废纸回收利用过程中杂质的来源及其物理控制工艺
摘要： 本文综述了废纸回收利用时杂质的来源以及杂质脱除的物理方法，介绍了不同物理脱除胶粘物工艺的机理、特点，并对收购废纸过程中控制杂质的方法提出了建议。
1 前言
随着世界经济的迅猛发展以及人们生活水平的提高,纸和纸板的生产及需求量也在与日俱增,据资料统计显示2000年,我国纸和纸板的消费总量约为3400万ｔ，2004年我国纸和纸板的产量为4950万吨，消费量为5439万吨。[17]纸和纸板需求量的大幅上升,势必造成原料紧张、能源短缺等问题的加剧。如何充分利用资源,研究节约能源变废为宝的资源化技术,正在受到世界广泛的重视。二次纤维的回用已受到世界各国的高度重视。据有关专家预测, 21世纪末,二次纤维将占造纸纤维原料的70%左右[1]。我国的二次纤维利用率随着造纸工业的发展而迅速上升，废纸浆用量从2000年的1230万t占到全国纸浆总用量的41%上升到2004年的2305万吨，占全国制浆总用量的52％。为此,今后二次纤维的使用不仅在数量上将大幅度增长,而且在质量、品种、回收方式、处理技术以及废水处理等方面,都要有一个新的提高。
2 废纸的种类及处理
在我们回收的大量的废纸中大致可以分为三类：
第一类是上等废纸，即由印刷品切下来的白纸边，它们未经印刷“污染”，只需加水软化，再用机械搅碎，离解成单根纤维，稍加处理，直接送到造纸机上，即能抄造出较好的纸张。
第二类是中等废纸，包括大量的旧书本、杂质、记帐册等；凡是印有字、写过字的白色废纸，都属于这一类。
第三类是次等废纸，除上述两种以外的一切杂质均属此类。这类废纸，有一部分是从垃圾堆里拣来的，上面带有细菌，所以必须加强脱色、消毒。这类废纸只供抄造低级纸张使用。 [2]
废纸也有局限性。一方面，随着纸张品种多样化的发展，采用了各种各样的化学药品，有的添加剂还有毒，有的则难于净化除去，给废纸加工带来许多麻烦。另一方面，废纸浆生产的纸强度较差，这是因为在废纸制浆过程中经过了一系列机械、化学加工处理，又在各种环境中受到不同程度，不同时间的老化，使纤维短而发脆。认识到废纸浆的这些特点，对废纸的回收利用是十分重要，便于制定出科学、合理的制浆工艺流程，做到扬长避短。[3]
3 废纸在回用过程中的主要杂质及其出现的主要问题
3.1.1 废纸回用过程中的主要杂质
在制浆造纸过程中，杂质是所有造纸无用物的总称。包括存在于水中的或以某些方式粘附在造纸机、澄清设备、管道、管件等某一设备或同时粘附在几种不同设备上的物质。
随着二次纤维回收利用率的增加,尤其是低廉的混合废纸的回用程度不断提高,潜在地增加了杂质对纸浆的污染,这些杂质的种类见表一[4]。采用高浓碎浆、新型净化设备和筛滤系统,能较有效地增加系统去除杂质的种类和能力,但即使最有效的体系也不能将胶粘杂质完全除去。所以，废纸回收利用上存在的主要问题是胶粘物问题。
表一 废纸中通常含有的杂质种类
3.2 二次纤维使用过程中的胶粘物来源及其危害
3.2.1胶粘物的来源
胶粘物是在废纸中由于其粘性或趋向于形成聚集体而导致在造纸过程中出现沉积物问题的物质。[5]这些物质混入纸浆中在各个工序中都能发生沉淀,对纸机、加工设备和成纸的使用上都可能造成影响。若胶粘杂质在成形网、毛布和压辊、刮刀及烘缸等表面沉积,将会影响到纸机的运转性能,纸页质量也因此下降,常常出现洞眼、色斑并导致纸页的外观欠佳。如果胶粘杂质沉积在纸页的表面则会影响到涂层的粘着、纸页的适印性能并有可能出现与周围纸页粘附,加工时断裂。因此胶粘杂质的控制引起了人们广泛的关注。
胶粘物的主要来源如表二：[6]
表二：胶粘物的主要来源
3.2.2胶粘物的特性及危害
胶粘杂质的一些问题与其性质有关，重要特性之一为疏水性,因此能够脱离水相而沉积吸附在成形网、毛布和压辊等疏水性表面。并且由于这些颗粒的稠密性和热塑性而极难通过离心分离或滤筛除去。胶粘物(胶粘杂质)可进一步分为3类：热熔物、压敏胶粘物和蜡状物。[4]
以上胶粘物各具特性，但在纸浆中均呈阴电性，具有较高的阳离子需求量。消耗系统中阳性添加剂的电荷，本身表现出很强的凝聚和沉积趋势，积聚到一定程度时，会沉积并粘附于纸机的网、毛毯、压辊、吸水箱、烘缸表面、以及管道中，造成糊网、毛毯孔眼堵塞等，形成胶粘物障碍，导致脱水能力下降、脱水不均匀、并引发多种纸病，严重时造成纸机断头而被迫停机清洗。
此外，胶粘物的危害还在于：胶粘物中如上所提到的蜡、聚乙烯、苯乙烯、胶乳、橡胶、热熔胶等都具有柔软性和可塑性，在处理过程中会发生形变，并具有聚集的属性，干扰清除，从而增加了处理难度。[5]
随着废纸原料使用量的增加和废纸中胶粘物含量的增加，胶粘物的危害更加突出，因此胶粘物成为废纸处理过程中最复杂、最困难、最需要认真对待的问题。
4 废纸回收过程中胶粘物的物理控制工艺
由于胶粘物脱除工艺是废纸回收过程中最难控制的工艺，我们主要来探讨胶粘物杂质的控制工艺。我们发现去除废纸中胶粘物的方法通常有3种。物理控制、化学控制、生物控制。
由于废纸往往含有多种潜在胶粘物，在废纸制浆过程中很难依靠单一的处理方法将胶粘物彻底去除，在实际生产中经常采用多种方法相结合的处理程序。
其中原生胶粘物主要是通过机械法脱除。
所谓原生胶粘物，指的是直接来自废纸不溶于水的胶粘物。除去原生胶粘物的方法，主要是靠机械控制的方法，当然也会在机械控制方法无法继续控制时采用化学控制方法来协助进行。机械控制方法主要包括筛选、洗涤、热分散、机械处理等。 [6]
4.1. 2 机械筛选法
机械筛选是利用胶粘物颗粒与纤维之间的物性差别进行筛选。根据胶粘物大小和形状的差别可用筛子筛去，当比重、粒径和形状为主要因素时，则用离心式消除器来剔除。然而，机械方法并非100％有效，这是因为压力筛的旋翼在高速旋转时，对纸浆产生的冲击过大，在这种冲击波作用下，大于筛缝（孔）5～10倍的胶粘物粒子都能通过筛缝（孔），而且胶粘物的某些成分的特性与纤维十分相似，或者是胶粘物的某些成分与胶粘物十分相似。实践证明，正确按设计规范操作，用机械筛选可以出70%粘性物。如果再在压力筛后加上一段除渣器的话去除胶粘物的效果会更好。[7]
4.1.3 洗涤与浮选
洗涤法是最早使用的传统方法，主要是利用大量的水反复洗涤浆料，将废纸浆中的油墨洗去。洗涤法所选用的表面活性剂一般是浸透、乳化、分散等综合洗涤作用较强的醚型非离子型表面活性剂，为了避免高气泡型导致的洗涤效果差、废水处理难等问题，应尽量少使用高气泡性的阴离子型表面活性剂。洗涤法简单的流程为：废纸→碎解→加脱墨剂→疏解→洗涤→纸浆。[8]
由于过去用的洗涤法脱墨排出的废水量大，随着人们的环保意识日益加强，废纸回收企业转而改用浮选法脱墨替代洗涤法。但由于洗涤在去除废纸中废杂质仍有着不可替代的作用，浮选法脱墨又逐渐演变为现在的浮选洗涤法。适合用在浮选过程中的废杂质颗粒大小在15～150μm，而低于15μm则洗涤更为有效，故对绝大多数品种的废纸来说，这两种操作单元的配合使用是最理想的[8]
浮选法是近几十年发展起来的脱墨方法。它是将碎解、净化后的浆料冲稀至 0.8~1.2%（质量浓度），然后加入浮选剂，生成泡沫吸附油墨粒子、并浮在液面上，然后用吸盘洗掉或使用机械刮刀刮走。其简单的工艺流程为：废纸→预选筛→碎解→高浓压力筛→浮选设备→锥形除砂器→圆网浓缩机→高浓漂白机 →造纸车间。[8]
影响浮选的诸多参数中，空气泡的多少和大小是一个主要因素，小的空气泡能捕捉小的废杂质，而较大的废杂质则需要较大的空气泡，而为了加大空气泡与油墨颗粒碰撞的几率，就要增加空气泡的数量。
前人研究结果表明：只有空气泡直径大于0.5mm时，气泡才有足够的浮力推开纸浆悬浮液中由纤维组成的“弹性网”并浮至浮选槽的表面，故浮选时发生的气泡应不小于0.5mm。小于0.1mm的空气泡会吸附在纤维上，造成纤维的流失。
4.1.4 机械／热分散处理
通过筛选及洗涤设备并不能完全出去胶粘物。热分散及机械分散法可以进一步碎解胶粘物颗粒，使其易于分散。热分散系统的主体设备是热分散器。
主要作用
用于对废纸浆中的胶粘物、油脂、石蜡等杂物进行细化，以提高成纸的外观质量；也可用于脱墨浆生产中剥离并分散油墨粒子，以提高脱墨效果。
工作原理：
分散作用主要靠机体内定子和转子间的相对运动实现的，浆料以大于28％的浓度在机体内受到挤压及蒸汽加热，同时在定子和转子间受到强烈的揉搓，使浆料中依附在纤维上的胶粘物分散成肉眼看不到的微细颗粒。对于脱墨浆，可以从纤维表面剥离并分散油墨离子，以便在后续工段中除去。[9]
过程为：
废纸先经水力碎浆机离解并用高浓除砂器和纤维分离机进行净化处理，再进入浓缩设备脱水，然后浆料经预热器预热后进入热分散器，利用热分散器盘磨的高速旋转而产生挤压、揉搓、摩擦作用将热熔胶在熔化状态下分散成许多难于看出的小颗粒。[10]
5 结论与建议
经过以上的物理处理，可以在一定程度上去除胶粘物，降低胶粘物对造纸过程的危害。
但是在废纸回收过程中也要加强对含有胶粘物杂质废纸的控制。这一点可以通过废纸回收站来完成。例如废纸收购企业可以按照胶粘物含量的多少制定废纸的等级，从而制定不同的回收价格，在利益上刺激回收站工作人员加强废纸回收的挑选工作。这样也为我们物理处理工艺减轻了压力，从而降低物理处理过程的成本。
6 参考文献
[1] 顾民达.扩大二次纤维回收利用的对策[J].纸和造纸,2002,03，7－9
[2] 李洲.国内外废纸回收利用的现状与趋势.再生资源研究，1994，07,15－18
[3] 张治溥.浅析废纸的回收利用.甘肃轻纺科技，1994，02,27－28
[4] 赵玉林1，陈中豪1，王福君2，废纸回用过程中胶粘杂质的分类及化学控制，林产化工通讯，2001，04,17－20
[5] 庞学欣.废纸回收过程中的胶粘物问题.国际造纸，2002，03，23－27 造纸化学品，2004，01，1－4
[6] 张素凤.废纸回收中胶粘物的除去.造纸化学品，1999，02，39－40
[7] 谢新良、石淑兰.废纸回收过程的胶粘物及解决办法，上海造纸，2002，04，8－11
[8] 废纸处理设备的新进展(中)，陈庆蔚，中华纸业，2005，03，36－40
[9] 几种废纸制浆设备介绍，刘学峰，中华纸业，2002，06，44－46
[10] 袁世炬、刘冰玉等.废纸中热熔胶的脱除方法.湖北工学院学报，1994，02，78－82
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