不同廢紙脫墨制漿性能的研究

劉成良 劉曙光 趙年珍 劉春景

(湖南岳陽林紙股份有限公司技術(shù)中心，湖南岳陽，414002)

不同廢紙脫墨制漿性能的研究

劉成良 劉曙光 趙年珍 劉春景

(湖南岳陽林紙股份有限公司技術(shù)中心，湖南岳陽，414002)

在實驗條件下，從灰分與纖維組成等方面對不同廢紙進行了比較分析，研究了不同廢紙脫墨漿的光學(xué)性能、油墨含量、物理強度性能等。研究發(fā)現(xiàn)，不含機械漿紙的白度高，其成漿殘余油墨最低，塵埃少，強度相對要好，能滿足配抄白度為85%文化紙生產(chǎn)要求。含機械漿紙脫墨制漿得率高，制漿成本低，但因其脫墨漿固有的低白度、高塵埃，無法滿足高比例脫墨漿配抄文化紙生產(chǎn)的要求。

廢紙;灰分;纖維組成;脫墨制漿;白度;制漿得率

脫墨漿生產(chǎn)線上所用的廢紙，一般按廢紙來源與纖維種類分類。我國造紙工業(yè)所用廢紙包括國內(nèi)廢紙與進口廢紙，國內(nèi)廢紙來源較多，品種較雜。國外廢紙中，分類很多，如日本分為9類，英國分為11類，美國細分為47類。國內(nèi)在廢紙使用中，往往參考美國分類標(biāo)準，本研究所涉及廢紙類別，也參考美國分類標(biāo)準。

對于擁有脫墨漿生產(chǎn)線的工廠，特別是利用廢紙漿生產(chǎn)高檔文化紙的工廠，一方面是市場因素的影響，另一方面是為了有效降低廢紙脫墨制漿成本，在某種程度上，廢紙的使用會受到限制。為了獲得性價比高的廢紙資源，拓寬廢紙采購渠道，研究多種廢紙的外在表現(xiàn)及內(nèi)在的脫墨制漿性能，以較低的原料成本抄造文化用紙，具有一定的現(xiàn)實意義。

1 實驗

1.1 原料

8#國廢、8#美廢、8#歐廢、10#美廢、10#歐廢、國產(chǎn)廢書刊紙、國產(chǎn)廢銅版紙、37#歐廢;針葉木漂白硫酸鹽漿 (NBKP)、葦漿、堿性過氧化氫機械漿(APMP)。

1.2 化學(xué)品

(1)制備脫墨漿用化學(xué)品:某公司KL-S-100鈉皂脫墨劑，工業(yè)用Na2SiO3、NaOH、H2O2、甲脒亞磺酸 (FAS)。

(2)脫墨漿配抄文化紙用化學(xué)品:沉淀碳酸鈣(PCC)、聚丙烯酰胺 (PAM)、增白劑。

1.3 設(shè)備

CX41-32C02奧林巴斯顯微鏡 (日本);Bauer McNett篩分儀 (瑞典);N-100T 12L高濃碎漿機 (美國);浮選槽Delta 25TM(德國);CTP-ISO ERIC 950殘余油墨粒子檢測儀 (加拿大);抽濾用真空泵。

日本產(chǎn)ZXC-200A紙頁成形器，壓榨機，烘干機;SE062抗張強度測試儀與電子式撕裂度儀 (瑞典);13505-Manual-engl耐折度儀 (法國);colortouch白度和油墨測定儀 (美國)等。

1.4 實驗方法

制備廢紙脫墨漿流程為:碎漿→浮選→濃縮→H2O2漂白→洗滌→FAS漂白。對生產(chǎn)出的脫墨漿進行抄片，檢測漿料質(zhì)量指標(biāo)。

取幾種經(jīng)過優(yōu)選的脫墨漿，按一定的漿料配比，分別與NBKP、葦漿及APMP進行配抄，檢測白度、CIE白度、L*a*b*值、塵埃、抗張指數(shù)、撕裂指數(shù)等質(zhì)量指標(biāo)。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同來源廢紙脫墨制漿

2.1.1 不同來源廢紙的灰分

圖1與圖2是某企業(yè)驗收廢紙時，隨機采樣，檢測到的不同廢紙的灰分。

圖1表明，國內(nèi)回收廢紙 (以下簡稱國廢)中，灰分從高至低排列的是國產(chǎn)廢銅版紙、國產(chǎn)廢書刊紙、8#國廢。國產(chǎn)廢銅版紙的灰分平均為33.44%，波動幅度為13.14個百分點;8#國廢的灰分平均為11.07%，波動幅度為5.61個百分點，這類紙的灰分波動幅度不大，相對較為穩(wěn)定。圖2表明，進口廢紙中，灰分偏大的是10#廢紙，最低的是8#廢紙。值得注意的是，不管是10#美廢還是10#歐廢，其廢紙灰分均隨采購批次的不同而有較大的波動，10#美廢的波動幅度達到了19.35個百分點。廢紙灰分的高低，對其性價比的評估起著決定性的作用，廢紙灰分含量高，在浮選過程中會增大纖維的流失，成漿得率會下降。

2.1.2 不同來源廢紙的纖維組成

對采集的8種廢紙實驗原料進行碎漿，取漿料進行纖維組分的分析，結(jié)果如下:

(1)8#國廢 約80%的化學(xué)機械漿 (以針葉木為主，有時含15%左右的闊葉木)、20%的化學(xué)漿(有時以闊葉木為主，有時以針葉木為主)。

(2)8#美廢 約80%的針葉木化學(xué)機械漿、20%的化學(xué)漿 (以闊葉木為主，含有部分針葉木)。

(3)8#歐廢 100%的針葉木化學(xué)機械漿。

(4)10#美廢 約50%～80%的針葉木化學(xué)機械漿、20%～50%的化學(xué)漿 (一般以闊葉木為主，但有時含有5% ～35%左右的針葉木)。

(5)10#歐廢 約55%～85%的針葉木化學(xué)機械漿、15%～45%的化學(xué)漿 (有時以闊葉木為主，有時以針葉木為主)。

(6)國產(chǎn)廢銅版紙 約60%～70%的闊葉木化學(xué)漿、15% ～30%的化學(xué)機械漿 (以闊葉木為主，微量的針葉木)、10% ～15%左右的針葉木化學(xué)漿。

(7)國產(chǎn)廢書刊紙 約65%～90%的草類漿與闊葉木化學(xué)漿 (草類漿偏多)，0～25%的針葉木化學(xué)漿、10%的化學(xué)機械漿 (有時為針葉木，有時為闊葉木)。

(8)37#歐廢 約70%～100%的闊葉木化學(xué)漿、0～25%的針葉木化學(xué)漿、0～5%的針葉木化學(xué)機械漿。

從纖維組分看，37#歐廢的纖維成分最好，8#廢紙最差。對國內(nèi)采購的廢紙而言，廢銅版紙的纖維組分優(yōu)于廢書刊紙與8#國廢，廢書刊紙中含有較多的草類漿。對8#廢紙而言，8#美廢的纖維組分優(yōu)于8#國廢和8#歐廢。

2.1.3 不同來源廢紙的纖維篩分

為使實驗結(jié)果有代表性，進行了4次采樣，每次對采集的8種廢紙原料，在實驗用N-100T 12L高濃碎漿機上碎漿，然后用Bauer McNett篩分儀進行篩分處理，得出4次結(jié)果的平均值，如圖3、圖4所示。從圖3、圖4可知，存留在50目以上 (包括R30)的長纖維，含量最高的是37#歐廢(61.9%)、其 次 是 10#歐 廢(54.4%)，8#歐廢 (43.3%)最低。100目以下細小纖維含量最多的是8#歐廢 (38.0%)，其次是國產(chǎn)廢書刊紙 (37.7%)與10#美廢 (36.1%)。

2.1.4 不同來源廢紙脫墨制漿后其漿料的光學(xué)性能

不同來源廢紙，在實驗室中經(jīng)碎漿、浮選脫墨、濃縮、H2O2漂白、洗滌、FAS漂白各處理過程后制得漿料［1-2］，對每一處理過程的漿料進行抄片，檢測漿料白度指標(biāo)，結(jié)果如圖5與圖6所示。

圖5表明，國廢中無論是碎漿后漿料的白度，還是浮選與漂白后漿料的白度，都是以國產(chǎn)廢銅版紙最高、8#國廢最低。但是在各處理過程中，浮選表現(xiàn)出來的白度增值，以8#國廢最高，達到17個百分點以上，而國產(chǎn)廢銅版紙與國產(chǎn)廢書刊紙白度增值僅為7～8個百分點。但國產(chǎn)廢銅版紙在兩段漂白過程中表現(xiàn)出的能力相對較弱，而國產(chǎn)廢書刊紙白度的增值則達到了15個百分點。這些可能與廢紙印刷油墨及纖維組成有關(guān)。不同廢紙的脫墨性能，取決于油墨配方，有些膠版熱固印刷品如SC和ULWC可能會有一些脫墨問題，夏季可能還會加劇，但未涂布紙和涂布紙凹版印刷品的脫墨性能總體較好［3-4］。

單種廢紙，其碎后漿白度，通常代表纖維的初始白度。由圖6可知，進口廢紙中以37#歐廢白度最高，達到74%，8#歐廢最低，僅33%左右。這一點，與通常的表現(xiàn)一致，也就是說木素含量相對較低的化學(xué)纖維才具有高白度。

經(jīng)浮選后，37#歐廢與10#美廢的白度增值很高，分別達到22個百分點與20個百分點，其他3種進口廢紙表現(xiàn)出的能力相對要弱。漂白表現(xiàn)出的白度增值，也以37#歐廢最佳，而10#美廢白度增值基本沒有突破4個百分點。這些表現(xiàn)可能與廢紙印刷工藝、纖維組成以及灰分含量高低有關(guān)。

表1是各處理過程廢紙漿非熒光白度對比情況。從表1可以看出，去除熒光成分引起白度上升的因素，在相同的工藝條件下，經(jīng)碎漿、浮選、H2O2與FAS兩段漂白后，最終成漿白度最高的還是37#廢紙與國產(chǎn)廢銅版紙，成漿白度最低的仍然是8#廢紙。

2.1.5 不同來源廢紙的油墨含量及浮選過程油墨含量的變化

圖7與圖8分別表示各類廢紙在浮選過程中油墨去除情況。不管是國廢還是進口廢紙，8#廢紙的油墨含量最高，以8#國廢最高，其殘余油墨含量 (ERIC)達到了2510 mg/kg;國產(chǎn)廢銅版紙與37#歐廢最低，其ERIC僅為118 mg/kg。碎后漿經(jīng)脫墨浮選后，油墨去除率最高的是10#美廢，其次是37#廢紙。值得一提的是，因廢書刊紙中含有較多的水溶性油墨，這些油墨很難通過浮選去除，其油墨去除率最低，僅為28.27%。但國產(chǎn)廢書刊紙脫墨漿料在濃縮過程中，水溶性油墨去除較多，使其白度有所提高。因此，在脫墨漿實際生產(chǎn)過程中，因白水回用率較高，國內(nèi)回收的廢書刊紙配用比例不宜太高。

表1 廢紙漿非熒光白度對比 %

2.1.6 不同來源廢紙脫墨制漿后成漿的物理強度性能

表2為FAS漂后漿強度指標(biāo)對比，從表2可以看出，8#廢紙的抗張強度相對較差，國產(chǎn)廢銅版紙和國產(chǎn)廢書刊紙的撕裂度較差。這與廢紙的灰分、纖維組成與篩分等有關(guān)系。

表2 FAS漂后漿強度指標(biāo)對比

2.1.7 不同來源廢紙脫墨制漿得率

表3所示為實驗室條件下不同廢紙脫墨制漿得率，由表3可知，國產(chǎn)廢銅版紙脫墨制漿得率最低，其次是10#美廢與10#歐廢。導(dǎo)致這一結(jié)果的主要原因是廢紙的灰分含量高，其平均灰分達到了33.14%。紙漿得率低，噸漿耗廢紙量也高。因此廢紙的灰分含量的高低，對其性價比的評估起到了非常重要的作用。37#歐廢的制漿得率高于國產(chǎn)廢銅版紙和10#廢紙，但在實際生產(chǎn)中，為了控制成漿塵埃，其篩選排渣率與浮選排渣率相對會高些［5］，因此實驗室計算的得率偏高。國產(chǎn)廢書刊紙的制漿得率比10#廢紙、37#廢紙、國產(chǎn)廢銅版紙的高，但其強度較差，且水溶性油墨較多，系統(tǒng)白水變差帶來較多的負面影響。另外，如果膠黏物去除不干凈，膠黏物含量較高，一般不建議生產(chǎn)上大比例配用。8#廢紙的制漿得率較高，尤以8#歐廢最高。

表3 實驗室條件下不同廢紙脫墨制漿得率

2.2 配抄實驗

考慮到國產(chǎn)廢銅版紙得率較低、37#歐廢市場價格相對較高、以及國產(chǎn)廢書刊紙在實際生產(chǎn)過程中可能帶來的負面影響等因素，因此，在如下文化紙的配抄實驗中，僅對其他5種廢紙脫墨漿按照表4的配抄方案進行相關(guān)實驗。

表4 使用優(yōu)選后的脫墨漿配抄顏料整飾膠版紙的配比方案

表5 使用8#廢紙脫墨漿配抄顏料整飾膠版紙相關(guān)檢測結(jié)果

2.2.1 以8#廢紙脫墨漿為主配抄顏料整飾膠版紙情況

由表5可知，以8#廢紙脫墨漿為主配抄B級顏料整飾膠版紙時，NBKP配比10%，增白劑用量達到15 kg/t漿時，即使摻配10% ～15%葦漿及5%APMP的情況，白度都在73%以內(nèi)，無法滿足B級顏料整飾膠版紙的白度 (85%)要求。

以8#美廢脫墨漿為主配抄A級顏料整飾膠版紙，也不能滿足 A級顏料整飾膠版紙白度 (＞85%)要求。

另外，塵埃度基本都大于10 mm2/m2，塵埃較多，尤其是摻配8#美廢脫墨漿時塵埃更多。

2.2.2 以10#廢紙脫墨漿為主配抄顏料整飾膠版紙情況 (見表6)

2.2.2.1 配抄B級顏料整飾膠版紙結(jié)果分析

以10#美廢脫墨漿為主配抄B級顏料整飾膠版紙，NBKP配比10%，增白劑用量15 kg/t漿時，無論是否摻配葦漿和APMP，均可達到B級顏料整飾膠版紙白度要求，抄片抗張指數(shù)在23 N·m/g以上，撕裂指數(shù)在6.50 mN·m2/g以上，耐折度在7次以上。塵埃方面也基本可以達到B級顏料整飾膠版紙要求。

以10#歐廢脫墨漿為主配抄B級顏料整飾膠版紙時，與10#美廢脫墨漿配抄情況類似。

2.2.2.2 配抄A級顏料整飾膠版紙結(jié)果分析

以10#美廢脫墨漿為主配抄白度85%以上的A級顏料整飾膠版紙，NBKP配比20%，10#美廢脫墨漿80%，增白劑用量15 kg/t漿時，白度可達到85.8%，可以達到A級顏料整飾膠版紙白度要求。抄片抗張指數(shù)在27 N·m/g以上，撕裂指數(shù)在7 mN·m2/g以上，耐折度在11次以上。塵埃度基本可以達到A級顏料整飾膠版紙要求。另外，在摻配10%～15%葦漿及5%APMP后，白度反而有所下降，這與實驗中使用的葦漿白度 (75%)偏低有一定關(guān)系。因此，以10#美廢脫墨漿為主生產(chǎn)白度85%的顏料整飾膠版紙時，配比可采用NBKP配比20%，脫墨漿配比80%，當(dāng)然，也可摻配部分葦漿。

表6 用10#廢紙脫墨漿配抄B級顏料整飾膠版紙相關(guān)檢測結(jié)果

以10#歐廢脫墨漿為主配抄白度85%的A級顏料整飾膠版紙，NBKP配比20%，10#美廢脫墨漿配比80%，增白劑用量15 kg/t漿時，白度為82.3%，低于85%的白度要求;當(dāng)摻配10%～15%葦漿或5%～10%APMP后，白度可接近84%。由于本次抄片實驗中，葦漿白度偏低 (75%)，因此，當(dāng)葦漿白度達到78%后，估計摻配10%～15%葦漿是可以達到白度為85%的A級顏料整飾膠版紙白度要求的。塵埃較多，抄片塵埃度都大于10 mm2/m2，實際生產(chǎn)中，要加強塵?？刂?。另外，以10#歐廢脫墨漿為主配抄A級顏料整飾膠版紙，紙張強度應(yīng)沒有太大問題。因此，以10#歐廢脫墨漿為主生產(chǎn)白度85%的A級顏料整飾膠版紙時，配比可采用 NBKP 20%，脫墨漿60% ～70%，葦漿10% ～15%，APMP 0～5%。

3 結(jié)論

3.1 通過對廢紙灰分、纖維篩分與組成的分析，含機械漿紙與不含機械漿紙的差異主要體現(xiàn)在纖維內(nèi)在的質(zhì)量上，進口廢紙總體質(zhì)量要優(yōu)于國內(nèi)回收廢紙。

3.2 通過對廢紙脫墨制漿的研究表明，不含機械漿廢紙脫墨漿的白度高，殘余油墨含量 (ERIC)最低，塵埃少，強度相對要好。但含機械漿廢紙 (特別是8#廢紙)脫墨漿的得率相對要高，國內(nèi)回收廢銅版紙，因其灰分含量高，其得率最低。

3.3 通過對8#廢紙和10#廢紙的脫墨漿進行配抄結(jié)果發(fā)現(xiàn)，因8#廢紙脫墨漿固有的低白度、高塵埃，無法滿足文化紙生產(chǎn)的要求，以10#廢紙脫墨漿為主配抄生產(chǎn)，能滿足白度85%文化紙生產(chǎn)要求。

［1］胡惠仁，李海明，張 盆．脫墨漿高白度漂白初步研究［J］．中國造紙，2005，24(3):5．

［2］林一亭．現(xiàn)代廢紙脫墨技術(shù)概述［J］．中國造紙，2005，24(1):45．

［3］韓 卿，劉煥彬，閆東波．現(xiàn)代脫墨過程中的相關(guān)問題及提高脫墨漿質(zhì)量與性能的途徑［J］．陜西科技大學(xué)學(xué)報，2004，22(6):9．

［4］李海明，胡惠仁，王曉梅．廢紙脫墨及其相關(guān)問題［J］．黑龍江造紙，2003(4):30．

［5］詹懷宇，王雙飛，李兵云，等．脫墨漿生產(chǎn)線脫墨效率的評估與應(yīng)用［J］．造紙科學(xué)與技術(shù)，2001，20(6):6． CPP

Pulping Properties of Waste Papers from Different Sources

LIU Cheng-liang*LIU Shu-guang ZHAO Nian-zhen LIU Chun-jing
(Technology Center，Hu'nan Yueyang Forest＆ Paper Share Co．，Ltd．，Yueyang，Hu'nan Province，414002)
(*E-mail:lclxiaohe@263．net)

The ash content and fiber components of the waste papers from different sources were compared in the laboratory，the optical properties，ink contents，physical strength properties and pulping yields of the de-inked pulps from the waste papers were studied．The investigation results showed that the waste paper of wood-free grade with high brightness has the lowest ERIC content，fewer dirt，and relatively higher strength，which satisfy the production requirement for fine paper with 85%ISO brightness．Whereas the waste paper of wood-containing grade has higher pulping yield，lower pulping cost，but its low brightness and high dirt properties were unable to meet the production requirements of fine paper when using at a high proportion．

waste paper;ash;fiber furnish;screening;DIP pulping;brightness;strength;yield

TS749+.7

A

0254-508X(2012)05-0009-06

劉成良女士，高級工程師;主要從事制漿造紙技術(shù)研發(fā)與生產(chǎn)技術(shù)調(diào)研工作。

2012-01-28(修改稿)

本課題由863項目 (2010 GXNSFE013006);國家水專項項目(2008ZX07317-02-03A2);廣西科技項目 (桂科攻11107021-4-5)資助。

(責(zé)任編輯:郭彩云)