蔗渣和桉木混合制浆的研究与探索

孙廷聪　段经奎　张富华

摘要：通过对蔗渣和桉木混合制浆实验研究，开发得率高、白度高、成浆性能好的混合浆的制备方法，并探索蔗渣的最佳混合比例及混合制浆生产工艺条件。结果表明， 当蔗渣混合比例低于20%时，混合浆黏度≥1050 cm3/g，白度≥87%，制浆得率48.2%，各项物理指标优于我国漂白阔叶木浆的行业优等产品标准（QB/T1678—2007）；从设备运行效率、制浆得率和成浆物理指标变化趋势看，蔗渣混合比例控制在10%以内为宜；将氧脱木素、ECF漂白等技术应用于蔗渣与桉木混合制浆，可以提高产品质量，降低污染物排放，实现清洁生产制浆。

关键词：蔗渣；桉木；混合；清洁制浆

中图分类号：TS74

文献标识码：A

DOI：1011980/jissn0254508X201802003

云南云景林纸股份有限公司（以下简称云景林纸）致力于林浆纸产业的发展，2010年实施9 万t技改项目，使纸浆生产规模达到20 万t/a以上，年需纤维原料100 万m3，规模扩大给原料供应带来较大的压力。因此，云景林纸积极开拓新原料，拓宽原料供应渠道，保障原料供给。景谷县光热水土条件优越，比较适宜甘蔗生长，全县种植甘蔗4667 hm2（7万亩），年产甘蔗25 万～27 万t，制糖后产生56 万t蔗渣（水分50%），主要作为废弃物形成资源浪费。国内大型制糖企业利用蔗渣生产蔗渣浆，用于生活用纸的生产。为此，云景林纸结合生产工艺情况，对蔗渣与桉木混合制浆进行研究和探索，开发混合浆制浆技术，以此不仅保障原料供应，而且还实现资源综合利用，增加蔗农收入，对当地林浆纸产业与农产业协同发展和农民增收致富具有极其重要的意义。

1实验

11实验原料

原材料为桉木片和蔗渣，桉木片取自云景林纸木片堆场，为外购木片，按纤维原料质量验收标准（Q/YLG04—2011）选取合格木片。蔗渣取自双江糖厂，贮存约7个月，除髓率38%。蔗渣混合比例分别为：0、5%、10%、15%、20%、100%。化学药品取自现有生产线。

12實验方法

蒸煮、氧脱木素和EOP漂白在15 L电热回转蒸煮锅内进行，漂白采用D1EOPD2三段流程，D1、D2段漂白在水浴锅中进行。化学药品、纸浆质量按国家标准方法进行检测，采用Valley打浆机按标准方法打浆，抄造手抄片，定量60 g/m2，在恒温恒湿室中测定浆的物理性能。云景林纸在多年的实验研究与生产实践中，已经优化出桉木制浆较为成熟和优良的工艺技术。本实验以桉木为主，蔗渣配用比例为5%～20%，因此，混合制浆的蒸煮、氧脱木素、漂白等工艺条件参照以往桉木浆制浆工艺条件制定，当实验结果出现较大变动或异常时再进行细微调整。蔗渣制浆工艺条件参照文献[1]制定。同时与以往生产用的桉木广宁9号和JL121制浆工艺进行对比，以确定工艺的合理性。

2结果与讨论

21蒸煮

根据已有的桉木制浆的实验结果，将蒸煮工艺设定为：用碱量195%，温度160℃；70～130℃升温60 min，130℃放汽10 min，130～160℃升温60 min，保温90 min，液比1∶4；卡伯值控制目标[2]20±2。

蔗渣与桉木混合蒸煮制浆结果见表1和图1。从表1和图1的结果来看，桉木、桉木和蔗渣混合蒸煮制浆的卡伯值在180～182之间，制浆黏度≥1450 cm3/g，细浆得率都在52%以上，成浆性能好，制浆得率高，达到预期控制目标，与广宁9号和JL121制浆相比，得率有所提高，制定的蒸煮工艺基本合适。与桉木制浆相比，蔗渣制浆得率较低，因此，随着蔗渣比例的增多，制浆得率呈现下降的趋势，蔗渣比例在10%以内，得率下降在1%以内，而蔗渣比例超过10%，则制浆得率下降超过1%。

从装锅情况看，由于蔗渣单位质量的体积大，会使设备效率下降约30%，并且配用蔗渣后使蒸煮锅内液位偏低，为使蒸煮过程中药液能与原料充分混合和渗透，将蒸煮液比调整为1∶45，因此，从制浆得率和设备运行效率考滤，混合比例控制在10%以内为好。从蒸煮废液检测结果看，卡伯值偏低，pH值偏高，可以将用碱量调整为190%。从蔗渣蒸煮结果看，制浆得率达到预期目标，但是卡伯值偏高、残碱和pH值偏低，说明现有工艺不合适，需提高用碱量和蒸煮温度。从洗浆情况看，混合浆和蔗渣浆均比桉木浆难洗涤，主要是蔗渣浆滤水性能差，在大型生产中宜采用挤压洗涤设备，提高洗浆质量，并尽可能多的使蒸煮废液送到碱回收车间回收热、碱，实现热电联产和清洁生产。云景林纸2#纸浆生产线双辊挤浆机可以满足混合浆的洗涤要求。

22氧脱木素

氧脱木素是蒸煮的延伸，就是在温和的条件下用氧气深度脱除浆中木素，有效保护纤维少受降解和损伤，保证浆质量，并减少漂白化学药品用量，减少污染物产生量，有效保护生态环境，是制浆造纸清洁生产的关键。根据桉木制浆氧脱木素情况，桉木浆氧脱木素温度在100℃情况下效果最好。考虑到混合蔗渣蒸煮结果，将氧脱温度调整为温度95℃。因此，氧脱木素工艺设定为：浆浓10%；碱用量18%（蔗渣浆18%），氧气压力05 MPa，时间90 min，温度95℃。控制目标：氧脱木素后pH值105～115，卡伯值10±2，氧脱木素实验结果见表2。

从表2的结果来看，桉木浆及混合浆氧脱后纸浆黏度≥1290 cm3/g，纸浆卡伯值在112～116之间，使纸浆纤维质量保持了较好的状态，氧脱木素浆的得率≥973%，木素脱除率在32%～38%之间，氧脱得率高，木素去除率适中，废液pH值在11～115之间，说明氧脱工艺比较适宜。但是与广宁9号和JL121相比，桉木浆和混合浆氧脱木素去除率偏低，这主要是温度下降的原因，因此，为了提高木素去除率，建议在蔗渣比例不超过10%时，氧脱木素温度以100℃为宜。蔗渣浆的氧脱木素脱除率达到5580%，木素脱除率高，说明蔗渣中的木素比桉木中的更容易脱除。在实际生产中，氧脱木素洗涤液用来逆流洗涤蒸煮的纸浆，然后与蒸煮废液一同送往碱回收车间，回收热和碱，实现循环利用和清洁制浆。

图2所示为蔗渣与桉木不同配比混合蒸煮和氧脱木素废液中固形物变化的实验结果。由图2中氧脱木素段废液中固形物的量来看，通过氧脱木素，桉木制浆和混合制浆可降低40～50 kg/t（风干浆）的污染负荷。云景林纸纸浆生产线拥有两段氧脱木素工艺，木素去除率可以在此基础上提高10%，进一步降低漂白负荷和污染物产生量，可以取得更好的清潔制浆效果。

23漂白

为提高产品质量，降低污染负荷，考虑到云景林纸生产工艺情况，采用ECF漂白技术，利用ClO2具有选择性漂白的优势，保持纤维处于良好的状态，提高纸浆得率和质量。漂白采用D1EOPD2三段漂白流程。控制目标：白度≥85%以上，黏度≥850 cm3/g。

231D1段漂白

根据氧脱木素结果，参照以往桉木浆实验情况，将D1段工艺设定为：ClO2用量10%，时间60 min，温度70℃，浆浓10%，终点pH值3～4，D1段漂白实验结果见表3。

从表3中可以看出，桉木浆及混合浆的白度均达到737%以上，纸浆黏度≥1170 cm3/g，得率≥959%，漂白废液pH值为38～425，达到预期目标，说明漂剂用量和制定的工艺条件适宜。而在相同条件下，蔗渣浆白度仅为54%，而且漂白废液中残氯高，pH值偏高，说明蔗渣浆较难漂白。因此，随蔗渣配用比例的增加，混合浆的黏度和得率呈现出略微下降的趋势，但白度基本保持在同一水平，这主要是由于配用蔗渣的比例较少，故对白度影响较小。

232EOP段漂白

根据D1漂白结果，参照以往桉木浆碱氧漂白工艺，将EOP段工艺设定为：H2O2用量042%，氧气压力03 MPa，时间90 min，温度90℃，浆浓10%，NaOH用量08%，终点pH值105～115。

由于蔗渣浆D1段漂后白度较低，故调整漂剂和碱用量：H2O2用量为052%， NaOH用量为10%。EOP段漂白实验结果见表4。

从表4的实验结果看出，通过EOP漂白后，桉木浆及混合浆的白度已达到82%以上，而且纸浆黏度≥1100 cm3/g，漂白得率≥988%，说明桉木浆及混合浆比较容易漂白，得率高，并且保持了良好的成浆性能。而蔗渣浆白度仅有69%，说明蔗渣浆较难漂白，而且得率低。从漂白废液检测结果看，pH值在控制范围内，桉木浆废液中含有一定量残余漂剂，在漂白桉木浆时漂剂用量可降低002%～005%。与广宁9号和JL121相比，桉木浆白度基本与两者持平，混合浆由于混入蔗渣浆而白度偏低，制定的工艺条件比较适宜。

233D2段漂白

根据碱氧漂白结果来看，将D2段工艺设定为：ClO2用量01%，浆浓10%，时间180 min，温度80℃，控制目标pH值6～8、白度≥85%、黏度≥850 cm3/g，实验结果见表5和图3。

从表5漂白结果来看，D2段漂白后桉木浆及混合浆白度≥87%，黏度≥1050 cm3/g，漂白得率≥99%，达到预期目标。而蔗渣浆白度仅有80%，白度偏低，且黏度较低。从漂白废液检测结果来看，废液pH值较高，达到6～8，但漂白废液中仍有一定的漂剂量存在，说明漂白剂用量合适，制定的工艺条件适宜。

由图3可以看出，从漂白整体情况看，桉木浆和混合浆的白度≥87%，黏度≥1050 cm3/g，漂白浆得率≥4819%，混合浆得率高，成浆性能好，白度高，采用ECF漂白工艺开发高白度混合浆是完全可以实现的。另外，漂白有效氯用量为377 kg/t风干浆，在预期控制范围内，制定的漂白工艺条件基本合理，仅需针对不同蔗渣配用比例进行微调和优化即可。而蔗渣浆漂白总有效氯用量高达4243 kg/t风干浆，比混合浆高出473 kg//t风干浆，白度只有8012%。国内研究表明，在常规D0EpD1漂白条件下[4]，有效氯用量达到5786 kg/t风干浆，白度801%，说明蔗渣浆难于漂白。蔗渣浆如果单独制浆，白度低，产品质量难于满足市场需求。因此，开发蔗渣桉木混合浆是资源高效利用的途径之一。

24纤维长度测定和物理性能

241纤维长度

表6所列为纤维长度测定结果，由表6可以看出，蔗渣浆与桉木浆同属短纤维浆，在纸张中主要体现的是匀度和柔软度。纤维平均长度在079～090 mm之间，尽管蔗渣浆纤维平均长度略高于桉木浆，但是由于混合浆中蔗渣的比例较小，因此，对纤维长度变化影响不大，对成纸特性的影响甚微。从纤维分布来看，随着蔗渣配用比例的增加，纤维长度小于05 mm和大于120 mm的所占比例呈现增加趋势，而长度05～08 mm纤维呈现下降趋势，可能是随甘蔗渣比例的增多，蔗渣中半纤维素、杂细胞降解，

242物理性能

图4所示为相同打浆度下蔗渣与桉木不同配比混合制浆所得漂白浆对物理性能的影响。由图4的物理性能检测结果来看，桉木浆和混合浆各项指标优于我国漂白阔叶木浆行业优等产品标准（QB/T1678—2007），特别是有利于增加纸张的匀度，提高生活用纸的柔软度和手感。当蔗渣配用量为10%以内时，各项物理性能变化较小，当蔗渣配用量达到15%时，各项物理性能下降较为明显，为保持纸浆的良好性能和产品的稳定性，蔗渣配用量以10%以内为宜。从物理性能检测结果看，利用桉木与蔗渣混合制浆是可行的。

3结论

31通过对蔗渣与桉木混合制浆的实验研究，当蔗渣配用比例低于20%时，混合浆黏度≥1050 cm3/g，白度≥87%，制浆得率482%，混合浆的各项物理性能优于我国漂白阔叶木浆行业优等产品标准（QB/T1678—2007），利用蔗渣和桉木混合制浆可以制备出白度高、得率高、成浆性能好的混合浆。

32从设备运行效率、制浆得率和成浆物理性能变化趋势看，蔗渣配用比例控制在10%以内为宜。

33将氧脱木素、ECF漂白等技术应用于蔗渣与桉木混合制浆过程中，可以提高产品质量，降低污染物排放，实现清洁生产制浆。

34最佳蔗渣和桉木混合清洁制浆工艺条件如下（蔗渣配用比例≤10%）：①蒸煮：碱用量190%～195%，液比1∶45，最高温度160～162℃，25～70℃升温时间30 min、70～130℃升温时间60 min、130℃小放气10 min、130～160℃升温时间60 min，保温时间90 min，控制目标卡伯值为18～20。

②氧脱木素：浆浓10%，碱用量17%，氧气压力05 MPa，时间90 min，温度95℃。控制目标： pH值105～115，卡伯值为10～12。

③漂白：漂白采用D1EOPD2三段漂，总有效氯用量377 kg/t风干浆，各段漂白工艺如下：D1段ClO2用量10%，时间60 min，温度70℃，浆浓10%，终点pH值3～4；EOP段H2O2用量042%，氧气压力03 MPa，时间90 min，温度90℃，浆浓10%，NaOH用量08%，终点pH值105～115；D2段ClO2用量01%，浆浓10%，时间150 min，温度80℃。控制目标pH值6～8、白度≥85%、黏度≥850 cm3/g。

参考文献

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窦正远. 甘蔗渣制浆造纸[M]. 广州： 华南理工大学出版社， 1990.

[2]LUO Xiaolin， ZHAN Huaiyu， CHAI Xinsheng， et al. The Target Kappa Number of the pulping of Eucalyptus[J].China Pulp & Paper， 2009， 28（4）： 31.

罗小林， 詹怀宇， 柴欣生， 等. 速生桉木硫酸盐法制浆目标卡伯值的确定[J].中国造纸， 2009， 28（4）： 31.

[3]DUAN Jingkui， DU Jianyang， XU Qiongbo， et al. Cloneseucalyptus fiber materials research[J].China Pulp & Paper Industry， 2007， 28（11）： 69.

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閆兆晴， 李明富， 金叶， 等. 漂白助剂对蔗渣浆D0EpD1漂白的影响[J].中国造纸， 2017， 36（4）： 7.CPP

（责任编辑：马忻）