纤维与油墨在浮选脱墨过程中传质机理的研究

提高二次纤维的利用率是目前解决废纸资源日趋紧张的重要途径之一。如何提高浮选脱墨效率和减小纤维流失率又是二次纤维回收利用关键环节。本课题针对浮选脱墨过程中选择性低问题，以脱墨浮选柱为研究对象，采用图像分析与CFD模拟等方法，通过对强制回流条件下油墨与纤维在脱墨浮选柱内（包括浆层，泡沫层和浆层-泡沫层界面三大传质区域）微观传质行为的研究，分析各传质区域内油墨与纤维的迁移影响因素，揭示迁移传质机理，建立传质数学模型，量化各因素对浮选动力学行为的影响，优化操作工艺条件，为提高脱墨效率和减小纤维流失率提供理论指导。项目的研究成果对于脱墨浮选柱的设计、放大与在线控制以及新型脱墨助剂的研发都将具有重要意义。

本项目研究了油墨粒子与纤维在浆层内的传质行为。着重研究了油墨粒子和纤维在化学环境中的粘附行为以及气泡在浆层内的上升速度。其中，油墨粒子与纤维的粘附行为研究主要从微观可视化角度反映了浆层内气泡对油墨粒子及纤维的最大粘附量，结果表明表面活性剂的添加不利于气泡对油墨粒子或纤维的粘附，加入氯化钙后会优先吸附在气泡表面，增大气泡与颗粒之间粘附作用。通过气泡在浆层内的上升速度的研究，发现当拥挤因子大于16的条件下，气泡上升速度较在蒸馏水体系中的速率明显下降，在较高浆浓条件下，并且较小的气泡与纸浆之间无滑移。此外，本项目开发了用于气泡尺寸估计的图像自动分析程序，这些为浆层内气泡浮选建模提供了基础数据。.本项目还着重研究了纤维和油墨粒子在泡沫层内自然回流和强制回流条件下的宏观传质行为以及在强制回流条件下的微观传质行为。其中，纤维在泡沫层内的宏观传质行为主要考察了泡沫层高度、浆浓、气速、表面活性剂浓度、顶部加液量和顶部加液位置对水流失率、纤维流失率、流失纤维浓度和纤维长度的影响；油墨在泡沫层内宏观传质行为主要考察了气速、泡沫层高度、顶部加液量等对颗粒（活性碳）流失率、水流失率和流失颗粒浓度的影响；纤维在泡沫层内微观传质行为主要考察了液含率（顶部加液量）、气泡尺寸和纤维长度对纤维在泡沫层内回流行为的影响；并在此基础上建立了一维泡沫层液含率模型以及颗粒传质宏观模型。通过泡沫层内传质行为的研究，发现由于纤维回流系数比油墨粒子的回流失系数小一个数量级，因此在强制回流条件下，浮渣中油墨粒子主要是粘附在气泡表面的油墨粒子，被泡沫夹带进行泡沫层的油墨粒子大部分回流至浆层。