混合辦公廢紙精篩渣回收技術(shù)的研究

蘇振華 文 飚 張 羽 范述捷 彭 鋒

(1.中國制漿造紙研究院有限公司，北京，100102；2.制漿造紙國家工程實驗室，北京，100102；3.北京林業(yè)大學(xué)，北京，100083)

廢紙作為一種重要的再生資源，其回收利用具有良好的經(jīng)濟(jì)及社會效益，對環(huán)境保護(hù)和資源利用都具有十分重要的意義，是解決我國森林資源匱乏、造紙原料短缺的有效途徑之一。廢紙的回收利用早已是造紙業(yè)內(nèi)高度關(guān)注的問題，為提高廢紙的回收利用率，國家發(fā)布了一系列政策法規(guī)，如發(fā)改委發(fā)布的《造紙產(chǎn)業(yè)政策》提出擴(kuò)大廢紙回收利用、商務(wù)部發(fā)布的《再生資源管理辦法》、質(zhì)檢總局發(fā)布的《廢紙利用技術(shù)要求》等，廢紙回收利用量也在逐年增加。尤其是2000年以后，廢紙用量以每年300 萬t以上的速度增加，到2016年我國廢紙漿消耗量高達(dá)6329 萬t，占紙漿消耗總量的65%，遠(yuǎn)高于木漿(29%)及非木漿(6%)[1]。以廢紙為原料的產(chǎn)品有新聞紙、高強(qiáng)瓦楞原紙、箱紙板、涂布白紙板、印刷紙以及生活用紙，廢紙已成為我國造紙工業(yè)不可缺少的原料。

2017年底，環(huán)保部為貫徹國務(wù)院《禁止洋垃圾入境推進(jìn)固體廢物進(jìn)口管理制度改革實施方案》[2]對《禁止進(jìn)口固體廢物目錄》[3]和《限制進(jìn)口類可用作原料的固體廢物目錄》[3]進(jìn)行了調(diào)整和修訂，禁止進(jìn)口海關(guān)商品編號為4707900010及4707900090的廢紙，限制進(jìn)口海關(guān)商品編號4707100000、4707200000及4707300000的廢紙；同時《進(jìn)口可作原料的固體廢物環(huán)境保護(hù)控制標(biāo)準(zhǔn)》[4]正式發(fā)布，進(jìn)口廢紙中其他雜質(zhì)的比例由1.5%正式修訂為0.5%，并已于2018年3月1日開始實施。以上政策表明我國推進(jìn)固體廢物進(jìn)口管理制度改革的決心，但同時也會進(jìn)一步擴(kuò)大纖維原料的缺口，因此，提高廢紙的回收率的研究顯得更為重要。在廢紙制漿過程中，除渣會分離出大量的精篩渣，其中混合辦公廢紙(MOW)制漿過程中大約有占原料2%的精篩渣，這部分篩渣大部分為長纖維，纖維質(zhì)量很好，但是由于其富集了較多的膠黏物，難以回收利用，只能排出系統(tǒng)或者低值化利用。這不僅造成纖維原料的浪費(fèi)，而且造成固體廢棄物的污染問題及增加固體廢棄物的處理成本。雖然研究人員對廢紙制漿、脫墨性能進(jìn)行了大量的研究[5- 6]，但在MOW精篩渣回收方面還未見系統(tǒng)的研究。

本課題以MOW精篩渣為研究對象，采用高頻疏解對纖維與雜質(zhì)進(jìn)行有效分離，再經(jīng)浮選進(jìn)一步將雜質(zhì)分離出系統(tǒng)，對處理后紙漿中的大膠黏物含量、塵埃度、有效殘余油墨濃度(ERIC)及紙漿的抗張強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度、耐破強(qiáng)度等相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行了檢測，以評價其處理效果，以期為相關(guān)企業(yè)提供參考。

1 實 驗

1.1實驗原料

實驗所用的精篩渣取自某廢紙制漿企業(yè)MOW生產(chǎn)線，其性質(zhì)如表1所示。

1.2實驗儀器

HaarlaZRI高頻疏解機(jī)；HG SF3202-A75浮選脫墨槽；PTI 95568標(biāo)準(zhǔn)解離器；PTI RK- 3A全自動紙頁成型器；KRK 844890篩分儀；CE203-C Bauer篩分儀；Technidyne CTPC白度儀；DCP-NPY1200紙張耐破強(qiáng)度測定儀；DCP-KZ1000紙張和紙板抗張強(qiáng)度測定儀；PTI F53.98300愛利門道夫撕裂強(qiáng)度測定儀；PULMAC MasterScreen篩分儀；Apogee-Specscan2000膠黏物分析系統(tǒng)；分析天平(0.0001 g)；電熱鼓風(fēng)干燥器及馬弗爐等。

1.3實驗方法

MOW精篩渣經(jīng)高頻疏解后送浮選槽進(jìn)一步浮選處理，通過控制浮選時間控制不同的排渣率，對不同排渣率下的漿樣進(jìn)行取樣分析。亮度、有效殘余油墨濃度(ERIC)、大膠黏物含量、塵埃度、篩渣、灰分及篩分分別參考ISO 2470《Measurement of Diffuse Blue Reflectance Factor》、T567 om《Determination of effective residual ink concentration(ERIC) by infrared reflectance measurement》、T277 pm 《Macro stickies content in pulp: the “pick-up” method》、T563om《Equivalent Black Area(EBA) and count of visible dirt in pulp， paper and paperboard by image analysis》、T275《Screening of pulp(Somerville-type equipment)》、GB/T 742《造紙原料、紙漿、紙和紙板灰分的測定》及Tappi 233 cm《Fiber length of pulp by classification》進(jìn)行測試；紙漿物理強(qiáng)度參考T220sp- 10《Physical testing of pulp handsheets》進(jìn)行測定。

2 結(jié)果與討論

2.1大膠黏物的去除

MOW精篩渣回用的最大障礙就是膠黏物含量高，所以對膠黏物的控制最為關(guān)鍵。本課題分別對3批MOW精篩渣進(jìn)行高頻疏解，疏解后再氣浮，并通過調(diào)整不同的浮選時間來控制排渣率分別為9.1%、22.2%和32.7%。在不同排渣率下測定這3批MOW精篩渣在各個階段漿樣的大膠黏物含量，大膠黏物含量及面積分布分別見圖1和圖2。

表1 MOW制漿線精篩渣的性質(zhì)

注 R200表示過200目截留的精篩渣。

圖1 不同排渣率下漿樣的大膠黏物含量

圖2 不同處理階段漿樣的大膠黏物面積分布

由圖1可以看出，3批MOW精篩渣的大膠黏物含量高達(dá)18479 mm2/kg，經(jīng)高頻疏解后大膠黏物含量均降低39.3%左右，再經(jīng)進(jìn)一步浮選處理后，大膠黏物含量分別降低88.5%、89.5%及98.2%。結(jié)合圖2可知，精篩渣中面積大于0.8 mm2的大膠黏物含量高達(dá)11965 mm2/kg，大于0.4 mm2以上大膠黏物含量高達(dá)15852 mm2/kg，面積小于0.4 mm2的大膠黏物含量為2627 mm2/kg，經(jīng)高頻疏解后，面積大于0.8 mm2及大于0.4 mm2的大膠黏物含量分別降為922 mm2/kg及3837 mm2/kg，分別下降了92.3%及75.5%；而面積小于0.4 mm2的大膠黏物增加到7389 mm2/kg，增加了約181.3%。這表明高頻疏解機(jī)的髙剪切作用可以使大膠黏物有效地從纖維上剝離下來，并碎解為細(xì)小的膠黏物顆粒，使得面積大于0.8 mm2的大膠黏物含量大幅下降，而面積小于0.4 mm2的大膠黏物含量會大幅增加。

在后續(xù)浮選處理過程中，由于膠黏物的親油性，游離的大膠黏物會吸附微氣泡而上浮，隨浮渣被排出系統(tǒng)得以去除。其中面積大于0.8 mm2的大膠黏物的去除率均在95.7%以上，面積大于0.4 mm2的大膠黏物去除率均在94.0%以上，3批排渣率中面積小于0.4 mm2的大膠黏物去除率分別為41.5%、68.1%及87.6%。另外，可根據(jù)具體產(chǎn)品質(zhì)量的要求來調(diào)節(jié)排渣率，以控制漿料膠黏物的含量，并平衡產(chǎn)品質(zhì)量與精篩渣回收率。

2.2塵埃的去除

塵埃也是精篩渣回收利用需要解決的問題之一，對精篩渣經(jīng)高頻疏解及浮選處理后在不同排渣率下各個階段的漿樣進(jìn)行塵埃度測定，塵埃度及塵埃面積分布分別見圖3和圖4。

圖3 不同排渣率下漿樣的塵埃度

圖4 不同處理階段的漿樣塵埃面積分布

由圖3可以看出，3批MOW精篩渣的塵埃度均約為2000 mm2/m2，經(jīng)高頻疏解后，3批的精篩渣的塵埃度均降低38.6%左右，經(jīng)浮選處理后，當(dāng)排渣率分別為9.1%、22.2%及32.7%時，塵埃度分別降低71.3%、77.7%及80.8%。結(jié)合圖4可知，MOW精篩渣中大于0.1 mm2的塵埃度較高，占到總塵埃度的78.0%。經(jīng)高頻疏解后，大面積塵埃(≥0.1 mm2)的去除率可達(dá)49.3%～50.6%；這表明高頻疏解作用對大面積塵埃有很好的粉碎作用；同時，高頻疏解作用會增加小面積塵埃(<0.1 mm2)，增加幅度11.7%。浮選對塵埃有進(jìn)一步的去除作用，且對塵埃大小沒有明顯的選擇性，排渣率越高，塵埃的去除率越高，需根據(jù)原料及產(chǎn)品質(zhì)量的需要綜合評估。

圖5 不同排渣率下各階段漿樣的亮度圖6 不同排渣率下各階段漿樣的ERIC

2.3對亮度及ERIC的影響

在重點考察膠黏物及塵埃的同時，對3批MOW精篩渣經(jīng)高頻疏解及浮選處理后各階段漿樣的亮度及ERIC也進(jìn)行了測定，結(jié)果分別見圖5及圖6。

通常在浮選過程中，部分雜質(zhì)和填料會成為浮渣被排出系統(tǒng)，雜質(zhì)的排出有利于提高漿樣的亮度，但同時填料的排出又會降低漿樣的亮度。由圖5可以看出，MOW精篩渣的初始亮度為65.2%，經(jīng)高頻疏解后，漿樣的亮度稍有降低(由65.2%降低為64.5%)，而經(jīng)過浮選后回收漿樣的亮度又有所提高(由64.5%升高為66.3%)。從圖6可以看出，MOW精篩渣經(jīng)高頻疏解后，ERIC有微幅降低，可能與高頻疏解對油墨粒子分散作用有關(guān)；而經(jīng)后續(xù)的浮選處理，油墨粒子得到去除，當(dāng)排渣率分別為9.1%、22.2%及32.7%時，殘余油墨的去除率分別為49.3%、59.9%及61.2%。這表明高頻疏解作用一定程度上可將油墨粒子從纖維上剝離下來，在進(jìn)一步的浮選作用下得到分離，殘余油墨的去除隨浮選排渣率的升高而提高。

2.4對紙漿強(qiáng)度的影響

取以上3批MOW精篩渣回收過程中各階段的漿樣，參照ISO5269標(biāo)準(zhǔn)抄造手抄片，并在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件(濕度(50±2)%和溫度(23±1)℃)下，檢測其抗張強(qiáng)度、撕裂度及耐破度，以評估采用高頻疏解和浮選相結(jié)合的方式從MOW精篩渣中回收良漿的質(zhì)量，檢測結(jié)果見圖7、圖8及圖9。

從圖7可以看出，MOW精篩渣經(jīng)高頻疏解后，抗張指數(shù)分別由原來的31.4、31.9、31.4 N·m/g增加到37.2、38.3、37.2 N·m/g，增幅為18.3%～20.3%；經(jīng)浮選后達(dá)到37.7、39.3、38.6 N·m/g，增幅為20.2%～23.5%。從圖8可以看出，MOW精篩渣的撕裂指數(shù)均為9.18 mN·m2/g，經(jīng)高頻疏解后，3批漿樣的撕裂指數(shù)分別增加到9.40、9.30、9.44 mN·m2/g，變化不大；再經(jīng)浮選后，撕裂指數(shù)分別增加到9.68、9.78、9.52 mN·m2/g，增幅在5%左右。從圖9可以看出，MOW精篩渣經(jīng)高頻疏解后，漿樣的耐破指數(shù)分別由原來的1.9、2.0、1.9 kPa·m2/g增加到2.5、2.6、2.5 kPa·m2/g，增幅為29.3%～32.3%；再經(jīng)浮選后變化并不明顯。這表明高頻疏解不僅作用于膠黏物和塵埃，其對纖維也有較強(qiáng)的機(jī)械作用，使纖維發(fā)生分絲帚化而使更多的氫鍵暴露出來而增加纖維間的相互結(jié)合，從而對漿樣抗張強(qiáng)度、耐破度均有顯著改善；后續(xù)浮選對雜質(zhì)的去除，可增強(qiáng)纖維與纖維間的結(jié)合，對細(xì)小纖維的去除，又會一定程度上影響紙張強(qiáng)度，不同排渣率(9.1%、22.2%、32.7%)對紙張物理強(qiáng)度的影響并不顯著。

圖7 不同排渣率下各階段漿樣的抗張指數(shù)圖8 不同排渣率下各階段漿樣的撕裂指數(shù)圖9 不同排渣率下各階段漿樣的耐破指數(shù)

為驗證高頻疏解對纖維的作用，進(jìn)一步對實驗各階段的漿樣進(jìn)行篩分實驗，結(jié)果見圖10。由圖10可以看出，經(jīng)高頻疏解作用后纖維束、碎片等得到充分解離，R16和R30組分有微幅下降，R100和P200有微幅增加，經(jīng)浮選處理后，填料細(xì)小纖維等組分被分離出系統(tǒng)，使得漿料中R16、R30、R100有不同程度的升高。高頻疏解對精篩渣各組分均有較強(qiáng)的機(jī)械作用，使纖維發(fā)生分絲帚化，使得抗張強(qiáng)度及耐破度有所上升；后續(xù)浮選可去除雜質(zhì)，進(jìn)一步增強(qiáng)纖維間的結(jié)合。而撕裂度是撕裂紙張所作的功，撕裂時需把纖維從樣品中拉出來，或把纖維撕斷，通常撕裂度隨纖維長度的增加而增加，輕微的打漿作用也會使撕裂度增加。此外，空隙率的減小(填料的去除)又會降低撕裂度，因此由于各種作用相互抵消，使得整個疏解、浮選過程中撕裂度沒有明顯變化；總之，高頻疏解結(jié)合浮選從MOW精篩渣中回收紙漿纖維可提高紙張的抗張強(qiáng)度及耐破度，而對撕裂度的改善效果不明顯。

圖10 不同處理階段漿樣的篩分結(jié)果

3 結(jié) 論

3.1高頻疏解可將MOW精篩渣中大膠黏物從纖維上剝離并碎解，對大面積(≥0.8 mm2)的大膠黏物有顯著的去除效果，去除率可達(dá)92.3%左右，但同時會大幅增加小面積(<0.4 mm2)的大膠黏物含量，增幅高達(dá)181.3%。后續(xù)浮選可進(jìn)一步將游離的大膠黏物分離排出系統(tǒng)。當(dāng)浮選后漿樣的排渣率分別為9.1%、22.2%及32.7%時，大膠黏物去除率分別可達(dá)88.5%、89.5%及98.2%。

3.2高頻疏解可以粉碎精篩渣中的大面積塵埃，對大面積塵埃(≥0.1 mm2)有很好的去除效果，去除率可達(dá)49.3%～50.6%；同時，高頻疏解作用會增加小面積塵埃(<0.1 mm2)的含量，但增幅在11.7%以內(nèi)，浮選對塵埃有進(jìn)一步的去除作用，且對塵埃大小沒有明顯的選擇性，當(dāng)浮選后漿樣的排渣率分別為9.1%、22.2%及32.7%時，塵埃度可分別降低71.3%、77.7%及80.8%。

3.3高頻疏解對紙漿亮度的影響不大；高頻疏解在一定程度上可將油墨粒子從纖維上剝離分散，并在后續(xù)的浮選作用下進(jìn)一步分離出去，最終的殘余油墨去除率可達(dá)49.3%以上。

3.4采用高頻疏解結(jié)合浮選從MOW精篩渣中回收良漿的技術(shù)，可提高回收良漿的抗張指數(shù)及耐破指數(shù)，分別提升20.2%～23.5%及29.3%～32.3%；而對撕裂指數(shù)的提升效果并不明顯。