我國造紙用非木材纖維和廢紙?jiān)瞎?yīng)與利用

詹懷宇

(華南理工大學(xué)制漿造紙工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣東廣州,510640)

·非木材纖維·

我國造紙用非木材纖維和廢紙?jiān)瞎?yīng)與利用

詹懷宇

(華南理工大學(xué)制漿造紙工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣東廣州,510640)

非木材纖維和廢紙是我國造紙工業(yè)的重要纖維原料。介紹了我國的竹子、麥草、蔗渣、蘆葦?shù)确悄静睦w維和廢紙?jiān)腺Y源及其制漿造紙發(fā)展概況與技術(shù)進(jìn)步。

中國造紙工業(yè);非木材纖維;廢紙;原料資源

Abstract:Non-wood fibers and waste papers are the important fiber raw materials in China'spaper industry.In this paper,the resources and utilization of non-wood fiber species,including bamboo,wheat straw,bagasse and reed,aswell aswaste papers in China'spaper industry are introduced.The technological progresses in non-wood fiber and waste paper pulping and papermaking are reviewed.

Key words:China's paper industry;non-wood fibers;waste papers;resources

我國具有豐富的非木材纖維資源。竹子、麥(稻)草、蘆葦、蔗渣是我國用于造紙的主要非木材纖維原料。我國早在1000多年前就利用稻草、麥草及竹子等作為手工紙的原料;20世紀(jì)40年代,非木材纖維已用于生產(chǎn)機(jī)制紙,可謂是世界上用非木材纖維制漿造紙歷史悠久的國家。新中國成立以來,非木材纖維制漿造紙?jiān)谖覈垬I(yè)發(fā)展史上發(fā)揮了重要的作用,已成為世界上非木材纖維造紙規(guī)模最大、生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)最豐富的國家[1-2]。

廢紙是重要的可再生資源。廢紙的回收利用具有節(jié)約原料,減少污染,降低能耗,降低成本等重要意義。改革開放以來,我國政府十分重視廢紙的回收利用,回收利用的廢紙數(shù)量逐年增加,尤其是2000年以后,廢紙用量每年以300萬t以上的速度猛增, 2008年度廢紙漿用量已增加到4439萬t(折合廢紙5549萬t),占紙漿總用量的60%。用廢紙漿生產(chǎn)的紙張品種增多,產(chǎn)品的質(zhì)量不斷提高,廢紙已成為當(dāng)今我國造紙工業(yè)發(fā)展不可缺少的主要纖維原料[3]。

本文介紹了我國非木材纖維制漿與廢紙回收利用的發(fā)展與技術(shù)進(jìn)步概況。

1 我國造紙工業(yè)纖維原料結(jié)構(gòu)的變化

從1990年到2008年間,我國造紙工業(yè)纖維原料結(jié)構(gòu)有了明顯的變化。在總用漿量中,木漿比重由1990年的14.6%上升到2008年的22.0%;廢紙漿的比重由1990年的8.2%上升到2008年的60.0%,盡管非木漿的總產(chǎn)量逐年有所增加,但其比重已由1990年的57.2%下降到2008年的18.0%,如表1所示。

廢紙漿比重逐年增加,國產(chǎn)木漿產(chǎn)量明顯增加,進(jìn)口木漿的數(shù)量也逐年增加,但我國非木漿消費(fèi)量占原生漿的比例很高,1997年非木漿占國產(chǎn)原生漿的86.5%,2004年占83.2%,2008年仍占68.3%,如表2所示。

2007年10月,國家發(fā)展改革委員會(huì)發(fā)布《造紙產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策》[6],要求我國造紙工業(yè)充分利用國內(nèi)外兩種資源,提高木漿比重,擴(kuò)大廢紙回收利用,合理利用非木材,逐步形成以木纖維、廢紙為主,非木纖維為輔的造紙?jiān)辖Y(jié)構(gòu);并對造紙產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)規(guī)模、技術(shù)與裝備、能源消耗、環(huán)境保護(hù)等方面提出了嚴(yán)格的要求,使非木材纖維制漿造紙企業(yè)的發(fā)展面臨嚴(yán)峻的考驗(yàn),同時(shí)又有利于促進(jìn)非木材纖維制漿造紙的技術(shù)進(jìn)步和可持續(xù)發(fā)展。

表1 1990—2008年我國造紙工業(yè)各類紙漿比例[4]

表2 1997—2008年我國非木漿消費(fèi)量占原生漿的比例[5]

表3 8種竹子學(xué)名、種屬及纖維形態(tài)[8]

2 竹子制漿發(fā)展概況與技術(shù)進(jìn)步

我國具有豐富的竹資源,主要分布在南方的福建、四川、廣西、廣東、湖南、貴州、云南等省(區(qū)),具有明顯的地帶性和區(qū)域性。竹子是最早用于機(jī)制紙的纖維原料之一,在新中國成立初期,已有一些紙廠(如宜賓紙廠、長江紙廠、重慶紙廠等)用竹子生產(chǎn)竹漿,用于抄造在當(dāng)時(shí)來說已是很好的高級印刷紙、書寫紙、打字紙等,用本色硫酸鹽竹漿配抄紙袋紙。

據(jù)統(tǒng)計(jì),我國竹類有48屬500余種,全國竹林面積約550萬hm2,蓄積量15123萬t,被譽(yù)為第二森林。我國竹類品種大體分為兩大類:一類為薄壁中小徑竹,竿壁厚2～8 mm,竿徑20～60 mm,如黃竹、水竹、白夾竹、西鳳竹、龍竹、苦竹、慈竹、青皮竹、麻竹等,這類竹子統(tǒng)稱為雜竹。雜竹林約占全國竹林面積的1/3,是目前我國用量最多的制漿造紙竹種。另一類為厚壁大徑竹,竿壁厚10～20 mm,竿徑80～200 mm,主要為毛竹,也稱楠竹,是我國主要經(jīng)濟(jì)竹種。目前毛竹約占全國竹林總面積的70%,總蓄積量達(dá)1.2億t[7]。竹子是一種優(yōu)良的造紙纖維原料。竹子纖維屬中長纖維原料,且長寬比大,纖維素含量較高,灰分含量較低。表3為產(chǎn)于我國湖南和西南地區(qū)的8種竹子的學(xué)名、種屬及纖維形態(tài)。

表3數(shù)據(jù)表明,上述8種竹子的纖維平均長度在1.70～2.60 mm之間,以大龍竹的平均長度最大,為2.60 mm;長寬比除毛竹外,均大于110;大龍竹的壁腔比最小,為1.86,其次是毛竹,為2.86,其他6種竹子的壁腔比均較大,對蒸煮時(shí)藥液的浸透和打漿時(shí)纖維的細(xì)纖維化有一定的影響。

表4為8種竹子的化學(xué)成分。表4測定結(jié)果表明,8種竹子原料化學(xué)成分含量差異較大,以大徑類毛竹的冷熱水和1%NaOH抽出物含量為最高,分別為8.56%、10.80%和27.91%,但大徑類毛竹和大龍竹戊聚糖含量比小徑類竹子低,僅為14.52%和15.61%。小徑類綿竹綜纖維素含量最高,測定值為72.68%;黃竹的灰分含量居8種竹子之首,高達(dá)2.82%。8種竹子原料化學(xué)成分與其他造紙?jiān)媳容^,可以概括為:綜纖維素含量在62%～73%范圍內(nèi),因產(chǎn)地的不同各品種之間的綜纖維素含量有差異。這一指標(biāo)介于針葉木和闊葉木之間,接近于龍須草和除髓后的蔗渣,但比麥草和蘆葦高;木素含量在21%～27%的范圍內(nèi),略低于針葉木,與闊葉木相當(dāng);戊聚糖含量在14%～21%范圍內(nèi),與闊葉木和麥草原料相接近,但此值比針葉木高出1倍左右; 1%NaOH抽出物為21%～28%,比木材原料高但低于草類原料;灰分含量為1.0%～2.9%,竹子的灰分主要集中在皮部和節(jié)部,而纖維束和薄壁細(xì)胞組織帶中含量很少。竹子制漿技術(shù)基本采用木漿的工藝與設(shè)備,竹漿單條生產(chǎn)線由年產(chǎn)1萬～5萬t發(fā)展到目前的10萬～25萬t。年產(chǎn)25萬t的貴州赤天化是目前國內(nèi)規(guī)模最大的現(xiàn)代化竹漿廠,四川永豐新建的年產(chǎn)17萬t竹漿廠也已順利運(yùn)行。表5為1985—2008年我國竹漿產(chǎn)量。表6為我國重點(diǎn)竹漿生產(chǎn)企業(yè)。從表5看出,在過去幾年,我國竹漿產(chǎn)量及占原生漿比例有顯著的增長,竹漿在非木漿中的比例由20世紀(jì)90年代的2%左右增加到目前的10%左右。

表4 8種竹子原料的化學(xué)成分[8]%

表5 1985—2008年我國竹漿產(chǎn)量

表6 我國重點(diǎn)竹漿生產(chǎn)企業(yè)

竹子備料由以前的干法備料發(fā)展到今天的干法切料、篩選,隨后洗滌、脫水,送蒸煮;切竹機(jī)從刀輥式切竹機(jī)、刀盤式切竹機(jī)發(fā)展到今天廣泛使用的鼓式切竹機(jī)(德國Pallmann產(chǎn)或國產(chǎn));竹片的洗滌采用鼓式水洗機(jī)和雙螺旋脫水機(jī),封閉循環(huán)洗滌,定期排渣。竹片的凈化處理是制漿和堿回收系統(tǒng)高效運(yùn)行的良好開端[9]。

竹子蒸煮以往多用蒸球或常規(guī)立鍋,蒸煮能耗高,控制水平低,勞動(dòng)強(qiáng)度大。1966年廣西柳江造紙廠引進(jìn)了第一套日產(chǎn)50 t竹漿的Pandia橫管連蒸系統(tǒng),用于生產(chǎn)硫酸鹽竹漿。20世紀(jì)80年代末,第一套用于竹子蒸煮的Asthma塔式連續(xù)蒸煮器引入宜賓紙廠,開創(chuàng)了國內(nèi)使用塔式連續(xù)蒸煮的先例。20世紀(jì)90年代,廣東鼎豐引進(jìn)了RDH低能耗間歇蒸煮系統(tǒng),具有比傳統(tǒng)間歇蒸煮汽耗低、得率高、漿質(zhì)好、卡伯值低、黑液濃度高等優(yōu)點(diǎn)。目前,位于世界技術(shù)最前沿的G2型緊湊連續(xù)蒸煮系統(tǒng)已在我國最大的竹漿廠——貴州赤天化投入運(yùn)行。該系統(tǒng)在能耗、環(huán)保和控制水平等方面更顯優(yōu)勢,噸漿耗汽0.50～0.55 t,煮后卡伯值16左右,得率≥50%。在RDH基礎(chǔ)上改進(jìn)與提高的DDS蒸煮系統(tǒng)也已在廣東鼎豐、四川永豐新建制漿生產(chǎn)線等運(yùn)行,在熱能利用、藥液均布、控制水平等方面有進(jìn)一步的改進(jìn),噸漿耗汽0.65～0.80 t,蒸煮得率≥48%[9]。

傳統(tǒng)的竹漿洗滌多采用老式真空洗漿機(jī)和低濃常壓篩選。20世紀(jì)90年代以后,循環(huán)用水逆流洗滌、壓力封閉篩選技術(shù)已在竹漿廠廣泛使用。洗滌和篩選組合在一起,選用中濃壓力篩進(jìn)行封閉熱篩選,清水從漿料的最后一臺洗漿機(jī)加入,進(jìn)行逆流洗滌。如貴州赤天化,將洗漿、篩選、氧脫木素和漂白整線統(tǒng)一考慮,合理組織,清水(熱水)從TCF漂白的PO/ OP段逆流進(jìn)入氧脫木素段,逆流至蒸煮置換洗滌后,黑液送堿回收,黑液提取率>99%;采用新型壓榨洗漿機(jī)出漿濃度高,稀釋因子小,減少了漂白紙漿中挾帶的污染物。

竹漿漂白已由傳統(tǒng)的含氯漂白向ECF和TCF漂白方向發(fā)展。氧脫木素技術(shù)從20世紀(jì)90年代引入國內(nèi)幾個(gè)竹漿廠,到現(xiàn)在已普遍應(yīng)用。大多竹漿廠采用單段氧脫木素,紙漿卡伯值可降低40%以上。貴州赤天化的竹漿生產(chǎn)線采用段間不洗滌的兩段氧脫木素,并配備有氧化白液系統(tǒng),脫木素率達(dá)到50%以上。

目前,用得較多的竹漿漂白流程為O-D/C-EOD,漂白漿白度穩(wěn)定在85%～87%,漂白廢水污染物排放量為CODCr34～60 kg/t漿,AOX 0.9～1.7 kg/t漿。部分竹漿廠已取消元素氯的加入,將D/C段改為D0段,并在EO段加入少量的過氧化氫(即EOP 段),采用此ECF漂白流程O-D0-EOP-D,紙漿白度≥87%,漂白廢水污染物排放量CODCr<30 kg/t漿, AOX<0.4 kg/t漿。四川永豐引進(jìn)Metso的技術(shù)和裝備,采用O-Q-PO漂白流程,是國內(nèi)第一條竹漿TCF漂白生產(chǎn)線,紙漿白度在80%左右。貴州赤天化采用輕ECF和TCF兩種互換的漂白流程,即OO-Q-OPD-PO和OO-Q-OP-Q-PO,紙漿白度≥88%;更為良好的封閉水循環(huán)系統(tǒng)使漂白廢水污染物排放量大幅度降低。輕ECF漂白廢水排放的CODCr降至22 kg/t 漿,AOX也進(jìn)一步降低;TCF漂白廢水排放的CODCr<17 kg/t漿[9]。

3 麥草制漿發(fā)展概況與技術(shù)進(jìn)步

麥草主要分布在河南、山東、河北、江蘇、寧夏等小麥重產(chǎn)區(qū)。麥草是我國最早的制漿原料之一,也是在非木材纖維中產(chǎn)漿量最高的原料。我國年產(chǎn)麥草約8000萬t,目前用于造紙的麥草量僅占總量的20%左右。

麥草可分為莖稈、節(jié)、鞘、葉、穗等部位,各部位在整根秸稈中的比例見表7。從表7可見,秸稈全稈中節(jié)、鞘、葉、穗約占總質(zhì)量的48%,莖稈部僅占52%左右。各部位之間在纖維形態(tài)、化學(xué)組成有很大的差異,各部位在蒸煮過程中的變化也不同。

表8為麥草全稈各部位的化學(xué)組成。由表8可見,鞘、葉、穗部的灰分、1%NaOH抽出物和戊聚糖含量均高于莖稈部,灰分平均含量為莖稈部的1.72倍(不含夾帶的泥砂),抽出物含量是莖稈部的1.28倍,而綜纖維素含量卻遠(yuǎn)低于莖稈。研究表明,麥草鞘、葉、穗中含有大量薄壁細(xì)胞和細(xì)小纖維,這些組分在制漿過程中消耗的堿量多,但脫木素速率低,成漿較困難,且紙漿得率只有莖稈的2/3左右,薄壁細(xì)胞和細(xì)小纖維對漿料濾水性有顯著的影響。草漿濾水性差是草類制漿造紙的致命弱點(diǎn),它不但造成草漿黑液提取率低,漿料洗滌困難,廢水污染負(fù)荷高,而且造成紙機(jī)車速低,紙料脫水慢,紙幅斷頭多等一系列抄造困難。

表9為草漿不同篩分組分的打漿度和保水值,可見草漿濾水性差的原因之一是草漿比木漿有更多的細(xì)雜組分,使草漿的初始打漿度和保水值都比木漿高得多。

表7 麥草全稈各部位所占比例[10]

表8 麥草全稈各部位化學(xué)組成[10]%

表9 草漿不同篩分組分的打漿度和保水值[5]

新中國成立后至20世紀(jì)80年代,約有上萬家10 t/a以下的小型麥草漿廠遍布全國,全國麥草漿產(chǎn)量至1990年增長到約600萬t,在紙張需求快速增長而供應(yīng)短缺的狀況下,起到重要的作用。但這些小廠設(shè)備陳舊,技術(shù)落后,產(chǎn)品質(zhì)量差,大多沒有堿回收系統(tǒng),造成嚴(yán)重污染。20世紀(jì)90年代之后,我國關(guān)閉了5000多家年產(chǎn)5000 t以下的小型草漿廠,同時(shí)建設(shè)了一批年產(chǎn)3萬t以上規(guī)模的麥草漿廠,并配備有整套的堿回收系統(tǒng),使麥草制漿技術(shù)從原料的備料凈化、蒸煮、洗滌、篩選及漂白等方面均取得進(jìn)步和發(fā)展,例如橫管連蒸、置換蒸煮、冷噴放技術(shù)、漿料擠壓+真空擴(kuò)散洗滌、壓力式除節(jié)和封閉壓力篩選、氧脫木素和過氧化氫漂白。山東、河南等地?cái)U(kuò)建或新建了一些較先進(jìn)的麥草漿生產(chǎn)線,1995年我國禾草漿(絕大多數(shù)為麥草漿)達(dá)到870萬t,之后也穩(wěn)定在800萬t/a以上,而且麥草漿生產(chǎn)的集中度有明顯的提高。

表10 1985—2008年我國禾草漿產(chǎn)量[5]

表10為1985—2008年我國禾草漿產(chǎn)量,表11為我國部分麥草漿重點(diǎn)生產(chǎn)企業(yè)。從表10可以看出,禾草漿產(chǎn)量約占非木漿總產(chǎn)量的2/3左右,最高比例達(dá)到77.2%。

表11 我國部分重點(diǎn)麥草漿生產(chǎn)企業(yè)

禾草類秸稈并非所有部位都適合于造紙,應(yīng)該在原料進(jìn)入制漿前盡可能將有害無益的組分除去。強(qiáng)化禾草類秸稈的備料過程,除去灰塵、草葉、梢、穗,是獲得漿料濾水性能好、黑液黏度低的關(guān)鍵。目前國內(nèi)較多采用的草類備料流程和裝置為:原草→刀輥切草機(jī)→輥式除塵器→雙錐除塵篩→輸送皮帶→濕法備料連蒸/蒸球或立鍋。山東泉林紙業(yè)為達(dá)到麥草清潔制漿的目的,研制出麥草清潔備料流程。麥草經(jīng)過粉碎機(jī)粉碎分絲,再經(jīng)過旋風(fēng)除塵器風(fēng)選除去輕塵,經(jīng)過圓筒篩除去重質(zhì)的細(xì)小沙石、碎秸和細(xì)碎草葉,得到潔凈合格的草片,除塵、除雜率達(dá)到23%～28%,可使蒸煮用堿量由13.0%降至10.5%,漂白漿得率提高5%;配合其高硬度置換蒸煮系統(tǒng),黑液黏度下降50%,黑液提取率達(dá)到90%～92%[10]。

麥草蒸煮主要采用燒堿或燒堿-蒽醌法,蒸球、立鍋是多數(shù)中小型麥草漿廠采用的蒸煮設(shè)備,投資較低,見效快,其主要問題是能耗高,用汽不均,直接噴放熱回收效果差,成漿不勻,質(zhì)量不好,粗漿得率偏低,帶來濾水性能差,黑液黏度高,不利于黑液提取和堿回收,且自控水平低,勞動(dòng)強(qiáng)度大。為此,制漿造紙科技工作者一直為改變這種落后工藝而努力,主要技術(shù)措施有:提高蒸煮液比,采用冷噴放技術(shù);采用低溫快速均勻蒸煮工藝和干濕法備料+橫管連續(xù)蒸煮技術(shù);采用兩級蒸煮,如山東泉林紙業(yè)參考木漿RDH蒸煮技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)的大液比蒸煮鍋麥草高硬度置換蒸煮技術(shù),采用鍋內(nèi)高溫洗滌和冷噴放技術(shù),提高了紙漿質(zhì)量,降低了黑液黏度,實(shí)現(xiàn)了黑液的循環(huán)使用和高黑液提取率。

傳統(tǒng)的麥草漿洗滌和篩選分成兩個(gè)獨(dú)立系統(tǒng),洗滌水進(jìn)入各自的系統(tǒng)。紙漿洗滌(黑液提取)通常采用普通真空洗漿機(jī),篩選采用低濃常壓開式篩選,如振框式平篩、CX篩,耗水量大,能耗高。目前國內(nèi)行之有效并已得到推廣應(yīng)用的麥草漿黑液提取與篩選系統(tǒng)是:擠壓-置換洗滌-封閉篩選組合,即采用雙輥或螺旋擠漿機(jī)+新一代平面閥波紋板真空洗漿機(jī)(4+1或3+1)逆流洗滌流程+封閉篩選系統(tǒng)。黑液提取率可達(dá)90%以上,洗滌與篩選用水逆流循環(huán)使用,用水量可降至40 m3/t漿以下。

麥草漿漂白經(jīng)歷了緩慢的發(fā)展過程,采用的漂白方法很長時(shí)間為低濃度次氯酸鹽單段漂和CEH三段漂,用水量大,化學(xué)品用量高,漂白漿白度和強(qiáng)度低,廢水污染物濃度高。由于大多數(shù)麥草漿廠規(guī)模較小,采用CEH漂白運(yùn)行成本低,漂白漿白度可達(dá)80%左右。從經(jīng)濟(jì)上考慮,企業(yè)大多數(shù)選擇了CEH漂序。隨著國家環(huán)保要求的日益嚴(yán)格,元素氯的禁止使用,麥草漿的漂白技術(shù)會(huì)逐漸向ECF和TCF推進(jìn)。2008年,全麥草漿中濃短序O-Q-PO清潔漂白生產(chǎn)線已在河南某制漿造紙企業(yè)成功投運(yùn),漂白漿白度達(dá)到80%以上,裂斷長達(dá)到7.0 km以上。此漂白工藝的中段漂白廢水排放量為30 m3/t漿,比傳統(tǒng)CEH漂白廢水排放量減少60%[11]。

4 蔗渣制漿發(fā)展概況與技術(shù)進(jìn)步

蔗渣是甘蔗糖廠的副產(chǎn)物,其量較大且較集中。甘蔗主要產(chǎn)區(qū)有廣西、福建、海南、四川、云南、廣東等省(區(qū)),廣西是最主要的產(chǎn)糖區(qū),也是蔗渣漿的最大產(chǎn)區(qū),其蔗渣漿產(chǎn)量約占全國的90%。

甘蔗纖維長度一般為1.0～2.3 mm,寬度為16～30μm,長寬比為60～80,壁腔比則小于1,具有長度中等、寬度較大、壁腔比很小的特點(diǎn)。從化學(xué)組分看,蔗渣的纖維素含量和戊聚糖含量較高,木素含量較低,苯-醇抽出物含量較低。蔗渣的灰分含量雖比木材高,但均低于其他草類原料(如表12所示),僅為稻草的1/5,麥草的1/2～1/3。因此,蔗渣是一種優(yōu)良的造紙?jiān)?蔗渣漿黑液的堿回收難度也比其他非木材纖維低。

表12 各種原料的灰分含量[12]%

我國年產(chǎn)蔗糖600萬t左右,每年可產(chǎn)除髓絕干蔗渣約400萬t,按紙漿得率48%計(jì),可年產(chǎn)漂白蔗渣漿192萬t,但目前用于造紙的蔗渣只占可利用量的50%左右,相當(dāng)一部分被用作鍋爐的燃料。廣東原為我國蔗糖主要產(chǎn)區(qū),隨著糖區(qū)西移,廣西已成為我國最大的產(chǎn)糖區(qū)。針對蔗渣原料優(yōu)勢,廣西大力發(fā)展蔗渣制漿造紙,已取得顯著成績,蔗渣漿產(chǎn)量逐年增加[13]。除用于摻配制造各種文化、生活用紙外,還生產(chǎn)商品蔗渣漿銷往區(qū)內(nèi)外。表13為1985—2008年我國蔗渣漿產(chǎn)量,表14為我國重點(diǎn)蔗渣漿生產(chǎn)企業(yè)。從表13可以看出,2008年我國蔗渣漿產(chǎn)量已接近100萬t,約為1985年蔗渣漿產(chǎn)量的4倍,已占原生非木漿的7.5%。

蔗渣中除含有纖維細(xì)胞外,還有30%左右的由松軟、粗而短的薄壁細(xì)胞組成的蔗髓及5%左右的非纖維表皮細(xì)胞,所以蔗渣備料的關(guān)鍵是除髓。除髓的方法有半濕法、干法和濕法。目前,一般在糖廠壓榨后蔗渣含水量在50%左右時(shí)進(jìn)行半濕法除髓,然后打包堆垛儲存,使用前散包后干法除髓。近年有多家漿廠采用濕法儲存,使用前進(jìn)行濕法除髓。廣西貴糖集團(tuán)開發(fā)一種蔗渣洗滌設(shè)備,該設(shè)備由洗滌機(jī)、耙齒輸送機(jī)、壓榨機(jī)3部分組成,洗滌和除髓效果好。目前,廣西已有多家蔗渣漿廠采用這種設(shè)備,有效地降低了制漿和堿回收成本,保證了成漿質(zhì)量。

表13 1985—2008年我國蔗渣漿產(chǎn)量

表14 我國重點(diǎn)蔗渣漿生產(chǎn)企業(yè)

除廣東江門甘化采用亞硫酸氫鎂鹽法、廣西橫縣君盈、馬山和發(fā)強(qiáng)采用亞銨法制漿外,其他蔗渣漿廠幾乎都采用燒堿法或燒堿-蒽醌法蒸煮,制漿性能好,易煮易漂,化學(xué)品用量比木材少得多,比其他非木纖維原料也少。蒸煮設(shè)備多數(shù)采用蒸球,少數(shù)漿廠采用立式蒸煮鍋。廣西東亞采用國產(chǎn)橫管連續(xù)蒸煮器,蒸煮時(shí)間短,紙漿質(zhì)量好,一些擬建蔗渣漿廠也將采用這種橫管連續(xù)蒸煮器。

蔗渣漿的洗滌篩選正朝著逆流置換洗滌和封閉篩選的方向發(fā)展。廣西貴糖新建的10萬t/a蔗渣漿生產(chǎn)線采用先進(jìn)的外流式中濃壓力篩和真空洗漿機(jī)為篩選主體設(shè)備,取代原有的低濃壓力篩、CX篩和圓網(wǎng)濃縮機(jī),噸漿水耗、電耗大幅下降,細(xì)漿質(zhì)量也顯著提高[14]。

由于蔗渣漿容易漂白,加之從成本上考慮,目前大多數(shù)蔗渣漿廠仍采用CEH三段漂,在較低的化學(xué)品用量下,可將蔗渣漿漂至80%左右的白度。廣東江門甘化在CEH之后加一段高濃過氧化氫漂白,即改為CEHP漂白,減少C段和H段的用氯量,而漂白漿白度和白度穩(wěn)定性明顯提高。隨著環(huán)保要求的日益嚴(yán)格,蔗渣漿的漂白技術(shù)必將向ECF和TCF的方向發(fā)展。

5 蘆葦制漿發(fā)展概況與技術(shù)進(jìn)步

蘆葦在植物分類階元上屬于禾本料的荻屬(Triarrhena Nakai)和蘆屬(Phragm itts Comm unis Trin),荻和蘆在外觀形態(tài)上非常相似,在生理上都是喜水植物,適于生長在沿海灘涂、內(nèi)陸湖洲、江河洲灘及潮濕沼澤地帶。荻和蘆葦?shù)闹饕猛臼亲鳛樵旒埨w維原料,其制漿造紙工藝條件及生產(chǎn)的紙張品種是相同的,故一般統(tǒng)稱為蘆葦。

蘆葦分布很廣,主要產(chǎn)區(qū)有遼寧、吉林、黑龍江、內(nèi)蒙古、湖北、湖南、安徽、新疆、河北、山東、江蘇、江西、青海、寧夏、上海、天津等17個(gè)省(市、區(qū)),重點(diǎn)產(chǎn)區(qū)是湖南洞庭湖、遼寧盤錦地區(qū)和新疆博斯騰湖等地。近年來,國家加大力度支持造紙?zhí)J葦基地建設(shè),堅(jiān)持科學(xué)育葦與發(fā)展優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)蘆葦原料,提高蘆葦單產(chǎn)和總產(chǎn)量。全國長葦面積多于50萬hm2,年產(chǎn)蘆葦250～300萬t。

蘆葦?shù)钠骄w維長度為1.12 mm,平均纖維寬度為9.7μm,長寬比為115,是較好的纖維原料。表15為不同產(chǎn)地的蘆葦?shù)幕瘜W(xué)成分。從表中看出,蘆葦?shù)睦w維素含量較高(41.5%～50.2%),木素含量較低(除個(gè)別外,多在20%左右),戊聚糖含量較高(22%～25%),灰分含量比稻麥草、龍須草等低得多,是適合制漿造紙的優(yōu)質(zhì)原料。

表15 不同產(chǎn)地的蘆葦?shù)幕瘜W(xué)成分[15]%

新中國成立60年來,蘆葦制漿如同麥草制漿經(jīng)歷了技術(shù)變革和演進(jìn),蘆葦漿產(chǎn)量逐年提高,到2008年已達(dá)148萬t,占總漿量的2.3%(見表16),比竹漿總產(chǎn)量略高。表17為我國重點(diǎn)蘆葦漿生產(chǎn)企業(yè)。

表16 1985—2008年我國蘆葦漿產(chǎn)量

表17 我國重點(diǎn)蘆葦漿生產(chǎn)企業(yè)

20 世紀(jì)50年代建設(shè)的天津造紙總廠、金城紙廠和營口紙廠三大葦漿廠采用亞硫酸鎂鹽法制漿,后建的葦漿廠如岳陽紙廠、漢陽紙廠、沅江紙廠、新疆博湖葦業(yè)等均采用堿法(燒堿法或硫酸鹽法)制漿。蒸煮設(shè)備多為立式蒸煮鍋,部分葦漿廠采用橫管連續(xù)蒸煮器。

逆流置換洗滌和封閉篩選也已在葦漿生產(chǎn)中應(yīng)用,20世紀(jì)90年代,新疆博湖葦業(yè)、鎮(zhèn)江金河采用壓力縫篩的封閉篩選系統(tǒng)就已投入運(yùn)行。

盡管仍有葦漿廠采用傳統(tǒng)的CEH三段漂,20世紀(jì)90年代,已開始在堿抽提段加入少量的過氧化氫(即改為EP),以強(qiáng)化堿抽提,減少含氯漂白廢水中AOX的產(chǎn)生量,如新疆博湖葦業(yè)采用O-C-EP-H流程,漂白漿白度達(dá)到80%,是葦漿漂白第一個(gè)使用過氧化氫的實(shí)例。該廠在新的葦漿生產(chǎn)線采用雙塔氧脫木素的OO-H-M-P漂白流程,漂白漿白度達(dá)到85%。與CEH相比,該流程漂白廢水排放量和排放的CODCr減少70%,AOX降低80%[16]。

6 廢紙回收利用的發(fā)展概況與技術(shù)進(jìn)步

廢紙資源的利用是我國造紙工業(yè)發(fā)展的一大特色和典型經(jīng)驗(yàn),廢紙?jiān)旒埖呐d起推動(dòng)了我國造紙工業(yè)的發(fā)展。1957年我國廢紙用量僅為12.1萬t,1978年廢紙漿產(chǎn)量也只有70萬t左右,而且只能在小圓網(wǎng)紙機(jī)上生產(chǎn)低檔包裝紙、衛(wèi)生紙等。20世紀(jì)90年代后,廢紙?jiān)旒埖陌l(fā)展步伐加快,2000年廢紙漿已占造紙總漿量的41%,到2008年,這一比例提高到60%,廢紙已成為我國造紙的主要原料。表18為2001—2008年我國廢紙回收利用統(tǒng)計(jì)。從表中可以看出,不但廢紙漿用量從2001年的1310萬t增至2008年的4436萬t,增加了293%,而且隨著廢紙?jiān)旒埉a(chǎn)業(yè)鏈的延伸和推動(dòng)以及人們環(huán)保意識的增強(qiáng),廢紙回收率也有很大程度的提高,從2001年的27.5%增加到2008年的39.4%。同時(shí),我國造紙仍存在資源短缺問題,每年仍需進(jìn)口大量的廢紙,僅2008年就進(jìn)口廢紙2421萬t,占世界廢紙商品量的48.4%,這說明我國造紙工業(yè)對進(jìn)口廢紙資源具有很大的依賴性,但從另一個(gè)角度看,也表明我國的廢紙回收利用仍存在巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

表18 2001—2008年我國廢紙回收利用統(tǒng)計(jì)

表19 2000年以來我國新增的主要新聞紙機(jī)概況[17]

廢紙消費(fèi)的主要去向?yàn)樾侣劶?、包裝紙和紙板(如瓦楞原紙、箱紙板、白紙板)等產(chǎn)品的生產(chǎn),廢紙脫墨漿也已用于印刷書寫紙、生活用紙的生產(chǎn)。近年來,許多現(xiàn)代化的以廢紙為主要原料的大型制漿造紙生產(chǎn)線落戶我國,不僅使國內(nèi)紙和紙板的產(chǎn)能大幅增加,而且也大大提升了以廢紙為主要原料的產(chǎn)品質(zhì)量,在節(jié)能減排和降耗增效方面也取得顯著成效。表19為2000年以來我國新增的主要新聞紙機(jī)概況。表20為我國近年投產(chǎn)的部分大型包裝紙(紙板)生產(chǎn)線。這些大型生產(chǎn)線的建設(shè)和運(yùn)行極大地推進(jìn)了我國造紙工業(yè)向規(guī)?；?、現(xiàn)代化的方向邁進(jìn)。

我國廢紙回收利用技術(shù)與裝備的開發(fā)起步較晚,目前特大型、先進(jìn)的廢紙制漿造紙生產(chǎn)線幾乎都是從國外引進(jìn)的,包括廢紙的碎解、篩選、凈化、脫墨、熱分散、濃縮、漂白等工序多采用國外最先進(jìn)的設(shè)備。這些引進(jìn)的廢紙制漿生產(chǎn)線,對我國擴(kuò)大廢紙回收利用起到了積極的推動(dòng)作用。

表20 我國近年投產(chǎn)的部分大型包裝紙(紙板)生產(chǎn)線

為改變廢紙?zhí)幚碓O(shè)備長期依靠進(jìn)口的局面,自20世紀(jì)80年代,國內(nèi)著手進(jìn)行廢紙?zhí)幚碓O(shè)備的研制與開發(fā),2000年以后,進(jìn)一步加大開發(fā)力度,加快了廢紙?zhí)幚碓O(shè)備的國產(chǎn)化進(jìn)程,并取得了可喜的成果[18]。目前,國內(nèi)造紙機(jī)械制造企業(yè)已完全能夠滿足中小規(guī)模廢紙回收利用項(xiàng)目的成套設(shè)備和大型項(xiàng)目中部分設(shè)備的供貨要求,例如,400 t/d和600 t/d廢箱紙板處理系統(tǒng)成套設(shè)備,150～250 t/d廢紙脫墨生產(chǎn)線、具有節(jié)水減排的200 t/d廢紙漿高效封閉篩選系統(tǒng)、50～150 t/d中高濃漂白系統(tǒng)、臥式轉(zhuǎn)鼓碎漿機(jī)、壓力篩漿機(jī)和高濃除渣器等設(shè)備,產(chǎn)品性能已達(dá)到或接近國際先進(jìn)水平。年產(chǎn)10萬t以上的廢紙制漿成套技術(shù)和設(shè)備也正在開發(fā)中。

7 結(jié) 語

為了解決我國造紙工業(yè)纖維資源問題,適應(yīng)我國造紙工業(yè)發(fā)展需要,我國將逐步形成以木纖維、廢紙為主,非木纖維為輔的造紙?jiān)辖Y(jié)構(gòu)。

我國是世界上用非木材纖維制漿造紙歷史悠久的國家,也是目前世界上最大的非木纖維紙漿和紙張生產(chǎn)國,非木纖維制漿造紙技術(shù)也已取得長足的進(jìn)步。今后較長的一段時(shí)間里,非木纖維仍是我國不可或缺的纖維資源,特別是在我國木材資源匱乏的國情下,只要科學(xué)合理地利用,非木纖維制漿造紙仍有一定的競爭優(yōu)勢。我國造紙?jiān)媳仨氉叨鄻踊?多渠道之路。

廢紙回收利用推動(dòng)了我國造紙工業(yè)的發(fā)展,廢紙已成為我國造紙工業(yè)最主要的纖維原料,而我國已成為世界上最大的廢紙進(jìn)口國和消費(fèi)國。隨著紙和紙板需求量的持續(xù)增長和人們環(huán)境保護(hù)和節(jié)能減碳意識的增強(qiáng),廢紙的回收利用將會(huì)越來越得到重視,我國的廢紙回收利用將朝著更好的方向發(fā)展。廢紙回收率會(huì)繼續(xù)上升,利用率也會(huì)有一定的增加,廢紙回收利用的技術(shù)和裝備水平將進(jìn)一步提高。

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(責(zé)任編輯:常 青)

Supply and Utilization of Non-wood Fibers andWaste Papers in Ch ina's Paper I ndustry

ZHAN Huai-yu

(State Key Laboratory of Pulp and Paper Engineering,South China University of Technology,Guangzhou,Guangdong Province,510640) (E-mail:pphyzhan@scut.edu.cn)

詹懷宇先生,博士,教授;主要從事制漿造紙技術(shù)的研究工作。

TS7

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0254-508X(2010)08-0056-09

2010-01-18