廢紙浮選脫墨

PAGEPAGE9廢紙浮選脫墨張進(jìn)（武漢科技大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，湖北武漢，430081）摘要本文較全面的分析了我國廢紙回收利用的現(xiàn)狀及意義，廢紙制紙漿作為廢紙回收利用的主要途徑，而浮選脫墨又是制紙漿工藝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，就其脫墨效果的好壞，給出了具體的評價(jià)指標(biāo)，對后續(xù)脫墨污泥的處理也給出了相應(yīng)的指導(dǎo)意見。關(guān)鍵詞廢紙回收制漿浮選脫墨脫墨污泥隨著環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展觀念日益深入人心，廢棄物資源化引起了人們越來越多的關(guān)注，這也在很大程度上影響著科研技術(shù)的研究方向。而廢紙回收利用在減少污染、節(jié)約原生纖維資源及能源等方面能產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，是實(shí)現(xiàn)造紙工業(yè)可持續(xù)發(fā)展以及社會可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)非常重要的方面。1廢紙回收的意義及現(xiàn)狀1.1廢紙回收的意義[1]由于我國森林資源和水資源短缺，以及國內(nèi)廢紙?jiān)谫|(zhì)量、品種、貨源、回收方式、處理技術(shù)等各方面與國外廢紙相比皆難以具有競爭優(yōu)勢等，導(dǎo)致我國要進(jìn)口大量紙、紙板、紙漿和廢紙，約占我國紙和紙板消費(fèi)量的60%。我國進(jìn)口廢紙占世界可供出口總量的1/3，美國廢紙出口總量的50%以上。嚴(yán)重依賴進(jìn)口廢紙，對中國造紙企業(yè)造成了巨大影響。中國在廢紙國際貿(mào)易中基本處于劣勢地位，缺乏討價(jià)還價(jià)能力，抗風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)較小。一旦世界各大廢紙出口國趁機(jī)炒作廢紙出口價(jià)格，勢必將對我國造紙行業(yè)產(chǎn)生巨大沖擊，造成我國造紙生產(chǎn)成本較高，削減我國造紙企業(yè)國際競爭力。且廢紙安全和衛(wèi)生狀況遠(yuǎn)不及一般商品，因此對廢紙的檢疫較其他商品檢疫成本會高許多。若國內(nèi)對進(jìn)口廢紙的需求量繼續(xù)大幅上升，一旦世界廢紙價(jià)格暴漲到企業(yè)難以承受或世界發(fā)生突發(fā)事件從而影響廢紙的正常運(yùn)輸時(shí)，對中國造紙工業(yè)所產(chǎn)生的后果將十分嚴(yán)重，大量依賴進(jìn)口廢紙，成為中國造紙工業(yè)發(fā)展的瓶頸。要減少對進(jìn)口原料的依賴，必須努力提高國內(nèi)木漿產(chǎn)量及廢紙回收量和利用率。1.2廢紙回收的現(xiàn)狀[2]表1和圖1分別是我國2001~2007年廢紙回收利用統(tǒng)計(jì)以及廢紙進(jìn)口量情況。從表1和圖1中可以看出：我國廢紙回收率較低，盡管國內(nèi)2007年廢紙的回收率較2001年上升到37.9%我國的廢紙，但仍低于47.7%的世界平均水平，更遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國家70%左右的水平；對進(jìn)口廢紙的依賴性程度高。其次，尚未建立統(tǒng)一的廢紙回收分類質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和檢查測試方法，廢紙回收利用產(chǎn)業(yè)化水平低。這些都是我國亟待解決的問題。我國廢紙回收尚處于民間自發(fā)、小規(guī)模經(jīng)營階段，無論在質(zhì)量、品種、貨源、回收方式、處理技術(shù)等各方面都與進(jìn)口廢紙相比難以具有競爭優(yōu)勢等，導(dǎo)致我國較嚴(yán)重依賴進(jìn)口廢紙。不同種類的廢紙油墨量、膠粘物含量等指標(biāo)相差很大，劣質(zhì)廢紙會降低優(yōu)質(zhì)廢紙使用價(jià)值，降低廢紙整體質(zhì)量。國內(nèi)廢紙質(zhì)量差也是我國造紙行業(yè)偏依賴于進(jìn)口廢紙的主要原因之一。圖12001~2007年我國廢紙進(jìn)口量情況Fig.1WastepaperimportsinChinafrom2001to2007表12001~2007年我國廢紙回收利用統(tǒng)計(jì)Table1WastepaperrecyclinginChinafrom2001to2007instatistics所以綜上所述，提高我國廢紙回收率，建立統(tǒng)一的廢紙回收分類質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和檢查測試方法，提高廢紙回收利用產(chǎn)業(yè)化水平，降低我國廢紙對進(jìn)口的依賴程度，是我們今后關(guān)注和研究的方向。2廢紙的回收利用[3]近年來，世界各國為了提高廢紙的利用率，探索出了不少廢紙的利用途徑，值得我們借鑒。1)制造再生紙這是利用廢紙最廣泛的途徑，不僅可以用來制造再生包裝紙，而且用來制造再生新聞紙。其具體過程為：根據(jù)油墨種類，選用脫墨技術(shù)；將紙纖維與皂系脫墨劑送入由兩個(gè)室組成的脫油墨室，使油墨和雜質(zhì)隨泡沫浮至表面，用吸出裝置吸走；將凈化的纖維漿濃縮到15%，通過加熱，是使纖維漿成膨狀態(tài)；還可進(jìn)行漂白，以賦予再生紙光澤感；最后將高濃度紙漿送入造紙?jiān)O(shè)備，即可制成與新紙白度一樣的再生紙。2)生產(chǎn)酚醛樹脂日本王子造紙公司研究成功將廢紙溶于苯酚中，用來生產(chǎn)酚醛樹脂的新技術(shù)。因苯酚與低分子量的纖維素和半纖維素相結(jié)合，故制成的酚醛樹脂強(qiáng)度比用苯酚和乙醛為原料所制成的產(chǎn)品強(qiáng)度高，熱變形溫度比以往的酚醛樹脂高10℃。在生產(chǎn)中，舊報(bào)紙及辦公用廢紙均可作原料，但使用辦公用廢紙為原料成本低，僅為使用舊報(bào)紙的一半。3)制作家庭用具在新加坡等地，人們利用舊報(bào)紙舊書刊等廢紙?jiān)?，卷成圓形細(xì)長棍，外裹塑膠紙，手工編織地毯、坐墊、提包、貓窩、門簾，甚至茶幾、躺床等家庭用具。在制作時(shí)，可根據(jù)各種家庭用具的不同造型，卷編出不同的圖案，再飾以色彩，使制作出來的家庭用具既實(shí)用，又美觀。4)壓制膠合硬紙板前捷克斯洛伐克的科技人員，在溫度為80℃的條件下，采用五層廢紙和合成樹脂，共同壓制成一種膠合硬紙板，其抗壓強(qiáng)度比普通紙板高兩倍以上。用這種膠合硬紙板制成的包裝箱，能使用釘子和螺絲釘，并能安裝軸承滾輪，其牢固性幾乎和用膠合板制成的包裝箱一樣。5)模壓瀝青瓦愣板印度中央建筑研究院的科技人員，利用廢紙、棉紗頭、椰子纖維和瀝青等為原料，模壓出新型建筑材料瀝青瓦楞板。用這種瀝青瓦楞板蓋房屋，隔熱性能好，不透水，輕便，成本低，還具有不易燃燒。而制造再生紙是利用廢紙最廣泛的途徑。廢紙制紙漿會因廢紙種類的不同而略有不同，但是一般都會包含以下幾個(gè)步驟：廢紙碎解凈化篩選脫墨洗滌復(fù)選熱分散漂白.而整個(gè)工藝的關(guān)鍵是浮選脫墨，決定最后紙質(zhì)質(zhì)量。圖2一個(gè)典型的浮選脫墨制漿廠工藝流程圖[4]Table2Atypicalflotationdeinkingpulpplantprocessflowdiagram3廢紙油墨浮選回收3.1廢紙及油墨的分類組成[5]不同紙種所用油墨成分不盡相同，因此確定脫墨工藝、脫墨劑配方等應(yīng)根據(jù)廢紙不同類型進(jìn)行選擇。一般來說要達(dá)到良好的脫墨效果須對廢紙進(jìn)行挑選分類，然后按不同類別的印刷廢紙制定相應(yīng)的脫墨配方和脫墨工藝，從而獲得高質(zhì)量的脫墨漿供應(yīng)造紙。3.2油墨浮選廢紙脫墨原理：使用脫墨藥劑降低廢紙上印刷油墨的表面張力，從而產(chǎn)生潤濕，滲透，乳化，分散等多種作用，這些作用的綜合效果就使得油墨從紙上面脫離下來。脫墨的目的：使廢紙纖維恢復(fù)甚至超過原來的白度，凈化度，原纖維的柔軟性以及其他特性，從而使紙漿具有更好的抄紙性能，并達(dá)到所要求的產(chǎn)品指標(biāo)，保證產(chǎn)品質(zhì)量。脫墨工藝一般分三個(gè)步驟：1）疏解分離纖維；2）使油墨從纖維上分離；3）將油墨從纖維懸浮液中除去。要使油墨從纖維上脫離下來，最關(guān)鍵的是脫墨劑的使用。而脫墨劑的分類簡要如下[6]：1.按成分分：無機(jī)化合物脫墨劑（e.g.碳酸鈉，氫氧化鈉，磷酸鹽）：有機(jī)化合物脫墨劑，主要是表面活性劑，分陰離子型（e.g.高級脂肪酸皂）和非離子型（e.g.聚氧乙烯烷基醚）2.按脫墨介質(zhì)的pH值分：堿性，酸性，中性脫墨劑3.按脫墨方法分：洗滌法脫墨劑和浮選法脫墨劑根據(jù)油墨的組分，選擇相應(yīng)的脫墨劑或者幾種脫墨劑聯(lián)合使用，效果更佳。隨著市場對脫墨劑要求的提高，開發(fā)新型高效的復(fù)配脫墨劑，非離子型脫墨劑和生物酶脫墨劑是發(fā)展的趨勢。3.3浮選脫墨設(shè)備及工藝指標(biāo)[7]碎漿一般是由水力碎漿機(jī)進(jìn)行，廢紙和紙板在轉(zhuǎn)子葉片的機(jī)械作用和水力剪切作用下被解離，對質(zhì)量，體積大的雜質(zhì)和纖維進(jìn)行有效分離，雜質(zhì)由渣口排出，粗漿通過篩板由漿泵抽出送入高濃除砂器除砂。與礦物浮選相比，脫墨浮選要年輕很，因此，其浮選設(shè)備工藝及原理皆來源于礦物浮選，浮選機(jī)的開發(fā)更是如此。由早期的機(jī)械攪拌浮選機(jī)到后來的靜態(tài)混合浮選機(jī)，高壓靜態(tài)混合浮選機(jī)，脫墨浮選柱，氣體射流旋流器等等，發(fā)展迅速。對浮選脫墨技術(shù)而言，應(yīng)該從碎漿及浮選兩方面來綜合評價(jià)脫墨劑的脫墨性能。碎漿是廢紙?zhí)幚淼牡谝徊?，其目的是最大限度地保持纖維的原有強(qiáng)度，在盡可能不改變各種雜質(zhì)形狀的前提下，使油墨從纖維上有效剝離。通常以碎漿處理后漿料(簡稱碎后漿)的結(jié)合殘余油墨濃度(ERIC結(jié))、過洗滌白度、總有效殘余油墨濃度(ERIC總)來評價(jià)其碎漿效果。結(jié)合有效殘余油墨濃度(ERIC結(jié))值反映結(jié)合在纖維上仍未被剝離的油墨濃度。ERIC結(jié)越小，說明油墨從纖維上剝離的效果越好。脫墨漿的過洗滌白度反映了漿料的白度，它排除了漿料中油墨、填料等物質(zhì)對漿料白度的影響。在相同碎漿條件下，碎后漿的過洗滌白度越高，說明油墨從纖維上剝離得越多?？傆行堄嘤湍珴舛?ERIC總)主要包括脫墨漿中已剝離的游離油墨和仍附著在纖維上的結(jié)合油墨。ERIC總的高低與油墨量的多少和油墨粒子大小有關(guān)，油墨量越多，ERIC總越大。在油墨量一定的條件下，ERIC總越高，說明漿料中的油墨粒子越小。浮選脫墨與洗滌脫墨不同，浮選脫墨油墨粒子相對較小，有利于洗滌脫墨；而在浮選脫墨工藝中，游離油墨粒子相對較大，才能從漿料中較好地分離，且脫墨生產(chǎn)車間白水中的細(xì)小油墨含量較少，有利于白水回用。所以在廢紙配比一定的情況下，碎后漿的ERIC總越小越好。浮選是利用不同顆粒表面物理化學(xué)特性的不同而對其進(jìn)行分離。在浮選過程中，憎水性顆粒或用表面活性劑使親水性轉(zhuǎn)變成憎水性的顆粒吸附在紙漿懸浮液中的空氣泡上，向上浮動再與紙漿分離。脫墨漿的浮選效果常以浮選白度增值、浮選油墨去除率、浮選渣漿流失多少來評價(jià)。浮選白度增值指浮選良漿白度與進(jìn)漿白度的差值。白度增值越高，說明浮選效果越好。一般來說，浮選時(shí)油墨捕集性越好，油墨脫除率越大，白度增值也越高。浮選渣漿固含量過高，勢必導(dǎo)致得率偏低，尤其是其中的纖維含量較多時(shí)，纖維的大量流失會增加生產(chǎn)成本。浮選時(shí)，泡沫太小，泡沫量過多，易使纖維被空氣泡帶走，流失增大。在實(shí)際生產(chǎn)中，如泡沫的消泡時(shí)間較長，不僅會使浮選槽的泡沫溢流狀況不好，導(dǎo)致部分油墨重新進(jìn)入漿料，降低浮選效果，而且會導(dǎo)致浮選油墨槽常處于溢流狀態(tài)，增大車間地溝流失，影響車間生產(chǎn)環(huán)境。4脫墨污泥的處理[8]廢紙脫墨會產(chǎn)生很多脫墨污泥，為了避免二次污染，占用大量的土地以及可利用化資源的浪費(fèi)，對脫墨污泥進(jìn)行處理是很有必要的。脫墨污泥的成分，主要來自紙中的填料和涂料，細(xì)小纖維及大部分的油墨粒子。脫墨污泥的成分分析如表3.從表中可以看出，脫墨絕干污泥中Ca和Al的含量較高，兩者主要來源于造紙過程的填料，C和H主要來源于污泥中的纖維。其灰分中Ca和O含量較高，還含有一定含量的重金屬元素，可在土壤中造成積累和污染。而脫墨污泥的利用途徑主要如下：1）利用脫墨污泥生產(chǎn)造紙用填料和涂布顏料脫墨污泥主要成分是瓷土和碳酸鈣，它們都是無機(jī)顏料，如果回收后純度很高，可以回用作造紙的填料或涂布顏料，這是一條很理想的利用脫墨污泥的途徑。根據(jù)污泥的成分分析，除了瓷土和碳酸鈣外，還有細(xì)小纖維和粗渣，這是可以燃燒的有機(jī)物；許多油墨粒子也是可以燃燒的，因此，利用燃燒或煅燒的方法，除去有機(jī)物后，留下來的應(yīng)當(dāng)就是不能燃燒的無機(jī)顏料。2）利用脫墨污泥生產(chǎn)高質(zhì)量建筑板丹麥FuIICirdeproducts公司開發(fā)了脫墨污泥制高質(zhì)量建筑板的方法，直接用于建筑和裝修工業(yè)，在這個(gè)過程中不需要用膠粘劑，水泥或任何有害助劑，車間沒有固體廢料，所有邊角料，砂磨殘余物料等均在生產(chǎn)中循環(huán)利用。建筑板應(yīng)用后還可以回收，循環(huán)利用。3）利用脫墨污泥改良土壤英國Bridewater造紙公司早在20世紀(jì)90年代初已完成了脫墨污泥作為改良土壤組織結(jié)構(gòu)、保水能力及提高土壤pH值的研究工作。4）填土這是最經(jīng)濟(jì)的一種方法，但需要用大面積的地方來堆放。一般來說，一個(gè)日產(chǎn)能力為250t的廢紙脫墨工廠，以得率75計(jì)，每天要產(chǎn)生約70t的污泥。這些污泥按固形物40%計(jì)，每天要145m2的堆放面積（6m深）。在美國，堆放場所要向政府申請批準(zhǔn)，批準(zhǔn)后政府通常要求堆場周圍要進(jìn)行襯砌，建造瀝濾液收集系統(tǒng)和地下水監(jiān)測系統(tǒng)等。5)污泥的燃燒這是最好的處理方法，既可回收熱量，又可減少堆放廢棄物的面積。污泥燃燒后的灰如果準(zhǔn)備填土的話，則必須對爐灰進(jìn)行分析，看它是否有害。主要關(guān)心的是諸如汞、砷、鉻這類金屬在堆放場堆灰中的瀝濾情況。如果證明這些灰是有害的，則這些灰的拋棄必須在政府指定的地點(diǎn)進(jìn)行，通常費(fèi)用要比較高；如分析結(jié)果證明是無害的，則這些灰可以按通常的廢渣進(jìn)行填土，或用來作為填加劑加在水泥，混凝土之中或作為道路建筑材料.5結(jié)語1.國廢紙回收體系還不完善，回收利用率偏低，亟待新工藝，新脫墨劑的研發(fā)。作為二次纖維，有極大的開發(fā)利用價(jià)值，有很大的發(fā)展提升空間。2.解和浮選脫墨在廢紙制紙漿中起到關(guān)鍵性的作用，它決定再造紙質(zhì)的質(zhì)量。3.墨污泥的合理處理還有待進(jìn)一步研究，避免二次污染及資源的浪費(fèi)。4.墨工藝分三步：1.疏解分離纖維；2.使油墨從纖維上分離；3.將油墨從纖維懸浮液中除去。5.漿的分散對脫墨影響很大，既要避免油墨重新沉積，又避免浮選時(shí)的夾帶，所以加入分散劑和低濃度浮選是很重要的。6.解時(shí)保持堿性有利于皂化，增加纖維的膨脹、潤濕，破壞油墨的連接料，使之加快脫墨反應(yīng)。參考文獻(xiàn)[1]孔潔,王桂榮,王燕蓬.我國廢紙回收利用現(xiàn)狀及發(fā)展前景分析[J].上海造紙,2009,01:55-59.[2]張瓊,楊少輝.我國廢紙回收利用與造紙工業(yè)可持續(xù)發(fā)展[J].造紙科學(xué)與技術(shù),2007,02:30-33.[3]郝月,楊翔華,馬