CN103757975A - 一种高效分离皮浆与秆芯浆的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效分离麻皮浆与秆芯浆的方法，该方法中全麻秆不经切片，装入蒸煮器按本发明所述蒸煮工艺进行蒸煮，蒸煮后由皮纤维和秆芯纤维分离设备对麻秆挤溃、喷淋分离，洗浆机逆流洗涤，即可分别获得质量俱佳的秆芯纤维和麻皮纤维；本发明省去事前非常低效的麻皮和秆芯分离，而在蒸煮后实现二者的高效分离；所得麻皮浆杂质少、纤维素纯度高，可纺织与造纸两用，而秆芯浆主要用于造纸；同样的蒸煮器，单位产能可提高一倍；麻秆无需切片，免除了麻皮纤维在制浆过程的缠结、堵塞等致命性运行问题，既实现了全麻秆的轻松制浆，也拓宽了韧皮长纤维与木质部短纤维全秆制浆的路子。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备麻浆的方法，具体涉及一种非切片全麻秆通过蒸煮及皮、秆芯分离分别获取皮浆与秆芯浆的方法，属于造纸技术领域。
背景技术
麻类是一种重要的农作物，除红麻等极少数麻类的皮纤维相对较短（长约2-3 mm）外，像苎麻、大麻、亚麻等的皮纤维长度平均都在一、二十毫米以上。麻皮纤维的超长特性使其从古代开始就被用于纺布、搓绳子、织麻袋等。即便是到了今天，麻纤维类也仅限于高附加值产品的利用，是品质绝佳的天然纤维原料。
然而，要获取麻纤维并不是一件容易的事。纺织类用麻纤维是通过从麻秆剥离麻皮及对麻皮的一系列精制处理程序获取，造纸用麻纤维也是通过从麻秆剥离的麻皮经切断、蒸煮、打浆切断、漂白等一系列的工序得到。除像亚麻这种细茎麻秆的剥皮还可以用机械剥皮的方式获取，而大麻、苎麻等则基本是由人工剥皮的方式来得到。不管以什么样的形式获取麻皮，其人工、加工费用都导致麻皮原料的成本陡增，沤麻以及精制过程所带来的大量高污染负荷的废水难于处理还带来环境污染治理沉重的负担。
在另外一方面，目前为止，人们只看重麻皮高附加值产品的利用，而对剥离后的秆芯当作废弃物处理。从造纸的角度，麻秆芯纤维虽然比较短，但其作为纸浆纤维来讲，也是一种可用的资源。若以工业大麻亩产800 kg的麻秆计，剥除的麻皮仅为100多公斤，剩下的近700公斤都是秆芯。只要种植25万亩的工业大麻，就足以支撑一个年产10万吨麻浆厂的原料配套。因此，一面是麻皮获取高昂的代价，另一面是5、6倍于麻皮量的秆芯得不到有价值的利用。由于对麻秆利用的加工技术迟迟得不到突破，带来的麻类作物的种植推广受阻，高企的麻皮价格提高了其加工利用的门槛，同时还存在着诸多加工废水的污染物治理的难题。对麻秆纤维不能实现高效、清洁的制取，则以麻类纤维应用的产业将很难发展壮大。
发明内容
以高效、清洁、经济地获取麻纤维的制备技术为出发点，本发明提供一种用全麻秆不经切片，装入蒸煮器按本发明所述蒸煮工艺进行蒸煮，蒸煮后由皮纤维和秆芯纤维分离设备对麻秆挤溃、喷淋分离，洗浆机逆流洗涤，即可分别获得质量俱佳的秆芯纤维和麻皮纤维的制备方法。
本发明通过下列技术方案实现本发明目的：
（1）成熟收获的麻秆经自然风干后运至制浆厂，按0.8-1 m长度将麻秆截短，无需切片或皮秆分离处理，作为长度方向平行整齐摆列，经打包机顺宽度和高度两个方向压缩成宽约40 cm 、高约30 cm的长方体，用相同种类的生麻皮编成的细麻绳捆包，按堆码要求平整堆存；
（2）将堆料场堆存的麻秆包传送至蒸煮器内，通过机械手有序装填满，加入预先配制好的蒸煮药液，固液比为1:3-4.5（固液比是指蒸煮前绝干原料的质量与蒸煮药液的体积之比），蒸煮药液硫化度为0-22%，蒸煮药液包括麻秆绝干质量5%-25%的碱、麻秆绝干质量0-0.5%的蒽醌或氢蒽醌、麻秆绝干质量0-16%的Na2SO3，配制时不足的水量由水或逆流洗浆后的稀黑液补足，密闭蒸煮器；
（3）当蒸煮器为蒸球时，空转15-45 min后开始通蒸汽升温至150-160℃，之后保温90-240 min，保温结束即停止通汽，通过小放气将蒸汽放至热水槽或处于升温加热的其他蒸球，至球内蒸汽压力渐小后，从黑液槽泵入一部分黑液至球内温度降至大气沸点以下，打开蒸球盖，旋转蒸球使浆料倒入溜槽内；
（4）当蒸煮器为立锅时，启动带热交换的药液循环装置升温循环药液至150-160℃，保温90-240 min，之后抽走锅内黑液，同时泵入温稀黑液使锅内的温度降至大气沸点以下，打开锅盖，用机械手将立锅内的麻秆抓出，转移至溜槽内，直至麻秆抓完，锅内的剩余黑液抽至开盖前抽出黑液的储槽内；
（5）步骤（3）或（4）放至溜槽的麻秆通过楔形口进入挤压区进行挤压和喷淋处理，蒸煮后麻秆进入传送带，传送带速度5-15m/s，在0.5-2.0MPa条件下进行第一次挤压，同时采用水喷淋，水喷淋的速度为3-5m/s，然后进行二次挤压和喷淋，挤压压力为0.5-1.8MPa，喷淋速度为3-5m/s；最后进行三次挤压和喷淋，挤压压力为0.5-1.8MPa，喷淋速度为3-5m/s，挤压淋洗过程中秆芯纤维从麻皮上分离开来，收集秆芯纤维，挤压淋洗结束后，得到长条状麻皮纤维；
（6）步骤（3）或（4）蒸煮出来游离的黑液经过黑液过滤机过滤得到的秆芯纤维与步骤（5）分离出来的秆芯纤维归并在一起，用洗浆机经2-3段逆流洗涤得到洁净的秆芯浆，可直接用于本色浆的造纸应用，也可进入现行漂白系统制成漂白秆芯浆。
（7）步骤（5）分离出秆芯纤维并冲干净的麻皮若作为纺织纤维用，需通过人工理顺，进入精制及后加工过程；若作为造纸纤维用，则送至打浆机或旋风制浆机进行以切断为主要作用的打浆，使皮浆的平均纤维长度降至4 mm左右，继而用现行的漂白系统制成漂白麻皮浆。
（8）步骤（6）通过黑液过滤机的黑液直接送往碱回收系统；用洗浆机洗涤秆芯浆得到的稀黑液一部分用于蒸煮器放汽后对纸浆的降温，另一部分用于麻秆装入蒸煮器后补充的水，剩下的则混入原黑液一起送后处理系统。
所述麻秆为大麻秆、亚麻秆和苎麻秆，对所收获的麻秆，可截成0.8-1.0 m的长度。
所述步骤（1）对麻秆按规定尺寸压缩打包时，控制打包时的压力为视觉上麻秆压紧并开始出现挤溃的状态即可，捆包用同种麻类的生麻皮搓成的细麻绳，保证捆包后的麻秆不散开；麻秆包在装入蒸煮器时需以有序堆积的方式装填满，保证蒸煮过程麻秆包之间尽可能小地移动。
所述步骤（2）蒸煮药液成分因蒸煮方法不同而不同，可用烧碱-蒽醌法、硫酸盐法或是碱性亚硫酸盐，分别涉及到NaOH、Na2S、Na2SO3、蒽醌、氢蒽醌中的一种或者几种。烧碱蒸煮法涉及到的碱为NaOH；硫酸盐法的用碱量为NaOH+1/2 Na2S，也会含有一定量的Na2SO3；硫化度是指Na2S/(NaOH+ Na2S)。
所述步骤（2）采用烧碱-蒽醌法蒸煮时，用碱量为麻秆原料绝干质量的17-22%，蒽醌或氢蒽醌用量为麻秆原料绝干质量的0.05-0.5%。
所述步骤（2）采用硫酸盐法蒸煮时，用碱量为麻秆原料绝干质量的18-23%，其中，硫化度为10-22%，蒽醌或氢蒽醌用量为麻秆原料绝干质量的0-0.2%，亚硫酸钠用量为麻秆原料绝干质量的0-2%。
所述步骤（2）采用碱性亚硫酸盐法蒸煮时，用碱量为麻秆原料绝干质量的5-10%， Na2SO3为10-16%，蒽醌或氢蒽醌用量为麻秆原料绝干质量的0-0.2%。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
免除切片的麻秆经蒸煮器用上述碱法蒸煮及挤压分离秆芯纤维，分别得到长纤维的麻皮浆和短纤维的秆芯浆，秆芯浆中含麻皮纤维不到1%，麻皮浆含秆芯纤维不到2%。所得麻皮浆的得率为55-63%，木素含量低于1.5%，纤维素含量不低于88%，基本不含果胶、脂质、蜡，灰分含量低于0.5%；所得秆芯浆的得率为42-48%，木素含量低于3%，纤维素含量不低于82%。
本发明提供一种专门针对韧皮和木质部纤维长短差异巨大的麻秆，经有序捆包装料，用间歇蒸煮设备进行蒸煮，在不改变麻秆形态前提下脱出木素，达到纤维分离点后，采用挤压、冲洗获得皮纤维与秆芯纤维的方法。与现行麻秆制浆技术相比，具备下列优点：
（1）免除了麻秆切片备料的过程，无需切片机，自然就省去了切料的能耗以及切麻时麻皮缠结导致频繁停机清理的困扰；
（2）以压缩成捆的麻秆进行装料与卸料虽然增加了机械手在蒸煮器内的有序装料与卸料过程，蒸煮周期延长20%左右，但单位容积的装锅量比切片麻秆增加1.2-1.4倍左右，麻浆产量可实现翻番；
（3）蒸煮结束后的麻秆可达到纤维分离点，即麻秆保持较好的原形，经挤压、淋洗煮后麻秆，秆芯纤维被挤散，但麻皮被挤溃而不散，经冲洗便将秆芯纤维冲离麻皮，分别得到了麻皮纤维和秆芯浆；
（4）麻皮纤维保持原装料麻秆长度的长条状，既便于纺织用的精制处理，用于造纸纤维也有专用切断的打浆设备进行处理，做到纺织、造纸两用；
（5）切片麻秆的蒸煮得到的麻浆有不少皮纤维相互缠结，常堵塞制浆管路与处理设备致停机清理，而该方法无此障碍；
（6）得到的麻皮浆比切片麻皮蒸煮的麻皮浆的抗张强度提高20%以上，得到的秆芯浆比切后秆芯蒸煮的秆芯浆抗张强度提高15%以上。
（7）与现有的麻杆蒸煮技术相比，本发明方法蒸煮剂用量减小，可缓解后期废液处理、碱回收工序的压力，对环境负荷较小；蒸煮时间缩短，有利于节约能源，降低生产成本；浆的得率高，残余木素含量低，所得纤维品质优良。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的阐述，但本发明的内容并不限于所述的范围。
实施例1
（1）将原料堆场100×40×25（cm）成捆的大麻秆传送至蒸球内，通过机械手由下而上有序装填满，加入预先配制好的蒸煮药液，固液比为1:3，蒸煮方法为烧碱-蒽醌法，蒸煮药液包括麻秆绝干质量21%的NaOH、麻秆包绝干质量0.2%的蒽醌，配制时不足的水量由水补足，密闭蒸煮器；
（2）空转蒸球40 min，通入蒸汽升温至160℃，之后保温120 min，之后以小放气的形式将球内蒸汽放入稀黑液槽和碱液槽，遇有其他蒸球开始升温时也可通入升温蒸球，直至球内蒸汽放至大气压下，打开蒸球盖，旋转蒸球使球内的麻秆倒入溜槽内；
（3）步骤（2）倒入溜槽的麻秆通过楔形口进入挤压区进行挤压和喷淋处理，蒸煮后麻秆进入传送带，传送带速度5m/s，在2.0MPa条件下进行第一次挤压，同时采用水喷淋，水喷淋的速度为3m/s，然后进行二次挤压和喷淋，挤压压力为0.5MPa，喷淋速度为4m/s；最后进行三次挤压和喷淋，挤压压力为0.5MPa，喷淋速度为5m/s，挤压淋洗过程中秆芯纤维从麻皮上分离开来通过网孔流入疏解槽，收集秆芯纤维，挤压淋洗结束后，得到长条状麻皮纤维其依旧顺序留于网上；
（4）步骤（2）游离出麻秆的黑液经黑液过滤机过滤后，黑液送碱回收，秆芯纤维并入步骤（3）秆芯疏解槽，一并送3段逆流洗涤设备得到洁净的秆芯浆供后续处理，洗浆后的稀黑液除装球补水及金属网上挤压麻秆前半段喷淋用之外，剩下的送往碱回收；
（5）步骤（3）留于金属网上呈长条状的麻皮被送至溜槽进入槽式打浆机进行以切断为主的打浆，至平均纤维长度降至4 mm左右，泵送浆池备后续漂白用。
通过本实施例方法：麻皮浆得率59.3%、木素含量1.1%、纤维素含量88.7%；秆芯浆得率45.4%，木素含量2.1%，纤维素含量85.7%。
实施例2
（1）将原料堆场120×50×35（cm）成捆的大麻秆传送至立锅，通过机械手由下往上有序装填满，加入预先配制好的蒸煮药液，蒸煮方法为硫酸盐法，固液比为1:4，蒸煮药液硫化度为10%，并包括麻秆绝干质量23%的碱（NaOH和NaS的混合物），不足的水量由洗浆后的温稀黑液补足，密闭蒸煮器；
（2）通入蒸汽升温至80℃后，启动药液循环装置边循环边升温至155℃，之后保温240 min，保温结束后抽走锅内的黑液，同时泵入温稀黑液使锅内的温度降至大气沸点以下，打开锅盖，用机械手将立锅内尚成捆的麻秆抓出，转移至溜槽内，直至麻秆转移完，剩下锅内黑液抽至前面抽出黑液的储槽内；
（3）步骤（2）倒入溜槽的麻秆通过楔形口进入挤压区进行挤压和喷淋处理，蒸煮后麻秆进入传送带，传送带速度10m/s，在0.5MPa条件下进行第一次挤压，同时采用水喷淋，水喷淋的速度为5m/s，然后进行二次挤压和喷淋，挤压压力为1.8MPa，喷淋速度为3m/s；最后进行三次挤压和喷淋，挤压压力为1.8MPa，喷淋速度为4m/s，挤压淋洗过程中秆芯纤维从麻皮上分离开来通过网孔流入疏解槽，收集秆芯纤维，挤压淋洗结束后，得到长条状麻皮纤维其依旧顺序留于网上；
（4）步骤（2）由立锅抽出的黑液经黑液过滤机过滤后，黑液送碱回收，之后的秆芯浆洗涤及稀黑液的处置同实施例1的步骤（4）；
（5）步骤（3）留于金属网上的呈长条状麻皮经拣选整齐排列装入与麻皮长度相当的长方体金属网框，按纺织麻皮纤维精制的要求，以网框内的麻皮为单元进行精制处理，保证麻皮纤维不紊乱。
通过本实施例方法：麻皮纤维得率57.1%、木素含量0.9%、纤维素含量90.4%；秆芯浆得率43.7%，木素含量1.8%，纤维素含量86.6%。
实施例3
（1）将原料堆场120×40×25（cm）成捆的亚麻秆传送至蒸球，通过机械手由下往上有序装填满，加入预先配制好的蒸煮药液，蒸煮方法为烧碱-蒽醌法，固液比为1:3.5，蒸煮药液包括麻秆绝干质量为17%的NaOH、麻秆绝干质量0.5%的氢蒽醌添加量，不足的水量由洗浆后的温稀黑液补足，密闭蒸煮器；
（2）空转蒸球15 min，通入蒸汽升温至150℃，之后保温240 min，其后至倒料的操作与实施例1的步骤（2）相同；
（3）步骤（2）倒入溜槽的麻秆通过楔形口进入挤压区进行挤压和喷淋处理，蒸煮后麻秆进入传送带，传送带速度15m/s，在1MPa条件下进行第一次挤压，同时采用水喷淋，水喷淋的速度为5m/s，然后进行二次挤压和喷淋，挤压压力为1MPa，喷淋速度为5m/s；最后进行三次挤压和喷淋，挤压压力为1MPa，喷淋速度为3m/s，挤压淋洗过程中秆芯纤维从麻皮上分离开来通过网孔流入疏解槽，收集秆芯纤维，挤压淋洗结束后，得到长条状麻皮纤维其依旧顺序留于网上；
（4）步骤（2）游离出麻秆的黑液经黑液过滤机过滤后，黑液送碱回收，秆芯纤维并入步骤（3）秆芯疏解槽，一并送2段逆流洗涤设备得到洁净的秆芯浆供后续处理，洗浆后的稀黑液除装球补水及金属网上挤压麻秆前半段喷淋用之外，剩下的送往碱回收；
（5）步骤（3）分离、喷淋后的长条亚麻皮由溜槽进入旋风制浆机，依低于5 mm的纤维长度作为合格麻浆进行工艺控制，合格的亚麻纤维送至浆池备后续漂白用。
通过本实施例方法：麻皮浆得率58.3%、木素含量1.3%、纤维素含量89.2%；秆芯浆得率43.5%，木素含量2.3%，纤维素含量83.1%。
实施例4
（1）将原料堆场120×40×25 （cm）成捆的亚麻秆传送至立锅，通过机械手由下往上有序装填满，加入预先配制好的蒸煮药液，蒸煮方法为碱性亚硫酸盐法，固液比为1:4.5，蒸煮药液包括麻秆绝干质量12% 的Na2SO3、麻秆绝干质量10%的NaOH和麻秆绝干质量0.2%的氢蒽醌，不足的水量由洗浆后的温稀黑液补足，密闭蒸煮器；
（2）通入蒸汽升温至80℃后，启动药液循环装置边循环边升温至160℃，之后保温90 min，保温结束后的热黑液抽出，再泵入温稀黑液降温，麻秆的取出及两部分黑液的合并同实施例2的步骤（2）；
（3）步骤（2）倒入溜槽的麻秆通过楔形口进入挤压区进行挤压和喷淋处理，蒸煮后麻秆进入传送带，传送带速度8m/s，在1.5MPa条件下进行第一次挤压，同时采用水喷淋，水喷淋的速度为4m/s，然后进行二次挤压和喷淋，挤压压力为0.8MPa，喷淋速度为5m/s；最后进行三次挤压和喷淋，挤压压力为1.5MPa，喷淋速度为3m/s，挤压淋洗过程中秆芯纤维从麻皮上分离开来通过网孔流入疏解槽，收集秆芯纤维，挤压淋洗结束后，得到长条状麻皮纤维其依旧顺序留于网上；
（4）对立锅出来黑液的过滤截留纤维、秆芯的逆流洗涤及其以纺织为用途的麻皮处理环节基本同实施例2的步骤（4）和（5），只是对黑液的处理是按亚硫酸盐制浆废液回收的方法进行。
通过本实施例方法：麻皮浆得率57.3%、木素含量1.1%、纤维素含量89.9%；秆芯浆得率42.3%，木素含量1.8%，纤维素含量84.4%。
实施例5
（1）将原料堆场80×40×25（cm）成捆的苎麻秆传送至蒸球，通过机械手由下往上有序装填满，加入预先配制好的蒸煮药液，固液比为1:3，蒸煮方法为硫酸盐法，蒸煮药液硫化度为22%，蒸煮药液包括麻秆绝干质量23%的碱（NaOH和NaS的混合物）、麻秆绝干质量2%的亚硫酸钠和麻秆绝干质量0.1%的氢蒽醌，不足的水量由洗浆后的温稀黑液补足，密闭蒸煮器；
（2）空转蒸球30 min，通入蒸汽升温至160℃，之后保温90 min，之后到倒浆料的过程与实施例1的步骤（2）相同；
（3）对步骤（2）倒入溜槽的麻秆进行的挤压、喷淋使皮秆分离、皮纤维的打浆切断、秆芯浆的洗涤、黑液的处置等与实施例1中的步骤（3）、（4）和（5）相同；
通过本实施例方法：麻皮浆得率61.5%、木素含量0.7%、纤维素含量88.7%；秆芯浆得率46.9%，木素含量1.8%，纤维素含量84.3%。
实施例6
（1）将原料堆场80×40×25（cm）成捆的苎麻秆传送至立锅，通过机械手由下往上有序装填满，加入预先配制好的蒸煮药液，蒸煮方法为碱性亚硫酸盐法，固液比为1:4，蒸煮药液中含有对麻秆绝干质量15% 的Na2SO3、麻秆绝干质量5%的NaOH和麻秆绝干质量0.05%的蒽醌，不足的水量由洗浆后的温稀黑液补足，密闭蒸煮器；
（2）通入蒸汽升温至80℃后，启动药液循环装置边循环边升温至160℃，之后保温210 min，保温结束后的热黑液抽出、泵入温稀黑液的降温、麻秆的取出及两部分黑液的合并同实施例2的步骤（2）；
（3）对取出的苎麻秆经挤压、喷淋分离秆芯纤维与麻皮纤维的过程同实施例1的步骤（3），对立锅出来黑液的过滤截留纤维、秆芯的逆流洗涤及其以纺织为用途的麻皮处理环节基本同实施例2的步骤（4）和（5），只是对黑液的处理是按亚硫酸盐制浆废液回收的方法进行。
通过本实施例方法：麻皮浆得率62.7%、木素含量0.9%、纤维素含量88.7%；秆芯浆得率47.1%，木素含量2.3%，纤维素含量83.3%。
Claims (4)
1.一种高效分离麻皮浆与秆芯浆的方法，其特征在于经过下列各步骤：
（1）将麻秆自然风干后，截短、理齐，经打包机压缩打包麻秆成麻秆包，备用；
（2）将麻秆包传送至蒸煮器内，加入蒸煮药液，固液比为1:3-4.5，蒸煮药液硫化度为0-22%，蒸煮药液包括麻秆绝干质量5%-25%的碱、麻秆绝干质量0-0.5%的蒽醌或氢蒽醌、麻秆绝干质量0-16%的Na2SO3，密闭蒸煮器，升温至150-160℃后保温90-240 min，达到麻秆的纤维分离点，降温取出蒸煮后麻杆，蒸煮后浓黑液过滤可得到部分秆芯纤维，过滤后的浓黑液送入碱回收系统；
（3）蒸煮后麻杆进行三道挤压和三段水喷淋处理，蒸煮后麻秆进入传送带，传送带速度5-15m/s，在0.5-2.0MPa条件下进行第一次挤压，同时采用水喷淋，水喷淋的速度为3-5m/s，然后进行二次挤压和喷淋，挤压压力为0.5-1.8MPa，喷淋速度为3-5m/s；最后进行三次挤压和喷淋，挤压压力为0.5-1.8MPa，喷淋速度为3-5m/s，挤压淋洗过程中秆芯纤维从麻皮上分离开来，收集秆芯纤维并与步骤（2）中秆芯纤维合并，然后经2-3段逆流洗涤得到洁净的秆芯浆；挤压淋洗结束后，得到长条状麻皮纤维。
2.根据权利要求1所述非切片全麻秆蒸煮高效分离麻皮浆与秆芯浆的方法，其特征在于：麻秆为大麻秆、亚麻秆或苎麻秆。
3.根据权利要求1所述麻皮纤维的制备方法，其特征在于：碱为氢氧化钠或氢氧化钠-硫化钠的混合物。
4.根据权利要求1所述非切片全麻秆蒸煮高效分离麻皮浆与秆芯浆的方法，其特征在于：蒸煮结束后，浓黑液经过滤后的滤液直接送往碱回收系统，用洗浆机逆流洗涤秆芯浆得到的稀黑液一部分用于蒸煮器放汽后对纸浆的降温，另一部分用作麻秆装入蒸煮器后补充的水，剩下的则混入原浓黑液一起送后处理系统。
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