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废纸脱墨及其相关问题

随着当今世界环境日趋恶化,人们的环境意识也日益增强,为了节约资源和能 源,减少污染负荷,减少森林砍伐,养息森林,废纸的回收利用已经引起了越来越高的重视。再生浆不透明度高、纤维组织均匀,能满足多数纸张的质量要求,不必经过打浆处理即可抄纸,其抄成的纸绒毛少、平整、实用性广。现在再生浆已经用于抄造高级纸张。废纸脱墨原理就是使用脱墨药剂降低废纸上的印刷油墨的表面张力,从而产生润湿、渗透、乳化、分散等多种作用,其综合效果使油墨从纸面上脱离下来。脱墨的目的是为了使废纸纤维恢复甚至超过原来的白度、净化度、原纤维的柔软性及其他特性,从而使纸浆具有好的抄造性能,并达到所要求的产品指标,保证产品品质。脱墨工艺一般分为三个步骤:疏解分离纤维;使油墨从纤维上脱离;将油墨从纤维悬浮液中除去。

1 脱墨方法

常规的脱墨工艺包括浮选法、洗涤法、浮选和洗涤相结合的方法以及短程法等。浮选法运用不同颗粒具有不同的表面性能的机理进行脱墨;洗涤法利用水力进行分离,通过筛板或筛对纸浆悬浮液进行筛选,水夹带油粒而除去;浮选和洗涤相结合的方法综合浮选和洗涤两种方法的优点,现在被很多厂家采用;短程法用于处理油墨含量相对少的废纸,它只在碎浆机中脱墨,疏解好的废纸浆放入贮浆池,而后按正常流程进行筛选、净化和洗涤。对浮选法来讲,油墨颗粒的粒径在20～40 ｍ为最佳;对洗涤法来讲,油粒尺寸越小越好,且以小于5 ｍ为最佳。

除此之外,还有其它多种脱墨方法。酶脱墨法大多数使用纤维素酶和半纤维素酶作为酶制剂。国外研究表明:中性纤维素酶比酸性条件效果好,纯碱性纤维素酶也可以获得较好的白度,而非接触性印刷废纸酶法脱墨中酶与表面活性剂共用,大大提高了脱墨效率。废纸与机械浆混合磨浆脱墨法,漂后白度可达60%ＩＳＯ。附聚脱墨法用附聚剂将碎浆过程中剥离下来的片状调色剂聚集成400 ｍ以上、密度较大的球形颗粒,然后筛选净化除去。超声波脱墨法利用大于16Ｈｚ的声波进行脱墨。此外,还有溶剂法脱墨、蒸汽爆破脱墨法、蒸汽爆破与磁性脱墨配合脱墨法等。

2 脱墨剂

脱墨剂所使用的表面活性剂有阴离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂。阴离子型脱墨剂有钾皂、磺化油、直链烷基苯磺酸钠、脂肪醇硫酸钠、磺基琥珀酸二辛酯钠盐、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯钠盐等。非离子型脱墨剂有烷基酚聚氧乙烯醚、聚醚、聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯等。

不同类型的脱墨剂脱墨效果如下:阴离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂进行复配的脱墨剂 非离子型表面活性剂脱墨剂 阴离子型表面活性剂脱墨剂 传统的ＮａＯＨ或ＮａＳｉＯ3。浮选法中所用的化学助剂有ＮａＯ亍ⅲ危幔樱椋?、表面活性剂、螯合剂、捕集剂和吸附剂等。

浮选脱墨应采用起泡性好、油墨分散效果好的高碳醇聚氧乙烯醚,但其在高碱性条件下易降解,活性下降,对油墨及杂质的捕集絮凝能力有限。脂肪酸盐对于金属离子有很好临沧的螯合能力,能通过静电吸引有效捕集和浮选油墨。脂肪酸聚氧乙烯酯和脂肪酸皂复配得到的脱墨剂,有强的浮选和絮凝能力。洗涤法中所用的化学助剂有ＮａＯＨ、ＮａＳｉＯ3、表面活性剂、螯合剂、分散剂和防油墨再沉积剂等。洗涤法多以非离子表面活性剂为主,要求泡沫少切脚机。常用ＡＥＯ-9、Ｏ艺术纸Ｐ-10、ＪＥＣ、Ｔｗｅｅｎ-80、磷酸双酯等。国内对多组分的表面活性剂在废纸中的应用作了多方面的研究,研制出了ＸＱ型系列脱墨剂、ＨＤ型系列脱墨剂和ＦＣＳ型五元复合型脱墨剂等多种脱墨剂,且脱墨效果良好。洗涤法,脱墨剂可以直接加入碎浆机中。浮选法,脱墨剂可直接加入碎浆机中,也可在浮选槽的入口加入。

最新研究表明,从浮选塔顶部以喷雾方式加入表面活性剂有利于建立稳定的泡沫层,获得更高的油墨去除率,可有效减少甚至避免表面活性剂对纤维的吸附污染,同时也减少由于吸附引起的纤维和气泡表面变化的纤维损失和水损失。

3 胶粘物问题

废纸回用中的胶粘物问题是一个非常重要的问题,这些物质具有黏性、亲酯性、形变性、表面电负性等特点,在制浆造纸过程中易于聚结成大的颗粒,以多种方式沉积在设备的表面上或留在纸页中,产生障碍问题,最终直接或间接导致产品品质和产量的下降。胶粘物主要来源于废纸中的热融物、压敏纸、涂布粘合剂、施胶剂等各种人工合成有机物。废纸回用中的胶粘物,按其在浆水系统中存在的形式和行为可以划分为一次胶粘物和二次胶粘物。

一次胶粘物指热融物、压敏纸助剂等,二次胶粘物随外界条件的变化发生物理化学的变化,比一次胶粘物具有更大的控制难度和更严重的危害性。阳离子型助剂的加入、水分的蒸发、空气的混入、流体剪切力的作用、无机填料的存在使胶粘物粒子失稳,产生润湿作用而沉积于设备的表面。防止胶粘物问题的发生,首先要加强原料的分选,尽量避免将产生该问题的物质混入系统。对于已经存在于系统中的物质,要么强化分散,使其不产生沉积作用,并吸附在纤维上随着纸页带出系统,要么加入化学品使其凝结,在筛选净化中除去。值得注意的是,浮选也是去除胶粘物的有效途径之一。

4 脱墨废水废渣处理

废纸脱墨车间排出的废水含有有色物质、重金属、ＴＳＳ(总固性物含量)及可能含有ＰＣＢＳ。可以采用加压气浮法、气浮过滤器法对废水进行处理,对浮选槽脱墨废弃物应单独进行处理。非脱墨再生纸厂很容易实现封闭循环,而脱墨再生纸厂由于在生产过程中加入不少化学品,较难实现封闭循环。设计一个封闭循环的脱墨设施在技术上是可行的,但设施的费用究其缘由较高,目前在经济上尚不尽合理。纳米ＴｉＯ2用于脱墨浆废水处理也进行了研究。

对纳米超细ＴｉＯ2在紫外光的照射下具有非常强的氧化能力,可使绝大多数有机物直接降解,生成无毒无味的二氧化碳、水及一些简单的无机物,达到一次性降解无机物的目的。废纸制浆废渣的化学组分复杂,有机物占70%～90%,无机物和金属杂质约占10%～30%。有机物中主要有塑料、细小纤维、破布、棉纱、快餐盒、废弃光盘及来自印刷油墨的各种有机颜料、粘合剂等;无机物主要是造纸填料、涂料以及制浆造纸过程中加入的其它无机盐。废纸造纸脱墨污泥具有有机物含量高、数量大且集中的特点。但是脱墨玻璃纤维在改性PBT中主要起到增强作用和提高耐热性作用污泥中的有机物容易被热化学裂解。该污泥可以采用填埋法和焚烧法来处理。填埋法简便易行,投资少,但占用大量的土地资源,且容易造成新的环境污染。焚烧法热能利用率低,燃烧的过程中会产生剧毒的二口恶口英。在可通过外观(外观越白越好)、脱乙酰度(脱乙酰度越高越好)两个指标对壳聚糖进行鉴别废渣处理过程中,可以开发其在其它方面的用途。美国将污泥作为配料来生产建筑用的轻质团粒,效果良好。美国纽约矿业技术有限公司曾申请关于纸张脱墨厂残渣中无机填料的回收方面的专利。该专利将残渣高温氧化后,加入有氢氧化钙料浆的反应器中,鼓入二氧化碳,可以生成ＰＣＣ。

5 脱墨效果评价

一般评价脱墨效果的方法有白度法、图像法、ＥＲ ＩＣ法(有效残余油墨粒子浓度法)等。白度法测定未印刷过和印刷过的纸两种回用浆的白度差。由于测定白度是在波长457ｎｍ处测定的,因此,它不能只代表黑色油墨粒子对白度的影响,因为其他色质都会有一定的影响。图象法利用测定尘埃点(面积)的方法,测定油墨离子面积(单位ｍｍ2/ｍ2)。但图象法测不到8 ｍ以下的油墨粒子,这种粒子对脱墨效果的影响只用背景反射(ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄｆｌｅｃｔａｎｃｅ)来表示。

图象法测出来的不仅是油墨粒子,而且还有其他种类的尘埃。ＥＲＩＣ法即有效残留油墨粒子浓度法。它可以检测到直径1 ｍ以下的油墨粒子浓度(单位ｍｇ/ｋｇ)。它利用近红外波长(950～1000ｎｍ)处测定脱墨浆的吸收系数,再计算浆中油墨粒子浓度。它可以更确切地测得脱墨浆中真正的黑色的油墨粒子浓度而不受其他因素的影响,测定在950ｎｍ或1000ｎｍ处进行,它不受脱墨浆中木素和染料的影响。

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