木片篩余物高得率半化學(xué)法清潔制漿技術(shù)研究

利用國產(chǎn)設(shè)備，筆者團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一條日產(chǎn)300 t的篩余物半化學(xué)法制漿生產(chǎn)線，該生產(chǎn)流程主要由橫管連續(xù)蒸煮系統(tǒng)（DN1500，Z3，Ve=20 m3）、高濃磨漿系統(tǒng)（Φ1300 mm，1700 kW/1400 kW）、封閉篩選系統(tǒng)、洗滌濃縮系統(tǒng)等組成，工藝流程簡(jiǎn)圖如圖2所示。

圖2  篩余物半化學(xué)法制漿工藝流程簡(jiǎn)圖

Fig. 2  Brief diagram of semi-chemical pulping process of woodchip rejects

半化學(xué)漿和化學(xué)機(jī)械漿都是介于化學(xué)漿和純機(jī)械漿之間的兩段制漿法，但相對(duì)于化學(xué)機(jī)械漿（化機(jī)漿），半化學(xué)漿化學(xué)處理程度更高一些，需要用到單獨(dú)的蒸煮器，其得率也相對(duì)低一些，通常在65%~85%之間^[25]。本實(shí)驗(yàn)參照化機(jī)漿和半化學(xué)漿常用的用堿量，選定8%和14%的用堿量（相對(duì)于絕干漿，以下同）進(jìn)行化學(xué)預(yù)處理，然后對(duì)所得粗纖維進(jìn)行不同濃度的磨漿處理，所得結(jié)果見表1和表2。

從表1中的數(shù)據(jù)可以看出，采用8%的用堿量進(jìn)行化學(xué)預(yù)處理，粗纖維得率達(dá)75%，卡伯值則高達(dá)150，殘堿僅為1.5 g/L，說明堿幾乎被消耗完；當(dāng)用堿量提高到14%后，粗纖維得率下降到70%，卡伯值則減少為120，殘堿則增加至3.5 g/L。另外，從pH變化來看，當(dāng)用堿量為8%時(shí)，由于殘堿量不足，pH值只有9.0，遠(yuǎn)低于常規(guī)化學(xué)制漿蒸煮末期需所控制的pH值>12的要求，這會(huì)導(dǎo)致溶出的木素重新沉積在纖維上，影響紙漿質(zhì)量；當(dāng)用堿量增加到14%時(shí)，pH值剛好達(dá)到12以上，這將有助于提高紙漿性能。

從表2磨漿情況來看，1^#樣采用10%磨漿濃度磨漿2次，雖然能耗只有49 kWh/t漿，但由于打漿度太低，纖維無法成形；當(dāng)把磨漿濃度提高到16%時(shí)，磨漿能耗升至116 kWh/t漿，打漿度也提高約50%，達(dá)到17°SR，但纖維仍無法抄片；當(dāng)把磨漿濃度調(diào)到22%時(shí)，漿樣能夠抄片，此時(shí)打漿度為29°SR，紙漿濕重為0.83 g。因此，2^#直接采用漿濃22%的兩段高濃磨漿，所得漿料打漿度達(dá)36°SR，電耗相對(duì)1^#有所下降，且紙漿濕重則從0.83 g提高到1.50 g，顯示出更好的磨漿效果?；诖?，對(duì)兩段22%高濃磨漿的1^#和2^#漿張進(jìn)行物理性能檢測(cè)，所得結(jié)果列于表3中。

從表3中1^#漿張的物理性能可以看出，磨漿次數(shù)的增加有利于提高紙漿的性能，磨漿2次后，漿張裂斷長、耐破度和環(huán)壓強(qiáng)度都明顯提高，特別是環(huán)壓指數(shù)，從1次磨漿的6.06 N·m/g提高到8.13 N·m/g，高于GB/T 13023—2008瓦楞芯（原）紙A級(jí)優(yōu)等品（7.7 N·m/g）。在相同磨漿2次的條件下，2^#漿張的性能較1^#漿張全面提升，其裂斷長、耐破指數(shù)和環(huán)壓指數(shù)分別是1^#漿張的1.9倍、1.8倍和1.2倍，說明提高化學(xué)預(yù)處理的強(qiáng)度，對(duì)抄造漿張性能影響極大；且其緊度也達(dá)到0.52 g/cm³，超過GB/T 13023—2008 瓦楞芯（原）紙A級(jí)優(yōu)等品（0.50 g/cm³）指標(biāo)要求。

另外，從表3中2^#漿樣和OCC廢紙漿不同級(jí)分長/中/短纖的紙張物理性能可以看出，篩余物半化學(xué)漿抄造漿張?jiān)诹褦嚅L和環(huán)壓強(qiáng)度方面均超過廢紙漿，特別是環(huán)壓指數(shù)，半化學(xué)漿抄造漿張達(dá)9.76 N·m/g，超過了GB/T 13023—2008瓦楞芯（原）紙AA級(jí)優(yōu)等品（9.0 N·m/g）指標(biāo)要求；但國內(nèi)OCC廢紙長纖抄造漿張環(huán)壓強(qiáng)度僅為8.61 N·m/g，只能達(dá)到GB/T 13023—2008瓦楞芯（原）紙A級(jí)（7.7 N·m/g）指標(biāo)要求，可見國內(nèi)廢紙性能相對(duì)較低。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，綜合考慮紙漿得率和性能，生產(chǎn)試驗(yàn)化學(xué)預(yù)處理用堿量選用14%、溫度150℃、反應(yīng)時(shí)間40 min、液比1∶2.3，得到的粗纖維再經(jīng)兩段22%高濃磨漿，然后對(duì)紙漿和抄造漿張性能進(jìn)行檢測(cè)分析，連續(xù)生產(chǎn)結(jié)果見圖3。

圖3  生產(chǎn)試驗(yàn)所得紙漿及抄造漿張的性能

Fig. 3  Properties of pulp samples from industrial trials

從圖3(a)可以看出，漿張卡伯值總體處于100~130之間，平均為116；打漿度則在35°SR上下，均與實(shí)驗(yàn)室結(jié)果相吻合。另外，從圖3(b)中纖維長度和細(xì)小纖維含量來看，篩余物半化學(xué)漿纖維長度為0.6~0.7 mm，和一般化機(jī)漿相差不大；但細(xì)小纖維含量明顯比化機(jī)漿的要高，平均含量占60%左右，這與篩余物本身尺度較小密切相關(guān)。

當(dāng)然，從圖3(c)和圖3(d)生產(chǎn)試驗(yàn)所得漿張的強(qiáng)度指標(biāo)來看，各項(xiàng)指標(biāo)與實(shí)驗(yàn)室紙漿性能相吻合，其中平均裂斷長為2.93 km，優(yōu)于實(shí)驗(yàn)室2^#漿張的2.89 km；耐破指數(shù)和環(huán)壓指數(shù)分別為1.29 kPa·m²/g和8.69 N·m/g，略低于實(shí)驗(yàn)室紙漿，但環(huán)壓指數(shù)仍超過GB/T 13023—2008瓦楞芯（原）紙A級(jí)優(yōu)等品的要求；平均緊度則進(jìn)一步提高到0.54 g/cm³，達(dá)到GB/T 13023—2008瓦楞芯（原）紙AA級(jí)優(yōu)等品（0.53 g/cm³）指標(biāo)要求。