СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ЦЕЛЛЮЛОЗОСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ
PROCESSING METHOD OF CELLULOSE-CONTAINING WASTES

Изобретение относится к приготовлению массы из целлюлозосодержащих отходов, в частности из макулатуры для производства бумаги и картона.
Известен способ приготовления макулатурной массы для производства бумаги и картона (см. Заявка: 2004106002/12, МПК D21C 5/02, опубликовано 20.08.2000), который включает стадии роспуска макулатуры в воде, грубую очистку макулатурной массы от загрязняющих включений, дороспуск, окончательный дороспуск макулатуры на волокна, тонкое сортирование и очистку макулатурной массы от загрязняющих включений, размол волокнистого полуфабриката и гидрофобизирующую проклейку бумаги и картона в бумажной массе с использованием флокулянта-коагулянта полиоксихлорида алюминия. Технический результат: получение качественного тест-лайнера. Высокие затраты воды и энергии, а также большая нагрузка на водоочистные сооружения являются недостатками способа подготовки макулатурной массы. Макулатурная масса, подготовленная по этому способу содержит около 4% волокон и 96% воды. На транспортировку и очистку 4% макулатурной массы требуются большие затраты энергии.
Известен сухой способ подготовки макулатуры, который предполагает минимальное использование воды (Осипов П.С. и др. Моделирование процесса получения волокнистого полуфабриката из целлюлозосодержащих отходов в воздушной среде/ "Целлюлоза. Бумага. Картон." - 2012. - №4. С. 50-53). Сухое диспергирование отходов бумажного производства осуществляется в молотковой дробилке. В рабочей зоне дробилки отходы измельчаются под ударным воздействием молотков. Образовавшаяся в рабочей зоне дробилки воздушная дисперсия частиц после сепарации через сито направляется на очистку в циклон, затем через бункер-накопитель поступает в упаковочный узел. Очищенные на фильтре излишки воздуха выбрасываются в атмосферу. Макулатурная масса данным способом получается с минимальным использованием воды, при этом сокращаются энергетические затраты, связанные с транспортировкой и снижается нагрузка на водоочистные сооружения. Недостатком сухого способа является низкая прочность получаемого бумажного или картонного продукта. Согласно описанию сухого способа производства бумаги и картона прочность конечного продукта по сопротивлению продавливанию, разрывной длине, прочности на разрыв и модулю упругости может быть снижена более чем в 5 раз. По этой причине сухой способ производства бумаги и картона не нашел применения на практике производства прочных целлюлозно-бумажных материалов, в том числе картона тест-лайнера.
Для повышения прочности бумажного или картонного продукта при сокращении водных и энергетических затрат и снижении нагрузки на водоочистные сооружения используется комбинированный способ подготовки массы [Пат. Ru 2583362, D21B 1/32, опубл. 10.05.16.]. По этому способу целлюлозный материал измельчают в воздушной среде в молотковой дробилке, снабженной молотками с двухсторонним скосом рабочей поверхности, выведение измельченного материала из нее через камеру с разрежением воздуха 140 мм вод. ст., при этом в качестве целлюлозосодержащих отходов используют отходы производства чайных фильтр-пакетов, их измельчение проводят при окружной скорости ротора 3500 об/мин и скорости движения материального потока в дробилке 30 м/с, измельченный материал диспергируют в воде, в дисперсию добавляют вспомогательные компоненты, полученную смесь подвергают дополнительному размолу, получают бумажную массу и формуют из нее бумажное полотно. Дополнительный размол проводят до степени помола 19-65° ШР, вспомогательные компоненты берут из ряда, включающего древесную массу, целлюлозу беленую хвойную и лиственную, синтетические волокна, а химикаты из следующего ряда - наполнитель минеральный порошковый, смола синтетическая термореактивная, связующее на основе простых эфиров целлюлозы.
Известный способ не обеспечивает высокого качества волокнистого полуфабриката, а именно достаточные бумаго образующие свойства макулатуры после ее измельчения в молотковой дробилке. Полуфабрикат, полученный заявленным способом, не может быть использован при производстве картона лайнера, требующего высокие механические показатели.
Техническим результатом заявленного решения является повышение механических показателей картона (сопротивление продавливанию, разрывная длина, прочность на разрыв, модуль упругости) за счет измельчения целлюлозосодержащих отходов в воздушной среде при небольшой влажности (от 10% до 20%). При незначительном увлажнении целлюлозных материалов наблюдается снижение рубящего эффекта при сухом измельчении, за счет чего снижается количество фракции мелких волокон, что повышает механическую прочность получаемого целлюлозного материала. Кроме того, механические показатели картона повышаются за счет разделения потока на длинноволокнистую фракцию и фракцию мелких волокон. Это обеспечивает возможность применения предлагаемого способа для выработки крупнотоннажных высокопрочных многослойных видов картона, в том числе многослойного тест-лайнера или вайт-лайнера.
Поставленная задача достигается тем, что в способе переработки целлюлозосодержащих, включающем измельчение в воздушной среде с дальнейшим выводом измельченных отходов через камеру с разряжением воздуха, диспергированием измельченных отходов в водной среде, с добавлением вспомогательных компонентов, размолом, отличающемся тем, что измельчение целлюлозосодержащих отходов в воздушной среде осуществляют при влажности от 10 до 20% в две стадии, а именно грубое измельчение целлюлозосодержащих отходов и тонкое диспергирование на волокна, после которого сухие волокна разделяют на короткую и длинно-волокнистую фракции, при этом диспергирование и размол в водной среде длинноволокнистой фракции осуществляют непосредственно на стадиях мокрой подготовки массы, которую подают на формование нижнего слоя картона, а фракцию мелких волокон диспергируют на стадиях мокрой подготовки, а затем подают на формование верхнего слоя картона.
Механические характеристики продукции, полученной на основе переработанных целлюлозосодержащих отходов, повышают за счет измельчения материала, в частности макулатуры, при влажности от 10 до 20%. Известно, что с увлажнением целлюлозного материала снижается отрицательный эффект рубки волокна в диспергаторах, в связи с чем повышается доля длинных и прочных волокон, повышающих механические параметры картона. Небольшое количество влаги (до 20%) удаляется из материала при его транспортировке в воздушной среде после измельчения без дополнительного подвода тепла. Измельчение в две стадии также способствует повышению механических показателей картона благодаря снижению рубящего воздействия на волокнистый материал.
Для лучшего понимания предлагаемого способа приводится схема подготовки макулатурной массы для производства двухслойного тест-лайнера на фиг. 1.
Макулатуру, содержащую в большей степени гофрокартон (макулатура марки МС-5Б) подают на стадию роспуска в гидроразбиватель 8 традиционной схемы подготовки макулатурной массы, затем подают на дороспуск и измельчение нераспущенных пучков волокон, после чего направляют на смешение в массный бассейн. Из массного бассейна с концентрацией порядка 4% макулатурную массу насосом 11 перекачивают на стадию первичной очистки в гидроциклонах 12. После гидроциклонов твердые включения (песок, металлические частицы) удаляют в отвал, а очищенную массу подают на сортировку в турбосепаратор 13. Из турбосепаратора нераспущенные пучки волокон направляют в вибросортировку 14, из которой массу подают обратно в бассейн 10. Затем макулатурную массу перекачивают на стадию фракционирования 15. В фракционаторе массу разделяют на длинноволокнистую и на фракцию мелких волокон. Длинноволокнистую фракцию подают в метальный бассейн 16, куда также подают сухие волокна на смешение. Подготовка сухих волокон начинается с подачи конвейером 1 на первую стадию грубого измельчения 2. Затем измельченные сухие целлюлозосодержащие отходы (макулатуру) подают на вторую стадию тонкого диспергирования на волокна 3. Воздушный поток увлекает за собой волокна с помощью вентилятора 4 по трубопроводам 5. Дальше смесь волокон и воздуха подают на очистку в аэроциклон 6, где разделяют на фракцию мелких волокон и на длинноволокнистую фракцию. Длинноволокнистую фракцию волокон подают в метальный бассейн 16 и в композиции не более 30% перемешивают с макулатурной массой для нижнего слоя картона. Фракцию мелких волокон из воздушного фильтра 7 подают на линию получения второго слоя, на смешение с макулатурной массой в метальный бассейн 16. Длинноволокнистую фракцию волокон, полученную комбинированным способом (сухим и традиционным) размалывают в водной среде в мельницах 17, где происходит их подмол с целью повышения бумагообразуюших свойств массы. После этого волокна подают на смешение с реагентами в композиционный бассейн 18, после чего многокомпозиционную массу подают в смесительный насос 19 и затем в машинный бассейн 20. Переливной бак 21 сохраняет определенный заданный уровень массы. Затем массу подают на тонкую очистку в гидроциклоны 12, и далее подают на стадию напуска макулатурной массы в напорный ящик 23. Из напорного ящика массу подают на формование нижнего слоя картона, на нижнюю формующую сетку 24. Верхний слой, преимущественно состоящий из фракции мелких волокон из метального бассейна 16 подают в переливной бак 21 параллельной линии подготовки. Затем массу очищают в гидроциклонах 12 и в узлоуловителях 22. Фракцию мелких волокон подают через напорный ящик на сетку 24 для формования верхнего слоя картона. Соединение двух слоев происходит в области контакта двух сеток. После формования двухслойный картон идет на стадию прессования и по дальнейшим стадиям картоноделательной машины.
Показатели потребительских свойств получаемого многослойного картона тест-лайнера (разрывная длина, сопротивление продавливанию, белизна отливок) измеряются согласно стандартным методам. Определение разрывной длины осуществлялось согласно методике, представленной в ГОСТе 1924-96, сопротивление продавливанию - согласно ГОСТу 13525.8-86, белизна - ГОСТ 30113-94, толщина отливок - ГОСТ 27015-86, масса квадратного метра отливки определялась согласно ГОСТу 131999-88. Мокрое формование отливок проводилось согласно международному стандарту ISO 529-2 (2004).
В таблице представлены данные по механическим показателям картона лайнера, содержащего в композиции волокна, подготовленные сухим способом. Сухие волокна добавлялись в композицию до 50% от массы многослойного тест-лайнера, масса квадратного метра которого составляет 150 грамм.
Как видно из таблицы, механические показатели образцов, содержащих до 30% сухих волокон в композиции многослойного тест-лайнера, незначительно отличаются от тех, что подготовлены традиционным способом без добавления сухих волокон.
Если учитывать использование упрочняющих химикатов, которые повышают прочность в среднем на 20%, то при содержании 30% сухого волокна картон соответствует марке К-2, К-3 по ГОСТу 7420-99.
Таким образом из данных таблицы по параметру сопротивления продавливанию следует, что техническая задача изобретения реализована в полном объеме.