廢紙的分類及其再生過程性質(zhì)的變化

廢紙的分類及其再生過程性質(zhì)的變化_廢紙回用技術(shù)講座之一.txt大悲無淚，大悟無言，大笑無聲。我們手里的金錢是保持自由的一種工具。女人在約會前，一定先去美容院；男人約會前，一定先去銀行。廢紙的分類及其再生過程性質(zhì)的變化廢紙回用技術(shù)講座之一詹懷宇（華南理工大學(xué)制漿造紙工程國家重點(diǎn)實(shí)驗室廣州510641）1前言廢紙是重要的可再生資源，廢紙的回收利用是解決造紙工業(yè)面臨的原料短缺、能源緊張和污染嚴(yán)重等三大問題的有效途徑。近十多年來，世界各國高度重視廢紙資源的利用，廢紙的回收率和利用率逐年增長，處理廢紙的技術(shù)不斷改進(jìn)和完善，用廢紙漿制成的紙和紙板的產(chǎn)量和品種也逐年增長。1995年世界紙漿總產(chǎn)量為2.91億噸，各種紙漿的比例見表1。根據(jù)聯(lián)合國和世界糧農(nóng)組織的預(yù)計,2010年全世界紙和紙板消耗量為4.79億噸，人均消耗68Kg,廢紙利用率50.9%。表11995年世界各種紙漿產(chǎn)量的比例漿種比例％化學(xué)漿42廢紙漿*34機(jī)械漿15半化學(xué)漿3非木材紙漿6*其中廢紙脫墨漿8%由表1看出，世界廢紙漿產(chǎn)量僅次于化學(xué)漿，已占世界紙漿總產(chǎn)量的三分之一。來源于人類社會的廢紙已成為造紙工業(yè)的重要原料來源。我國造紙工業(yè)也一樣，有遍布各省市的為數(shù)眾多的大中小型造紙企業(yè)長年使用回用纖維生產(chǎn)數(shù)量巨大的各種檔次的工業(yè)包裝用紙和紙板;隨著脫墨技術(shù)的發(fā)展,脫墨漿的產(chǎn)量也逐年增長，成為廢紙漿越來越重要的組成部分。日益完善的工業(yè)用紙廢紙漿和脫墨漿生產(chǎn)技術(shù)成為世界造紙工業(yè)的重要支柱之一，對造紙工業(yè)的發(fā)展和造紙科技進(jìn)步產(chǎn)生重要的影響。廢紙回用的意義,可以概括為：1）節(jié)約原料，增加生產(chǎn)廢紙的回收利用可節(jié)省大量的制漿造紙用纖維原料，節(jié)省出來的纖維原料可增加紙漿和紙張產(chǎn)量，滿足人們生活和工業(yè)的需要。目前全世界木材年需求量20億m3以上，而且在未來20年中，全世界木材需求量年增長率不低于25%。木材需求量如此之大，這就迫切需要節(jié)約木材。用廢紙制漿造紙，可節(jié)約大量的木材［1］。例如，每生產(chǎn)1t廢新聞紙漿較生產(chǎn)1t磨木漿可節(jié)約木材2m3,生產(chǎn)1t高白度廢紙脫墨漿較生產(chǎn)1t漂白化學(xué)漿可節(jié)約木材5m3［2］。2）減少污染，保護(hù)環(huán)境與常規(guī)的制漿過程相比,廢紙制漿生產(chǎn)工藝流程較簡單，其廢水的處理也較容易，排放的廢水量和污染負(fù)荷較少。此外，廢紙制漿基本上沒有大氣污染，因此，廢紙制漿可減少對環(huán)境的污染。由于不用新的纖維原料，木材砍伐量可相應(yīng)減少，有利于生態(tài)平衡和保護(hù)環(huán)境。而大量使用原本是人類社會廢料的各類廢紙，通過經(jīng)濟(jì)可行的工業(yè)技術(shù)而生產(chǎn)出衛(wèi)生的、符合各種質(zhì)量指標(biāo)、在社會不同領(lǐng)域發(fā)揮作用的再生紙，既避免廢紙累積造成的污染，又變廢為寶，為社會創(chuàng)造了財富。3）節(jié)省能源、降低能耗與化學(xué)法、機(jī)械法和化學(xué)機(jī)械法制漿相比,廢紙制漿生產(chǎn)工藝流程較簡單，能耗相應(yīng)較低。生產(chǎn)1t廢新聞紙漿比生產(chǎn)1t磨木漿48《廣東造紙》1999.No.1節(jié)約能量75%左右，生產(chǎn)1t高白度脫墨漿較生產(chǎn)1t化學(xué)漿節(jié)約能量50%以上［2］。4）節(jié)省投資，降低成本建設(shè)以植物纖維原料制漿的生產(chǎn)線投資大，而建設(shè)同等規(guī)模的廢紙漿廠只需建設(shè)原漿漿廠投資的25%~30%?；瘜W(xué)漿廠化學(xué)品回收和廢水處理投資也很大，而廢紙制漿污染輕，其廢水也較易處理，環(huán)保方面的投資也較少。由于廢紙漿的原材料成本、能耗、投資均較低，其生產(chǎn)成本比原漿要低。2廢紙的分類廢紙的分類,對廢紙的收集、處理有直接的影響。廢紙的來源不同，其纖維種類、成分以及性能等差異甚大。對廢紙進(jìn)行分類，可以達(dá)到分級使用，物盡其用的目的。廢紙的分類一般按廢紙的來源和廢紙纖維的種類來劃分，但世界各國廢紙分類的方法和標(biāo)準(zhǔn)均有較大的差異。1）國外廢紙的分類聯(lián)合國糧農(nóng)組織按廢紙用途將廢紙分為四大類:新聞紙和書籍廢紙、紙板箱廢紙、高質(zhì)量廢紙及其他廢紙。日本將廢紙分為九類:上等白紙卡紙、特白中白馬尼拉紙、有色道林紙、證券紙、牛皮紙、報紙、雜志紙、瓦楞箱板和硬紙板。英國將廢紙分為11類:不含機(jī)械漿的白色未印刷廢紙、不含機(jī)械漿的白色已印刷廢紙、含機(jī)械漿的白色和輕度印刷廢紙、不含機(jī)械漿的有色廢紙、含機(jī)械漿的重度印刷廢紙、有色牛皮紙和馬尼拉紙、新的牛皮掛面紙板、容器廢紙、混合廢紙、有色卡紙和含雜質(zhì)廢紙。美國將廢紙分為三大類:紙漿代用品、可凈化的廢紙和普通廢紙。紙漿代用品指白紙與白紙的切邊，這類廢紙經(jīng)打散成纖維后不作進(jìn)一步處理即可作為成漿使用?？蓛艋膹U紙經(jīng)脫除印刷油墨后即可成漿使用。普通廢紙包括舊報紙、舊瓦楞箱和混合廢紙等。另一更細(xì)的分類法是將廢紙分為47種，另列特殊等級7種。與此同時，還頒布了一項廢紙原料標(biāo)準(zhǔn)，使每個類別的廢紙均有明確的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。德國將廢紙分為低極、中級、高級和保強(qiáng)廢紙四大類。后者包括用過的防水或不防水的牛皮紙袋，用過或未用過的純硫酸鹽漿紙、舊瓦楞箱紙等。2）我國廢紙的分類[3]我國廢紙分類各地情況不同。例如，北京市物資回收公司將廢紙分成20種,天津市物資回收公司將廢紙分類，設(shè)29個品名。目前全國尚無廢紙分類的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，但根據(jù)我國廢紙的來源和特點(diǎn)，通?？煞譃橐韵?類：白色廢紙這類廢紙也可以看成是紙漿的代用品，其中包括未經(jīng)印刷、具有比較一致的白度和無有害物的白紙。廢棄物不超過0.5%。此類廢紙碎漿后可作為生產(chǎn)一般書寫、印刷紙的漂白漿,或用于抄造中、高檔衛(wèi)生紙。這類廢紙主要是印刷廠切下的白紙邊。書籍、雜志廢紙這類廢紙主要包括印刷廠或書店未發(fā)行的和發(fā)行后回收的書籍、印刷著色不含或僅含少量機(jī)械漿的廢刊物、書籍等。這類廢紙要求不含禁止物,無用物不超過0.25%。此類廢紙經(jīng)脫墨處理除去顏色、油墨后,可生產(chǎn)有光紙、書寫紙、凸板紙、衛(wèi)生紙等。也可生產(chǎn)提箱紙板,或在新聞紙中摻用。舊新聞紙由成捆的、選擇過的舊報紙組成。不包括舊雜志。凸印和彩印部分不高于正常的百分率。包裝必須不含焦油、禁止物，無用物不超過0.25%。此類廢紙脫墨后主要用作配抄新聞紙用，或用于抄造生活用紙和一般文化用紙。紙箱與紙板廢紙此類廢紙包括牛皮紙板、瓦楞紙板切邊，舊瓦楞紙箱，各色廢紙盒、紙箱，黃、白、灰色紙板等。其禁止物不超過1%,無用物不超過5%。這類廢紙可用于回抄草紙板、茶紙49《廣東造紙》1999.NO.1板、箱紙板、瓦楞原紙等，其中的竹、木漿廢紙可用于生產(chǎn)掛面紙板。紙袋紙廢紙和牛皮紙廢紙這類廢紙是指包裝水泥后回收的破水泥袋、廢牛皮紙袋及其他紙袋和牛皮紙廢紙。此類廢紙經(jīng)拆線挑選，不含雜物，可回抄代用紙袋紙（即仿紙袋紙）、再生條紋包裝紙，也可摻入木漿作箱紙板掛面漿?；旌蠌U紙這類廢紙屬低級廢紙，包括部分“垃圾廢紙”（從垃圾堆揀來的廢紙）。主要含混合雜志書籍、傳票、單據(jù)帳簿、中小學(xué)生練習(xí)本、辦公廢紙及包裝物品后的廢紙。各種廢紙的比例不限，其禁止物含量不許超過2%,無用物含量不超過1%。此類廢紙主要用于生產(chǎn)屋頂紙板、防潮紙板及普通的低級紙板芯層等。混合廢紙含有大量雜質(zhì)，如金屬粒子、石頭、砂子、帶子、破布、細(xì)繩、塑料以及熱熔物、瀝青等。隨著辦公設(shè)備的現(xiàn)代化，辦公廢紙（如使用過的計算機(jī)打印紙、靜電復(fù)印紙、傳真紙等）的數(shù)量將會逐年增長，因此，混合辦公廢紙將成為新的一類廢紙。3廢紙再生過程性質(zhì)的變化廢紙循環(huán)使用時,紙張纖維的性質(zhì)與原漿纖維的性質(zhì)有所不同，因為它們已經(jīng)過造紙生產(chǎn)的全過程，即紙料制備濕部脫水干部干燥壓光卷取等過程,纖維發(fā)生了一些不可逆的變化。紙和紙板后加工方法及工藝,存放時間及環(huán)境條件，都會引起廢紙漿性質(zhì)不同程度的變化。而不同漿種的廢紙在循環(huán)使用過程中紙漿性質(zhì)的變化也有明顯的差別?；瘜W(xué)漿廢紙再生過程中性質(zhì)的變化圖1為經(jīng)打漿的未漂針葉木硫酸鹽漿循環(huán)回用時紙漿性質(zhì)的變化。對于經(jīng)過打漿的化學(xué)漿，循環(huán)回用引起裂斷長、耐破度和耐折度的顯著下降，緊度和伸長率少量下降，而撕裂度、挺度、光散射系數(shù)、不透明度和透氣度增加。這些變化在第一次回用時最顯著，循環(huán)使用超過4次后，大部分物理性質(zhì)趨于穩(wěn)定。多數(shù)研究者認(rèn)為,引起這些變化的主要原因是:廢紙在重復(fù)碎漿脫水干燥等處理過程中，纖維素的部分游離羥基形成圖1經(jīng)過打漿的未漂針葉木硫酸鹽漿循環(huán)回用時紙漿性質(zhì)和變化[5]氫鍵結(jié)合,非結(jié)晶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶結(jié)構(gòu)，使纖維素的結(jié)晶度增加,產(chǎn)生不可逆的角質(zhì)化，纖維變得挺硬，可塑性降低，吸水后的潤脹減少，保水值下降，因而導(dǎo)致纖維間的結(jié)合強(qiáng)度降低。表2為實(shí)驗室條件下漂白硫酸鹽漿再生纖維的紙頁性質(zhì)。從表2看出，隨著回用次數(shù)的增加，紙漿的保水值下降，紙頁的厚度增加，緊度、裂斷長下降，白度和不透明度有所增加。針葉木漿與闊葉木漿主要不同是：隨循環(huán)回用次數(shù)的增加，針葉木漿的撕裂因子提高，而闊葉木漿的撕裂因子下降。此外，硫酸鹽漿和亞硫酸鹽漿，打過漿和未打漿的化學(xué)漿，漂白漿和未漂漿，其回用過程性質(zhì)的變化均有一定的差別。機(jī)械漿廢紙再生過程中性質(zhì)的變化機(jī)械漿循環(huán)回用過程中性質(zhì)的變化與化學(xué)漿不同。隨著回用次數(shù)的增加，緊度、裂斷長的耐破度提高,撕裂強(qiáng)度也略有增加，而光散射系數(shù)下降。圖2為磨石磨木漿循環(huán)回用時紙漿性質(zhì)的變化。50《廣東造紙》1999.No.1機(jī)械漿在濕的狀態(tài)下并非完全層離的,干燥時產(chǎn)生的角質(zhì)化很少，而挺硬的機(jī)械漿纖維經(jīng)過連續(xù)的循環(huán)使用而逐步變平和柔韌，使得纖維間的結(jié)合改善，抄紙時得到更薄和更緊密的紙頁,因而緊度和強(qiáng)度提高，光散射系數(shù)下降。影響廢紙漿性質(zhì)的因素影響廢紙漿性質(zhì)的因素很多，除與纖維原料和制漿方法有關(guān)外,還與紙料配比、造紙過程、印刷加工方法、消費(fèi)和收集方式、以及循環(huán)回用方法等有關(guān)?；瘜W(xué)環(huán)境紙頁抄造時的化學(xué)環(huán)境會影響干燥和回用后紙漿纖維的潤脹，在酸性條件下抄造的未漂化學(xué)漿回用后其潤脹和強(qiáng)度均比堿性條件下抄造的低。廢紙中的松香膠和硫酸鋁會引起循環(huán)潛力（紙漿強(qiáng)度等）的進(jìn)一步損失，這可能是由于施了膠的纖維維持其疏水表面，在一定程度上阻礙了纖維間的結(jié)合。打漿化學(xué)漿打漿度越高，循環(huán)回用后紙漿質(zhì)量變化越大?？偟膩碚f，經(jīng)打漿的化學(xué)漿循環(huán)回用后，潤脹顯著減少,纖維長度降低，細(xì)小纖維含量增加。表2針葉木和闊葉木漂白硫酸鹽漿再生纖維的紙頁性質(zhì)[4]材種針葉木闊葉木回用次數(shù)01350135游離度CSFml326441362334343470441420保水值％132113109106131114103106厚度1/100mm7.88.79.29.38.110.010.510.6緊度g/cm30.740.630.600.590.730.570.530.53裂斷長Km8.614.403.713.656.382.522.031.93撕裂因子10218221320492706058白度%80.483.884.484.279.684.083.582.7不透明度%65.176.980.180.075.285.185.385.2口一緊度X一裂斷長?一耐破度△一撕裂度。一光散射系數(shù)圖2機(jī)械漿循環(huán)回用時紙漿性質(zhì)的變化[5]▲一經(jīng)濕壓、未干燥■一經(jīng)濕壓和干燥圖3經(jīng)打漿的漂白硫酸鹽漿濕壓后干度對回用漿潤脹度的影響[5]濕壓榨的影響對于中度打漿的化學(xué)漿,重的濕壓榨會引起纖維潤脹的損失。如圖3所示,對經(jīng)濕壓、未干燥和經(jīng)濕壓和干燥的纖維的潤脹度51《廣東造紙》1999.No.1均隨濕紙頁干度的提高而降低，但大多數(shù)影響是在干度大于35%時才產(chǎn)生。紙漿干燥紙漿在抄紙前是否干燥過對廢紙漿性質(zhì)有一定的影響。從未干燥過的化學(xué)漿，抄紙干燥過程中產(chǎn)生角質(zhì)化，廢紙回用時纖維結(jié)合強(qiáng)度會降低。對干燥過的紙漿,由于干燥時已經(jīng)角質(zhì)化，抄紙時進(jìn)一步干燥并不明顯減少其已經(jīng)較低的潤脹，廢紙循環(huán)回用時其結(jié)合潛力損失甚小;而且，干燥過的纖維通常是卷曲的，這種卷曲會降低紙漿強(qiáng)度，循環(huán)回用時能去除部分卷曲，有利纖維間的結(jié)合。壓光壓光會引起化學(xué)漿保水值、長度和強(qiáng)度的損失。壓光越重,由壓光紙回用漿制的紙頁裂斷長越低，撕裂強(qiáng)度和漿料濾水性也變差?，F(xiàn)代趨勢是避免采用硬壓區(qū)。印刷和加工印刷主要影響廢紙漿的光學(xué)性質(zhì)。大于50pm的油墨粒子形成塵埃，小于50pm的油墨粒子雖然肉眼看不到,但會降低白度，使?jié){變灰色。制紙箱時用的憎水材料（如膠粘劑）保留在紙箱碎解后的纖維懸浮液中并沉積在纖維表面，因而降低了回用纖維的表面自由能，阻礙了纖維的結(jié)合。消費(fèi)者和收集者紙張（品）消費(fèi)者和廢紙收集者將不同類型的廢紙混合在一起，會降低廢紙的級別，廢紙中的雜質(zhì)（污染物）影響其回用性能。廢紙的老化也是一個重要因素，舊報紙存放的時間越長，其廢紙漿的強(qiáng)度越低?；赜眠^程廢紙回用包括機(jī)械、化學(xué)和熱處理過程。這些過程對廢紙漿性質(zhì)均有重要的影響。機(jī)械作用與紙漿濃度密切相關(guān)。濃度高于8%時，機(jī)械作用對纖維的卷曲和微壓縮有重要的影響。隨著漿濃的提高，得到更松厚、伸縮性更大的紙漿。氫氧化鈉是廢紙制漿的重要化學(xué)品之一。NaOH有助于油墨的脫除和重施膠紙張的離解，更有助于纖維的潤脹,使纖維更柔韌且結(jié)合更好。本講座承蒙廣州造紙有限公司馮銘杰高級工程師提供技術(shù)資料并對文稿提出許多寶貴意見，特此致謝！參考文獻(xiàn)1沈序龍，朱友勝編著.廢紙再生工程.輕工業(yè)出版社，1990,1~22安建華編.廢紙制漿與造紙.輕工業(yè)出版社,1990，廣33梁實(shí)梅，張靜嫻，張松壽編著.制漿技術(shù)問答.中國輕工業(yè)出版社，1994,358~359RichardJ.S..SecondaryFiberRecycling.TAPPIPress,1993,7~9McKinneyR.W.J.TechnologyofPaper