迎接竹柳造紙的新時(shí)代

袁志平中圖分類號(hào)：TS721文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1007-2225（2016）02-0025-04

迎接竹柳造紙的新時(shí)代

袁志平
中圖分類號(hào)：TS721文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1007-2225（2016）02-0025-04

1　前言

造紙是中國古代四大發(fā)明之一，最初的原料是稻草和樹皮，其制漿工藝是在弱堿性條件下，經(jīng)過太陽紫外光的催化氧化和手工分散打漿、竹簾抄造做成紙頁，再經(jīng)過火墻烤干得到白色的宣紙。上述第1代的造紙技術(shù)經(jīng)過上千年的傳承，至今仍然是書畫界的瑰寶。

工業(yè)革命以后北美和北歐依靠豐富的森林和淡水資源，完成了大規(guī)模生產(chǎn)紙品的技術(shù)體系，這應(yīng)該說是紙業(yè)發(fā)展歷史上的第2個(gè)時(shí)代。

隨著現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，地球大氣中二氧化碳的迅速增長，導(dǎo)致兩極冰川融化，島嶼淹沒。氣候的變化，已威脅到人類的生存，當(dāng)務(wù)之急是開發(fā)清潔能源，禁止燃燒煤炭，以及禁止砍伐森林。這2個(gè)議題都和紙業(yè)息息相關(guān)，它是催生第3代造紙?bào)w系誕生的強(qiáng)大動(dòng)力。

2　選擇竹柳為造紙?jiān)系睦碛?/h2>

選擇竹柳為造紙?jiān)系睦碛扇缦隆?/p>

（1）竹柳是美國加州農(nóng)大和幾家紙業(yè)公司研究成功的新物種，在所有能用于造紙的植物纖維原料中，生長最快的莫過于竹柳。和速生楊木比，其密植的程度高幾十倍[楊樹每畝40株（每公頃600株），適合造紙用的小徑竹柳每畝則可以數(shù)千株]；每畝1年的生長量可提高至50 t（每公頃750 t）。

關(guān)于種植紙漿林的一個(gè)例子：每畝植2 668株（行距50 cm×50 cm）（每公頃40 020株），種后3年胸徑10～12 cm，高12～13 m，畝產(chǎn)鮮材150 t，平均每年每畝生長50 t，伐后第2批長勢更猛，可比第1批增產(chǎn)30%，以后7～8次都是3年1伐，所以被稱作“綠色銀行”。以竹柳為原料選用化學(xué)機(jī)械法制漿的出漿率高于85%。

（2）材質(zhì)優(yōu)良、自然白度60，并且紙漿的強(qiáng)度好，在打漿度46°SR時(shí)，其裂斷長9.4 km，耐折度1 270次。

（3）制漿黃液可以做有機(jī)酸鉀肥：竹柳的熱水溶出物中60%是多醣類物質(zhì)，使用KOH+H2O2做APMP紙漿，所得制漿黃液主要是有機(jī)酸鉀。我國農(nóng)田普遍缺鉀，這是十分難得的大好事，一方面解決了我國農(nóng)田缺鉀問題，另一方面又根除了制漿污染。說到利用生產(chǎn)農(nóng)肥取消龐大的水處理設(shè)備的投資和運(yùn)行費(fèi)用，人們首先的疑問是亞氨法制漿的失敗。此事應(yīng)做具體分析：亞氨法制漿的收率約40%，即生產(chǎn)每萬噸紙漿要有總固形物25 000 t的有機(jī)物到農(nóng)田里去，這些有機(jī)物若搞商品化，其生產(chǎn)規(guī)模比紙廠還要大好幾倍，實(shí)際是搞不得。

而這里說的竹柳卻相反，其效果會(huì)出奇的好，原因是竹柳化機(jī)漿收率很高，約90%，故所用KOH+H2O2制有機(jī)酸鉀，含K2O約50%，每10萬t紙漿僅生產(chǎn)1.25萬t有機(jī)酸鉀,品質(zhì)又極高，當(dāng)然是可行之路。

（4）竹柳種植不需要好地，它是耐鹽堿的植物，在土壤含鹽0.8%、pH=8.5的條件下均可生長，環(huán)境溫度在-35～40℃均可存活。竹柳制漿的洗漿水中含有機(jī)鉀鹽，經(jīng)過返至田間輪流噴淋，不斷帶來改良土壤的機(jī)會(huì)。各種農(nóng)作物的秸稈進(jìn)入熱電站焚燒，所得含鉀含磷的爐灰均可用作改良土壤的底肥，在專家的指導(dǎo)下幾年后原來的鹽堿地可升級(jí)為可用的農(nóng)田，國家18億畝（1.2億公頃）農(nóng)田的底線，會(huì)出現(xiàn)正增長，這是了不起的大事。

（5）漂白洗漿水，含鉀和有機(jī)物已經(jīng)很少，不需要搞混凝和曝氣工程，而是輪流噴淋竹柳田，可使竹柳豐產(chǎn)。竹柳喜水，喜肥，特別是小相對(duì)分子質(zhì)量有機(jī)物。這是把水排到竹柳田中、可凈化的原因。

我國木材資源有限，面對(duì)龐大的需求量，過去只有進(jìn)口一條路可走，如今有了竹柳這樣對(duì)路的資源若還是觀望不前，那就是坐失良機(jī)了。

3　以竹柳為造紙?jiān)系纳a(chǎn)工藝流程

以竹柳為造紙?jiān)系纳a(chǎn)工藝流程如圖1所示。

圖1　以竹柳為造紙?jiān)系纳a(chǎn)工藝流程示意圖

該工藝流程使用的電力和蒸氣最好來自以秸稈為燃料的熱電站，如果已有燃煤熱電站，可繼續(xù)使用，待下一步再改進(jìn)，總之遲早要使用再生能源。國家為支持秸稈發(fā)電，每發(fā)1千瓦小時(shí)電補(bǔ)貼0.25元，以0.50元每千瓦小時(shí)為成本計(jì)算，每噸蒸氣是120元。

地球每年經(jīng)光合作用產(chǎn)生的生物質(zhì)總計(jì)有1 730億t，所蘊(yùn)含的能量相當(dāng)于全世界每年消費(fèi)能量的10～20倍，目前利用率只有3%，現(xiàn)在仍然發(fā)生田間焚燒秸稈的事件，秸稈應(yīng)該收集用于生物質(zhì)能源。

如今發(fā)明了秸稈壓塊機(jī)，極大地壓縮了體積，方便了貯運(yùn)，秸稈發(fā)電、產(chǎn)生蒸氣是未來紙廠必然要納入計(jì)劃的項(xiàng)目。

同時(shí)，電站爐灰用熱水溶出鉀鹽，磷酸鹽送至竹柳田中做底肥。

4　生產(chǎn)10萬tAPMP漂白漿的成本預(yù)測

4.1原材料成本

紙漿收率以85%計(jì)時(shí)，每年原料需用11.76萬t。每噸風(fēng)干原料成本按550元計(jì)，每年費(fèi)用為6 468萬元。折算到每噸漿成本為647元。

4.2化工原料

KOH，耗用6%（對(duì)原料），每年是7 056 t，費(fèi)用是5 044.8萬元。H2O2耗用3%（對(duì)原料），是3 520 t（100%計(jì)），每噸5 000元，費(fèi)用是1 764萬元。尿素，每日在噴淋水中補(bǔ)加2 t，每噸1 700元，每年費(fèi)用112萬元。以上每年化工原料費(fèi)用合計(jì)為752元/t（漿）。

4.3能耗

電力：900 kW·h，費(fèi)用為450元/t（漿）；蒸氣：2 t（紙機(jī)）+0.3 t（APMP）2.3 t，費(fèi)用為276元/t（漿）。能源費(fèi)用合計(jì)為726元/t。

4.4設(shè)備折舊和人工等各項(xiàng)費(fèi)用

設(shè)備折舊和人工等各項(xiàng)費(fèi)用按每噸1 000元計(jì)。

上述各項(xiàng)成本合計(jì)的總成本為3 125元/t（紙）。每噸紙品收入約4 800元-3 125元=1 655元/t；按年產(chǎn)10萬t漿計(jì)，每年收入約為1.7億元。

5　有機(jī)酸鉀肥的生產(chǎn)

我國鉀肥的生產(chǎn)經(jīng)過多年努力，成功地創(chuàng)新生產(chǎn)了鉀葉面肥，即通過作物葉面微孔施肥的有機(jī)酸鉀（要點(diǎn)是含水溶性有機(jī)物380 g/L、K2O 220 g/L），并已經(jīng)積累了各種作物豐產(chǎn)和改進(jìn)品質(zhì)的經(jīng)驗(yàn)。

5.1本項(xiàng)目黃液中有機(jī)酸鉀含量

鉀的總量，以KOH計(jì)為7 056 t/a。水溶性有機(jī)物總量為9 400 t/a（該產(chǎn)品已經(jīng)出口至美國，在國內(nèi)農(nóng)業(yè)專家的座談會(huì)上受到高度的好評(píng)）。每年用KOH 7 056 t，以K2O表示是6 000 t；形成有機(jī)物鉀鹽的有機(jī)物9 400 t，共計(jì)有機(jī)物鉀鹽是1.5萬t。

此產(chǎn)品和無機(jī)鉀鹽如K2SO4和KCl相比，沒有硫酸根和氯根，更適合農(nóng)業(yè)使用；特別是沒有原料成本，即鉀和可溶性有機(jī)物的成本都已計(jì)入紙漿生產(chǎn)，所以生產(chǎn)成本極低，只涉及蒸氣費(fèi)、電力和人工及設(shè)備折舊和包裝費(fèi)用；但是因兼顧竹柳的生產(chǎn)，黃液提取率85%進(jìn)入商品生產(chǎn)；其余15%留在洗漿水中作為噴淋水用于竹柳施肥；所以有機(jī)酸鉀肥的年產(chǎn)量是1.25萬t。

5.2有機(jī)鉀肥的生產(chǎn)成本

（1）每年多效蒸發(fā)器減壓蒸發(fā)系統(tǒng)的動(dòng)力費(fèi)為：50 kW/h，需要費(fèi)用20萬元，每噸合16元。

（2）每年蒸氣費(fèi)用：APMP制漿濃度約20%，所以黃液總量是40萬t；黃液提取率85%，其他15%未提出部分用在竹柳的田間噴淋施肥，用于蒸發(fā)的量是34萬t。多效蒸發(fā)費(fèi)用：至每噸鉀肥濃溶液的費(fèi)用每年是850元。

（3）產(chǎn)品包裝費(fèi)應(yīng)根據(jù)分裝的用戶需要而定，如容量、形狀、說明書等和費(fèi)用由用戶管理。

（4）設(shè)備折舊和人工等費(fèi)200元。總計(jì)1066元/t。

（5）農(nóng)作物有機(jī)鉀葉面肥的市場價(jià)，現(xiàn)在每噸約4 000元（K2O為220 g/kg,有機(jī)物為380 g/kg）。若能成倍下降其使用費(fèi)，必將徹底改變我國農(nóng)田普遍缺鉀的現(xiàn)狀，會(huì)給農(nóng)業(yè)大豐收創(chuàng)造條件；同時(shí)造紙工業(yè)木材原料缺乏的困境也會(huì)因此而改變。

6　堿性H2O2水溶液和氧氣發(fā)生器

大規(guī)模發(fā)展氧化法制漿，需要重視氧化劑的供給。本文所說年產(chǎn)10萬t APMP生產(chǎn)線，需要購買H2O2約2萬t，為此需要完善此危險(xiǎn)化學(xué)品的貯運(yùn)系統(tǒng)，或者落實(shí)天然氣造氫的來源，自建蒽醌法制H2O2的附屬工廠并要重視工廠的安全。另一條路就是研究開發(fā)下述技術(shù)：空氣中的氧通過陰極還原發(fā)生堿性H2O2水溶液，同時(shí)在陽極得到氧氣。此事在我國已有幾十年的歷史，我們走的是催化還原的技術(shù)路線，設(shè)備簡易可行，最好的成績是建立了日發(fā)生1 100 kg H2O2（100%計(jì)）的工業(yè)生產(chǎn)裝置，連續(xù)運(yùn)行了4年半時(shí)間，用在葦漿三段漂的EP段。后來因設(shè)備生產(chǎn)廠為了多賺幾萬元加工費(fèi)而采用了再生塑料代替聚丙烯塑料招致耐熱性能差而變形，最終停止了運(yùn)行。

堿性H2O2水溶液和氧氣發(fā)生器的產(chǎn)物是KOH、K+、HOO-和O2。該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于竹柳制漿有2個(gè)辦法。要點(diǎn)是：竹柳含約10%的熱水溶出物，成分主要是多醣類物質(zhì)。先用發(fā)生器發(fā)生的氧氣經(jīng)氧化水解得到有機(jī)酸，然后用其中和強(qiáng)堿性的陰極產(chǎn)物K+、OH-和HO2-，最后就得到弱堿性的K+和HO2-，用于APMP的工作液，這樣把沒有用的氧氣也利用上了。再一個(gè)辦法是：用強(qiáng)堿性H2O2水溶液加適量的H3PO4，得到弱堿性的K+H2O2溶液，成為有磷、鉀的弱堿性APMA工作溶液。

只有幾臺(tái)發(fā)生器的一個(gè)車間和蒽醌法制雙氧水的工廠不能比，投資和運(yùn)行費(fèi)不是同一個(gè)等級(jí)；尤其是發(fā)生器車間的原料是空氣，所需電力是擁有熱電站漿廠的強(qiáng)項(xiàng)，不需要單獨(dú)籌劃氫氣來源。

7　竹柳造紙項(xiàng)目的突出優(yōu)點(diǎn)

（1）通過制漿黃液生產(chǎn)出鉀肥行業(yè)需要的廉價(jià)有機(jī)酸鉀濃溶液——造紙工業(yè)和鉀肥工業(yè)緊密合作，既產(chǎn)生出巨大的新生產(chǎn)力，又避免了巨額治污費(fèi)用。鉀肥工業(yè)可以大規(guī)模發(fā)展有機(jī)鉀葉面肥，扭轉(zhuǎn)我國土壤嚴(yán)重缺鉀的狀況，為農(nóng)作物的大豐產(chǎn)創(chuàng)造條件。

（2）不占用農(nóng)田種竹柳，目標(biāo)是利用鹽堿地和/或荒地，據(jù)調(diào)查，我國鹽堿地有5.2億畝（約3 467萬公頃），宜農(nóng)荒地5.3億畝（約3 533萬公頃），如將其中各取5%用于竹柳種植，即可滿足萬家紙漿和鉀肥生產(chǎn)企業(yè)的原材料的需求。如上述設(shè)想得以實(shí)現(xiàn)，每年可生產(chǎn)紙漿10億t，有機(jī)酸鉀肥1.2億t，將從根本上改變我國紙業(yè)和農(nóng)業(yè)的面貌，并將成為優(yōu)質(zhì)紙漿和優(yōu)質(zhì)鉀肥的出口大國。

（3）使用可再生能源。凡可利用秸稈壓塊的地方，通過收購用作熱電站的燃料。在條件不具備的地方，新項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)，則選用竹柳作燃料發(fā)電供熱，及預(yù)留出竹柳種植區(qū)域。總之不再采用燒煤的鍋爐，使我國在應(yīng)對(duì)氣候變化方面走在國際的前列。

［1］張俊苗，吳英，劉一山，等.竹柳材性、纖維形態(tài)及其特性的研究［J］.紙和造紙，2014，33（4）：9-12.

［2］袁志平.堿性H2O2水溶液和氧氣發(fā)生器［J］.人造纖維，2000，30（1）：6-10.

［3］薛崇昀，賀文明，聶怡，等.竹柳材性、纖維質(zhì)量及制漿性能的研究［J］.中華紙業(yè)，2009，20（15）：60-63.

本文文獻(xiàn)格式：袁志平．迎接竹柳造紙的新時(shí)代[J]．造紙化學(xué)品，2016，28（2）∶28-28．

新加坡研發(fā)廢紙纖維氣凝膠吸收油污

油槽車漏油必須盡快清理油污，以免污染環(huán)境和阻礙交通，但目前市面上的吸油材料清潔效果不理想，清理時(shí)間較長。新加坡國立大學(xué)研究人員日前成功把廢紙制成無毒、無味的纖維氣凝膠，吸油能力比一般商用吸油材料高出3倍。

據(jù)新加坡國立大學(xué)工程系有關(guān)研究人員介紹，廢紙纖維氣凝膠輕盈、強(qiáng)韌，吸收力強(qiáng)，適用于吸收石油、柴油和潤滑油。這種材料去除油污的效力比一般商用聚丙烯海綿高出3倍，預(yù)計(jì)能減少約20%的油污清理時(shí)間。若要回收污油，纖維氣凝膠能擠出高達(dá)99%所吸收的油污，避免浪費(fèi)，還可反復(fù)使用多達(dá)8次。

研究人員為氣凝膠涂上一層甲基三甲氧基硅烷化學(xué)品，以增強(qiáng)其抗水特性。這樣一來，在下雨天或在海面上使用時(shí)，就不會(huì)因吸飽水分而無法發(fā)揮吸油效用。

目前，研究小組已在美國、中國、印度等國為他們的研發(fā)成果申請(qǐng)專利權(quán)，新加坡一家公司準(zhǔn)備在今年5月把產(chǎn)品推向市場。

（李振遠(yuǎn)）

麥當(dāng)勞和英國一造紙企業(yè)開始嘗試回收試驗(yàn)

英國造紙企業(yè)和全球快餐供應(yīng)商麥當(dāng)勞開始了一項(xiàng)回收試驗(yàn)計(jì)劃，以使回收的廢紙杯加工成新的紙張產(chǎn)品。

二者之間的合作將使整個(gè)英國的麥當(dāng)勞餐廳里使用的紙杯，每周進(jìn)行回收并由James Cropper的先進(jìn)的再生纖維工廠進(jìn)行加工，將之前的非回收的、紙塑復(fù)合的杯子，加工成新的紙張產(chǎn)品。

這次的試驗(yàn)計(jì)劃是英國的首次，涉及到英國1 250家麥當(dāng)勞餐廳中的150家。麥當(dāng)勞餐廳將用過的紙杯收集起來，然后由英國唯一的紙杯回收再利用體系SimplyCups將這些紙杯打包運(yùn)往JamesCropper再加工。再生纖維可以應(yīng)用于很多產(chǎn)品上，包括小冊子、文具，乃至設(shè)計(jì)師的禮品盒。

James Cropper的再生纖維工廠是2013年開張的，涂層使用的工藝可以使紙張從塑料上分離，現(xiàn)在的處理能力可以每星期加工相當(dāng)于1 000萬只紙杯。這個(gè)處理的結(jié)果是最終實(shí)現(xiàn)無廢物，紙杯的90%將變成獲得FSC認(rèn)證的紙漿重新用于紙張生產(chǎn)，其余的10%是塑料，也可以用于新的用途，比如做成花園家具。

（李振遠(yuǎn)）

Glatfelter將在美國新建干法紙廠

干法紙生產(chǎn)商Glatfelter公司將投資約8 000萬美元在美國新建一家干法紙廠，這是10多年來北美在干法紙方面的首次重大投資。

新廠年產(chǎn)能約2.2萬t，使該公司的全球干法紙總產(chǎn)能增加至約12.9萬t/a。公司的干法紙業(yè)務(wù)部門在女性衛(wèi)生用品、成人失禁用品、擦拭巾及家庭護(hù)理用品市場居于全球領(lǐng)先地位，其產(chǎn)品也用于食品包裝及工業(yè)用途。

Welcome New Era of Papermaking with Bamboo Willow

YUAN Zhi-ping

2016-01-10（修回）

袁志平先生（1934-），高級(jí)工程師；長期從事非木材清潔制漿的研究；E-mail：Yuanzhiping2007@ 126.com。