废纸中性脱墨技术的研究

高亚弟，韩 富

（北京工商大学食品学院，北京 100048）

废纸回收利用作为二次纤维，它的经济意义将在世界上越来越受到重视。废纸脱墨技术的研究和应用工作的重要性也日益突出。近年来，我国在废纸利用方面的进展虽然较快，但现有的废纸脱墨技术与世界先进国家相比还是有一定的差距，建立在进口废纸基础上的大型纸厂，其设备及脱墨剂主要从国外进口。在这种情况下，就更加需要不断总结，深入研究废纸脱墨的技术，开发出具有实用价值的新型废纸脱墨剂。

废纸脱墨就是采用高效的脱墨剂和有效的脱墨设备，在适当温度和机械作用下破坏印刷油墨对纤维的吸附，将其与杂质和废纸浆进行分离。脱墨过程是一个比较复杂的物理和化学过程，一般包括三个步骤:1.疏解分离纤维:在机械作用和适当的温度下均匀分离纤维，使成片油墨粒子分散开来，为均匀、稳定地脱墨反应创造条件；2.油墨粒子从纤维剥离:即利用脱墨剂将颜料粒子从纤维中分离出来，同时保证已游离的颜料粒子互不聚集且不再被纤维重新吸附；3.油墨粒子从纤维悬浮液中除去:从纤维上分离出来的油墨粒子必须通过浮选或洗涤方法及时清除。脱墨后的浆料经过净化、筛选、脱水、浓缩等工序后就可用于纸张的抄造。其中第二步油墨从纤维上脱落这一步至为关键，因为只有油墨粒子从纤维上脱落下来，才有可能在后续过程中实现其与纤维的分离。现有脱墨方法就是根据这一步所用脱墨剂的不同及油墨脱除机理的不同而命名。

现在世界上绝大多数工厂都采用碱法脱墨。碱法脱墨是在氢氧化钠、过氧化氢、硅酸钠、EDTA等无机化学品和以表面活性剂为主要成分的脱墨剂的化学作用下，并在机械作用的协作下使油墨从纤维上游离出来而除去。然而废纸脱墨技术发展到今天，这种方法也遇到了新难题，例如在脱墨时必须加入大量的化学品，脱墨成本高，很难进一步降低生产成本；在废纸中胶粘物日益增多的情况下，碱性操作环境使废纸中胶粘物会过于分散和软化，不利于胶粘物的去除；而今，激光打印油墨、静电复印油墨、紫外光固化油墨等非接触油墨的大量使用，使得在碱性条件下脱墨的优势丧失，脱墨效果差；由于NaOH的存在，会从废纸浆中抽提出木素和其他有色物质，使含机械木浆的废纸变黄发黑，易产生“碱性发黑”现象，同时在高pH值下易引起纤维的进一步损伤，从而导致纸张强度的降低，同时会使废水的COD值增高，污染环境，废水处理费用高，有悖于节能降耗的生产原则。

碱性脱墨存在的环境污染和脱墨不良等弊病，促使人们纷纷改进现有工艺或另外寻求高效、污染负荷少的新型工艺，因此中性脱墨法等新型脱墨技术脱颖而出。

1.中性脱墨特点

中性脱墨不如氢氧化钠等碱性物质，只加入表面活性剂，依靠表面活性剂渗透到油墨与纤维的界面，削弱两者之间的结合，再借助于机械作用使油墨和纤维分离，从而达到脱墨的目的。

1992年7月，法国供应商Lamort和Kolb博士合作，首次将中性脱墨系统用于普通废纸来生产印刷纸。Katahdin造纸公司将中性(脱墨)制浆技术进行了工业化应用试验，由于采用了中性脱墨，减少了其他化学品用量，较低的pH大大提高了水处理的处理效果，药剂用量减少了约75%，处理后的水的澄清状况得到了很大提高，使澄清处理工艺得到了简化。经过18个月的运行，证明采用中性脱墨和不加亚硫酸盐操作，脱墨效果与碱法脱墨相同，Katahdin公司证实了新型中性脱墨技术的可行性。

中性脱墨是目前国际脱墨技术的开发趋势。在20世纪90年代，混合办公废纸脱墨由碱法脱墨改为中性脱墨进行研究，中性脱墨可以有效地脱除各类废纸中的油墨，它有碱性脱墨无可比拟的优点。

与碱性脱墨相比，中性脱墨具有如下优点:(l)减少化学药品的用量，降低脱墨成本；(2)在处理含机械浆的废纸时，不会发生“碱性变黑”的现象；(3)脱墨废水中的COD含量低，废水处理负荷小；(4)在中性条件下，油墨粒子更适于浮选与洗涤的要求，胶粘物不易分散，更容易除去；(5)只需少量或不需要pH值调节剂；(6)不需改动和添置设备。因此中性脱墨符合造纸工业发展中性抄纸的大趋势。

2.脱墨工艺

经过脱墨的第一步碎浆后，将纤维均匀分离，在具有一定的润湿性和渗透性的表面活性剂作用下，使成片油墨粒子分散开来。接下来的第二步，就是熟化，将油墨粒子从纤维剥离，使纤维上的油墨从纤维上游离出来，并在废纸浆悬浮液中呈分散状态。第三步就是分离己剥离下来的油墨粒子与废纸纤维。按照分离方法的不同也可将脱墨分成如下几种脱墨方法:

(1)浮选法脱墨

根据纤维、填料和油墨粒子的可润湿性不同，来达到分离的目的。废纸经过水力碎浆机的碎浆后，通过废纸脱墨剂的作用，将剥离的油墨适当凝聚，使油墨粒子尽可能处于10mm～100mm，可润湿性较差的油墨颗粒吸附于浮选器产生的泡沫上，并上浮到液体表面，由机械逆流或真空抽吸方法除去。同时，也要尽可能使剥离的油墨不再附着于纤维，而且不让纸浆附着在泡沫上。

(2)洗涤法脱墨

废纸在水力碎浆机中通过具有一定乳化、分散能力的脱墨剂的作用，将油墨进行乳化、溶解和分散，尽可能使油墨粒子减小至10mm以下，水夹带着油墨颗粒被除去。洗涤法脱墨要求油墨颗粒的尺寸越小越好，对颗粒直径在5mm以下的油墨粒子效果最佳。

(3)浮选——洗涤脱墨

废纸经过水力碎浆机碎浆后，在脱墨剂的作用下，浮选出较大的油墨粒子（10mm～100mm），洗涤掉较小的油墨粒子（<10mm），从而达到除去油墨的目的。

(4)附聚法脱墨

与传统脱墨方法相反，在油墨从纤维上游离出来之后，通过添加附聚剂如十八醇，将油墨粒子聚集成400mm以上、密度较大的颗粒，然后通过离心清洗、筛选的方法除去。

3.脱墨用表面活性剂

根据废纸脱墨剂的作用原理和废纸脱墨工艺的特点，应选择不同的表面活性剂。

浮选法脱墨工艺主要采用聚集型表面活性剂（油墨捕集剂），旨在使脱离的油墨粒子聚集在一起，随气泡带走。这类表面活性剂要求具有一定的起泡性和捕集能力，能够使油墨粒子尽可能地附集在气泡上。这类表面活性剂主要是由天然脂肪酸皂化制得的脂肪酸盐，脂肪酸主要是硬脂酸、油酸、棕榈酸、亚油酸及其混合物，硬脂酸能促进纤维与油墨的分离，而亚油酸对油墨的浮选有利。脂肪酸皂能控制浮选时的泡沫量，在气泡上升过程中不会破裂，而到达溢流堰时，气泡又能迅速破裂。亦可采用由EO/PO共聚物和脂肪酸聚氧乙烯酯组成的浮选促集剂。

洗涤法脱墨工艺以分散能力强的表面活性剂（油墨分散剂）为主，这类分散剂和附着在纤维上油墨颗粒结合成亲水性颗粒并扩散到悬浮液中，使油墨粒子尽可能变小并具有亲水性，在浆料悬浮液中继续保持着分散状态，防止重新沉积，通过洗涤将其除去。因此，理想的分散剂应同时具有润湿、乳化和分散能力，无泡或低泡。分散剂主要有壬基酚聚氧乙烯醚和直链脂肪醇聚氧乙烯醚。

附聚法脱墨工艺采用具有附聚能力的表面活性剂（附聚剂），其作用在于选择性地聚集废纸浆中的污染物，形成大而坚固的附集物，便于筛选和离心净化除去。该类废纸碎浆处理后，油墨粒子为较大的片状结构。对这些片状的油墨粒子表面进行化学改性，使之附聚而形成较大颗粒，通过压力缝筛和顺流式除渣器除去。它主要用于热熔性油墨印刷废纸的脱墨，如激光打印纸和静电复印纸。

在实际的生产过程中，单一的表面活性剂总是会存在或多或少的不足之处，为了发挥表面活性剂各自的优点，并利用它们之间的协同增效作用，将表面活性剂进行复配，尤其是阴离子与非离子表面活性剂的复配。这样既可以降低废纸的脱墨成本，生产出优质的脱墨浆，同时又可缩短脱墨表面活性剂的开发周期，节约开发费用。当各种油墨废纸混合在一起时，复配尤为重要。

4.展望

综合国内外文献，中性条件下对各种废纸进行脱墨处理是可行的，前期的实验室研究和工业化试验已证实，中性脱墨是国际脱墨技术的开发趋势。国内现在的研究过程中主要存在这样一些问题:对中性脱墨体系中所发生的各种物理化学现象没有系统的研究；目前，脱墨剂多数是将现有的表面活性剂进行复配，而合成新型多功能、复合型的高效脱墨用表面活性剂的研究工作却很少。另外，中性脱墨技术没有在工业被迅速而大量地采用，很大的原因是因为缺乏高效的中性脱墨剂，尤其是用于工业上的多功能、复合型的高效脱墨用表面活性剂。所以，还有很多工作有待于科研工作者进一步地研究、发展和完善。

[1]L Lapierre,G.Dorris,D Pitre,et al.Use of sodium sulphite for deinking ONP:OMG at neutral pH—The chemical shows promise in reducing manufacturing costs [J].Pulp &Paper Canada,2002,103(1):42-45.

[2]唐珲军,宋豪,吕键,等.我国中性脱墨的研究进展[J].西南造纸,2006,35(1):29-30.

[3]陈嘉翔.旧报纸近中性脱墨的展望[J].中华纸业,2012,33(24):70-77.

[4]李强,许利,孙军.中性脱墨技术的发展及其应用[J].华东纸业,2010,41(2):13-17.

[5]任静,孙广卫,李海明,等.中性脱墨剂和酶法脱墨国内研究进展[J].中国造纸,2012,31(12):61-64.