廣西造紙白泥工業化利用現狀分析及對策

趙博超 王雪婷 宋丹娜 苑喜男 朱克松 陳紹波 潘涔軒，*

（1.中國環境科學研究院國家環境保護生態工業重點實驗室，北京，100012；2.廣西湘桂華糖制糖集團來賓紙業有限責任公司，廣西來賓，546115）

我國是石灰巖開采、加工的主要國家，據《Mineral Commodity Summaries 2020》統 計 數 據 顯示[1]，2020年全球氧化鈣（CaO）總產量的69.76%由我國提供，而我國已探明的具備經濟開采價值的石灰巖（碳酸鈣，CaCO3）資源預計將于2030年耗盡[2]。造紙白泥是制漿造紙廠堿回收過程產生的一般工業固體廢物，其主要成分為CaCO3[3]，具有很高的潛在利用價值。國內外的研究者就造紙白泥在建筑材料[4-7]、環境治理[8-11]、農業領域[12-13]、制備CaCO3及其利用[14-16]等方面開展了諸多研究，并取得顯著效果。但工業利用過程中，由于技術成熟度不夠或處理成本高等限制，多數企業的造紙白泥仍只能擇地填埋或堆放，不僅導致資源浪費，還造成環境污染。隨著企業的造紙白泥堆存量不斷增加以及生態環境保護要求不斷提高，造紙白泥的處置成為制約制漿造紙企業綠色發展的關鍵環節。本課題通過調研廣西制漿企業造紙白泥產生、處置和利用情況，分析了造紙白泥工業化利用過程中存在的主要問題，并從技術、標準和政策等方面提出解決措施和建議，旨在為推動造紙白泥工業化利用提供一定參考。

1 廣西造紙白泥的產生及其成分特征

制漿黑液經提取、蒸發濃縮、堿爐燃燒得到的熔融物，再溶于水經苛化反應得到白色沉淀物，即為造紙白泥，苛化過程主化學反應為Na2CO3+CaO+H2O=2NaOH+CaCO3↓。本研究對廣西南寧、來賓、柳州、欽州等地主要制漿企業造紙白泥產生、利用和處置情況進行了調研，并采集不同原料（木材、蔗渣、木材-竹子）和工藝（硫酸鹽法、化學機械法制漿）的造紙白泥進行成分分析，調研制漿企業合計制漿產能占廣西2020年制漿企業總產能70%以上。調研結果顯示，不同企業由于生產原料或工藝不同，造紙白泥產生量差別很大，為0.15~1.0 t/t漿，其中化學機械法制漿工藝（木材）造紙白泥產生量最小，為0.15 t/t漿，硫酸鹽法制漿工藝（蔗渣）造紙白泥產生量最大，為1.0 t/t漿。X射線衍射圖譜（見圖1）分析結果表明，不同原料造紙白泥主要成分為CaCO3，并含有少量Ca(OH)2。

圖1 不同原料造紙白泥X射線衍射圖Fig.1 X-ray diffraction pattern of papermaking white mud from different materials

不同原料、制漿工藝產生的造紙白泥中CaCO3含量差別不大。已有研究表明，新鮮造紙白泥中CaCO3含量為45%~55%[17-20]，烘干后在80%以上[10,21-22]。本課題組針對不同原料、不同制漿工藝產生的造紙白泥主要成分進行檢測，結果見表1。由表1可知，造紙白泥中CaCO3含量為51.82%~54.13%，與已有研究結果一致。但不同原料、不同制漿工藝造紙白泥中二氧化硅（SiO2）、氧化鎂（MgO）、Cl?、堿（Na2O和K2O）等雜質含量差別很大，其中，SiO2、Cl?、總有機碳含量順序為蔗渣（硫酸鹽法制漿）>木材-竹材混合（硫酸鹽法制漿）>木材（化學機械法制漿），MgO含量為蔗渣漿（硫酸鹽法制漿）≈木材-竹材混合（硫酸鹽法制漿）>木材（化學機械法制漿），堿含量則無顯著差別。

表1 廣西典型制漿企業造紙白泥主要成分Table1 Main composition of papermaking white mud from typical pulp enterprises in Guangxi

2 廣西造紙白泥工業化利用現狀分析

根據實地調研結果，廣西制漿企業都在嘗試自行開展或委托開展造紙白泥利用項目，利用方式主要有磚廠制備燒結磚、水泥廠生產水泥熟料以及電廠（燃煤鍋爐）煙氣脫硫3種途徑，綜合利用率普遍低于40%，僅個別制漿企業造紙白泥可實現100%工業化利用。

2.1 制備燒結磚

燒結磚通常以黏土為主要原料，通過高溫燒結制備，燒制過程中排放大量SO2等有害氣體，環境污染嚴重，且黏土開采對生態破壞極大。利用造紙白泥替代黏土生產燒結磚，不僅可以減少黏土的用量，燒制過程還可以利用造紙白泥的堿性同步實現窯內脫硫、固硫，大幅降低排放煙氣中SO2濃度[23]，具有較高的經濟價值和社會價值。根據廣西磚廠生產實踐，燒結磚的原料中造紙白泥的添加比例可高達10%，每生產4000塊燒結磚可消納1 t造紙白泥。

2.2 生產水泥

我國水泥生產技術經過多年發展，目前以新型干法水泥生產技術為主。造紙白泥替代部分石灰石原料生產普通硅酸鹽水泥的研究可追溯至20世紀80年代，目前仍是造紙白泥工業化利用的主要途徑之一。但新鮮造紙白泥的水分和堿含量較高，分別為36.03%~39.92%和0.80%~1.76%（見表1），而水泥生料水分含量一般要求低于1.0%，焙燒后水泥熟料堿含量需低于1.2%（換算為水泥生料應低于0.8%）[24]，因此造紙白泥用于生產水泥需要對干法水泥生產工藝做一定的技術優化改造。國內早期已有大量造紙企業（浙江民豐造紙廠、福建南紙股份有限公司、四川雅安制漿造紙廠、南寧糖業股份有限公司蒲廟造紙廠）嘗試利用造紙白泥生產水泥[25-27]，但最后均沒有實現工業化生產。目前，廣西貴港臺泥、華潤水泥等企業仍在開展利用造紙白泥生產水泥的相關研究，但造紙白泥的最大添加量僅為水泥生料量的2%，對降低水泥原料成本作用有限。此外，造紙白泥含水量較高，一方面不利于造紙白泥運輸和水泥生料配料的計量輸送，不便于生產操作；另一方面增加水泥生料焙燒過程的能耗，影響水泥生產企業利用造紙白泥的積極性。

2.3 煙氣脫硫

燃煤電廠煙氣濕法脫硫過程中脫硫劑消耗量與電耗占脫硫成本80%以上，利用造紙白泥作脫硫劑不僅可以大幅降低電廠脫硫成本，還可以達到“以廢治廢”的目的[28]。目前，廣西南寧電廠、欽州電廠、貴港電廠的石灰石-石膏煙氣脫硫工藝均采用造紙白泥替代石灰石原料，替代率為20%~100%，造紙白泥利用量達15萬t/a以上。造紙白泥脫硫的效率與傳統的石灰石-石膏法脫硫相當，甚至更好[29]。但由于制漿黑液中鹽分種類復雜[30]，導致經黑液燃燒、苛化生成的造紙白泥中黑色塵埃、鹽分以及硅、鐵等元素含量較高，嚴重影響石膏結晶過程和脫水過程[31-32]，對脫硫系統運行影響較大，且造紙白泥脫硫產生的副產品——石膏的品質較低，難以滿足下游工業的原料要求[29,33-34]。此外，由于不同制漿企業產生的造紙白泥在硅含量、可溶性鹽含量等方面存在較大差異，導致燃煤電廠脫硫工藝需要不斷調整運行參數，嚴重阻礙了電廠利用造紙白泥脫硫的進程。

3 造紙白泥工業化利用中的問題分析

3.1 造紙白泥品質不穩定，下游企業利用難度大

造紙白泥是制漿造紙過程產生的一般工業固體廢物，沒有統一的國家或行業質量標準，不同企業產生的造紙白泥水分和雜質含量差別較大（見表1）。目前，造紙白泥主要是以替代原料方式進行下游資源化利用，下游企業需要從生產原料配比工序就開始頻繁調整、優化工藝條件，以適應不同來源的造紙白泥成分變化，大幅增加企業運行和管理難度，同時也不利于企業積累利用經驗和進一步優化利用工藝。由于沒有成熟的案例可復制，下游企業學習成本較高，極大增加造紙白泥資源化利用推廣難度。

3.2 利用方式附加值低，制約下游企業積極性

現有造紙白泥工業化利用方式集中在制磚、生產水泥和煙氣脫硫3種途徑，其中水泥企業和制磚企業石灰石類原料噸成本小于25元。由于造紙白泥所替代原材料本身價值較低以及替代率不高，導致利用造紙白泥的經濟效益不明顯，再考慮由于利用造紙白泥而新增的技術改造、管理和運行成本，利用造紙白泥甚至會產生負效益，嚴重影響了企業利用白泥的積極性。廣西某水泥生產企業利用造紙白泥生產水泥，根據統計，在造紙白泥零成本送至該企業的情況下，水泥噸成本基本不變。此外，考慮到造紙白泥的運輸成本，進一步降低了企業利用造紙白泥的積極性和利用半徑。

3.3 區域供需不平衡

根據不同原料和制漿工藝造紙白泥產生量調研數據并結合2020年廣西紙漿產量（221萬t[35]）估算，2020年廣西新增造紙白泥量約100萬t。2020年，廣西火電發電量和水泥產量分別為1110.4億kWh和1.21億t[36]，年消耗石灰石原料超過1億t，按石灰石原料消耗量的1.5%（電廠脫硫時石灰石替代量遠超1.5%）計算得出，造紙白泥替代添加量超過150萬t，可完全消納廣西每年造紙白泥的產生量。但由于受制漿企業和造紙白泥利用企業區域位置（運輸距離）限制，導致2020年廣西仍有超過20萬t造紙白泥需要堆存處置。以制漿企業和水泥企業為例，根據造紙白泥噸填埋成本和水泥企業石灰石原料噸成本測算，當制漿企業與水泥企業陸運距離超過40 km時兩者就難以形成利用鏈條。根據衛星地圖測算，廣西有40%的制漿企業與周邊最近水泥企業的陸運距離超過40 km。

4 造紙白泥工業化利用對策

4.1 研究制定造紙白泥工業化利用標準

標準是引領和推動行業發展的重要基礎，在我國提倡資源循環利用的形勢下，國內相繼出臺石油鉆井廢棄物、水處理劑聚鋁廢渣、建筑垃圾等固體廢棄物的處置和資源化利用技術標準，以推動并規范固體廢棄物利用。推動造紙白泥工業化利用可充分借助標準規范的作用，針對制磚、水泥生產、煙氣脫硫等技術成熟用途對造紙白泥粗品質量要求，研究制定造紙白泥工業化利用技術標準，在造紙白泥主要成分CaCO3含量及不同用途的限定性指標如硅含量、鋁含量、堿含量等方面建立分級指標，一方面可以統一不同企業造紙白泥品質，降低下游企業對其進行工業化利用的難度；另一方面可以規范企業造紙白泥的生產、利用過程，降低環境污染風險。

4.2 加大造紙白泥高值化產業技術研發投入

CaCO3產業是廣西的特色優勢產業，有完備的產業鏈和技術研發平臺。借助區內CaCO3產業平臺優勢，圍繞利用造紙白泥制備重質CaCO3、輕質CaCO3、CaO和Ca(OH)2等高附加值產品技術加大研發投入，鼓勵相關企業加大技改力度，大力推薦企業使用先進的生產技術和裝備，推動造紙白泥高值利用技術工業化應用。這不僅可以突破現有利用方式，拓展造紙白泥利用途徑，而且可以提升造紙白泥高值產品利用企業經濟效益，提高企業積極性，實現良性循環。

4.3 研究制定政策鼓勵支持企業開展造紙白泥工業化利用

近年來，國家相繼發布《關于“十四五”大宗固體廢棄物綜合利用的指導意見》《關于印發加快推動工業資源綜合利用實施方案的通知》等文件，持續推動大宗工業固體廢棄物的綜合利用。結合國家固體廢物分類資源化相關法律法規體系，在企業稅收優惠、綠色采購、政府補貼、環保稅以及未來碳稅等方面研究制定具有廣西特色的地方政策，營造有利于造紙白泥工業利用的政策環境。同時，加強對工業固體廢物拋棄、轉移、利用、處置等非法行為的打擊力度，提高企業守法自覺性，獎懲結合，共同推動造紙白泥工業化利用。

5 結 語

近年來，國家持續推動固體廢物資源化利用，而造紙白泥中CaCO3含量與天然石灰石接近，未來在替代石灰石礦產資源方面有著巨大的發展潛力。當前造紙白泥在水泥生產、制磚和煙氣脫硫領域已得到初步應用，但造紙白泥粗品質量不一，雜質含量高，導致利用過程中造紙白泥添加量小，下游企業積極性不高。此外，受制漿企業和造紙白泥利用企業區域位置（運輸距離）限制，造紙白泥區域供需不平衡。建議建立造紙白泥利用標準和制定鼓勵政策，推廣和改進已經成熟的造紙白泥工業化利用方式，并加大高值利用方式的研發投入，拓展造紙白泥工業化利用途徑，最終實現造紙白泥高摻量、高值和廣泛利用。