棉短绒湿法除杂清洁制浆工艺

薛润林

(南京义友自控仪表有限公司，江苏南京，210042)

近几十年来，我国棉短绒制浆都沿用先蒸煮后打浆的传统工艺进行生产，棉短绒中的棉籽碎片、棉桃碎片、草茎、木屑等杂质都进入蒸球一起进行蒸煮，严重影响了产品浆粕质量［1-2］。由于棉短绒中杂质多，一般采用高碱浓、高温、高压进行蒸煮处理，但这种蒸煮工艺浆粕得率低，黑液COD含量高，严重污染环境。黑液治理给生产企业带来沉重负担，许多造纸厂、精制棉厂、化纤厂因黑液治理不能达标而被迫停产、转产。

一种新的棉短绒制浆系统 (实用新型专利号:201220611105.7)是先采用湿法除杂，除去80%以上的杂质后，再进行蒸漂制浆，即除去了蒸煮过程产生黑液物质的主要来源，为下一步的H2O2清洁生产创造良好的条件。

这种新的棉短绒制浆系统，将原料棉采用湿法除杂，经过常温洗涤、精浆、除砂后去除杂质，再经过沉淀、压榨脱水后，固体杂质可用作有机农家肥料、种蘑菇或作为燃料使用;洗涤后的水沉淀后呈中性，可以重复使用，水中含有一定量的有机物，可以用于灌溉。这种新的棉短绒制浆工艺，是取代传统制浆工艺的一种重要方法。

1 传统棉短绒制浆工艺简介

传统棉短绒制浆工艺流程示意图见图1。

图1 传统棉短绒制浆工艺流程示意图

传统的棉短绒制浆工艺是先蒸煮后打浆，棉短绒在高碱浓 (45～55 g/L)、高温 (170～174℃)、高压 (0.7～0.8 MPa)的条件下，通过皂化、乳化和碱性裂解一系列复杂的化学和物理作用，去除纤维的油脂蜡质，充分破坏纤维的初生壁和次生壁，降低聚合度，提高白度，提高棉浆的化学反应性能。

但对于传统的棉短绒制浆工艺，制浆得率低，化工原料消耗高，能耗高，污染重，治理难度大且成本高。因此，传统工艺造成严重污染，不能适应目前严格的环保要求和生产发展。

本文介绍一种新型棉短绒湿法除杂制浆工艺。该工艺需首先解决常温条件下棉短绒的充分浸润问题，棉短绒充分浸润后，在浆池中才能疏解、洗涤、清杂。由于棉短绒外层是由油脂蜡层组成，亲水性很差，100℃条件下在蒸球内对棉短绒进行预水解蒸煮试验，经过60 min水解后，棉短绒仍不能充分浸润，部分棉短绒漂浮在水面上。同时，用热水对棉短绒进行水煮，仅有部分色素和热水提取物溶出，水呈深棕色，降低了水循环使用次数。用热水浸泡，需要将水从常温加热到100℃，要消耗传统蒸煮用蒸汽的50%。同时，棉短绒预水解不加碱，没有皂化作用，因此不能去除油脂、蜡质和木素。因此，从生产成本考虑，棉短绒用水煮的方法不适用湿法除杂制浆。安徽某制浆厂使用纸浆疏解机疏解、洗涤棉短绒，由于棉短绒在常温条件下的润湿性能差，棉短绒漂浮在水面上，难以进行疏解，试验未能成功。

经多年的研究和试验，笔者在预水解工艺中使用环保型YY-03渗透剂 (用量0.02% ～0.1%)，既解决了棉短绒湿法除杂问题，又节约了蒸汽。

2 棉短绒湿法除杂制浆效果

采用新工艺对棉短绒湿法除杂质，再进行H2O2二步法蒸漂制浆［3］(棉短绒制浆方法，发明专利号:ZL2010 1 0511566.2)，可显著提高白度，减少尘埃度。精制棉分别经干法和湿法除杂、H2O2蒸漂后半浆聚合度 (DP)、白度情况见表1。

从表1中可以看出，H2O2用量2%的情况下，湿法除杂后半浆白度比干法除杂提高8.2个百分点;H2O2用量1%的情况下，湿法除杂后半浆白度比干法除杂提高12.8个百分点。湿法除杂蒸煮黑液颜色浅;用2%的H2O2蒸漂后半浆中的疵点基本去除，1%的H2O2蒸漂后，半浆疵点显著减少。湿法除杂蒸漂后，浆料易洗、易漂，经过漂白调整后浆料白度≥80%，DP≥2400，精制棉质量达到一级品指标。

表1 精制棉湿法除杂与常规蒸煮半浆DP、白度对比

3 棉短绒湿法除杂蒸漂工艺流程

图2为棉短绒湿法除杂蒸漂工艺流程示意图。下面以40 m3蒸球为例，介绍化纤棉浆蒸漂工艺。

3.1 蒸漂工艺

投料绝干量 4500 kg，用碱量 13%(585 kg)，液比 1∶3.5，碱液量 15.75 m3，碱液浓度37.1 g/L，碱液入球温度≥90℃。升温 100 min，二次小放气，保温温度170℃，保温时间90～120 min。H2O2二步法蒸漂，H2O2用量5%(225 kg)，MgSO4用量8 kg。大放气结束后加入5 m3常温的H2O2，在80～105℃条件下蒸漂80 min，蒸漂半浆聚合度620～720。

3.2 配碱

湿法除杂后，棉短绒含水量50%，向棉短绒所含水 (2250 kg)中配碱13.5 m3，碱浓43.3 g/L，YY-02渗透剂用量0.02% ～0.05%，蒽醌用量0.02% ～0.05%，碱液温度≥90℃。

3.3 投料

常温水槽中配制好质量分数0.02%～0.05%的YY-03渗透剂水溶液40 m3，即投料液比为1∶(12～15)。

投料流程为:①启动送风机、除杂机、引风机、开棉机进行投料;②启动常温水槽水泵加入渗透剂;③棉短绒在旋风分离器与水进行搅拌、润湿、渗透;④拌拌润湿的棉短绒经过螺旋输送机送到洗料池;⑤投料结束，打开洗料池循环推进器，浆料循环洗涤30 min。

3.4 精浆

按传统工艺执行。打开洗料池循环推进器，开启长纤维泵，向精浆机供浆;精浆机是2台串联，精浆主要是切短纤维为主，切短纤维便于除砂和抄浆。

3.5 除砂

按传统工艺执行，打开1#贮浆池推进器，浆料循环，打开纤维泵向606除砂器、600EX除砂器供水浆，进行除杂。除杂后水浆进入2#贮浆池。

3.6 带式压榨机脱水、投料

(1)打开2#贮浆池推进器，浆料循环，打开纤维泵，向带式压榨机供水浆，经压榨脱水的浆料含水量为50%，压榨出的洗涤水到3#中间池，水经100目圆网纤维回收机回收纤维后回到2#中间池，再经350目圆网过滤，水回到1#中间池，水循环使用。多余的水送到农用水池用于灌溉，框式压榨脱水后的中性污泥用作种植肥料。

图2 棉短绒湿法除杂蒸漂工艺流程示意图

(2)压榨脱水后的浆料，经螺旋压榨机、螺旋输送机进行装球投料。

(3)开配碱槽碱泵输送碱液投料，浆料、碱液在螺旋输送机中搅拌渗透。

(4)投料结束后，盖上球盖，开启蒸球，空转20 min。

(5)按图3所示的升温曲线进行升温。

图3 化纤棉浆升温曲线

升温主要是为了使纤维皂化、乳化，以去除油脂蜡质，充分破坏纤维的初生壁、次生壁，去除杂质。随着温度的升高 (≥100℃)，棉纤维大分子聚合度开始降低，升温结束后，温度升到170℃保温。

(6)保温。根据棉短绒品质的优劣，在170℃下保温90～120 min，聚合度降到1000～1200。保温温度是降聚的主要因素，保温温度每提高10℃，保温时间缩短1/2;保温温度每降低10℃，保温时间延长1倍。保温结束后进行大放气。

(7)加H2O2蒸漂。蒸球内压力降到低于0.03 MPa时，打开 H2O2泵，向蒸球内注入 5 m3的H2O2，球内温度降到80～105℃，蒸漂80 min。此时，H2O2分解，放出原子氧，进行剧烈的氧化漂白、氧化降解，纸浆白度可提高到65%～70%，聚合度降到620～720，氧化去杂后，COD降低，黑液呈茶色。

(8)蒸漂结束后进行放气、倒料，经带式洗料后黑液中的CODCr＜1000 mg/L，呈淡茶色。(9)蒸煮半浆送到2#带式压榨机进行压榨脱水，黑液经酸化、絮凝、生化后达标排放，污泥外售。

3.7 漂白

带式洗料机的浆料被送到漂白机进行漂白，使白度≥80%，聚合度控制在580～600，漂白后白水用于浆料洗涤。

3.8 抄浆

打开3#贮浆池推进器，使浆料循环，打开纤维泵，向抄浆机供水浆，抄成棉浆粕外售，抄浆白水用于浆料洗涤。

4 结论

本文介绍一种新型棉短绒湿法除杂制浆工艺，该工艺可去除80%以上杂质，为H2O2清洁蒸漂制浆创造良好条件，有效治理了黑液的污染，节省化工原料。产生的废水呈中性可以循环使用，用于灌溉，有机污泥可以做肥料，种磨姑。化废为宝，企业增产增收，棉浆粕行业将获得新的发展。

［1］ LI Sheng-li．Impurity Removal from Cotton Linter in Cotton Linter Dissolving Pulp Production［J］．China Pulp ＆ Paper，2011，30(9):73．李胜利．棉短绒制浆过程中杂质的去除［J］．中国造纸，2011，30(9):73．

［2］ LIU Hong-xia，XUE Run-lin．The New Measures to Remove the Defects in the Cotton Pulp［J］．China Pulp ＆ Paper，2013，32(8):69．刘红霞，薛润林．棉浆粕去疵点的新措施［J］．中国造纸，2013，32(8):69．

［3］ XUE Run-lin．The Shortcomings and Solution of Cotton Linter Hydrogen Peroxide One-step Pulping and Bleaching Process［J］．China Pulp ＆ Paper，2014，33(5):72．薛润林．棉短绒H2O2一步法蒸漂制浆的不足及对策［J］．中国造纸，2014，33(5):72．