废纸脱墨再用技术.doc

废纸脱墨技术摘要：主要讲述废纸在回收利用过程中的最大障碍是脱墨，从油墨的性质、组成、特征开始分析，然后从脱墨的原理，脱墨的方技术及这些方法技术的优缺点比较、脱墨所用的化学药品等方面介绍了废纸脱墨的技术。关键字：废纸；油墨; 脱墨；洗涤法；浮选法；酶法脱墨一、概述废纸是指用过而失去使用价值的纸，但是绝大部分废纸是可以回收再作为造纸原料的。废纸是重要的可再生资源，废纸的回收利用是解决造纸工业面临的资源短缺、能源紧张和污染严重等三大问题的有效途径。近十多年来，世界各国高度的重视废纸资源的利用，废纸的回收率和利用率逐年增长，处理废纸的技术也不断改进和完善，用废纸浆制成的纸和纸板的产量和品种也逐年增多。过去的30年中世界废纸消费量急剧增长，从1970年的约3000万t增加到2006年的1.95亿t。预计到2012年，世界废纸消费量大约增长到2.5亿t。我国自从20世纪90年代以来，废纸消费量逐年增加，废纸浆占造纸用浆的比例由1990年的28.1%提高到2006年的56.0%。我国以废纸为原料生产包装纸和新闻纸的产能增长在世界上最引人注目。下表为19902006年我国废纸浆量及其占造纸用浆的比例【1】。表中数据表明，废纸已是我国最重要的造纸纤维原料。年份199019952000200120022003200420052006废纸浆/万t3927601140131014451920230528053380占造纸用浆比例/%28.134.040.843.943.849.052.054.056.0二、废纸回收的意义废纸回收的意义，可以概括为： 1、节约能源，增加生产废纸的回收利用可节省大量的制浆造纸用纤维原料，节省出来的纤维原料可增加纸浆和纸张产量，满足人们生活和工业的需要。目前全世界木材需求量20亿立方米以上，而且在未来的20年中，全世界木材需求量年增长率不低于25%。木材需求量如此之大，就迫切需要节约木材。然而，用废纸制浆造纸，可以节约大量的木材。2、减少污染，保护环境与常规的制浆过程相比，废纸制浆生产工艺流程较简单，其废水的处理也较容易，排放的废水量和污染负荷较少。此外，废纸制浆基本上没有大气污染，因此废纸制浆可以减少对环境的污染。由于不用新的纤维原料，木材砍伐量可以相应的减少，有利于生态平衡和保护环境。3、节约能源，降低能耗与化学法、机械法和化学机械法制浆相比，废纸制浆生产工艺流程比较简单，能耗相应较低。生产1t废新闻纸浆比生产1t磨木浆节约能量75%左右，生产1t高白度脱墨浆较生产1t化学浆节约能量50%以上。4、节省投资，降低成本建设以植物纤维原料制浆的生产线投资大，而建设同等规模的废纸浆厂只需建设原浆浆厂投资的25%30%。化学浆厂化学品回收和废水处理投资也很大，而废纸制浆污染轻，其废水也较容易处理，环保方面的投资也较少。由于废纸制浆的原材料成本、能耗、投资均较低，其生产成本比原浆要低。三、废纸脱墨废纸的种类很多，其分类的方式也很多。联合国粮农组织按废纸用途将废纸分为四类：新闻纸和书籍废纸、纸板箱废纸、高质量废纸及其他废纸【1】。废纸化浆后并不能直接用于抄造，一是因为纸张的植物纤维在干燥、贮存过程中会发生角质化现象，从而对纤维乃至纸浆性能产生很大的影响，使回收纤维在许多性能方面不同于初始纤维，这就需要对废纸进行改性处理。而是废纸浆中含有大量的油墨或黑粉，需要进行脱墨处理。油墨或墨粉的脱除已经成为了废纸回收利用的主要障碍。【4】然而另一方面也是为了将经过印刷的废纸变成满足生产需求的白纸浆，提高废纸浆的使用价值和生产的纸张（纸板）级别，需要从废纸中除去油墨。进行这种处理的过程称为废纸脱墨。经过脱墨生产出来的纸浆称为脱墨浆。一般而言，废纸中含有1%50%的非纤维性杂质，其中包括一些油墨，化学助剂，涂料、有机复合添加物、塑料，尘土，铁屑等。【2】然而这些杂质都是在脱墨过程中除去的。1、 油墨的组成按照印刷方法的不同可以将油墨分为接触性印刷油墨和非接触性印刷油墨。 色料：主要为颜料，赋予印品丰富多彩的色调；接触性印刷油墨 连结料：作为色料的载体，使色料固着在承印物表面；（传统意义油墨） 助剂：调节油墨的色调、黏性、流动性、干燥性和印刷适应性。非接触性油墨，包括静电复印和激光打印油墨，是粉状固体，以热塑性树脂为主，加入烯烃、颜料、电荷控制剂和流动化剂等添加剂。此种油墨比一般印刷油墨牢固、耐磨、耐水，耐酸碱。2、 废纸脱墨的原理在进行脱墨过程中为了破坏印刷油墨对纤维的粘附，需要加入一些化学品在适当的温度和机械作用下，将油墨从纤维上分离出来。脱墨原理和印刷原理相反，是根据油墨的特性，采用合理的方法破坏油墨粒子对纤维的粘附力，即通过化学药品、机械外力和加热等作用，将印刷油墨粒子与纤维分离，并从纸浆中分离出去的工艺过程。脱墨的整个过程大致可以分为三个步骤：疏解分离纤维；使油墨从纤维上脱离；把脱离出来的油墨粒子从浆料中除去。【1】在第一阶段，油墨不仅从纤维表面脱离下来，而且更为重要的是将颗粒打碎至适宜的大小，并赋予一定的表面化学特性。以后的分离过程包括刷选、净化、洗涤或以上几种方法结合。当采用洗涤和浮选两种方法完成净化和去除油墨粒子时，他们的操作机理是完全不一样的。洗涤脱墨系统在去除小于10um的油墨粒子时最有效，而泡沫浮选系统在去除10100um的油墨粒子时效果最好。此外，洗涤过程要求油墨粒子留在液相中，以便可以同水一起分离，这样的话在采用洗涤系统脱墨时就要加入亲水性化学药品，使脱离下来的油墨粒子具有亲水性，以便于洗涤时随水一起流走。相比之下，浮选法是利用纤维、填料及油墨等组成的可润湿性不同，运用不通颗粒具有不同的表面性能的机理来达到分离的。主要靠气泡捕捉油墨颗粒而除去。因此在操作过程中需要加入一些疏水性化学药品，这样才能使油墨粒子被液体所排斥而被气泡带走。【3】当然，采用浮选法还要注意一个很关键的问题就是空气泡的直径问题。当空气泡直径大于0.5mm时，会把纤维一起给带走，这样会使纸浆的得率大大的降低；当空气泡直径与油墨粒子直径的比值为5:1时，其去除油墨粒子的效果最好。【1】废纸在碎浆机中进行离解，在机械作用和适当温度条件下，纸面湿润膨胀变形，纤维间原来存在氢键被削弱，在碎浆机产生的强大剪切作用下，废纸疏解成纤维，使成片油墨粒子分散下来，为保证均匀脱墨创造条件，在有化学药品的水溶液中，印刷油墨与皂化剂作用，使油墨皂化，使颜料粒子从纤维中分离出来。为防止游离出来的颜料粒子互聚和被纤维重新吸收，在脱墨剂中含分散剂和吸收颜料的吸收剂。游离出来的颜料粒子通过洗涤法或浮选法除去。为了使颜料粒子润湿和油脂乳化，在洗涤前还要加入肥皂、脂肪酸等润湿剂。因此，废纸脱墨过程中，脱墨化学品使废纸上印刷油墨的表面张力降低，从而产生润湿、渗透、乳化、分散等多种作用，而机械，化学和热协同作用才能使纤维上的油墨脱除干净。【1】3、 废纸脱墨化学品脱墨剂一般由多种化学品组成。在脱墨过程中所起化学和物理作用各不相同,有些同时起着几种作用。因而，整个脱墨过程实际上是在多种化学品协同作用下完成的。单一的脱墨剂组分是不可能达到最佳的脱墨效果的，必须组成合理的配方。因此，脱墨剂是降低废纸与印刷油墨的表面张力而产生皂化、润湿、渗透、乳化、分散和脱色等多种作用的综合体。脱墨化学品的种类很多，按其作用的不同，可以分为以下几类：皂化剂：NaOH、Na2CO3 、Na2SiO3 ，其作用是使纤维润胀，使油墨中的油脂皂化，通过皂化使油墨的颜料粒子游离出来。同时，可以使纸张中的松香皂化，便于纤维分散。润湿剂：也称清净剂，有肥皂、油酸钠皂、萘皂、脂肪酸、石油磺酸、烷基磺酸钠等。常与Na2CO3 、Na2SiO3配合使用，能润湿颜料粒子，使油脂乳化并溶出。她们能渗透到纤维内部，而无破坏纤维的作用。常用的肥皂价格便宜，效果较好。分散剂：作用是接收碎浆时分离出来的油墨颜料粒子，并使其保持悬浮状态，防止颜料粒子互聚，或被钙皂或镁皂生成的凝乳所吸附。一般有硅酸钠、油酸钠、动物胶或干酪素等。吸收剂：具有较大的表面积，可将颜料离子和分散乳化的油脂吸附在其表面上，而不被纤维吸附，以便于用洗涤法除去。常用的有高岭土、黏土、皂土、硅藻土和瓷土等。脱色剂和漂白剂：常用的有H2O2、连二亚硫酸盐，甲脒亚磺酸等，其中H2O2使用最多的是。表面活性剂：具有润湿、渗透、乳化、分散、洗涤及发泡等多种功能，是脱墨剂中不可缺少的重要组分。用于脱墨的表面活性剂有两种主要成分分别是：亲水成分和疏水成分。在洗涤法中是采用亲水成分，而在浮选法中是采用疏水成分。浮选促集剂：用于浮选脱墨，是将碎浆时分离的油墨粒子聚集在一起，然后由气泡带走。附集剂：主要用于静电复印废纸、激光打印废纸等办公废纸的脱墨，其目的是从化学性能上改变这些废纸中薄片状热溶性油墨的表面特性，降低油墨粒子间的排斥力和玻璃化温度，从而产生调色剂薄片间的附集现象，最后形成较大的颗粒，通过缝式压力筛和正向除渣器除去。4、 废纸脱墨的方法洗涤法脱墨：是最早使用的传统方法，其脱墨工艺是一个水力分离的过程。要求油墨粒子要小，细致分散，并要亲水，保持在水相中，通过反复洗涤浆料使废纸中的油墨洗去。洗涤过程中除了去除油墨粒子外，还除去浆中的填料，涂布颜料和细小纤维。浮选法脱墨：利用纤维、填料及油墨等组成的可润湿性不同，运用不通颗粒具有不同的表面性能的机理来达到分离的。主要靠气泡捕捉油墨颗粒而除去。在这一方法中，憎水性颗粒或用表面活性剂使其由亲水性转为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。要求油墨粒子的大小在一定范围内，且是疏水的，靠气泡捕捉油墨粒子，当携带油墨的气泡上升到液面，形成泡沫层，通过溢流、机械装置或真空抽吸而除去。碱性脱墨和中性脱墨：是在过氧化氢与氢氧化钠的作用下进行脱墨的。其中过氧化氢能保证脱墨浆的白度，但是其不稳定，需要加入保护剂。此外，过氧化氢还有稳定白度的作用，防止了碱性返黄的严重发生。当把氢氧化钠换成硅酸钠时，也可以在一定程度上避免碱性返黄。但是该方法由于加入了很多的化学药品，其脱墨废水污染负荷增加了。【4】酶法脱墨：是近几年来废纸脱墨的热点。酶法脱墨就是利用酶处理废纸，并辅以浮选或洗涤，从而除去油墨的工艺技术。主要是使用纤维素酶和半纤维素酶。酶法脱墨纸浆与化学脱墨纸浆相比具有很高的物理性能、高白度和残存墨粉低等优点，并且从经济上看，酶法脱墨的费用低，可节省能耗，降低生产成本，大大降低了化学药品的用量，提高了纸浆的滤水性能。然而更重要的是酶法脱墨的巨大社会效益，减轻了造纸厂对环境的污染，符合人们日益增长的对环境保护的要求。【4】超声波法脱墨：液体在超声波下产生空穴效应，产生瞬间崩溃，最终产生高频高热，从而使得附着于纤维上的油墨粒子松弛脱落下来。超声波法对非接触性的油墨的碎解和剥离作用较明显，在浮选脱墨前进行超声波处理，可以将静电复印和激光打印的油墨粒子的尺寸减小到可适于浮选的程度。由于其设备比较昂贵，所以目前只用于实验室，还没有投入到实际生产中。膨化法脱墨：是指废纸在膨化器内在药品的作用下，加温、加压，之后瞬间释压，使得废纸膨胀碎解，最后达到剥离的作用。经常与洗涤法配合使用。此方法的特点是能耗比较大，用水量比较大，污水处理负荷重，纤维损伤大。溶剂法脱墨:采用相似相容的机理。适用于连接料中树脂含量较高的不易脱墨的油墨（非接触性印刷用墨粉）、混合办公用纸油墨等。此方法目前只是小规模的使用，主要是针对一些较