蔗渣和桉木混合制漿的研究與探索

孫廷聰　段經(jīng)奎　張富華

摘要：通過對蔗渣和桉木混合制漿實驗研究，開發(fā)得率高、白度高、成漿性能好的混合漿的制備方法，并探索蔗渣的最佳混合比例及混合制漿生產(chǎn)工藝條件。結(jié)果表明， 當蔗渣混合比例低于20%時，混合漿黏度≥1050 cm3/g，白度≥87%，制漿得率48.2%，各項物理指標優(yōu)于我國漂白闊葉木漿的行業(yè)優(yōu)等產(chǎn)品標準（QB/T1678—2007）；從設備運行效率、制漿得率和成漿物理指標變化趨勢看，蔗渣混合比例控制在10%以內(nèi)為宜；將氧脫木素、ECF漂白等技術(shù)應用于蔗渣與桉木混合制漿，可以提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低污染物排放，實現(xiàn)清潔生產(chǎn)制漿。

關鍵詞：蔗渣；桉木；混合；清潔制漿

中圖分類號：TS74

文獻標識碼：A

DOI：1011980/jissn0254508X201802003

云南云景林紙股份有限公司（以下簡稱云景林紙）致力于林漿紙產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，2010年實施9 萬t技改項目，使紙漿生產(chǎn)規(guī)模達到20 萬t/a以上，年需纖維原料100 萬m3，規(guī)模擴大給原料供應帶來較大的壓力。因此，云景林紙積極開拓新原料，拓寬原料供應渠道，保障原料供給。景谷縣光熱水土條件優(yōu)越，比較適宜甘蔗生長，全縣種植甘蔗4667 hm2（7萬畝），年產(chǎn)甘蔗25 萬～27 萬t，制糖后產(chǎn)生56 萬t蔗渣（水分50%），主要作為廢棄物形成資源浪費。國內(nèi)大型制糖企業(yè)利用蔗渣生產(chǎn)蔗渣漿，用于生活用紙的生產(chǎn)。為此，云景林紙結(jié)合生產(chǎn)工藝情況，對蔗渣與桉木混合制漿進行研究和探索，開發(fā)混合漿制漿技術(shù)，以此不僅保障原料供應，而且還實現(xiàn)資源綜合利用，增加蔗農(nóng)收入，對當?shù)亓譂{紙產(chǎn)業(yè)與農(nóng)產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展和農(nóng)民增收致富具有極其重要的意義。

1實驗

11實驗原料

原材料為桉木片和蔗渣，桉木片取自云景林紙木片堆場，為外購木片，按纖維原料質(zhì)量驗收標準（Q/YLG04—2011）選取合格木片。蔗渣取自雙江糖廠，貯存約7個月，除髓率38%。蔗渣混合比例分別為：0、5%、10%、15%、20%、100%。化學藥品取自現(xiàn)有生產(chǎn)線。

12實驗方法

蒸煮、氧脫木素和EOP漂白在15 L電熱回轉(zhuǎn)蒸煮鍋內(nèi)進行，漂白采用D1EOPD2三段流程，D1、D2段漂白在水浴鍋中進行。化學藥品、紙漿質(zhì)量按國家標準方法進行檢測，采用Valley打漿機按標準方法打漿，抄造手抄片，定量60 g/m2，在恒溫恒濕室中測定漿的物理性能。云景林紙在多年的實驗研究與生產(chǎn)實踐中，已經(jīng)優(yōu)化出桉木制漿較為成熟和優(yōu)良的工藝技術(shù)。本實驗以桉木為主，蔗渣配用比例為5%～20%，因此，混合制漿的蒸煮、氧脫木素、漂白等工藝條件參照以往桉木漿制漿工藝條件制定，當實驗結(jié)果出現(xiàn)較大變動或異常時再進行細微調(diào)整。蔗渣制漿工藝條件參照文獻[1]制定。同時與以往生產(chǎn)用的桉木廣寧9號和JL121制漿工藝進行對比，以確定工藝的合理性。

2結(jié)果與討論

21蒸煮

根據(jù)已有的桉木制漿的實驗結(jié)果，將蒸煮工藝設定為：用堿量195%，溫度160℃；70～130℃升溫60 min，130℃放汽10 min，130～160℃升溫60 min，保溫90 min，液比1∶4；卡伯值控制目標[2]20±2。

蔗渣與桉木混合蒸煮制漿結(jié)果見表1和圖1。從表1和圖1的結(jié)果來看，桉木、桉木和蔗渣混合蒸煮制漿的卡伯值在180～182之間，制漿黏度≥1450 cm3/g，細漿得率都在52%以上，成漿性能好，制漿得率高，達到預期控制目標，與廣寧9號和JL121制漿相比，得率有所提高，制定的蒸煮工藝基本合適。與桉木制漿相比，蔗渣制漿得率較低，因此，隨著蔗渣比例的增多，制漿得率呈現(xiàn)下降的趨勢，蔗渣比例在10%以內(nèi)，得率下降在1%以內(nèi)，而蔗渣比例超過10%，則制漿得率下降超過1%。

從裝鍋情況看，由于蔗渣單位質(zhì)量的體積大，會使設備效率下降約30%，并且配用蔗渣后使蒸煮鍋內(nèi)液位偏低，為使蒸煮過程中藥液能與原料充分混合和滲透，將蒸煮液比調(diào)整為1∶45，因此，從制漿得率和設備運行效率考濾，混合比例控制在10%以內(nèi)為好。從蒸煮廢液檢測結(jié)果看，卡伯值偏低，pH值偏高，可以將用堿量調(diào)整為190%。從蔗渣蒸煮結(jié)果看，制漿得率達到預期目標，但是卡伯值偏高、殘堿和pH值偏低，說明現(xiàn)有工藝不合適，需提高用堿量和蒸煮溫度。從洗漿情況看，混合漿和蔗渣漿均比桉木漿難洗滌，主要是蔗渣漿濾水性能差，在大型生產(chǎn)中宜采用擠壓洗滌設備，提高洗漿質(zhì)量，并盡可能多的使蒸煮廢液送到堿回收車間回收熱、堿，實現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)和清潔生產(chǎn)。云景林紙2#紙漿生產(chǎn)線雙輥擠漿機可以滿足混合漿的洗滌要求。

22氧脫木素

氧脫木素是蒸煮的延伸，就是在溫和的條件下用氧氣深度脫除漿中木素，有效保護纖維少受降解和損傷，保證漿質(zhì)量，并減少漂白化學藥品用量，減少污染物產(chǎn)生量，有效保護生態(tài)環(huán)境，是制漿造紙清潔生產(chǎn)的關鍵。根據(jù)桉木制漿氧脫木素情況，桉木漿氧脫木素溫度在100℃情況下效果最好?？紤]到混合蔗渣蒸煮結(jié)果，將氧脫溫度調(diào)整為溫度95℃。因此，氧脫木素工藝設定為：漿濃10%；堿用量18%（蔗渣漿18%），氧氣壓力05 MPa，時間90 min，溫度95℃?？刂颇繕耍貉趺撃舅睾髉H值105～115，卡伯值10±2，氧脫木素實驗結(jié)果見表2。

從表2的結(jié)果來看，桉木漿及混合漿氧脫后紙漿黏度≥1290 cm3/g，紙漿卡伯值在112～116之間，使紙漿纖維質(zhì)量保持了較好的狀態(tài)，氧脫木素漿的得率≥973%，木素脫除率在32%～38%之間，氧脫得率高，木素去除率適中，廢液pH值在11～115之間，說明氧脫工藝比較適宜。但是與廣寧9號和JL121相比，桉木漿和混合漿氧脫木素去除率偏低，這主要是溫度下降的原因，因此，為了提高木素去除率，建議在蔗渣比例不超過10%時，氧脫木素溫度以100℃為宜。蔗渣漿的氧脫木素脫除率達到5580%，木素脫除率高，說明蔗渣中的木素比桉木中的更容易脫除。在實際生產(chǎn)中，氧脫木素洗滌液用來逆流洗滌蒸煮的紙漿，然后與蒸煮廢液一同送往堿回收車間，回收熱和堿，實現(xiàn)循環(huán)利用和清潔制漿。

圖2所示為蔗渣與桉木不同配比混合蒸煮和氧脫木素廢液中固形物變化的實驗結(jié)果。由圖2中氧脫木素段廢液中固形物的量來看，通過氧脫木素，桉木制漿和混合制漿可降低40～50 kg/t（風干漿）的污染負荷。云景林紙紙漿生產(chǎn)線擁有兩段氧脫木素工藝，木素去除率可以在此基礎上提高10%，進一步降低漂白負荷和污染物產(chǎn)生量，可以取得更好的清潔制漿效果。

23漂白

為提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低污染負荷，考慮到云景林紙生產(chǎn)工藝情況，采用ECF漂白技術(shù)，利用ClO2具有選擇性漂白的優(yōu)勢，保持纖維處于良好的狀態(tài)，提高紙漿得率和質(zhì)量。漂白采用D1EOPD2三段漂白流程?？刂颇繕耍喊锥取?5%以上，黏度≥850 cm3/g。

231D1段漂白

根據(jù)氧脫木素結(jié)果，參照以往桉木漿實驗情況，將D1段工藝設定為：ClO2用量10%，時間60 min，溫度70℃，漿濃10%，終點pH值3～4，D1段漂白實驗結(jié)果見表3。

從表3中可以看出，桉木漿及混合漿的白度均達到737%以上，紙漿黏度≥1170 cm3/g，得率≥959%，漂白廢液pH值為38～425，達到預期目標，說明漂劑用量和制定的工藝條件適宜。而在相同條件下，蔗渣漿白度僅為54%，而且漂白廢液中殘氯高，pH值偏高，說明蔗渣漿較難漂白。因此，隨蔗渣配用比例的增加，混合漿的黏度和得率呈現(xiàn)出略微下降的趨勢，但白度基本保持在同一水平，這主要是由于配用蔗渣的比例較少，故對白度影響較小。

232EOP段漂白

根據(jù)D1漂白結(jié)果，參照以往桉木漿堿氧漂白工藝，將EOP段工藝設定為：H2O2用量042%，氧氣壓力03 MPa，時間90 min，溫度90℃，漿濃10%，NaOH用量08%，終點pH值105～115。

由于蔗渣漿D1段漂后白度較低，故調(diào)整漂劑和堿用量：H2O2用量為052%， NaOH用量為10%。EOP段漂白實驗結(jié)果見表4。

從表4的實驗結(jié)果看出，通過EOP漂白后，桉木漿及混合漿的白度已達到82%以上，而且紙漿黏度≥1100 cm3/g，漂白得率≥988%，說明桉木漿及混合漿比較容易漂白，得率高，并且保持了良好的成漿性能。而蔗渣漿白度僅有69%，說明蔗渣漿較難漂白，而且得率低。從漂白廢液檢測結(jié)果看，pH值在控制范圍內(nèi)，桉木漿廢液中含有一定量殘余漂劑，在漂白桉木漿時漂劑用量可降低002%～005%。與廣寧9號和JL121相比，桉木漿白度基本與兩者持平，混合漿由于混入蔗渣漿而白度偏低，制定的工藝條件比較適宜。

233D2段漂白

根據(jù)堿氧漂白結(jié)果來看，將D2段工藝設定為：ClO2用量01%，漿濃10%，時間180 min，溫度80℃，控制目標pH值6～8、白度≥85%、黏度≥850 cm3/g，實驗結(jié)果見表5和圖3。

從表5漂白結(jié)果來看，D2段漂白后桉木漿及混合漿白度≥87%，黏度≥1050 cm3/g，漂白得率≥99%，達到預期目標。而蔗渣漿白度僅有80%，白度偏低，且黏度較低。從漂白廢液檢測結(jié)果來看，廢液pH值較高，達到6～8，但漂白廢液中仍有一定的漂劑量存在，說明漂白劑用量合適，制定的工藝條件適宜。

由圖3可以看出，從漂白整體情況看，桉木漿和混合漿的白度≥87%，黏度≥1050 cm3/g，漂白漿得率≥4819%，混合漿得率高，成漿性能好，白度高，采用ECF漂白工藝開發(fā)高白度混合漿是完全可以實現(xiàn)的。另外，漂白有效氯用量為377 kg/t風干漿，在預期控制范圍內(nèi)，制定的漂白工藝條件基本合理，僅需針對不同蔗渣配用比例進行微調(diào)和優(yōu)化即可。而蔗渣漿漂白總有效氯用量高達4243 kg/t風干漿，比混合漿高出473 kg//t風干漿，白度只有8012%。國內(nèi)研究表明，在常規(guī)D0EpD1漂白條件下[4]，有效氯用量達到5786 kg/t風干漿，白度801%，說明蔗渣漿難于漂白。蔗渣漿如果單獨制漿，白度低，產(chǎn)品質(zhì)量難于滿足市場需求。因此，開發(fā)蔗渣桉木混合漿是資源高效利用的途徑之一。

24纖維長度測定和物理性能

241纖維長度

表6所列為纖維長度測定結(jié)果，由表6可以看出，蔗渣漿與桉木漿同屬短纖維漿，在紙張中主要體現(xiàn)的是勻度和柔軟度。纖維平均長度在079～090 mm之間，盡管蔗渣漿纖維平均長度略高于桉木漿，但是由于混合漿中蔗渣的比例較小，因此，對纖維長度變化影響不大，對成紙?zhí)匦缘挠绊懮跷?。從纖維分布來看，隨著蔗渣配用比例的增加，纖維長度小于05 mm和大于120 mm的所占比例呈現(xiàn)增加趨勢，而長度05～08 mm纖維呈現(xiàn)下降趨勢，可能是隨甘蔗渣比例的增多，蔗渣中半纖維素、雜細胞降解，

242物理性能

圖4所示為相同打漿度下蔗渣與桉木不同配比混合制漿所得漂白漿對物理性能的影響。由圖4的物理性能檢測結(jié)果來看，桉木漿和混合漿各項指標優(yōu)于我國漂白闊葉木漿行業(yè)優(yōu)等產(chǎn)品標準（QB/T1678—2007），特別是有利于增加紙張的勻度，提高生活用紙的柔軟度和手感。當蔗渣配用量為10%以內(nèi)時，各項物理性能變化較小，當蔗渣配用量達到15%時，各項物理性能下降較為明顯，為保持紙漿的良好性能和產(chǎn)品的穩(wěn)定性，蔗渣配用量以10%以內(nèi)為宜。從物理性能檢測結(jié)果看，利用桉木與蔗渣混合制漿是可行的。

3結(jié)論

31通過對蔗渣與桉木混合制漿的實驗研究，當蔗渣配用比例低于20%時，混合漿黏度≥1050 cm3/g，白度≥87%，制漿得率482%，混合漿的各項物理性能優(yōu)于我國漂白闊葉木漿行業(yè)優(yōu)等產(chǎn)品標準（QB/T1678—2007），利用蔗渣和桉木混合制漿可以制備出白度高、得率高、成漿性能好的混合漿。

32從設備運行效率、制漿得率和成漿物理性能變化趨勢看，蔗渣配用比例控制在10%以內(nèi)為宜。

33將氧脫木素、ECF漂白等技術(shù)應用于蔗渣與桉木混合制漿過程中，可以提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低污染物排放，實現(xiàn)清潔生產(chǎn)制漿。

34最佳蔗渣和桉木混合清潔制漿工藝條件如下（蔗渣配用比例≤10%）：①蒸煮：堿用量190%～195%，液比1∶45，最高溫度160～162℃，25～70℃升溫時間30 min、70～130℃升溫時間60 min、130℃小放氣10 min、130～160℃升溫時間60 min，保溫時間90 min，控制目標卡伯值為18～20。

②氧脫木素：漿濃10%，堿用量17%，氧氣壓力05 MPa，時間90 min，溫度95℃?？刂颇繕耍?pH值105～115，卡伯值為10～12。

③漂白：漂白采用D1EOPD2三段漂，總有效氯用量377 kg/t風干漿，各段漂白工藝如下：D1段ClO2用量10%，時間60 min，溫度70℃，漿濃10%，終點pH值3～4；EOP段H2O2用量042%，氧氣壓力03 MPa，時間90 min，溫度90℃，漿濃10%，NaOH用量08%，終點pH值105～115；D2段ClO2用量01%，漿濃10%，時間150 min，溫度80℃?？刂颇繕藀H值6～8、白度≥85%、黏度≥850 cm3/g。

參考文獻

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（責任編輯：馬忻）