棉稈生物氧化機(jī)械漿生產(chǎn)本色擦手紙的實(shí)踐

滕鐵生 段愛(ài)琴 張躍平

(1.新疆國(guó)力源投資有限公司,新疆石河子,832000;2.石河子市國(guó)力源環(huán)保制漿有限公司,新疆石河子,832000)

·棉稈漿擦手紙·

棉稈生物氧化機(jī)械漿生產(chǎn)本色擦手紙的實(shí)踐

滕鐵生1段愛(ài)琴2,*張躍平1

(1.新疆國(guó)力源投資有限公司,新疆石河子,832000;2.石河子市國(guó)力源環(huán)保制漿有限公司,新疆石河子,832000)

介紹了棉稈采用生物氧化機(jī)械法制漿并用于生產(chǎn)本色擦手紙的生產(chǎn)實(shí)踐。生產(chǎn)實(shí)踐結(jié)果表明,棉稈生物氧化機(jī)械制漿過(guò)程中盡可能地保留了半纖維素、木素,制漿得率高,制漿過(guò)程無(wú)堿無(wú)氯,無(wú)廢水排放；采取濕部加入分散劑、烘缸表面噴涂剝離劑等措施,抄造的本色擦手紙紙張強(qiáng)度高,吸水性好,不掉紙毛；水電汽消耗較低；本色擦手紙綠色環(huán)保,適應(yīng)市場(chǎng)需求。

棉稈；生物氧化機(jī)械漿；廢水排放；本色擦手紙

(*E-mail: daq670129@163.com)

近年來(lái),以麥草漿、竹漿等原料生產(chǎn)的本色衛(wèi)生紙、擦手紙受到消費(fèi)者的青睞,并取得了一定的市場(chǎng)份額。新疆地處內(nèi)陸,具有豐富的棉稈資源,發(fā)展棉短絨、棉稈制漿具有重要的意義[1-2]。石河子市國(guó)力源環(huán)保制漿有限公司6年來(lái)一直致力于開(kāi)發(fā)秸稈原料的高得率無(wú)污染制漿造紙方法,研發(fā)了生物氧化機(jī)械法制漿技術(shù),以農(nóng)業(yè)廢棄物棉稈為原料,采用自主研發(fā)復(fù)配的生物水低溫低壓預(yù)處理棉稈原料、機(jī)械法制漿工藝制得本色漿,生產(chǎn)本色擦手紙，綠色環(huán)保,以適應(yīng)市場(chǎng)需求。既減少了秸稈棄置焚燒帶來(lái)的環(huán)境污染,又減少了木漿消耗以及制漿過(guò)程的化學(xué)品和能源消耗,為企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

1 原 料

原料采用100%棉稈。棉稈的纖維素主要集中在皮層和木質(zhì)部,而髓部不含纖維,且會(huì)增加COD含量和增加制漿難度(如漿的濾水性下降等)。為此,在棉稈的收集過(guò)程中,采用石河子市國(guó)力源環(huán)保制漿有限公司自主研發(fā)的專用收割機(jī)分髓部和稈部?jī)刹渴崭睿旱谝徊糠?自走式收割機(jī)主要收集棉稈的上1/3部分(髓部)和機(jī)采棉花后遺落的棉桃、枝葉等,這部分原料不用于制漿；第二部分自走式收割機(jī)收集棉稈余下的2/3部分(包括根部)和地上的殘膜,這部分原料用于制漿造紙,收集過(guò)程除掉泥沙并將棉稈切斷至長(zhǎng)度約200 mm左右。

圖1 棉稈生物氧化機(jī)械漿制漿造紙工藝流程圖

2 生產(chǎn)過(guò)程

棉稈生物氧化機(jī)械漿及擦手紙抄造工藝流程框圖見(jiàn)圖1。

2.1 備料

對(duì)收集的棉稈進(jìn)行備料處理。備料過(guò)程為：棉稈 → 秸稈分絲機(jī) → 輸送機(jī) → 沙克龍除塵機(jī) → 錐度無(wú)軸滾筒篩 → 輸送機(jī) → 棉稈除膜機(jī) → 預(yù)處理工段。

將收集來(lái)的棉稈(長(zhǎng)度200 mm左右)放入秸稈分絲機(jī)中均勻粉碎成直徑不超過(guò)3 mm、長(zhǎng)度不超過(guò)50 mm的料段,用輸送機(jī)輸送到錐形無(wú)軸滾筒篩進(jìn)行篩選,去除粉末和沙土,經(jīng)棉稈除膜機(jī)除去原料中的殘余薄膜。同時(shí)在輸送帶上安裝沙克龍除塵系統(tǒng),收集粉碎棉稈過(guò)程中產(chǎn)生的揚(yáng)塵,減少加工過(guò)程中對(duì)環(huán)境的污染。

粉碎后的棉稈料段與外界接觸面積增加了大約3倍,故浸漬過(guò)程中的浸漬效率可大幅提高,實(shí)現(xiàn)精細(xì)備料,先細(xì)化,后軟化。

2.2 制漿

2.2.1 預(yù)處理

采用自制的預(yù)處理液(生物菌液,CODCr濃度為1000.33 mg/L)對(duì)經(jīng)計(jì)量料倉(cāng)進(jìn)入低壓浸漬器的棉稈料段進(jìn)行預(yù)處理。在低壓熱浸器中，在一定的溫度和一定的壓力下,加入一定量?jī)?yōu)選的微生物菌群預(yù)處理液,進(jìn)行低溫預(yù)處理。使棉稈發(fā)生生物代謝作用,從而改變棉稈的組成結(jié)構(gòu),使木素以小分子溶出,同時(shí),棉稈中的果膠、半纖維素等溶出,進(jìn)而達(dá)到棉稈軟化的目的。生物菌作為載體,載著溶出的木素、半纖維素等,隨著預(yù)處理廢液進(jìn)入生物菌池中,代替了培養(yǎng)基,如此往復(fù),預(yù)處理液循環(huán)使用。生物預(yù)處理液CODCr為1000.33 mg/L,因此,制漿過(guò)程的廢水經(jīng)過(guò)處理后,CODCr低于1000 mg/L即可回用于整個(gè)制漿過(guò)程,實(shí)現(xiàn)制漿廢水自循環(huán)使用,造紙廢水自循環(huán),整個(gè)制漿造紙無(wú)廢水排放。

(1)預(yù)處理工藝條件

棉稈的預(yù)處理在低壓熱浸器中進(jìn)行,低壓熱浸容積40 m3；裝料量為7 t棉稈(以絕干計(jì))；液比1∶4(棉稈絕干量與總液量之比, 預(yù)處理液來(lái)自復(fù)配生物水)；A試劑用量0.03%(相對(duì)于絕干棉稈,以下同),B試劑用量5%；預(yù)處理溫度85℃～95℃；預(yù)處理時(shí)間60～90 min。

(2)預(yù)處理效果

采用溫和的預(yù)處理?xiàng)l件,主要是為了在達(dá)到軟化目的的同時(shí)盡量減少半纖維素、木素溶出,以少溶出少處理、高得率制漿為原則。依靠生物液和氧化劑的共同作用,改變棉稈的組成使棉稈初步軟化,再通過(guò)雙螺桿多功能擠壓搓揉機(jī)的機(jī)械作用,使棉稈進(jìn)一步軟化、分離纖維。

(3)預(yù)處理廢液處理

預(yù)處理廢液用豎流沉淀機(jī)絮凝沉淀(加用量0.15%的PAC和用量0.15%的PAM)處理后,CODCr濃度降低了10000 mg/L(由原來(lái)13860 mg/L左右降至3860 mg/L左右),經(jīng)廢水處理后清液全部回用于生物菌貯存池。

2.2.2 機(jī)械制漿

采用先進(jìn)的雙螺桿擠壓搓揉機(jī)對(duì)經(jīng)浸漬預(yù)處理的棉稈纖維進(jìn)行分離。雙螺桿擠壓搓揉機(jī)利用兩根平行、嚙合且同向旋轉(zhuǎn)的積木組合式螺桿和特殊結(jié)構(gòu)的螺桿原件,使棉稈在輸送的同時(shí)受到動(dòng)態(tài)擠壓,依靠高濃高壓下纖維間的揉搓,完成纖維離解。且纖維是在S1～S2層間分離,而不是在胞間層之間分離,并對(duì)纖維初生壁(P層)和次生壁外層(S1層)有極好的破壞效果,有利于成漿和提高纖維結(jié)合力。

搓揉區(qū)濃度高達(dá)25%～40%,磨解漿料時(shí)纖維切斷作用小,磨后纖維長(zhǎng),棉稈漿質(zhì)量好,脫水速度快。因其有高效混合功能,漿料和化學(xué)藥劑的反應(yīng)速度快,棉稈漿質(zhì)量高。棉稈漿經(jīng)過(guò)雙螺桿擠壓搓揉機(jī)與藥液充分混合、高度細(xì)纖維化后,進(jìn)入滯留槽,在一定溫度下、一定時(shí)間內(nèi)軟化并充分反應(yīng),為擠壓磨解和盤(pán)磨磨漿打好基礎(chǔ)。

(1)工藝技術(shù)條件

雙螺桿擠壓搓揉機(jī)濃度18%～20%；B試劑用量0.02%,C試劑用量0.02%；氧化劑用量4%～6%；滯留槽溫度80℃,滯留槽保溫時(shí)間40 min；高濃擠漿機(jī)出口濃度27%～32%。

雙螺桿多功能擠壓搓揉機(jī)出口溫度100～105℃。

用螺旋輸送機(jī)將搓揉后的粗漿輸送至高濃擠漿機(jī)進(jìn)行三段逆式洗滌,去除雜細(xì)胞、纖維碎片和部分溶出物。

(2)本色棉稈機(jī)械漿技術(shù)指標(biāo)

制得的棉稈機(jī)械漿性能為,K值22～28 mL/g；打漿度28～32°SR；濕重5～6 g；紙漿得率70%～75%；紙漿濃度25%～30%；紙漿白度(實(shí)測(cè)值)27%～32%。

表1 棉稈機(jī)械漿本色擦手紙產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果

表2 主要消耗指標(biāo)(按每噸擦手紙計(jì))

2.3 打漿

采用高濃磨漿機(jī)進(jìn)行棉稈漿的打漿處理。打漿設(shè)備為Φ1250高濃磨漿機(jī)；打漿濃度18%～20%；打漿度40～44°SR；纖維濕重3.5～5.0 g。

棉稈機(jī)械漿經(jīng)高濃磨漿機(jī)磨漿處理,纖維分絲、細(xì)纖維化。

2.4 抄紙

采用2850新月形長(zhǎng)網(wǎng)單缸衛(wèi)生紙機(jī)抄造擦手紙,紙機(jī)抄寬2850 mm,車速280 m/min(設(shè)計(jì)車速為500 m/min)。

抄紙工藝技術(shù)條件：分散劑用量1.5 kg/t絕干漿；剝離劑噴放量1 kg/t絕干漿；濕強(qiáng)劑用量3 kg/t絕干漿,干強(qiáng)劑用量5 kg/t絕干漿。

2.5 產(chǎn)品質(zhì)量

按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 24455—2009中A等品的技術(shù)要求,對(duì)棉稈采用生物氧化機(jī)械法制漿生產(chǎn)的本色擦手紙產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè),測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1所列。

由表1可以看出,抄造的棉稈機(jī)械漿本色擦手紙的橫向吸液高度、橫向抗張指數(shù)和縱向濕抗張指數(shù)分別為24 mm/100 s、3.4 N·m/g和1.6 N·m/g,均優(yōu)于擦手紙國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 24455—2009中A等品的要求,白度、洞眼、塵埃度等也都達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2.6 成本核算

與傳統(tǒng)硫酸鹽制漿方法相比,生物氧化機(jī)械法制漿的主要消耗指標(biāo)見(jiàn)表2。

由表2可見(jiàn),由于制漿過(guò)程廢水經(jīng)水處理后CODCr達(dá)到1000 mg/L以下就可回用于制漿過(guò)程,水處理比傳統(tǒng)的制漿方法容易得多,造紙過(guò)程廢水自循環(huán)回用,因此噸紙水耗低于傳統(tǒng)硫酸鹽制漿造紙的。溫和的預(yù)處理和脫色過(guò)程盡可能少溶出木素、半纖維素等,而且避免了傳統(tǒng)制漿方法蒸煮、漂白過(guò)程纖維素、半纖維素的損傷降解,紙漿得率較傳統(tǒng)方法大幅度提高,這是成本降低的主要因素。預(yù)處理和脫色溫度較低,蒸汽用量低于傳統(tǒng)制漿方法。

由此可見(jiàn),各項(xiàng)成本不同程度降低,尤其是得率提高50%～75%,對(duì)成本的降低起較大作用,而且水處理凈投入費(fèi)用降低較大,因此,利潤(rùn)率比傳統(tǒng)方法大幅度提高。

3 生產(chǎn)過(guò)程影響成紙質(zhì)量的主要因素及解決辦法

(1)提高紙漿中闊葉木漿含量可獲得較好柔軟度,而棉稈纖維接近闊葉木纖維,棉稈漿通過(guò)高濃磨漿,適宜的打漿度,既保證了紙張的抗張強(qiáng)度,又使紙張獲得了較好的柔軟度。

(2)采用進(jìn)口的分子質(zhì)量800萬(wàn)的PEO作分散劑,加入量1.5 kg/t紙,明顯提高了紙張的勻度,進(jìn)一步改善紙張柔軟度和手感。

(3)將混合好的黏合劑和剝離劑以霧化形式直接噴放到烘缸表面形成黏附層,一方面對(duì)烘缸表面起保護(hù)作用,減少刮刀對(duì)缸面的磨損,另一方面起潤(rùn)滑和有助于剝離的作用,達(dá)到提高車速改善成紙手感和柔軟度的目的。影響剝離劑和黏合劑作用的因素為：① 烘缸表面的溫度直接影響剝離劑和黏合劑在烘缸表面的吸熱反應(yīng)速率,并對(duì)剝離劑和黏合劑形成的涂層的硬度影響較大。如烘缸表面溫度低,剝離劑和黏合劑在烘缸表面吸熱緩慢,形成的涂層比較軟,易被起皺刮刀刮起,造成刮刀與烘缸表面直接接觸傷及烘缸表面,同時(shí)增加刮刀的磨損；如烘缸表面溫度高,剝離劑和黏合劑在烘缸表面吸熱反應(yīng)加快,但這樣形成的涂層容易變硬,令紙張皺紋粗大。因此,必須嚴(yán)格控制蒸汽的壓力,并保證烘缸里面的冷凝水是均勻排出。②剝離劑和黏合劑的溫度也會(huì)對(duì)剝離作用產(chǎn)生一定的影響,控制在50～70℃,超出此范圍,吸熱反應(yīng)會(huì)出現(xiàn)反應(yīng)緩慢或反應(yīng)過(guò)快,結(jié)果令烘缸表面的紙張出現(xiàn)飄缸或塞刀現(xiàn)象。③原紙橫幅水分的分布，由于剝離劑和黏合劑是吸熱反應(yīng),因此,若紙張橫幅水分不均勻,將會(huì)影響烘缸表面的溫度,部分涂層因紙張水分高而變軟,而易被刮刀刮去,使形成的涂層橫幅分布不均勻,出現(xiàn)“車道”,嚴(yán)重影響原紙橫幅皺紋分布均勻及原紙的卷曲平整情況。若紙張水分分布均勻,形成的涂層將會(huì)均勻分布在烘缸表面。紙張的橫幅水分均勻分布通常受到紙張橫幅定量波動(dòng)和毛毯橫幅脫水情況的影響。④進(jìn)烘缸紙張水分65%左右,起皺時(shí)紙張水分6%～7%；紙張進(jìn)烘缸水分和起皺時(shí)的水分,前者和紙張與烘缸的黏附力有關(guān)系,而后者對(duì)成紙的手感和結(jié)構(gòu)影響較大。紙張與烘缸的黏附力,對(duì)高速的衛(wèi)生紙機(jī)影響尤為重要。⑤揚(yáng)克式烘缸是衛(wèi)生紙機(jī)的核心設(shè)備,起皺率是決定紙張松厚度和伸長(zhǎng)率的重要因素。為了使起皺率達(dá)到最佳值,剝離劑和黏合劑必須具有可控制和可預(yù)測(cè)的黏缸性和脫缸性,這是很重要的。在烘缸罩和揚(yáng)克式烘缸之間的蒸汽壓力和干燥速率對(duì)衛(wèi)生紙的柔軟度也有影響。

(4)生活用紙對(duì)吸液性能要求較高,吸液性主要是由纖維之間的毛細(xì)管效應(yīng)決定。毛細(xì)管效應(yīng)越強(qiáng),吸收性能越好,毛細(xì)管效應(yīng)主要取決于纖維本身的性質(zhì),漿料的處理程度等。棉稈漿的吸收性能大于廢紙漿和草漿,紙張的吸收性隨打漿度的提高而降低,高硬度漿料由于保留較多的木素使成紙疏松多孔毛細(xì)管效應(yīng)增強(qiáng),從而吸液性較好。

4 結(jié) 語(yǔ)

棉稈用傳統(tǒng)的方法蒸煮漂白,紙漿白度低,這是一直以來(lái)棉稈不能成功應(yīng)用于造紙的主要原因之一。而近年來(lái)本色生活用紙受到人們的青睞,石河子市國(guó)力源環(huán)保制漿有限公司利用農(nóng)業(yè)廢棄物棉稈,采用生物氧化機(jī)械法生產(chǎn)本色棉稈漿,制漿過(guò)程無(wú)堿無(wú)氯,紙漿得率較傳統(tǒng)方法大幅度提高,水電汽消耗較低,制得的本色漿強(qiáng)度好,成本低。制漿造紙過(guò)程的廢水在各工序自循環(huán),無(wú)廢水排放,在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了一個(gè)突破。并以棉稈纖維類似闊葉木纖維的特性,及高濃磨漿技術(shù)保留半纖維素、木素的特點(diǎn)為基礎(chǔ),再通過(guò)加入分散劑、烘缸表面噴涂剝離劑和黏合劑等操作,生產(chǎn)的擦手紙吸水性好,強(qiáng)度較好,紙張不掉毛,適應(yīng)市場(chǎng)的需求。

[1] XUE Run-lin.Cotton Linter Cleaner Pulping Process[J].China Pulp & Paper, 2014, 33(7)： 72． 薛潤(rùn)林.棉短絨濕法除雜清潔制漿工藝[J].中國(guó)造紙, 2014, 33(7)： 72．

(責(zé)任編輯：馬 忻)

The Trial Production of Unbleached Paper Towel Using Bio-oxidation Mechanical Cotton Stalk Pulp

TENG Tie-sheng1DUAN Ai-qin2,*ZHANG Yue-ping1

(1.XinjiangNationalSourceInvestmentCo.,Ltd.,Shihezi,XinjiangUygurAutonomousRegion, 832000;2.ShiheziNationalSourceofEnvironmentalPulpCo.,Ltd.,Shihezi,XinjiangUygurAutonomousRegion, 832000)

Cotton stalk bio oxidation mechanical pulping and trial production of the unbleached paper towel using the pulp were introduced in this paper.The results indicated that, hemicelluloses and lignin were remained as much as possible during the bio- oxidation mechanical pulp-ing of cotton stalk, the pulping yield was high, and there were no alkali, chlorine and effluent discharge during pulping.Adding dispersant in wet end, and spraying surface stripping agent on the surface of dryers, the paper towel with high strength and good absorption was produced, water absorption was good.The consumptions of water, electricity and steam were relatively low.The green and environment friendly paper towel could meet the demand of market.

cotton stalk； bio-oxidation mechanical pulping; effluent discharge; paper towel

滕鐵生先生；主要從事生物氧化法制漿的工藝、設(shè)備、設(shè)計(jì)及原料等全面管理工作。

2017- 03- 16(修改稿)

TS721+,4；TS743+.3

A

10.11980/j.issn.0254- 508X.2017.05.014

*通信作者：段愛(ài)琴,高級(jí)工程師；主要從事生物氧化法化驗(yàn)及各項(xiàng)工藝管理制度的制定工作。