制浆造纸系统中无机盐垢的控制

   结垢在制浆造纸过程是普遍的现象，结垢会对纸机运行产生一系列问题：腐蚀、堵塞设
备，化学品利用率降低，设备停机清洗的频率增加，生产成本增加，产品质量下降等。
一般而言，纸机上的沉积物主要有 3 种组分：有机物、无机物和微生物。实际上大多数纸
机上生成的沉积物是这些组分中的一部分或者全部的结合体。对于制浆造纸系统中树脂沉
积的问题国内已有相关的研究报道，但对于无机物的结垢问题还没有系统全面的研究报
道，而由无机物所造成的结垢问题不容忽视。本文主要讨论了无机盐垢的形成机理、来源、
结垢的区域及其控制方法。
1 结垢的机理
      关于结垢的机理有多种解释，但重要的一点是基于结垢的形成是其组分超过溶解极
限造成的。结垢形成的第 1 步是晶核形成，包括结垢在设备表面的吸附。随着体相中溶液
离子浓度的增加，离子继续聚集，直至在设备表面形成垢层。离子聚集体最终长成临界体
积大小，稳定地吸附在设备粗糙部位。
      一旦晶核形成，结垢的速率迅速增加，垢层的生长又称为结晶，一般通过离子化和
核子化 2 种方式生长。离子化生长主要是指设备表面存在的核子吸附液体中的易结垢的离
子形成的，以离子化方式形成的结垢表面比较平滑。核子化生长主要是指核子优先与溶液
中的体相中的核子结合而不是和设备表面的核子结合。核子化形成结垢的体积要比离子聚
集体形成的结垢的体积要大，而且核子化形成的结垢表面粗糙。溶液中形成的晶体吸附在
设备表面形成结垢的缺陷部位，最终形成混合的结垢物。
      结垢过程主要受 4 个主要参数的影响：阳离子浓度、阴离子浓度、温度与 pH。造纸生
产系统的温度对结垢形成影响很大，这是因为碳酸钙、硅酸钙、磷酸钙、草酸钙等的饱和溶
解度都比较低，并且随着温度的升高其溶解度是降低的。当系统温度升高，系统中的易结
晶物质溶解度降低；超过饱和溶解度，结晶析出，当流体的流速比较小或表面比较粗糙
时，结晶物会沉积在设备表面。
      从结垢的机理可知，控制结垢最有效的方法如下：控制沉淀和晶体生长的速率；通
过控制离子间的吸引力控制离子凝聚和结垢的种类；晶体改性。已形成的结垢无法通过控
制晶体的方法去除，而只能通过机械物理方法或化学方法去除。
2 结垢的区域及其控制
2.1 制浆车间的结垢及其控制
2.1.1 硫酸盐蒸煮器结垢的原因及其控制
      在使用连续蒸煮代替间歇蒸煮的浆厂中，结垢是很普遍的问题。典型的连续蒸煮器有
2 套喂料系统，先进的分离器、高压力喂料器、蒸煮室、木片计量器、低压力喂料器等。分离
器上极易结垢，在 2 套喂料系统中，蒸煮液与木片一起进入蒸煮室，液体通过另一个分
离器反方向流入，与木片充分接触，分离器上的结垢影响了第 2 个分离器的容量，并带
入了杂质，对浆的质量产生影响。蒸煮器表面结垢可能是由于木片没有完全洗涤干净，带
有砂石，而砂石中硅的含量较高，与蒸煮液中的 SO42-结合形成硫酸硅垢；在蒸煮过程
中木材中的组分溶出，与蒸煮液混合也可能形成垢；另外，生产用水硬度较高也是在管
壁上形成结垢的原因之一。
      控制解决蒸煮器结垢的途径主要有：首先检测浆厂用水的质量，如果杂质过高或者
硬度过高应该考虑通过絮凝、过滤等方法对生产用水进行预处理；分析垢样成分，如果发
现硅含量过高应考虑增加木片的洗净度，去除混杂的细小砂石。
2.l.2 黑液蒸发器结垢的原因及其控制
      蒸发器结垢是黑液蒸发中普遍存在的问题，而结垢速度和严重程度与黑液的性质有
较密切的关系。由于黑液成分复杂，含有纤维、皂化物及钙、镁、铁、铝的盐类杂质。在蒸发