第五章+废纸制浆.ppt

第五章废纸制浆 制浆原理与工程 第一节概述 一次纤维 原生纤维 Virginfiber二次纤维Secondaryfiber Recycledfiber 制浆原理与工程 一 废纸回收意义 造纸工业面临三大问题 原料短缺能源紧张环境污染 制浆原理与工程 我国造纸原料结构 生产1t磨木浆 2m3木材生产1t高白度化学浆4 5m3木材 制浆原理与工程 废纸回收意义节约原料 增加生产减少污染 保护环境节省能源 降低能耗 比磨木浆省 比化学浆省节省投资 降低成本 只需化学浆厂25 30 制浆原理与工程 二 废纸的分类 联合国粮农组织4大类 新闻纸和书籍废纸 纸板箱废纸 高质量废纸和其他废纸英11类美3大类 纸浆代用品 可净化废纸和普通废纸 详细分为47种 7种 特殊等级 德国4大类 低级 中级 高级和保强废纸 制浆原理与工程 国内常用的美国废纸 6 旧报纸由打包好的旧报纸组成 其他纸张含量 5 7 特别旧报纸经分拣 打包 新鲜干燥的旧报纸 未经日晒8 脱墨用的特种旧报纸经分拣 打包 新鲜干燥的旧报纸 未经日晒 不含杂志 白页 印刷厂过期报刊和其他废杂纸10 旧杂志干的旧涂布杂志 目录和同类的印刷品 打包 制浆原理与工程 11 旧瓦楞纸箱经打包旧瓦楞纸箱 其面层为仿箱纸板浆 麻浆或硫酸盐浆37 经拣选的办公废纸打包 来自办公室未受潮的废纸 主要为白色或彩色不含机木浆的废纸 不含未漂纤维的计算机打印纸和传真纸 42 计算机打印纸用于数据处理机的漂白亚硫酸盐或硫酸盐浆制的表格纸 打击式或非打击式 如激光 的计算机印刷纸 43 涂布书写纸由漂白亚硫酸盐浆或硫酸盐浆制成的涂布纸废纸 印或未印过 允许含有一定量的机木浆 制浆原理与工程 国内废纸 国内尚无废纸分类的统一标准 通常分为 白色废纸纸浆代用品 为印刷厂的白纸边书籍 杂志废纸OMG OldMagazine 脱墨后可生产书写纸 卫生纸等 也可生产箱纸板 或在新闻纸中掺用旧新闻纸ONP OldNewsPaper 脱墨后主要用于配抄新闻纸或抄造生活用纸和一般文化用纸 制浆原理与工程 纸箱与纸板废纸OCC OldCorrugatedContainer 抄瓦楞原纸 箱纸板等 竹 木浆废纸可用于生产挂面纸板纸袋纸废纸和牛皮纸废纸可回抄仿纸袋纸 再生条纹包装纸 也可掺入木浆作箱纸板挂面浆混合废纸 混合办公废纸MixedOfficeWaste MOW 一般混合废纸 制浆原理与工程 我国废纸的主要来源 印刷厂切下的白纸边和报废的印刷品出版单位作为废纸处理的书籍和刊物机关 工商企事业单位的废旧公文资料废旧书刊报纸及各种包装纸箱 纸盒等学校的旧报纸和学生练习本居民家庭自有的各种旧报纸 废旧图书杂志 包装纸箱等 进口废纸 美废 欧废和日废等 制浆原理与工程 目前我国废纸收集的渠道 个体收集废纸废旧物质回收公司收集废纸造纸厂和纸品加工厂废纸国外进口废纸 制浆原理与工程 三 废纸再生过程性质的变化 浆料制备 湿部脱水 干部干燥 压光卷取 后加工 涂布 印刷等 角质化hornification胞腔塌陷lumencollapse不可逆变化irreversiblestructucechanges 制浆原理与工程 化学浆废纸再生过程性质的变化 对经打浆的化学浆循环回用引起裂断长 耐破度和耐折度 撕裂度 挺度 光散射系数 KP浆和SP浆 打或未打浆 针叶木浆或阔叶木浆 漂白或未漂浆 回用过程性质变化有异 制浆原理与工程 化学浆回用过程中性质变化的主要原因 废纸在重复碎浆 脱水 干燥等处理过程中 纤维素的部分游离羟基形成氢键结合 非结晶结构转变为结晶结构 使纤维素的结晶度增加 产生不可逆转的角质化 纤维变得挺硬 可塑性降低 吸水后的润涨减少 保水值下降 导致纤维间的结合强度降低 制浆原理与工程 机械浆废纸再生过程性质的变化 随着回用次数 紧度 裂断长和耐破度 撕裂强度略 光散射系数 制浆原理与工程 机械浆废纸再生过程性质变化的原因 机械浆在湿的状态下并非完全层离的 干燥时产生的角质化很少 而挺硬的机械浆经过连续的循环使用而逐步变平和柔韧 使得纤维间的结合改善 抄纸时得到更薄和更紧密的纸页 因而紧度和强度提高 光散射系数下降 制浆原理与工程 回用纤维衰变的影响因素 制浆方法机械法和化机法 对再生纤维品质保持有利化学法 抗张强度 纸页紧度 打浆工艺一次纤维打浆越强烈 回用纤维抗张强度下降越多 未经打浆化学浆 回用后抗张强度 压榨工艺对化学浆 压榨影响回用纤维的润胀性对机械浆 压榨对回用纤维润胀性影响甚微 制浆原理与工程 干燥工艺纤维一经干燥后 其胞腔塌陷 润胀程度 随着干燥温度的提高和干燥程度的强烈 润胀 压光工艺刚性压区 纸页强度损失压光强度 对回用纤维品质负面影响 现代造纸技术 采用软压光抄造环境未漂化学浆 酸性造纸 回用纤维润胀和强度 中性或碱性造纸 润胀和强度 制浆原理与工程 印刷加工印刷 油墨 使尘埃 白度 加工 制纸箱胶粘剂 回用纤维表面自由能 阻碍了纤维的结合消费者和收集者废纸分类废纸老化 旧报纸存放时间 废纸浆强度 制浆原理与工程 四 纤维回用的强度损失分析 Page抗张强度方程 Page stensilestrengthequation T 抗张强度Z 零距抗张强度Zero spantensilestrengthB 纤维间的结合强度 制浆原理与工程 纤维平均长度和零距裂断长回用过程纤维平均长度降低不多 当灰分和细纤维在回用过程流失较多时 纤维平均长度增加 不论是化学浆 机械浆 化机浆 纤维回用次数对其零距抗张强度几乎没有影响 因此 纤维品质的下降 并不主要由纤维长度的减少和纤维本身强度的降低所致 光散射系数和纤维结合强度在一定条件下 纸页的光散射系数 纤维间结合越松散 结合强度越低 化学浆 回用后松厚度 光散射系数 纤维结合强度 机械浆 回用后光散射系数 层间结合强度 制浆原理与工程 纤维衰变原因的探索 一 植物纤维的角质化Hornification纤维角质化是纤维结合强度衰退的主要原因纸浆 脱水 干燥纤维细胞内壁两侧靠拢贴紧造成 细胞腔塌陷 LumenCollapse 不能完全恢复的纤维素的部分游离羟基形成氢键结合 非结晶结构转变为结晶结构 产生不可逆的角质化 纤维变得挺硬 可塑性 吸水润胀 结合强度 制浆原理与工程 一旦角质化形成 纤维润胀程度降低的现象是不能恢复或不能完全恢复 一般来说 打浆使纤维的润胀程度增加 保水值 WRV WaterRetentionValue 干燥使纤维的润胀程度 对废纸浆进行打浆 对角质化纤维的润胀程度进行有限的修复 是必要的 制浆原理与工程 二 化学组分变化的影响回用纤维中聚戊糖和木质素的减少 是纤维化学衰变的主要特征 其中聚戊糖的减少 尤其是聚木糖的减少是纤维衰变的重要原因之一 纤维微纤间的聚木糖 可防止纤维微纤在干燥时相互靠近 有助于保留纤维弹性 从而延缓了回用纤维品质的衰变聚戊糖等半纤维素物质的存在 可减少纤维表面水的接触角 增加纤维表面的亲水性 有助于回用纤维的重新润湿 rewetting 制浆原理与工程 第二节废纸的离解与废纸浆的净化与浓缩 一 废纸的碎解1 目的 离解纤维而又最大限度地保护纤维和脱墨 制浆原理与工程 一 废纸的离解废纸的碎解 2 碎解设备 制浆原理与工程 碎解设备 1 立式间歇水力碎浆机低浓 6 8 能耗大 无除绳索装置 不适合于处理杂质多的废纸 制浆原理与工程 2 立式连续水力碎浆机连续 有绞索及除渣装置 适合多种废纸 制浆原理与工程 3 卧式连续水力碎浆机 伏特式卧式水力碎浆机 侧置的转子 圆槽下接一重渣物收集器 有绞索装置 适合多种废纸 浆浓2 5 3 5 制浆原理与工程 4 立式高浓水力碎浆机 VerticalHCPulper 制浆原理与工程 螺旋钻头形叶轮 高浓浆料借螺旋作用由上而下 由外朝里 高浓下纤维间强力摩擦 特别适合于废纸脱墨 油墨易分离 圆筒式连续碎浆机 鼓式碎浆机 DrumPulper 结构简单 高效实用 动力省50 药品省10 蒸汽省60 前区 高浓碎解区 浆浓15 20 占2 3长后区 稀释筛选区 浆浓3 5 占1 3长圆筒内壁装有轴向隔板 把废纸带起 跌落 产生温和的剪切力和磨擦力 对新闻纸 杂志纸离解效果好 现也可处理OCC 牛皮箱纸板 低湿强 直径 2 5 4m 最长30m 制浆原理与工程 鼓式碎浆机 DrumPulper 制浆原理与工程 3 碎解工艺 碎解温度温度 废纸软化 利于重施胶废纸碎解和脱墨 废纸浆粘度 动力消耗 温度一般由废纸种类和施胶轻重决定旧新闻纸55 重施胶纸75 80 或90 以上 加湿强剂 温度 化学反应 有利脱墨碎解浓度浆浓 废纸间摩擦 单位电耗 相应提高化学品浓度 强化化学反应 制浆原理与工程 碎解时间视设备形式 废纸种类和纸浆质量而定废纸种类影响碎解主要因素是废纸吸水润胀能力和纤维的结合力 对湿强大纸张 加热 化学处理转子结构性能浆浓 效率 电耗转子线速线速 碎解速度 电耗 一般900 1100m min 制浆原理与工程 二 废纸的疏解 1 意义是碎解的继续 水力碎浆机离解率 目的是将纤维全部离解而不损伤纤维2 疏解机齿盘式高频疏解机阶梯式高频疏解机锥形高频疏解机孔板式高频疏解机3 纤维分离机 疏解分离机 基本功能 浆料二次疏解 轻杂质分离 重杂质分离4 盘磨机疏解废纸 330 370单盘磨浆机 制浆原理与工程 纤维分离机 制浆原理与工程 二 废纸浆的净化 除渣筛选 制浆原理与工程 一 废纸浆中的杂质 小而重的杂质 小石块 砂 铁屑 璃璃屑 钢针等粗大而轻的杂质 塑料片 树脂 橡胶块 纤维束等 制浆原理与工程 制浆原理与工程 废纸中各种废杂质及其特征 P 碎片 G 颗粒状 F 膜状 C 圆柱状 TR 软化点 TF 熔点 制浆原理与工程 续表 胶粘物 胶粘物是指加入到纸张中有机化合物和那些纤维或非纤维物质的混合物 胶粘物在废纸中存在 由于它的粘性和絮聚的趋势 能够在抄纸中导致沉积问题 胶粘物是一个说明不同起源物质的集合名词 它用来表示那些具有暂时的或永久的粘性而在抄纸过程中带来问题进一步降低产品质量的所有物质 制浆原理与工程 胶粘物 stickies 在废纸回用过程中是一个非常广泛的称谓 它包括的物质非常广泛 它既包括废纸纤维中本来就存在的亲脂性物质 如脂肪酸 树脂酸 甾醇和甾醇酯等 还包括在纸张加工和使用过程中引入的涂布粘合剂 印刷油墨 热熔胶 压敏胶等物质以及纸张抄造过程中添加的干 湿强剂 施胶剂 填料等 还包括细小纤维等物质 制浆原理与工程 1 沉积在成形网上 堵塞网孔 造成滤水困难 增加停机清洗时间 2 沉积在压榨毛布和压辊上 缩短毛布使用寿命 影响纸页滤水 3 粘附在烘缸表面上造成纸页断头 4 残留在纸页中 形成污点 增加纸病 5 聚集在白水中 成为 阴离子垃圾 影响阳离子型助剂的作用效果 阻碍白水的循环封闭 胶粘物的危害 制浆原理与工程 胶粘物的危害 制浆原理与工程 废纸中常见的胶粘物分类图 制浆原理与工程 原生胶粘物 PrimaryStickies 指原来就存在于废纸中的胶粘物 再生胶粘物 二次胶粘物 SecondaryStickies 指在一定物理 化学条件下 由熔融的颗粒重新凝聚而成的胶粘物 制浆原理与工程 三 废纸浆的浓缩 低浓浓缩机 圆网浓缩机 侧压浓缩机 斜网浓缩机中 高浓浓缩机 倾斜式螺旋浓缩机 既浓缩又输送 占地面积小 进浆浓2 3 出浆浓15 25 夹网浓缩机 适于打浆度高的纸浆 如机械浆 双长网相夹 长圆网相夹 双圆网相夹 出浆浓可达33 35 制浆原理与工程 倾斜式螺旋浓缩机 制浆原理与工程 夹网浓缩机 制浆原理与工程 四 热熔物和其他特殊物质的处理 沥青 石蜡 热熔胶 胶粘剂 油脂等把沥青或其他热熔物分散成肉眼看不见的微粒并均匀分布在纸浆中 而在最后的成品中不易察觉出来 一 沥青的分散处理 Pitch 来源 层压粘合剂 纸袋纸防水气层 防潮包装等处理 汽蒸加热 150 3 5min 使沥青成溶融状态 螺旋机械作用使之分散于纸浆中 制浆原理与工程 制浆原理与工程 沥青分散系统流程图 二 热熔胶的处理 Hotmeetadhesive 冷法处理 缝筛或 和逆向除渣器热法处理 浆料浓缩至25 35 干度 蒸汽加热 热分散机高浓纤维间的强烈磨擦 使热熔物与纤维分开 并分散成微小颗粒 均匀分布在纤维中间 制浆原理与工程 制浆原理与工程 制浆原理与工程 第三节废纸脱墨 WastePaperDeinking 废纸脱墨 印刷过废纸 除油墨 白纸浆 使用价值 脱墨浆 制浆原理与工程 一 脱墨过程与脱墨原理 脱墨过程三步骤 疏解分离纤维使油墨从纤维上分离把脱除的油墨粒子从浆中除去 脱墨原理 1 脱墨化学品使废纸上油墨表面张力降低从而产生润湿 渗透 乳化 分散等作用2 机械 化学和热协同作用 制浆原理与工程 二 脱墨剂 多种化学组分组成单一组分一般是不可能达到最佳脱墨效果的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 制浆原理与工程 1 皂化剂NaOHNa2CO3Na2SiO3 特别适合含磨木浆较多的废纸作用 使纤维润胀使油墨中的油脂皂化使纸张中的松香皂化2 湿润剂 也称清净剂 肥皂 油酸钠皂 脂肪酸 烷基磺酸钠等 作用 润湿颜料料子 使油脂乳化并溶出 制浆原理与工程 3 分散剂硅酸钠 油酸钠 动物胶 表面活性剂等作用 接收分离出来的油墨颜料粒子 并使其保持悬浮状态4 吸收剂高岭土 粘土 皂土 硅藻土 瓷土等作用 吸附颜料粒子和分散乳化的油脂 因其表面积较大 5 脱色剂和漂白剂H2O2Na2S2O4甲脒亚磺酸 二氧化硫脲formamidinesulphinicacid NH2NHCSO2H 作用 脱色 漂白 制浆原理与工程 6 表面活性剂 Surfaceactiveagent Surfactant 表征表面活性剂的一个方法HLB Hydrophilic LypophilicBalance 值 即结构中亲水基团与疏水基团的质量比HLB值对脱墨效率有影响在其他条件相同时 HLB 新闻纸脱墨浆白度 浊点 与温度有关的现象 Cloudpoint 温度升高分子就越来越靠近而开始缔合 若干表面活性分子的聚集或缔合 在水中出现云斑或乳白色 故定名浊点当温度刚好在浊点以下时 表面活性剂是最有效的 脱墨效果最好 制浆原理与工程 7 浮选促集剂如脂肪酸皂 为硬脂酸 油酸 棕榈酸等的混合物 作用 将碎浆时分离的油墨粒子聚集在一起 然后由气泡带走注意 脂肪酸钠必须转化为钙盐 才能起浮选促集剂作用 故必须在脱墨系统中加钙离子 来源 涂料或填料中的CaCO3 或在浮选槽中加CaCl2分散促集剂 Displector 兼有分散剂和促集剂作用 适合于浮选和洗涤相结合的脱墨系统 为非离子表面活性剂 制浆原理与工程 8 粘着物去除剂粘着物Stickies热熔物Hotmelt化学去除办法 无机物 滑石和锆化合物 滑石涂盖在大的粘着物表面上 也可提高白度 锆化物 钝化或涂盖在粘着物表面分散剂 钝化剂改性聚丙烯细纤维有很高的分支和很大的表面积 将粘着物包覆 制浆原理与工程 三 废纸脱墨方法 洗涤法除去 油墨粒子 浆中填料和细纤维油墨粒子在1 10um之间 洗涤效果最好浮选法利用纤维 填料及油墨等组成的可湿性不同而分离 油粒大小一定且疏水 靠气泡捕集 浆浓0 8 1 2 粒径10 100um 制浆原理与工程 浮选法和洗涤法的比较 洗涤法 优点 脱墨较干净 白度较高 灰分含量较低 操作方便 工艺稳定 设备费用少缺点 用水量大 纤维流失率高 15 20 浮选法 优点 纤维流失少 5 10 化学品与用水量较少 污染少缺点 白度较低 设备费用较高 工艺要求严格 动力消耗较大最佳粒子大小 筛选 净化 浮选 洗涤一个完整的废纸脱墨系统往往是筛选 净化 浮选和洗涤的结合 制浆原理与工程 四 废纸脱墨流程与工艺 一 流程 二 工艺 制浆原理与工程 洗涤法废纸脱墨基本流程 制浆原理与工程 旧报纸 旧杂志纸脱墨浆生产流程 制浆原理与工程 五 废纸脱墨的影响因素 1 废纸种类 新闻纸 杂志纸 混合办公废纸存放时间2 加料顺序 先加药品后加废纸 药更均匀与油墨反应若先加废纸后加药 油墨粒子有可能进入纤维内部3 脱墨温度适当提高温度可促进油墨软化 分散加快反应 但温度过高 含机械浆纸 纸浆返黄 白度 中低温脱墨40 60 旧报纸或机浆多的纸高温脱墨80 90 油墨中含沥青的书纸 制浆原理与工程 废纸脱墨的影响因素 4 脱墨时间主要根据废纸种类 脱墨剂及温度等而定温度 时间 脱墨剂化学作用 时间 在水力碎浆机碎解和脱墨 每池20 40min时间过长 动力 蒸汽 产量 油墨粒子有可能 回转 纤维重新染色等5 碎解浓度趋向高浓度12 15 浓度 脱墨剂有效浓度 纤维间摩擦 剪切 搓揉 制浆原理与工程 废纸脱墨的影响因素 6 油墨性质油墨脱墨难易最主要取决于连结料的性质天然树脂 醇酸油脂 干性油等连结料易除沥青 纤维素衍生物 合成胶乳等连结料难除要根据连结料性质确定脱墨剂配方与脱墨工艺 制浆原理与工程 废纸脱墨的影响因素 7 脱墨pH值一般废纸脱墨多为碱性脱墨剂pH9 11 处理湿强纸 采用较低pH和高温8 废纸疏解疏解愈充分油墨愈易从纤维分离 脱墨效果 9 浆料洗涤脱墨后浆料迅速及时洗涤 制浆原理与工程 六 废纸脱墨设备 一 浮选脱墨设备总的发展趋势 1 设备形式平流卧式 旋流立式 2 机体结构方箱形 圆柱式开启式 密闭式 3 气泡形式压缩空气或机械搅拌 文丘里抽气或专用气体发生器 4 浮渣排除自然溢流或机械刮板 正压吹风或负压抽吸 制浆原理与工程 1 Swemac立式圆柱形浮选机70年代开发不需搅拌器浆料由泵送入底部喷射混合器 使浆 空气与脱墨剂均混合后沿切线方向喷入槽底 浆作旋转运动油墨 泡沫 从溢流口入槽中心空心管 从槽下方排出处理浆浓1 2 1 5 可2 3个重迭安装 制浆原理与工程 制浆原理与工程 2 Lamort对流式浮选机上大下小的两段圆柱体文丘里浆气混合器特点 两次充气 两次浮选 真空吸墨在外层圆筒第二次充气 进行第二次浮选浆浓0 8 1 5 制浆原理与工程 Lamort对流式浮选机结构图和示意图 制浆原理与工程 制浆原理与工程 3 EscherWyss阶梯扩散式浮选机浆料用泵送入布气元件 通过阶梯扩散器吸入空气与浆位用液位箱控制可单台水平安装 也可多台迭装浆浓0 8 1 5 制浆原理与工程 EscherWyss阶梯扩散式浮选