竹材碱法制浆的工艺条件探讨

竹材碱法制浆的工艺条件探讨
陈昌国
一、中国造纸原料的结构现状及竹材制浆的前景
1、中国造纸原料结构现状及竹子资源状况。

据2001年统计，国内纸浆消费中，木浆占23.1%，国产木浆不足7%，非木浆占32.9%，其中竹浆仅占1。

0%，废纸浆占44%。

中国是一个少林的国家，森林资源以天然林为主，人均森林面积和人均森林蓄积量只为世界平均的21.3%和2.6%。

制约纤维原料资源的矛盾突出。

而我国的竹资源是世界上最丰富的国家，有39属，500多种。

2000年竹林总面积355hm2，年产量约5.6亿根，2000万吨（风干），而工业用竹量不足20%，在制浆造纸上的应用不到5%。

2、竹子制浆造纸的前景。

1）、竹子的纤维特征及与其它纤维原料的比较。

下面是几种造纸纤维原料的纤维形态比较：
从纤维素长度、纤维宽度和纤维长宽比看，竹类的平均纤维长度一般在1。

7～3.1之间，高于杨木和桉木（阔叶木），低于马尾松；平均纤维宽度一般在9.6～24.0之间，接近按木（阔叶木），特别是慈竹和毛竹；非纤维细胞，慈竹为16.2%低于桉木。

2）竹子的化学成分特点。

下面是竹子与其它纤维原料的化学成分比较表：
从以上比较看，竹材是一种优良的制浆造纸原料。

3）竹子制浆实践。

据调查，世界上较多利用竹子制浆的有：印度，阿根廷、孟加拉国、斯里兰卡、中国、日本等国。

其中印度年产竹浆136万吨。

世界上主要的竹浆生产国及产量情况如下表：
4）竹子和其它一年生植物与木材原料的的造纸特性：
注：Revs(PFI)-打浆机转速。

二、竹子碱法制浆的工艺条件探讨
制浆工艺的发展及各种工艺的比较证实，以硫酸盐法为代表的碱法制浆工艺以其纸浆成本低、成浆强度高、得率较高、化学药品回收技术完备的诸多优点确立了其主导地位。

因此本文也仅以硫酸盐法为例，对竹子的制浆工艺条件进行粗浅的探讨。

1、工艺路线的选择
（1）工艺路线选择：总结各厂的实践经验，我们认为选择以下的工艺路
线是可行和适宜的。

竹子鼓式削片机筛选洗涤间歇蒸煮除节洗涤筛选浓缩两段氧脱C/D EO D
（2、流程选择的说明
（二）设备选择：
1、备料：选用Pallmann削片机，双层圆筒式竹片筛，螺旋脱水机。

2、蒸煮：采用立式蒸煮锅、锥底形喷放锅、外置强制循环加热系统。

3、洗、筛设备：选用真空洗浆机、高频振框式圆筛、鼓式真空浓缩机。

4、氧脱及漂白：内流式高剪混合器、氧反应器、氧反应喷放锅、C/D漂白塔、EO反应塔、D漂白塔、真空洗浆机。

（三）工艺条件的确定
1、备料。

备料主要考虑的是尽量保证所提供的料片不影响蒸煮的均一性和尽量
少带入游离性的杂质。

根据对蒸煮反应机理的研究结论，蒸煮反应初期主要受扩散控制，中期受化学反应控制。

因此，竹片规格在蒸煮反应初期影响较大，并且厚度是关键。

但对于慈竹、毛竹等主要使用的竹材，在控制所收购竹材生长年龄条件下，厚度的差别已降低到不明显的程度；考虑对装锅量的影响及蒸煮均一的要求，长度应控制在10-40mm;竹片的洗净度，通过控制洗后水的洗净度来实现，洗后水的洗净度控制在≤36ppm。

2、蒸煮。

影响竹片蒸煮的主要因素是:竹材原料的品种和质量、用碱量、药液浓
度、硫化度、蒸煮温度与蒸煮时间、液比等。

下面分别就各因素进行讨论。

（1）竹材品种和质量.以下是在硫化度25%,液比1:3,温度及时间:110℃、30min；125℃，2 hr；152℃3hr条件下蒸煮的试验结果.
表明,1)不同的竹种,要制得硬度相近的纸浆,其用碱量和得率相差较大.2)同一类竹子,除嫩竹用碱量较低得率较高外,一年生以上的相差较少.
经以上比较可见,竹子的纤维含量接近于木材,木素含量更接近于针叶木,多糖含量接近于阔叶木.
(2)用碱量.下面是慈竹在硫化度25%,液比1:4条件下蒸煮的试验数据.
试验表明：1）提高用碱量,利于木素溶出,卡伯值降低,降低成浆漂率。

但得率和纸浆强度同比降低,：2)对于相同用碱量,生长年龄越长的竹子，蒸煮卡伯值越高,得率无明显变化。

另外,生产实践中往往以提高用碱量来缩短蒸煮时间，提高生产能力。

所以必须考虑用碱量与蒸煮时间的关系,保证成浆的产品质量.对老竹而言,用碱量为15～17%为宜.
(3)药液浓度.药液浓度提高,有利于加速脱木素速度,也会导致纤维素降解,降低纸浆强度。

原则上,保证较高粗浆得率和较低漂率前提下,或采用较低药液浓度与较长蒸煮时间相配合的蒸煮方法,或较高药液浓度与较短蒸煮时间相配合的工艺规程,以达到脱木素,保留纤维素的目的。

处理老竹,一般,用50g/l(Na2O)。

(4)硫化度.以下是慈竹在有效碱19.8%Na2O液比1:4条件下的蒸煮试验情况.
上述结果表明,1)随硫化度提高,卡伯值急剧下降,当硫化度超过35%后,再提高硫化度,卡伯值反而上升；2)提高硫化度,得率增加,超过60%后,提高硫化度,得率降低。

综合硫化物对脱木素反应的催化加速积极作用及对环境的不利影响,对竹材蒸煮的硫化度选择为15-20为宜.
(4)蒸煮温度与蒸煮时间。

竹材结构紧密,蒸煮药液的渗透速度和脱木素的反应速度要相适应。

竹材的蒸煮应划分为两个阶段,一是以扩散为控制步骤的低温阶段
和以化学反应为控制步骤的高温阶段。

,根据蒸煮反应机理研究结论,＜100℃时,脱木素反应速度很慢,＞160℃时,速度明显加快;在蒸煮期间的反应顺序为,在120～130℃间,主要发生半纤维溶解作用,120℃前是碱液皂化聚木糖中的乙酰基,中和抽提物;而温度＞170℃时,粘度下降将比木素含量的下降更快。

因此,蒸煮温度不能高于180℃。

下面是对三年生慈竹所作的渗透温度对蒸煮的影响试验情况。

高温阶段不同温度对蒸煮的影响情况.
渗透时间对蒸煮的影响。

(慈竹在用碱量17.83%(Na2O)、硫化度20%，液比1：
4蒸煮最高温度166℃，保温时间3hr)
可见，采用低温浸透，粗浆得率较高，而硬度较低，在140℃下浸透时间以1-2小时为宜。

最高温度及保温时间的影响。

慈竹在用碱量17。

3%，硫化度20%，低温浸透时间140℃1.5hr的试验。

(5)液比.不同液比蒸煮老竹中型试验情况如下.
综上所述,我们认为适宜的竹材蒸煮工艺条件如下:
1)有效碱用量:16～18%
2)活性碱浓度:30～50g/l
3)液比:3.5～4.0
4)硫化度:15～20%
5)温度控制及升温曲线
70～120 ℃ 1.5～2hr～120～170 ℃2hr
170 保温℃2hr
3、除节、洗涤、筛选
1）除节:进浆浓度：3.5%
出浆浓度：2.0～2.5%
2)洗涤:为了保证获得高浓度的提取黑液,并获得浆料的充分洗涤和高的黑液
提取率,选取稀释因子为4～5Kg水/Kg风干浆;因竹浆滤水性普遍比木浆低,为提高洗涤水温,降低滤液的粘度,提高滤水性,喷淋水温确定为70℃。

3）筛选、浓缩：
4、漂白：
1）氧脱：因为两段氧脱有漂白浆的强度高，脱木素选择性好，化学品的的用量减少，漂白废水的COD负荷降低等优点，我们推荐采用两段氧脱。

建议的工艺条件如下：
一段：MgSO4加入量2～7Kg/T浆
NaOH加入量18～28Kg/T浆
浆浓12%
温度80～85℃
氧压0.8～1.0Mpa
反应时间20～30min
二段：不加化学品
浆浓12%
温度95～100℃
反应器顶部压力0.3Mpa
反应时间60Min
2)C/D段:以下是某竹浆厂C/D段的运行数据。

CL2用量：20～25Kg/T浆
CLO2用量：6～10Kg/T浆
温度: 50℃
反应时间: 45Min
浆浓: 3%
3)EO段：以下是某竹浆厂EO段的运行数据。

氧压: 0.14Mpa 反应时间: 120Min
用氧量: 0.5%(对浆) 反应温度: 70℃NaOH用量:35Kg/T浆浆浓: 12%
4)D段D段运行数据
CLO2用量:12Kg/T浆NaOH:4Kg/T浆
反应温度:70℃
反应时间:3～5Hr
浆浓: 12%
PH: 3～5
白度: ≥80
二、小结
本文介绍了我国造纸原料的现状，竹资源状况，竹材纤维特性，并以硫酸盐法为例对竹材碱法制浆的工艺条件作了粗浅的探讨，对工艺路线选择，设备选用，各工序的工艺条件作了讨论，试图抛砖引玉，引起业界同仁对竹材制浆的关注，深入开展该领域的技术研究，共同加快促进我国竹材制浆造纸的发展。

参考文献：
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6、欧阳晓嘉.任西茜、赵云。

竹浆制浆工艺技术及污染控制。

西南造纸，
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7、 E.W.马科隆（Earl Malcolm）等编，最新碱法制浆，曹邦威译，北
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