WO2013082735A1 - 一种化学机械制浆方法 - Google Patents

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cooking
temperature
soaking
alkali
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尹应武
喻宏贵
李会江
赖永华
张双艳
张玲燕
张玉娟
苟朝英
纪桂鹏
孙瑞
万鹏
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北京英力生科新材料技术有限公司
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21B—FIBROUS RAW MATERIALS OR THEIR MECHANICAL TREATMENT
    • D21B1/00—Fibrous raw materials or their mechanical treatment
    • D21B1/02—Pretreatment of the raw materials by chemical or physical means
    • D21B1/021—Pretreatment of the raw materials by chemical or physical means by chemical means

Definitions

  • the invention relates to a new process of segmented pulping for extracting high quality fiber from plant raw materials with high efficiency, high yield and low energy consumption.
  • the invention has invented a high-yield production technology for obtaining high-performance color pastes.
  • the fiber yield of bamboo pulp raw materials can be obtained from existing processes.
  • the physical properties of bamboo pulp can be better than the standard of A-grade kraft paper, can replace wood pulp, the performance of other non-wood pulp is also significantly improved, well solved the traditional chemical pulp performance but pulp The yield is low, the mechanical pulp yield is high, but the performance is poor.
  • the new process eliminates auxiliaries such as sulfides and bismuth, and avoids the environmental impact of odorous substances such as thioether and H 2 S, and makes low-cost extraction and utilization of useful substances such as cellulose and lignin in black liquor. Possibly, it can greatly reduce the large amount of acid and alkali consumption and malodor in the traditional pulping and lignin post-treatment process, and has important economic, social and environmental benefits.
  • the caustic soda method or the sulfate method is a cellulose extraction method generally used in the paper industry.
  • Alkali is an indispensable chemical raw material in the process of cellulose extraction. It is a cooking liquid in the cooking process of wood (or non-wood) raw materials.
  • An important component which plays an important role in the removal of lignin and the separation of cellulose, the core material of papermaking, from plant material cells.
  • the amount of caustic soda and sodium sulfide is usually about 25% of the raw materials, especially in the bowl acid method, not only a large amount of alkali is consumed, but also a considerable amount is used.
  • Mechanical pulp is mainly milled into a slurry, which contains high lignin. It has the advantages of simple production process, low cost, high yield, low pollution, good paper-printing performance, good smoothness and high opacity. Paper can not be stored for a long time, especially mechanical pulp mainly relies on physical methods to treat wood raw materials, high energy consumption, one ton of pulp needs more than 1000 kWh, the fiber breaks seriously during the milling process, the composition is complex, and the silk separation effect is poor. , resulting in poor pulp performance.
  • the reeling or refining treatment of the cooked material by the reeling machine can not only facilitate the honing of the bamboo or tree joints into silk, but also greatly reduce the cutting and damage of the fibers, and maintain the original length of the fibers to the greatest extent.
  • Increasing the deuteration of the fiber and the softening degree of the pulp not only greatly improves the physical properties of the pulp, but also maintains the high quality of the chemical pulp, and also achieves a high yield, which reduces the energy consumption of the mechanical refining by about 90%.
  • the new process cleverly utilizes chemical methods to microscopically destroy the chemical combination of cellulose and lignin. And the physical methods from the macroscopic thermal disintegration of fiber tissue and cell and mechanical defects, grinding and dispersion of the respective advantages, fully overcome its shortcomings.
  • the inventors have developed and perfected a green process for extracting fibers from a plant material with high efficiency, high yield, and high quality through long and repeated experiments. That is, first use low-concentration NaOH or KOH solution or lime water (you can also use the black liquor to fill in the corresponding alkali for multiple cycles), so that the raw materials can be fully soaked at normal temperature or a certain temperature. The specific soaking temperature and time can be based on the type of raw materials.
  • the water content is determined, and the lye is fully and uniformly adsorbed and diffused into the plant body; then the material is treated by atmospheric pressure or pressure cooking or liquid-free steaming; after the cooking, the material can be sprayed.
  • the pulping method after slurrying or/and re-refining after spraying can also be used to make the pulping method of the material after the steaming, or to grind one or more times, according to the paper quality requirements.
  • the new process makes good use of the advantages of chemical and physical pulping, completely guarantees the uniformity of mass transfer and heat transfer, greatly reduces the consumption of plant materials and alkali for pulping and the acid consumption of black liquor, and reduces excessive excess.
  • the destruction of cellulose and hemicellulose by alkali at high temperature not only increases the fiber yield from about 45% to about 75% of the existing process, but also avoids the use of pollution additives such as chemicals and hydrazine.
  • pollution additives such as chemicals and hydrazine.
  • the malodor produced by the black liquor and the low-cost extraction and utilization of cellulose, lignin and the like in the black liquor and the like have economic and technical feasibility, and greatly reduce the large amount of acid and alkali consumption in the traditional pulping and lignin post-treatment process. And stench, with important economic, social and environmental benefits.
  • the new process has the following advantages compared with the existing process:
  • the new process reduces the amount of alkali used by 2/3, simplifying the extraction process. Moreover, the soaking liquid and the extracting liquid can be applied in multiple cycles, thereby further reducing the alkali consumption and the 7J consumption, and significantly saving the concentration cost.
  • the new process slurry is neutralized with a small amount of acid, it can be directly used as a liquid organic fertilizer, or after extracting lignin, then fertilized or concentrated into organic fertilizer, or directly used as a nutrient solution for soilless cultivation and direct filling of liquid fertilizer, which can be realized. Full price development and comprehensive utilization of plants. Effectively avoid or greatly reduce the emission of carbon dioxide, nitrogen oxides, dioxins and other exhaust pollutants generated by concentration, incineration, causticization process and the production of a large amount of solid waste alkali residue.
  • the new process through the reuse of the soaking liquid, the equivalent of caustic soda or lime consumed per ton of pulp is only 1/4 ⁇ 1/3 of the alkalinity of the existing process, and avoids pollution such as sulfides, antimony, etc.
  • Use of sex additives The yield of the new process coarse pulp can reach about 75%, and more than 95% of the fiber and lignin in the plant can be extracted. use.
  • the new process has ingeniously obtained high-yield, high-performance natural color paste through the combination of original innovation and integrated innovation of chemical and mechanical pulping, which has solved the good performance of chemical pulp, but the yield is low, and the mechanical pulp is harvested. The rate is high, but the performance is poor.
  • the method of the present invention can adopt the following specific embodiments: immersing the solid raw material in a dilute alkali concentration of 0.1 to 10% by weight at a normal temperature or a certain temperature, the liquid ratio of the pulping raw material and the dilute alkali solution It is better to immerse well, and the alkali concentration is preferably 0.5 to 5 w/v%. According to the actual conditions of the factory, it is also possible to adopt a circulating spray immersion method (the liquid ratio can be lowered).
  • the base used may be different from the raw materials and the use of the slurry, and may be selected from different chemical materials such as NaOH or KOH solution or lime water (the black liquor may be added to the corresponding alkali circulation multiple times), and the amount of alkali may also be used in the dry material.
  • the range of 2% to 20% of the mass is selected, and the inch is preferably 5% to 15%.
  • the specific immersion temperature and time can be determined according to the type of raw materials and the water content. It is necessary to make the lye fully, uniformly and properly adsorbed and diffused into the plant body, preferably immersed at room temperature, so as to shorten the soaking time, the immersion can be appropriately increased.
  • the soaking time is 0.5 ⁇ 48h, preferably 4 ⁇ 12h, and the soaking temperature is room temperature ⁇ 80°(:. (If soaking, if the mixing operation is increased, the liquid pump is cycled, and the heat is soaked, the soaking time can be obviously shortened.) For lime water, it can be immersed in normal temperature or hot water for a longer period of time (such as about 100 hours). If stirring or soaking in the soaking process, the effect is better. Destroy the bond between lignin and cellulose. To achieve the function of softening the raw materials; soaking materials can be used in the following cooking methods:
  • the cooking temperature is boiling temperature, preferably 103 ⁇ 108 °C; the time is l ⁇ 5h, preferably 2 ⁇ 3h.
  • cooking temperature is 100 ⁇ 200 °C, preferably 115 ⁇ 170 °C; pressure is 0 ⁇ 0.5MPa, preferably 0.1 ⁇ 1.0Mpa; time is l ⁇ 5h, preferably 2 ⁇ 3.5h.
  • the pulping method can be used after the silking machine is first formed into a wire and then refining with a refiner or a beating machine: After the steaming or steaming is completed, the cooking pot is depressurized, and the material is subjected to refining after refining. Or beating, for the bamboo and wood before the refining or beating, the material is twisted to achieve the purpose of refining and solid-liquid separation, increasing the refining concentration and reducing the damage to the fiber to obtain high-strength pulp. For straw raw materials, it can be directly refined or beaten after cooking or steaming. Choose according to the paper quality requirements.
  • the slurry after slurrying is sieved and washed to obtain fibers.
  • the cooking liquid and the washing liquid circulation sleeve are used for the next batch of raw material soaking concentration and washing treatment, and the washing water and the alkali are added as needed, and the rinsing black liquor can reach a certain concentration to neutralize the lignin, and the remaining liquid can be applied again. After reaching a certain concentration, it can be used as a liquid organic fertilizer or as a solid fertilizer.
  • the method of the invention may be carried out using the following plants or plant mixtures:
  • Cereal crops wheat, barley, oats, rye, triticale, rice, soybeans, cotton, etc.
  • crop straws cane poles, sweet sorghum poles, corn stalks
  • the raw materials used in the method may be wood raw materials such as wood or bamboo, non-wood raw materials such as bamboo, wheat, rice, corn, soybean, sorghum, cotton and other crop straws, Eulaliopsis binata, and the like, which are all non-wood raw materials which can be used for papermaking.
  • the pulping method of the invention not only can greatly reduce the raw materials and energy consumption costs of investment and pulping, but also can greatly increase the fiber yield, and the obtained waste liquid can be used as an organic compound fertilizer for planting in crops and the like. It grows to achieve the purpose of energy saving, clean production, and full price utilization of plants.
  • the process of the invention has the characteristics of low investment, quick effect, high efficiency and energy saving, clean and environmental protection, and has wide and wide application value, which opens up a new and most valuable way for the full price development and comprehensive utilization of biomass.
  • the beating liquid and the washing liquid are sequentially applied for the second and third times.
  • the residual liquid after the beating, washing or lignin extraction can be applied to the previous section for more than 10 times until the elution effect is very poor.
  • the liquid after soaking and circulating washing can be acidified to extract pale yellow lignin.
  • Table 1 The physical properties of each pulp after the test data sheet. Tensile index, tear resistance, tear index, breakage index, pulp-like, Kappa number
  • Example 6 Take 200g of bamboo (dry) and soak it in 1000ml of 2% NaOH solution at 60 °C for 12 hours, then cook at 125 °C for 2h, heat up to 165 °C for spraying, and spray the pulp. Beating, sieving, washing, the yield of the crude pulp was 70.6%. Pulp paper inspection performance, the results are shown in Table 2.
  • Example 5 54 98 48.0 87 11.2 3.27
  • Example 6 54 99 57.8 132 11.7 4.57
  • Example 7 38 98 56.8 91 10.5 4.1
  • lignin and the extract can be obtained by a conventional solid-liquid separation method.
  • the extraction rate of lignin can reach more than 70%, and its performance and appearance are superior to similar products on the market.
  • the separated lignin is added to the autoclave, and sodium sulfite having a solid content of 25% relative to the black liquor or lignin is added, and the pH is adjusted to about 11 by adding NaOH, and the reaction mixture is further reacted with 5% after reacting at 160 ° C for three hours.
  • the furfural can produce lignin-based water reducing agent after reacting at 60 V for 1 00 min.
  • the measurement of static fluidity indicates that the performance of the slurry can meet the requirements of the water reducing agent.
  • the plant height, leaf length and leaf width are measured, and data is taken every 7 ⁇ 10 days. After one month, the plants are harvested, and the plant part above wet weight and dry weight are measured to evaluate the plant growth. .
  • the experimental results show that: When several black liquors with pH-adjusted lignin are directly mixed with the soil for a period of time, fertilize the corn. When the soil nitrogen concentration is lower than 50 mg/kg, the seedlings grow well, when the concentration is high. Or it is easy to inhibit growth when directly applied. The concentration of black liquor per acre corresponding to this concentration has reached 3713 kg/mu (calculated as 15 ⁇ 10 4 kg soil per mu). Compared with the experimental samples, the blanks were significantly better than the blanks in terms of plant height, leaf area and biomass quality, which was similar to the control effect of common fertilization.
  • Bio-wet weight Bio-dry weight Test item Wipe height /cm »10 areas /cm2

Abstract

一种用化学机械方法从植物原料中提取纤维的分段式制浆工艺，包括先用低浓度NaOH溶液、KOH溶液、石灰水或补入相应碱的黑液，在常温或一定温度下使原料浸泡充分，再采取常压、带压蒸煮或带压无液汽蒸，蒸煮完成后，物料采用喷放成浆或喷放后再磨浆的成浆方式，也可采用泄压物料搓丝磨浆一次或多次的制浆方式。浸泡液、洗涤液可以循环套用，可以简便的获得液体或固态有机肥。

Description

一种化学机械制浆方法
技术领域
本发明涉及从植物原料中高效、 高收率、 低能耗提取高质量纤维的一种 分段制浆新工艺。 通过巧妙地创新和集成化学和机械制浆工艺， 发明了高收 率获得高性能本色浆的生产技术， 竹浆原料的纤维得率可以从现有工艺的
45%左右提高到 75%左右， 竹浆的物理性能可以优于 A级牛皮纸的标准， 可 以替代木浆， 其他非木材浆的性能也有明显提升， 很好地解决了传统化学浆 性能好但纸浆收率低， 机械浆收率高但性能差的矛盾。 新工艺消除了硫化物、 蒽醌等助剂， 避免了产生硫醚和 H2S等恶臭物质对环境的影响， 使黑液中的 纤维素、 木质素等有用物质的低成本提取和利用成为可能， 可以大大减轻传 统制浆和木质素后处理过程中的大量酸碱消耗和恶臭， 具有重要的经济、 社 会和环保效益。
背景技术
纤维素的最重要用途是造纸， 在其它的领域也可能广泛应用。 纸是国民 生产生活中的必需品。 统计数据显示， 我国紙与纸板的消费量已近九千万吨， 每年仍呈增长势头。
烧碱法或硫酸盐法是目前造纸工业普遍采用的纤维素提取方法， 碱作为 纤维素提取过程中的一种不可缺少的化工原料， 在木材 （或非木材）原料蒸 煮过程中是蒸煮药液的重要组成成分， 起到脱除木质素， 使造纸的核心材料 ——纤维素从植物原料细胞中分离出来的重要作用。 在传统蒸煮过程中， 为 了保证原料的成浆质量和成浆收率， 烧碱和硫化碱的用量常为原料的 25%左 右， 特别是碗酸盐法中不但大量耗碱， 而且使用了相当量的硫化物， 蒽醌等 助剂， 导致纤维素得率低、质量差、 "三废"严重， 致使后处理难度大、投资大、 成本高、 能耗高。 通常要用 2 〜 3吨的折百植物原料和 0.67 ~ 0.9吨折百碱量 才能得到 1 吨纤维素浆， 现有非木材原料造纸工艺， 例如竹子纤维素提取工 艺是采取用 10 %左右浓度的碱与硫化物的混合液， 在液比为 1 : 2.4条件下， 升压至 0.700MPa (温度约 170Ό )蒸煮 4小时左右再进行喷放得到粗浆。 以 木材、 竹子为原料的造紙工艺中， 化工原料一般占其原料成本的 20~30%, 烧 碱是主要成本构成； 而以植物秸秆等非木材为原料的造纸工艺中碱占其成本 的 40~50%。 大量碱的使用不但增加了造纸的成本， 而且导致大量的造纸黑液 难以资源化利用。
机械浆主要通过机械碾磨成浆， 含有较高的木质素， 具有生产过程较简 单、 成本低、 得率高、 污染小、 成纸印刷性能好、 平滑度好， 不透明度高等 优点， 但成纸不能长期保存， 特别是机械浆主要依靠物理的方法处理木材类 原料， 能耗高， 一吨浆需要 1000多度电， 在碾磨过程中纤维折断严重， 成分 复杂， 分丝帚化效果差， 导致纸浆的性能较差。
针对现有化学和机械制浆工艺的不足， 本发明人通过实验发现， 造成现 有纤维提取工艺原料损耗大、 纤维提取率低、 质量差、.性能波动大的最主要 原因是碱过量、 碱液分布不均^)以及长时间高温蒸煮所造成的纤维、 木质素 等有效成份的大量破坏。 因此， 降低用碱量和碱浓度， 避免使用硫化钠、 蒽 醌等助剂， 降低制浆过程中的能耗、 物耗实现清洁制浆，应该是制浆行业技术 进步的方向。 将化学制浆与机械制浆的优势充分结合， 尽量克服两种方法的 不足， 正是本发明者们一直接努力的目标。 我们发现借助碱对植物细胞的化 学分解作用破坏木质素和纤维素的结合， 进行化学-机械物理共同作用可使 植物原料充分利用， 促进纤维细胞充分分丝帚化， 大幅降低原料碱的消耗及 磨浆机或搓丝机的能耗， 提升纸浆的物理性能。
利用搓丝机对蒸煮后物料进行搓丝或磨浆处理， 不但可将竹节或树节方 便地搓磨成丝， 而且可以大大减轻对纤维的切断和损伤， 最大程度的保持纤 维原有长度， 增加纤维的帚化和纸浆的软化程度， 不但大大提升了浆的物理 性能， 而且保持了化学浆的高品质， 还可以实现高得率， 使机械磨浆的能耗 降低约 90%。
发明内容
新工艺巧妙地利用了化学法从微观上破坏纤维素与木质素等的化学结合 与物理方法从宏观上热崩解纤维组织和细胞及机械搓揉、 研磨分散作用的各 自优势， 充分地克服了其不足。 本发明人通过长时间的反复实验摸索， 开发 和完善了分段式、 低碱量从植物原料中高效、 高收率、 高品质提取纤维的绿 色工艺。 即先用低浓度 NaOH或 KOH溶液或石灰水（也可用黑液补入相应的 碱多次循环套用）， 在常温或一定温度下使原料充分浸泡原料， 具体浸泡温度 和时间可根据原料的种类、 含水量确定， 力求使碱液充分、 均匀、 适量的吸 附和扩散到植物体中； 再采取常压或带压蒸煮或者带压无液汽蒸方式处理物 料; 蒸煮完成后物料可采用喷放成浆或 /和喷放后再磨浆的成浆方式， 也可釆 用蒸煮后物料泄压搓丝或磨浆一次或多次的制浆方式， 具体根据纸张质量要 求进行选择。 新工艺很好发挥了化学和物理制浆的优势， 完全保证了传质、 传热的均匀， 大大降低了制浆的植物原料与碱的消耗耗以及利用黑液的酸耗， 减轻了过量强碱在高温下对纤维素、 半纤维素的破坏， 不但使纤维得率可以 从现有工艺的 45%左右提高到 75%左右， 而且避免了使用^ ^化物、 蒽醌等污 染性助剂及其产生的恶臭， 使黑液及其中的纤维素、 木质素等的低成本提取 和利用具备了经济和技术的可行性， 大大减轻了传统制浆和木质素后处理过 程中的大量酸碱消耗和恶臭， 具有重要的经济、 社会和环保效益。
通过优化实险后发现， 与现有工艺相比新工艺具有如下优点：
1 )、 新工艺减少了 2/3的用碱量， 简化了提取液处理过程。 且浸泡液、 提取液 可多次循环套用， 进一步减少了碱耗、 7J耗， 显著节省浓缩成本。 新工艺制 浆液经少量酸中和后即可直接作为液体有机肥， 或提取木质素后再作肥料或 浓缩成有机肥， 或直接作为无土栽培的营养液和液体肥料直接灌液， 可以实 现植物体的全价开发和综合利用。 有效避免或大幅度减少了浓缩、 焚烧、 苛 化过程产生的二氧化碳、 氮氧化物、 二噁英等废气污染物的排放和大量的固 体废碱渣的产生 。
2 )、 新工艺通过对浸泡液的重复利用， 每吨浆消耗的烧碱或石灰的当量仅为 现有工艺耗碱当量的 1/4 ~ 1/3 , 且避免了硫化物、 蒽醌等污染性助剂的使用。 新工艺粗浆得率可达 75%左右，植物体中 95 %以上的纤维和木质素可被提取、 利用。 新工艺巧妙的通过化学和机械制浆的原始创新和集成创新相结合的方 法获得了高收率、 高性能的本色浆， 很好的解决了化学浆性能好， 但收率低， 机械浆收率高， 但性能差的矛盾。
本发明方法可以采用如下具体实施方案： 在常温或一定温度下将固体原 料浸泡于 3~10倍重量的浓度为 0.1 ~ 10\¥ ％的稀碱中， 制浆原料和稀碱溶液 的液比以刚好浸没为佳， 碱浓度优选为 0.5 ~ 5 w/v%， 根据工厂实际情况也可 采用循环喷洒浸淋的方式（液比可以降低）。 所用的碱根据原料和浆料用途的 不同， 可选 NaOH或 KOH溶液或石灰水 (也可用黑液补入相应的碱循环套用 多次）等不同的化学原料 ，碱的用量也可在干料质量的 2%〜20%范围内选择， 寸优选为 5%~15%。 具体浸泡温度和时间可根据原料的种类、 含水量不同确 定， 力求使碱液充分、 均匀、 适量的吸附和扩散到植物体中， 优选在常温下 浸泡， 为缩短浸泡时间可适当的升高浸泡温 浸泡时间为 0.5~48h, 优选为 4~12h, 浸泡温度为室温~80°(：。 （浸泡时， 若增加搅拌操作.、 料液泵打循环、 热浸泡， 可明显缩短浸泡时间。）如为石灰水可在常温或热水下浸泡更长时间 (如 100小时左右）， 若浸泡过程中进行搅拌或料液泵打循环， 效果更好。 破坏木质素和纤维素之间的结合， 达到软化原料的作用； 浸泡物料可以进行 下列几种蒸煮方式：
1、 常压蒸煮， 蒸煮温度为沸煮温度， 优选为 103~108°C ; 时间为 l~5h, 优选为 2~3h。
2、 带压蒸煮， 蒸煮温度为 100〜200 °C , 优选为 115〜170 °C ; 压力为 0〜0.5MPa， 优选为 0.1~1.0Mpa; 时间为 l~5h, 优选为 2~3.5h。
3、 带压汽蒸， 浸泡完后， 浆浸泡液和物料进行分离， 然后往装有竹块的 蒸煮锅中通入蒸汽， 进行汽蒸， 温度控制在 100~200°C , 优选为 115〜130°C ; 压力为 0.05 1.0MPa， 优选为 0.1~0.3Mpa; 时间为 l~5h, 优选为 2~3.5h。
蒸煮完成后可以挑选如下的成浆方式：
a、 喷放成浆或喷放后再打浆或磨浆： 蒸煮或汽蒸完成后升温至 170°C或 者更高温度， 对物料进行喷放， 根据实际情况可以再次进行磨浆或打浆到需 要的打浆度；
b、 可采用搓丝机先成丝再用磨浆机磨浆或者打浆机打浆的制浆方式： 蒸 煮或汽蒸完成后对蒸煮锅进行泄压后， 对物料进行搓丝后在进行磨浆或打浆， 对于竹、 木材在磨浆或打浆之前对物料进行搓丝处理， 达到细化均勾和对固 液分离的目的， 提高磨浆浓度， 减少对纤维的损伤， 以获得高强度纸浆。 对 于秸秆类原料在煮或蒸后可以直接磨浆或打浆。 具体根据纸张质量要求进行 选择。
成浆后的粗浆经过筛浆、 洗涤即得到纤维。 蒸煮液和洗涤液循环套用于 下一批原料浸泡浓缩和洗涤处理， 根据需要补加套用洗水和碱， 达到一定浓 度的漂洗黑液可以经中和提取木质素， 剩下的液体可再次套用， 达到一定浓 度后再作为液态有机肥或制成固态肥。
本发明的方法可以选用下列植物或植物混合物实施：
-多年生植物 （针叶木、 阔叶木、 竹子、 剑麻等）
-一年生植物 （芦苇、 大麻、 亚麻、 各种草类等）
-谷类作物 （小麦、 大麦、 燕麦、 黑麦、 黑小麦、 水稻、 大豆、 棉花等） -农作物秸秆 （甘蔗杆、 甜高粱杆、 玉米杆）
本方法所使用的原料可以是木材原料如木材或竹子， 非木材原料例如竹 子、 小麦、 水稻、 玉米、 大豆、 高粱、 棉花等农作物秸秆， 龙须草等所有可 用于造纸的非木材原料。
综上所述， 采用本发明方法制浆， 不但可以大大降低投资和制浆的原料 和能耗成本， 还可以大幅提高纤维得率， 所得废液可以作为有机复合肥料回 施于庄稼等植物促进其生长， 达到节能降耗、 清洁生产、 植物全价利用的目 的。
总之， 本发明工艺具有投资少、 见效快、 高效节能、 清洁环保的特点， 具有广泛巨大的推广应用价值， 为生物质的全价开发和综合利用开辟了一条 最有利用价值的新途径。 具体实施方式
本发明可用下文中的非限定性实施例作进一步的说明。
对照实验（现有工艺实验）
将 200g竹子 （折百）加入到蒸煮容器中， 配置蒸煮白液， 往 840ml水中 加入 42.8g NaOH及 27.3 g Na2S.9H20, 然后将蒸煮白液加入到蒸煮容器中， 30分钟将温度升高到 165°C左右，在 165 °C下保温蒸煮 2小时，降温滤出打磨、 洗浆，取样在 105 °C下烘至恒重，折算得到 117.04g粗浆（粗浆得率为 57.00% ) 和 712g蒸煮黑液（ COD: 141750ppm )，粗浆卡伯值为 39.21， 纸浆抄纸 ¾^测性 能， 结果如下： 耐折次数 172 次， 抗张指数/ N.m.g4 32.7 , 撕裂指数 /mN'm2.g 118.0, 耐破指数 /KPa'm2-g .00。
实施例 1
取 50g麦秆（绝干）于 lL NaOH浓度为 0.5%的溶液中室温浸泡 12小时， 然后在 103 °C下蒸煮 2h， 滤出、 打浆、 洗浆、 过滤， 得到 35.025g粗纤维， 粗 纤维得率为 70.05 %。 纸浆抄纸检测性能， 结果如下： 耐折次数 46次， 抗张 指数/ N'm'g- s.S, 撕裂指数 /mN'm^g-^^O, 耐破指数/ KPa'm2'^1 2.68。
实施例 2
取 20Kg玉米杆（绝干）于 200Kg浓度为 0.8%的 NaOH溶液中在 60°C下 浸泡 11小时，升温至 90 C浸泡 lh，然后升温至 125°C蒸煮 2.5h，放出液体后， 用高浓度磨浆机对蒸煮后的玉米杆进行磨浆， 称重测水分粗浆得率为 66.8 %。 纸浆抄纸检测性能， 结果如下： 耐折次数 9次， 抗张指数 /N.m 1 38.8， 撕裂 指数 /mN'm 'S 耐破指数 KPa-m2'g 1.68。
实施例 3
取 2Kg木材（绝干） 于 10L NaOH浓度为 3%的溶液中浸泡 12小时， 然 后在 100°C下蒸煮 2h， 滤出、 磨浆、 筛浆、 洗涤， 得到 1.39Kg粗纤维， 粗纤 维得率为 69.5 %。 粗纤维打浆、 抄纸成型等操作， 最后检测纸张性能。 纸张 性能如下：打浆度。 SR 54,卡伯值 96,耐折次数 152次，抗张指数/ N.m.g-1 54.0, 撕裂指数 /mN.m2.g-' 13.2, 耐破指数 KPa.m2.g 3.57。 实施例 4
将 200g竹子（折百）在 60 °C的 1000ml 2.0%的碱液中浸泡 8小时，在 100°C 条件下常压蒸煮 2小时， 滤出打磨、 洗浆， 取样在 105Ό下烘至恒重， 折算得 到 149.04g粗纤维（粗纤维得率为 74.52% )和 712g蒸煮黑液（残余碱含量约 为 0.82 % , COD: 82650ppm, 固含量 8.09% )。 往黑液中加入 200g竹子 （折 百）进行第一次套用， 在 60°C下浸泡 8小时， 过滤， 滤液重 412g (残余碱含 量约为 0.56 % , 固含量 9.63% ), 浸泡后竹块加入到 1000ml 1.82%的碱液中， 在 100°C条件下常压蒸煮 2小时， 滤出打磨、 洗浆， 取样在 105°C下烘至恒重， 折算得到 148.14g粗纤维（粗纤维得率为 74.07% )和 942g蒸煮黑液。
打浆液、 洗涤液依次进行第二、 第三次套用。 打浆液、 洗涤液或提取木 质素后的残液可以套用到前工段套用 10次以上， 直到洗脱效果很差为止。 浸 泡后及循环洗涤的液体可加酸酸化提取淡黄色木质素。
经粗纤维打浆、 抄纸成型等操作， 最后检测纸张性能。 纸张性能如表一： 表一 套用后各纸浆物理性能检测数据表 打浆度 /。 抗张指数 耐折 撕裂指数 耐破指数 纸浆样 卡伯值
SR /N-iri'g"1 次数 /mN-m^g"1 /KPa-m2-g-' 新鲜碱液制浆 46 97 23.7 19 12.3 2.25 黑液套用一次制浆 48 98 23.1 17 11.8 2.54 黑液套用二次制浆 46 99 22.9 21 11.4 2.34 黑液套用三次制浆 45 96 24.2 23 12.8 2.29 黑液套用四次制浆 47 100 25.3 18 11.1 2.35 实施例 5
取 138.86Kg竹子 (绝干） 于 644Kg浓度为 3%的 KOH溶液中在 60°C下 浸泡 11小时， 升温至 90°C浸泡 lh, 然后固液分离， 放出液体， 升温至 125°C 对竹块汽蒸 2.5h, 滤出后用高浓度磨浆机对汽蒸好的竹块进行磨浆处理， 称 重测水分粗浆得率为 69.4 %。 纸浆抄纸检测性能， 结果如表二。
实施例 6 取 200g竹块（绝干） 于 1000ml浓度为 2%的 NaOH溶液中于 60°C下浸 泡 12小时， 然后在 125°C下蒸煮 2h, 升温至 165°C进行喷放， 喷放后纸浆进 行打浆、 筛浆、 洗涤， 粗浆得率为 70.6 %。 纸浆抄纸检测性能， 结果如表二。
实施例 Ί
取 181Kg竹子（绝干）于 830Kg浓度为 2.18%的 NaOH溶液中在 60°C下 浸泡 11小时， 升温至 90°C浸泡 lh, 然后升温至 125 °C蒸煮 2.5h, 泄压， 用双 螺杆搓丝机对蒸煮后的竹块进行揉搓， 揉搓后的浆再进行打浆或者磨浆， 称 重测水分粗浆得率为 71.4 %。 纸浆抄纸检测性能， 结果如表二。
表二 纸浆物理性能检测表
打浆度 /° 抗张指数 耐折 撕裂指数 耐破指数 纸浆样 卡伯值
SR /N-m-g"1 次数 /mN-m^g'1 / Pa'm2-g 实施例 5 54 98 48.0 87 11.2 3.27 实施例 6 54 99 57.8 132 11.7 4.57 实施例 7 38 98 56.8 91 10.5 4.1
实施例 8 (木质素分离与利用）
往黑液和不能再套用的黑液中加入硫酸将 pH值调节到 3左右，木盾素逐 渐从黑液中析出， 通过常规的固液分离方法， 可得到木质素和提取液。 木质 素的一次提取率可达 70%以上， 性能和外观优于市售同类产品。
合成减水剂应用实验：
将分离得到的木质素加入高压釜， 并加入相对于黑液或木质素固含量 25%的亚硫酸钠， 加入 NaOH调节 pH至 11左右， 在 160°C反应三个小时后 的反应混合物再与 5%的曱醛在 60 V反应 1 OOmin后可制得木质素类减水剂， 静浆流动度的测定表明其使用性能可达到减水剂的要求。
木质素提取及制备减水剂实验数据
黑液分离前 黑液分离后 静浆流动度 减水 项目 COD降低率 木质
COD/mg L" COD/mg L" /cm 率 实验
42450 16145 62.0% 72.3% 10.1 10.5% 数据 实施例 9 (黑液灌溉）
我们进行了育苗期的玉米和水稻进行了大量的黑液灌溉栽培实验， 使用 C02或者稀酸调节 pH为 7-8, 未提取木质素的黑液直接用于灌溉。 我们发现 取 1000g土壤（已经测定 N、 P、 K含量和 pH值）， 施加含氮量为 50 mg Kg, 用 150mL的水转移至土壤中和土混匀， 放置 2到 4天后效果理想。 将土壤与 黑液（N含量： 0.202% ) 充分混合放置一定时间可以保证育苗效果。 种入催 芽两天的玉米种子， 种子在土壤中的深度约 lcm。 让其在大棚中自然生长， 视土壤失水情况经常浇水， 保持土壤湿润。 当第三片叶长出后即量取株高、 叶长、 叶宽， 其后每 7〜10天取一次数据， 一个月后收割植物， 测定植株地上 部分湿重、 干重评价植株生长情况。 实验结果表明： 当几种调节了 pH未提取 木质素的黑液直接与土壤混合一段时间后， 为玉米施肥， 当土壤含氮浓度低 于 50mg/kg时， 幼苗生长良好， 当浓度较高时或直接施灌时容易抑制生长， 此浓度对应的每亩地施加黑液量已达到 3713 kg/亩（每亩地以 15x 104kg土计 算）。 空白样与实验样相比， 实验样在株高、 叶面积、 生物质量方面都明显优 于空白样， 与普通施肥的对照样肥效接近。
黑液灌溉实验数据
生物湿重 生物干重 检测项 抹高 /cm »十面积 /cm2
g g a
13天 22天 34天 13天 22天 34天 1个月后 1个月后 空白样 23 37 47 18 35 78 0.60 4.52 实验样 28 42 51 22 43 94 0.95 7.18

Claims

权利要求书
1、 本发明涉及一种分段利用化学与机械相结合的方法从植物原料中高效、 高收率、 低能耗提取高质量纤维的制浆新工艺， 其流程是先用低浓度 NaOH或 KOH溶液或石灰水或其混合物， 在常温或一定温度下充分浸泡原料， 也可用黑 液补入相应的碱循环套用多次， 釆取常压或带压蒸煮或者带压无液汽蒸处理物 料； 蒸或煮完成后物料采用喷放成浆或喷放后再磨浆或打浆或搓丝 -磨浆中的任 何一种组合成浆方式， 也可采用泄压物料搓丝磨浆一次或多次的制浆方式获得 高得率的高品质的本色浆。
2、根据权利要求 1所述的工艺，其碱类、浸渍时间和碱浓度及碱量要求为： 所用的碱可为 NaOH或 KOH溶液或石灰水或其混合物，也可用黑液补入相 应的碱进行循环套用， 用碱量为加入绝干造纸原料的 2%〜20%， 固液重量比 1 :3-10,以完全浸没原料为准，碱浓度为 0.1 ~ 10\¥ ％的稀碱中，常温下浸泡 0.5 ~ 48小时， 石灰水还可以大大延长， 为缩短浸泡时间可在浸泡过程中进行搅拌或 料液泵打循环， 也可适当的升高浸泡温度， 浸泡温度为室温〜 100 °C ; 具体浸泡 温度和时间可根据原料的种类、 含水量确定， 力求使碱液充分、 均勾、 适量的 吸附和扩散到植物原料中。
3、 根据权利要求 1所述的工艺， 其蒸或煮的工艺条件为：
将所述原料浸润或 /和浸泡之后， 可以采用如下几种方法进行蒸煮
a、常压蒸煮： 蒸煮温度为煮沸温度， 约 105°C左右， 蒸煮时间为 1 ~ 5小时； b、 带压蒸煮： 蒸煮温度为 100°C ~ 200°C， 压力为 0.1 ~ l.OMPa, 蒸煮时间 为 1 ~ 5小时；
c、 带压汽蒸： 浸渍完成后， 滤出物料， 放入蒸煮锅对物料进行汽蒸， 汽蒸 温度为 100°C ~ 200°C , 压力为 0.05 ~ l.OMPa, 汽蒸时间为 1 ~ 5小时。
4、根据权利要求 1所述的工艺，汽蒸完成后物料可采用下列几种成浆方式： a、 喷放成浆或喷放后再打浆或磨浆， 蒸煮或汽蒸完成后升温至 170°C或者 更高温度， 对物料进行喷放， 根据实际情况可以再次进行磨浆或打浆到需要的 打浆度；
b、 可采用搓丝机搓成丝均勾细化， 再用磨浆机磨浆或者打浆机打浆的制浆 方式； 也可采用蒸煮或汽蒸完成后对蒸煮锅进行泄压后， 对物料进行搓丝或 /和 磨浆或打浆， 达到对细化、 勾化固液进行分离， 提高磨浆浓度， 减少对纤维的 损伤， 以求获得高质量纸浆的目的， 对于秸秆类原料在煮或蒸后可以直接磨浆 或打浆。
5、 根据权利要求 1所述的工艺， 其中蒸煮黑液和打浆洗涤液可交叉套用于 下一批原料浸泡浓缩和洗涤处理， 打磨洗浆滤出的漂洗黑液可经中和提取木质 素， 剩下的液体可作为打浆清洗液套回浸泡或打浆工序或直接焚烧； 制浆黑液 或提取木质素后的提取液调节 pH后可直接作为植物、微生物和藻类等生物的营 养源循环利用， 也可制成液态肥或固态有机肥料使用， 优选固态肥施用形式。
6、 根据权利要求 1〜5之任一的工艺， 其中所述的植物原料可以选用下列植 物或植物混合物实施： '
-多年生植物 （针叶木、 阔叶木、 竹子、 剑麻等）
-一年生植物 （芦苇、 大麻、 亚麻、 各种草类等）
-谷类作物（小麦、 大麦、 燕麦、 黑麦、 黑小麦、 水稻、 大豆、 棉花等） -农作物秸秆（甘蔗杆、 甜高粱杆、 玉米杆）
7、 本纤维提取新工艺不受造纸条件限制， 可广泛用于其它材质的原料， 使 用本纤维提取工艺也在本权利要求范围内。
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