棉短絨濕法除雜清潔制漿工藝

薛潤林

(南京義友自控儀表有限公司，江蘇南京，210042)

近幾十年來，我國棉短絨制漿都沿用先蒸煮后打漿的傳統(tǒng)工藝進(jìn)行生產(chǎn)，棉短絨中的棉籽碎片、棉桃碎片、草莖、木屑等雜質(zhì)都進(jìn)入蒸球一起進(jìn)行蒸煮，嚴(yán)重影響了產(chǎn)品漿粕質(zhì)量［1-2］。由于棉短絨中雜質(zhì)多，一般采用高堿濃、高溫、高壓進(jìn)行蒸煮處理，但這種蒸煮工藝漿粕得率低，黑液COD含量高，嚴(yán)重污染環(huán)境。黑液治理給生產(chǎn)企業(yè)帶來沉重負(fù)擔(dān)，許多造紙廠、精制棉廠、化纖廠因黑液治理不能達(dá)標(biāo)而被迫停產(chǎn)、轉(zhuǎn)產(chǎn)。

一種新的棉短絨制漿系統(tǒng) (實(shí)用新型專利號(hào):201220611105.7)是先采用濕法除雜，除去80%以上的雜質(zhì)后，再進(jìn)行蒸漂制漿，即除去了蒸煮過程產(chǎn)生黑液物質(zhì)的主要來源，為下一步的H2O2清潔生產(chǎn)創(chuàng)造良好的條件。

這種新的棉短絨制漿系統(tǒng)，將原料棉采用濕法除雜，經(jīng)過常溫洗滌、精漿、除砂后去除雜質(zhì)，再經(jīng)過沉淀、壓榨脫水后，固體雜質(zhì)可用作有機(jī)農(nóng)家肥料、種蘑菇或作為燃料使用;洗滌后的水沉淀后呈中性，可以重復(fù)使用，水中含有一定量的有機(jī)物，可以用于灌溉。這種新的棉短絨制漿工藝，是取代傳統(tǒng)制漿工藝的一種重要方法。

1 傳統(tǒng)棉短絨制漿工藝簡介

傳統(tǒng)棉短絨制漿工藝流程示意圖見圖1。

圖1 傳統(tǒng)棉短絨制漿工藝流程示意圖

傳統(tǒng)的棉短絨制漿工藝是先蒸煮后打漿，棉短絨在高堿濃 (45～55 g/L)、高溫 (170～174℃)、高壓 (0.7～0.8 MPa)的條件下，通過皂化、乳化和堿性裂解一系列復(fù)雜的化學(xué)和物理作用，去除纖維的油脂蠟質(zhì)，充分破壞纖維的初生壁和次生壁，降低聚合度，提高白度，提高棉漿的化學(xué)反應(yīng)性能。

但對于傳統(tǒng)的棉短絨制漿工藝，制漿得率低，化工原料消耗高，能耗高，污染重，治理難度大且成本高。因此，傳統(tǒng)工藝造成嚴(yán)重污染，不能適應(yīng)目前嚴(yán)格的環(huán)保要求和生產(chǎn)發(fā)展。

本文介紹一種新型棉短絨濕法除雜制漿工藝。該工藝需首先解決常溫條件下棉短絨的充分浸潤問題，棉短絨充分浸潤后，在漿池中才能疏解、洗滌、清雜。由于棉短絨外層是由油脂蠟層組成，親水性很差，100℃條件下在蒸球內(nèi)對棉短絨進(jìn)行預(yù)水解蒸煮試驗(yàn)，經(jīng)過60 min水解后，棉短絨仍不能充分浸潤，部分棉短絨漂浮在水面上。同時(shí)，用熱水對棉短絨進(jìn)行水煮，僅有部分色素和熱水提取物溶出，水呈深棕色，降低了水循環(huán)使用次數(shù)。用熱水浸泡，需要將水從常溫加熱到100℃，要消耗傳統(tǒng)蒸煮用蒸汽的50%。同時(shí)，棉短絨預(yù)水解不加堿，沒有皂化作用，因此不能去除油脂、蠟質(zhì)和木素。因此，從生產(chǎn)成本考慮，棉短絨用水煮的方法不適用濕法除雜制漿。安徽某制漿廠使用紙漿疏解機(jī)疏解、洗滌棉短絨，由于棉短絨在常溫條件下的潤濕性能差，棉短絨漂浮在水面上，難以進(jìn)行疏解，試驗(yàn)未能成功。

經(jīng)多年的研究和試驗(yàn)，筆者在預(yù)水解工藝中使用環(huán)保型YY-03滲透劑 (用量0.02% ～0.1%)，既解決了棉短絨濕法除雜問題，又節(jié)約了蒸汽。

2 棉短絨濕法除雜制漿效果

采用新工藝對棉短絨濕法除雜質(zhì)，再進(jìn)行H2O2二步法蒸漂制漿［3］(棉短絨制漿方法，發(fā)明專利號(hào):ZL2010 1 0511566.2)，可顯著提高白度，減少塵埃度。精制棉分別經(jīng)干法和濕法除雜、H2O2蒸漂后半漿聚合度 (DP)、白度情況見表1。

從表1中可以看出，H2O2用量2%的情況下，濕法除雜后半漿白度比干法除雜提高8.2個(gè)百分點(diǎn);H2O2用量1%的情況下，濕法除雜后半漿白度比干法除雜提高12.8個(gè)百分點(diǎn)。濕法除雜蒸煮黑液顏色淺;用2%的H2O2蒸漂后半漿中的疵點(diǎn)基本去除，1%的H2O2蒸漂后，半漿疵點(diǎn)顯著減少。濕法除雜蒸漂后，漿料易洗、易漂，經(jīng)過漂白調(diào)整后漿料白度≥80%，DP≥2400，精制棉質(zhì)量達(dá)到一級(jí)品指標(biāo)。

表1 精制棉濕法除雜與常規(guī)蒸煮半漿DP、白度對比

3 棉短絨濕法除雜蒸漂工藝流程

圖2為棉短絨濕法除雜蒸漂工藝流程示意圖。下面以40 m3蒸球?yàn)槔?，介紹化纖棉漿蒸漂工藝。

3.1 蒸漂工藝

投料絕干量 4500 kg，用堿量 13%(585 kg)，液比 1∶3.5，堿液量 15.75 m3，堿液濃度37.1 g/L，堿液入球溫度≥90℃。升溫 100 min，二次小放氣，保溫溫度170℃，保溫時(shí)間90～120 min。H2O2二步法蒸漂，H2O2用量5%(225 kg)，MgSO4用量8 kg。大放氣結(jié)束后加入5 m3常溫的H2O2，在80～105℃條件下蒸漂80 min，蒸漂半漿聚合度620～720。

3.2 配堿

濕法除雜后，棉短絨含水量50%，向棉短絨所含水 (2250 kg)中配堿13.5 m3，堿濃43.3 g/L，YY-02滲透劑用量0.02% ～0.05%，蒽醌用量0.02% ～0.05%，堿液溫度≥90℃。

3.3 投料

常溫水槽中配制好質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.02%～0.05%的YY-03滲透劑水溶液40 m3，即投料液比為1∶(12～15)。

投料流程為:①啟動(dòng)送風(fēng)機(jī)、除雜機(jī)、引風(fēng)機(jī)、開棉機(jī)進(jìn)行投料;②啟動(dòng)常溫水槽水泵加入滲透劑;③棉短絨在旋風(fēng)分離器與水進(jìn)行攪拌、潤濕、滲透;④拌拌潤濕的棉短絨經(jīng)過螺旋輸送機(jī)送到洗料池;⑤投料結(jié)束，打開洗料池循環(huán)推進(jìn)器，漿料循環(huán)洗滌30 min。

3.4 精漿

按傳統(tǒng)工藝執(zhí)行。打開洗料池循環(huán)推進(jìn)器，開啟長纖維泵，向精漿機(jī)供漿;精漿機(jī)是2臺(tái)串聯(lián)，精漿主要是切短纖維為主，切短纖維便于除砂和抄漿。

3.5 除砂

按傳統(tǒng)工藝執(zhí)行，打開1#貯漿池推進(jìn)器，漿料循環(huán)，打開纖維泵向606除砂器、600EX除砂器供水漿，進(jìn)行除雜。除雜后水漿進(jìn)入2#貯漿池。

3.6 帶式壓榨機(jī)脫水、投料

(1)打開2#貯漿池推進(jìn)器，漿料循環(huán)，打開纖維泵，向帶式壓榨機(jī)供水漿，經(jīng)壓榨脫水的漿料含水量為50%，壓榨出的洗滌水到3#中間池，水經(jīng)100目圓網(wǎng)纖維回收機(jī)回收纖維后回到2#中間池，再經(jīng)350目圓網(wǎng)過濾，水回到1#中間池，水循環(huán)使用。多余的水送到農(nóng)用水池用于灌溉，框式壓榨脫水后的中性污泥用作種植肥料。

圖2 棉短絨濕法除雜蒸漂工藝流程示意圖

(2)壓榨脫水后的漿料，經(jīng)螺旋壓榨機(jī)、螺旋輸送機(jī)進(jìn)行裝球投料。

(3)開配堿槽堿泵輸送堿液投料，漿料、堿液在螺旋輸送機(jī)中攪拌滲透。

(4)投料結(jié)束后，蓋上球蓋，開啟蒸球，空轉(zhuǎn)20 min。

(5)按圖3所示的升溫曲線進(jìn)行升溫。

圖3 化纖棉漿升溫曲線

升溫主要是為了使纖維皂化、乳化，以去除油脂蠟質(zhì)，充分破壞纖維的初生壁、次生壁，去除雜質(zhì)。隨著溫度的升高 (≥100℃)，棉纖維大分子聚合度開始降低，升溫結(jié)束后，溫度升到170℃保溫。

(6)保溫。根據(jù)棉短絨品質(zhì)的優(yōu)劣，在170℃下保溫90～120 min，聚合度降到1000～1200。保溫溫度是降聚的主要因素，保溫溫度每提高10℃，保溫時(shí)間縮短1/2;保溫溫度每降低10℃，保溫時(shí)間延長1倍。保溫結(jié)束后進(jìn)行大放氣。

(7)加H2O2蒸漂。蒸球內(nèi)壓力降到低于0.03 MPa時(shí)，打開 H2O2泵，向蒸球內(nèi)注入 5 m3的H2O2，球內(nèi)溫度降到80～105℃，蒸漂80 min。此時(shí)，H2O2分解，放出原子氧，進(jìn)行劇烈的氧化漂白、氧化降解，紙漿白度可提高到65%～70%，聚合度降到620～720，氧化去雜后，COD降低，黑液呈茶色。

(8)蒸漂結(jié)束后進(jìn)行放氣、倒料，經(jīng)帶式洗料后黑液中的CODCr＜1000 mg/L，呈淡茶色。(9)蒸煮半漿送到2#帶式壓榨機(jī)進(jìn)行壓榨脫水，黑液經(jīng)酸化、絮凝、生化后達(dá)標(biāo)排放，污泥外售。

3.7 漂白

帶式洗料機(jī)的漿料被送到漂白機(jī)進(jìn)行漂白，使白度≥80%，聚合度控制在580～600，漂白后白水用于漿料洗滌。

3.8 抄漿

打開3#貯漿池推進(jìn)器，使?jié){料循環(huán)，打開纖維泵，向抄漿機(jī)供水漿，抄成棉漿粕外售，抄漿白水用于漿料洗滌。

4 結(jié)論

本文介紹一種新型棉短絨濕法除雜制漿工藝，該工藝可去除80%以上雜質(zhì)，為H2O2清潔蒸漂制漿創(chuàng)造良好條件，有效治理了黑液的污染，節(jié)省化工原料。產(chǎn)生的廢水呈中性可以循環(huán)使用，用于灌溉，有機(jī)污泥可以做肥料，種磨姑?；瘡U為寶，企業(yè)增產(chǎn)增收，棉漿粕行業(yè)將獲得新的發(fā)展。

［1］ LI Sheng-li．Impurity Removal from Cotton Linter in Cotton Linter Dissolving Pulp Production［J］．China Pulp ＆ Paper，2011，30(9):73．李勝利．棉短絨制漿過程中雜質(zhì)的去除［J］．中國造紙，2011，30(9):73．

［2］ LIU Hong-xia，XUE Run-lin．The New Measures to Remove the Defects in the Cotton Pulp［J］．China Pulp ＆ Paper，2013，32(8):69．劉紅霞，薛潤林．棉漿粕去疵點(diǎn)的新措施［J］．中國造紙，2013，32(8):69．

［3］ XUE Run-lin．The Shortcomings and Solution of Cotton Linter Hydrogen Peroxide One-step Pulping and Bleaching Process［J］．China Pulp ＆ Paper，2014，33(5):72．薛潤林．棉短絨H2O2一步法蒸漂制漿的不足及對策［J］．中國造紙，2014，33(5):72．