Облагораживание макулатуры в производстве бумаги

Закономерности взаимодействия крупных и мелких частиц типографской краски с воздушными пузырьками. Существующая технология роспуска макулатуры и отделения типографской краски от волокна не позволяет регулировать размеры частиц типографской краски. Поэтому разброс размеров частиц находится в диапазоне от 5 до 500 мкм. Несмотря на такой большой разброс частиц по размерам, в качестве теоретической основы флотации лежит процесс избирательного смачивания, т.е. формирование трехфазного периметра смачивания. Степень смачивания характеризуется величиной краевого угла (рисунок 20), который, в свою очередь, зависит от величины поверхностного натяжения на границе раздела фаз. Для облегчения процесса флотации взвешенные в воде частицы даже более тяжелые, чем вода, должны быть гидрофобизированы, чтобы как бы втягиваться в гидрофобный пузырек и всплывать с ним на поверхность. Флотация протекает при любых положительных значениях θ. Однако в практических условиях флоти-рующая сила, удерживающая части-цы и равная , дол-жна быть больше силы тяжести, т.е. веса частицы . Это условие может быть выполнено всегда за счет уменьшения размеров частиц, поскольку сила тяжести убывает пропорционально кубу, а флотирующая сила – линейному размеру. Равновесие между силами прилипания и силами отрыва частиц краски от пузырька воздуха характеризуется уравнением И. Уорка , (17) прилипание отрыв где - радиус круга трехфазной границы, образовавшейся на поверхности одной из граней частицы; - поверхностное натяжение воды; - краевой угол смачивания; - радиус кривой меридионального сечения у контура прилипания; - объем частицы; - ускорение силы тяжести; - плотность частицы; - плотность воды; - ускорение движения системы пузырек - частица. Существование верхней границы флотируемости определяется большим ростом сил отрыва по сравнению с силами прилипания. Флотация крупных частиц (d > 20 мкм) называется контактной, т.к. между пузырьком и частицей осуществляется ближнее взаимодействие. Для малых частиц (d < 20 мкм) наряду с контактной возможна флотация бесконтактная, при которой частица краски закрепляется и удерживается на пузырьке без образования периметра смачивания и краевого угла. Поскольку силы отрыва для частиц размером 100 мкм в 106 раз больше, чем для частицы в 1 мкм, то и силы прилипания должны варьироваться в этих же пределах. Малые частицы краски, размеры которых меньше 20 мкм, безынерционны; тепловая энергия таких частиц соизмерима с кинетической энергией, т.е. их массой можно пренебречь. Определяющая роль поведения таких частиц отводится поверхностным явлениям, т.е. возникает возможность и целесообразность изучения формирования агрегата пузырек-частица с общих позиций современной коллоидной химии на основе учения о дальнодействующих поверхностных силах. Сила, действующая на частицы краски, равна , где - молекулярная, - электростатическая, - гидродинамическая компоненты прижимной силы. Согласно теории ДЛФО между частицами дисперсной фазы действуют силы молекулярного притяжения , (18) где – размеры частиц; – лондоновская длина волны; – константа Гамакера, ; – расстояние между взаимодействующими частицами; и силы отталкивания, которые складываются из двух составляющих электростатической , (19) где -расстояние между частицами и пузырьком; ; -диэлектрическая проницаемость среды; - толщина диффузного слоя; - заряды поверхностей частиц; и структурной (или сольватационной) – . Современная теория ДЛФО не позволяет количественно рассчитать структурную составляющую , поэтому анализ условий взаимодействия двух частиц возможен путем сопоставления двух величин – и . Баланс этих сил определяет результат встречи двух частиц дисперсной фазы, взаимодействие которых принято характеризовать с помощью потенциально-энергетических кривых – зависимостей суммарной энергии взаимодействия частиц от расстояния между ними . На рисунке 21 изображены зависимости суммарной энергии взаимодействия пузырек-частица от расстояния между ними в растворах ПАВ при различных потенциалах частиц краски размером 20 мкм и пузырька размером 200 мкм, рассчитанные на основании экспериментальных данных. Рисунок 21 – Зависимость суммарной энергии взаимодействия пузырек – частица от расстояния между ними при различных потенциалах частиц и пузырька При наличии потенциально-энергетического барьера процесс флотации затруднен. При добавлении в систему электролита, энергетический барьер снижается, и, возникают условия для флотации. Таким образом, флотацией малых частиц можно управлять, используя ионогенные ПАВ. Факторы, влияющие на процесс флотации. Эффективность извлечения типографской краски из макулатурной суспензии можно характеризовать косвенно через изменение степени белизны отливок из облагороженной массы и количества оставшихся частичек загрязнений путем их счета. В работе было исследовано влияние различных реагентов, изменения рН, поверхностного натяжения, -потенциала на эффективность флотации (рисунки 22 и 23). В таблице 3 представлены реагенты, применяемые при облагораживании, и места их применения. А Б Рисунок 22 – Влияние длины углеводородной цепи (А) и концентрации ПАВ (Б) на эффективность флотации Таблица 3 – Основные реагенты процесса облагораживания Реагенты Место применения Гидроксид натрия (NaOH) Силикат натрия (Na2SiO3) Комплексообразователь (DTPA) Перекись водорода (H2O2) Тензиды (сурфактан) Собиратели Гидроразбиватель, отбелка Гидроразбиватель, отбелка Гидроразбиватель, отбелка Гидроразбиватель, отбелка Гидроразбиватель, флотация, промывка Гидроразбиватель, флотация Химикаты для агломерации Хлорид кальция (CaCl2) Диспергирующие вещества Гипохлорит натрия (NaClO) Гидросульфит натрия (NaHSO3) Очистительные полимеры Гидроразбиватель, очиститель Флотация Промывка, предподготовка Отбелка Отбелка Очистка Экспериментами установлено, что наилучшие условия для флотации возникают при достижении поверхностно-активными веществами (ПАВ) критической концентрации мицелообразования (ККМ). А Б В Г Рисунок 23 – Влияние NaOH, Na2SiO3, концентраций некоторых ПАВ на изменение белизны и «грязевой загруженности» на процесс флотации Величину размеров пузырьков определяли с помощью устройства, изображенного на рисунке 24. Полученные результаты представлены диаграммой распределения пузырьков воздуха по размерам (рисунок 25). , (20) Рисунок 24 – Прибор для определения размеров пузырьков воздуха Рисунок 25 – Распределение пузырьков по размерам Прибор (рисунок 24) представляет из себя зонд, состоящий из капилляра со входом в виде воронки. Конструкция воронки такова, что пузырьки воздуха, диаметр которых больше, чем диаметр капилляра, всасываются без разрушения. Агломерация маленьких пузырьков, благодаря оптимальной геометрии воронки, также исключена. При всасывании пузырьки воздуха проходят через капилляр в форме цилиндров разной длины. Измерение длины профиля в капилляре основано на различной преломляемости световых лучей при прохождении через воздух и соответственно через среду, содержащую пузырьки воздуха. Свет, входящий под углом 90 0 к капилляру и затем выходящий из него, поступает по световым проводникам к фотодиоду и там преобразуется в электрический сигнал, который фиксируется считывающим устройством (компьютером). Задав диаметр капилляра по полученным экспериментальным путем длинам пузырьков воздуха в капилляре, по формуле (20) рассчитывали диаметры пузырьков. В этой формуле - диаметр пузырька воздуха; - диаметр капилляра; - длина профиля пузырька в капилляре. Отделение типографской краски от волокна. Отрыв печатной краски от поверхности волокна является предпосылкой для разделения частиц типографской краски и волокна при флотации. Наряду с механической энергией от вращающихся частей гидроразбивателя и термической энергией от повышения температуры воды, применяется большое количество реагентов, таких как гидроксид натрия, жидкое стекло, жирные кислоты, пероксид водорода и др. Механизм отделения типографской краски от волокна в отечественной литературе не описан. В зарубежной литературе единого мнения по этому вопросу пока не выработано. Поэтому в нашей работе предложен механизм отделения частиц типографской краски от волокна, основанный на реакции омыления связующих веществ краски, состоящих из различных смоляных кислот, гидроксидом натрия, диссоциации полученных солей на ионы и образования мицелл-флокул, способных взаимодействовать с пузырьками воздуха. Механизм отделения частиц типографской краски от волокна представлен на рисунке 26. Рисунок 26 – Механизм отделения типографской краски от волокна Ионы Na+, образовавшиеся в результате диссоциации омыленных связующих веществ типографской краски, ввиду своей высокой подвижности и небольших размеров, проникают в межфибриллярное пространство и капилляры волокна, снижая общую щелочность суспензии. Омыленные вещества связующего краски подвергаются гидролизу: R – COONa + HOH RCOOH + NaOH При этом образуется мелкодисперсная смола, которая, также как и волокна, имеет отрицательный заряд. Ионы Na+, проникая в пространство между волокном и краской, омыляют смоляные вещества краски также и со стороны соприкасающейся с волокном. Образовавшиеся на поверхности волокна и частицы типографской краски отрицательные заряды создают условия для их разделения. Прореагировавшая часть связующих веществ краски (мыла) выполняют роль эмульгатора или стабилизатора частиц краски. Их эмульгирующее действие облегчается тем, что на поверхности частичек печатной краски адсорбируются отрицательные ионы мыла R – COO-, полученного в результате его диссоциации в воде: R – COONa R – COO- + Na+ Причем диссоциированные ионы адсорбируются на частицах краски таким образом, что к поверхности частиц направлена длинная смоляная часть молекулы R–COO- с отрицательным знаком заряда, а ионы Na+ с положительным знаком заряда ориентированы в сторону воды. Однако величины зарядов волокна и частичек краски не велики и не обеспечивают устойчивого разделения их и стабилизации частичек краски в суспензии. Для более эффективного и устойчивого отделения частичек печатной краски от волокна в суспензию вводят поверхностно-активные вещества ионогенного типа (мыла). Молекулы ПАВ, в силу большей гидрофобности поверхности типографской краски, ориентируются своими гидрофобными (углеводородными) «хвостами» к их поверхности, модифицируя их, гидрофилизируя их поверхность, и в силу высокой полярности «головы» увеличивают их отрицательный заряд. При достижении критической концентрации мицеллообразования (ККМ) поверхностно-активные вещества образуют мицеллы. Углеводородные радикалы с прикрепленными к ним частичками краски, слипаясь за счет Ван-дер-Ваальсовых сил, образуют внутреннюю часть мицелл (ядро), а полярные группы обращаются в водную фазу. Таким образом, полученная мицелла – это как бы микрокапелька (микрофлокула) углеводорода с частичкой типографской краски, заключенная в оболочку из гидратированных полярных групп, химическими силами связанных с углеводородными цепями ядра. Частичка типографской краски с модифицированной поверхностью является устойчивым образованием. На этом заканчивается процесс отделения частицы типографской краски от волокна. Особенности технологии подготовки макулатурной массы к флотации не позволяют регулировать размеры частиц краски, отделившихся от волокон. Их величина колеблется в широком интервале размеров. На рисунке 27 представлены результаты исследований по определению размеров частиц, которые были определены двумя способами: традиционным-микроскопическим и с помощью прибора проф. Дрикера, принцип действия которого основан на изменении проводимости капилляра, при прохождении через него частички краски. А Б Рисунок 27 – Распределение частиц краски по размерам (А), схема прибора по определению размеров частиц краски (Б)

Похожие:

	Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Задача Один лист цветной бумаги стоит 2,37р, а другой 1,26р. Сколько стоят два листа бумаги? На сколько первый лист бумаги дороже...		Учебное пособие для студентов среднего профессионального образования Пластмассы находят применение не только в производстве товаров хозяйственного и культурно-бытового назначения, но широко используются...
	Рабочая учебная программа дисциплины Предметом изучения являются современные интенсивные плазмохимические технологии, применяемые в производстве или имеющие перспективы...		Рабочая учебная программа дисциплины Предметом изучения являются современные интенсивные плазмохимические технологии, применяемые в производстве или имеющие перспективы...
	Коммерческое предложение на мини–заводы (паровые) по переработке макулатуры в туалетную бумагу Ооо «Омский Бумажный Завод» отечественный производитель бумагоделательного оборудования		Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Бумага. Свойства бумаги. Сгибание бумаги. Изготовление поделки «Бабушкин сундучок»
	Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Тема: Изготовление изделий из бумаги и картона. Моделирование из полосок бумаги. Аппликация «Подсолнухи»		«О состоянии конкуренции на рынке газетной бумаги» Министерства, а именно: Прикамским, Карельским, Коми, Южно-Сибирским и Нижегородским, провело исследование товарного рынка газетной...
	Урок-соревнование Тема: Закрепление знания о компонентах и результате действия сложения Оборудование: Эмблемы «Пифагорики» и «Архимедики», цветные геометрические фигуры из бумаги, 2 плаката с числами, 4 полоски бумаги...		Программа учебной дисциплины «Компьютерные технологии в науке и производстве приборов» «Компьютерные технологии в науке и производстве приборов» является частью профессионального цикла дисциплин подготовки студентов...
	«Свойства, характеристика и область применения электроизоляционной бумаги» Целью данной работы является исследование свойств, характеристик и области применения электроизоляционной бумаги		Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Материал: изображение Государственного флага России; флажок; образцы-флажки нашей страны, выполненные из бумаги; большой лист бумаги...
	Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... ...		Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Материалы и оборудование: компьютер, тетрадь, учебник, карандаши, листки бумаги для изготовления оригами, полоски цветной бумаги,...
	Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Оборудование: проектор, экран, компьютер, учебник М. Т. Студеникина «Основы светской этики» для 4 и 5 классов, большое сердце и маленькие...		Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Цели урока: Обучать приёмам складывания бумаги на основе иллюстраций и описания каждого промежуточного этапа изготовления изделия;...