操作。在線電荷需求測量用來控制抄紙過程和優(yōu)化化學(xué)試劑的添加量,測量可以在不同的點(diǎn)進(jìn)行,可以更詳細(xì)地對整個(gè)過程進(jìn)行監(jiān)測。

　　另外,經(jīng)驗(yàn)表明將系統(tǒng)保持在一定的陰離子水平是必要的,可以在控制過程中降低陽離子化學(xué)品的使用量。造紙濕部的電荷測量非常重要,因?yàn)榧埩辖M分的電荷會(huì)影響細(xì)小纖維留著、填料留著、染色效果、膠料乳化、膠料留著等過程,紙料對化學(xué)添加劑的吸附與留著均受靜電荷的影響,所以,紙料組分的靜電荷在許多濕部化學(xué)現(xiàn)象中起著關(guān)鍵性的作用,測量和控制這些電荷在濕部化學(xué)過程控制中是非常關(guān)鍵的一項(xiàng)技術(shù)。