無黑液巧洗滌清潔制竹漿新工藝的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種全新的無黑液巧洗滌的清潔制竹漿新工藝，新工藝制漿流程為:
[1]沖淋預處理；(2)無堿蒸煮；(3)搓揉；(4)巧洗滌磨漿制漿板，尤其是(I)沖淋預處理
(4)巧洗滌制槳板這兩步是本發明的關鍵。
【背景技術】
[0002]纖維素、木質素、腐植酸、蛋白質、油脂等是地球上儲量最豐富、分布最廣、獲取成本最低廉、最易降解的天然有機物資源，占植物界碳含量的60%以上，植物每年通過光合作用合成的纖維約有1.5X 112噸。纖維素的最重要用途是造紙。紙是國民生產生活中的必需品，是我國國民經濟的重要產業之一。統計數據顯示:2012年中國紙與紙板產量為1.0250億噸，占世界總產量的23.5%，位居世界首位，其中漿為7867萬噸。紙生產和需求遠遠大于漿的生產，這巨大的不足全都依賴于進口，預示著制漿產業具有巨大的發展潛力。
[0003]可是現有制漿工藝的諸多弊端嚴重制約了制漿業的發展，目前化學漿和半化學漿仍然采用燒堿法或硫酸鹽法提取纖維素。現有傳統工藝通常采用25%左右高堿，不但耗堿量大，而且還使用了相當量的硫化物，蒽醌等助劑進行蒸煮，通常2?3噸的折百植物原料和0.67?0.9噸折百堿量才能得到I噸漿。大量堿的使用會造成纖維和木質素的破壞，導致原材料消耗偏高，增加了制漿成本，更為重要的是導致大量的造紙黑液難以處理及資源化利用低下等能源浪費和環境污染的大問題。目前焚燒被認為是解決造紙黑液污染的可行辦法，現有的大型制漿廠通過將黑液濃縮、焚燒，苛化回收套用堿的方法，部分解決了制漿黑液的污染問題，但浪費了大量的生物質資源，且設備投資大、成本高、能耗大，同時大量產生含有二氧化碳、氮氧化物、二氧化硫、二噁英等的廢氣；含有大量的木質素、溶解的纖維、半纖維、蛋白質以及夾帶殘堿、硫化堿、硅鋁酸鹽等洗滌廢水；碳酸鈣為主的白泥廢渣。這些廢氣、廢液、廢渣導致了嚴重的二次環境污染。如果說制漿業中黑液是引起環境污染的罪魁禍首那么洗漿水就是環境污染的幫兇。黑液分離后粗漿必須使用大量的清水洗滌才能保證漿的顏色和去掉大量的殘堿，一般一噸絕干漿產生3?5噸黑液和50?100噸左右的洗漿水。這巨大量的洗漿黑水，固含量低，回收和回用都困難，比黑液處理的難度還大。綜上所述:高堿、黑液和大量洗水造成了現有傳統工藝纖維素得率低、用水大、成本高、能耗高、污染嚴重等問題。這些問題都成為中國的四大發明之一的造紙制漿的發展受到制約的重大因素。
[0004]針對現有傳統制漿工藝的不足，北京英力生科新材料技術有限公司經過多年對植物全價開發的探索研究，發明了分段式從植物原料中高效、高收率提取纖維的綠色工藝，開發了木質素直接利用或提取及黑液制備有機鉀肥的成套技術，突破了綠色技術和生態產業的關鍵技術瓶頸，實現了植物體的全價開發。繼后又開發了一種利用石灰和硫酸根反應產生沉淀和強堿進行無黑液化學制漿新工藝。以上的專利技術解決了制漿的許多問題，但是還有些問題有待解決如:第一，常溫浸泡竹片，竹片很難軟化且大量的浸泡堿液循環使用多次后仍需處理的問題；第二，制得的粗漿必須經過大量的水洗滌，洗漿一般是三段洗漿，通常I頓漿大約需洗水50?100噸，如此大的洗漿水如何解決？
[0005]本發明者進行了深入細致的研究，發明了簡單易行的新穎沖淋預處理、無堿蒸煮和巧洗滌的一套清潔制漿新工藝。這套清潔制漿新工藝徹底解決了竹片軟化難的問題、多次循環使用后的浸泡堿液的處理問題以及洗漿水難處理的問題。本發明不僅僅是經過了長期的小試研究，而且已經在萬噸級的生產線上進行了反復多次的實踐和生產驗證，所以本發明已經是一套非常成熟的可大工業化生產的研究成果、是低碳、綠色和清潔的制漿新工藝、是造紙工業的革命。
【發明內容】
[0006]化學漿由于品質好一直備受青睞，當前化學制漿分為兩大類，一是堿法制漿，二是亞硫酸鹽法制漿。現有傳統堿法制漿流程包括:1.備料；2.用15?25%堿和液比1: 3?5進行蒸煮，蒸煮的溫度在150?170°C，壓力0.6?0.65MPa，蒸煮時間一般為3?7小時；3.蒸煮完畢的漿一般用0.6MPa的壓力噴放成漿；4.黑液提取和多段清水洗漿；5.磨漿抄漿板(見圖1)。
[0007]無黑液巧洗滌清潔制漿新工藝(見圖2)。其制漿流程包括:(I)沖淋預處理；(2)無堿蒸煮；(3)搓揉成粗漿；(4)巧洗粗漿；(5)磨漿抄漿板。比較這兩種工藝不難發現A.新工藝有沖淋預處理而現有傳統工藝沒有；B.新工藝用無堿蒸煮而現有傳統工藝用堿水蒸煮；C.新工藝用巧洗滌純化粗漿而現有傳統工藝用黑液提取和多段清水洗漿來純化粗漿。具體步驟和說明如下:
[0008](I)沖淋預處理:
[0009]新工藝的沖淋預處理是將絕干竹片的8?13%的固體NaOH均勻的撒在竹片上，用20?40%水進行沖淋，滲透出的堿水繼續反復循環沖淋體系，并且沖淋和浸泡操作交替進行，時間為24?48小時。經24?48小時的沖淋預處理后,竹片已經軟化且堿水幾乎被竹片所吸收。傳統的浸泡方法是將堿先溶解在300?500%水中(才能淹沒竹片)，然后再將堿液輸送至浸泡池浸泡竹片，堿溶解時所釋放出的溶解熱未能直接作用到竹片體系中而沒有得到有效的利用，并且由于大量水的使用，浸泡液中堿的相對濃度很低，所以竹片的軟化比較困難，通常需浸泡96?120小時竹片才開始軟化。新工藝沖淋預處理與傳統的浸泡截然不同，其優勢在于:首先，由于采用堿直接撒放在竹片上然后用少量的水來進行沖淋溶解的方法，堿的濃度相對較高，堿的濃度提高對于纖維細胞壁的潤脹作用大。潤脹在纖維細胞壁上會出現“暫時毛孔”，增加了擴散作用的渠道，有利于堿的浸透。同時堿溶解時釋放出來的溶解熱被體系吸收，體系溫度升高。溫度升高，堿液的黏度降低，表面張力下降，擴散系數增大，堿液壓力浸透和擴散浸透速度都會加快，有利于浸透。其次，新工藝用20?40%少量的水進行沖淋而非300?500%大量的水浸泡，所以竹片熟化后浸泡堿液基本都被竹片所吸收，沒有吸收完的少量浸泡堿液可以用來沖淋下批竹片，不足的部分可以用新的清水補充，通過I?2次的循環可達到無需處理浸泡堿液的目的。相反傳統的浸泡方法浸泡堿液量大，循環使用多次也完全無法被竹片吸收而且多次浸泡后浸泡堿液內的木質素等固形物增多，后續竹片浸泡效果極差，必須對這大量浸泡堿液進行處理。總之，新工藝的沖淋預處理巧妙利用了溶解熱并在保持總用堿低的情況下提高了堿的濃度所以竹片軟化快、軟化效果好且無需處理大量的浸泡堿液，邁出了清潔制漿至關重要的一步。
[0010](2)無堿蒸煮:
[0011]預處理后的竹片轉運到蒸球中，操作條件:溫度:100?140°C、壓力:0.1?0.14MPa，液比:1: O?1，時間:1.5?4小時。由于竹片在預處理階段已經吸收了足量的堿且已經軟化了，在蒸煮時無需加堿，只需少量的水幫助均勻傳質傳熱，維持原料中的堿濃度和均勻度，避免過量堿對原料的破壞即可。少量的水很容易被竹片溶脹所吸收，所以蒸煮完成后基本無黑液或很少的黑液產生。即使有少量的黑液也可以用于下球料來處理，這樣下球料無需再加清水，新的竹片溶脹很容易就把這少量的黑液吸收，達到完全無黑液清潔制漿的目的。將預處理后的竹片在少水無堿條件下蒸煮，解決了傳統方法在高溫堿水里蒸煮所產生諸多問題。第一，解決了由于竹片在大量堿水中蒸煮，大量黑液難處理的環保問題；第二，解決高溫高壓下蒸煮，發生大量的木質素剝離反應和大量纖維和半纖維的降解反應，漿的得率低的問題；第三，解決了在高溫、高壓和高堿液中蒸煮，大量有色基團的形成使得漿的顏色變深，難以得到高白度漿的問題；第四，解決了能耗高的問題。總之，由于采用低溫、低壓、低液比和無堿條件下蒸煮，既保證了漿的白度和品質又達到了無黑液、低能耗清潔制漿的目的。
[0012](3)搓揉:
[0013]竹片經過預處理和無堿蒸煮后，已經完全軟化和熟化了可直接用搓揉機搓揉成為粗漿。
[0014](4)巧洗滌制成品漿:
[0015]將搓揉后的干粗漿溶解在含有英力助劑3?10%硫酸鋁和10%脂肪醇乳化液溶液中，調PH7?8，無需黑液提取和洗漿，直接將此漿輸送到中濃磨中進行磨漿，當磨漿達到18左右的打漿度后直接將上述漿料上網抄紙，即可得到漿板。由于本發明前期使用了新穎的沖淋預處理和無堿蒸煮，粗漿的殘堿和漿的白度與傳統方法蒸煮的漿相比，殘堿要低得多且漿白度高得多，粗漿的白度在12?18左右，pH12?13左右，傳統方法的粗漿白度低于5，pH高于14，所以新工藝粗漿只要中和除去少量的殘堿而完全無需洗滌。
[0016]硫酸鋁是造紙工業中不可缺少的施膠劑，以增強紙張的抗水、防滲性能；硫酸鋁溶于水后能使水中的細小微粒和自然膠粒凝聚成大塊絮狀物，故又是一種很好的絮凝劑，借助硫酸鋁的絮凝作用可使有機物大部分吸附在纖維表面，使粗漿中的木質素沉淀為木質素的鋁鹽，從而提高了紙品的強度，木質素的疏水性也增強了紙品的疏水性；硫酸鋁在水中水解產生硫酸中和了粗漿中的殘堿，所制得的成品漿PH值到達7左右，所以硫酸鋁是理想的中和劑。研究發現，通過硫酸鋁的架橋、絡合、絮凝作用吸附在纖維表面的木質素等有機物不但增加了纖維素的疏水性和它的相互粘接力，而且可以達到機械漿的收率，還能保持化學漿的質量和強度(見圖3)。圖3是新工藝不同生產批次的漿性能指標，深藍、黃色和綠色棒分別代表A0905、A0906和A0907三次大工業生產的漿，紫色棒是是現有傳統工藝生產的漿。新方法生產的漿耐破指數為3.8?4.2kPa.m2 / g，不僅好過現有傳統工藝生產的漿
3.3kPa.m2 / g耐破指數,而且超過了國家規定的優等品3.8kPa.m2 / g的耐破指數；新工藝撕裂指數為11?1