迎接竹柳造紙的新時代

袁志平中圖分類號：TS721文獻標識碼：A文章編號：1007-2225（2016）02-0025-04

迎接竹柳造紙的新時代

袁志平
中圖分類號：TS721文獻標識碼：A文章編號：1007-2225（2016）02-0025-04

1　前言

造紙是中國古代四大發明之一，最初的原料是稻草和樹皮，其制漿工藝是在弱堿性條件下，經過太陽紫外光的催化氧化和手工分散打漿、竹簾抄造做成紙頁，再經過火墻烤干得到白色的宣紙。上述第1代的造紙技術經過上千年的傳承，至今仍然是書畫界的瑰寶。

工業革命以后北美和北歐依靠豐富的森林和淡水資源，完成了大規模生產紙品的技術體系，這應該說是紙業發展歷史上的第2個時代。

隨著現代工業的飛速發展，地球大氣中二氧化碳的迅速增長，導致兩極冰川融化，島嶼淹沒。氣候的變化，已威脅到人類的生存，當務之急是開發清潔能源，禁止燃燒煤炭，以及禁止砍伐森林。這2個議題都和紙業息息相關，它是催生第3代造紙體系誕生的強大動力。

2　選擇竹柳為造紙原料的理由

選擇竹柳為造紙原料的理由如下。

（1）竹柳是美國加州農大和幾家紙業公司研究成功的新物種，在所有能用于造紙的植物纖維原料中，生長最快的莫過于竹柳。和速生楊木比，其密植的程度高幾十倍[楊樹每畝40株（每公頃600株），適合造紙用的小徑竹柳每畝則可以數千株]；每畝1年的生長量可提高至50 t（每公頃750 t）。

關于種植紙漿林的一個例子：每畝植2 668株（行距50 cm×50 cm）（每公頃40 020株），種后3年胸徑10～12 cm，高12～13 m，畝產鮮材150 t，平均每年每畝生長50 t，伐后第2批長勢更猛，可比第1批增產30%，以后7～8次都是3年1伐，所以被稱作“綠色銀行”。以竹柳為原料選用化學機械法制漿的出漿率高于85%。

（2）材質優良、自然白度60，并且紙漿的強度好，在打漿度46°SR時，其裂斷長9.4 km，耐折度1 270次。

（3）制漿黃液可以做有機酸鉀肥：竹柳的熱水溶出物中60%是多醣類物質，使用KOH+H2O2做APMP紙漿，所得制漿黃液主要是有機酸鉀。我國農田普遍缺鉀，這是十分難得的大好事，一方面解決了我國農田缺鉀問題，另一方面又根除了制漿污染。說到利用生產農肥取消龐大的水處理設備的投資和運行費用，人們首先的疑問是亞氨法制漿的失敗。此事應做具體分析：亞氨法制漿的收率約40%，即生產每萬噸紙漿要有總固形物25 000 t的有機物到農田里去，這些有機物若搞商品化，其生產規模比紙廠還要大好幾倍，實際是搞不得。

而這里說的竹柳卻相反，其效果會出奇的好，原因是竹柳化機漿收率很高，約90%，故所用KOH+H2O2制有機酸鉀，含K2O約50%，每10萬t紙漿僅生產1.25萬t有機酸鉀,品質又極高，當然是可行之路。

（4）竹柳種植不需要好地，它是耐鹽堿的植物，在土壤含鹽0.8%、pH=8.5的條件下均可生長，環境溫度在-35～40℃均可存活。竹柳制漿的洗漿水中含有機鉀鹽，經過返至田間輪流噴淋，不斷帶來改良土壤的機會。各種農作物的秸稈進入熱電站焚燒，所得含鉀含磷的爐灰均可用作改良土壤的底肥，在專家的指導下幾年后原來的鹽堿地可升級為可用的農田，國家18億畝（1.2億公頃）農田的底線，會出現正增長，這是了不起的大事。

（5）漂白洗漿水，含鉀和有機物已經很少，不需要搞混凝和曝氣工程，而是輪流噴淋竹柳田，可使竹柳豐產。竹柳喜水，喜肥，特別是小相對分子質量有機物。這是把水排到竹柳田中、可凈化的原因。

我國木材資源有限，面對龐大的需求量，過去只有進口一條路可走，如今有了竹柳這樣對路的資源若還是觀望不前，那就是坐失良機了。

3　以竹柳為造紙原料的生產工藝流程

以竹柳為造紙原料的生產工藝流程如圖1所示。

圖1　以竹柳為造紙原料的生產工藝流程示意圖

該工藝流程使用的電力和蒸氣最好來自以秸稈為燃料的熱電站，如果已有燃煤熱電站，可繼續使用，待下一步再改進，總之遲早要使用再生能源。國家為支持秸稈發電，每發1千瓦小時電補貼0.25元，以0.50元每千瓦小時為成本計算，每噸蒸氣是120元。

地球每年經光合作用產生的生物質總計有1 730億t，所蘊含的能量相當于全世界每年消費能量的10～20倍，目前利用率只有3%，現在仍然發生田間焚燒秸稈的事件，秸稈應該收集用于生物質能源。

如今發明了秸稈壓塊機，極大地壓縮了體積，方便了貯運，秸稈發電、產生蒸氣是未來紙廠必然要納入計劃的項目。

同時，電站爐灰用熱水溶出鉀鹽，磷酸鹽送至竹柳田中做底肥。

4　生產10萬tAPMP漂白漿的成本預測

4.1原材料成本

紙漿收率以85%計時，每年原料需用11.76萬t。每噸風干原料成本按550元計，每年費用為6 468萬元。折算到每噸漿成本為647元。

4.2化工原料

KOH，耗用6%（對原料），每年是7 056 t，費用是5 044.8萬元。H2O2耗用3%（對原料），是3 520 t（100%計），每噸5 000元，費用是1 764萬元。尿素，每日在噴淋水中補加2 t，每噸1 700元，每年費用112萬元。以上每年化工原料費用合計為752元/t（漿）。

4.3能耗

電力：900 kW·h，費用為450元/t（漿）；蒸氣：2 t（紙機）+0.3 t（APMP）2.3 t，費用為276元/t（漿）。能源費用合計為726元/t。

4.4設備折舊和人工等各項費用

設備折舊和人工等各項費用按每噸1 000元計。

上述各項成本合計的總成本為3 125元/t（紙）。每噸紙品收入約4 800元-3 125元=1 655元/t；按年產10萬t漿計，每年收入約為1.7億元。

5　有機酸鉀肥的生產

我國鉀肥的生產經過多年努力，成功地創新生產了鉀葉面肥，即通過作物葉面微孔施肥的有機酸鉀（要點是含水溶性有機物380 g/L、K2O 220 g/L），并已經積累了各種作物豐產和改進品質的經驗。

5.1本項目黃液中有機酸鉀含量

鉀的總量，以KOH計為7 056 t/a。水溶性有機物總量為9 400 t/a（該產品已經出口至美國，在國內農業專家的座談會上受到高度的好評）。每年用KOH 7 056 t，以K2O表示是6 000 t；形成有機物鉀鹽的有機物9 400 t，共計有機物鉀鹽是1.5萬t。

此產品和無機鉀鹽如K2SO4和KCl相比，沒有硫酸根和氯根，更適合農業使用；特別是沒有原料成本，即鉀和可溶性有機物的成本都已計入紙漿生產，所以生產成本極低，只涉及蒸氣費、電力和人工及設備折舊和包裝費用；但是因兼顧竹柳的生產，黃液提取率85%進入商品生產；其余15%留在洗漿水中作為噴淋水用于竹柳施肥；所以有機酸鉀肥的年產量是1.25萬t。

5.2有機鉀肥的生產成本

（1）每年多效蒸發器減壓蒸發系統的動力費為：50 kW/h，需要費用20萬元，每噸合16元。

（2）每年蒸氣費用：APMP制漿濃度約20%，所以黃液總量是40萬t；黃液提取率85%，其他15%未提出部分用在竹柳的田間噴淋施肥，用于蒸發的量是34萬t。多效蒸發費用：至每噸鉀肥濃溶液的費用每年是850元。

（3）產品包裝費應根據分裝的用戶需要而定，如容量、形狀、說明書等和費用由用戶管理。

（4）設備折舊和人工等費200元。總計1066元/t。

（5）農作物有機鉀葉面肥的市場價，現在每噸約4 000元（K2O為220 g/kg,有機物為380 g/kg）。若能成倍下降其使用費，必將徹底改變我國農田普遍缺鉀的現狀，會給農業大豐收創造條件；同時造紙工業木材原料缺乏的困境也會因此而改變。

6　堿性H2O2水溶液和氧氣發生器

大規模發展氧化法制漿，需要重視氧化劑的供給。本文所說年產10萬t APMP生產線，需要購買H2O2約2萬t，為此需要完善此危險化學品的貯運系統，或者落實天然氣造氫的來源，自建蒽醌法制H2O2的附屬工廠并要重視工廠的安全。另一條路就是研究開發下述技術：空氣中的氧通過陰極還原發生堿性H2O2水溶液，同時在陽極得到氧氣。此事在我國已有幾十年的歷史，我們走的是催化還原的技術路線，設備簡易可行，最好的成績是建立了日發生1 100 kg H2O2（100%計）的工業生產裝置，連續運行了4年半時間，用在葦漿三段漂的EP段。后來因設備生產廠為了多賺幾萬元加工費而采用了再生塑料代替聚丙烯塑料招致耐熱性能差而變形，最終停止了運行。

堿性H2O2水溶液和氧氣發生器的產物是KOH、K+、HOO-和O2。該項技術應用于竹柳制漿有2個辦法。要點是：竹柳含約10%的熱水溶出物，成分主要是多醣類物質。先用發生器發生的氧氣經氧化水解得到有機酸，然后用其中和強堿性的陰極產物K+、OH-和HO2-，最后就得到弱堿性的K+和HO2-，用于APMP的工作液，這樣把沒有用的氧氣也利用上了。再一個辦法是：用強堿性H2O2水溶液加適量的H3PO4，得到弱堿性的K+H2O2溶液，成為有磷、鉀的弱堿性APMA工作溶液。

只有幾臺發生器的一個車間和蒽醌法制雙氧水的工廠不能比，投資和運行費不是同一個等級；尤其是發生器車間的原料是空氣，所需電力是擁有熱電站漿廠的強項，不需要單獨籌劃氫氣來源。

7　竹柳造紙項目的突出優點

（1）通過制漿黃液生產出鉀肥行業需要的廉價有機酸鉀濃溶液——造紙工業和鉀肥工業緊密合作，既產生出巨大的新生產力，又避免了巨額治污費用。鉀肥工業可以大規模發展有機鉀葉面肥，扭轉我國土壤嚴重缺鉀的狀況，為農作物的大豐產創造條件。

（2）不占用農田種竹柳，目標是利用鹽堿地和/或荒地，據調查，我國鹽堿地有5.2億畝（約3 467萬公頃），宜農荒地5.3億畝（約3 533萬公頃），如將其中各取5%用于竹柳種植，即可滿足萬家紙漿和鉀肥生產企業的原材料的需求。如上述設想得以實現，每年可生產紙漿10億t，有機酸鉀肥1.2億t，將從根本上改變我國紙業和農業的面貌，并將成為優質紙漿和優質鉀肥的出口大國。

（3）使用可再生能源。凡可利用秸稈壓塊的地方，通過收購用作熱電站的燃料。在條件不具備的地方，新項目設計時，則選用竹柳作燃料發電供熱，及預留出竹柳種植區域。總之不再采用燒煤的鍋爐，使我國在應對氣候變化方面走在國際的前列。

［1］張俊苗，吳英，劉一山，等.竹柳材性、纖維形態及其特性的研究［J］.紙和造紙，2014，33（4）：9-12.

［2］袁志平.堿性H2O2水溶液和氧氣發生器［J］.人造纖維，2000，30（1）：6-10.

［3］薛崇昀，賀文明，聶怡，等.竹柳材性、纖維質量及制漿性能的研究［J］.中華紙業，2009，20（15）：60-63.

本文文獻格式：袁志平．迎接竹柳造紙的新時代[J]．造紙化學品，2016，28（2）∶28-28．

新加坡研發廢紙纖維氣凝膠吸收油污

油槽車漏油必須盡快清理油污，以免污染環境和阻礙交通，但目前市面上的吸油材料清潔效果不理想，清理時間較長。新加坡國立大學研究人員日前成功把廢紙制成無毒、無味的纖維氣凝膠，吸油能力比一般商用吸油材料高出3倍。

據新加坡國立大學工程系有關研究人員介紹，廢紙纖維氣凝膠輕盈、強韌，吸收力強，適用于吸收石油、柴油和潤滑油。這種材料去除油污的效力比一般商用聚丙烯海綿高出3倍，預計能減少約20%的油污清理時間。若要回收污油，纖維氣凝膠能擠出高達99%所吸收的油污，避免浪費，還可反復使用多達8次。

研究人員為氣凝膠涂上一層甲基三甲氧基硅烷化學品，以增強其抗水特性。這樣一來，在下雨天或在海面上使用時，就不會因吸飽水分而無法發揮吸油效用。

目前，研究小組已在美國、中國、印度等國為他們的研發成果申請專利權，新加坡一家公司準備在今年5月把產品推向市場。

（李振遠）

麥當勞和英國一造紙企業開始嘗試回收試驗

英國造紙企業和全球快餐供應商麥當勞開始了一項回收試驗計劃，以使回收的廢紙杯加工成新的紙張產品。

二者之間的合作將使整個英國的麥當勞餐廳里使用的紙杯，每周進行回收并由James Cropper的先進的再生纖維工廠進行加工，將之前的非回收的、紙塑復合的杯子，加工成新的紙張產品。

這次的試驗計劃是英國的首次，涉及到英國1 250家麥當勞餐廳中的150家。麥當勞餐廳將用過的紙杯收集起來，然后由英國唯一的紙杯回收再利用體系SimplyCups將這些紙杯打包運往JamesCropper再加工。再生纖維可以應用于很多產品上，包括小冊子、文具，乃至設計師的禮品盒。

James Cropper的再生纖維工廠是2013年開張的，涂層使用的工藝可以使紙張從塑料上分離，現在的處理能力可以每星期加工相當于1 000萬只紙杯。這個處理的結果是最終實現無廢物，紙杯的90%將變成獲得FSC認證的紙漿重新用于紙張生產，其余的10%是塑料，也可以用于新的用途，比如做成花園家具。

（李振遠）

Glatfelter將在美國新建干法紙廠

干法紙生產商Glatfelter公司將投資約8 000萬美元在美國新建一家干法紙廠，這是10多年來北美在干法紙方面的首次重大投資。

新廠年產能約2.2萬t，使該公司的全球干法紙總產能增加至約12.9萬t/a。公司的干法紙業務部門在女性衛生用品、成人失禁用品、擦拭巾及家庭護理用品市場居于全球領先地位，其產品也用于食品包裝及工業用途。

Welcome New Era of Papermaking with Bamboo Willow

YUAN Zhi-ping

2016-01-10（修回）

袁志平先生（1934-），高級工程師；長期從事非木材清潔制漿的研究；E-mail：Yuanzhiping2007@ 126.com。