房桂干 沈葵忠 李曉亮

（1.中國林業(yè)科學(xué)研究院林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)研究所，國家林業(yè)局林產(chǎn)化學(xué)工程重點(diǎn)開放性實(shí)驗(yàn)室，生物質(zhì)化學(xué)利用國家工程實(shí)驗(yàn)室，江蘇南京，210042；2.南京林業(yè)大學(xué)林業(yè)資源高效加工利用協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇南京，210037；3.山東華泰紙業(yè)股份有限公司，山東東營，257335）

1 化學(xué)機(jī)械法制漿的概念

高得率制漿（High Yield Pulping），是指木材或其他植物纖維組織經(jīng)適當(dāng)物理或化學(xué)預(yù)處理，依賴磨木機(jī)或盤磨機(jī)的機(jī)械作用分離成紙漿纖維的過程。與化學(xué)法制漿相比，高得率制漿具有原料利用率高和生產(chǎn)成本低等特點(diǎn)，在紙張松厚度、不透明度和印刷適應(yīng)性等方面有明顯優(yōu)勢。高得率制漿包括機(jī)械法制漿（Mechanical Pulping）和化學(xué)機(jī)械法制漿（Chemi-me-chanical Pulping）。機(jī)械法制漿，是單純利用機(jī)械作用將木材等纖維類植物組織解離成游離纖維的過程，紙漿得率通常為93%～96%，主要分為磨石磨木制漿（SGW）、壓力磨石磨木制漿（PGW）、木片盤磨機(jī)械法制漿（RMP）、熱磨機(jī)械法制漿（TMP）等。化學(xué)機(jī)械法制漿，是采用化學(xué)預(yù)處理和機(jī)械磨解處理結(jié)合的制漿方法，先用藥劑進(jìn)行輕度化學(xué)浸漬，半纖維素少量溶出，木質(zhì)素較少溶出或基本不溶出，實(shí)現(xiàn)木片軟化；使用盤磨機(jī)在高濃狀態(tài)解離木片制成紙漿，制漿得率85%～93%，根據(jù)預(yù)浸藥品和磨漿方式主要分為化學(xué)機(jī)械法制漿（CMP）、化學(xué)熱磨機(jī)械法制漿（CTMP、CTMPc） 以及堿性過氧化氫機(jī)械法制漿（APMP、P-RC APMP）等（見表1）?；诶w維原料的利用率、節(jié)能環(huán)保和紙漿質(zhì)量等要求的提高，世界范圍內(nèi)近20 多年新增高得率漿生產(chǎn)線90%以上產(chǎn)能均采用BCTMP 和P-RC APMP 等化學(xué)機(jī)械法制漿工藝，較少采用傳統(tǒng)機(jī)械法制漿工藝，也正因如此，在不加特別說明的情況下，高得率制漿和化學(xué)機(jī)械法制漿在很多工作場合經(jīng)常互指混用[1-2]。

2 國內(nèi)化學(xué)機(jī)械法制漿的回顧

20 世紀(jì)80 年代，吉林造紙廠引進(jìn)了Sunds-Defiberator 的TMP 生產(chǎn)線，采用東北地區(qū)楊木進(jìn)行生產(chǎn)，經(jīng)過漂白生產(chǎn)新聞紙。隨著天然林木材的減少，試圖使用速生人工林生產(chǎn)，但紙漿品質(zhì)較差。1987 年改造成CTMP 制漿方法，采用速生小黑楊生產(chǎn)CTMP 紙漿，生產(chǎn)的新聞紙分別在吉林日?qǐng)?bào)和人民日?qǐng)?bào)等報(bào)社進(jìn)行使用，印刷后的報(bào)紙字跡清楚、圖片清晰；吉林造紙廠成為中國第一家采用CTMP 制漿技術(shù)的工廠。國內(nèi)自行設(shè)計(jì)和制造的第一套全國產(chǎn)化CTMP 生產(chǎn)線，于1988 年在福建順昌紙板廠建立，日產(chǎn)30 t 闊葉木CTMP漿，用做牛皮箱紙板的底層漿。

加拿大Kvaerner-Hymac 公司研發(fā)了APP（Alkaline Peroxide Pulping）制漿技術(shù)。20世紀(jì)80年代，宜賓造紙廠引進(jìn)了第一條APP 制漿生產(chǎn)線，但運(yùn)行效果并不理想。奧地利Andritz Sprout-Bauer 后收購了Hymac公司化機(jī)漿業(yè)務(wù)，對(duì)APP技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，形成了APMP 制漿技術(shù)。岳陽造紙廠是國內(nèi)第一家引進(jìn)APMP 制漿技術(shù)裝備的企業(yè)，但運(yùn)行效果不盡理想，進(jìn)行改造后，消耗指標(biāo)和紙漿質(zhì)量顯著改觀。20 世紀(jì)90 年代末，Andritz 公司在APMP 技術(shù)基礎(chǔ)上研發(fā)了P-RC APMP （Pre-conditioning Refiner Chemical Treatment Alkaline Peroxide Mechanical Pulping）制漿技術(shù)。2003年世界第一條P-RC APMP生產(chǎn)線在岳陽造紙廠投產(chǎn)并運(yùn)行[1]。

3 國內(nèi)化學(xué)機(jī)械法制漿的生產(chǎn)現(xiàn)狀

圖1所示為1995－2017年世界和中國的高得率漿產(chǎn)量。從圖1可以看出，目前世界高得率漿（含機(jī)械漿和化機(jī)漿）年產(chǎn)量4000 多萬t，中國高得率漿生產(chǎn)發(fā)展迅速，年產(chǎn)量約700 萬t。1995 年以后，中國高得率漿生產(chǎn)發(fā)展大致可分為兩個(gè)階段:第一階段是在1995－2002 年，生產(chǎn)線的主要特點(diǎn)是規(guī)模小、產(chǎn)量低，以APMP 和BCTMP 為主導(dǎo)工藝，紙漿自產(chǎn)自用，主要用于新聞紙和文化用紙生產(chǎn)。規(guī)模較小的APMP制漿線目前已陸續(xù)關(guān)?；蚋脑?。第二階段是2003 年以后，生產(chǎn)線產(chǎn)能規(guī)模超過10 萬t/a 以上，多數(shù)單線產(chǎn)能達(dá)到20 萬～30 萬t/a，以P-RC APMP 和BCTMPC工藝為主，并大量使用進(jìn)口木片進(jìn)行生產(chǎn)，紙漿在低定量涂布紙（LWC）、超級(jí)壓光紙（SC）、輕型紙（Munken）、白卡紙和液體包裝紙板原紙等高檔紙產(chǎn)品中獲得應(yīng)用[3]。

新型化機(jī)漿與傳統(tǒng)機(jī)械漿有很大區(qū)別，已能夠替代化學(xué)漿生產(chǎn)各類紙和紙板產(chǎn)品，主要有低定量涂布紙、超級(jí)壓光紙、輕型紙、印刷書寫紙、新聞紙、衛(wèi)生紙等紙產(chǎn)品，以及液體包裝紙板、白卡紙、白紙板等紙板產(chǎn)品。幾種主要紙和紙板產(chǎn)品對(duì)化機(jī)漿的質(zhì)量指標(biāo)要求見表2。此外，以針葉木為原料、采用化學(xué)機(jī)械法制漿工藝生產(chǎn)的絨毛漿，可用于衛(wèi)生護(hù)理產(chǎn)品的生產(chǎn)。

3.1 印刷用紙中的應(yīng)用

圖1 1995－2017年世界和中國的高得率漿產(chǎn)量

表2 幾種紙和紙板產(chǎn)品對(duì)化機(jī)漿的質(zhì)量指標(biāo)要求

由于采用SGW、PGW 和TMP 工藝生產(chǎn)的闊葉木機(jī)械漿的強(qiáng)度很低，不能抄造超級(jí)壓光紙、低定量涂布紙、新聞紙等印刷用紙。化學(xué)機(jī)械法制漿工藝大大提高了漿料強(qiáng)度，使闊葉木纖維在這些紙種中的應(yīng)用成為可能?；瘜W(xué)機(jī)械法制漿技術(shù)對(duì)木材纖維資源相對(duì)短缺的國家特別有利用價(jià)值。闊葉木樹種的種植和輪伐期一般為5～8 年。用于生產(chǎn)新聞紙和超級(jí)壓光紙時(shí)，其加拿大標(biāo)準(zhǔn)游離度（Canadian Standard Freeness, CSF）一般為100～150 mL；生產(chǎn)低定量涂布紙時(shí)，其CSF為50～100 mL。商品高得率漿的游離度較生產(chǎn)低定量涂布紙所需游離度要高，因此上紙機(jī)前需要將漿料進(jìn)一步調(diào)整至低游離度。新聞紙可用100%針葉木TMP抄造。針葉木高得率漿用于生產(chǎn)此紙種是為了提高紙張強(qiáng)度或降低長纖維化學(xué)漿的用量。盡管化學(xué)機(jī)械法制漿工藝使闊葉木纖維在新聞紙中的應(yīng)用成為可能，但闊葉木高得率漿因其纖維較短，其撕裂度仍然較低；由于撕裂度對(duì)新聞紙來說非常重要，因此抄紙時(shí)常需配加化學(xué)漿以獲得必要的撕裂度。

3.2 用于多層紙板的芯層漿

高得率漿最大的用途是用作多層紙板的芯層漿。芯層是紙板的主體部分，其主要功能是為紙板提供松厚度和彈性，多采用高松厚度的高得率漿。用于紙板芯層的高得率漿的游離度（CSF）一般為400 mL 左右，白度為70%～80%。高得率漿可被直接使用，也可在上紙板機(jī)之前進(jìn)行低濃打漿來調(diào)整。高游離度針葉木漿有很好的松厚度和抗張強(qiáng)度，但其作為芯層，紙板表面會(huì)比較粗糙，因此其僅限于在一些低檔紙板中使用。在高檔紙板中，使用高品質(zhì)闊葉木高得率漿，可使紙板獲得更好的表面平整性。

3.3 替代化學(xué)漿

隨著高得率漿在不含機(jī)械漿的印刷/書寫紙等品種中的不斷應(yīng)用，所謂“不含機(jī)械漿”和“含機(jī)械漿”紙種之間的界線正逐漸消失。高白度闊葉木高得率漿已廣泛應(yīng)用于不含機(jī)械漿紙種中并為消費(fèi)者接受。用于不含機(jī)械漿紙的典型商品高得率漿，其游離度（CSF）通常為250～400 mL、白度為83% ～86%，通常用來替代部分闊葉木硫酸鹽漿。不含機(jī)械漿涂布紙中高得率漿的典型配用量為5%～15%，未涂布紙種其用量常為10%～25%。

過去使用闊葉木高得率漿的主要目的是為了降低漿料成本，隨著使用經(jīng)驗(yàn)的積累，高得率漿的松厚度和不透明度的特性得到很好利用，賦予了含高得率漿紙種的獨(dú)特品質(zhì)。在未涂布紙中，一般選用松厚度及游離度相對(duì)較高的高得率漿，以便充分利用高得率漿高松厚度及不透明度的優(yōu)勢。在生產(chǎn)涂布紙時(shí)，一般選用高抗張強(qiáng)度、低游離度的高得率漿。原紙經(jīng)涂布后還可屏蔽一些光線，通過調(diào)整涂料配方，可將高得率漿的光誘導(dǎo)返黃值降至很小。

3.4 衛(wèi)生紙產(chǎn)品中的應(yīng)用

20 世紀(jì)80 年代到90 年代初，高游離度的針葉木高得率漿因其低成本和高松厚度深受青睞，被廣泛應(yīng)用于衛(wèi)生紙和紙巾類產(chǎn)品中。然而，在過去幾年里盡管衛(wèi)生紙和紙巾的總消費(fèi)量不斷增長，但高得率漿的應(yīng)用卻呈下降趨勢。用于衛(wèi)生紙產(chǎn)品中的針葉木高得率漿的游離度（CSF）一般為500～650 mL，闊葉木漿的游離度（CSF）為300～500 mL。對(duì)衛(wèi)生紙和紙巾來說，吸水性和柔軟性是最重要的使用性能。高松厚度預(yù)示高的吸水能力，同時(shí)也給予產(chǎn)品一定松厚柔軟的感覺。高得率漿具有獨(dú)特的高松厚度，與化學(xué)漿相比優(yōu)勢十分明顯。雖然高得率漿在衛(wèi)生紙產(chǎn)品中的應(yīng)用尚存細(xì)小纖維含量高易導(dǎo)致紙張掉粉、黏附揚(yáng)克烘缸以及易于返黃等問題，但隨著高得率漿質(zhì)量的不斷改進(jìn)，其應(yīng)用潛力較大。

4 化學(xué)機(jī)械法制漿生產(chǎn)中存在的問題和解決措施

4.1 原料品質(zhì)管理

與化學(xué)漿不同，化機(jī)漿因生產(chǎn)工藝的特殊性，其漿料性質(zhì)更多受到木材種類、木材的新鮮程度等纖維原料性質(zhì)的影響。這就意味著對(duì)于化學(xué)機(jī)械法制漿生產(chǎn)，原料品質(zhì)管理顯得更加重要。一般來說，對(duì)于同一樹種，木材原料的新鮮程度越好、基礎(chǔ)白度越高、木片基本密度越低，生產(chǎn)出的化機(jī)漿質(zhì)量越好。

（1）混合木片的影響。國內(nèi)大部分化學(xué)機(jī)械法制漿生產(chǎn)線是采用商品木片進(jìn)行制漿生產(chǎn)。采用進(jìn)口木片的制漿生產(chǎn)問題不大，而采用國內(nèi)小木片商供應(yīng)的木片幾乎無法控制產(chǎn)品品質(zhì)，特別是木片中的樹種情況十分復(fù)雜。目前化學(xué)機(jī)械法制漿技術(shù)，為了改善預(yù)浸效果，采用不同壓縮比螺旋對(duì)木片進(jìn)行擠壓預(yù)處理，旨在排出木片中空氣、疏松木片結(jié)構(gòu)、提高比表面積，以改善浸漬性能。密度差異大的混合木片，在擠壓時(shí)密度低（軟）的木片首先受擠壓產(chǎn)生形變，密度高（硬）的木片沒有產(chǎn)生擠壓，預(yù)浸的均一性達(dá)不到要求。

（2）木片新鮮程度的影響。高水分含量的新鮮木片非常有利于化學(xué)機(jī)械法制漿。新鮮原木經(jīng)削片制取的合格木片含水率高達(dá)48%以上，此時(shí)木片組織的細(xì)胞腔中接近于水飽和狀態(tài)，十分有利于藥液的擴(kuò)散作用，為后續(xù)磨漿和漂白提供了有利條件。木片風(fēng)干后，木片組織的細(xì)胞腔中不再存有游離水，細(xì)胞液中可溶物干涸附著于細(xì)胞內(nèi)壁，經(jīng)過氧化和微生物作用，干涸物表面呈憎水性，對(duì)藥液滲透產(chǎn)生阻滯作用。另外，長期堆放的木片，會(huì)產(chǎn)生腐敗和熱解作用，產(chǎn)生大量小分子物質(zhì)，預(yù)浸時(shí)優(yōu)先消耗化學(xué)品，化學(xué)品用量一定時(shí)，影響浸漬和軟化效果。眾所周知，相同材種，木片的原始白度直接影響紙漿漂白性能，表現(xiàn)為漂白化學(xué)品用量顯著提高。

國內(nèi)木材資源匱乏，工廠生產(chǎn)線難以保證穩(wěn)定的纖維原料供應(yīng)，不得不大量使用枝椏材、小徑材、加工剩余物和商品混合木片，給企業(yè)的原料管理、生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品質(zhì)量的控制帶來了很大難度。高得率漿企業(yè)在使用不同來源和種類木片組織生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)更加重視木片的分級(jí)分類。應(yīng)用木片近紅外檢測分析系統(tǒng)已能夠?qū)崿F(xiàn)木片水分和化學(xué)成分的在線快速監(jiān)測[4-5]，可為生產(chǎn)線及時(shí)管控木片質(zhì)量和調(diào)整生產(chǎn)工藝提供一種有效手段，有望在化機(jī)漿生產(chǎn)線中率先獲得應(yīng)用。選用單一材種木材時(shí)，盡量使用木材顏色淺、新鮮程度較好的木片；使用混合木片時(shí)，應(yīng)盡量選用基本密度和白度相近的材種。

4.2 預(yù)浸軟化

預(yù)浸軟化是化學(xué)機(jī)械法制漿生產(chǎn)中的一個(gè)重要工序。在木片進(jìn)入盤磨機(jī)磨漿之前，在一定的溫度下采用化學(xué)品浸漬木片并反應(yīng)一段時(shí)間，使木片產(chǎn)生潤脹、組織結(jié)構(gòu)松弛等變化，降低木片的力學(xué)硬度，實(shí)現(xiàn)木片的有效軟化或磺化，減少后續(xù)磨漿過程中機(jī)械作用對(duì)纖維的過度切斷和碎片化，改善紙漿的結(jié)合強(qiáng)度。

很多高得率漿生產(chǎn)線因使用混合商品木片在預(yù)浸軟化時(shí)遇到很大問題。采用商品混合木片進(jìn)行生產(chǎn)，很難實(shí)現(xiàn)均質(zhì)預(yù)浸軟化，導(dǎo)致磨漿電耗高、紙漿均一性差，特別是纖維篩分組分不合理、纖維束含量高，無法滿足化機(jī)漿的高配比使用和達(dá)到高檔紙產(chǎn)品的抄造要求。企業(yè)為了確保正常生產(chǎn)，只能采取成倍提高化學(xué)品用量的辦法來強(qiáng)化浸漬作用，這不僅造成生產(chǎn)成本提高，紙漿松厚度和光學(xué)性能變差，而且導(dǎo)致廢水污染負(fù)荷大幅度增加，廢水難于處理等系列難題。

無論是采用CTMP工藝還是P-RC APMP工藝，生產(chǎn)線均配置了單螺旋擠壓設(shè)備，采用螺旋錐軸直徑先變小后變大錐形結(jié)構(gòu)（變徑）、螺旋葉片螺距逐漸變大結(jié)構(gòu)（變距）的單螺旋擠壓機(jī)對(duì)木片進(jìn)行擠壓撕裂，通過增強(qiáng)擠壓后物料的吸液性能來提高預(yù)浸軟化效果，擠壓螺旋的壓縮比分別為1∶2.8（CTMP 工藝）和1∶4 ～1∶6（P-RC APMP 工藝）。在生產(chǎn)使用混合木片時(shí)，擠壓后物料很難達(dá)到干度75%和木片均勻撕裂的工藝要求；使用材性差異較大的木片生產(chǎn)時(shí)，則放大了單螺旋擠壓效果不足的缺陷，導(dǎo)致闊葉木纖維原料問題更加突出。雙螺旋擠壓設(shè)備采取了動(dòng)態(tài)擠壓方式，獲得了良好化學(xué)預(yù)浸和機(jī)械均質(zhì)擠壓的協(xié)同效應(yīng)，特別適合處理材性差異大的木片原料[6]。

4.3 磨漿

磨漿操作是影響化學(xué)機(jī)械漿質(zhì)量特別是纖維結(jié)合強(qiáng)度的重要工序。盤磨機(jī)的磨盤從圓心向外可分為3個(gè)環(huán)形區(qū)域，即破碎區(qū)、磨漿區(qū)和精磨區(qū)。軟化后的木片經(jīng)過喂料螺旋從定盤的中心進(jìn)入磨片盤間區(qū)域，在離心力作用下首先進(jìn)入破碎區(qū)，在稀疏分布的尺寸較大的粗齒作用下，對(duì)木片施加擠壓和剪切作用力，木片尺寸迅速變小；再進(jìn)入磨漿區(qū)，磨片上較細(xì)密的齒紋高頻率、脈動(dòng)式地對(duì)物料輸入機(jī)械作用力，物料間形成摩擦、擠壓形變，直至物料生物組織結(jié)構(gòu)產(chǎn)生疲勞失穩(wěn)而撕裂拆解，分離形成纖維束和單根纖維；精磨區(qū)齒紋更為細(xì)密，對(duì)漿料施加作用力的頻率更高，纖維束進(jìn)一步分離成纖維，使得纖維細(xì)胞壁不斷發(fā)生形變，導(dǎo)致細(xì)胞壁層間結(jié)構(gòu)疲勞，引起壁層的疏松錯(cuò)位及初生壁和S1 層的破裂，產(chǎn)生所謂的分絲帚化作用，而形成合格的漿料。根據(jù)以上描述，破碎/磨漿/精磨區(qū)徑向分配比例、磨漿和精磨區(qū)齒型（齒寬、齒高、齒寬/槽寬比、齒棒與磨盤半徑的夾角、擋漿條的分布等）、磨齒材料的彈性模量、盤磨轉(zhuǎn)速、磨漿濃度、溫度等對(duì)磨漿效能和效果都有重要的影響。另外，大型盤磨磨漿時(shí)，連續(xù)穩(wěn)定恒量進(jìn)料、可控的、穩(wěn)定的磨區(qū)與出漿口之間的壓力差等對(duì)磨漿質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生重要影響。因此，設(shè)備參數(shù)和操作控制條件等因素都對(duì)磨漿效能和質(zhì)量有密切的關(guān)系，配置高性能的磨漿機(jī)是生產(chǎn)高品質(zhì)紙漿的重要保證。

為提高節(jié)能效果和改善紙漿結(jié)合強(qiáng)度性能，除了生產(chǎn)某些紙板用高游離度紙漿，高得率漿生產(chǎn)線一般都會(huì)配置兩段磨漿工藝。早先的研究表明，采用高濃和低濃組合的磨漿工藝顯示了較好的節(jié)能磨漿效果，但有更多的生產(chǎn)實(shí)踐表明，闊葉木原料磨漿，采用兩段高濃磨漿不僅改進(jìn)了漿料的品質(zhì)，同時(shí)取得了良好的節(jié)能效果。

4.4 漂白

圖2 NaOH用量對(duì)化機(jī)漿H2O2漂白白度的影響

很多人認(rèn)為在化機(jī)漿漂白過程中，H2O2與NaOH之間存在比例關(guān)系。事實(shí)上，材種、預(yù)浸方式、磨漿程度和漂白方式都會(huì)對(duì)漂白效果形成影響。高得率漿漂白時(shí)，H2O2與NaOH 之間的用量關(guān)系不存在固定比例，必須根據(jù)不同樹種和每個(gè)廠的實(shí)際情況進(jìn)行用堿量優(yōu)化，確定合理的用堿量才能獲得最佳的漂白效果（見圖2）[7]。過高的用堿量，會(huì)導(dǎo)致紙漿松厚度大幅度下降，紙漿漂白過程中會(huì)產(chǎn)生堿返色現(xiàn)象，而且顯著提高廢水的污染負(fù)荷?；瘷C(jī)漿的漂白終點(diǎn)，應(yīng)保持合理的殘堿和殘余H2O2水平。否則，紙漿的白度穩(wěn)定性變差，極易返色、返黃。根據(jù)材種不同，H2O2漂白體系合適的pH值而有所不同。一般漂白初期pH值控制在11～12 范圍，漂白終點(diǎn)pH 值在8.7～9.5 較為合理。漂白終點(diǎn)殘余H2O2水平應(yīng)根據(jù)各個(gè)生產(chǎn)線實(shí)際情況確定，但有一點(diǎn)可以明確的是，漂白終點(diǎn)必須要有一定的H2O2殘余量，才能確保漂白化機(jī)漿的白度穩(wěn)定性。

4.5 結(jié)垢問題

生產(chǎn)線設(shè)備系統(tǒng)結(jié)垢嚴(yán)重是化學(xué)機(jī)械漿生產(chǎn)中存在的共性問題，特別是P-RC APMP 工藝結(jié)垢現(xiàn)象更為明顯。垢物主要由草酸鹽、細(xì)小纖維、紙機(jī)白水濕部化學(xué)品和填料等形成，實(shí)際上H2O2漂白中適量的硅酸鈉對(duì)結(jié)垢的貢獻(xiàn)并不大。生產(chǎn)線設(shè)備系統(tǒng)必須定期進(jìn)行除垢操作。保持生產(chǎn)線設(shè)備表面的光潔度可減少除垢操作的頻次。生產(chǎn)設(shè)備系統(tǒng)除垢時(shí)，不宜采用鋼絲刷或者強(qiáng)酸化學(xué)除垢。

紙機(jī)白水成分十分復(fù)雜，越來越多的企業(yè)強(qiáng)制提高紙機(jī)白水封閉回用程度，是導(dǎo)致生產(chǎn)系統(tǒng)結(jié)垢問題頻發(fā)的主要原因。紙機(jī)白水回用前的適當(dāng)處理，可顯著緩解生產(chǎn)系統(tǒng)的結(jié)垢問題。

4.6 廢水處理

化機(jī)漿廢水中的污染物質(zhì)，主要來源于纖維原料中溶出的有機(jī)物、工藝過程中殘余的化學(xué)藥品和流失的細(xì)小纖維，廢水呈棕紅色。其有機(jī)污染物主要化學(xué)成分是木質(zhì)素降解產(chǎn)物、 多糖和有機(jī)酸等，其中木質(zhì)素降解產(chǎn)物占30%～40%，多糖占10%～15%，有機(jī)酸占35%～40%?；瘷C(jī)漿廢水有溫度高、污染負(fù)荷大的特點(diǎn)，普遍采用以厭氧為核心的生物處理技術(shù)處理廢水，包括水解、厭氧、好氧、混凝、深度處理等關(guān)鍵工序，典型流程見圖3[6]。處理流程中的厭氧單元能否長期穩(wěn)定運(yùn)行是該流程成敗的關(guān)鍵，取決于化機(jī)漿廢水中含硫物、螯合劑、樹脂酸、單寧等對(duì)甲皖菌的生物毒性。Fenton氧化是一種化機(jī)漿廢水深度處理手段，存在廢水處理化學(xué)品投用量過大、處理成本高的問題，臭氧氧化、磁化-仿酶催化等深度處理技術(shù)可將廢水的CODCr從200～500 mg/L降低到60～90 mg/L[8]，大幅度降低了化學(xué)品用量，但在處理效率、處理成本等方面存在改進(jìn)空間。

隨著國家實(shí)施節(jié)能減排政策，國內(nèi)化機(jī)漿噸漿耗水量從過去的20 m3以上降至現(xiàn)在的10 m3左右，廢水濃度從過去的7000 ～9000 mg/L上升到現(xiàn)在的12000 ～20000 mg/L[9-10]。而制漿造紙水污染物排放新標(biāo)準(zhǔn)，要求化機(jī)漿廢水CODCr排放標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)小于100 mg/L，特殊流域要求小于60 mg/L。一方面廢水濃度大大升高，另一方面排放要求更加嚴(yán)格，如繼續(xù)單純采用厭氧-好氧生物處理技術(shù)，治理難度陡增，治理費(fèi)用也會(huì)成倍地升高[10]。因此化機(jī)漿廢液堿回收系統(tǒng)在探索中獲得了應(yīng)用。國內(nèi)單一化機(jī)漿堿回收運(yùn)行企業(yè)有廣西金桂漿紙有限公司（2010 年），金隆漿紙業(yè)（江蘇）有限公司（2011 年）、斯道拉恩索（廣西）漿紙有限公司（2016 年）等企業(yè)。但仍需要解決化機(jī)漿廢液堿回收中的系列問題，例如稀黑液纖維含量高、蒸發(fā)器纖維垢和無機(jī)垢結(jié)垢嚴(yán)重難以去除，以及堿回收爐因濃黑液熱值低、燃燒不完全造成的飛灰量大、綠液TSS含量高等問題。

5 化學(xué)機(jī)械法制漿的發(fā)展趨勢

Alfred H. Nissan[11]用“90-90-9”扼要表述了“高得率、高白度和高強(qiáng)度”的未來制漿技術(shù)的期望目標(biāo)，即90%的得率、90%的白度和9 km 的裂斷長。目前化學(xué)法制漿已能夠?qū)崿F(xiàn)9 km 的裂斷長和90%的紙漿白度，但是化學(xué)法制漿得率較低；現(xiàn)有的高得率制漿技術(shù)已實(shí)現(xiàn)了“85-80-5”，即85%的得率、80%的白度和5 km 的裂斷長，離理想的預(yù)期目標(biāo)更近了一步。在節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的雙重壓力下，化學(xué)機(jī)械法制漿技術(shù)迎來了一個(gè)新的發(fā)展機(jī)遇期。

5.1 纖維原料的拓展

由于木材資源短缺和廢紙進(jìn)口的限制，造紙工業(yè)面臨每年近2000 多萬t 的纖維原料供應(yīng)缺口[12]，這就要求化學(xué)機(jī)械法制漿技術(shù)與裝備不僅要能夠適應(yīng)木材纖維原料，還需要能夠滿足竹子、麥稻草、棉稈和玉米秸稈等非木纖維原料高得率制漿的需要。

早期的磨木漿，主要使用針葉木原木生產(chǎn)新聞紙、紙板芯層用漿，對(duì)漿料白度和強(qiáng)度要求不高。盤磨機(jī)械漿和熱磨機(jī)械漿使木片磨漿成為可能。隨著CTMP 和P-RC APMP 等新型化機(jī)漿工藝的出現(xiàn)，高得率漿生產(chǎn)不僅可以使用原木，還可以使用小徑材和枝椏材為原料，并且由原先單一的針葉木樹種拓展到闊葉木樹種，提高了對(duì)木材原料的適應(yīng)性[1]，同時(shí)紙漿的強(qiáng)度和光學(xué)性能達(dá)到或接近化學(xué)漿水平，可生產(chǎn)的紙品種類增加，能夠生產(chǎn)白卡紙、銅版紙、超級(jí)壓光紙等各類高檔紙和紙板品種。

麥草、竹子化機(jī)漿已能夠用于本色紙和紙板的生產(chǎn)[13-15]。使用3%～5%用量NaOH 的化學(xué)浸漬工藝制取的麥草化機(jī)漿，紙漿濾水性好、強(qiáng)度高、松厚度好，可生產(chǎn)高質(zhì)量瓦楞原紙[14]；將其與廢紙漿混合進(jìn)行多層抄造高強(qiáng)紙板，可改善紙機(jī)抄造性能、提升紙板質(zhì)量等級(jí)。使用燒堿法和堿性亞鈉法浸漬的慈竹化機(jī)漿抄造的牛皮掛面箱紙板完全達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)B級(jí)以上的質(zhì)量要求（GB13024－2003），經(jīng)多段堿性H2O2漂白的漿料已能滿足多數(shù)漂白紙種的質(zhì)量要求。

5.2 生產(chǎn)工藝的革新

國內(nèi)BCTMP 和P-RC APMP 化機(jī)漿生產(chǎn)線主要使用闊葉木（僅江西晨鳴和福建騰榮達(dá)等少數(shù)紙廠使用針葉木）纖維原料，多數(shù)沿海省份的企業(yè)大量使用風(fēng)干商品木片進(jìn)行制漿，材質(zhì)和物料形狀均不如新鮮木材；內(nèi)陸省份雖然較少用商品木片，但所用木片多來源于小徑材、枝椏材及加工剩余物，纖維來源雜、材質(zhì)低劣。國內(nèi)化學(xué)機(jī)械漿生產(chǎn)線已發(fā)展了數(shù)十年的歷史，大規(guī)模發(fā)展起始于2003 年，生產(chǎn)線的運(yùn)行還有待完善和積累經(jīng)驗(yàn)，電能、化學(xué)品和新鮮水用量指標(biāo)均處于較高消耗水平，且紙漿的白度和強(qiáng)度等質(zhì)量指標(biāo)波動(dòng)大，影響了紙漿的使用品級(jí)。

化學(xué)機(jī)械法制漿生產(chǎn)的直接成本主要來源于3 個(gè)方面:纖維原料、電量和化學(xué)品，其中化學(xué)品主要由漂白化學(xué)品（NaOH、H2O2）和輔助漂白化學(xué)品組成，因此漂白技術(shù)的改進(jìn)將為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)收益。國內(nèi)化機(jī)漿生產(chǎn)所用纖維原料主要為桉木、楊木、馬尾松、杉木等速生樹種，及其小徑材、枝椏材、加工剩余物和進(jìn)口商品木片。由于材性差異大、質(zhì)量兩極分化的商品木片的大量使用，造成了企業(yè)電耗高、化學(xué)品用量大、生產(chǎn)線運(yùn)行狀況不穩(wěn)定的現(xiàn)狀。一些化機(jī)漿廠的漂白單耗遠(yuǎn)高于原設(shè)定目標(biāo)，為企業(yè)運(yùn)行帶來了沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，有很大的改進(jìn)余地。從技術(shù)的實(shí)用性和生產(chǎn)試驗(yàn)結(jié)果來看，提高白度的RT-ATMP磨漿機(jī)漂白、噴放管線漂白、植入OBA 增白的H2O2漂白等漂白技術(shù)可望在國內(nèi)化機(jī)漿線上獲得應(yīng)用[1]。針對(duì)國內(nèi)化機(jī)漿纖維原料的特點(diǎn)，新開發(fā)了雙螺旋擠壓浸漬機(jī)設(shè)備，對(duì)預(yù)處理材性差異大的木材纖維原料具有一定優(yōu)勢，可大幅提高木片的浸漬性及后續(xù)磨漿的平穩(wěn)性[6]，在節(jié)能、節(jié)約化學(xué)品和提高生產(chǎn)線產(chǎn)能等方面均取得了成效，有望大規(guī)模推廣應(yīng)用。

化學(xué)機(jī)械法制漿技術(shù)的發(fā)展需要著力解決以下4個(gè)方面的對(duì)立矛盾關(guān)系:①化學(xué)處理程度與制漿得率?；瘜W(xué)機(jī)械法制漿實(shí)際上是一個(gè)熱能、機(jī)械能和化學(xué)能的綜合作用過程，利用3種能量方式的聯(lián)合作用將木片組織解離成合格漿料。高得率漿得率與浸漬和漂白化學(xué)品用量密切相關(guān)，且與生產(chǎn)過程的污染負(fù)荷密切相關(guān)（見圖4）[16]。控制化學(xué)品用量和添加位置在高得率漿生產(chǎn)中非常重要。合理的添加位置有助于更好地發(fā)揮化學(xué)品的處理效率。一般來說，化學(xué)品的添加位置越靠近生產(chǎn)線的前端，節(jié)能增強(qiáng)效果越明顯，有利于提高化學(xué)品的使用效率[17]；不能為了提高漿料強(qiáng)度和白度等質(zhì)量指標(biāo)過多使用化學(xué)品，特別是NaOH 用量。②磨漿與纖維長度分布。高得率漿的品質(zhì)主要受漿料的纖維長度分布、纖維束含量等纖維形態(tài)指標(biāo)影響。高得率制漿的磨漿過程不可避免造成纖維的切斷和碎片化。如何正確選擇磨漿工藝、配備磨漿設(shè)備并控制磨漿參數(shù)，使?jié){料得纖維長度分布在合理范圍，對(duì)于能否生產(chǎn)出合格紙漿至關(guān)重要。③松厚度和結(jié)合強(qiáng)度。高得率漿的松厚度和以抗張強(qiáng)度表示的結(jié)合強(qiáng)度呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。是否能夠在高松厚度下實(shí)現(xiàn)纖維間良好的結(jié)合強(qiáng)度，是衡量化學(xué)浸漬和磨漿工藝合理性的重要標(biāo)志。④白度和返黃。對(duì)于高得率漿來說，較高白度的漿料其返黃程度也越高。采取更有效的漂白工藝和抑制返黃措施，仍然是未來高得率漿需要研究的重點(diǎn)課題。

圖4 麥草CMP制漿得率與污染負(fù)荷CODCr的關(guān)系

6 結(jié) 語

化學(xué)機(jī)械法制漿代表了未來制漿技術(shù)的重要發(fā)展方向，是當(dāng)今世界快速發(fā)展的新一代清潔制漿技術(shù)。采用溫和的化學(xué)預(yù)處理和高效的磨漿和漂白技術(shù)的現(xiàn)代高得率制漿工藝，實(shí)現(xiàn)了對(duì)原料中纖維素、木質(zhì)素和半纖維素的最大化利用。與傳統(tǒng)化學(xué)法制漿工藝相比，具有如下方面的優(yōu)勢:①因保留了木質(zhì)素，紙漿得率為82%～90%，纖維資源利用率比傳統(tǒng)化學(xué)法制漿高1倍；②制漿過程僅輔助使用綠色化學(xué)品（NaOH和H2O2），其中，NaOH用量僅為3%～5%，為傳統(tǒng)化學(xué)法制漿的1/5～1/8；③制漿、漂白均在高濃狀態(tài)下同時(shí)完成，節(jié)約水資源，噸漿用水可以達(dá)到15 m3以下，是傳統(tǒng)化學(xué)法制漿的1/3；④污染物發(fā)生量小，僅為傳統(tǒng)化學(xué)法制漿的1/5～1/4，經(jīng)二級(jí)生化和深度處理可達(dá)標(biāo)排放，對(duì)周邊水資源環(huán)境影響小；⑤設(shè)備投資省，僅為傳統(tǒng)化學(xué)法制漿的1/8，生產(chǎn)線流程布置緊湊、靈活。與此同時(shí)，如今的高得率漿的強(qiáng)度性能和光學(xué)性能已經(jīng)達(dá)到或接近傳統(tǒng)化學(xué)漿的質(zhì)量水平，同時(shí)還擁有傳統(tǒng)化學(xué)漿無法比擬的松厚度和不透明度，可賦予紙和紙板產(chǎn)量良好的挺度、印刷性能和液體吸收性能，可以替代化學(xué)漿用于低定量涂布紙、超級(jí)壓光紙、輕型紙、液體包裝紙板等各類高檔紙和紙板的生產(chǎn)。

化學(xué)機(jī)械法制漿生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展，BCTMPc和P-RC APMP 兩種工藝路線已出現(xiàn)技術(shù)融合現(xiàn)象。一些原先用于APMP 或P-RC APMP 的專有技術(shù)，如經(jīng)過對(duì)堿性H2O2對(duì)破碎木片的預(yù)處理技術(shù)原理的深入理解，已用于以闊葉木為原料的BCTMP 或BTMP 的技術(shù)改造中，開始強(qiáng)調(diào)擠壓破碎對(duì)化學(xué)浸漬和磨漿的積極作用，從而提高紙漿白度、改善漿料物理性能；而最早用于BCTMP 或BTMP 的纖維細(xì)胞次生壁破碎理論、壓力熱磨理論也在新建的P-RC APMP 生產(chǎn)線上看到其技術(shù)蹤影。隨著工廠新鮮水用量的限制及車間用水封閉循環(huán)程度的提高，原先用于BCTMP 生產(chǎn)線的堿性、中性或酸性Na2SO3化學(xué)浸漬方式將因廢水循環(huán)封閉使用程度的提高及含硫廢水處理難度的增加而受到限制，闊葉木化機(jī)漿生產(chǎn)線將更傾向使用堿性H2O2作為化學(xué)浸漬處理手段。也因?yàn)橥瑯拥脑颍渌嵝詶l件的漂白工藝也將受到一定程度的限制。

隨著廢紙限制進(jìn)口政策的實(shí)施和國民經(jīng)濟(jì)對(duì)包裝紙和紙板產(chǎn)品需求的日益增長，國內(nèi)造紙工業(yè)每年對(duì)替代廢紙的纖維原料需求缺口將達(dá)到2000 多萬t。纖維原料的短缺已影響到造紙企業(yè)可持續(xù)運(yùn)行。非木纖維高得率漿是廢紙的良好替代來源，國內(nèi)多家大型造紙企業(yè)已將其納入企業(yè)原料戰(zhàn)略規(guī)劃，部分項(xiàng)目已在施工建設(shè)中?？梢灶A(yù)見隨著非木纖維化學(xué)機(jī)械法制漿技術(shù)和裝備的不斷完善，我國高得率制漿技術(shù)將步入一個(gè)新的發(fā)展階段。