一种湿强废纸回收再利用双pH值化学机械制浆方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种制浆系统和制浆方法，具体涉及一种废纸回收再利用化学机械制浆系统和制浆方法。
【背景技术】
[0002]废纸是重要的造纸纤维原料，各国都很重视废纸资源的回收利用，世界废纸回收量由2005年的1.826亿吨提高到2010年的2.234亿吨；回收率由49.8%提高到56.6%，发达国家普遍超过60%，韩国、德国超过80%。我国废纸制浆由2005年的2810万吨增至2010年的5305万吨，占总用浆量比重由54.0%提升至62.7%，其中国内废纸浆的比重由27.8%提升至38.0 %。至“十二五”期间，废纸浆增量约为1400万吨。国内废纸回收率将提高至46.7%,同时，仍要充分利用境外废纸资源，使我国造纸工业废纸利用率提高至72.1%。
[0003]目前，受国内废纸质量较低和废纸回收率偏低等因素的影响，废纸资源供给对外依存度较高，美废、欧废和日废的可出口资源基本都进入中国，且质量在逐年下降，价格却在逐年提高，供需矛盾日益加剧。
[0004]废纸的再生利用可以节约大量的原生纤维资源、节约能源的消耗、减轻环境的污染，而且相比于商品纸浆，废纸的再制浆具有明显的成本优势。随着人们生活水平的提高，对纸和纸板的要求也越来越高，很多纸种特别是包装类纸板为了能在潮湿或有水存在的情况下仍具有一定的强度，在生产时经常使用湿强剂。这些具有湿强度的废纸的数量呈逐年增加趋势。不含湿强剂的普通纸，纤维连接依靠氢键形成的范德华力，水可以打破氢键连接，使纸张碎解。湿强剂树脂可与纤维素、半纤维素形成交联、不溶水和共价键的网络结构。通常情况下，经湿强树脂处理的纸在用水完全润湿后仍将维持原干强度的30%以上，可保持纸张完整度，而无湿强剂处理的普通纸仅能维持2?7%的原干强度。
[0005]因此，湿强度高的废纸回收利用很困难，碎浆时存在高筛渣含量、低得率和高电耗等技术问题难以解决，这主要是因为用常规的制浆疏解设备和工艺不能将其充分分散成纸浆。进口的废纸中往往夹杂有一些很难疏解的湿强废纸，特别是使用了高含量湿强剂的永固性湿强废纸，疏解极为困难，即使延长打浆时间或增加打浆强度也难以获得好的效果。很多湿强度较高的废纸作为固体废弃物被填埋，或作为垃圾焚烧，这既造成了环境的污染，也浪费了可用于造纸的废纸资源。
[0006]许多湿强纸含有高质量漂白化学纤维或高质量长纤维浆料，有很高的利用价值，当前造纸纤维原料的短缺促使造纸行业对湿强废纸的再生利用必须进行大的技术改进。
[0007]目前湿强废纸再制浆方法和技术主要分为两类:机械法和化学法，且均处于研究阶段试制阶段。
[0008]【I】机械法湿强废纸再制浆方法。杜永等(杜永，王中原.废湿强纸的处理【J】.中国造纸，2009，28(7):68?69)利用机械法处理湿强废纸，处理过程中不需蒸汽，仅需纯机械式打浆、磨浆把废纸疏解为合格的纤维浆料。废纸首先通过高浓碎浆机碎解，碎浆浓度12?15%,碎浆时间25?30min，间歇式工作，每锅放料后，积存的较大纸片因无法通过碎浆机底部筛板筛孔，被留存锅内，留作下次打浆;高浓碎浆机每打完一锅浆料，就由螺旋输送机输送到中间缓冲浆罐，罐内浆料浓度稀释至8?10%;缓冲浆罐内浆料利用高位差，自流至双螺旋挤浆机浓缩至浆浓25?30%;浓缩后浆料经斜螺旋输送机输送至高浓盘磨磨浆机磨浆，高浓磨磨浆浓度20?30%，磨浆过程采用两台串联方式，磨浆后浆料打浆度可达到原成浆时的打浆度。此技术的不足之处在于(I)高浓碎浆生产不连续，时间较长；(2)电耗较高；
(3)湿强剂未经化学处理，会造成后序制浆造纸过程中再絮凝，影响纸张抄造；(4)湿强剂的存在会影响纸张抄造时其它驻留助剂等化学品的使用效果。
[0009]【2】碱法化学蒸煮湿强废纸再制浆方法。王建等(王建，齐亮，白铁军，华开开.PAE增湿强本色废纸的再制浆工艺【J】.纸和造纸，2008，27(5): 47-49)用化学蒸煮的方法处理本色废纸，将废纸装入蒸球，液比1:6，添加I %的烧碱和0.05 %的AQ进行蒸煮，蒸煮后再通过水力碎浆机碎解。在最高蒸煮温度160°C，保温30min的条件下，粗浆得率可达到82.7%，再制浆损失率17.3 %。曹庆福等(曹庆福，张元彬，张桂兰.湿强废纸最佳处理方法选择【J】.中华纸业，1998(4):45)用自制蒸煮器处理含湿强剂的纱管封面纸，在装入废纸的蒸煮器中加入7.5 %的硫酸铝蒸煮2h，然后经水力碎浆机碎解，每吨废纸较原来利用水力碎浆机和打浆机设备处理的机械法，吨浆电耗由原来的1232kw.h降至146kw.h，降低费用1148元，取得了较好的效果。碱法化学蒸煮可以分解湿强剂或破坏湿强剂与纸浆纤维的化学结合，解离湿强纸。存在问题:(I)废纸浆得率较低，大量的纤维原料降解后进入到制浆废水中，增加了废水处理的难度和成本；(2)如果不对解离的废纸浆漂白，纸浆白度很低，只能用于一些对白度要求不高的纸板中，纸浆用途受到限制；(3)化学蒸煮方法对废纸浆的化学作用比较强烈，造成纤维素聚合度下降，而导致成浆的物理强度下降。
[0010]【3】氧化剂处理湿强废纸再制浆方法。聚酰胺多胺环氧氯丙烷(PAE)树脂是目前造纸工业中占主导的湿强剂，因而，很多关于湿强废纸再生利用的研究都是针对PAE类湿强废纸的。氧化剂可以破坏PAE在纸页中产生的网络结构或者直接破坏它与纸浆纤维的化学键，解离湿强纸。主要有:
[0011 ] (I)次氯酸盐处理法。在浓度为5%左右的湿强纸浆中，缓缓加入NaOH溶液调PH值至11，再加入NaC1漂液，，在反应温度下处理一定时间。待反应结束，将纸料混合液转移至高速分散机中剪切几分钟，浆料经洗涤再进行抄纸。
[0012]研究表明=NaC1用量对湿强纸的疏解影响最大，当用量达到0.5?0.8g/L时，疏解较容易，疏解率较高;PH值对NaC1法影响较为特殊，PAE树脂在较宽的PH值(4?10)范围内，具有良好的稳定性，特别是PH值在6.5?8.0之间时，其性质最为稳定，酰胺环氧化物间的交联键最不易破坏，疏解最困难，所以应避开树脂的稳定范围，选择在PH<6.5或强碱(PH>11)的条件下进行疏解;温度也是影响再制浆的一个重要因素，用次氯酸钠或次氯酸钙处理PAE湿强纸时，较高的处理温度不利于再制浆;机械剪切处理对再制浆的作用与打浆和精浆的原理相似，能增加纤维润张，从而有利于提高纸页的强度。
[0013]存在问题:次氯酸盐处理法可以有效的处理漂白的PAE湿强纸，且成本较低，但是它不能将非漂白湿强纸完全再制浆，而且，会增加排放污水中氯仿、四氯乙烷等可吸附有机卤化物(AOX)的负荷，这也是限制次氯酸盐使用的不利因素。
[0014](2)过氧化二硫酸盐处理湿强废纸。王丽娟等(王丽娟，杨汝男，章海涛，等.湿强纸再制浆的的研究【J】.中国造纸，2004,23(4):63-64)采用过硫酸钾处理废人民币纸，较适宜的处理条件为过硫酸钾用量6 %，酸处理PH值3，时间30min，制浆浓度13 %。成浆率可控制在94% 以上。Stephen.A Ficher等(Ficher，S.A..Repulping wet-strength paper【J】.TappiJ 1997,80(11):141-147)用过硫酸钠处理含有PAE湿强剂的本色牛卡纸。当过硫酸钠的用量为I %，预处理PH值11，疏解时间70min的条件下，本色牛卡纸(PAE用量0.6 % )的再制浆得率达到66%。当进一步增加过硫酸钠的用量到10%，预处理PH值和时间不变的情况下，处理另一种本色牛卡纸(PAE用量0.4%)，再制浆得率可以达到74%。结果表明，过硫酸盐在碱性条件下对含有PAE的湿强废纸的处理效果较差。
[0015]过氧化二硫酸盐的模型化合物反应机理:氧化剂易进攻PAE树脂聚合物的叔胺或酰胺-环氧化合物间的仲酰胺键，使PAE树脂发生分解反应，从而导致湿强纸失去湿增强功會泛。
[0016]过氧化二硫酸盐处理湿强废纸再制浆受处理温度、反应时间、氧化剂用量、PH值和机械剪切等因素的影响较大。温度升高有利于再制浆，在中碱性条件下，处理后的纸浆强度略高于NaC1法，但需要稍高的温度，且反应速度稍慢，再制浆白度略低;过氧化二硫酸盐再制浆废液中可吸附有机卤的含量极低;再制浆不经洗涤重新添加等量的湿强剂，残留的过氧化二硫酸盐对再抄纸的纸张的湿强度影响远低于残留NaC1产生的影响，可节省大量洗涤水。
[0017]存在问题:在中性或碱性再制浆过程中，由于过氧化二硫酸盐分解产生的自由基能提取木质素上的氢形成无反应活性的自由基，而使大部分湿强树脂未被氧化，所以，过氧化二硫酸盐对未漂硫酸盐浆、化学热磨机械浆及OCC湿强纸不太有效，难于再制浆。虽过量的过氧化二硫酸盐可以克服这种副反应，但是价格太昂贵，效率不高，而且对纤维有损害。
【发明内容】
[0018]发明目的:为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种湿强废纸回收再利用化学机械制浆系统，进而提供一种湿强废纸回收再利用化学机械制浆方法。
[0019]技术方案:为解决上述技术问题，本发明提供的湿强废纸回收再利用化学机械制浆系统，按物料工序运行方向，该系统包括第一输送设备、碎料机、第二输送设备、转鼓式洗涤机、斜螺旋脱水机、汽蒸仓、第三螺旋输送机、第一双螺杆浸渍机、第一反应仓、第四螺旋输送机、第二双螺杆浸渍机、第二反应仓、第五螺旋输送机、消潜浆池、浆栗、纤维分离机、净化筛选浓缩装置、贮浆装置；
[0020]所述第一输送设备的出料口正对碎料机的进料口，所述碎料机的出料口正对第二输送设备的进料口，所述第二输送设备的出料口正对转鼓式洗涤机的进料口，所述转鼓式洗涤机的出料口与斜螺旋脱水机的进料口连通，所述斜螺旋脱水机的出料口与汽蒸仓的进料口连通，所述汽蒸仓的出料口与第三螺旋输送机进料口连通，所述第三螺旋输送机的出料口与第一双螺杆浸渍机的进料口连通，所述第一双螺杆浸渍机的出料口与第一反应仓的进料口连通，所述第一反应仓的出料口与第四螺旋输送机的进料口连通，所述第四螺旋输送机的出料口与第二双螺杆浸渍机的进料口连通，所述第二双螺杆浸渍机的出料口与第二反应仓的进料口连通，所述第二反应仓的出料口与第五螺旋输送机的进料口连通，所述第五螺旋输送机的出料口连通至消潜浆池，所述浆栗设于消潜浆池与纤维分离机之间，浆栗的输入端与消潜浆池的容积腔连通，浆栗的输出端与纤维分离机的进料口连通，所述纤维分离机的出料口与净化筛选浓缩装置的进料口连通，所述净化筛选浓缩装置的出料口与贮浆装置相连。
[0021 ]优选的，本系统还包括料片栗，所述转鼓式洗涤机的出料口与斜螺旋脱水机的进料口的连通方式为:在转鼓式洗涤机的出料口下方设有容器