主要部門和流程

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主要部門和流程

週一,三月28 2011 20:02

紙漿和紙張的纖維來源

紙漿和紙張的基本結構是由氫鍵結合在一起的纖維素纖維氈墊。 纖維素是一種具有 600 至 1,500 個重複糖單元的多醣。 纖維具有高抗拉強度,可吸收用於將紙漿改性成紙和紙板產品的添加劑,並且柔軟、化學穩定且呈白色。 製漿的目的是將纖維素纖維與纖維來源的其他成分分離。 在木材的情況下,這些包括半纖維素(具有 15 到 90 個重複的糖單元)、木質素(高度聚合和復雜,主要是苯丙烷單元;它們充當將纖維粘合在一起的“膠水”)、提取物(脂肪、蠟、醇類、酚類、芳香酸、精油、油樹脂、硬脂醇、生物鹼和色素)以及礦物質和其他無機物。 如表 1 所示,這些成分的相對比例因纖維來源而異。

表 1. 紙漿和紙張纖維來源的化學成分 (%)

 

軟木

硬木

稻草

碳水化合物

         

α-纖維素

38-46

38-49

28-42

26-43

80-85

半纖維素

23-31

20-40

23-38

15-26

nd

木質素

22-34

16-30

12-21

20-32

nd

提取物

1-5

2-8

1-2

0.2-5

nd

礦產及其他
無機物


0.1-7


0.1-11


3-20


1-10


0.8-2

nd = 無可用數據。

針葉樹和落葉樹是紙漿和紙張的主要纖維來源。 次要來源包括小麥、黑麥和大米的秸稈; 甘蔗渣等甘蔗; 竹子、亞麻和大麻的木質莖; 以及種子、樹葉或韌皮纖維,例如棉花、馬尼拉麻和劍麻。 大多數紙漿由原生纖維製成,但再生紙占生產的比例越來越大,從 20 年的 1970% 上升到 33 年的 1991%。88 年,木基生產佔全球紙漿產能的 1994%(176 億噸,圖 1); 因此,以下文章中對紙漿和造紙工藝的描述側重於木材生產。 基本原理也適用於其他纖維。

圖 1. 全球紙漿產能,按紙漿類型分類

PPI020F1

 

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週一,三月28 2011 20:06

木材處理

木材可能以原木的形式或木材廠的木屑形式到達紙漿廠堆木場。 一些紙漿廠運營有現場鋸木廠(通常稱為“木房”),為紙漿廠生產適銷對路的木材和庫存。 本章詳細討論了鋸木加工 木材。 本文討論了紙漿廠運營特有的木材準備要素。

紙漿廠的木材準備區有幾個基本功能:以工廠要求的速度接收和計量供應給製漿過程的木材; 準備木材,使其符合工廠的飼料規格,包括種類、清潔度和尺寸; 收集之前操作拒絕的任何材料並將其送去最終處置。 通過一系列步驟將木材轉化為適合製漿的木片或原木,這些步驟可能包括去皮、鋸切、削片和篩選。

原木被剝皮是因為樹皮含有少量纖維、提取物含量高、顏色深且通常帶有大量砂礫。 可以使用高壓水射流以液壓方式進行去皮,也可以通過相互摩擦原木或使用金屬切削工具以機械方式進行去皮。 沿海地區可使用液壓剝皮機; 然而,產生的廢水難以處理並造成水污染。

去皮的原木可以鋸成較短的長度(1 至 6 米)用於石磨木漿或切碎用於精煉機械或化學製漿方法。 削片機傾向於生產具有相當大尺寸範圍的木片,但製漿需要非常特定尺寸的木片,以確保通過精煉機的恆定流動和在蒸煮器中的均勻蒸煮。 因此,切屑會通過一系列篩網,這些篩網的功能是根據長度或厚度來分離切屑。 尺寸過大的木屑被重新切碎,而尺寸過小的木屑要么用作廢燃料,要么按計量返回木屑流。

特定製漿工藝和木片條件的要求將決定木片儲存的持續時間(圖 1;請注意可用於製漿的不同類型的木片)。 根據纖維供應和工廠需求,工廠將保持 2 至 6 週的未篩選切片庫存,通常在大型室外切片堆中。 木屑可能會因木材成分的自動氧化和水解反應或真菌侵蝕而降解。 為了避免污染,經過篩選的芯片的短期庫存(幾小時到幾天)存儲在芯片筒倉或箱子中。 用於亞硫酸鹽製漿的木屑可能會在室外存放數月,以允許提取物揮發,這可能會導致後續操作出現問題。 牛皮紙廠使用的木片作為商業產品回收松節油和妥爾油,通常直接用於製漿。

圖 1. 帶有前端加載器的芯片存儲區

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喬治·阿斯特拉基納基斯

 

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週一,三月28 2011 20:09

製漿

製漿是木材結構內的鍵被機械或化學破壞的過程。 化學紙漿可以通過鹼性(即硫酸鹽或牛皮紙)或酸性(即亞硫酸鹽)工藝生產。 硫酸鹽法生產的紙漿比例最高,其次是機械法(包括半化學法、熱機械法和機械法)和亞硫酸鹽法(圖 1)。 製漿工藝在產品的產量和質量上有所不同,對於化學方法而言,在使用的化學品和可回收再利用的比例方面也有所不同。

圖 1. 全球紙漿產能,按紙漿類型分類

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機械製漿

機械紙漿是通過在石頭上或金屬板之間研磨木材來生產的,從而將木材分離成單獨的纖維。 剪切作用使纖維素纖維斷裂,因此所得紙漿比化學分離紙漿強度低。 連接纖維素和半纖維素的木質素不溶解; 它只是軟化,使纖維從木質基質中磨出。 得率(原木佔紙漿的比例)通常大於85%。 一些機械製漿方法也使用化學品(即化學機械漿); 它們的產量較低,因為它們去除了更多的非纖維素材料。

在石磨木漿 (SGW) 中,這是最古老且歷史上最常見的機械方法,通過將短原木壓在旋轉的研磨圓筒上來去除纖維。 在精磨機機械製漿(RMP,圖 2)中,它在 1960 年代成為商業可行後得到普及,木屑或鋸末通過圓盤磨漿機的中心進料,在那裡它們被切碎成更細的碎片,同時被推出逐漸變窄的條和槽。 (在圖 2 中,磨漿機封閉在圖片的中間,它們的大型電機在左側。木屑通過大直徑管道供應,紙漿從較小的管道排出。)RMP 的一種改進是熱機械製漿(TMP ),其中木片在精煉前和精煉過程中通常在壓力下進行蒸煮。

圖 2. 磨漿機機械製漿

PPI040F1

加福圖書館

最早生產化學機械紙漿的方法之一是將原木在化學製漿液中煮沸之前進行預蒸,然後在石磨機中研磨以生產“化學磨木漿”紙漿。 現代化學機械製漿在精煉之前、期間或之後使用經過化學處理(例如,亞硫酸氫鈉、氫氧化鈉)的圓盤精煉機。 以這種方式生產的紙漿被稱為化學機械紙漿 (CMP) 或化學熱機械紙漿 (CTMP),這取決於精煉是在常壓下還是在高壓下進行。 許多組織已經開發了 CTMP 的特殊變體並獲得了專利。

化學製漿和回收

化學紙漿是通過化學溶解木纖維之間的木質素而生產的,從而使纖維能夠相對完好地分離。 因為大部分非纖維木材成分在這些過程中被去除,所以產量通常在 40% 到 55% 的數量級。

在化學製漿中,水溶液中的碎片和化學品在壓力容器(蒸煮器,圖 3)中一起蒸煮,可以分批或連續操作。 在分批蒸煮中,蒸煮器通過頂部開口裝滿木片,加入蒸煮化學品,然後在高溫高壓下蒸煮內容物。 蒸煮完成後,釋放壓力,將脫木素紙漿“吹”出蒸煮器並進入儲罐。 然後重複該序列。 在連續蒸煮中,預蒸的木片以連續的速度送入蒸煮器。 木片和化學品在蒸煮器頂部的浸漬區混合在一起,然後通過上部蒸煮區、下部蒸煮區和洗滌區,然後被吹入排放罐。

圖 3. 連續硫酸鹽蒸煮器,正在建設中的切屑輸送機

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加福圖書館

在當今大多數化學製漿操作中回收消化化學品。 主要目標是從用過的蒸煮液中回收和重組消化化學品,並通過燃燒木材中溶解的有機物質來回收熱能。 由此產生的蒸汽和電力可以滿足工廠的部分(如果不是全部)能源需求。

硫酸鹽製漿和回收

硫酸鹽工藝生產的紙漿比其他方法強度更高、顏色更深,並且需要化學回收才能在經濟上競爭。 該方法從蘇打製漿(僅使用氫氧化鈉進行消化)演變而來,並隨著二氧化氯漂白和化學回收工藝的發展,從 1930 年代到 1950 年代開始在行業中受到重視,這些工藝還為工廠生產蒸汽和動力。 耐腐蝕金屬(如不銹鋼)的發展也起到了一定的作用,以應對酸性和鹼性紙漿廠環境。

蒸煮混合物(白液)是氫氧化鈉(NaOH,“苛性鹼”)和硫化鈉(Na2S). 現代硫酸鹽法製漿通常在通常襯有不銹鋼的連續蒸煮器中進行(圖 3)。 將蒸煮器的溫度緩慢升高至約 170°C 並在該水平保持約 3​​ 至 4 小時。 紙漿(因其顏色而稱為粗漿)經過篩分以去除未煮過的木材,洗滌以去除用過的蒸煮混合物(現在是黑液),然後被送到漂白廠或紙漿機房。 未煮過的木材要么返回蒸煮器,要么送往動力鍋爐進行燃燒。

從蒸煮器和粗漿清洗機收集的黑液含有溶解的有機物質,其確切的化學成分取決於製漿的木材種類和蒸煮條件。 液體在蒸發器中濃縮,直到含水量低於 40%,然後噴入回收鍋爐。 有機成分作為燃料被消耗,產生的熱量在爐子的上部以高溫蒸汽的形式回收。 未燃燒的無機成分以熔化的熔體形式聚集在鍋爐底部。 熔煉物從熔爐中流出並溶解在弱鹼溶液中,產生主要含有溶解鈉的“綠液”2S和碳酸鈉(Na2CO3). 這種液體被泵送到苛化廠,在那裡澄清,然後與熟石灰反應
(鈣(OH)2), 形成 NaOH 和碳酸鈣 (CaCO3). 將白液過濾並儲存以備後用。 碳酸鈣3 被送到石灰窯,在那裡被加熱以再生石灰(CaO)。

 

亞硫酸鹽製漿和回收

從 1800 年代後期到 1900 年代中期,亞硫酸鹽製漿主導了該行業,但這個時代使用的方法受到可以製漿的木材類型以及將未經處理的廢蒸煮液排放到水道中所造成的污染的限制。 較新的方法已經克服了其中的許多問題,但亞硫酸鹽製漿現在只佔紙漿市場的一小部分。 儘管亞硫酸鹽製漿通常使用酸消化,但中性和鹼性變化均存在。

亞硫酸蒸煮液(H2SO3) 和亞硫酸氫根離子 (HSO3 - ) 現場準備。 元素硫燃燒生成二氧化硫(SO2),向上通過吸收塔,吸收塔含有水和四種鹼性鹼(CaCO3, 原始亞硫酸鹽鹼, Na2CO3, 氫氧化鎂 (Mg(OH)2) 或氫氧化銨 (NH4OH))產生酸和離子並控制它們的比例。 亞硫酸鹽製漿通常在磚襯間歇式蒸煮器中進行。 為避免不必要的反應,將蒸煮器緩慢加熱至 130 至 140°C 的最高溫度,並將木片長時間蒸煮(6 至 8 小時)。 隨著消化池壓力的增加,氣態二氧化硫 (SO2) 被排出並與原始烹飪酸重新混合。 當還剩下大約 1 到 1.5 小時的烹飪時間時,停止加熱並通過排出氣體和蒸汽來降低壓力。 紙漿被吹入儲罐,然後清洗和篩選。

用過的消化混合物,稱為紅液,可用於除亞硫酸氫鈣基操作之外的所有操作的熱量和化學回收。 對於氨基亞硫酸鹽製漿,首先汽提稀紅液以去除殘留的 SO2,然後集中燃燒。 含SO的煙氣2 冷卻並通過吸收塔,新鮮的氨與吸收塔結合以再生蒸煮液。 最後,將液體過濾,用新鮮的 SO 強化2 並存儲。 氨無法回收,因為它在回收鍋爐中轉化為氮氣和水。

在鎂基亞硫酸鹽製漿中,燃燒濃縮製漿液會生成氧化鎂 (MgO) 和 SO2, 很容易恢復。 在此過程中不產生熔煉; 而是從煙氣中收集 MgO 並用水消解以生產氫氧化鎂 (Mg(OH)2). 所以2 冷卻並與 Mg(OH)2 在吸收塔中重組蒸煮液。 亞硫酸氫鎂 (Mg(HSO3)2) 然後用新鮮的 SO 強化2 並存儲。 可以回收 80% 到 90% 的烹飪化學品。

鈉基亞硫酸鹽蒸煮液的回收比較複雜。 濃縮廢液焚燒,約50%的硫轉化為SO2. 剩餘的鈉和硫作為 Na 的熔體收集在回收鍋爐的底部2硫和鈉2CO3. 熔煉物溶解產生綠液,綠液轉化為亞硫酸氫鈉(NaHSO3) 分幾個步驟。 硫酸鈉3 被強化和存儲。 再生過程產生減少的含硫氣體,特別是硫化氫(H2S)。

 

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週一,三月28 2011 20:13

漂白是一種多階段工藝,可提煉和提亮原紙漿。 目的是溶解(化學紙漿)或改性(機械紙漿)製漿過程中未去除的棕色木質素,同時保持紙漿纖維的完整性。 工廠通過改變漂白劑的順序、濃度和反應時間來生產定製紙漿。

每個漂白階段由其漂白劑、pH(酸度)、溫度和持續時間定義(表 1)。 在每個漂白階段之後,可以用苛性鹼洗滌紙漿,以在進入下一階段之前去除用過的漂白化學品和溶解的木質素。 在最後階段之後,紙漿被泵送通過一系列篩網和清潔器,以去除任何污染物,如污垢或塑料。 然後將其濃縮並輸送到倉庫。

表 1. 漂白劑及其使用條件

 

符號

濃度
代理人(%)

pH

一致性*
(%)

溫度
(°C)

時間(小時)

氯(Cl2)

C

2.5-8

2

3

20-60

0.5-1.5

氫氧化鈉 (NaOH)

E

1.5-4.2

11

10-12

<80

1-2

二氧化氯(ClO2)

D

~1

0-6

10-12

60-75

2-5

次氯酸鈉 (NaOCl)

H

1-2

9-11

10-12

30-50

0.5-3

氧氣(O.2)

O

1.2-1.9

7-8

25-33

90-130

0.3-1

過氧化氫(H2O2)

P

0.25

10

12

35-80

4

臭氧(O3)

Z

0.5-3.5

2-3

35-55

20-40

<0.1

酸洗(SO2)

A

4-6

1.8-5

1.5

30-50

0.25

連二亞硫酸鈉(NaS2O4)

Y

1-2

5.5-8

4-8

60-65

1-2

* 纖維在水溶液中的濃度。

從歷史上看,用於生產商品級漂白牛皮紙漿的最常見漂白順序是基於五階段 CEDED 工藝(符號定義見表 1)。 漂白的前兩個階段完成了脫木素過程,被認為是製漿的延伸。 由於對紙漿廠廢水中氯化有機物的環境問題,許多工廠用二氧化氯(ClO2) 對於一部分氯 (Cl2) 用於第一漂白階段 (CDEDED)並使用氧氣(O2) 第一次鹼提取過程中的預處理 (CDEODED)。 歐洲和北美目前的趨勢是用二氧化氯完全替代2 (例如,DEDED)或同時消除 Cl2 和二氧化氯2. 其中二氧化氯2 使用二氧化硫 (SO2) 在最後的洗滌階段作為“抗氯劑”添加以阻止 ClO2 反應和控制pH值。 新開發的無氯漂白程序(例如,OAZQP、OQPZP,其中 Q = 螯合)使用酶、O2, 臭氧 (O3), 過氧化氫 (H2O2)、過酸和螯合劑,例如乙二胺四乙酸 (EDTA)。 到 1993 年,全球有八家工廠採用了完全無氯漂白。由於這些較新的方法省去了酸性漂白步驟,因此酸洗是牛皮紙漂白初始階段的必要補充,以去除與纖維素結合的金屬。

亞硫酸鹽紙漿通常比硫酸鹽紙漿更容易漂白,因為它們的木質素含量較低。 短漂白工序(例如,CEH、DCEHD、P、HP、EPOP)可用於大多數紙張等級。 對於用於生產人造絲、玻璃紙等的溶解級亞硫酸鹽紙漿,半纖維素和木質素都被去除,需要更複雜的漂白順序(例如,C1C2ECDA)。 最後的酸洗既用於金屬控制,也用於抗氯目的。 溶解級亞硫酸鹽紙漿的廢水負荷要大得多,因為消耗瞭如此多的原木(典型產率為 50%)並且使用了更多的水。

術語 增亮 用於描述機械紙漿和其他高得率紙漿的漂白,因為它們是通過破壞髮色基團而不溶解木質素來漂白的。 增白劑包括 H2O2 和/或連二亞硫酸鈉 (NaS2O4). 歷史上,連二亞硫酸鋅 (ZnS2O4) 被普遍使用,但由於其在流出物中的毒性而被大量淘汰。 在漂白之前添加螯合劑以中和任何金屬離子,從而防止有色鹽的形成或 H 的分解2O2. 機械紙漿漂白的有效性取決於木材的種類。 木質素和提取物含量低的硬木(例如楊木和棉白楊)和軟木(例如雲杉和香脂)可以漂白到比樹脂含量更高的松樹和雪松更高的亮度水平。

 

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週一,三月28 2011 20:15

再生紙業務

在過去的幾十年裡,廢紙或再生紙作為紙漿生產原料的使用有所增加,一些造紙廠幾乎完全依賴廢紙。 在一些國家/地區,廢紙在收集之前在源頭與其他生活垃圾分開。 在其他國家/地區,按等級(例如,瓦楞紙板、新聞紙、高級紙、混合紙)的分離在專門的回收廠進行。

再生紙可以在相對溫和的過程中再製漿,該過程使用水,有時使用 NaOH。 在再製漿期間和/或之後,可以使用碎片繩、旋風分離器或離心分離小金屬片和塑料。 填充劑、膠水和樹脂在清潔階段通過將空氣吹過紙漿來去除,有時還添加絮凝劑。 泡沫包含不需要的化學物質並被去除。 紙漿可以使用一系列洗滌步驟脫墨,這些步驟可能包括也可能不包括使用化學品(即,表面活性劑脂肪酸衍生物)來溶解殘留的雜質,以及使用漂白劑來增白紙漿。 漂白的缺點是它可能會減少纖維長度,從而降低最終紙張的質量。 再生紙漿生產中使用的漂白化學品通常類似於機械紙漿增白操作中使用的化學品。 在再製漿和脫墨操作之後,紙張生產以與使用原生纖維紙漿非常相似的方式進行。

 

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製漿造紙廠的最終產品取決於製漿過程,可能包括商品紙漿和各種類型的紙或紙板產品。 例如,將相對較弱的機械紙漿轉化為報紙和紙巾等一次性產品。 牛皮紙漿被轉化為多用途紙製品,如優質書寫紙、書籍和購物袋。 亞硫酸鹽紙漿主要是纖維素,可用於一系列不同的最終產品,包括特種紙、人造絲、攝影膠片、TNT、塑料、粘合劑,甚至冰淇淋和蛋糕混合物。 化學機械紙漿非常堅硬,非常適合瓦楞紙板所需的結構支撐。 再生紙紙漿中的纖維通常較短、柔韌性差、透水性差,因此不能用於優質紙製品。 因此,再造紙主要用於生產軟紙產品,如面巾紙、衛生紙、擦手紙和餐巾紙。

為生產商品紙漿,紙漿漿料通常要經過一次篩分並調整其稠度(4 至 10%),然後才能進入製漿機。 然後將紙漿鋪展到製漿機“濕端”的移動金屬篩網或塑料網(稱為“金屬絲網”)上,操作員在此處監控移動金屬絲網的速度和紙漿的含水量(圖 1;壓力機和乾燥器的蓋子可以在左上角看到;在現代工廠中,操作員在控制室花費大量時間)。 水和濾液從金屬絲中抽出,留下纖維網。 漿板通過一系列旋轉輥(“壓力機”),擠出水和空氣,直到纖維濃度達到 40% 至 45%。 然後將紙張漂浮通過多層序列的熱風乾燥機,直到稠度達到 90% 至 95%。 最後,連續漿板被切割成塊並堆疊成捆。 紙漿包被壓縮、纏繞和包裝成捆以便儲存和運輸。

圖 1. 紙漿機的濕端顯示線上的纖維氈。

PPI070F1

加福圖書館

儘管在原理上類似於製造紙漿板,但造紙要復雜得多。 一些工廠使用各種不同的紙漿來優化紙張質量(例如,混合硬木、軟木、牛皮紙、亞硫酸鹽、機械或再生紙漿)。 根據所用紙漿的類型,在形成紙張之前需要一系列步驟。 通常,將乾燥的商品紙漿再水化,而將儲存的高濃紙漿稀釋。 可以對紙漿纖維進行打漿以增加纖維粘合面積,從而提高紙張強度。 然後將紙漿與“濕部”添加劑(表 1)混合,並通過最後一組篩網和清潔器。 然後紙漿準備好用於造紙機。

表 1. 造紙助劑

添加劑

申請地點

特定代理的目的和/或示例

最常用的添加劑

滑石

濕部

變槳控制(防止沉積和堆積
音調)
填料(使更亮、更光滑、更不透明)

二氧化鈦

濕部

顏料(增亮紙張,改善印刷)
填料(使更亮、更光滑、更不透明)

“明礬”(鋁2(SO4)3)

濕部

將鬆香漿料沉澱到纖維上
助留劑(將添加劑固定在纖維上,改善紙漿
纖維保留)

松香

濕部

內部施膠(抗液體滲透)

粘土(高嶺土)

乾濕

填料(使更亮、更光滑、更不透明)
顏料或表面塗層(賦予顏色)

澱粉

乾濕

表面施膠(抗液體滲透)
幹強劑(增加強度,降低
表面絨毛)
助留劑(將添加劑結合到紙張上,提高
紙漿纖維保留)

染料和
顏料

乾濕

例如,酸性、鹼性或直接染料,色澱,
碳酸鈣3, 也可能包括溶劑載體

膠乳

幹部

粘合劑(增強板,將添加劑粘合到紙上,
填充毛孔)
防水(抵抗液體滲透)

其他添加劑

殺黏菌劑

濕部

例如,硫酮、噻唑、硫氰酸鹽、硫代氨基甲酸鹽、硫醇、異噻唑啉酮,
甲醛、戊二醛、乙二醇、萘酚、
氯代和溴代有機物,有機物
汞化合物

消泡劑

濕部

例如,松油、燃料油、再生油、矽酮、酒精

線材處理
代理

濕部

例如,咪唑、丁基二甘醇、丙酮、松節油、
磷酸

濕和乾
強度添加劑

濕部

例如,甲醛樹脂、環氧氯丙烷、乙二醛、
樹膠、多胺、酚醛樹脂、
聚丙烯酰胺、聚酰胺、纖維素衍生物

塗料,
粘合劑和
增塑劑

幹部

例如,氫氧化鋁、聚醋酸乙烯酯、
丙烯酸樹脂、亞麻籽油、樹膠、蛋白膠、蠟
乳劑、疊沸石、乙二醛、硬脂酸鹽、溶劑、
聚乙烯、纖維素衍生物、箔、橡膠
衍生物,多胺,聚酯,
丁二烯-苯乙烯聚合物

其他

乾濕

腐蝕抑製劑,分散劑,防火,
防銹劑、助濾劑、抗絮凝劑、pH
控製劑、防腐劑

 

分流器和流漿箱將精製紙漿的稀薄懸浮液(1 至 3%)分配到移動的網上(類似於製漿機,只是速度要快得多,有時超過 55 公里/小時),將纖維形成為薄氈布紙張通過一系列壓榨輥移動到干燥部,在那裡一系列蒸汽加熱輥蒸發掉大部分剩餘的水。 纖維之間的氫鍵在這個階段已經完全發展。 最後,將紙張壓光並捲取。 壓光是將紙張表面熨燙光滑,厚度減薄的過程。 乾燥的壓光紙捲繞在捲軸上,貼上標籤並運輸到倉庫(圖 2;注意捲軸下的廢紙和未封閉的操作員控制面板)。 “幹部”添加劑可以在造紙機壓光之前添加,也可以在工業轉換部門的單獨“機外”塗佈操作中添加。

圖 2. 造紙機的干端顯示滿紙捲和操作員使用空氣分切機切割端部。

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喬治·阿斯特拉基納基斯

造紙過程中使用了多種化學品,使紙張具有特定的表面特性和紙張特性。 最常用的添加劑(表 1)通常以百分比水平使用,但粘土和滑石粉等某些添加劑可能佔某些紙張乾重的 40%。 表1還指出了可用於特定生產用途和產品的化學添加劑的多樣性; 其中一些以非常低的濃度使用(例如,殺粘菌劑以百萬分之幾的比例添加到工藝用水中)。

製造紙板的過程類似於製造紙張或紙漿的過程。 將紙漿和水的懸浮液分散到行進的網上,除去水,將紙乾燥並作為卷儲存。 該過程的不同之處在於片材形成厚度的方式、多層的組合以及乾燥過程。 板可以由帶芯或不帶芯的單層或多層板製成。 紙張通常是優質牛皮紙漿(或牛皮紙和 CTMP 混合物),而芯材則由半化學和低成本回收紙漿的混合物或完全回收紙漿和其他廢料製成。 根據最終用途添加塗層、蒸汽屏障和多層,以保護內容物免受水和物理損壞。

 

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週一,三月28 2011 20:18

發電和水處理

除了液體回收外,紙漿廠還通過燃燒廢料和動力鍋爐過程中的副產品來回收很大一部分能量。 從污水處理系統收集的樹皮、木材廢料和乾污泥等材料可以燃燒,為發電機提供蒸汽。

紙漿和造紙廠消耗大量的淡水。 每天 1,000 噸的漂白牛皮紙漿廠每天可能使用超過 150 億升水; 造紙廠更是如此。 為了防止對工廠設備產生不利影響並保持產品質量,必須對進水進行處理以去除污染物、細菌和礦物質。 根據進水水質,採用多種處理方法。 沉澱床、過濾器、絮凝劑、氯和離子交換樹脂都用於在工藝使用前對水進行處理。 動力和回收鍋爐中使用的水經過氧清除劑和腐蝕抑製劑(如肼和嗎啉)進一步處理,以避免在鍋爐管中形成沉積物,減少金屬腐蝕,並防止水帶入汽輪機.

 

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週一,三月28 2011 20:19

化學品和副產品生產

由於許多漂白化學品具有反應性和運輸危險性,因此它們是在現場或附近生產的。 二氧化氯(ClO2)、次氯酸鈉 (NaOCl) 和過酸總是在現場生產,而氯 (Cl2) 和氫氧化鈉或苛性鈉 (NaOH) 通常在場外生產。 妥爾油是一種衍生自硫酸鹽蒸煮過程中提取的樹脂和脂肪酸的產品,可以在現場或場外精煉。 松節油是一種較輕的牛皮紙副產品,通常在現場收集和濃縮,然後在別處精煉。

二氧化氯

二氧化氯(ClO2) 是一種高度活潑的黃綠色氣體。 具有毒性和腐蝕性,在高濃度 (10%) 時會爆炸並迅速還原為 Cl2 和O.2 在有紫外線的情況下。 它必須以稀氣體的形式製備並以稀液體的形式儲存,無法進行散裝運輸。

CLO2 是通過還原氯酸鈉(Na2CLO3) 與任一 SO2、甲醇、鹽或鹽酸。 離開反應器的氣體被冷凝並作為 10% 的液體溶液儲存。 現代二氧化氯2 發電機以 95% 或更高的效率運行,少量的 Cl2 所產生的將被收集或從排放氣體中清除。 根據進料化學品的純度、溫度和其他工藝變量,可能會發生副反應。 副產品被返回到流程中,用過的化學品被中和並排入下水道。

次氯酸鈉

次氯酸鈉 (NaOCl) 是通過將 Cl2 用 NaOH 的稀溶液。 這是一個簡單的自動化過程,幾乎不需要任何干預。 該過程通過維持鹼濃度來控制,使得殘留的 Cl2 在過程容器中被最小化。

氯氣和苛性鹼

氯(Cl2),自 1800 年代初以來一直用作漂白劑,是一種高活性、有毒的綠色氣體,當存在水分時會變得具有腐蝕性。 氯氣通常通過將鹽水 (NaCl) 電解成 ClXNUMX 來製造2 和 NaOH 在區域設施中,並作為純液體輸送給客戶。 三種方法用於生產Cl2 在工業規模上:汞電池、隔膜電池和最近的發展,膜電池。 氯2 總是在陽極產生。 然後將其冷卻、純化、乾燥、液化並運送到工廠。 在大型或偏遠的紙漿廠,可以建造當地設施,並且 Cl2 可以作為氣體運輸。

NaOH 的質量取決於使用三種工藝中的哪一種。 在較舊的汞電池方法中,鈉和汞結合形成汞齊,用水分解。 生成的 NaOH 幾乎是純的。 該工藝的缺點之一是汞會污染工作場所並導致嚴重的環境問題。 隔膜池產生的 NaOH 與廢鹽水一起去除並濃縮,使鹽結晶並分離。 石棉用作隔膜。 最純的 NaOH 是在膜電池中生產的。 基於樹脂的半透膜允許鈉離子在沒有鹽水或氯離子的情況下通過,並與添加到陰極室的水結合形成純 NaOH。 氫氣是每個過程的副產品。 它通常在其他過程中或作為燃料進行處理和使用。

妥爾油生產

高樹脂樹種(如松樹)的牛皮紙製漿生產樹脂和脂肪酸的鈉皂。 肥皂是從位於化學回收過程的蒸發器列中的黑液儲罐和肥皂撇渣罐中收集的。 精製皂或妥爾油可用作燃料添加劑、防塵劑、道路穩定劑、路面粘合劑和屋面助熔劑。

在加工廠,肥皂儲存在初級罐中,以使黑液沉降到底部。 肥皂上升並溢出到第二個儲罐中。 將硫酸和倒出的肥皂送入反應器,加熱至 100°C,攪拌,然後靜置。 沉降過夜後,粗妥爾油被傾析到儲存容器中並再放置一天。 頂部餾分被認為是乾粗妥爾油,並被泵送至儲存處,準備裝運。 底部餾分中的熟木質素將成為後續批次的一部分。 用過的硫酸被泵送到儲罐,任何夾帶的木質素都可以沉到底部。 留在反應器中的木質素被濃縮用於幾個廚師,溶解在 20% 的苛性鹼中並返回到主皂罐。 定期將收集的黑液和來自所有來源的殘留木質素濃縮並作為燃料燃燒。

松節油回收

來自蒸煮器的氣體和來自黑液蒸發器的冷凝物可以被收集用於松節油的回收。 氣體被冷凝、合併,然後汽提松節油,松節油被重新冷凝、收集並送到傾析器。 傾析器的頂部餾分被抽出並送去儲存,而底部餾分被回收到汽提塔。 生松節油與收集系統的其餘部分分開存放,因為它有毒且易燃,通常在場外加工。 所有不凝性氣體都被收集並在動力鍋爐、石灰窯或專用爐中焚燒。 松節油可加工用於樟腦、合成樹脂、溶劑、浮選劑和殺蟲劑。

 

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週一,三月28 2011 20:20

職業危害和控制

表 1 概述了紙漿和造紙運營的每個領域可能發生的風險類型。 儘管暴露可能被列為特定於某些生產過程,但根據天氣條件、與暴露源的接近程度以及他們是否在多個過程區域工作(例如,質量控制、一般勞工),來自其他地區的員工也可能發生暴露池和維護人員)。

表 1. 紙漿和造紙生產中潛在的健康和安全危害,按工藝區域分類

工藝區

安全隱患

物理危害

化學危害

生物危害

木材準備

       

原木池

溺水; 移動設備;
滑倒,墜落

噪音; 振動; 寒冷的; 熱

發動機排氣

 

木房

夾點; 滑倒,墜落

噪音; 振動

萜烯和其他木材提取物; 木屑

細菌; 菌類

芯片篩選

夾點; 滑倒,墜落

噪音; 振動

萜烯和其他木材提取物; 木屑

細菌; 菌類

芯片碼

夾點; 移動設備

噪音; 振動; 寒冷的; 熱

發動機排氣; 萜烯和其他木材提取物; 木屑

細菌; 菌類

製漿

       

石磨木
製漿

滑倒,墜落

噪音; 電場和磁場; 高濕度

   

RMP、CMP、CTMP

滑倒,墜落

噪音; 電場和磁場; 高濕度

烹飪化學品和副產品; 萜烯和其他木材提取物; 木屑

 

硫酸鹽製漿

滑倒,墜落

噪音; 高濕度; 熱

酸和鹼; 烹飪化學品和副產品; 減少含硫氣體; 萜類
和其他木材提取物; 木屑

 

硫酸鹽回收

爆炸; 夾點; 滑倒,
落下

噪音; 熱; 蒸汽

酸和鹼; 石棉; 灰; 烹飪化學品和副產品; 燃料; 減少
含硫氣體; 二氧化硫

 

亞硫酸鹽製漿

滑倒,墜落

噪音; 高濕度; 熱

酸和鹼; 烹飪化學品和副產品; 二氧化硫; 萜烯和其他木材提取物; 木屑

 

亞硫酸鹽回收

爆炸; 夾點; 滑倒,
落下

噪音; 熱; 蒸汽

酸和鹼; 石棉; 灰; 烹飪化學品和副產品; 燃料; 二氧化硫

 

再製漿/脫墨

滑倒,墜落

 

酸和鹼; 漂白化學品和副產品; 染料和油墨; 紙漿/紙屑; 殺粘菌劑; 溶劑

滑倒,墜落

噪音; 高濕度; 熱

漂白化學品和副產品; 殺粘菌劑; 萜烯和其他木材提取物

 

片材成型和
轉換

       

製漿機

夾點; 滑倒,墜落

噪音; 振動; 高的
濕度; 熱; 蒸汽

酸和鹼; 漂白化學品和副產品; 絮凝劑; 紙漿/紙屑; 殺粘菌劑; 溶劑

造紙機

夾點; 滑倒,墜落

噪音; 振動; 高的
濕度; 熱; 蒸汽

酸和鹼; 漂白化學品和副產品; 染料和油墨; 絮凝劑; 紙漿/紙
灰塵; 造紙助劑; 殺粘菌劑; 溶劑

結束

夾點; 移動設備

Noise

酸和鹼; 染料和油墨; 絮凝劑;
紙漿/紙屑; 造紙助劑; 殺粘菌劑; 溶劑

 

倉庫

移動設備

 

燃料; 發動機排氣; 紙漿/紙屑

 

其他作業

       

發電

夾點; 滑倒,墜落

噪音; 振動; 電動和
磁場; 熱; 蒸汽

石棉; 灰; 燃料; 萜烯和其他木材提取物; 木屑

細菌; 菌類

水處理

溺死

 

漂白化學品和副產品

廢水處理

溺死

 

漂白化學品和副產品; 絮凝劑; 減少含硫氣體

二氧化氯

爆炸; 滑倒,墜落

 

漂白化學品和副產品

松節油回收

滑倒,墜落

 

烹飪化學品和副產品; 減少含硫氣體; 萜烯和其他木材提取物

 

妥爾油產量

   

酸和鹼; 烹飪化學品和副產品; 減少含硫氣體; 萜烯和其他木材提取物

 

RMP = 精煉機械製漿; CMP = 化學機械製漿; CTMP = 化學熱機械製漿。

 

暴露於表 1 中列出的潛在危險可能取決於工廠的自動化程度。 從歷史上看,工業紙漿和造紙生產是一個半自動過程,需要大量人工干預。 在此類設施中,操作員將坐在與流程相鄰的開放式面板旁,以查看其操作的效果。 分批式蒸煮器頂部和底部的閥門將手動打開,在填充階段,蒸煮器中的氣體將被進入的木屑所取代(圖 1)。 化學品水平將根據經驗而不是取樣進行調整,過程調整將取決於操作員的技能和知識,這有時會導致混亂。 例如,紙漿的過度氯化會使下游工人接觸到更高濃度的漂白劑。 在大多數現代工廠中,從手動控製到電子控制泵和閥門的進步允許遠程操作。 對窄公差範圍內的過程控制的需求需要計算機和復雜的工程策略。 獨立的控制室用於將電子設備與紙漿和造紙生產環境隔離開來。 因此,操作員通常在裝有空調的控制室工作,這些控制室可以避免工廠運營固有的噪音、振動、溫度、濕度和化學暴露。 其他改善工作環境的控制措施如下所述。

圖 1. 工人打開手動控制的間歇式蒸煮器的蓋子。

PPI100F1

MacMillan Bloedel 檔案

安全隱患,包括夾點、潮濕的行走表面、移動設備和高度,在整個紙漿和造紙運營過程中都很常見。 移動傳送帶和機械部件周圍的防護裝置、快速清理溢出物、允許排水的行走表面以及靠近生產線或高處的人行道上的護欄都是必不可少的。 必須遵循鎖定程序來維護切屑輸送機、造紙機輥和所有其他帶有活動部件的機械。 用於芯片存儲、碼頭和裝運區、倉儲等作業的移動設備應具有翻車保護、良好的能見度和喇叭; 車輛和行人的車道應有明確的標誌和標誌。

噪音和熱量也是無處不在的危害。 如上所述,主要的工程控制是操作員圍欄,通常用於木材製備、製漿、漂白和紙張成形區域。 還提供用於木屑堆和其他堆場作業的移動設備的封閉式空調駕駛室。 在這些外殼之外,工人通常需要聽力保護。 在高溫工藝或室外區域工作以及容器維護操作要求工人接受識別熱應激症狀的培訓; 在這些地區,工作安排應允許適應環境和休息時間。 寒冷的天氣可能會在戶外工作中造成凍傷的危險,以及木屑堆附近的霧氣條件,這些條件仍然很熱。

木材、其提取物和相關微生物是木材製備操作和製漿初始階段特有的。 暴露控制將取決於特定的操作,可能包括操作室、鋸和傳送帶的封閉和通風,以及封閉的切屑存儲和低切屑庫存。 使用壓縮空氣清除木屑會造成高暴露,應避免使用。

化學製漿操作提供了接觸消化化學品以及蒸煮過程的氣態副產品的機會,包括還原(牛皮紙製漿)和氧化(亞硫酸鹽製漿)的硫化合物和揮發性有機物。 氣體的形成可能會受到許多操作條件的影響:使用的木材種類; 木漿的數量; 所用白液的量和濃度; 製漿所需的時間; 和達到的最高溫度。 除了自動蒸煮器封蓋閥和操作員控制室外,這些區域的其他控制裝置還包括分批蒸煮器和放空罐的局部排氣通風,能夠按照容器氣體的釋放速率進行通風; 回收鍋爐和亞硫酸鹽-SO 中的負壓2 防止氣體洩漏的酸塔; 消化後清洗器上方通風的全部或部分外殼; 連續氣體監測器,在可能發生洩漏的地方發出警報; 應急響應計劃和培訓。 採集樣品和進行測試的操作員應意識到過程和廢物流中酸和鹼暴露的可能性,以及副反應的可能性,例如硫化氫氣體(H2S) 如果來自硫酸鹽法製漿的黑液與酸接觸(例如,在下水道中),則生產。

在化學品回收區,酸性和鹼性工藝化學品及其副產品的溫度可能超過 800°C。 工作職責可能要求工人直接接觸這些化學品,因此必須穿厚重的衣服。 例如,工人們用耙子清掃收集在鍋爐底部的飛濺熔化物,因此有化學灼傷和熱灼傷的風險。 當向濃縮黑液中添加硫酸鈉時,工人可能會接觸到粉塵,任何洩漏或開口都會釋放出有毒(並可能致命)的還原硫氣體。 回收鍋爐周圍始終存在熔化水爆炸的可能性。 鍋爐管壁漏水導致了幾次致命的爆炸。 回收鍋爐應在任何洩漏跡象時關閉,並應實施特殊程序來轉移熔煉物。 石灰和其他腐蝕性物質的裝載應使用封閉和通風的傳送帶、升降機和儲料箱。

在漂白廠,現場操作員可能會接觸到漂白劑以及氯化有機物和其他副產品。 漂白化學強度、木質素含量、溫度和紙漿稠度等工藝變量不斷受到監控,操作員收集樣品並進行實驗室測試。 由於使用的許多漂白劑存在危害,因此應配備持續的警報監控器,應向所有員工發放逃生呼吸器,並對操作員進行應急響應程序培訓。 帶有專用排氣通風裝置的頂棚是標準的工程控制裝置,位於每個漂白塔和洗滌階段的頂部。

紙漿廠或造紙廠機房中的化學品暴露包括漂白廠殘留的化學品、造紙添加劑和廢水中的化學混合物。 移動設備產生的粉塵(纖維素、填料、塗料)和廢氣存在於乾部和精加工工序中。 產品運行之間的清潔可以使用溶劑、酸和鹼來完成。 該區域的控制可能包括對紙張乾燥器的完全封閉; 卸料、稱重和混合添加劑區域的通風圍場; 使用液體而非粉末形式的添加劑; 使用水性而非溶劑型油墨和染料; 並且不再使用壓縮空氣來清理修整過的紙張和廢紙。

與使用新生產的紙漿的傳統造紙相比,再生紙廠的紙張生產通常塵土飛揚。 從生產鏈的開始(紙張收集和分離)到結束(紙張生產)可能會接觸到微生物,但與傳統紙張生產相比,接觸化學品的重要性要小得多。

紙漿和造紙廠僱用了一個廣泛的維護團隊來為其工藝設備提供服務,其中包括木匠、電工、儀表機械師、絕緣子、機械師、泥瓦匠、機械師、磨坊技工、油漆工、管道裝配工、製冷技工、錫匠和焊工。 連同他們特定於交易的風險敞口(見 金屬加工 金屬加工 和 職業 章),這些商人可能會接觸到任何與過程相關的危險。 隨著工廠操作變得更加自動化和封閉,維護、清潔和質量保證操作已成為最容易暴露的部分。 為清潔容器和機器而關閉的工廠尤其值得關注。 根據工廠組織的不同,這些操作可能由內部維護或生產人員執行,儘管分包給可能較少職業健康和安全支持服務的非工廠人員是很常見的。

除了過程暴露外,紙漿和造紙廠的運營還需要維護人員進行一些值得注意的暴露。 由於製漿、回收和鍋爐操作涉及高溫,石棉被廣泛用於管道和容器的絕緣。 不銹鋼通常用於整個製漿、回收和漂白操作的容器和管道,並在一定程度上用於造紙。 眾所周知,焊接這種金屬會產生鉻和鎳煙霧。 在維修停機期間,可以使用鉻基噴霧劑來保護回收鍋爐的地板和牆壁在啟動操作期間免受腐蝕。 生產線中的過程質量測量通常使用紅外線和放射性同位素測量儀進行。 儘管儀表通常被很好地屏蔽,但維修它們的儀器機械師可能會暴露在輻射中。

一些特殊風險也可能發生在其他工廠支持業務的員工中。 動力鍋爐工人處理來自污水處理系統的樹皮、廢木材和污泥。 在較舊的工廠中,工人們清除鍋爐底部的灰燼,然後通過在鍋爐爐排周圍塗上石棉和水泥的混合物來重新密封鍋爐。 在現代動力鍋爐中,這個過程是自動化的。 當材料以過高的水分含量被送入鍋爐時,工人可能會暴露在不完全燃燒產物的回流中。 負責水處理的工人可能會接觸到氯、肼和各種樹脂等化學品。 由於 ClO 的反應性2, 二氧化氯2 發電機通常位於禁區內,操作員駐守在遠程控制室,負責收集樣品和維修芒硝過濾器。 用於生成 ClO 的氯酸鈉(一種強氧化劑)2 如果允許它灑在任何有機或可燃材料上然後乾燥,可能會變得危險易燃。 在進行任何維護工作之前,應先將所有溢出物弄濕,然後徹底清潔所有設備。 濕衣服在清洗前應保持濕潤並與便服分開。

 

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內容

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