混合辦公廢紙精篩渣回收技術(shù)的研究

蘇振華 文 飚 張 羽 范述捷 彭 鋒

(1.中國制漿造紙研究院有限公司，北京，100102；2.制漿造紙國家工程實驗室，北京，100102；3.北京林業(yè)大學，北京，100083)

廢紙作為一種重要的再生資源，其回收利用具有良好的經(jīng)濟及社會效益，對環(huán)境保護和資源利用都具有十分重要的意義，是解決我國森林資源匱乏、造紙原料短缺的有效途徑之一。廢紙的回收利用早已是造紙業(yè)內(nèi)高度關(guān)注的問題，為提高廢紙的回收利用率，國家發(fā)布了一系列政策法規(guī)，如發(fā)改委發(fā)布的《造紙產(chǎn)業(yè)政策》提出擴大廢紙回收利用、商務(wù)部發(fā)布的《再生資源管理辦法》、質(zhì)檢總局發(fā)布的《廢紙利用技術(shù)要求》等，廢紙回收利用量也在逐年增加。尤其是2000年以后，廢紙用量以每年300 萬t以上的速度增加，到2016年我國廢紙漿消耗量高達6329 萬t，占紙漿消耗總量的65%，遠高于木漿(29%)及非木漿(6%)[1]。以廢紙為原料的產(chǎn)品有新聞紙、高強瓦楞原紙、箱紙板、涂布白紙板、印刷紙以及生活用紙，廢紙已成為我國造紙工業(yè)不可缺少的原料。

2017年底，環(huán)保部為貫徹國務(wù)院《禁止洋垃圾入境推進固體廢物進口管理制度改革實施方案》[2]對《禁止進口固體廢物目錄》[3]和《限制進口類可用作原料的固體廢物目錄》[3]進行了調(diào)整和修訂，禁止進口海關(guān)商品編號為4707900010及4707900090的廢紙，限制進口海關(guān)商品編號4707100000、4707200000及4707300000的廢紙；同時《進口可作原料的固體廢物環(huán)境保護控制標準》[4]正式發(fā)布，進口廢紙中其他雜質(zhì)的比例由1.5%正式修訂為0.5%，并已于2018年3月1日開始實施。以上政策表明我國推進固體廢物進口管理制度改革的決心，但同時也會進一步擴大纖維原料的缺口，因此，提高廢紙的回收率的研究顯得更為重要。在廢紙制漿過程中，除渣會分離出大量的精篩渣，其中混合辦公廢紙(MOW)制漿過程中大約有占原料2%的精篩渣，這部分篩渣大部分為長纖維，纖維質(zhì)量很好，但是由于其富集了較多的膠黏物，難以回收利用，只能排出系統(tǒng)或者低值化利用。這不僅造成纖維原料的浪費，而且造成固體廢棄物的污染問題及增加固體廢棄物的處理成本。雖然研究人員對廢紙制漿、脫墨性能進行了大量的研究[5- 6]，但在MOW精篩渣回收方面還未見系統(tǒng)的研究。

本課題以MOW精篩渣為研究對象，采用高頻疏解對纖維與雜質(zhì)進行有效分離，再經(jīng)浮選進一步將雜質(zhì)分離出系統(tǒng)，對處理后紙漿中的大膠黏物含量、塵埃度、有效殘余油墨濃度(ERIC)及紙漿的抗張強度、撕裂強度、耐破強度等相關(guān)指標進行了檢測，以評價其處理效果，以期為相關(guān)企業(yè)提供參考。

1 實 驗

1.1實驗原料

實驗所用的精篩渣取自某廢紙制漿企業(yè)MOW生產(chǎn)線，其性質(zhì)如表1所示。

1.2實驗儀器

HaarlaZRI高頻疏解機；HG SF3202-A75浮選脫墨槽；PTI 95568標準解離器；PTI RK- 3A全自動紙頁成型器；KRK 844890篩分儀；CE203-C Bauer篩分儀；Technidyne CTPC白度儀；DCP-NPY1200紙張耐破強度測定儀；DCP-KZ1000紙張和紙板抗張強度測定儀；PTI F53.98300愛利門道夫撕裂強度測定儀；PULMAC MasterScreen篩分儀；Apogee-Specscan2000膠黏物分析系統(tǒng)；分析天平(0.0001 g)；電熱鼓風干燥器及馬弗爐等。

1.3實驗方法

MOW精篩渣經(jīng)高頻疏解后送浮選槽進一步浮選處理，通過控制浮選時間控制不同的排渣率，對不同排渣率下的漿樣進行取樣分析。亮度、有效殘余油墨濃度(ERIC)、大膠黏物含量、塵埃度、篩渣、灰分及篩分分別參考ISO 2470《Measurement of Diffuse Blue Reflectance Factor》、T567 om《Determination of effective residual ink concentration(ERIC) by infrared reflectance measurement》、T277 pm 《Macro stickies content in pulp: the “pick-up” method》、T563om《Equivalent Black Area(EBA) and count of visible dirt in pulp， paper and paperboard by image analysis》、T275《Screening of pulp(Somerville-type equipment)》、GB/T 742《造紙原料、紙漿、紙和紙板灰分的測定》及Tappi 233 cm《Fiber length of pulp by classification》進行測試；紙漿物理強度參考T220sp- 10《Physical testing of pulp handsheets》進行測定。

2 結(jié)果與討論

2.1大膠黏物的去除

MOW精篩渣回用的最大障礙就是膠黏物含量高，所以對膠黏物的控制最為關(guān)鍵。本課題分別對3批MOW精篩渣進行高頻疏解，疏解后再氣浮，并通過調(diào)整不同的浮選時間來控制排渣率分別為9.1%、22.2%和32.7%。在不同排渣率下測定這3批MOW精篩渣在各個階段漿樣的大膠黏物含量，大膠黏物含量及面積分布分別見圖1和圖2。

表1 MOW制漿線精篩渣的性質(zhì)

注 R200表示過200目截留的精篩渣。

圖1 不同排渣率下漿樣的大膠黏物含量

圖2 不同處理階段漿樣的大膠黏物面積分布

由圖1可以看出，3批MOW精篩渣的大膠黏物含量高達18479 mm2/kg，經(jīng)高頻疏解后大膠黏物含量均降低39.3%左右，再經(jīng)進一步浮選處理后，大膠黏物含量分別降低88.5%、89.5%及98.2%。結(jié)合圖2可知，精篩渣中面積大于0.8 mm2的大膠黏物含量高達11965 mm2/kg，大于0.4 mm2以上大膠黏物含量高達15852 mm2/kg，面積小于0.4 mm2的大膠黏物含量為2627 mm2/kg，經(jīng)高頻疏解后，面積大于0.8 mm2及大于0.4 mm2的大膠黏物含量分別降為922 mm2/kg及3837 mm2/kg，分別下降了92.3%及75.5%；而面積小于0.4 mm2的大膠黏物增加到7389 mm2/kg，增加了約181.3%。這表明高頻疏解機的髙剪切作用可以使大膠黏物有效地從纖維上剝離下來，并碎解為細小的膠黏物顆粒，使得面積大于0.8 mm2的大膠黏物含量大幅下降，而面積小于0.4 mm2的大膠黏物含量會大幅增加。

在后續(xù)浮選處理過程中，由于膠黏物的親油性，游離的大膠黏物會吸附微氣泡而上浮，隨浮渣被排出系統(tǒng)得以去除。其中面積大于0.8 mm2的大膠黏物的去除率均在95.7%以上，面積大于0.4 mm2的大膠黏物去除率均在94.0%以上，3批排渣率中面積小于0.4 mm2的大膠黏物去除率分別為41.5%、68.1%及87.6%。另外，可根據(jù)具體產(chǎn)品質(zhì)量的要求來調(diào)節(jié)排渣率，以控制漿料膠黏物的含量，并平衡產(chǎn)品質(zhì)量與精篩渣回收率。

2.2塵埃的去除

塵埃也是精篩渣回收利用需要解決的問題之一，對精篩渣經(jīng)高頻疏解及浮選處理后在不同排渣率下各個階段的漿樣進行塵埃度測定，塵埃度及塵埃面積分布分別見圖3和圖4。

圖3 不同排渣率下漿樣的塵埃度

圖4 不同處理階段的漿樣塵埃面積分布

由圖3可以看出，3批MOW精篩渣的塵埃度均約為2000 mm2/m2，經(jīng)高頻疏解后，3批的精篩渣的塵埃度均降低38.6%左右，經(jīng)浮選處理后，當排渣率分別為9.1%、22.2%及32.7%時，塵埃度分別降低71.3%、77.7%及80.8%。結(jié)合圖4可知，MOW精篩渣中大于0.1 mm2的塵埃度較高，占到總塵埃度的78.0%。經(jīng)高頻疏解后，大面積塵埃(≥0.1 mm2)的去除率可達49.3%～50.6%；這表明高頻疏解作用對大面積塵埃有很好的粉碎作用；同時，高頻疏解作用會增加小面積塵埃(<0.1 mm2)，增加幅度11.7%。浮選對塵埃有進一步的去除作用，且對塵埃大小沒有明顯的選擇性，排渣率越高，塵埃的去除率越高，需根據(jù)原料及產(chǎn)品質(zhì)量的需要綜合評估。

圖5 不同排渣率下各階段漿樣的亮度圖6 不同排渣率下各階段漿樣的ERIC

2.3對亮度及ERIC的影響

在重點考察膠黏物及塵埃的同時，對3批MOW精篩渣經(jīng)高頻疏解及浮選處理后各階段漿樣的亮度及ERIC也進行了測定，結(jié)果分別見圖5及圖6。

通常在浮選過程中，部分雜質(zhì)和填料會成為浮渣被排出系統(tǒng)，雜質(zhì)的排出有利于提高漿樣的亮度，但同時填料的排出又會降低漿樣的亮度。由圖5可以看出，MOW精篩渣的初始亮度為65.2%，經(jīng)高頻疏解后，漿樣的亮度稍有降低(由65.2%降低為64.5%)，而經(jīng)過浮選后回收漿樣的亮度又有所提高(由64.5%升高為66.3%)。從圖6可以看出，MOW精篩渣經(jīng)高頻疏解后，ERIC有微幅降低，可能與高頻疏解對油墨粒子分散作用有關(guān)；而經(jīng)后續(xù)的浮選處理，油墨粒子得到去除，當排渣率分別為9.1%、22.2%及32.7%時，殘余油墨的去除率分別為49.3%、59.9%及61.2%。這表明高頻疏解作用一定程度上可將油墨粒子從纖維上剝離下來，在進一步的浮選作用下得到分離，殘余油墨的去除隨浮選排渣率的升高而提高。

2.4對紙漿強度的影響

取以上3批MOW精篩渣回收過程中各階段的漿樣，參照ISO5269標準抄造手抄片，并在標準大氣條件(濕度(50±2)%和溫度(23±1)℃)下，檢測其抗張強度、撕裂度及耐破度，以評估采用高頻疏解和浮選相結(jié)合的方式從MOW精篩渣中回收良漿的質(zhì)量，檢測結(jié)果見圖7、圖8及圖9。

從圖7可以看出，MOW精篩渣經(jīng)高頻疏解后，抗張指數(shù)分別由原來的31.4、31.9、31.4 N·m/g增加到37.2、38.3、37.2 N·m/g，增幅為18.3%～20.3%；經(jīng)浮選后達到37.7、39.3、38.6 N·m/g，增幅為20.2%～23.5%。從圖8可以看出，MOW精篩渣的撕裂指數(shù)均為9.18 mN·m2/g，經(jīng)高頻疏解后，3批漿樣的撕裂指數(shù)分別增加到9.40、9.30、9.44 mN·m2/g，變化不大；再經(jīng)浮選后，撕裂指數(shù)分別增加到9.68、9.78、9.52 mN·m2/g，增幅在5%左右。從圖9可以看出，MOW精篩渣經(jīng)高頻疏解后，漿樣的耐破指數(shù)分別由原來的1.9、2.0、1.9 kPa·m2/g增加到2.5、2.6、2.5 kPa·m2/g，增幅為29.3%～32.3%；再經(jīng)浮選后變化并不明顯。這表明高頻疏解不僅作用于膠黏物和塵埃，其對纖維也有較強的機械作用，使纖維發(fā)生分絲帚化而使更多的氫鍵暴露出來而增加纖維間的相互結(jié)合，從而對漿樣抗張強度、耐破度均有顯著改善；后續(xù)浮選對雜質(zhì)的去除，可增強纖維與纖維間的結(jié)合，對細小纖維的去除，又會一定程度上影響紙張強度，不同排渣率(9.1%、22.2%、32.7%)對紙張物理強度的影響并不顯著。

圖7 不同排渣率下各階段漿樣的抗張指數(shù)圖8 不同排渣率下各階段漿樣的撕裂指數(shù)圖9 不同排渣率下各階段漿樣的耐破指數(shù)

為驗證高頻疏解對纖維的作用，進一步對實驗各階段的漿樣進行篩分實驗，結(jié)果見圖10。由圖10可以看出，經(jīng)高頻疏解作用后纖維束、碎片等得到充分解離，R16和R30組分有微幅下降，R100和P200有微幅增加，經(jīng)浮選處理后，填料細小纖維等組分被分離出系統(tǒng)，使得漿料中R16、R30、R100有不同程度的升高。高頻疏解對精篩渣各組分均有較強的機械作用，使纖維發(fā)生分絲帚化，使得抗張強度及耐破度有所上升；后續(xù)浮選可去除雜質(zhì)，進一步增強纖維間的結(jié)合。而撕裂度是撕裂紙張所作的功，撕裂時需把纖維從樣品中拉出來，或把纖維撕斷，通常撕裂度隨纖維長度的增加而增加，輕微的打漿作用也會使撕裂度增加。此外，空隙率的減小(填料的去除)又會降低撕裂度，因此由于各種作用相互抵消，使得整個疏解、浮選過程中撕裂度沒有明顯變化；總之，高頻疏解結(jié)合浮選從MOW精篩渣中回收紙漿纖維可提高紙張的抗張強度及耐破度，而對撕裂度的改善效果不明顯。

圖10 不同處理階段漿樣的篩分結(jié)果

3 結(jié) 論

3.1高頻疏解可將MOW精篩渣中大膠黏物從纖維上剝離并碎解，對大面積(≥0.8 mm2)的大膠黏物有顯著的去除效果，去除率可達92.3%左右，但同時會大幅增加小面積(<0.4 mm2)的大膠黏物含量，增幅高達181.3%。后續(xù)浮選可進一步將游離的大膠黏物分離排出系統(tǒng)。當浮選后漿樣的排渣率分別為9.1%、22.2%及32.7%時，大膠黏物去除率分別可達88.5%、89.5%及98.2%。

3.2高頻疏解可以粉碎精篩渣中的大面積塵埃，對大面積塵埃(≥0.1 mm2)有很好的去除效果，去除率可達49.3%～50.6%；同時，高頻疏解作用會增加小面積塵埃(<0.1 mm2)的含量，但增幅在11.7%以內(nèi)，浮選對塵埃有進一步的去除作用，且對塵埃大小沒有明顯的選擇性，當浮選后漿樣的排渣率分別為9.1%、22.2%及32.7%時，塵埃度可分別降低71.3%、77.7%及80.8%。

3.3高頻疏解對紙漿亮度的影響不大；高頻疏解在一定程度上可將油墨粒子從纖維上剝離分散，并在后續(xù)的浮選作用下進一步分離出去，最終的殘余油墨去除率可達49.3%以上。

3.4采用高頻疏解結(jié)合浮選從MOW精篩渣中回收良漿的技術(shù)，可提高回收良漿的抗張指數(shù)及耐破指數(shù)，分別提升20.2%～23.5%及29.3%～32.3%；而對撕裂指數(shù)的提升效果并不明顯。