廢棄煙用醋纖絲束的回收工藝及應用

張繼超 趙玉林 于 深 洪 濤 付國領

焦作金葉醋酸纖維有限公司，河南 焦作 454150

目前，廢棄煙用醋纖絲束(簡稱廢濾棒)的處理方式主要為委托焚燒和填埋，處理成本約300元/t,并且處理過程易造成巨大的能源損耗與環境污染[1]。國內產生的廢濾棒主要來源于卷煙生產企業和煙用濾棒生產企業，相對較集中。廢濾棒的主要成分包括質量分數約90%的二醋酸纖維素、6%～8%的水、0.2%的二氧化鈦及1%的油劑，其原料品質較高[2]。對廢濾棒進行除雜處理后，可獲得較純凈的二醋酸纖維素纖維，即廢濾棒具備回收再利用的條件和價值。

為加快推進廢濾棒的再生利用，焦作金葉醋酸纖維有限公司(簡稱焦作金葉公司)在借鑒前人研究成果的基礎上，成立技術開發小組對廢濾棒回收的工藝路線進行可行性研究，提出溶劑分離法，開發出一套年處理量為150 t的廢濾棒回收再生生產線。通過溶劑分離法得到的回收漿液，可作為絲束生產企業的摻配料使用，實現廢濾棒的回收再利用。

1 廢濾棒回收工藝流程

1.1 工藝流程

為實現對廢濾棒的有效回收，探討成型紙、三醋酸甘油酯以及其他雜質的去除方法，探索將廢濾棒再生成煙用絲束的可行性，已有研究者做了大量的試驗和基礎研究工作。孫友德等[3]的研究表明：廢濾棒二醋酸纖維素纖維的溶解性、過濾性、可紡性良好，與二醋片接近；溶液中來自廢濾棒的二醋酸纖維素纖維的質量分數可達35%，紡絲速度最高可達1 000 m/min；所得二醋酸纖維素纖維可單獨再生成纖維，也可與二醋片按任意比例共混紡絲；所得二醋酸纖維素纖維的物理性能達到煙用醋酸纖維半制品的質量要求。韓亞東等[4]的研究表明，廢濾棒丙酮溶液中的三醋酸甘油酯可起到增溶作用，有助于降低溶液黏度，提高紡絲原液的濃度。燕寧寧等[5]的研究表明，其制備的混合漿液的基本性能滿足煙用濾棒絲束紡絲要求，可作為制備煙用濾棒絲束的原料；由質量比為1∶1的二醋片和廢濾棒制備的共混纖維，其單絲線密度、徑向異形度與由純二醋片制備的纖維差異不大，可用于制作煙用濾棒絲束；由共混纖維制得的煙用濾棒硬度大于82%，圓周長為24.07 mm±0.20 mm，品質和吸阻均可滿足現行濾棒的參數要求；由共混纖維制得的煙用濾棒具有優良的過濾性能，且應用在卷煙中可在一定程度上改善煙氣的柔和性。

基于前人的研究成果，焦作金葉公司在技術方案確定和論證過程中，嘗試采用酒精萃取法對廢濾棒進行再生處理，但該方法工藝路線復雜且不成熟，經多次試驗，工藝路線仍無法實現；嘗試采用機械分離法對廢濾棒進行再生處理，但該方法只能處理沒有破損的廢濾棒，處理量小，無法滿足多種形態廢濾棒的處理，不適于大規模生產應用；嘗試通過溶解分離法對廢濾棒進行再生處理，該方法采用丙酮對廢濾棒進行溶解處理，形成混合溶液，再通過分離、過濾等技術去除雜質，進而實現與絲束生產主漿液的混合。最終經試驗驗證，確定了用丙酮將廢濾棒溶解后再進行分離的工藝路線，并命名為溶劑分離法。

普通煙用絲束生產系統(以下簡稱主系統)完全以二醋片為原料，經溶解、過濾、紡絲、卷曲、擺絲和打包等工藝處理得到煙用二醋酸纖維絲束。再生煙用絲束的生產則需先采用溶劑分離法對廢濾棒進行溶解、分離、過濾，得到合格回收漿液后，再將其按一定比例加入主系統中，然后進行溶解、過濾、脫泡、紡絲、上油、卷曲、干燥、擺絲和打包處理，得到再生煙用絲束。

1.2 工藝流程說明

1.2.1 初篩

從各煙廠回收的廢濾棒根據生產需要運輸至廢絲再生車間，先人工初步篩選異物，以防異物進入再生煙用絲束生產系統中。由于濾棒車間環境良好，不會混入太多異物，因此可通過人工方法去除雜質。稱取初篩后的廢濾棒質量，以便精準配比回收漿液。

1.2.2 噴霧加濕

在煙用絲束卷棒的過程中，需卷上一層成型紙，同時添加增塑劑三醋酸甘油酯。采用丙酮溶解廢濾棒的過程中，干成型紙在丙酮溶液中體積增大、韌性增強，不利于輸送，容易堵塞輸送管道和分離裝置。為改變干成型紙在丙酮溶液中的形態并防止輸送過程靜電的產生，采用噴霧加濕裝置對廢濾棒進行噴霧加濕處理，使成型紙與水充分接觸，改變紙的形態，以利于下一工序的處理。

1.2.3 切碎

噴霧加濕過的廢濾棒通過傳送帶輸送至切碎機切碎，切碎機刀口高速旋轉擠壓，并利用下料口篩網直徑控制物料大小，獲取長度不大于2 cm的廢濾棒。經噴霧加濕后，成型紙的韌性和強度降低，經切碎機的機械破壞和切碎，可將廢濾棒切碎至一定長度，從而在后續溶解過程中不易堵料和沉淀，便于輸送。

1.2.4 攪拌溶解

通過丙酮加料環在溶解釜中加入一定量的丙酮，再將切碎的廢濾棒通過傳送帶輸送至加料口，利用加料口氮氣密封環產生的微負壓氣流，將切碎的廢濾棒加入攪拌釜中，同時隔絕空氣使槽內氧氣的體積分數低于8%，確保加料過程安全。經2次或3次的變速攪拌和液位控制后，混合溶液被間歇性地送往下道工序。

1.2.5 固液分離

采用一種密閉防爆型固液分離裝置對混合漿液進行固液分離。該分離裝置的工作原理是通過連續的機械分離將懸浮的固體與部分雜質從液體中分離出去。分離裝置包括密閉防爆型臥式螺旋卸料沉降離心機、氮氣安全保護控制系統、離心機內氧含量監測系統、設備溫度(軸承溫度和離心機機殼內溫度)監測系統、震動監測系統、進料螺桿泵、進料球閥、水洗電磁閥、進料電磁流量計等設備及電氣控制系統。經離心機固液分離的漿液送往中間槽儲存。

1.2.6 中間槽儲存

分離合格的回收漿液通過重力落入中間槽中儲存。將中間槽液位與中間輸送泵連鎖設置，當液位處于高限時，啟動中間輸送泵；液位處于低限時，關停中間輸送泵，即實現了此環節的自動化運行。

1.2.7 過濾

采用高精度過濾器對回收漿液進行過濾，以有效攔截未被分離的雜質，最終獲得不含成型紙、線膠和三醋酸甘油酯等雜質的回收漿液。

1.2.8 罐槽儲存

回收漿液通過屏蔽泵輸送至回收漿液槽中臨時儲存。根據后續工序使用需求，將處理好的合格回收漿液輸送至主系統，作為制備二醋酸纖維絲束的摻配料使用。

2 回收漿液主系統過濾技術改進

為更好地應用回收漿液，減少其對紡絲穩定性的影響，基于前期大量的研究工作，在主系統過濾工藝上采取更精細化的操作，將單臺壓濾機的助濾劑木槳用量提高至60 kg；設置一段壓濾機的過濾壓差不超過0.2 MPa,以提高濾餅對柔性雜質的截留量；將壓濾機數量由原先的12臺增加至15臺，以通過增加一段壓濾機的數量，將過濾面積擴大20%；調整一段壓濾機的鏟裝周期，平均3 d鏟裝1臺，以保持足夠的漿液過流量；將濾后回流調節閥全部關閉，以減少無效過濾并提高過濾精度；一段過濾供料泵由定頻泵改為變頻泵，二段液位調節閥與一段過濾泵連鎖設置，確保二段液位的穩定[6]。一段過濾采用濾餅過濾，通過使用新型快速預涂方式，成餅時間僅需6～10 h，而普通煙用絲束的成餅時間則需至少72 h。此外，形成的濾餅具有組織結構緊密均勻，孔隙豐富且分布合理，對柔性雜質過濾效果更佳等特點，可以獲得更好的紡絲穩定性。二段過濾為深層過濾，使用組合濾布，能夠過濾掉粒徑超過5 μm的雜質。經漿液過濾方面的改進，按一定比例添加廢濾棒回收漿液后，紡絲生產穩定，形成的纖維可紡性良好，產品質量可控。

3 運行情況及經濟效益

利用溶劑法回收廢濾棒再利用生產工藝，可對煙廠的廢濾棒進行二次回收，重新投入主系統中制備再生煙用絲束。目前，整個生產流程已經打通，工藝運行穩定、可靠、安全。將制成的回收漿液分別按質量分數為5%、10%和20%的比例添加到主系統中，發現各項生產指標正常，生產的再生絲束經煙廠使用后反饋良好。

就經濟效益而言，以建成一套年處理量150 t的廢濾棒回收生產線為例，投資成本需600萬元，每回收1 t廢濾棒的成本為1 500元。就煙廠而言，每年可節省4萬元廢濾棒處理費用；就煙用絲束生產企業而言，按照目前二醋片2.5萬元/t的價格計算，回收1 t廢濾棒可節約2.35 萬元，每年可節約原料成本352.5萬元，具有良好的經濟效益。

4 結語

對廢濾棒進行噴霧加濕、切碎、溶解、分離和過濾后，可得到合格的回收漿液。結合對煙用絲束生產系統過濾技術方面的改進，可將煙廠制棒和卷煙工序中產生的大量廢濾棒制成再生煙用絲束并重新應用于制棒和卷煙生產工序，使原料得到最大程度的利用。通過離心、過濾等技術去除雜質的廢濾棒回收漿液滿足后續工序的要求，且得到的再生煙用絲束質量完全滿足出廠要求。