采用非木材纤维原料不仅在我国是一种重要的造纸原料，在国外的造纸工业中也占有一席之地，而且在制浆造纸技术方面不断地有新的探索和成果。
本文介绍瑞士和西班牙研制的一些新技术及在制取包装类纸用浆方面的实际应用。其认为非木材纤维原料种类近20种，但制造瓦楞夹芯和挂面纸板类，最值得注意的是麦草，而红麻则适于制高档纸。
1、麦草用苛性碱制半化学浆
送至蒸煮的麦草原料应尽可能的清洁，这一观点近年来在我国也极为重视，因为清洁的原料实际上是提高了原料的品级。
在SAICA.EM法中，切断和净化的麦草(用锤式粉碎机和干净化），在加料器中用黑液浸渍、连续喂料进间接加热蒸煮器(在94～97℃，常压下操作)。这种蒸煮器稍为倾斜，原料向上移动，液体向下移动，成逆流方式。蒸煮器中有两个慢速的逆转螺旋推动麦草前进，这种特殊设计是让液体通过螺齿流动。在蒸煮器的中间点加入苛性碱，而水是接近排料区加入以起到洗涤作用。黑液从蒸煮器最低点连续抽出，蒸煮好的经稍为洗涤的草浆从顶部排出。一部分黑液循环到麦草的预浸渍。
出蒸煮器的纸浆浓度在振动筛中均衡，然后送至双螺旋压榨机提取黑液，使浆浓达35%～40%。得到的压滤液返回至蒸煮器的中部或用于蒸煮前麦草的浸渍。为提高洗涤效率可以再加一段。
制麦草高得率半化学浆的典型参数如下：
纸浆得率 60%～70%(对12%水分的原料)
苛性碱用量 6.5%(对12%水分的原料)
液比 10∶1
蒸汽 0.5～0.8t蒸汽/t浆
蒸煮温度 94～97℃
蒸煮时间 2～4h
蒸煮中清水用量 1～1.5m3/t浆
处理纸浆清水用量 2m3/t浆+3m3/t浆(洗涤段)
白水用量(随纸浆返回纸厂) 25～30m3/t浆
产生黑液 2.5～4.0m3/t浆
蒸煮器有效体积(100t/d)176m3
洗过的纸浆在60℃.3.5%～4.0%浆浓及用电120～180kWh/t的条件下，在单盘或双盘精磨机中在最小的切断纤维情况下分离纤维。控制精磨程度很重要，因为这会影响滤水、干燥和纸的收缩程度。
精磨以后的纸浆用压力筛筛选——用2～3mm的孔筛三段，随后用缝筛三段。筛过的纸浆送至纸机，或压榨至50%浆浓干燥后出售。
2、木素沉淀系统(Lignin Precipitation System)
这种LPS方法是瑞士Granit为解决小规模制浆的诸多问题而研制的一种技术，它可有效地增加工厂的经济效益。LPS技术已成功地在西班牙Zaragoza的Saica厂得到证实。
在LPS方法中，由纸浆洗涤得到的黑液，用无机酸或二氧化碳处理(pH2.5～3)以沉淀木素，得到的悬浮液成熟调整，然后在带式过滤机过滤和洗涤。得到的木素饼经干燥，获得约含5%水分的高纯木素粉。通过从黑液中除去木素，大约可除去50%的COD。
麦草浆黑液性质：
总固体 110～140 kg/m3
有机物固体 75～88%(以总固体计)
COD 110～200 kgO2/m3
pH 9.3～9.9
颜色 95000～190000 mg Pt/l
Ca2+ 1～1.2 kg/m3
Mg2+ 0.05～0.08 kg/m3
Na+ 10～12 kg/m3
总碱性14～16 kgCaCO3/m3
Cl- 0.25～0.3 kg/m3
SO42- 2～3 kg/m3
SiO2 1.5～2 kg/m3
麦草浆木素性质：
平均元素组分：C56%，H 7.5%,O 37%,N 1%。
除木素以外的物料（对干物质）：灰分＜2.5%(包括0.5％～1%SiO2)，半纤维素2.5%～3.5%，蛋白质8%。
功能基：羧基6%～7%，酚羟基1%，脂肪族羟基1%。
悬浮液pH：3～4。
粒子尺寸：80%小于200μm。
分子量：MN2300～2900，MW8000～10000。
热特性：Tg150℃，热稳定220℃。
体积重量：0.4g/cm3。
可溶性特性：在液体碱中很易溶；在2-甲基醇、糠醇、80/20丙酮/水、液体甲醇和乙醇中溶解度有限 。
由LPS法非木材纤维得到的木素，在许多应用方面可以和由传统硫酸盐木素及木素磺酸盐统治的局面竞争。这种无硫的、高纯度木素在试图发展可持续的、可回收的产品方面起着关键作用。一项探索木素附加价值新应用的研究工作正在EU′s Valoir Projet的赞助下开始进行，包括高等院校、研究院和工厂的9个参与者合作开展，优先进行的是：聚合混合物、混凝土化学品及木材粘合剂。
其它的应用研究包括：动物饲料、润滑剂和造纸添加剂。特别值得注意的是用木素增加在高湿度下包装物料的性质，这可能导致发展新一代先进的包装材料。
3、钠回收系统
木素回收以后的滤液主要含糖和有机酸，很易于生物降解。但生物降解处理不能回收蒸煮化学品和能量，为此又研制了SRS法，这是基于湿氧化和随后得到的绿液进行苛化。
SRS技术的核心是一种湿氧化装置，这一技术在瑞士洛桑市Swiss Institute of Technology已进行广泛试验。Granit 已有大规模湿氧化经验例如污泥湿氧化和工业化学废水湿氧化。
木素经预沉淀和过滤得到的液体，在高温和压力下用液体氧氧化，这种放热反应中产生的热可以回收。氧化以后分离出含有非过程元素的无机残渣(残渣包括黑液中70%～90%的二氧化硅)，液体就可用石灰苛化以产生NaOH再用于蒸煮。苛化中得到的CaCO3中SiO2含量低，可以在窑中烧成石灰再用。
SRS回收系统的湿氧化应用，使其比传统的回收技术(黑液蒸发、燃烧)优越得多。相对于普通回收过程，湿氧化技术可产生120%的附加蒸汽(如果木素不回收)。当木素回收时，从湿氧化设备产生的蒸汽量减少，但仍比普通回收方法产生的蒸汽多30%。
SRS法另外的优点：
(1)SRS法不要求黑液蒸发，故没有硅干扰的问题；
(2)湿氧化设备比回收锅炉小，故基本费用低；
(3)因为湿氧化是用氧而不是用空气，故烟道气中基本上没有NOx；
(4)SRS法是内部除硅，因而防止了系统中的二氧化硅积累；
(5)如果需要，可以回收可销售的副产品。
综上所述，SaiCa的常压蒸煮和Granit的木素及钠回收技术的组合，是为满足环境保护来生产适于包装类纸用浆的一个值得关注的新技术。
作者：西北轻工业学院 劳嘉葆 |
