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    化机浆介绍

    阅读次数:     发布时间:2021-03-31 16:44:14

           化学机械法制浆具有原料适应性广、纸浆得率高、流程紧凑、设备投资省等优点,在中国得到了迅速发展。

           化学机械法制浆代表了未来制浆技术发展的重要方向之一。

           采用温和的化学预处理和高效的磨浆和漂白技术的现代高得率制浆工艺,实现了对原料中纤维素、木质素和半纤维素的最大化利用,与传统化学法制浆工艺比较具有诸多优势。

           如今的高得率浆的强度性能和光学性能已经达到或接近传统化学浆的质量水平,同时还拥有传统化学浆无法比拟的松厚度、不透明度,可赋予纸和纸板产量良好的挺度、印刷性能和液体吸收性能,可以替代化学浆用于几乎所有高档纸和纸板产品的配抄生产中。

           国内化学机械法制浆的生产现状

           目前世界高得率浆(含机械浆和化机浆)产量4000多万t,我国高得率浆生产发展迅速,产量约700万t。

           新型化机浆与传统机械浆有很大区别,已能够替代化学浆生产各类纸和纸板产品。用于生产新闻纸和超级压光纸(SC)纸时,其加拿大标准游离度(CSF)一般在100~150mL;生产低定量铜版纸(LWC)时,CSF为50~100mL。

           用于纸板芯层浆的CSF一般在400mL左右,白度在70%~80%之间。用于不含机械浆纸产品时,其CSF通常为250~400mL、白度83% ~86%。

           不含机械浆涂布纸中高得率浆典型配用量为5%~15%,未涂布纸中配用量常为10%~25%。

           用于卫生纸产品中的针叶木高得率浆的CSF一般为500~650 mL,阔叶木浆的CSF为300~500 mL。

           对卫生纸和纸巾来说,吸水性和柔软性是最重要的使用性能。高得率浆具有高松厚度和出色的吸水能力,用于卫生纸类产品的生产具有一定优势。

    化学机械法制浆生产中存在的问题和解决措施
     
           原料品质管理

           对于同一树种,木材原料的新鲜程度越好、基础白度越高、木片基本密度越低,生产出的化机浆质量越好。

           采用不同压缩比螺旋对木片进行挤压预处理,旨在排出木片中空气、疏松木片结构,提高比表面积,以改善浸渍性能。
           
           木片风干后,木片组织的细胞腔中不再存在有游离水,细胞液中可溶物干涸附着于细胞内壁,经过氧化和微生物作用,干涸物表面呈憎水性,对药液渗透产生阻滞作用,另外,长期堆放的木片,会产生腐败和热解作用,预浸时优先消耗化学品,化学品用量一定时,影响浸渍和软化效果。

           企业在使用不同来源和种类木片组织生产时,应更加重视木片的分级分类。选用单一材种时,尽量使用木材颜色浅、新鲜程度较好的木片;使用混合木片时,应尽量选用基本密度和白度相近材种。

           预浸软化

           采用商品混合木片进行生产,很难实现均质预浸软化,导致磨浆电耗高、纸浆均一性差,特别是纤维筛分组分不合理、纤维束含量高,无法满足化机浆的高配比使用,达到高档纸产品的抄造要求。

           企业为了确保正常生产,只能采取成倍提高化学品药量的办法来强化浸渍作用,这不仅造成生产成本提高,纸浆松厚度和光学性能变差,而且导致废水污染负荷大幅度增加,废水难于处理等系列难题。

           在生产使用混合木片时,挤压后物料很难达到干度75% 和木片均匀撕裂的工艺要求;使用材性差异较大的木片生产时,则放大了单螺旋挤压效果不足的缺陷,导致阔叶木纤维原料问题更加突出。

           双螺旋挤压设备采取了动态挤压方式,获得了良好化学预浸和机械均质挤压的协同效应,特别适合处理材性差异大的木片原料。
           
           磨浆

           磨浆操作是影响化机浆质量特别是纤维结合强度的重要工序。

           磨浆机的破碎/磨浆/精磨区径向分配比例、磨浆和精磨区齿型(齿宽、齿高、齿宽/槽宽比、齿棒与磨盘半径的夹角、挡浆条的分布等)、磨齿材料的弹性模量、盘磨转速、磨浆浓度、温度等对磨浆效能和效果都有重要的影响。

           另外,大型盘磨磨浆时,连续稳定恒量进料、可控的、稳定的磨区与出浆口之间的压力差等对磨浆质量会产生重要影响。

           因此,设备参数和操作控制条件等因素都对磨浆效能和质量有密切的关系,配置高性能的磨浆机是生产高品质纸浆的重要保证。

           采用高浓和低浓组合的磨浆工艺显示了较好的节能磨浆效果,但有更多的生产实践表明,阔叶木原料磨浆,采用两段高浓磨浆不仅改进了浆料的品质,同时取得了良好的节能效果。

           漂白

           高得率浆漂白时,H2O2与NaOH之间的用量关系不存在固定比例,必须根据不同树种和每个厂的实际情况进行用碱量优化,确定合理的用碱量才能获得最佳的漂白效果。

           过高的用碱量,会导致纸浆松厚度大幅度下降,纸浆漂白过程中会产生碱返色现象,而且显著提高废水的污染负荷。

           化机浆的漂白终点,应保持合理的残碱和残余H2O2水平。一般漂白初期pH值控制在11~12范围,漂白终点 pH 值在8.7~9.5较为合理。

           漂白终点必须要有一定的H2O2残余量,才能确保漂白化机浆的白度稳定性。 

           结垢问题

           生产线设备系统结垢严重是化机浆生产中存在的共性问题。实际上 H2O2漂白中适量的 硅酸钠对结垢的贡献并不大。

           生产线设备系统必须定期进行除垢操作。生产设备系统除垢时,不宜采用 钢丝刷或者强酸化学除垢。

           越来越多的企业强制提高纸机白水封闭回用程度,是导致生产系统结垢问题频发的主要原因。纸机白水回用前的适当处理,可显著缓解生产系统的结垢问题。

           废水处理
           
           化机浆废水有温度高、污染负荷大的特点,普遍采用以厌氧为核心的生物处理技术处理废水,包括水解、厌氧、好氧、混凝、深度处理等关键工序,典型流程见下图。

      

           处理流程中的厌氧单元能否长期稳定运行是该流程成败的关键,取决于化机浆废水中含硫物、螯合剂、树脂酸、单宁等对甲烷菌的生物毒性。

           Fenton氧化是一种化机浆废水深度处理手段,存在废水处理化学品投用量过大、处理成本高的问题,臭氧氧化、磁化-仿酶催化等深度处理技术可将废水的CODCr从200~500mg/L降低到60~90mg/L,大幅度降低了化学品用量,但在处理效率、处理成本等方面存在改进空间。

           化学机械法制浆的发展趋势

           “90-90-9”扼要表述了“高得率、高白度和高强度”的未来制浆技术的期望目标,即 90%的得率、90%的白度和9km 的裂断长。

           现有的高得率浆技术已实现了“85-80-5”,即85%以上的得率、80%以上的白度和5km的裂断长,离理想的预期目标更近了一步。

           在节约资源和保护环境的双重压力下,化学机械法制浆技术迎来了新的发展机遇期。

           纤维原料的拓展

           新型化学机械法制浆技术与装备不仅要能够适应木材纤维原料,还需要能够满足竹子、麦稻草、棉秆和玉米秸秆等非木纤维原料高得率制浆的需要。麦草、竹子化机浆已能够用于本色纸和纸板的生产。 

           生产工艺的革新

           国内化学机械浆生产线已发展了数十年的历史,大规模发展起始于 2003 年,生产线的运行还有待完善和积累经验,电能、化学品和新鲜水用量指标均处于较高消耗水平,且纸浆的白度和强度等质量指标波动大,影响了纸浆的使用品级。

           化机械法制浆生产的直接成本主要来源于3个方面:纤维原料、用电量和化学品。

           国内一些化机浆厂漂白单耗远高于原设定目标,为企业运行带来了沉重的经济负担,有很大的改进余地。

           针对国内化机浆纤维原料的特点,应用双螺旋挤压浸渍机设备,对预处理材性差异大的木材纤维原料具有一定优势,值得推广应用。

           化学机械法制浆工艺的革新需要着力解决以下4个方面的对立矛盾关系:
           ① 化学处理程度与制浆得率;
           ② 磨浆与纤维长度分布;
           ③ 松厚度和结合强度;
           ④ 白度和返黄。

           结语

           与传统化学法制浆工艺相比,具有如下方面的优势:

           ① 因保留了木质素,纸浆得率为82%~90%,纤维资源利用率比传统化学法制浆高1倍;

           ② 制浆过程仅辅助使用绿色化学品(NaOH和H2O2),其中,NaOH用量仅为3%~5%,为传统化学法制浆的1/5~1/8;

           ③ 制浆、漂白均在高浓状态下同时完成,节约水资源,吨浆用水可以达到15 m³以下,是传统化学法制浆的1/3;

           ④ 污染物发生量小,仅为传统化学法制浆的1/5~1/4,经二级生化和深度处理可达标排放,对周边水资源环境影响小;

           ⑤ 设备投资省,仅为传统化学法制浆的1/8,生产线流程布置紧凑、灵活。

           化学机械法制浆生产技术经过多年的发展,BCTMPc和P-RC APMP两种工艺出现技术融合现象。

           加强原料预处理和化学浸渍效果的新工艺技术在不断实践和进步中。

           因废水循环封闭使用程度的提高及含硫废水处理难度的增加而受到限制,阔叶木化机浆生产线将更乐于使用碱性过氧化氢作为化学浸渍处理手段,酸性条件的漂白工艺也到限制。

           纤维原料的短缺已影响到造纸企业可持续运行。

           可以预见随着非木纤维化学机械法制浆技术和装备的不断完善,我国高得率制浆技术将步入一个新的发展阶段。