废纸制浆造纸新技术讲座

材料科学与化学工程学院 1 Tianjin University of Science 2.将废纸中砂、石、金属等重杂质及绳索、破布条、玻璃纸、塑 料薄膜等体积大的 杂质与纤维有效分离 ; 3.在 处理需要脱墨的废纸 时，还需在碎浆设备中加入一定量的脱 墨剂、生物制剂及化学药品、通汽加热等，以期达到 将纤维与油 墨分离 的目的。 材料科学与化学工程学院 16 Tianjin University of Science 高浓碎浆 : 12%-18%. 材料科学与化学工程学院 17 Tianjin University of Science 胶体颗粒 (Colloidal stickies)： 10nm100nm; 分子级颗粒 (Molecular dissolved) ： 10nm 胶黏物密度： 0.81.0g/m3 材料科学与化学工程学院 82 Tianjin University of Science & Technology Surface forces involved in wetting 材料科学与化学工程学院 83 Tianjin University of Science & Technology 五 . 热分散系统 热分散的目的 ：将胶黏物等杂质通过热力和机械力的处理 进一步分散成尺度非常小的粒子，或通过筛选的办法将其分离 掉，或将其作为填料存在于纸或纸板当中。 热溶物 (Hot melt adhesives)性质 ：在室温下通常以固体形 式存在，在 60-120C下软化，并且在酸或碱性条件下不溶于水 ，但溶于一些有机溶剂如二氯甲烷、甲苯等。 主要设备：热分散机 （双辊式、盘式） 六 . 纤维揉搓机 纤维揉搓机目的 ：将小尺度的胶黏物 进一步变为尺度更大 的固形物，以便后续的工艺如通过浮选的办法将其除去。 材料科学与化学工程学院 84 Tianjin University of Science & Technology 盘式分散机 (Disk disperger) 材料科学与化学工程学院 85 Tianjin University of Science & Technology Effect of determination of stickies on their reduction efficiency by laboratory screening 材料科学与化学工程学院 86 Tianjin University of Science & Technology 材料科学与化学工程学院 87 Tianjin University of Science & Technology 第二讲 废纸制浆新技术和新装备 第六章 废纸浆纤维分级新技术和新装备 在废纸制浆过程中，因废纸中纤维的种类、纤维特性存在一定 差异，将其分级处理可以更合理有效地对其加以回收利用。 一 .纤维分级 通过离心分离或筛选的手段来实现纤维分级。 二 .纤维分级设备： 纤维分级机、各种类型除渣器等。 材料科学与化学工程学院 88 Tianjin University of Science & Technology 思考题： 1.废纸筛选及胶黏物控制的主要方法 2.废纸浆纤维分级的主要方式有哪些？ 3.除渣器的分类方法？ 材料科学与化学工程学院 89 Tianjin University of Science & Technology 第二讲 废纸制浆新技术和新装备 第七章 废纸浆脱墨浮选新技术和新装备 废纸浆的脱墨过程主要包括 油墨从纤维上脱落 和 油墨颗粒与纤 维分离 两个过程。前者是在 水力碎浆机 中进行；后者可通过 浮选法 (10250m) 、洗涤法 ( 1030 m)、筛选法 ( 1mm)、离心净化 法 (一般 1001000m)实现。洗涤法在美国应用较多，浮选法在欧 洲应用较多。 一 .浮选脱墨的机理 浮选是根据溶液或悬浮液中各种物质具有不同的表面活性而设计 的一种界面分离技术。气液界面原来没有表面活性的物质，可通过加 入捕收剂（表面活性剂）而使其变得有表面活性。 材料科学与化学工程学院 90 Tianjin University of Science & Technology Fig.1 Deinking by flotation or washing 颗粒粘附于空气泡上的机理 材料科学与化学工程学院 91 Tianjin University of Science & Technology 气泡与颗粒作用分为三个阶段： 颗粒与气泡相互接近和碰撞； 颗粒在气泡表面粘附； 颗粒从气泡表面脱附。 颗粒粒度越小，脱附概率越小； 颗粒粒度越大，脱附概率越大。 高比重、大颗粒以及高紊流强度容易引起颗粒从气泡上脱落。 二 .浮选脱墨设备的发展 1955年世界上第一台商业用浮选脱墨槽在北美安装并投入使用。 1959年，欧洲安装了第一台浮选脱墨槽 Voith Paddle Cell 。 浮选脱墨槽所采用的充气装置主要有两大类： 压缩空气充气装置； 空气自吸式充气装置。 材料科学与化学工程学院 92 Tianjin University of Science & Technology 1970s开发的第一种不需搅拌 装置的 Swemac立式圆柱体浮 选槽示意图 1 进浆口 2 空气进口 3 良浆出口 4 浮渣出口 空气喷射器 2个 Swemac浮选 槽重叠布置 材料科学与化学工程学院 93 Tianjin University of Science & Technology Lamort立式双圆柱体浮选槽示意图 文丘里浆气混合器 部分良浆回流 材料科学与化学工程学院 94 Tianjin University of Science & Technology Lamort立式双圆柱体浮选槽作用示意图 材料科学与化学工程学院 95 Tianjin University of Science & Technology Voith Sulzer公司 Ecocell浮选槽总体结构示意图 材料科学与化学工程学院 96 Tianjin University of Science & Technology Voith Sulzer公司 Ecocell浮选槽作用示意图 材料科学与化学工程学院 97 Tianjin University of Science & Technology Schematic arrangement of the Ahlstrom flotation cell 材料科学与化学工程学院 98 Tianjin University of Science & Technology Cut-off view of the Ahlstrom flotation cell 材料科学与化学工程学院 99 Tianjin University of Science & Technology Shinhama Hi-Flo flotation cell 静态混合器 材料科学与化学工程学院 100 Tianjin University of Science & Technology Shinhama Hi-Flo flotation cell 材料科学与化学工程学院 101 Tianjin University of Science & Technology Schematic arrangement of the Comer CYBERCEL in 1996 材料科学与化学工程学院 102 Tianjin University of Science & Technology Deaeration cyclone with mechanical foam breaker 材料科学与化学工程学院 103 Tianjin University of Science & Technology 材料科学与化学工程学院 104 Tianjin University of Science & Technology 典型的浮选脱墨的操作工艺条件： 纸浆浓度： 0.81.5% 温度： 4070 C pH: 79 相对空气负荷： 300%（总空气体积流量 /纸浆体积流量） 个别达到 1000% 思考题： 1. 浮选脱墨的工作原理 2. 浮选脱墨设备的主要构成有哪些？ 材料科学与化学工程学院 105 Tianjin University of Science & Technology 第二讲 废纸制浆新技术和新装备 第八章 废纸浆漂白新技术 一 .废纸浆漂白的特点 1.废纸浆的组成 废纸浆料中含有各种机械浆纤维和化学浆纤维，另外还含有一 些在抄纸过程中加入的填料、染料和颜料；如未经过脱墨的废纸浆 中还含有印刷过程中附着在纤维表面上的油墨颗粒等杂质。随着印 刷和涂布技术的发展，废纸浆的化学特性变得更加复杂。 2.可用于漂白的废纸种类 主要有：新闻纸、杂志纸、混合办公用纸、白色帐本纸、着色 的帐本纸、未经涂布的书本等。 材料科学与化学工程学院 106 Tianjin University of Science & Technology 3.漂白剂种类 一般采用如下几种环境友好的漂白剂： 氧（ O） 臭氧（ Z） 过氧化氢（ P） 连二亚硫酸钠（ Y） 甲脒亚磺酸（ F） 这些漂白剂具有漂白效率高、环境污染低的优点。 二 .过氧化氢（ H2O2）漂白 过氧化氢在水溶液中可以离解成 H+和 HOO-。 反应如下方程式： H2O2 = H+ + HOO- 过氧化氢是一种弱酸，在碱性介质中，有利于 HOO-离子的生成。 过氧化氢的漂白作用，主要是 HOO-离子使木素的发色基团脱色。 材料科学与化学工程学院 107 Tianjin University of Science & Technology Reactions occurring during peroxide bleaching 共轭醛 材料科学与化学工程学院 108 Tianjin University of Science & Technology 过氧化氢加入点： 在碎浆机中添加 (During disintegration of the recovered paper in the pulper or drum pulper)。 一些纸厂在水里碎浆机中加入 0.5%-0.8%（对绝干浆） H2O2，补偿 NaOH与机械浆纤维反应而造成 的白度损失。 在贮浆塔（已碎解但尚未脱墨的纸浆）中添加 (When storing the disintegrated, nondeinked pulp in a storage tower)； 在脱墨后纸浆分散过程中添加 (With a dispersion stage, after a deinking stage )，处理温度 60-95 C。 在纸浆漂白后的处理工序终端添加 (As post-bleaching, at the end of the stock processing line)。处理条件：漂白塔中浆浓 15%、温 度 60 C、时间 1-3 hr。 材料科学与化学工程学院 109 Tianjin University of Science & Technology ERIC值 ： 1993年 Jordan和 Popson提出了一个分辨油墨颗粒和机械浆 纤维颜色对白度影响的方法。介绍了远红外区测得的反射率只 是油墨存在的一个函数，因此得出一个用 10-6表示有效残余油墨 浓度 （ Effective Residual Ink ConcentrationERIC 值） 。该值 不仅是油墨量的函数，还是其破碎程度的函数。 过洗浆 (Hyperwashing) 过洗处理是法国造纸技术中心 （ CTP） 自 1997年以来一直 广泛使用的方法，因为该法能提供诸如油墨分离程度、分离下 来的油墨重新沉积在纤维上等信息。过洗处理是在 100m筛网 上用大量的水 （ 约 80L） 洗涤浆料，直至洗涤滤液彻底澄清为止 。 材料科学与化学工程学院 110 Tianjin University of Science & Technology 碎浆过程中白度的变化 碎浆工艺条件：浆浓： 8%、温度： 40 C 、时间： 25min。 材料科学与化学工程学院 111 Tianjin University of Science & Technology 碎浆过程中 ERIC值的变化 碎浆工艺条件：浆浓： 8%、温度： 40 C 、时间： 25min。 材料科学与化学工程学院 112 Tianjin University of Science & Technology 在过氧化氢辅助漂白阶段 1）漂白方法 对于磨木浆和未漂纤维含量较高的纸浆，如：旧报纸。如 果其最终产品白度要求不太高，则通常是采用保留木素的漂白 化学试剂进行漂白，如： H2O2、 Na2S2O4。 这时可将脱墨与漂白作用结合在一起，也可以在浆料洗涤 后采用单段 H2O2或 Na2S2O4进一步漂白。 2）存放时间的影响 在使用旧报纸生产新闻纸时，由于高木素含量的旧报纸很 容易随时间的推移而返黄，故能使用新鲜废纸（即存放时间较 短）最好，这对过氧化氢的漂白效果是至关重要的。 材料科学与化学工程学院 113 Tianjin University of Science & Technology 旧报纸不同存放时间对纸浆漂白的影响 组成： 70%新闻纸 30%杂志纸 材料科学与化学工程学院 114 Tianjin University of Science & Technology 三 .氧（ O2）漂白 分子氧在 pH值的不同而生成过氧离子游离基（ O2-） 、过氧 氢根阴离子（ HOO-）、氢氧游离基（ HO）和过氧离子（ O2-）。 这些氧衍生的基团，在木素降解中起着重要的作用。 O2具有高的氧化电势，能减少浆中的尘埃含量和未漂带色纤 维的含量，能从废纸浆中有效脱除有色物质。 1.氧漂的作用 通过氧漂（氧用量 0.85%， NaOH和 Na2SiO3根据 pH值的需要 相应加入），白度增加值在 6%8%ISO，最高时可达 12%ISO。 2.不同品质办公废纸氧漂时的过氧化氢漂白 机械浆含量少， Kappa值为 1020的办公废纸 机械浆含量高， Kappa值在 3049的办公废纸 比较 差异 材料科学与化学工程学院 115 Tianjin University of Science & Technology Kilbagie工厂氧漂工艺流程 材料科学与化学工程学院 116 Tianjin University of Science & Technology 典型的中浓浆泵系统（ Ahlstrom） （ Typical MC Pump System） 材料科学与化学工程学院 117 Tianjin University of Science & Technology 中浓浆泵内部结构 除气管 湍流发生器 材料科学与化学工程学院 118 Tianjin University of Science & Technology 中浓混合器（ Ahltrom MC Mixer） 出浆口 材料科学与化学工程学院 119 Tianjin University of Science & Technology （ 1020Kappa） O2用量 =0.85%（ 对浆 ） （ 3049Kappa） O2用量 =0.85%（对浆） 低机浆含量试样 高机浆含量试样 材料科学与化学工程学院 120 Tianjin University of Science & Technology 3.氧用量对废纸浆白度的影响 1）低机械浆含量的办公废纸浆 ,O2漂加 H2O2漂白度提高值， 高于仅用 H2O2漂白； 2）只用 H2O2而不用 O2，工厂发现漂浆中有许多尘埃和棕色纤 维，生产实践表明：氧漂对于除尘埃、棕色和染色纤维的脱色十 分有效。 材料科学与化学工程学院 121 Tianjin University of Science & Technology 稀释螺旋进口处污染 物量 /mgkg-1 氧漂塔出口处污染 物量 /mgkg-1 去除率 /% 棕色、染色纤维 4550 216 90 可见尘埃 6570 319 95 次可见尘埃 11130 982 91 氧漂后污染物质去除率 材料科学与化学工程学院 122 Tianjin University of Science & Technology 4.氧漂对废纸浆 Kappa值的影响 废纸浆的 Kappa值与化学浆 Kappa值的概念是有所不同的。 化学浆 Kappa值是指化学浆中木素含量多少，而废纸浆的 Kappa 值则是指废纸浆中化学浆、机械浆残留木素与废纸浆中可被氧化 的污染物质之和。 漂后洗涤前的浆样测定表明： Kappa值通过氧漂会降低 4060%。 5.氧漂前后纸浆强度及有关特性的比较 材料科学与化学工程学院 123 Tianjin University of Science & Technology 氧漂前后纸浆性能比较 特性 氧漂段前 氧漂段后 特性 氧漂段前 氧漂段后 定量 /gm-2 65.1 66.8 耐破指数 /kPam2g-1 1.9 2.55 浆张密度 /gcm-3 0.623 0.616 Kappa值 10.4 5.2 加拿大游离度 /mL 375 335 机浆含量 /% （质量分析 TAPPI T- 401） 7.8 7.7抗张指数 /Nmg-1 30.4 36.1 撕裂指数 /mNm2g-1 10.5 10.5 注： 500转 PFI打浆 材料科学与化学工程学院 124 Tianjin University of Science & Technology 四 .臭氧（ O3）漂白 臭氧是一种非常强的氧化剂，其氧化电位为 2.07V，它能有效 脱除浆料中残留木素，消除废纸浆料由于棕色纤维引起的色斑， 并能破坏各种有机染料。 1.臭氧漂白过程中自由基的影响 臭氧漂白系统中重要反应物质是 O3和在碱性及过渡金属离子 催化产生的各种自由基。 如： O2-（超氧阴离子自由基）、 HO2（氢过氧自由基）、 O2 、 O3-（臭氧阴离子游离基）、 H2O2和 HO，以及 O3与木素反 应形成的有机自由基、有机过氧化物、含氧有机自由基和有机过 氧自由基。 材料科学与化学工程学院 125 Tianjin University of Science & Technology 2.臭氧漂白中自由基的控制 采用无机酸如草酸