CN101694075B - 一种低耗能清洁型纸浆提取的方法及其造纸工艺 - Google Patents
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Abstract
一种低耗能清洁型纸浆提取的方法及其造纸工艺，解决了现有技术中制浆造纸过程中需要对纤维原料进行高温高压蒸煮和化学药液在制浆造纸过程中产生大量的黑或者红液，对资源造成很大的浪费和对环境造成很大的污染的问题，采用的技术方案是：一种低耗能清洁型纸浆提取的方法，以上的方法是借助于将富含纤维的生物质原料去杂、粉碎、软化浸泡、分离有机质、研磨制浆实现的，所述的软化浸泡液含有：二氧化钠、碳酸钠、渗透剂T、氧化镁、螯合剂EDTA，各组份的重量百分比为：二氧化钠：10-20％，碳酸钠：3-5％，渗透剂T：0.5-2.5％，氧化镁：0.5％，螯合剂EDTA：0.05-0.15％。与上述方法配套的造纸工艺，工艺流程为：备料、搓磨分丝、浸泡反应、药液分离、螺旋挤浆、高浓磨浆、除渣、粗筛、造纸。本发明的制浆工艺过程简单，对环境、设备条件要求不高，技术易推广，生产规模可大可小，筹建生产线土建、设备投资费用低，运行费用少。
Description
技术领域
本发明属于造纸领域，具体的涉及一种无需蒸煮、无黑液或者红液的低耗能清洁型纸浆提取的方法，以及应用该方法实现的造纸工艺。
背景技术
以植物纤维原料制浆造纸具有数千年的历史。当今化学制浆方法分为两大类，一是碱法制浆，二是酸法制浆。酸、碱两种制浆方法都需要对植物纤维原料实施蒸煮，其目的在于去除纤维原料中非纤维素的成份，如木素或者其他杂质，而尽量保留纤维素和半纤维素，以利于造纸。要达到蒸煮制浆的目的必须满足两个条件，一是高温高压蒸汽，二是适应碱、酸两种方法的化学药液。高温高压蒸汽的获得需要消耗大量的能源。碱法制浆药液主要是石灰、烧碱、硫化钠，蒸煮制浆的结果产生大量的黑液。酸法制浆药液主要是亚硫酸盐和亚硫酸氢盐，蒸煮制浆的结果产生大量的红液。制浆是分离植物纤维原料中的木素和其他杂质而获得高质量的纸浆。酸、碱法制浆使用各种不同的化学药品，在高温高压剧烈的反应条件下蒸煮植物纤维原料，导致了有机色素更多的产生。不同的制浆方法和不同的制浆工艺条件，使得有机色素更多的产生。不同的制浆方法和不同的制浆工艺条件，使得有机色素的颜色深浅不同，特别是在制浆蒸煮的过程中会因木素的缩合而使有机色素变得更深。因此，制浆蒸煮黑或者红液的出现，是来自植物纤维原料有机色素的产生。
黑液和红液都会对环境造成严重的污染并且难以治理。对黑液或者红液污染的治理需要投入大量的资金，国内许多制浆造纸企业不得不因此关闭停产。现有制浆技术的缺陷严重制约了我国制浆造纸工业的发展，给国民经济造成了严重的损失。
发明内容
本发明为了解决现有技术中制浆造纸过程中需要对纤维原料进行高温高压蒸煮和化学药液在制浆造纸过程中产生大量的黑或者红液，对资源造成很大的浪费和对环境造成很大的污染的问题，提出了一种低耗能清洁型纸浆提取的方法及其造纸工艺。采用的技术方案是：一种低耗能清洁型纸浆提取的方法，以上的方法是借助于将富含纤维的生物质原料去杂、粉碎、软化浸泡、分离有机质、研磨制浆实现的，所述的软化浸泡液含有：二氧化钠、碳酸钠、渗透剂T、氧化镁、螯合剂EDTA，各组份的重量百分比为：
二氧化钠 10-20％
碳酸钠 3-5％
渗透剂T 0.5-2.5％
氧化镁 0.5％
螯合剂EDTA 0.05-0.15％
其余为水。
应用上述方法实现的造纸工艺，工艺流程为：
1)、将选取得植物纤维原料进行去杂后，破碎、疏解、分丝；
2)、将权利要求1所述的软化浸泡液，和原料丝在反应池内进行浸泡，形成浆料；
3)、将浸泡好的浆料抽提后通过斜网浓缩，将药液分离，分离后的药液回收处理后循环利用；
4)、药液分离后的浆料输送到螺旋挤浆机，经三级挤压、逆流洗涤进行进一步的药液分离，得到浓度高达30％的纸浆，将分离后的液体输送回收管道再利用；
5)、将纸浆进行扩散冲池，降低浓度到18％-22％后，在高浓磨浆机内进行磨浆过程，得到打浆度大于25°SR得纸浆；
6)、除渣，通过高浓除渣机去除纸浆中的细小颗粒杂质；
7)、粗筛，选取配套的振框式平筛筛除纸浆中的粗渣；
8)、浓缩，将筛选后的纸浆经过浓缩机处理，得到纸浆产品；
9)、将纸浆送到抄造机造纸。
本发明选用与传统制浆技术不同的软化浸泡液，在常温常压温和的反应条件下，软化浸泡液浸泡植物纤维原料，使纤维发生润胀，体积变大，纤维内部的氢键部分被破坏，而增加了纤维的柔软性。软化浸泡液中不同化学药品的催化作用，通过氧解使木素与纤维分离、降解并溶于药液中，避免了木素的综合过程，阻止了有机色素的加深。同时，由于药液与纤维原料中的有机色素和木素发生氧化反应而脱色，使制浆过程中不会产生黑或红液。并且软化浸泡液实现了循环利用，不污染环境。
本发明的有益效果是：制浆过程在常温常压条件下进行，不用蒸煮植物纤维原料，无需高温高压蒸汽，大量的节约了能源。使用的软化浸泡液成份在制浆过程中不产生黑或红液，制浆的软化浸泡液实现了零排放，无污染。化学反应药液经高效分离提取后全部回用，大大减少了对环境的污染。
在制浆过程中没有高温高压蒸煮的剧烈反应条件，纤维损伤小，纸浆物理强度高。制浆过程中没有高温高压蒸煮剧烈反应条件，纤维损伤下，纸浆物理强度高。制浆过程中有机色素被氧化脱色，不产生黑或红液，制浆不受污染，白度高，易洗选，易漂白，因此大量的节水节约漂白剂，生产成本低。并且在制浆过程中没有采用高温高压蒸汽，没有压力容器，化学反应药液腐蚀性小，无毒，有利与安全生产。
本发明的制浆工艺过程简单，对环境、设备条件要求不高，技术易推广，生产规模可大可小，筹建生产线土建、设备投资费用低，运行费用少。
具体实施方式
本发明提出了一种低耗能清洁型纸浆提取的方法及其造纸工艺，采用的技术方案是：一种低耗能清洁型纸浆提取的方法，以上的方法是借助于将富含纤维的生物质原料去杂、粉碎、软化浸泡、分离有机质、研磨制浆实现的，所述的软化浸泡液含有：二氧化钠、碳酸钠、渗透剂T、氧化镁、螯合剂EDTA，各组份的重量百分比为：
二氧化钠 10-20％
碳酸钠 3-5％
渗透剂T 0.5-2.5％
氧化镁 0.5％
螯合剂EDTA 0.05-0.15％
其余为水。
本发明技术方案中所述的方法中，所述的渗透剂T成份为顺丁烯二酸二辛酯磺酸钠。
本发明技术方案中所述的方法中，所述的螯合剂EDTA成份为乙二胺乙酸。
应用上述方法实现的造纸工艺，工艺流程为：
1)、将选取得植物纤维原料进行去杂后，破碎、疏解、分丝；
2)、将权利要求1所述的软化浸泡液，和原料丝在反应池内进行浸泡，形成浆料；
3)、将浸泡好的浆料抽提后通过斜网浓缩，将药液分离，分离后的药液回收处理后循环利用；
4)、药液分离后的浆料输送到螺旋挤浆机，经三级挤压、逆流洗涤进行进一步的药液分离，得到浓度高达30％的纸浆，将分离后的液体输送回收管道再利用；
5)、将纸浆进行扩散冲池，降低浓度到18％-22％后，在高浓磨浆机内进行磨浆过程，得到打浆度大于25°SR得纸浆；
6)、除渣，通过高浓除渣机去除纸浆中的细小颗粒杂质；
7)、粗筛，选取配套的振框式平筛筛除纸浆中的粗渣；
8)、浓缩，将筛选后的纸浆经过浓缩机处理，得到纸浆产品；
9)、将纸浆送到抄造机造纸。
本发明技术方案中所述的造纸工艺中，按照所述的工艺流程制取漂白浆，步骤7)粗筛完成后，对纸浆进行漂白处理后，再进行步骤8)的过程。
本发明技术方案中所述的造纸工艺中，所述的步骤8)完成后，使用配套的双盘磨浆机对纸浆进行进一步的精磨。
本发明技术方案中所述的造纸工艺中，对纸浆进行精磨完成后，使用压力缝筛筛除纸浆精磨后的浆渣。
本发明技术方案中所述的造纸工艺中，所述的精磨过程完成后使用压力缝筛，筛除纸浆中的浆渣。
本发明技术方案中所述的造纸工艺中，所述的漂白处理分为漂白活化处理、过氧化氢、还原性补充漂白三个阶段。
本发明技术方案中所述的造纸工艺中，步骤2)中软化浸泡液的浸泡时间为2-4小时。
本发明所实用的植物纤维原料可以是木材纤维，例如：针叶木、阔叶木，阔叶木中包括有白杨、青杨、速生杨；也可以是非木材纤维，例如麦草、稻草、棉杆、芦苇、竹子、甘蔗渣等。制浆的种类可以是本色浆或者漂白浆。
下面结合实施例对本发明方案做进一步的说明。
实施例1：以麦草为原料生产本色浆，按下列药品配方，配置软化浸泡液，按照下列的数据进行计算：
二氧化钠 10％
碳酸钠 3％
渗透剂T 0.5％
氧化镁 0.5％
螯合剂EDTA 0.1％。
计算出药品的用量，以水作为溶剂，配制成软化浸泡液储存于药液池中。
具体实施步骤为：
1)、首先进行备料，选用质量好，经过称量的麦草，切成50mm长左右的草段，通过旋风分离除尘，筛除杂质，用水浸润，含水率约为30％。
2)、搓磨分丝：备好的麦草原料进入粗磨机，破除草节、穗梗、草片磨成细丝状，以利浸泡。
3)、浸泡反应：经过搓磨分丝后的纤维原料投放到圆型反应池内，泵入预先配置好的软化浸泡液，启动搅拌器，自然条件下浸泡反应4小时左右，即可结束反应过程。
4)、药液分离：由无堵塞将泵抽提反应池内浸泡好的浆料，通过斜网浓缩，分离出软化浸泡液，流入回药储池，经过絮凝、沉淀、分离等物理化过程，净化后回用。
5)、螺旋挤浆：浆料经斜网浓缩分离软化浸泡液后，其浓度在10％以上，输入到螺旋挤浆机，经三级挤压、逆流洗涤，药液提取率达90％以上，纸浆浓度达30％以上。挤出的软化浸泡液并入回药液储池。
6)、高浓磨浆：对浓度30％以上的纸浆，给以扩散冲池，浓度降低扫20％左右，进入高浓度磨浆机，通过磨浆过程，方可得到打浆度25°SR以上的纸浆。
7)、除渣：通过高浓除渣器除去纸浆中的碎沙、铁屑及其他硬质细小颗粒，以清洁纸浆。
8)、粗筛：选用适当的振框式平筛，筛除纸浆中的粗渣，以达到应有的纸浆质量要求。
9)、浓缩：筛选后的纸浆经过浓缩处理，达到合适的浓度要求，即可得到合格的纸浆产品。
10)、将纸浆送到抄造机造纸。
制的的纸浆及抄制定量纸片质量检测数据如下：
纸浆：打浆度26°SR；湿重：4.1g：硬度：K19；得率：78％。
纸片：定量：163.2g/m2；紧度：0.51g/cm3；裂断长：2.7Km；环压指数：13.2N·m/g；耐破指数：1.98Kpa·m2/g；撕裂指数：3.85mN·m2/g；耐折度：12次。
实施例2：以麦草为原料生产漂白浆，按下列药品配方，配置软化浸泡液，按照下列的数据进行计算：
二氧化钠 20％
碳酸钠 5％
渗透剂T 2.5％
氧化镁 0.5％
螯合剂EDTA 0.15％。
计算出药品的用量，以水作为溶剂，配制成软化浸泡液储存于药液池中。
具体实施步骤：步骤1)-8)中过程与实施例相同。
9)、全无氯漂白：全无氯漂白技术是目前国内积极推广的先进纸浆漂白技术。目的是防止使用含氯漂白剂造成的有机氯(AOX)污染。漂白分三段进行，即M-P-Y，也就是：M-漂白活化处理，P-过氧化氢漂白，Y-还原性补充漂白。漂剂的用量根据纸浆的白度要求而定。一般情况下，可达70％ISO以上。漂白使用的设备可用现有技术通常的设备代替，漂白的工艺条件没有特殊要求。
10)、浓缩漂白洗涤后的纸浆，使用普通的浓缩机进行浓缩处理，根据实际需要控制纸浆的浓度。作为商品浆售出的纸浆，要提高浓度，以减少运输量。
11)、精磨：为满足抄纸的需要，而进行精磨，控制纸浆浓度要适应双盘浆机的要求。通过进一步的磨浆，提高打浆度到40°SR以上，细化纤维，确保纸浆质量。
12)、精筛：使用压力缝筛，筛除纸浆精磨后的浆渣，完成制浆过程，以利后续造纸。
13)、将纸浆送到抄造机造纸。
制的的纸浆及实验室抄制定量纸片质量检测数据如下：
纸浆：白度：75％ISO；打浆度42°SR；湿重：2.3g：硬度：K13；得率：70.5％。
纸片：定量：60g/m2；白度：75％ISO；紧度：0.55g/cm3；裂断长：2.9Km；耐破指数：2.01Kpa·m2/g；撕裂指数：3.91mN·m2/g；不透明度：76.5％；光散射系数：32.1m2/kg。
实施例3：以棉杆为原料生产漂白浆。按下列比例配置药方：
二氧化钠 16％
碳酸钠 5％
渗透剂T 1％
氧化镁 0.5％
螯合剂EDTA 0.05％。
计算出药品的用量，以水作为溶剂，配制成软化浸泡液储存于药液池中。
具体实施步骤如下：
1)、备料：选取除叶去根经过称量的棉杆，用锤式粉碎机破碎解成5mm长左右的料段，经过旋风分离除尘，筛除杂质，用水侵润，含水率约为30％
2)、搓磨分丝：备好的棉杆原料进入双辊螺旋挤压疏解机，将料段搓磨成细丝状，以利浸泡反应。
以下步骤3)-13)，与实施例2相同。
制得纸浆及实验室抄制定量纸片质量检测数据如下：
纸浆：白度：73％ISO；打浆度41°SR；湿重：2.4g：硬度：K14；得率：80.3％。
纸片：定量：60g/m2；白度：73％ISO；紧度：0.58g/cm3；裂断长：3.8Km；耐破指数：2.15Kpa·m2/g；撕裂指数：4.1mN·m2/g；不透明度：77.3％；光散射系数：32.6m2/kg。
实施例4：以杨木为原料生产漂白浆。按下列比例配置药方：
二氧化钠 18％
碳酸钠 4％
渗透剂T 1.5％
氧化镁 0.5％
螯合剂EDTA 0.12％。
计算出药品的用量，以水作为溶剂，配制成软化浸泡液储存于药液池中。
具体实施步骤如下：
1)、备料：选用三倍体毛白杨树或者树杆为材料，人工去皮后用盘式或鼓式削片机削成长×宽×厚为25×20×2mm或者25×20×3mm的木片，用热水浸渍予以软化处理。
2)、搓磨分丝：用热水浸渍后的木片进入搓磨粉丝机，使木片磨成细丝状，以利浸泡反应。
以下步骤3)-13)，与实施例2相同。
制得纸浆及实验室抄制定量纸片质量检测数据如下：
纸浆：白度：74％ISO；打浆度40°SR；湿重：2.5g：硬度；K15；得率：82％。
纸片：定量：60g/m2；白度：74％ISO；紧度：0.61g/cm3；裂断长：4.3Km；耐破指数：2.4Kpa·m2/g；撕裂指数：4.3mN·m2/g；不透明度：76.8％；光散射系数：33.4m2/kg。
综上所述，制得纸浆及实验室抄制定量纸片质量检测数据汇总如下：
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
纸浆：打浆度：(°SR) 26 42 41 40
湿重：(g) 4.1 2.3 2.4 2.5
硬度：(K： 19 13 14 15
得率：(％) 78 70.5 80.3 82
纸片：定量：(g/m2) 163.2 60 60 60
白度：(％ISO) -- 75 73 74
耐折度：(次) 12 -- -- --
环压指数：(N·m/g) 13.2 -- -- --
紧度：(g/cm3) 0.51 0.55 0.58 0.61
裂断长：(Km) 2.7 2.9 3.8 4.3
耐破指数：(Kpa·m2/g) 1.98 2.01 2.15 2.4
撕裂指数：(mN·m2/g) 3.85 3.91 4.1 4.3
不透明度：(％) -- 76.05 77.3 76.8
光散射系数：(m2/kg) -- 32.1 32.6 33.4
Claims (7)
1.一种低耗能清洁型纸浆提取的方法，以上的方法是借助于将富含纤维的生物质原料去杂、粉碎、软化浸泡、分离有机质、研磨制浆实现的，其特征在于：软化浸泡液含有：二氧化钠、碳酸钠、渗透剂T、氧化镁、螯合剂EDTA，各组份的重量百分比为：
二氧化钠 10-20％
碳酸钠 3-5％
渗透剂T 0.5-2.5％
氧化镁 0.5％
螯合剂EDTA 0.05-0.15％
其余为水。
2.应用权利要求1所述的方法实现的造纸工艺，其特征在于：工艺流程为：
1)、将选取得植物纤维原料进行去杂后，破碎、疏解、分丝；
2)、将权利要求1中所述的软化浸泡液，和原料丝在反应池内进行浸泡，形成浆料；
3)、将浸泡好的浆料抽提后通过斜网浓缩，将药液分离，分离后的药液回收处理后循环利用；
4)、药液分离后的浆料输送到螺旋挤浆机，经三级挤压、逆流洗涤进行进一步的药液分离，得到浓度高达30％的纸浆，将分离后的液体输送回收管道再利用；
5)、将纸浆进行扩散冲池，降低浓度到18％-22％后，在高浓磨浆机内进行磨浆过程，得到打浆度大于25°SR得纸浆；
6)、除渣，通过高浓除渣机去除纸浆中的细小颗粒杂质；
7)、粗筛，选取配套的振框式平筛筛除纸浆中的粗渣；
8)、浓缩，将筛选后的纸浆经过浓缩机处理，得到纸浆产品；
9)、将纸浆送到抄造机造纸。
3.根据权利要求2所述的造纸工艺，其特征在于：按照所述的工艺流程制取漂白浆，步骤7)粗筛完成后，对纸浆进行漂白处理后，再进行步骤8)的过程。
4.根据权利要求3所述的造纸工艺，其特征在于：所述的步骤8)完成后，使用配套的双盘磨浆机对纸浆进行进一步的精磨。
5.根据权利要求4所述的造纸工艺，其特征在于：对纸浆进行精磨完成后，使用压力缝筛筛除纸浆精磨后的浆渣。
6.根据权利要求3所述的造纸工艺，其特征在于：所述的漂白处理分为漂白活化处理、过氧化氢、还原性补充漂白三个阶段。
7.根据权利要求2所述的造纸工艺，其特征在于：步骤2)中软化浸泡液的浸泡时间为2-4小时。
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