房桂干 沈葵忠 李曉亮

（1.中國林業(yè)科學研究院林產(chǎn)化學工業(yè)研究所，國家林業(yè)局林產(chǎn)化學工程重點開放性實驗室，生物質(zhì)化學利用國家工程實驗室，江蘇南京，210042；2.南京林業(yè)大學林業(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 化學機械法制漿的概念

高得率制漿（High Yield Pulping），是指木材或其他植物纖維組織經(jīng)適當物理或化學預處理，依賴磨木機或盤磨機的機械作用分離成紙漿纖維的過程。與化學法制漿相比，高得率制漿具有原料利用率高和生產(chǎn)成本低等特點，在紙張松厚度、不透明度和印刷適應性等方面有明顯優(yōu)勢。高得率制漿包括機械法制漿（Mechanical Pulping）和化學機械法制漿（Chemi-me-chanical Pulping）。機械法制漿，是單純利用機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）、木片盤磨機械法制漿（RMP）、熱磨機械法制漿（TMP）等?；瘜W機械法制漿，是采用化學預處理和機械磨解處理結(jié)合的制漿方法，先用藥劑進行輕度化學浸漬，半纖維素少量溶出，木質(zhì)素較少溶出或基本不溶出，實現(xiàn)木片軟化；使用盤磨機在高濃狀態(tài)解離木片制成紙漿，制漿得率85%～93%，根據(jù)預浸藥品和磨漿方式主要分為化學機械法制漿（CMP）、化學熱磨機械法制漿（CTMP、CTMPc） 以及堿性過氧化氫機械法制漿（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 等化學機械法制漿工藝，較少采用傳統(tǒng)機械法制漿工藝，也正因如此，在不加特別說明的情況下，高得率制漿和化學機械法制漿在很多工作場合經(jīng)?；ブ富煊肹1-2]。

2 國內(nèi)化學機械法制漿的回顧

20 世紀80 年代，吉林造紙廠引進了Sunds-Defiberator 的TMP 生產(chǎn)線，采用東北地區(qū)楊木進行生產(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報和人民日報等報社進行使用，印刷后的報紙字跡清楚、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)自行設計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80年代，宜賓造紙廠引進了第一條APP 制漿生產(chǎn)線，但運行效果并不理想。奧地利Andritz Sprout-Bauer 后收購了Hymac公司化機漿業(yè)務，對APP技術(shù)進行改進，形成了APMP 制漿技術(shù)。岳陽造紙廠是國內(nèi)第一家引進APMP 制漿技術(shù)裝備的企業(yè)，但運行效果不盡理想，進行改造后，消耗指標和紙漿質(zhì)量顯著改觀。20 世紀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)并運行[1]。

3 國內(nèi)化學機械法制漿的生產(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（含機械漿和化機漿）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)展大致可分為兩個階段:第一階段是在1995－2002 年，生產(chǎn)線的主要特點是規(guī)模小、產(chǎn)量低，以APMP 和BCTMP 為主導工藝，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)能達到20 萬～30 萬t/a，以P-RC APMP 和BCTMPC工藝為主，并大量使用進口木片進行生產(chǎn)，紙漿在低定量涂布紙（LWC）、超級壓光紙（SC）、輕型紙（Munken）、白卡紙和液體包裝紙板原紙等高檔紙產(chǎn)品中獲得應用[3]。

新型化機漿與傳統(tǒng)機械漿有很大區(qū)別，已能夠替代化學漿生產(chǎn)各類紙和紙板產(chǎn)品，主要有低定量涂布紙、超級壓光紙、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)品對化機漿的質(zhì)量指標要求見表2。此外，以針葉木為原料、采用化學機械法制漿工藝生產(chǎn)的絨毛漿，可用于衛(wèi)生護理產(chǎn)品的生產(chǎn)。

3.1 印刷用紙中的應用

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)品對化機漿的質(zhì)量指標要求

由于采用SGW、PGW 和TMP 工藝生產(chǎn)的闊葉木機械漿的強度很低，不能抄造超級壓光紙、低定量涂布紙、新聞紙等印刷用紙?；瘜W機械法制漿工藝大大提高了漿料強度，使闊葉木纖維在這些紙種中的應用成為可能。化學機械法制漿技術(shù)對木材纖維資源相對短缺的國家特別有利用價值。闊葉木樹種的種植和輪伐期一般為5～8 年。用于生產(chǎn)新聞紙和超級壓光紙時，其加拿大標準游離度（Canadian Standard Freeness, CSF）一般為100～150 mL；生產(chǎn)低定量涂布紙時，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，因此上紙機前需要將漿料進一步調(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度或降低長纖維化學漿的用量。盡管化學機械法制漿工藝使闊葉木纖維在新聞紙中的應用成為可能，但闊葉木高得率漿因其纖維較短，其撕裂度仍然較低；由于撕裂度對新聞紙來說非常重要，因此抄紙時常需配加化學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，也可在上紙板機之前進行低濃打漿來調(diào)整。高游離度針葉木漿有很好的松厚度和抗張強度，但其作為芯層，紙板表面會比較粗糙，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 替代化學漿

隨著高得率漿在不含機械漿的印刷/書寫紙等品種中的不斷應用，所謂“不含機械漿”和“含機械漿”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用于不含機械漿紙種中并為消費者接受。用于不含機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特品質(zhì)。在未涂布紙中，一般選用松厚度及游離度相對較高的高得率漿，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，一般選用高抗張強度、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返黃值降至很小。

3.4 衛(wèi)生紙產(chǎn)品中的應用

20 世紀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量不斷增長，但高得率漿的應用卻呈下降趨勢。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。高松厚度預示高的吸水能力，同時也給予產(chǎn)品一定松厚柔軟的感覺。高得率漿具有獨特的高松厚度，與化學漿相比優(yōu)勢十分明顯。雖然高得率漿在衛(wèi)生紙產(chǎn)品中的應用尚存細小纖維含量高易導致紙張掉粉、黏附揚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，其應用潛力較大。

4 化學機械法制漿生產(chǎn)中存在的問題和解決措施

4.1 原料品質(zhì)管理

與化學漿不同，化機漿因生產(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。這就意味著對于化學機械法制漿生產(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)出的化機漿質(zhì)量越好。

（1）混合木片的影響。國內(nèi)大部分化學機械法制漿生產(chǎn)線是采用商品木片進行制漿生產(chǎn)。采用進口木片的制漿生產(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雜。目前化學機械法制漿技術(shù)，為了改善預浸效果，采用不同壓縮比螺旋對木片進行擠壓預處理，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，預浸的均一性達不到要求。

（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機械法制漿。新鮮原木經(jīng)削片制取的合格木片含水率高達48%以上，此時木片組織的細胞腔中接近于水飽和狀態(tài)，十分有利于藥液的擴散作用，為后續(xù)磨漿和漂白提供了有利條件。木片風干后，木片組織的細胞腔中不再存有游離水，細胞液中可溶物干涸附著于細胞內(nèi)壁，經(jīng)過氧化和微生物作用，干涸物表面呈憎水性，對藥液滲透產(chǎn)生阻滯作用。另外，長期堆放的木片，會產(chǎn)生腐敗和熱解作用，產(chǎn)生大量小分子物質(zhì)，預浸時優(yōu)先消耗化學品，化學品用量一定時，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，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，應更加重視木片的分級分類。應用木片近紅外檢測分析系統(tǒng)已能夠?qū)崿F(xiàn)木片水分和化學成分的在線快速監(jiān)測[4-5]，可為生產(chǎn)線及時管控木片質(zhì)量和調(diào)整生產(chǎn)工藝提供一種有效手段，有望在化機漿生產(chǎn)線中率先獲得應用。選用單一材種木材時，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，應盡量選用基本密度和白度相近的材種。

4.2 預浸軟化

預浸軟化是化學機械法制漿生產(chǎn)中的一個重要工序。在木片進入盤磨機磨漿之前，在一定的溫度下采用化學品浸漬木片并反應一段時間，使木片產(chǎn)生潤脹、組織結(jié)構(gòu)松弛等變化，降低木片的力學硬度，實現(xiàn)木片的有效軟化或磺化，減少后續(xù)磨漿過程中機械作用對纖維的過度切斷和碎片化，改善紙漿的結(jié)合強度。

很多高得率漿生產(chǎn)線因使用混合商品木片在預浸軟化時遇到很大問題。采用商品混合木片進行生產(chǎn)，很難實現(xiàn)均質(zhì)預浸軟化，導致磨漿電耗高、紙漿均一性差，特別是纖維篩分組分不合理、纖維束含量高，無法滿足化機漿的高配比使用和達到高檔紙產(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品用量的辦法來強化浸漬作用，這不僅造成生產(chǎn)成本提高，紙漿松厚度和光學性能變差，而且導致廢水污染負荷大幅度增加，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）的單螺旋擠壓機對木片進行擠壓撕裂，通過增強擠壓后物料的吸液性能來提高預浸軟化效果，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，擠壓后物料很難達到干度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，則放大了單螺旋擠壓效果不足的缺陷，導致闊葉木纖維原料問題更加突出。雙螺旋擠壓設備采取了動態(tài)擠壓方式，獲得了良好化學預浸和機械均質(zhì)擠壓的協(xié)同效應，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機械漿質(zhì)量特別是纖維結(jié)合強度的重要工序。盤磨機的磨盤從圓心向外可分為3個環(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入磨片盤間區(qū)域，在離心力作用下首先進入破碎區(qū)，在稀疏分布的尺寸較大的粗齒作用下，對木片施加擠壓和剪切作用力，木片尺寸迅速變??；再進入磨漿區(qū)，磨片上較細密的齒紋高頻率、脈動式地對物料輸入機械作用力，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)齒紋更為細密，對漿料施加作用力的頻率更高，纖維束進一步分離成纖維，使得纖維細胞壁不斷發(fā)生形變，導致細胞壁層間結(jié)構(gòu)疲勞，引起壁層的疏松錯位及初生壁和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、溫度等對磨漿效能和效果都有重要的影響。另外，大型盤磨磨漿時，連續(xù)穩(wěn)定恒量進料、可控的、穩(wěn)定的磨區(qū)與出漿口之間的壓力差等對磨漿質(zhì)量會產(chǎn)生重要影響。因此，設備參數(shù)和操作控制條件等因素都對磨漿效能和質(zhì)量有密切的關(guān)系，配置高性能的磨漿機是生產(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)實踐表明，闊葉木原料磨漿，采用兩段高濃磨漿不僅改進了漿料的品質(zhì)，同時取得了良好的節(jié)能效果。

4.4 漂白

圖2 NaOH用量對化機漿H2O2漂白白度的影響

很多人認為在化機漿漂白過程中，H2O2與NaOH之間存在比例關(guān)系。事實上，材種、預浸方式、磨漿程度和漂白方式都會對漂白效果形成影響。高得率漿漂白時，H2O2與NaOH 之間的用量關(guān)系不存在固定比例，必須根據(jù)不同樹種和每個廠的實際情況進行用堿量優(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，會導致紙漿松厚度大幅度下降，紙漿漂白過程中會產(chǎn)生堿返色現(xiàn)象，而且顯著提高廢水的污染負荷?；瘷C漿的漂白終點，應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pH 值在8.7～9.5 較為合理。漂白終點殘余H2O2水平應根據(jù)各個生產(chǎn)線實際情況確定，但有一點可以明確的是，漂白終點必須要有一定的H2O2殘余量，才能確保漂白化機漿的白度穩(wěn)定性。

4.5 結(jié)垢問題

生產(chǎn)線設備系統(tǒng)結(jié)垢嚴重是化學機械漿生產(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、細小纖維、紙機白水濕部化學品和填料等形成，實際上H2O2漂白中適量的硅酸鈉對結(jié)垢的貢獻并不大。生產(chǎn)線設備系統(tǒng)必須定期進行除垢操作。保持生產(chǎn)線設備表面的光潔度可減少除垢操作的頻次。生產(chǎn)設備系統(tǒng)除垢時，不宜采用鋼絲刷或者強酸化學除垢。

紙機白水成分十分復雜，越來越多的企業(yè)強制提高紙機白水封閉回用程度，是導致生產(chǎn)系統(tǒng)結(jié)垢問題頻發(fā)的主要原因。紙機白水回用前的適當處理，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物、工藝過程中殘余的化學藥品和流失的細小纖維，廢水呈棕紅色。其有機污染物主要化學成分是木質(zhì)素降解產(chǎn)物、 多糖和有機酸等，其中木質(zhì)素降解產(chǎn)物占30%～40%，多糖占10%～15%，有機酸占35%～40%?；瘷C漿廢水有溫度高、污染負荷大的特點，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)定運行是該流程成敗的關(guān)鍵，取決于化機漿廢水中含硫物、螯合劑、樹脂酸、單寧等對甲皖菌的生物毒性。Fenton氧化是一種化機漿廢水深度處理手段，存在廢水處理化學品投用量過大、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]，大幅度降低了化學品用量，但在處理效率、處理成本等方面存在改進空間。

隨著國家實施節(jié)能減排政策，國內(nèi)化機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準，要求化機漿廢水CODCr排放標準指標小于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，治理費用也會成倍地升高[10]。因此化機漿廢液堿回收系統(tǒng)在探索中獲得了應用。國內(nèi)單一化機漿堿回收運行企業(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)器纖維垢和無機垢結(jié)垢嚴重難以去除，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 化學機械法制漿的發(fā)展趨勢

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

5.1 纖維原料的拓展

由于木材資源短缺和廢紙進口的限制，造紙工業(yè)面臨每年近2000 多萬t 的纖維原料供應缺口[12]，這就要求化學機械法制漿技術(shù)與裝備不僅要能夠適應木材纖維原料，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，對漿料白度和強度要求不高。盤磨機械漿和熱磨機械漿使木片磨漿成為可能。隨著CTMP 和P-RC APMP 等新型化機漿工藝的出現(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，提高了對木材原料的適應性[1]，同時紙漿的強度和光學性能達到或接近化學漿水平，可生產(chǎn)的紙品種類增加，能夠生產(chǎn)白卡紙、銅版紙、超級壓光紙等各類高檔紙和紙板品種。

麥草、竹子化機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 的化學浸漬工藝制取的麥草化機漿，紙漿濾水性好、強度高、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行多層抄造高強紙板，可改善紙機抄造性能、提升紙板質(zhì)量等級。使用燒堿法和堿性亞鈉法浸漬的慈竹化機漿抄造的牛皮掛面箱紙板完全達到國家標準B級以上的質(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 化機漿生產(chǎn)線主要使用闊葉木（僅江西晨鳴和福建騰榮達等少數(shù)紙廠使用針葉木）纖維原料，多數(shù)沿海省份的企業(yè)大量使用風干商品木片進行制漿，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)化學機械漿生產(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)線的運行還有待完善和積累經(jīng)驗，電能、化學品和新鮮水用量指標均處于較高消耗水平，且紙漿的白度和強度等質(zhì)量指標波動大，影響了紙漿的使用品級。

化學機械法制漿生產(chǎn)的直接成本主要來源于3 個方面:纖維原料、電量和化學品，其中化學品主要由漂白化學品（NaOH、H2O2）和輔助漂白化學品組成，因此漂白技術(shù)的改進將為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟收益。國內(nèi)化機漿生產(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、化學品用量大、生產(chǎn)線運行狀況不穩(wěn)定的現(xiàn)狀。一些化機漿廠的漂白單耗遠高于原設定目標，為企業(yè)運行帶來了沉重的經(jīng)濟負擔，有很大的改進余地。從技術(shù)的實用性和生產(chǎn)試驗結(jié)果來看，提高白度的RT-ATMP磨漿機漂白、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)化機漿線上獲得應用[1]。針對國內(nèi)化機漿纖維原料的特點，新開發(fā)了雙螺旋擠壓浸漬機設備，對預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)模推廣應用。

化學機械法制漿技術(shù)的發(fā)展需要著力解決以下4個方面的對立矛盾關(guān)系:①化學處理程度與制漿得率。化學機械法制漿實際上是一個熱能、機械能和化學能的綜合作用過程，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品用量密切相關(guān)，且與生產(chǎn)過程的污染負荷密切相關(guān)（見圖4）[16]?？刂苹瘜W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)揮化學品的處理效率。一般來說，化學品的添加位置越靠近生產(chǎn)線的前端，節(jié)能增強效果越明顯，有利于提高化學品的使用效率[17]；不能為了提高漿料強度和白度等質(zhì)量指標過多使用化學品，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)合強度。高得率漿的松厚度和以抗張強度表示的結(jié)合強度呈顯著的負相關(guān)關(guān)系。是否能夠在高松厚度下實現(xiàn)纖維間良好的結(jié)合強度，是衡量化學浸漬和磨漿工藝合理性的重要標志。④白度和返黃。對于高得率漿來說，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課題。

圖4 麥草CMP制漿得率與污染負荷CODCr的關(guān)系

6 結(jié) 語

化學機械法制漿代表了未來制漿技術(shù)的重要發(fā)展方向，是當今世界快速發(fā)展的新一代清潔制漿技術(shù)。采用溫和的化學預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，實現(xiàn)了對原料中纖維素、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)化學法制漿高1倍；②制漿過程僅輔助使用綠色化學品（NaOH和H2O2），其中，NaOH用量僅為3%～5%，為傳統(tǒng)化學法制漿的1/5～1/8；③制漿、漂白均在高濃狀態(tài)下同時完成，節(jié)約水資源，噸漿用水可以達到15 m3以下，是傳統(tǒng)化學法制漿的1/3；④污染物發(fā)生量小，僅為傳統(tǒng)化學法制漿的1/5～1/4，經(jīng)二級生化和深度處理可達標排放，對周邊水資源環(huán)境影響??；⑤設備投資省，僅為傳統(tǒng)化學法制漿的1/8，生產(chǎn)線流程布置緊湊、靈活。與此同時，如今的高得率漿的強度性能和光學性能已經(jīng)達到或接近傳統(tǒng)化學漿的質(zhì)量水平，同時還擁有傳統(tǒng)化學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，可以替代化學漿用于低定量涂布紙、超級壓光紙、輕型紙、液體包裝紙板等各類高檔紙和紙板的生產(chǎn)。

化學機械法制漿生產(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)過對堿性H2O2對破碎木片的預處理技術(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，開始強調(diào)擠壓破碎對化學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，闊葉木化機漿生產(chǎn)線將更傾向使用堿性H2O2作為化學浸漬處理手段。也因為同樣的原因，其他酸性條件的漂白工藝也將受到一定程度的限制。

隨著廢紙限制進口政策的實施和國民經(jīng)濟對包裝紙和紙板產(chǎn)品需求的日益增長，國內(nèi)造紙工業(yè)每年對替代廢紙的纖維原料需求缺口將達到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，部分項目已在施工建設中。可以預見隨著非木纖維化學機械法制漿技術(shù)和裝備的不斷完善，我國高得率制漿技術(shù)將步入一個新的發(fā)展階段。