廢紙回收利用過程中雜質的來源及其物理控制工藝
摘要： 本文綜述了廢紙回收利用時雜質的來源以及雜質脫除的物理方法，介紹了不同物理脫除膠粘物工藝的機理、特點，并對收購廢紙過程中控制雜質的方法提出了建議。
1 前言
隨著世界經濟的迅猛發展以及人們生活水平的提高,紙和紙板的生產及需求量也在與日俱增,據資料統計顯示2000年,我國紙和紙板的消費總量約為3400萬ｔ，2004年我國紙和紙板的產量為4950萬噸，消費量為5439萬噸。[17]紙和紙板需求量的大幅上升,勢必造成原料緊張、能源短缺等問題的加劇。如何充分利用資源,研究節約能源變廢為寶的資源化技術,正在受到世界廣泛的重視。二次纖維的回用已受到世界各國的高度重視。據有關專家預測, 21世紀末,二次纖維將占造紙纖維原料的70%左右[1]。我國的二次纖維利用率隨著造紙工業的發展而迅速上升，廢紙漿用量從2000年的1230萬t占到全國紙漿總用量的41%上升到2004年的2305萬噸，占全國制漿總用量的52％。為此,今后二次纖維的使用不僅在數量上將大幅度增長,而且在質量、品種、回收方式、處理技術以及廢水處理等方面,都要有一個新的提高。
2 廢紙的種類及處理
在我們回收的大量的廢紙中大致可以分為三類：
第一類是上等廢紙，即由印刷品切下來的白紙邊，它們未經印刷“污染”，只需加水軟化，再用機械攪碎，離解成單根纖維，稍加處理，直接送到造紙機上，即能抄造出較好的紙張。
第二類是中等廢紙，包括大量的舊書本、雜質、記帳冊等；凡是印有字、寫過字的白色廢紙，都屬于這一類。
第三類是次等廢紙，除上述兩種以外的一切雜質均屬此類。這類廢紙，有一部分是從垃圾堆里揀來的，上面帶有細菌，所以必須加強脫色、消毒。這類廢紙只供抄造低級紙張使用。 [2]
廢紙也有局限性。一方面，隨著紙張品種多樣化的發展，采用了各種各樣的化學藥品，有的添加劑還有毒，有的則難于凈化除去，給廢紙加工帶來許多麻煩。另一方面，廢紙漿生產的紙強度較差，這是因為在廢紙制漿過程中經過了一系列機械、化學加工處理，又在各種環境中受到不同程度，不同時間的老化，使纖維短而發脆。認識到廢紙漿的這些特點，對廢紙的回收利用是十分重要，便于制定出科學、合理的制漿工藝流程，做到揚長避短。[3]
3 廢紙在回用過程中的主要雜質及其出現的主要問題
3.1.1 廢紙回用過程中的主要雜質
在制漿造紙過程中，雜質是所有造紙無用物的總稱。包括存在于水中的或以某些方式粘附在造紙機、澄清設備、管道、管件等某一設備或同時粘附在幾種不同設備上的物質。
隨著二次纖維回收利用率的增加,尤其是低廉的混合廢紙的回用程度不斷提高,潛在地增加了雜質對紙漿的污染,這些雜質的種類見表一[4]。采用高濃碎漿、新型凈化設備和篩濾系統,能較有效地增加系統去除雜質的種類和能力,但即使最有效的體系也不能將膠粘雜質完全除去。所以，廢紙回收利用上存在的主要問題是膠粘物問題。
表一 廢紙中通常含有的雜質種類
3.2 二次纖維使用過程中的膠粘物來源及其危害
3.2.1膠粘物的來源
膠粘物是在廢紙中由于其粘性或趨向于形成聚集體而導致在造紙過程中出現沉積物問題的物質。[5]這些物質混入紙漿中在各個工序中都能發生沉淀,對紙機、加工設備和成紙的使用上都可能造成影響。若膠粘雜質在成形網、毛布和壓輥、刮刀及烘缸等表面沉積,將會影響到紙機的運轉性能,紙頁質量也因此下降,常常出現洞眼、色斑并導致紙頁的外觀欠佳。如果膠粘雜質沉積在紙頁的表面則會影響到涂層的粘著、紙頁的適印性能并有可能出現與周圍紙頁粘附,加工時斷裂。因此膠粘雜質的控制引起了人們廣泛的關注。
膠粘物的主要來源如表二：[6]
表二：膠粘物的主要來源
3.2.2膠粘物的特性及危害
膠粘雜質的一些問題與其性質有關，重要特性之一為疏水性,因此能夠脫離水相而沉積吸附在成形網、毛布和壓輥等疏水性表面。并且由于這些顆粒的稠密性和熱塑性而極難通過離心分離或濾篩除去。膠粘物(膠粘雜質)可進一步分為3類：熱熔物、壓敏膠粘物和蠟狀物。[4]
以上膠粘物各具特性，但在紙漿中均呈陰電性，具有較高的陽離子需求量。消耗系統中陽性添加劑的電荷，本身表現出很強的凝聚和沉積趨勢，積聚到一定程度時，會沉積并粘附于紙機的網、毛毯、壓輥、吸水箱、烘缸表面、以及管道中，造成糊網、毛毯孔眼堵塞等，形成膠粘物障礙，導致脫水能力下降、脫水不均勻、并引發多種紙病，嚴重時造成紙機斷頭而被迫停機清洗。
此外，膠粘物的危害還在于：膠粘物中如上所提到的蠟、聚乙烯、苯乙烯、膠乳、橡膠、熱熔膠等都具有柔軟性和可塑性，在處理過程中會發生形變，并具有聚集的屬性，干擾清除，從而增加了處理難度。[5]
隨著廢紙原料使用量的增加和廢紙中膠粘物含量的增加，膠粘物的危害更加突出，因此膠粘物成為廢紙處理過程中最復雜、最困難、最需要認真對待的問題。
4 廢紙回收過程中膠粘物的物理控制工藝
由于膠粘物脫除工藝是廢紙回收過程中最難控制的工藝，我們主要來探討膠粘物雜質的控制工藝。我們發現去除廢紙中膠粘物的方法通常有3種。物理控制、化學控制、生物控制。
由于廢紙往往含有多種潛在膠粘物，在廢紙制漿過程中很難依靠單一的處理方法將膠粘物徹底去除，在實際生產中經常采用多種方法相結合的處理程序。
其中原生膠粘物主要是通過機械法脫除。
所謂原生膠粘物，指的是直接來自廢紙不溶于水的膠粘物。除去原生膠粘物的方法，主要是靠機械控制的方法，當然也會在機械控制方法無法繼續控制時采用化學控制方法來協助進行。機械控制方法主要包括篩選、洗滌、熱分散、機械處理等。 [6]
4.1. 2 機械篩選法
機械篩選是利用膠粘物顆粒與纖維之間的物性差別進行篩選。根據膠粘物大小和形狀的差別可用篩子篩去，當比重、粒徑和形狀為主要因素時，則用離心式消除器來剔除。然而，機械方法并非100％有效，這是因為壓力篩的旋翼在高速旋轉時，對紙漿產生的沖擊過大，在這種沖擊波作用下，大于篩縫（孔）5～10倍的膠粘物粒子都能通過篩縫（孔），而且膠粘物的某些成分的特性與纖維十分相似，或者是膠粘物的某些成分與膠粘物十分相似。實踐證明，正確按設計規范操作，用機械篩選可以出70%粘性物。如果再在壓力篩后加上一段除渣器的話去除膠粘物的效果會更好。[7]
4.1.3 洗滌與浮選
洗滌法是最早使用的傳統方法，主要是利用大量的水反復洗滌漿料，將廢紙漿中的油墨洗去。洗滌法所選用的表面活性劑一般是浸透、乳化、分散等綜合洗滌作用較強的醚型非離子型表面活性劑，為了避免高氣泡型導致的洗滌效果差、廢水處理難等問題，應盡量少使用高氣泡性的陰離子型表面活性劑。洗滌法簡單的流程為：廢紙→碎解→加脫墨劑→疏解→洗滌→紙漿。[8]
由于過去用的洗滌法脫墨排出的廢水量大，隨著人們的環保意識日益加強，廢紙回收企業轉而改用浮選法脫墨替代洗滌法。但由于洗滌在去除廢紙中廢雜質仍有著不可替代的作用，浮選法脫墨又逐漸演變為現在的浮選洗滌法。適合用在浮選過程中的廢雜質顆粒大小在15～150μm，而低于15μm則洗滌更為有效，故對絕大多數品種的廢紙來說，這兩種操作單元的配合使用是最理想的[8]
浮選法是近幾十年發展起來的脫墨方法。它是將碎解、凈化后的漿料沖稀至 0.8~1.2%（質量濃度），然后加入浮選劑，生成泡沫吸附油墨粒子、并浮在液面上，然后用吸盤洗掉或使用機械刮刀刮走。其簡單的工藝流程為：廢紙→預選篩→碎解→高濃壓力篩→浮選設備→錐形除砂器→圓網濃縮機→高濃漂白機 →造紙車間。[8]
影響浮選的諸多參數中，空氣泡的多少和大小是一個主要因素，小的空氣泡能捕捉小的廢雜質，而較大的廢雜質則需要較大的空氣泡，而為了加大空氣泡與油墨顆粒碰撞的幾率，就要增加空氣泡的數量。
前人研究結果表明：只有空氣泡直徑大于0.5mm時，氣泡才有足夠的浮力推開紙漿懸浮液中由纖維組成的“彈性網”并浮至浮選槽的表面，故浮選時發生的氣泡應不小于0.5mm。小于0.1mm的空氣泡會吸附在纖維上，造成纖維的流失。
4.1.4 機械／熱分散處理
通過篩選及洗滌設備并不能完全出去膠粘物。熱分散及機械分散法可以進一步碎解膠粘物顆粒，使其易于分散。熱分散系統的主體設備是熱分散器。
主要作用
用于對廢紙漿中的膠粘物、油脂、石蠟等雜物進行細化，以提高成紙的外觀質量；也可用于脫墨漿生產中剝離并分散油墨粒子，以提高脫墨效果。
工作原理：
分散作用主要靠機體內定子和轉子間的相對運動實現的，漿料以大于28％的濃度在機體內受到擠壓及蒸汽加熱，同時在定子和轉子間受到強烈的揉搓，使漿料中依附在纖維上的膠粘物分散成肉眼看不到的微細顆粒。對于脫墨漿，可以從纖維表面剝離并分散油墨離子，以便在后續工段中除去。[9]
過程為：
廢紙先經水力碎漿機離解并用高濃除砂器和纖維分離機進行凈化處理，再進入濃縮設備脫水，然后漿料經預熱器預熱后進入熱分散器，利用熱分散器盤磨的高速旋轉而產生擠壓、揉搓、摩擦作用將熱熔膠在熔化狀態下分散成許多難于看出的小顆粒。[10]
5 結論與建議
經過以上的物理處理，可以在一定程度上去除膠粘物，降低膠粘物對造紙過程的危害。
但是在廢紙回收過程中也要加強對含有膠粘物雜質廢紙的控制。這一點可以通過廢紙回收站來完成。例如廢紙收購企業可以按照膠粘物含量的多少制定廢紙的等級，從而制定不同的回收價格，在利益上刺激回收站工作人員加強廢紙回收的挑選工作。這樣也為我們物理處理工藝減輕了壓力，從而降低物理處理過程的成本。
6 參考文獻
[1] 顧民達.擴大二次纖維回收利用的對策[J].紙和造紙,2002,03，7－9
[2] 李洲.國內外廢紙回收利用的現狀與趨勢.再生資源研究，1994，07,15－18
[3] 張治溥.淺析廢紙的回收利用.甘肅輕紡科技，1994，02,27－28
[4] 趙玉林1，陳中豪1，王福君2，廢紙回用過程中膠粘雜質的分類及化學控制，林產化工通訊，2001，04,17－20
[5] 龐學欣.廢紙回收過程中的膠粘物問題.國際造紙，2002，03，23－27 造紙化學品，2004，01，1－4
[6] 張素鳳.廢紙回收中膠粘物的除去.造紙化學品，1999，02，39－40
[7] 謝新良、石淑蘭.廢紙回收過程的膠粘物及解決辦法，上海造紙，2002，04，8－11
[8] 廢紙處理設備的新進展(中)，陳慶蔚，中華紙業，2005，03，36－40
[9] 幾種廢紙制漿設備介紹，劉學峰，中華紙業，2002，06，44－46
[10] 袁世炬、劉冰玉等.廢紙中熱熔膠的脫除方法.湖北工學院學報，1994，02，78－82
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