废纸浮选脱墨

PAGEPAGE9废纸浮选脱墨张进（武汉科技大学资源与环境工程学院，湖北武汉，430081）摘要本文较全面的分析了我国废纸回收利用的现状及意义，废纸制纸浆作为废纸回收利用的主要途径，而浮选脱墨又是制纸浆工艺的关键环节，就其脱墨效果的好坏，给出了具体的评价指标，对后续脱墨污泥的处理也给出了相应的指导意见。关键词废纸回收制浆浮选脱墨脱墨污泥随着环境保护和可持续发展观念日益深入人心，废弃物资源化引起了人们越来越多的关注，这也在很大程度上影响着科研技术的研究方向。而废纸回收利用在减少污染、节约原生纤维资源及能源等方面能产生巨大的经济效益和社会效益，是实现造纸工业可持续发展以及社会可持续发展的一个非常重要的方面。1废纸回收的意义及现状1.1废纸回收的意义[1]由于我国森林资源和水资源短缺，以及国内废纸在质量、品种、货源、回收方式、处理技术等各方面与国外废纸相比皆难以具有竞争优势等，导致我国要进口大量纸、纸板、纸浆和废纸，约占我国纸和纸板消费量的60%。我国进口废纸占世界可供出口总量的1/3，美国废纸出口总量的50%以上。严重依赖进口废纸，对中国造纸企业造成了巨大影响。中国在废纸国际贸易中基本处于劣势地位，缺乏讨价还价能力，抗风险系数较小。一旦世界各大废纸出口国趁机炒作废纸出口价格，势必将对我国造纸行业产生巨大冲击，造成我国造纸生产成本较高，削减我国造纸企业国际竞争力。且废纸安全和卫生状况远不及一般商品，因此对废纸的检疫较其他商品检疫成本会高许多。若国内对进口废纸的需求量继续大幅上升，一旦世界废纸价格暴涨到企业难以承受或世界发生突发事件从而影响废纸的正常运输时，对中国造纸工业所产生的后果将十分严重，大量依赖进口废纸，成为中国造纸工业发展的瓶颈。要减少对进口原料的依赖，必须努力提高国内木浆产量及废纸回收量和利用率。1.2废纸回收的现状[2]表1和图1分别是我国2001~2007年废纸回收利用统计以及废纸进口量情况。从表1和图1中可以看出：我国废纸回收率较低，尽管国内2007年废纸的回收率较2001年上升到37.9%我国的废纸，但仍低于47.7%的世界平均水平，更远低于发达国家70%左右的水平；对进口废纸的依赖性程度高。其次，尚未建立统一的废纸回收分类质量标准和检查测试方法，废纸回收利用产业化水平低。这些都是我国亟待解决的问题。我国废纸回收尚处于民间自发、小规模经营阶段，无论在质量、品种、货源、回收方式、处理技术等各方面都与进口废纸相比难以具有竞争优势等，导致我国较严重依赖进口废纸。不同种类的废纸油墨量、胶粘物含量等指标相差很大，劣质废纸会降低优质废纸使用价值，降低废纸整体质量。国内废纸质量差也是我国造纸行业偏依赖于进口废纸的主要原因之一。图12001~2007年我国废纸进口量情况Fig.1WastepaperimportsinChinafrom2001to2007表12001~2007年我国废纸回收利用统计Table1WastepaperrecyclinginChinafrom2001to2007instatistics所以综上所述，提高我国废纸回收率，建立统一的废纸回收分类质量标准和检查测试方法，提高废纸回收利用产业化水平，降低我国废纸对进口的依赖程度，是我们今后关注和研究的方向。2废纸的回收利用[3]近年来，世界各国为了提高废纸的利用率，探索出了不少废纸的利用途径，值得我们借鉴。1)制造再生纸这是利用废纸最广泛的途径，不仅可以用来制造再生包装纸，而且用来制造再生新闻纸。其具体过程为：根据油墨种类，选用脱墨技术；将纸纤维与皂系脱墨剂送入由两个室组成的脱油墨室，使油墨和杂质随泡沫浮至表面，用吸出装置吸走；将净化的纤维浆浓缩到15%，通过加热，是使纤维浆成膨状态；还可进行漂白，以赋予再生纸光泽感；最后将高浓度纸浆送入造纸设备，即可制成与新纸白度一样的再生纸。2)生产酚醛树脂日本王子造纸公司研究成功将废纸溶于苯酚中，用来生产酚醛树脂的新技术。因苯酚与低分子量的纤维素和半纤维素相结合，故制成的酚醛树脂强度比用苯酚和乙醛为原料所制成的产品强度高，热变形温度比以往的酚醛树脂高10℃。在生产中，旧报纸及办公用废纸均可作原料，但使用办公用废纸为原料成本低，仅为使用旧报纸的一半。3)制作家庭用具在新加坡等地，人们利用旧报纸旧书刊等废纸原料，卷成圆形细长棍，外裹塑胶纸，手工编织地毯、坐垫、提包、猫窝、门帘，甚至茶几、躺床等家庭用具。在制作时，可根据各种家庭用具的不同造型，卷编出不同的图案，再饰以色彩，使制作出来的家庭用具既实用，又美观。4)压制胶合硬纸板前捷克斯洛伐克的科技人员，在温度为80℃的条件下，采用五层废纸和合成树脂，共同压制成一种胶合硬纸板，其抗压强度比普通纸板高两倍以上。用这种胶合硬纸板制成的包装箱，能使用钉子和螺丝钉，并能安装轴承滚轮，其牢固性几乎和用胶合板制成的包装箱一样。5)模压沥青瓦愣板印度中央建筑研究院的科技人员，利用废纸、棉纱头、椰子纤维和沥青等为原料，模压出新型建筑材料沥青瓦楞板。用这种沥青瓦楞板盖房屋，隔热性能好，不透水，轻便，成本低，还具有不易燃烧。而制造再生纸是利用废纸最广泛的途径。废纸制纸浆会因废纸种类的不同而略有不同，但是一般都会包含以下几个步骤：废纸碎解净化筛选脱墨洗涤复选热分散漂白.而整个工艺的关键是浮选脱墨，决定最后纸质质量。图2一个典型的浮选脱墨制浆厂工艺流程图[4]Table2Atypicalflotationdeinkingpulpplantprocessflowdiagram3废纸油墨浮选回收3.1废纸及油墨的分类组成[5]不同纸种所用油墨成分不尽相同，因此确定脱墨工艺、脱墨剂配方等应根据废纸不同类型进行选择。一般来说要达到良好的脱墨效果须对废纸进行挑选分类，然后按不同类别的印刷废纸制定相应的脱墨配方和脱墨工艺，从而获得高质量的脱墨浆供应造纸。3.2油墨浮选废纸脱墨原理：使用脱墨药剂降低废纸上印刷油墨的表面张力，从而产生润湿，渗透，乳化，分散等多种作用，这些作用的综合效果就使得油墨从纸上面脱离下来。脱墨的目的：使废纸纤维恢复甚至超过原来的白度，净化度，原纤维的柔软性以及其他特性，从而使纸浆具有更好的抄纸性能，并达到所要求的产品指标，保证产品质量。脱墨工艺一般分三个步骤：1）疏解分离纤维；2）使油墨从纤维上分离；3）将油墨从纤维悬浮液中除去。要使油墨从纤维上脱离下来，最关键的是脱墨剂的使用。而脱墨剂的分类简要如下[6]：1.按成分分：无机化合物脱墨剂（e.g.碳酸钠，氢氧化钠，磷酸盐）：有机化合物脱墨剂，主要是表面活性剂，分阴离子型（e.g.高级脂肪酸皂）和非离子型（e.g.聚氧乙烯烷基醚）2.按脱墨介质的pH值分：碱性，酸性，中性脱墨剂3.按脱墨方法分：洗涤法脱墨剂和浮选法脱墨剂根据油墨的组分，选择相应的脱墨剂或者几种脱墨剂联合使用，效果更佳。随着市场对脱墨剂要求的提高，开发新型高效的复配脱墨剂，非离子型脱墨剂和生物酶脱墨剂是发展的趋势。3.3浮选脱墨设备及工艺指标[7]碎浆一般是由水力碎浆机进行，废纸和纸板在转子叶片的机械作用和水力剪切作用下被解离，对质量，体积大的杂质和纤维进行有效分离，杂质由渣口排出，粗浆通过筛板由浆泵抽出送入高浓除砂器除砂。与矿物浮选相比，脱墨浮选要年轻很，因此，其浮选设备工艺及原理皆来源于矿物浮选，浮选机的开发更是如此。由早期的机械搅拌浮选机到后来的静态混合浮选机，高压静态混合浮选机，脱墨浮选柱，气体射流旋流器等等，发展迅速。对浮选脱墨技术而言，应该从碎浆及浮选两方面来综合评价脱墨剂的脱墨性能。碎浆是废纸处理的第一步，其目的是最大限度地保持纤维的原有强度，在尽可能不改变各种杂质形状的前提下，使油墨从纤维上有效剥离。通常以碎浆处理后浆料(简称碎后浆)的结合残余油墨浓度(ERIC结)、过洗涤白度、总有效残余油墨浓度(ERIC总)来评价其碎浆效果。结合有效残余油墨浓度(ERIC结)值反映结合在纤维上仍未被剥离的油墨浓度。ERIC结越小，说明油墨从纤维上剥离的效果越好。脱墨浆的过洗涤白度反映了浆料的白度，它排除了浆料中油墨、填料等物质对浆料白度的影响。在相同碎浆条件下，碎后浆的过洗涤白度越高，说明油墨从纤维上剥离得越多。总有效残余油墨浓度(ERIC总)主要包括脱墨浆中已剥离的游离油墨和仍附着在纤维上的结合油墨。ERIC总的高低与油墨量的多少和油墨粒子大小有关，油墨量越多，ERIC总越大。在油墨量一定的条件下，ERIC总越高，说明浆料中的油墨粒子越小。浮选脱墨与洗涤脱墨不同，浮选脱墨油墨粒子相对较小，有利于洗涤脱墨；而在浮选脱墨工艺中，游离油墨粒子相对较大，才能从浆料中较好地分离，且脱墨生产车间白水中的细小油墨含量较少，有利于白水回用。所以在废纸配比一定的情况下，碎后浆的ERIC总越小越好。浮选是利用不同颗粒表面物理化学特性的不同而对其进行分离。在浮选过程中，憎水性颗粒或用表面活性剂使亲水性转变成憎水性的颗粒吸附在纸浆悬浮液中的空气泡上，向上浮动再与纸浆分离。脱墨浆的浮选效果常以浮选白度增值、浮选油墨去除率、浮选渣浆流失多少来评价。浮选白度增值指浮选良浆白度与进浆白度的差值。白度增值越高，说明浮选效果越好。一般来说，浮选时油墨捕集性越好，油墨脱除率越大，白度增值也越高。浮选渣浆固含量过高，势必导致得率偏低，尤其是其中的纤维含量较多时，纤维的大量流失会增加生产成本。浮选时，泡沫太小，泡沫量过多，易使纤维被空气泡带走，流失增大。在实际生产中，如泡沫的消泡时间较长，不仅会使浮选槽的泡沫溢流状况不好，导致部分油墨重新进入浆料，降低浮选效果，而且会导致浮选油墨槽常处于溢流状态，增大车间地沟流失，影响车间生产环境。4脱墨污泥的处理[8]废纸脱墨会产生很多脱墨污泥，为了避免二次污染，占用大量的土地以及可利用化资源的浪费，对脱墨污泥进行处理是很有必要的。脱墨污泥的成分，主要来自纸中的填料和涂料，细小纤维及大部分的油墨粒子。脱墨污泥的成分分析如表3.从表中可以看出，脱墨绝干污泥中Ca和Al的含量较高，两者主要来源于造纸过程的填料，C和H主要来源于污泥中的纤维。其灰分中Ca和O含量较高，还含有一定含量的重金属元素，可在土壤中造成积累和污染。而脱墨污泥的利用途径主要如下：1）利用脱墨污泥生产造纸用填料和涂布颜料脱墨污泥主要成分是瓷土和碳酸钙，它们都是无机颜料，如果回收后纯度很高，可以回用作造纸的填料或涂布颜料，这是一条很理想的利用脱墨污泥的途径。根据污泥的成分分析，除了瓷土和碳酸钙外，还有细小纤维和粗渣，这是可以燃烧的有机物；许多油墨粒子也是可以燃烧的，因此，利用燃烧或煅烧的方法，除去有机物后，留下来的应当就是不能燃烧的无机颜料。2）利用脱墨污泥生产高质量建筑板丹麦FuIICirdeproducts公司开发了脱墨污泥制高质量建筑板的方法，直接用于建筑和装修工业，在这个过程中不需要用胶粘剂，水泥或任何有害助剂，车间没有固体废料，所有边角料，砂磨残余物料等均在生产中循环利用。建筑板应用后还可以回收，循环利用。3）利用脱墨污泥改良土壤英国Bridewater造纸公司早在20世纪90年代初已完成了脱墨污泥作为改良土壤组织结构、保水能力及提高土壤pH值的研究工作。4）填土这是最经济的一种方法，但需要用大面积的地方来堆放。一般来说，一个日产能力为250t的废纸脱墨工厂，以得率75计，每天要产生约70t的污泥。这些污泥按固形物40%计，每天要145m2的堆放面积（6m深）。在美国，堆放场所要向政府申请批准，批准后政府通常要求堆场周围要进行衬砌，建造沥滤液收集系统和地下水监测系统等。5)污泥的燃烧这是最好的处理方法，既可回收热量，又可减少堆放废弃物的面积。污泥燃烧后的灰如果准备填土的话，则必须对炉灰进行分析，看它是否有害。主要关心的是诸如汞、砷、铬这类金属在堆放场堆灰中的沥滤情况。如果证明这些灰是有害的，则这些灰的抛弃必须在政府指定的地点进行，通常费用要比较高；如分析结果证明是无害的，则这些灰可以按通常的废渣进行填土，或用来作为填加剂加在水泥，混凝土之中或作为道路建筑材料.5结语1.国废纸回收体系还不完善，回收利用率偏低，亟待新工艺，新脱墨剂的研发。作为二次纤维，有极大的开发利用价值，有很大的发展提升空间。2.解和浮选脱墨在废纸制纸浆中起到关键性的作用，它决定再造纸质的质量。3.墨污泥的合理处理还有待进一步研究，避免二次污染及资源的浪费。4.墨工艺分三步：1.疏解分离纤维；2.使油墨从纤维上分离；3.将油墨从纤维悬浮液中除去。5.浆的分散对脱墨影响很大，既要避免油墨重新沉积，又避免浮选时的夹带，所以加入分散剂和低浓度浮选是很重要的。6.解时保持碱性有利于皂化，增加纤维的膨胀、润湿，破坏油墨的连接料，使之加快脱墨反应。参考文献[1]孔洁,王桂荣,王燕蓬.我国废纸回收利用现状及发展前景分析[J].上海造纸,2009,01:55-59.[2]张琼,杨少辉.我国废纸回收利用与造纸工业可持续发展[J].造纸科学与技术,2007,02:30-33.[3]郝月,杨翔华,马