廢紙中性脫墨技術(shù)的研究

高亞弟，韓 富

（北京工商大學(xué)食品學(xué)院，北京 100048）

廢紙回收利用作為二次纖維，它的經(jīng)濟(jì)意義將在世界上越來(lái)越受到重視。廢紙脫墨技術(shù)的研究和應(yīng)用工作的重要性也日益突出。近年來(lái)，我國(guó)在廢紙利用方面的進(jìn)展雖然較快，但現(xiàn)有的廢紙脫墨技術(shù)與世界先進(jìn)國(guó)家相比還是有一定的差距，建立在進(jìn)口廢紙基礎(chǔ)上的大型紙廠，其設(shè)備及脫墨劑主要從國(guó)外進(jìn)口。在這種情況下，就更加需要不斷總結(jié)，深入研究廢紙脫墨的技術(shù)，開(kāi)發(fā)出具有實(shí)用價(jià)值的新型廢紙脫墨劑。

廢紙脫墨就是采用高效的脫墨劑和有效的脫墨設(shè)備，在適當(dāng)溫度和機(jī)械作用下破壞印刷油墨對(duì)纖維的吸附，將其與雜質(zhì)和廢紙漿進(jìn)行分離。脫墨過(guò)程是一個(gè)比較復(fù)雜的物理和化學(xué)過(guò)程，一般包括三個(gè)步驟:1.疏解分離纖維:在機(jī)械作用和適當(dāng)?shù)臏囟认戮鶆蚍蛛x纖維，使成片油墨粒子分散開(kāi)來(lái)，為均勻、穩(wěn)定地脫墨反應(yīng)創(chuàng)造條件；2.油墨粒子從纖維剝離:即利用脫墨劑將顏料粒子從纖維中分離出來(lái)，同時(shí)保證已游離的顏料粒子互不聚集且不再被纖維重新吸附；3.油墨粒子從纖維懸浮液中除去:從纖維上分離出來(lái)的油墨粒子必須通過(guò)浮選或洗滌方法及時(shí)清除。脫墨后的漿料經(jīng)過(guò)凈化、篩選、脫水、濃縮等工序后就可用于紙張的抄造。其中第二步油墨從纖維上脫落這一步至為關(guān)鍵，因?yàn)橹挥杏湍Ｗ訌睦w維上脫落下來(lái)，才有可能在后續(xù)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)其與纖維的分離?，F(xiàn)有脫墨方法就是根據(jù)這一步所用脫墨劑的不同及油墨脫除機(jī)理的不同而命名。

現(xiàn)在世界上絕大多數(shù)工廠都采用堿法脫墨。堿法脫墨是在氫氧化鈉、過(guò)氧化氫、硅酸鈉、EDTA等無(wú)機(jī)化學(xué)品和以表面活性劑為主要成分的脫墨劑的化學(xué)作用下，并在機(jī)械作用的協(xié)作下使油墨從纖維上游離出來(lái)而除去。然而廢紙脫墨技術(shù)發(fā)展到今天，這種方法也遇到了新難題，例如在脫墨時(shí)必須加入大量的化學(xué)品，脫墨成本高，很難進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本；在廢紙中膠粘物日益增多的情況下，堿性操作環(huán)境使廢紙中膠粘物會(huì)過(guò)于分散和軟化，不利于膠粘物的去除；而今，激光打印油墨、靜電復(fù)印油墨、紫外光固化油墨等非接觸油墨的大量使用，使得在堿性條件下脫墨的優(yōu)勢(shì)喪失，脫墨效果差；由于NaOH的存在，會(huì)從廢紙漿中抽提出木素和其他有色物質(zhì)，使含機(jī)械木漿的廢紙變黃發(fā)黑，易產(chǎn)生“堿性發(fā)黑”現(xiàn)象，同時(shí)在高pH值下易引起纖維的進(jìn)一步損傷，從而導(dǎo)致紙張強(qiáng)度的降低，同時(shí)會(huì)使廢水的COD值增高，污染環(huán)境，廢水處理費(fèi)用高，有悖于節(jié)能降耗的生產(chǎn)原則。

堿性脫墨存在的環(huán)境污染和脫墨不良等弊病，促使人們紛紛改進(jìn)現(xiàn)有工藝或另外尋求高效、污染負(fù)荷少的新型工藝，因此中性脫墨法等新型脫墨技術(shù)脫穎而出。

1.中性脫墨特點(diǎn)

中性脫墨不如氫氧化鈉等堿性物質(zhì)，只加入表面活性劑，依靠表面活性劑滲透到油墨與纖維的界面，削弱兩者之間的結(jié)合，再借助于機(jī)械作用使油墨和纖維分離，從而達(dá)到脫墨的目的。

1992年7月，法國(guó)供應(yīng)商Lamort和Kolb博士合作，首次將中性脫墨系統(tǒng)用于普通廢紙來(lái)生產(chǎn)印刷紙。Katahdin造紙公司將中性(脫墨)制漿技術(shù)進(jìn)行了工業(yè)化應(yīng)用試驗(yàn)，由于采用了中性脫墨，減少了其他化學(xué)品用量，較低的pH大大提高了水處理的處理效果，藥劑用量減少了約75%，處理后的水的澄清狀況得到了很大提高，使澄清處理工藝得到了簡(jiǎn)化。經(jīng)過(guò)18個(gè)月的運(yùn)行，證明采用中性脫墨和不加亞硫酸鹽操作，脫墨效果與堿法脫墨相同，Katahdin公司證實(shí)了新型中性脫墨技術(shù)的可行性。

中性脫墨是目前國(guó)際脫墨技術(shù)的開(kāi)發(fā)趨勢(shì)。在20世紀(jì)90年代，混合辦公廢紙脫墨由堿法脫墨改為中性脫墨進(jìn)行研究，中性脫墨可以有效地脫除各類廢紙中的油墨，它有堿性脫墨無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)。

與堿性脫墨相比，中性脫墨具有如下優(yōu)點(diǎn):(l)減少化學(xué)藥品的用量，降低脫墨成本；(2)在處理含機(jī)械漿的廢紙時(shí)，不會(huì)發(fā)生“堿性變黑”的現(xiàn)象；(3)脫墨廢水中的COD含量低，廢水處理負(fù)荷??；(4)在中性條件下，油墨粒子更適于浮選與洗滌的要求，膠粘物不易分散，更容易除去；(5)只需少量或不需要pH值調(diào)節(jié)劑；(6)不需改動(dòng)和添置設(shè)備。因此中性脫墨符合造紙工業(yè)發(fā)展中性抄紙的大趨勢(shì)。

2.脫墨工藝

經(jīng)過(guò)脫墨的第一步碎漿后，將纖維均勻分離，在具有一定的潤(rùn)濕性和滲透性的表面活性劑作用下，使成片油墨粒子分散開(kāi)來(lái)。接下來(lái)的第二步，就是熟化，將油墨粒子從纖維剝離，使纖維上的油墨從纖維上游離出來(lái)，并在廢紙漿懸浮液中呈分散狀態(tài)。第三步就是分離己剝離下來(lái)的油墨粒子與廢紙纖維。按照分離方法的不同也可將脫墨分成如下幾種脫墨方法:

(1)浮選法脫墨

根據(jù)纖維、填料和油墨粒子的可潤(rùn)濕性不同，來(lái)達(dá)到分離的目的。廢紙經(jīng)過(guò)水力碎漿機(jī)的碎漿后，通過(guò)廢紙脫墨劑的作用，將剝離的油墨適當(dāng)凝聚，使油墨粒子盡可能處于10mm～100mm，可潤(rùn)濕性較差的油墨顆粒吸附于浮選器產(chǎn)生的泡沫上，并上浮到液體表面，由機(jī)械逆流或真空抽吸方法除去。同時(shí)，也要盡可能使剝離的油墨不再附著于纖維，而且不讓紙漿附著在泡沫上。

(2)洗滌法脫墨

廢紙?jiān)谒λ闈{機(jī)中通過(guò)具有一定乳化、分散能力的脫墨劑的作用，將油墨進(jìn)行乳化、溶解和分散，盡可能使油墨粒子減小至10mm以下，水夾帶著油墨顆粒被除去。洗滌法脫墨要求油墨顆粒的尺寸越小越好，對(duì)顆粒直徑在5mm以下的油墨粒子效果最佳。

(3)浮選——洗滌脫墨

廢紙經(jīng)過(guò)水力碎漿機(jī)碎漿后，在脫墨劑的作用下，浮選出較大的油墨粒子（10mm～100mm），洗滌掉較小的油墨粒子（<10mm），從而達(dá)到除去油墨的目的。

(4)附聚法脫墨

與傳統(tǒng)脫墨方法相反，在油墨從纖維上游離出來(lái)之后，通過(guò)添加附聚劑如十八醇，將油墨粒子聚集成400mm以上、密度較大的顆粒，然后通過(guò)離心清洗、篩選的方法除去。

3.脫墨用表面活性劑

根據(jù)廢紙脫墨劑的作用原理和廢紙脫墨工藝的特點(diǎn)，應(yīng)選擇不同的表面活性劑。

浮選法脫墨工藝主要采用聚集型表面活性劑（油墨捕集劑），旨在使脫離的油墨粒子聚集在一起，隨氣泡帶走。這類表面活性劑要求具有一定的起泡性和捕集能力，能夠使油墨粒子盡可能地附集在氣泡上。這類表面活性劑主要是由天然脂肪酸皂化制得的脂肪酸鹽，脂肪酸主要是硬脂酸、油酸、棕櫚酸、亞油酸及其混合物，硬脂酸能促進(jìn)纖維與油墨的分離，而亞油酸對(duì)油墨的浮選有利。脂肪酸皂能控制浮選時(shí)的泡沫量，在氣泡上升過(guò)程中不會(huì)破裂，而到達(dá)溢流堰時(shí)，氣泡又能迅速破裂。亦可采用由EO/PO共聚物和脂肪酸聚氧乙烯酯組成的浮選促集劑。

洗滌法脫墨工藝以分散能力強(qiáng)的表面活性劑（油墨分散劑）為主，這類分散劑和附著在纖維上油墨顆粒結(jié)合成親水性顆粒并擴(kuò)散到懸浮液中，使油墨粒子盡可能變小并具有親水性，在漿料懸浮液中繼續(xù)保持著分散狀態(tài)，防止重新沉積，通過(guò)洗滌將其除去。因此，理想的分散劑應(yīng)同時(shí)具有潤(rùn)濕、乳化和分散能力，無(wú)泡或低泡。分散劑主要有壬基酚聚氧乙烯醚和直鏈脂肪醇聚氧乙烯醚。

附聚法脫墨工藝采用具有附聚能力的表面活性劑（附聚劑），其作用在于選擇性地聚集廢紙漿中的污染物，形成大而堅(jiān)固的附集物，便于篩選和離心凈化除去。該類廢紙碎漿處理后，油墨粒子為較大的片狀結(jié)構(gòu)。對(duì)這些片狀的油墨粒子表面進(jìn)行化學(xué)改性，使之附聚而形成較大顆粒，通過(guò)壓力縫篩和順流式除渣器除去。它主要用于熱熔性油墨印刷廢紙的脫墨，如激光打印紙和靜電復(fù)印紙。

在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，單一的表面活性劑總是會(huì)存在或多或少的不足之處，為了發(fā)揮表面活性劑各自的優(yōu)點(diǎn)，并利用它們之間的協(xié)同增效作用，將表面活性劑進(jìn)行復(fù)配，尤其是陰離子與非離子表面活性劑的復(fù)配。這樣既可以降低廢紙的脫墨成本，生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的脫墨漿，同時(shí)又可縮短脫墨表面活性劑的開(kāi)發(fā)周期，節(jié)約開(kāi)發(fā)費(fèi)用。當(dāng)各種油墨廢紙混合在一起時(shí)，復(fù)配尤為重要。

4.展望

綜合國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)，中性條件下對(duì)各種廢紙進(jìn)行脫墨處理是可行的，前期的實(shí)驗(yàn)室研究和工業(yè)化試驗(yàn)已證實(shí)，中性脫墨是國(guó)際脫墨技術(shù)的開(kāi)發(fā)趨勢(shì)。國(guó)內(nèi)現(xiàn)在的研究過(guò)程中主要存在這樣一些問(wèn)題:對(duì)中性脫墨體系中所發(fā)生的各種物理化學(xué)現(xiàn)象沒(méi)有系統(tǒng)的研究；目前，脫墨劑多數(shù)是將現(xiàn)有的表面活性劑進(jìn)行復(fù)配，而合成新型多功能、復(fù)合型的高效脫墨用表面活性劑的研究工作卻很少。另外，中性脫墨技術(shù)沒(méi)有在工業(yè)被迅速而大量地采用，很大的原因是因?yàn)槿狈Ω咝У闹行悦撃珓绕涫怯糜诠I(yè)上的多功能、復(fù)合型的高效脫墨用表面活性劑。所以，還有很多工作有待于科研工作者進(jìn)一步地研究、發(fā)展和完善。

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