微孔壓力篩選分級法和水力旋流器分級法在脫墨中的應(yīng)用

廢紙是紙和紙板生產(chǎn)的主要原材料之一。提高廢紙脫墨效率是降低生產(chǎn)成本、減少環(huán)境負(fù)面影響，實(shí)現(xiàn)造紙工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。脫墨漿的分級和各級分的選擇性處理是近年來的研究熱點(diǎn)。該文研究了脫墨漿的2種工業(yè)用新型分級方法：壓力篩選系統(tǒng)分級法和水力旋流器分級法。研究表明：使用安裝有孔大小為0.25 mm的光滑微孔篩籃的壓力篩選系統(tǒng)進(jìn)行的分級在將細(xì)小組分（自由油墨、填料、纖維素細(xì)小組分）分離至良漿中有較高的選擇性，長纖維和斑塊留在篩渣級分中，纖維留在篩籃上，因此留在篩籃上的這些纖維將不經(jīng)歷浮選，從而有效降低了它們在浮選過程中流失的可能性；第1段微孔分級+細(xì)小組分浮選的得率高于傳統(tǒng)的紙漿直接浮選法的，雖然最終殘余油墨含量較高，多段分級可以進(jìn)一步降低長纖維中殘余油墨含量；通過對細(xì)小組分應(yīng)用水力旋流器分級法和制得各纖維級分的實(shí)現(xiàn)，基于纖維和細(xì)小組分形態(tài)性能進(jìn)行分離，通過這一新型分級方法，可以制得4種形態(tài)特征不同的級分；微孔壓力篩選分級法和水力旋流器分級法為脫墨操作的合理化和最終更好地控制漿紙性能帶來了可能性。

在過去的幾十年中，回收纖維逐漸成為紙和紙板生產(chǎn)的主要原材料，其使用比例甚至超過原生纖維；歐盟（EU）目前的廢紙回收率超過了70%，其中約一半的回收纖維是脫墨纖維。

脫墨是廢紙?jiān)旒埖年P(guān)鍵環(huán)節(jié)，脫墨效率的提高關(guān)系到降低生產(chǎn)成本和減小環(huán)境負(fù)面影響，即關(guān)系到廢紙?jiān)旒埧沙掷m(xù)發(fā)展策略。使用回收纖維制漿、造紙涉及多個(gè)串聯(lián)的單元操作處理纖維懸浮液。這些單元操作或?qū)垵{流進(jìn)行處理，除去污染物（篩分、清洗、脫墨）；或提高紙漿的質(zhì)量，從而制得更具附加值的最終產(chǎn)品（稱作“升級”）（分散、漂白）；但是，可以通過對不同級分應(yīng)用正確的處理方法進(jìn)一步合理化生產(chǎn)過程。這意味著，應(yīng)僅僅對含有油墨的紙漿細(xì)小組分級分采用油墨去除操作。同理，應(yīng)僅對從纖維中分離出的斑塊和油墨采用機(jī)械能去除。在此情況下，分級操作在分離紙漿組分方面將起到非常重要的作用。這使得并行處理代替串聯(lián)處理，由于所有紙漿將不需要經(jīng)歷所有單元操作，因此節(jié)省了能源。

通常，紙張為單層結(jié)構(gòu)（生活用紙除外）；在此單層結(jié)構(gòu)中，所有紙漿組分混合在一起。造紙的一個(gè)令人激動(dòng)的概念是“分層成形”。在此概念中，紙漿成分被分開，放入不同層中?；谶@一理念，紙張性能將可以根據(jù)最終用戶的要求定制。紙張“分層成形”，首先是需要獲得各纖維級分，因此，纖維分級是關(guān)鍵。

1 背景與試驗(yàn)

1.1 脫墨操作中的分級

目前，采用有纖維分級步驟的脫墨操作生產(chǎn)紙張局限在對脫墨生產(chǎn)線進(jìn)行簡化和對所得到的各纖維級分進(jìn)行選擇性處理。該方法與將纖維分級法應(yīng)用于高得率機(jī)械漿或多層紙板生產(chǎn)有所不同；在纖維級分法中，注重纖維“升級”，目的在于提高最終產(chǎn)品中紙漿的性能。

換言之，脫墨操作中采用的纖維分級工序本質(zhì)上是正確處理各類型纖維，因?yàn)檎麄€(gè)紙漿流采用不同的單元操作進(jìn)行處理。這些單元操作對紙漿懸浮液進(jìn)行處理，以便除去油墨（浮選或洗滌）。其他工序操作旨在通過機(jī)械能破碎斑塊分離纖維中的油墨（高速分散器或低速碎紙機(jī)）。

近些年來，研究人員研究了脫墨應(yīng)用領(lǐng)域、脫墨漿的分級和各級分的選擇性處理。對于一些包裝紙回收生產(chǎn)線，這已成為一個(gè)行業(yè)事實(shí)。脫墨生產(chǎn)線通常設(shè)計(jì)為“單一”生產(chǎn)線配置，但是能源成本增加和回收纖維的質(zhì)量較差導(dǎo)致對分級后的漿料流并行處理，同時(shí)保持正常的最終紙張質(zhì)量，重點(diǎn)是減小設(shè)備尺寸和循環(huán)次數(shù)；或設(shè)計(jì)簡潔緊湊的油墨分離方案——通過使用孔口尺寸較小的篩子實(shí)現(xiàn)。

1.2 單層紙與分層紙

傳統(tǒng)上，紙張為單層結(jié)構(gòu)。纖維、細(xì)小組分、助劑和無機(jī)填料懸浮液的受控脫水導(dǎo)致形成單層紙頁結(jié)構(gòu)。在該結(jié)構(gòu)中，最終紙頁中含有混合在一起的所有物質(zhì)。這不同于分層成形，分層成形導(dǎo)致形成多層結(jié)構(gòu)。不同紙漿和（或）紙漿級分的分層成形如圖1所示。

圖1 單層和多層紙頁的結(jié)構(gòu)概念

歐盟EcoTarget項(xiàng)目的框架對此作了研究。其考慮了以更少原材料生產(chǎn)出強(qiáng)度相同或更好、工藝更環(huán)保的紙產(chǎn)品。該方法已在另一個(gè)歐洲項(xiàng)目BoostEff中推進(jìn)。該項(xiàng)目旨在開發(fā)生產(chǎn)基于木質(zhì)纖維的產(chǎn)品，樹立大力減小環(huán)境足跡的新型生產(chǎn)理念。一種新型流漿箱設(shè)計(jì)分層技術(shù)（已申請專利）提出了通過在相應(yīng)各層中使用合適的最佳紙漿級分生產(chǎn)高性能、資源節(jié)約型紙張的新觀點(diǎn)。這有助于實(shí)現(xiàn)最佳紙張松厚度和表面性能。

實(shí)際上，整體脫墨漿的30%～45%由“細(xì)小級分”組成，定義為“紙漿級分”；此類“紙漿級分”含有粒徑小于75μm的顆粒，主要是礦物填料、纖維素細(xì)小組分和油墨顆粒。細(xì)小組分中含有油墨，大部分這種油墨需要從紙漿中去除，以提高白度；它們以已分離顆?；蜻B接在無機(jī)/有機(jī)表面的形式存在。此外，某些特定類型的纖維素細(xì)小組分對紙張性能的形成具有重要意義。特別是，纖維狀細(xì)小組分相比呈塊片狀級分，更有益于紙頁機(jī)械性能的形成。比表面積較高的纖維狀細(xì)小組分可以提高紙頁結(jié)合-紙頁密度，對強(qiáng)度性能有顯著的正面影響，可以提高印刷速度，并可以減少紙張掉毛，降低紙張粗糙度。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)方法與圖2所示的目的有關(guān)。

圖2 試驗(yàn)的2個(gè)目的

鑒于使脫墨操作合理化和生產(chǎn)量身定制分層紙生產(chǎn)所需的纖維級分這2個(gè)目的，研究了2種工業(yè)用分級方法：壓力篩選系統(tǒng)分級法和水力旋流器分級法。

本文將討論配有微孔篩籃的壓力篩選系統(tǒng)是如何與分級用水力旋流器結(jié)合實(shí)現(xiàn)上述2個(gè)目的的。

使用壓力篩分級主要基于纖維長度，而柔性和挺度是次要因素。較容易通過篩孔的短纖維、細(xì)小組分和礦物填料集中在良漿級分中，而長纖維主要集中在篩渣級分中。對于水力旋流器，密度和纖維/細(xì)小組分是進(jìn)行分級的主要依據(jù)。含細(xì)纖維化/細(xì)胞壁較薄的纖維優(yōu)先分離至良漿流中（也稱作“基部級分”）。粗大纖維、纖維束/碎片和片狀細(xì)小組分集中在篩渣級分（也稱作“端部級分”）中。

必須注意的是，紙漿懸浮液/纖維的分級是指得到各種級分，以便進(jìn)行選擇性處理或使用；而篩選/清洗意味著在確保纖維損失最小的情況下，除去不需要、不希望有的物質(zhì)，從而提高最終產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在分級系統(tǒng)中，生產(chǎn)篩渣級分的目的是為了進(jìn)行特殊處理，而不是為了將其從工藝物料流中除去。通過對分離流程進(jìn)行基本分析，發(fā)現(xiàn)相比傳統(tǒng)的縫篩，使用0.25mm微孔篩籃可以實(shí)現(xiàn)更高程度的分級。

2 材料與方法

進(jìn)行了2組試驗(yàn)。第1組試驗(yàn)是針對小規(guī)模試驗(yàn)工廠壓力篩選分級和實(shí)驗(yàn)室浮選。第2組試驗(yàn)是完整的小規(guī)模試驗(yàn)工廠操作，包括微孔分級（同第1組試驗(yàn)）、浮選和最終的水力旋流器分級，以得到在實(shí)驗(yàn)室生產(chǎn)分層紙所需的不同級分。采用2組試驗(yàn)各自的操作條件和方法，分別討論了2組試驗(yàn)的結(jié)果。

小規(guī)模試驗(yàn)工程設(shè)備包括1個(gè)0.25 mm光滑微孔篩籃和1個(gè)帶有3個(gè)水動(dòng)力元件的實(shí)芯轉(zhuǎn)子。篩子由1個(gè)容積3 m3的料罐供料。入口處和篩渣線上安裝有1個(gè)流量傳送儀，差值決定了良漿生產(chǎn)線中的流量。樣品取自生產(chǎn)線（完全開放）；生產(chǎn)線使良漿和篩渣再循環(huán)回到供料罐中。試驗(yàn)浮選槽為立式，實(shí)驗(yàn)室使用容積為25 L的浮選槽進(jìn)行浮選。

2 組試驗(yàn)使用的原材料為75%舊雜志紙（OMG）與25%舊新聞紙（ONP）的混合物；按照EN 643（《歐洲再利用紙和紙板標(biāo)準(zhǔn)表》，2002年版）規(guī)定，相當(dāng)于中歐1.11類廢紙。

作為試驗(yàn)的一部分，還進(jìn)行了以下分析。

（1）過洗滌（Hyperwashing）處理：使用高壓噴水器在孔徑為90μm的金屬線網(wǎng)上進(jìn)行。通過目測進(jìn)行控制，直至濾液清澈為止。留在網(wǎng)上的紙漿纖維稱為長纖維，而短纖維、礦物填料和細(xì)小組分通過金屬線網(wǎng)。在纖維分離（分散）操作中使用該方法可以快速計(jì)算油墨脫除效率。

（2）鮑爾（Bauer）McNett分類：依照TAPPI標(biāo)準(zhǔn)測試方法233 cm-06《通過分類確定紙漿的纖維長度》。

（3）光學(xué)性能：使用制作用于測定漿濃的漿墊在帶有紫外線（UV）濾光器的色彩觸摸（colour touch）2型Technidyne分光光度計(jì)上測定光學(xué)性能白度和有效殘余油墨濃度（ERIC）。

（4）纖維形態(tài)特征：使用MorFi纖維分析儀分析紙漿的特征（本文中纖維長度是指長度加權(quán)纖維長度）。

（5）灰分含量：將烘干、稱重后的樣品墊置于溫度425℃的爐中放置8 h。

（6）斑塊含量：僅限脫墨漿，通過使用1.2 g過洗滌漿（為了增大斑塊與纖維之間的對比，以便進(jìn)行圖像分析，并且為了除去所有微觀油墨顆粒）在快速紙頁成形器上抄制手抄片測定斑塊含量。然后，使用SIMPATIC圖像分析儀分析所述手抄片的斑塊含量。使用該方法，可以測定“已脫除的”自由斑塊或染有油墨的碎片形式的斑塊（＞90μm），以及纖維上附著的斑塊（＞50μm）。不過，該分析方法并不能區(qū)分自由斑塊和附著斑塊。

2.1 第1組試驗(yàn)：合理化脫墨生產(chǎn)線

2.1.1 操作參數(shù)和方法

使用試驗(yàn)Hélico碎漿機(jī)，在中性條件下使原材料再成漿；操作溫度為45℃，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為16%。

首先使篩子以再循環(huán)模式運(yùn)行（良漿和篩渣再循環(huán)回到供料罐中）。進(jìn)行此操作的目的在于了解篩渣體積比Rv（篩渣與進(jìn)料流量之比）對良漿和篩渣級分的影響。在最低Rv（20%）下，將漿料流引至2個(gè)單獨(dú)的罐中。將長纖維稀釋至5 g/L，用于第2段壓力篩選；在該第2段壓力篩選中，在再循環(huán)模式下測定了2個(gè)不同的Rv，操作如第1段。壓力篩的操作參數(shù)見表1。

表1 壓力篩的操作參數(shù)

對所得到的良漿級分和1份試驗(yàn)成漿后的參照紙漿（即進(jìn)入第1段微孔篩選的漿料）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室間歇浮選。試驗(yàn)中未發(fā)生浮選化學(xué)過程；實(shí)驗(yàn)室浮選條件如下：每個(gè)試驗(yàn)使用的懸浮液體積為22.5 L；引入的空氣流速為7 L/min（200%）；浮選時(shí)間為7min。

完整的試驗(yàn)方案如圖3所示。

雖然通過浮選操作來理解各級分的選擇性處理的概念，但是本研究的重點(diǎn)是微孔分級和制得各級分。實(shí)際中，是將通過壓力篩篩選得到的含油墨較多的級分置于標(biāo)準(zhǔn)浮選條件下進(jìn)行浮選，并未就浮選工作參數(shù)進(jìn)行重點(diǎn)研究。

2.1.2 結(jié)果與討論

2.1.2.1 鮑爾McNett結(jié)果

鮑爾McNett結(jié)果如圖4所示。

圖4給出了2段0.25 mm微孔篩籃中不同級分的變化（P表示通過篩孔；R表示留在篩網(wǎng)上）。第1段的進(jìn)料由48%P 200級分組成。第1段和第2段良漿分別含有84%和72%P 200級分（第1段的Rv為20%；第2段的為30%）。正如預(yù)期的，細(xì)小組分中長纖維級分?jǐn)?shù)量減少；但是，一些殘余細(xì)小組分仍然留在第2段長纖維級分中，這意味著會(huì)有油墨存在。結(jié)果明顯強(qiáng)調(diào)，微孔篩在將細(xì)小組分分離至良漿中和在保留長纖維（長纖維集中在篩渣級分中）方面具有很高的選擇性。

2.1.2.2 灰分含量

圖4 整個(gè)2段壓力篩選試驗(yàn)中鮑爾McNett的變化

在壓力篩選系統(tǒng)操作中，礦物填料遵循分流比；良漿中灰分含量隨長纖維增多而增加。最低Rv下的灰分見圖5。

圖5 2段的灰分含量值

正如所預(yù)期的，第2段壓力篩選操作進(jìn)一步除去了細(xì)小組分級分，導(dǎo)致最終長纖維的灰分為3%。

2.1.2.3 光學(xué)性能

分級試驗(yàn)表明，篩渣級分中的長纖維減少，良漿中含有越來越多的油墨顆粒。每一壓力篩選操作條件下，ERIC結(jié)果如圖6和圖7所示；白度結(jié)果如圖8和圖9所示。

含油墨顆粒和礦物填料的細(xì)小組分遵循分流比；篩渣體積比越小，長纖維中油墨含量越低。但是，殘余細(xì)小組分和油墨顆粒仍然留在第1段長纖維級分中，即使是在最低試驗(yàn)Rv下。對此級分進(jìn)行第2段微孔篩分可以提高紙漿白度，并使ERIC含量進(jìn)一步降低至～200×10-6質(zhì)量分?jǐn)?shù)，原因是細(xì)小組分被分離至良漿級分中；但是，這仍然不是最佳情況，因?yàn)檫^洗滌紙漿的白度和ERIC分別為63%ISO和51×10-6質(zhì)量分?jǐn)?shù)。這表明，可以進(jìn)一步提高最終長纖維的質(zhì)量。在各種方案中，應(yīng)當(dāng)加以試驗(yàn)的方案是在較低Rv下進(jìn)行第2段壓力篩選并（或）進(jìn)行第3段壓力篩選。

2.1.2.4 浮選結(jié)果

在實(shí)驗(yàn)室浮選槽中，對富含細(xì)小組分和油墨的微孔良漿級分（在各種Rv下）進(jìn)行油墨脫除處理。進(jìn)行了粗略估算，以驗(yàn)證采用新提出的工藝方法是否可以得到與傳統(tǒng)方法（不篩選，對整體紙漿進(jìn)行浮選）相同的紙漿性能。

圖6 第1段的ERIC變化

圖7 第2段的ERIC變化

圖8 第1段的白度變化

圖9 第2段的白度變化

圖10 最終紙漿性能：第1段分級（20%R v）+細(xì)小組分浮選

由圖10可以看出，（篩選+細(xì)小組分浮選）流程的2條紙漿流相加后的得率略高于完整紙漿流浮選流程（如圖11所示）的。

如果將篩分后篩渣和篩分后良漿進(jìn)行各自浮選后再重新混合，則最終紙漿的組成與未實(shí)施篩分而進(jìn)行浮選處理后的整體紙漿基本相同，如圖10中虛線所示。通過洗滌計(jì)算纖維的濃度；此處細(xì)小組分是指纖維素細(xì)小組分，由總纖維量和灰分計(jì)算得到。油墨脫除效率是指油墨的去除，基于紙漿質(zhì)量和進(jìn)漿與良漿流中的相關(guān)ERIC含量計(jì)算。

這2種情況的主要區(qū)別是最終油墨含量；在當(dāng)前實(shí)例中，采用僅涉及第1段分級的新工藝方法得到的最終油墨含量較高。當(dāng)考慮每一步驟時(shí)，額外的油墨量的主要來源是未經(jīng)浮選處理（以脫除殘余油墨）的長纖維的篩選段中存在的油墨。為此，增設(shè)第2段、甚至第3段篩選會(huì)非常有益。

圖11 無分級步驟的紙漿浮選（參照）

圖12顯示了第3段微孔分級＋細(xì)小組分浮選。

圖12 第3段微孔分級+細(xì)小組分浮選

如圖12所示，帶有細(xì)小組分浮選段的第3段篩選的得率與紙漿整體浮選的得率基本相同；更重要的是，殘余油墨量相同。第1段和第2段的質(zhì)量篩渣率Rm和ERIC來自體積篩渣率最低時(shí)的實(shí)驗(yàn)室中試。對于第3段，考慮到第3段進(jìn)漿長纖維量較高，假定Rm為90%，ERIC減小50%。對于浮選操作，考慮了另外一種假設(shè)：對第3段的混合漿料流進(jìn)行處理，可接受的紙漿ERIC為試驗(yàn)得到的3次微孔良漿篩選（Rv）結(jié)果的平均值?？紤]了第1段試驗(yàn)得到的得率和良漿ERIC的平均值。

雖然圖12所示原理圖描繪了3種單獨(dú)的以正向供料模式供料的壓力篩選系統(tǒng)（間歇），同一配置可以應(yīng)用在帶有3個(gè)單獨(dú)篩選區(qū)的單一單元中?，F(xiàn)已存在這種系統(tǒng)，并且已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。在較低體積篩渣率下運(yùn)行第1段可以將最大量細(xì)小組分轉(zhuǎn)移至良漿級分中。第2段和第3段良漿可以逆向送料進(jìn)行級間稀釋。這樣可以大大降低第1段和第2段的漿料稀釋要求。對能源消耗的主要影響來自各能源使用段（高速分散器、低速碎紙機(jī)）；在這些能源使用段，僅處理含有大量斑塊的漿料部分。在之前的情況中，這部分漿料占整體漿料的42%。漿料流較少也意味著對浮選能力的要求較低，或設(shè)備的設(shè)計(jì)工作量較小。

2.2 第2組試驗(yàn)：生成分層紙生產(chǎn)所需的各級分

2.2.1 操作參數(shù)與方法

如果需要用于生產(chǎn)多層紙生產(chǎn)流程所需的獨(dú)特級分，則可以進(jìn)一步開發(fā)微孔分級和良漿浮選法。以下章節(jié)中所述的第2組完整的小規(guī)模試驗(yàn)廠試驗(yàn)舉例說明了2種不同分級方法與浮選操作的聯(lián)合使用，用于生產(chǎn)不同級分。試驗(yàn)操作條件如表2所述。微孔分級的第2段和第3段用洗滌段代替。

表2 各單元操作的操作條件

含有大量自由油墨的微孔良漿在浮選槽中加以處理。含有大量細(xì)小組分的浮選良漿加以貯存，并通過通入蒸氣直接進(jìn)行加熱，以便水力旋流器分級。第1段篩選后得到的長纖維使用自來水稀釋，并在一個(gè)Classiflux洗滌器（CTP開發(fā)的金屬絲網(wǎng)洗滌技術(shù)）上進(jìn)行處理。洗滌在一個(gè)孔徑為355μm的金屬絲網(wǎng)上進(jìn)行。因脫水形成的纖維墊不斷地由位于金屬絲網(wǎng)下面的逆向移動(dòng)棒清除。為了使用水力旋流器進(jìn)行分級，使用熱水將紙漿稀釋至質(zhì)量濃度為5 g/L。水力旋流器級分良漿和篩渣再次在Classiflux洗滌器上進(jìn)行洗滌。目的在于降低微孔篩渣的殘余ERIC，因?yàn)閮H進(jìn)行第1段壓力篩選。通過該試驗(yàn)得到2種“細(xì)小組分”級分f1和f2（之所以如此命名，是因?yàn)樗鼈兒写蠖鄶?shù)的細(xì)小組分），并得到2種“纖維”級分F1和F2（之所以如此命名，是因?yàn)樗鼈兒写蠖鄶?shù)的纖維）。

本組小規(guī)模試驗(yàn)廠試驗(yàn)的目的是得到2種細(xì)小組分級分和2種纖維級分。圖13所示試驗(yàn)原理圖中概述的方法可以進(jìn)一步加以優(yōu)化。

圖13 分級脫墨簡化示意圖

完整的工藝流程配置可以包括對微孔篩選篩渣進(jìn)行精篩，以除去大塊的膠粘物，然后采用機(jī)械能破碎斑塊，并脫除纖維中的殘余油墨。

2.2.2 結(jié)果與討論

使用選定試驗(yàn)裝置進(jìn)行試驗(yàn)得到的光學(xué)性能如圖14所示。

圖14 各漿料流的白度和ERIC

與纖維級分F1和F2相比，最終細(xì)小組分級分f1和f2的油墨含量較高；纖維級分F1和F2幾乎達(dá)到了過洗滌紙漿的性能。

與纖維級分F1和F2（其中的纖維既長又粗）相比，級分f1和f2含有大部分的細(xì)小組分、既短又細(xì)的纖維和填料/顏料（灰分含量），如表3所示。這主要是微孔篩選過程中，細(xì)小組分和纖維級分的高效分離造成的。

圖15為各篩選級分纖維長度分布。

由圖15可見，初始紙漿經(jīng)過篩選分級后，良漿中纖維長度較短，篩渣中纖維長度較長。浮選良漿或微孔篩選長纖維的水力旋流器分級提供了4種形態(tài)特征不同的漿料流。良漿（f1或f2）含有寬度較小的纖維。這可以通過查看這些級分的纖維寬度和長度分布進(jìn)一步加以解釋。良漿級分中處于較小尺寸范圍內(nèi)的纖維比例較高；纖維級分和細(xì)小組分級分寬度分布結(jié)果分別見圖16和圖17。比表面積較大的纖維狀細(xì)小組分和細(xì)纖維化纖維集中在良漿級分中。

表3 紙漿性能

圖15 各篩選級分纖維長度分布

使用水力旋流器分級后，出現(xiàn)一種非常有意思的現(xiàn)象：所得到的各級分可以放入不同層中，如分層紙生產(chǎn)過程中所設(shè)想的。舉例來說，良漿級分（f1和f2）纖維寬度較小，并且含有較多細(xì)纖維化纖維/細(xì)纖維化細(xì)小組分，將提供較好的強(qiáng)度性能，可以放入表面層中；而篩渣級分（F1和F2）可以放入中間層（見圖1）。事實(shí)上，由所述4種級分，通過在每一層中放入不同比例的各級分可以實(shí)現(xiàn)多種組合。通過對各級分進(jìn)行單獨(dú)的漂白處理還有“意外收獲”。通過研究各級分對漂白劑量和化學(xué)品的響應(yīng)可以降低漂白成本。鑒于微孔分級，僅紙漿流的44%在浮選槽中進(jìn)行處理，其余的56%將進(jìn)行篩選（通過細(xì)小篩縫除去大塊膠粘物）和機(jī)械處理。在小規(guī)模試驗(yàn)廠操作中，體積損失為18%，得率為65%。浮選階段的油墨去除效率為80%，可以與前文所述的實(shí)驗(yàn)室浮選試驗(yàn)結(jié)果相媲美。如果將4種級分組合在一起，并且考慮洗滌和濃縮階段無篩渣損失（比如在工業(yè)化應(yīng)用中，相應(yīng)漿料流將與微孔良漿混合），則總得率將為85%。這4種級分混合后ERIC質(zhì)量分?jǐn)?shù)為187×10-6，如圖18中的簡化原理圖所示。

圖16 脫墨漿使用水力旋流器分級后各纖維級分的寬度分布

圖17 脫墨漿使用水力旋流器分級后各細(xì)小組分級分的寬度分布

圖18還列出了斑塊流（僅列出了纖維級分的，灰色框中所示）。事實(shí)上，大部分斑塊保留在纖維級分中，如前所示。由于水力旋流器分級（其還起到清洗作用），端部級分中富含有較多斑塊，基部級分減少。這也提供了另一種方案，即對斑塊碎片應(yīng)用不同大小的能量。

分析還表明，在浮選良漿的水力旋流器分級過程中，自由油墨和礦物填料級分遵循分流比，因?yàn)镽 m油墨和R m灰分基本等于Rv（42%）。很難假定所述情況適用于纖維分級，因?yàn)橛湍じ皆诶w維上，而非自由移動(dòng)。

所報(bào)告的第2組實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，微孔和水力旋流器分級綜合法可以應(yīng)用于脫墨生產(chǎn)線，以實(shí)現(xiàn)2個(gè)不同的目的：簡化脫墨操作和生產(chǎn)用于最后的多層成形的各級分。

圖18 將所有級分組合后最終ERIC小于200×10-6

試驗(yàn)證明了將微孔壓力篩選分級法與水力旋流器分級法相結(jié)合的可能性，二者結(jié)合可以得到4種不同的級分；這4種級分可以以最佳方式使用，用于分層紙頁結(jié)構(gòu)的成形。首先，必須生產(chǎn)含有油墨的細(xì)小組分級分，然后通過油墨去除操作進(jìn)行處理。一旦處理后，這些細(xì)小組分可以分級為高表面積的纖維狀細(xì)小組分和低表面積的片狀細(xì)小組分。基于細(xì)胞壁性能的分離法也可以應(yīng)用于纖維級分，從而實(shí)現(xiàn)2種不同級分中，細(xì)胞壁較薄的細(xì)纖維化纖維與細(xì)胞壁較厚的粗大纖維分離。采用該方法，可以合理化脫墨生產(chǎn)線（從而節(jié)省能源），并可以制得多層結(jié)構(gòu)紙頁成形用的級分。

紙頁性能取決于級分的類型和數(shù)量。鑒于光學(xué)和形態(tài)性能不同，各級分可以實(shí)現(xiàn)紙頁性能不同程度的提高。

3 結(jié)論

專注于采用微孔壓力篩選法獲得的細(xì)小組分分級的系列試驗(yàn)的目的在使用再生纖維制漿情況中得以雙重化：對各類型纖維進(jìn)行正確處理；制得多層紙頁結(jié)構(gòu)形成所需的級分。

這通過在脫墨操作中應(yīng)用壓力篩選分級（0.25 mm微孔篩籃）法實(shí)現(xiàn)。采用這一分級方法，可以制得2種具有不同光學(xué)和形態(tài)特征的級分。第2段壓力篩選在將細(xì)小組分和油墨分離至良漿中和保留大部分斑塊及ERIC含量較低的干凈長纖維方面非常有效。這樣可以進(jìn)行專門的處理。所述專門處理即使用浮選槽除去油墨。通過簡單的模擬表明，增加壓力篩選段可以進(jìn)一步降低長纖維中油墨含量。第3段壓力篩選和細(xì)小組分浮選的總得率等于或稍高于紙漿整體浮選的。

在另一組試驗(yàn)中，基于纖維細(xì)纖維化狀態(tài)或細(xì)小組分比表面積，使用水力旋流器對浮選良漿和微孔篩渣進(jìn)行分級，得到4種級分；這4種級分具有不同的形態(tài)特征。良漿中纖維寬度較小的細(xì)纖維化纖維和比表面積較大的纖維狀細(xì)小組分含量較高；而片狀細(xì)小組分或細(xì)纖維化程度不高的纖維集中在篩渣中。脫墨生產(chǎn)線中進(jìn)行分級的主要優(yōu)點(diǎn)是：首先，可以對各級分進(jìn)行專門處理；其次，節(jié)省各單元操作過程中的能源消耗，因?yàn)橹粚φw紙漿的一部分進(jìn)行處理。

（馬倩倩 編譯）