CN101613969B - 一种纸品浆料的成浆工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及制浆造纸技术，具体涉及含有纤维的秸秆类植物的制浆造纸技术，特别涉及一种纸品浆料的成浆工艺，它采用将预处理的原料连同碱性处理药剂通入密闭反应装置，在高温高压下反应并在反应过程中添加氧化剂的方法，实现了快速成浆，同时不再产生黑液，所产生的废液处理难度大大降低。采用这种生产工艺后，方便了蒸煮废水的后期处理和达标排放，减少了对于环境的污染，同时降低了高温蒸煮对于纤维的损伤提高了所得浆料的质量。

Description

一种纸品浆料的成浆工艺

技术领域

本发明涉及制浆造纸技术，具体涉及含有纤维的秸秆类植物的制浆造纸技术，特别涉及一种纸品浆料的成浆工艺。

背景技术

传统的造纸草浆生产工艺一般采用碱法或硫酸盐法化学制浆，其主要方法是将稻、麦草等纤维原料和碱法或硫酸盐蒸煮药液一起加入间歇蒸煮蒸球中，通入蒸汽、升温、放气，再升温、保温进行脱木素反应，从而制成稻、麦草浆，这种气相蒸煮方法蒸煮反应剧烈，多数采用热喷放，煮成的稻、麦草浆强度低，滤水性差，尤其是碱法制浆中稻、麦草浆的蒸煮黑液硅含量大，粘度高，致使所得浆液的质量不高，同时导致了稻、麦草浆黑液提取率低，黑液提取浓度低，因此碱回收率低且回收碱的成本高。严重的影响稻、麦草浆碱回收技术的实施。这种传统的蒸煮工艺，其排放黑液是形成目前我国工业废水主要污染源之一其治理是环保工作的重点，对草浆黑液的处理技术已成为世界公认的难题，特别是对于小型，甚至中型企业来说，由于治理环境污染投资大、运行费用高，以麦草为原料造纸，要生产盈利而又避免污染几乎不可能。近年来有6000-7000家小造纸厂因不能解决制浆废水污染而关闭，大量麦草等可用资源被废弃；由于经济利益驱动，仍然还有不少废水处理不达标的中、小纸厂没有关闭；一些花费巨额资金修建起来的治污工程由于运行费用高，仍然偷偷排放污水。目前全国约有30％以上的碱法化学浆产生的草浆黑液基本上未经任何处理，直接外排，约占总污染物发生量的80-90％。排放的黑色废液含有大量的污染物，对水体污染最为严重。

针对这一问题不少企业提供了采用酶催化剂的方法来改进这一技术，但是由于技术所限，仅能小量的降低污染，同时带来的是设备成本和生产成本的大幅提高，难以得到广泛的推广；同时由于大多数生产厂家使用的均是蒸球法的蒸煮制浆工艺，因此如何结合现有的生产设备，对生产工艺进行改进以达到环保和赢利的双赢是亟待解决的一个问题。

发明内容

针对现有制浆造纸工艺中成浆工艺存在的诸多不足，本发明提供了一种纸品浆料的成浆工艺，它采用将预处理的原料连同碱性处理药剂通入密闭反应装置，在高温高压下反应并在反应过程中添加强氧化剂的方法，实现了快速成浆，同时不再产生黑液，所产生的废液处理难度大大降低。采用这种生产工艺后，方便了蒸煮废水的后期处理和达标排放，减少了对于环境的污染，同时降低了高温蒸煮对于纤维的损伤提高了所得浆料的质量。

本发明所采用的工艺主要包括将预处理后的原料，按照下述比例配比：

1吨原料∶2-4吨水∶30-100kg的碱类物质，

投入到密闭的反应器中，控制反应器内的压力在1-3个大气压的水平下，反应1-2小时；之后按照每吨原料添加400-1200kg强氧化剂的比例送入反应器，之后反应0.5-2小时即可成浆，在该反应时间内保持反应器内的压力在3-8个大气压。

为了达到最佳的处理效果，当采用过氧化物作为强氧化剂时，一般控制工艺为：将预处理后的原料，按照1吨原料∶3吨水∶40kg的碱类物质的比例投入到密闭的反应器中，控制反应器内的压力在1-3个大气压的水平下，反应1-1.5小时；之后按照每吨原料添加500kg过氧化物的比例送入反应器，之后反应1-1.5小时即可成浆，在该反应时间内保持反应器内的压力在4-6个大气压。

当采用次氯酸盐作为强氧化剂时，一般控制工艺为：将预处理后的原料，按照1吨原料∶3吨水∶40kg的碱类物质的比例投入到密闭的反应器中，控制反应器内的压力在1-3个大气压的水平下，反应1-1.5小时；之后按照每吨原料添加1000-1200kg次氯酸盐的比例送入反应器，之后反应1-1.5小时即可成浆，在该反应时间内保持反应器内的压力在4-6个大气压。

上述工艺中所提到的原料重量为去除水分后的绝对干物重量，采用上述的工艺，由于加入了30-100kg的碱类物质，使得原料中的木素可以得到一定的去除，同时由于碱性物质的添加量仅为现有工艺的30-80％左右，大大降低了黑液的产生，同时也降低了蒸煮废液的粘度，方便了后期的喷浆工艺，为了达到最佳的效果，一般碱类物质的加入量控制在每吨原料40-50kg的用量。由于在成浆的过程中需要较大的压力，因此采用了密闭容器，一般可以选用大多数厂家正在使用的蒸球即可，只需对蒸球的工作压力进行调节以符合工艺的要求即可，这样就为现有的大多数企业需要更新的设备找到了新的出路，即达到了清洁生产的目的，又最大程度的降低了生产的成本和技术设备革新的费用，适合于现有的大多数造纸企业。

为了使碱性物质能够发挥更好的脱木素作用，一般控制反应器的压力在1-3个大气压即可，过大的压力会使得原料被蒸煮过度而产生不必要的黑液污染环境，同时降低最终的得率，因此将该段的工作压力设定为1-3个大气压，同时控制反应的时间在1-2小时，反应时间过长也会造成废液转变为高污染的黑液，同时不利于缩短成浆的时间。控制用水量在每吨原料用水2-4吨，可以有效的降低水资源的浪费和废液的产量，同时不会由于用水量过大而导致纤维的浓度降低，一般可以优选用水量为每吨原料3-3.5吨。

结束上述反应后，按照每吨原料添加400-1200kg强氧化剂的比例送入反应器，由于氧化剂的作用，可以更好的使原料中的纤维细化分离，同时使物料中的可氧化物质被去除，提高浆料的纯度，同时由于氧化剂与原料反应的过程是一个放热反应的过程，因此为原料的升温提供了条件，创造了更好的反应条件，从而减少了蒸煮过程中蒸汽的使用量，降低了水资源的使用量同时降低了能耗和生产的成本；由于强氧化剂的作用，使得原料中难以处理的麦草节或其他含纤维植物的茎枝杈节得到了有效的处理转化为可利用的纤维，提高了产品的收率，同时将之前碱液蒸煮过程所产生的废液中的可氧化物质和有色物质氧化，方便了废液的后期处理，为清洁制浆提供了有力的帮助。为了达到最佳的效果，发明人经过长期的工厂实验和计算，确定了强氧化剂的用量在每吨原料使用400-1200kg较为适宜，其中当采用过氧化物作为氧化剂时每吨原料使用500kg处理的效果最好；当采用次氯酸盐作为强氧化剂时，每吨原料添加1000-1200kg处理的效果最好，用量过少会导致氧化的效果不佳，影响最终的收率并导致最终所得废液的粘度和色度过大，增加了处理难度，同时反应的放热量过小无法达到工艺要求的3-8个大气压，这样就增加了蒸汽的用量；氧化剂用量过多会导致目标纤维的过度细化碎裂甚至氧化，也会导致收率的下降并导致所得浆料的质量下降，同时反应放热过快过多，造成反应器内的温度压力过大，容易造成密闭容器的超负荷运转从而造成生产事故，因此需按照上述的用量标准控制强氧化剂的用量。在该步处理中，为了防止压力过大造成危险及原料的过度蒸煮导致黑液增加和浆料品质下降，因此将压力控制在3-8个大气压，优选4-6个大气压的工作压力，当反应放热所提供的压力不足以达到标准时，可采用外加蒸汽的形式加以补足。为了保证反应的收率，该步反应的反应时间控制在0.5-2小时，优选1-1.5小时。

所述的预处理主要包括切断工序，一般将原料切割为小于6cm的小段，这样可以缩小原料的长度，方便进料和后期的喷浆工序，防止由于原料的长度过大而造成设备的负荷加大，也防止了处理的不均匀，使得所得浆料的纤维含量更加均匀。同时为了防止原料中含有过多的杂质，也可在进入切断工艺前将原料首先进行清洗，以去除附着在其表面的尘埃和杂质。

所述的碱性物质主要包括氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙等，或者上述多重碱性物质的混合物，只要能够保证整个反应体系的碱性即可。所采用的强氧化剂一般包括：过氧化物，如过硫酸铵、双氧水等；次氯酸类物质，如次氯酸钠，次氯酸钙等，当仅采用一种氧化剂无法有效的处理原料时，可以将两种氧化剂混合使用。由于所采用的药剂均为造纸工业中的常用药剂，即方便了厂家的购买，也降低了对于设备改造所需的费用，适合于现有的大多数造纸企业应用。

经过上述处理后的原料，当反应完成后所得的浆料可在压力的作用下形成喷浆，所得浆液中纤维的收率为50-75％，纤维损伤度为传统制浆方法纤维损伤度1-5％；处理后所得废液的cod小于10000，色度为5-800倍，较之传统制浆方法中所得黑液的cod在70000-80000，色度6000-7000倍的情况，有了极大的改善，方便了后期的废液处理；所得的浆液可以经过现有的工序如磨制、漂白等工艺制成各类的纸浆浆料，也可进一步处理得到纸张，具体可视使用者的不同需要而定。

综上所述，采用这种生产工艺后，所得的浆液中可利用的纤维含量较现有的蒸煮工艺有了较大的提高，同时纤维的损伤度有了明显的下降收率也有了较大的提高；同时由于碱用量的下降，使得工艺废水的粘度、色度等得到了有效的降低，排放出来的不再是难以处理的黑液，而是便于处理的废液并最终实现了废水的达标排放，甚至部分废水实现了工业化回用，节省了大量的水资源。充分利用了化学反应放热的原理减少了蒸汽的用量降低了能耗，达到了节能减排的目的，同时适合于现有各制浆企业的技术改革，降低了技术改革的成本，提高了工艺的适用性。

具体实施方式

工艺实施例1

一种成浆工艺，其工艺步骤主要包括：

将麦草经过清洗后切割为5-6cm的小段，之后将预处理后的原料，按照下述比例配比：1吨原料麦草∶2吨水∶50kg的氢氧化钠，投入到蒸球中，控制反应器内的压力在2个大气压的水平下，反应2小时；之后按照每吨原料添加500kg过硫酸铵强氧化剂的比例送入蒸球中，之后反应1.5小时即可成浆，在该反应时间内保持反应器内的压力在3-4个大气压，成浆后设备喷浆，所得浆料的收率为：65％，纤维的损伤度为：传统制浆方法纤维损伤度5％；所得的废液，其cod为10000，色度为200倍。

所得的浆料经细磨、漂白等工艺制得标准白浆出售。

工艺实施例2

一种成浆工艺，其工艺步骤主要包括：

将棉杆经过清洗后切割为5-6cm的小段，之后将预处理后的原料，按照下述比例配比：1吨原料∶3吨水∶40kg的氢氧化钾，投入到蒸球中，控制反应器内的压力在3个大气压的水平下，反应1小时；之后按照每吨原料添加1200kg次氯酸钠的比例送入蒸球中，之后反应1小时即可成浆，在该反应时间内保持反应器内的压力在4-5个大气压，成浆后设备喷浆，所得浆料的收率为：75％，纤维的损伤度为：传统制浆方法纤维损伤度1.5％；所得的废液，其cod为6000，色度为10倍。

所得的浆料经细磨、漂白等工艺制得标准白浆出售。

工艺实施例3

一种成浆工艺，其工艺步骤主要包括：

将麦草切割为6-7cm的小段，之后将预处理后的麦草，按照下述比例配比：1吨麦草原料∶4吨水∶80kg的氢氧化钠，投入到蒸球中，控制反应器内的压力在2个大气压的水平下，反应1小时；之后按照每吨麦草添加1050kg次氯酸钠的比例送入蒸球中，之后反应0.5小时即可成浆，在该反应时间内保持反应器内的压力在6-7个大气压，成浆后设备喷浆，所得浆料的收率为：70％，纤维的损伤度为：传统制浆方法纤维损伤度3％；所得的废液，其cod为8000，色度为300倍。

所得的浆料经细磨、漂白等工艺制得标准白浆出售。

工艺实施例4

一种成浆工艺，其工艺步骤主要包括：

将麦草经过清洗后切割为4-5cm的小段按照下述比例配比：1吨麦草原料∶2吨水∶100kg的氢氧化钾，投入到蒸球中，控制反应器内的压力在3个大气压的水平下，反应2小时；之后按照每吨麦草添加650kg双氧水的比例送入蒸球中，之后反应1.5小时即可成浆，在该反应时间内保持反应器内的压力在3-4个大气压，成浆后设备喷浆，所得浆料的收率为：62％，纤维的损伤度为：传统制浆方法纤维损伤度4.5％；所得的废液，其cod为7500，色度为350倍。

所得的浆料经细磨、漂白等工艺制得标准白浆出售。

Claims (4)

1.一种纸品浆料的成浆工艺，其特征在于：将预处理后的原料，按照1吨原料∶3吨水∶40kg的碱类物质的比例投入到密闭的反应器中，控制反应器内的压力在1-3个大气压的水平下，反应1-1.5小时；之后按照每吨原料添加500kg过氧化物的比例送入反应器，之后反应1-1.5小时即可成浆，在该反应时间内保持反应器内的压力在4-6个大气压。

2.一种纸品浆料的成浆工艺，其特征在于：将预处理后的原料，按照1吨原料∶3吨水∶40kg的碱类物质的比例投入到密闭的反应器中，控制反应器内的压力在1-3个大气压的水平下，反应1-1.5小时；之后按照每吨原料添加1000-1200kg次氯酸盐的比例送入反应器，之后反应1-1.5小时即可成浆，在该反应时间内保持反应器内的压力在4-6个大气压。

3.根据权利要求1或2所述的成浆工艺，其特征在于：所述的碱性物质为氢氧化钠或氢氧化钾或氢氧化钙或其混合物。

4.根据权利要求1或2所述的成浆工艺，其特征在于：所述原料的重量为绝对干燥后原料的重量。