三道棉短绒生物氧化法制本色浆工艺的研发

棉短绒是用削绒机从毛棉籽表面上剥下来的残留纤维，它的特点是纤维短而粗，短绒的成熟度比长纤维高，这是营养物质较易输送到短绒中去的缘故。棉短绒由3部分组成：第1部分来自“毛头”的较长纤维；第2部分来自毛籽上被轧花机轧断的纤维；第3部分是棉籽表皮上天然生长发育成的一层短而密集的纤维，这是棉短绒的主要组成部分。棉短绒的化学成分与皮棉长纤维接近，纤维素含量在90%以上，因而棉短绒是工业上提取纤维素的主要原料。棉短绒按等级分为一道绒、二道绒和三道绒。三道剥绒机剥下的棉短绒，这类棉短绒长度最短（一般在3 mm左右），杂质含量高，纤维成熟度不及二道绒，但比一道绒高。三道绒棉纤维中长度≥12 mm的纤维质量占纤维总质量的5%及其以下；三道绒棉纤维中长度≤3 mm的纤维质量占纤维总质量的80%及其以下，主要用于制作高级纸张。 新疆有丰富的棉短绒资源，多年来三道绒大多用作生产棉浆粕的原料，但是随着对污染排放的严格控制，棉浆粕厂面临着生存危机。 制浆造纸过程中实施清洁生产工艺是从源头上削减污染物，以减少污染物的产生量和排放量，它是造纸行业减排COD在技术上非常重要的第1步，如低硬度蒸煮，高效黑液提取，压力筛与浆料封闭筛选，氧脱木素及先进的漂白技术，黑液的资源化利用等，但这些减排工艺都不能真正实现无排放制浆，而且其中某些减排工艺如低硬度蒸煮制浆得率低，成本高。 新疆石河子市国力源环保制浆有限公司针对上述问题，采用的生物氧化法制浆造纸技术，真正实现了高得率制浆，废水处理简单，成本极低，废水全封闭循环使用。生物氧化法制浆赋予了三道绒新的用途和价值。 随着生活水平的提高，人们健康意识的增强，市场对纸口罩、卫生巾、纸尿裤等生活用品也有了新的要求，更加注重本色、无漂白、无添加增白剂及其他辅料，以及较高的抗张强度、横向吸液高度等。为此，新疆石河子市国力源环保制浆有限公司成功研发了三道棉短绒生物氧化法制本色浆工艺。 1 三道棉短绒的生物氧化法制浆是低温无污染制浆工艺 生物氧化法低温无污染制浆，通过复配的生物处理液低压低温预处理，将传统的以脱木素为主要目的来提高纸浆强度和白度的方法，转变为保留木质素，改变发色基团结构，减少其溶出的生物处理法，避免了传统的蒸煮漂白过程纤维素和半纤维素的降解和损伤，大大提高了纸浆得率和纸浆强度。 由于预处理过程采用生物制剂（COD=1 000.033 mg/L），废水处理负荷小，处理量小，且处理后出水COD≤1 000 mg/L就可回用于制浆，比传统制浆造纸废水处理更容易。厌氧处理率达到80%以上，好氧处理率达到50%，经过厌氧好氧处理的水COD≤1 000 mg/L（生物处理液COD的质量浓度为1 000.033 mg/ L），全部回用于制浆。 2 棉短绒预处理 2.1 预处理工艺流程 预处理选用先进的双螺杆挤压搓揉机和滞留槽设备。 双螺杆挤压搓揉机利用2根平行、啮合且同向旋转的积木组合式螺杆和特殊结构的螺杆原件，使纤维浆料在输送的同时受到动态挤压，依靠高浓高压下纤维间的揉搓，完成纤维离解和细纤维化，且纤维是在S1-S2层间，而不是在胞间层之间分离，并对纤维初生壁（P层）和次生壁外层（S1层）有极好的破坏效果，有利于成浆和提高纤维结合力。 搓揉区浓度高达25%～40%质量分数，磨解浆料时纤维切断作用小，磨后纤维长，脱水速度快；同时，因其有高效混合功能，浆料和化学品的反应速度快，纸浆质量高。 棉短绒经过双螺杆挤压搓揉机与化学品充分混合、高度细纤维化后的棉浆，进入滞留槽，在一定温度下、一定时间内软化或充分反应，为制浆挤压磨解和盘磨磨浆打好基础。 棉短绒生物预处理及制浆水自循环工艺流程见图1。 图1 棉短绒生物预处理及制浆水自循环工艺流程图 2.2 配制预处理溶液（生物菌液） 在生物菌贮存池（环境温度7～35℃为宜）中加入培养基（A菌、B菌、预处理废液按一定比例混合），再将C菌、D菌等置于培养基中进行生物代谢，将培养基改性、代谢后的生成液作为预处理溶液，预处理液COD质量浓度为1 000.033 mg/L。 3 生物预处理工艺 生物预处理工艺条件如下：液比1∶6（绝干原料与预处理液的质量比）；E试剂 0.03%质量分数（对绝干原料）；F试剂 5%质量分数（对绝干原料）；氧化剂用量20%质量分数（对绝干原料）；预处理温度85～95℃；时间60～90 min。 4 脱色工艺 脱色工艺条件如下：纸浆浓度为18%～20%质量分数；G试剂的质量分数为0.02%（对绝干原料）；H试剂的质量分数为3%（对绝干原料）；氧化剂用量为4%～6%质量分数（对绝干原料）；脱色温度为120℃；保温时间为60 min；纸浆白度为58%～62%。 5 纸浆质量 纸浆质量控制如下：K值为8～10 mL/g；纸浆得率为70%～75%；纸浆浓度为30%质量分数。 6 打浆工艺 打浆工艺条件如下：打浆度为44～46°SR；湿重为6.0～7.0 g。 7 纸张质量 纸张质量控制如下（各项指标均按相关国家标准检测）：定量为60 g/m2；抗张强度为4 150 km；撕裂度为5 650 mN；白度为58%～62%；横向吸液高度为44 mm/100 s。 8 结束语 棉短绒生物氧化法制浆，制浆过程无碱无氯，无废水排放，本色浆抗张强度、横向吸液高度都达到理想的数值，纸张无掉粉掉毛。三道棉短绒浆7 000元/t左右，而卫生巾、纸口罩等折合售价约25万元/t，此项工艺利用新疆丰富的棉短绒资源，采用公司独创的生物氧化法无废水排放环保制浆技术，生产无毒、绿色环保的优质棉浆，为生产高附加值的纸口罩、卫生巾和纸尿裤等奠定了基础，具有广阔的市场前景。

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