- Hệ số tán xạ giảm, độ che phủ thấp hơn.
CHƯƠNG 5: BỘT GIẤY THU HỒ
5.1. Tổng quan
5.1.1. Định nghĩa
Giấy thu hồi được định nghĩa gồm các loại giấy đã qua ít nhất một lần sử dụng như: Giấy đứt, giấy xén loại ra từ các phân xưởng sản xuất giấy hay từ các xưởng in, giấy bìa, giấy tập, giấy báo…
Giấy thu hồi vẫn mang đầy đủ tính chất của vật liệu xenlulo nhưng về thành phần thì khơng giống như gỗ.
5.1.2. Tiến độ phát triển
Sự phát triển việc sử dụng giấy thu hồi cho các cơng nghiệp giấy được xem là một thành cơng của nửa sau thế kỷ 20, trước năm 1950 vấn đề này rất ít được biết đến. Bước vào thế kỷ mới, giấy thu hồi là nguồn nguyên liệu khơng thể thiếu của nền cơng nghiệp giấy ở những nước phát triển và nước cơng nghiệp hĩa. Đây là nguồn nguyên liệu sợi thứ hai của cơng nghiệp giấy, khơng đi từ rừng mà được thu gom từ các nguồn giấy đã qua sự dụng, nĩ cĩ một ý nghĩa thực tiễn rất cao đặc biệt đối với các nước đơng dân và cĩ nhu cầu sử dụng giấy cao. Bằng hỗ của các quá trình hĩa học và cơ học, giấy thu hồi lại cĩ thể được tái sử dụng để sản xuất các loại giấy hay bao bì.
Giấy thu hồi thường là hỗn hợp với hàm lượng khơng ổn định của bột hố học và bột cơ học và tuỳ theo loại sản phẩm cần sản xuất mà nhà sản xuất chọn lựa các loại giấy thu hồi khác nhau. Tùy cầu cụ thể, chúng sẽ được xử lý rồi phối trộn với bột giấy chính phẩm, tỉ lệ giấy thu hồi trong thành phần các loại giấy thay đổi từ 5÷100%. Ví dụ như cĩ thể sản xuất lớp cactơng sĩng từ 100% nguồn nguyên liệu này, hoặc ở Đức, ở Mỹ, cĩ giấy báo cũng chỉ được làm từ giấy thu hồi, với các loại giấy lụa hay giấy văn hố (in, viết) tỉ lệ này sẽ thấp hơn tuỳ thuộc vào từng yêu cầu. Theo thống kê năm 1997, mức sử dụng giấy thu hồi (128 triệu tấn) gần bằng với mức bột hố học (140 triệu tấn) và gấp bốn lần lượng bột cơ học). Giấy thu hồi do vậy giữ một vai trị rất quan trọng, nĩ như là nguồn nguyên liệu thay thế cho giấy sản xuất từ gỗ, nhất là đối với nước ta cĩ diện tích rừng hạn chế.
Tuy nhiên, cơng nghệ sử dụng giấy thu hồi lại đặt ra vấn đề về chất bùn thải (từ quá trình khử mực), tỉ lệ thay đổi từ 5÷40% (trung bình 15%) tuỳ vào loại giấy thu gom và loại sản phẩm cần cĩ. Các chất thải rắn hữu cơ này cĩ thể được đốt, vấn đề là quản lý
việc tận dụng nhiệt lượng và kiểm tra các khí thải sinh ra. Hoặc cĩ thể được sử dụng trong cơng sản xuất xi măng, gạch. Ngồi ra, khi số chu kỳ thu hồi tăng dần, độ bền cơ lí của bột giấy sẽ giảm dần. Một vấn đề mang tính đặc trưng của cơng nghệ xử lí bột thu hồi là sự hiện diện của chất keo dính trong huyền phù bột, gây ra hiện tượng keo dính trục hay dính lưới xeo.
5.1.3. Hiệu suất thu hồi
Tùy theo yêu cầu của từng loại sản phẩm mà hiệu suất thu hồi bột giấy khác nhau. Nếu sử dụng bột giấy thu hồi làm những sản phẩm chất lượng cao thì tỉ lệ thu hồi thấp cịn như dùng làm bìa cactong thì tỉ lệ thu hồi rất cao. Bảng sau cho ta biết tỉ lệ thu hồi của một số bột giấy.
Loại giấy sản xuất
Bao bì,
giấy gĩi Giấy in
Giấy vệ sinh Giấy khử mực từ tập học sinh Giấy khử mực từ giấy báo… Giấy đặc biệt Tỉ lệ thu hồi % 90÷95 65÷85 60÷75 60÷70 80÷85 70÷95 Bảng 5.1
Hiệu suất bột từ giấy thu hồi cao nhất trong trường hợp làm các loại bao bì vì sản phẩm “giấy nâu” này khơng cần giai đoạn khử mực. Sự tiêu hao chủ yếu là do những thành phần khơng phải là giấy như kim loại, thủy tinh, chất dẻo, gỗ… và tiêu hao trong quá trình sàng rửa, pha lỗng… Khi cĩ giai đoạn khử mực, hiệu suất thu hồi giảm, ví dụ cịn khoảng 65%, nhưng cải thiện được các tính chất quang học cho loại giấy in. Để làm giấy báo hiệu suất thu hồi cĩ thể cao hơn tùy vào từng yêu cầu, cĩ thể áp dụng quá trình khử mực một hoặc hai giai đoạn. Sử dụng giấy khử mực để làm giấy vệ sinh là một trường hợp. Đặc biệt, hiệu suất xử lý bột lúc này thấp (khoảng 60%), vì quá trình khử mực phải kết hợp các kỹ thuật tuyển nổi và kỹ năng rửa, để vừa tách mực, vừa loại các chất độn mịn, sao cho hàm luợng tro phải dưới 5%.
5.2. Thu gom và phân loại giấy thu hồi
5.2.1. Các nguồn giấy thu hồi
Giấy từ các tổ chức cơng nghiệp hố như siêu thị, các văn phịng, cùng các loại giấy khơng hợp qui cách loại ra từ các xưởng sản xuất hay số lượng báo và tạp chí xuất bản thừa.
Giấy tập học sinh, giấy từ các trường học
5.2.2. Phân loại
Mặt dù khoa học kĩ thuật cĩ phát triển, thì việc phân loại giấy thu hồi vẫn chủ yếu mang tính thủ cơng, nhất là khi nguồn giấy này ngày càng chứa nhiều thành phần khơng cĩ thuộc tính giấy.
Ta phân loại giấy theo những thuộc tính sau: Về màu sắc:
Loại giấy nâu: đĩ là các loại cactong, bao bì… Chúng được tái sử dụng chủ yếu để làm những loại bao bì (lớp sống hoặc lớp đế).
Loại giấy trắng: là loại giấy báo, tạp chí, tài liệu văn phịng, loại giấy lề… Chúng được khử mực và sau đĩ được sử dụng chủ yếu trong thành phần của giấy báo, giấy in, giấy vệ sinh…
Về thành phần:
Giấy chứa nhiều tạp chất: giấy này thường cĩ màu tối, chứa nhiều lignin mà trong quá trình chế biến ở “vịng đời” trước chưa trải qua cơng đoạn tẩy trắng.
Giấy chứa các loại keo, băng keo, mảnh nilon, mảnh polymer, mảnh kim loại
Giấy trắng chỉ chứa các tạp chất độn
5.2.3. Tồn trữ
Để tồn trữ giấy thu hồi người ta đĩng thành kiện hoặc để dạng tự do trong các bãi cĩ mái che. Loại giấy cĩ giá thành thấp cĩ khi được tồn trữ ngồi trời, điều này cĩ thể ảnh hưởng đến một số tính chất cơ lí như làm giảm chiều dài đứt, giảm độ bền gấp và làm giảm độ trắng nếu thời gian tồn trữ khá dài do chịu tác kích của độ ẩm và các vi sinh vật. Khi được tồn trữ bên trong nhà kho, tính chất xơ sợi gần như khơng bị thay đổi. Đối với loại giấy đem khử mực thì khi thời gian càng kéo dài, mực sẽ càng khĩ tách ra khỏi bề mặt giấy (do chất kết dính trong thành phần mực in bị trùng hợp hoặc oxi hố) do vậy với loại này thời gian tồn trữ càng ngắn càng tốt. 5.3. Sơ đồ quá trình xử lí bột thu hồi
Giấy thu hồi
Nghiền thủy lực
Tẩy trắng, tuyển nổiHố chất tẩy, chấ hoạt động bề mặt
Phân loại
Lọc rửa
Nghiền đĩa, nghiền cơn
Nước Hố chất Lọc rửa Sàng tinh Sàng thơ Tinh chế bột Làm đặc Bột thu hồi
Phối trộn phụ gia Xeo giấy
Hơi nước
nước
5.4. Thuyết minh quy trình
Giấy thu hồi được gom, thu mua từ các đại lí đem đi phân loại sau đĩ cho vào thiết bị nghiền thủy lực. Tại thiết bị này ta cho thêm nước vào ngâm cho giấy mềm, cho thêm hố chất ( thường là nước Cl2) để phần nào tẩy trắng, và loại các tạp chất bẩn ngay cơng đoạn đầu. Trong quá trình nghiền thủy lực các tạp chất kim loại nặng sẽ lắng xuống đáy của thiết bị cịn các tạp chất nhẹ như nilon, băng keo, mảnh polymer nổi lên trên ( ta cĩ thể với ra khi kết thúc quá trình nghiền). Thiết bị nghiền này sẽ đánh tơi các mảnh giấy cĩ kích thước lớn một phần làm văng ra các hạt mực, các chất độn dính trên giấy.
Bột sau nghiền thủy lực được tháo ra ở đáy thiết bị nghiền. Dưới đáy tháo liệu cĩ gắn lưới sàng, giữ lại những phần cĩ kích thước lớn những phần đúng kích thước yêu cầu được cho vào máy nghiền đĩa hoặc nghiền cơn. Tại máy nghiền đĩa các xơ sợi sẽ được nghiền nhỏ rồi cho qua sàng.
Sàng sau máy nghiền đĩa phân loại các xơ sợi thơ những phần hợp cách qua sàng rất bẩn ta đem đi rửa, lọc. Quá trình lọc rửa ở giai đoạn này làm giảm bớt chất bẩn sẽ tiết kiệm được lượng hố chất trong quy trình tẩy.
Bột sau rửa ta đem tẩy trắng. Các hố chất tẩy dùng cho cơng đoạn này sẽ đề cập ở chương 7. Trong cơng đoạn này để loại bỏ mực ra khỏi bột giấy người ta thực hiện tuyển nổi.
Bột sau tẩy trắng đã sạch ta rửa lần nữa rồi cĩ thể đem xeo hoặc làm đặc, tồn trữ. 5.5. Thơng số kỹ thuật
Phương pháp tuyển nổi, rửa và tẩy trắng chỉ được áp dụng cho bột thu hồi loại “giấy trắng” để loại bỏ phần in. So với quy trình bột chính phẩm (từ gỗ), cơng nghệ và thiết bị sử dụng để xử lý bột thu hồi gần tương tự nhau. Tuy nhiên, do trong bột thu hồi cĩ chứa nhiều loại tạp chất nên trong một số trường hợp cụ thể sẽ cĩ những điều chỉnh cho phù hợp.
Ví dụ: Để loại tạp chất cĩ tỉ trọng d<1 như các mảnh chất dẻo, cần sử dụng những cyclơn thủy lực kiểu ngược dịng (thay vì dùng kiểu thuận dịng).
Hai cơng đoạn mang tính đặc thù của cơng nghệ xử lý bột thu hồi là đánh tơi sợi (deflaking) và xé tơi sợi (dispersion và kneading). Đánh tơi sợi được thực hiện như một giai đoạn hổ trợ cho quá trình phân tán sợi, vì cĩ một số loại giấy hay bìa
cactơng cĩ độ bền ướt cao, khĩ tạo được hệ phân tán sợi trong các máy nghiền thủy lực, mà chủ yếu chỉ được xé nhỏ thành các mảnh giấy vụn. Cịn phân tán và xé tơi sợi được áp dụng đối với loại giấy đã qua khử mực và chuẩn bị vào giai đoạn tẩy trắng.Vai trị, cơng nghệ và thiết bị của từng cơng đoạn xử lý sẽ lần lượt được đề cập trong những phần sau.
Ngồi ra, việc chọn lựa các cơng nghệ xử lý được dựa và các tính chất của tạp chất như :
Quá trình sàng: Được áp dụng khi các thơng số cần quan tâm là cỡ hạt, hình dạng hạt và độ biến dạng.
Quá trình rửa: Khi các thơng số cần quan tâm là kích thước và hình dạng hạt (mực và tạp chất các loại).
Ly tâm: Khi các thơng số cần quan tâm là tỉ trọng, kích thước và hình dạng hạt (mực và tạp chất các loại)
Tuyển nổi: Khi các thơng số cần quan tâm là tính chất bề mặt và kích cỡ hạt mực.
Các hạt to hình khối được tách rất hiệu quả bằng quá trình nghiền, nhưng hạt nhỏ hơn, phẳng hay biến dạng thì sẽ khĩ tách hơn.
Bảng Tỉ khối và cỡ hạt một số tạo chất trong bột giấy thu hồi
Tạp chất Tỉ khốig/cm3 Cỡ hạt µm <1 <10 <100 <1000 >1000 Kim loại 2,7÷9 x Cát 1,8÷2,2 x x x x Chất độn 1,8÷2,6 x x x Hạt mực 1,2÷1,6 x x x x x Hạt keo dính 0,9÷1,1 x x x x x Sáp 0,9÷1 x x Hạt nhựa xốp 0,3÷0,5 x x Chất dẻo 0,9÷1,1 x x x Bảng 5.2
Quá trình rửa lấy đi những hạt nhỏ và hiệu quả tách phụ thuộc vào lượng nước rửa.
Năng lượng tiêu tốn trong các cơng đoạn xử lý được thống kê như bảng sau
Quá trình Năng lượng tiêu
tốn (kWh/tấn)
Nồng độ bột (%)
Đánh tơi sợi (deflaking) 20÷60 3÷6
Phân tán sợi bằng
nghiền thủy lực (pulping) 15÷40 3÷20
Sàng (screening) 5÷20 0,5÷4
Rửa 1,5÷20 0,7÷1,5→ 5÷12
Tuyển nổi cĩ bọt khí 10÷20 <03÷0.01
Ly tâm 4÷8 <0,5÷4,5
Làm đặc bột 1÷10 0,5÷5
Nghiền (thủy vàchổi hố) Nộng độ thấp (LC) Nồng độ cao (HC) 3÷25 10÷60 3÷5,5 # 30 Tồn trữ 0,02÷0,1 3÷5,5 Phối trộn 0,2÷0,5 3,5÷4,5 Bảng 5.3 5.6. Các thiết bị trong quy trình
5.6.1. Thiết bị nghiền thủy lực
Quá trình này thực hiện nhiệm vụ là đánh tơi nguyên liệu giấy dưới tác dụng của lực cơ học thành các đơn vị sợi mịn, nhằm tạo được huyền phù cĩ độ đồng nhất cao. Để tiết kiệm năng lượng, thường đầu tiên thực hiện giai đoạn xử lý thơ, lúc này cĩ thể tách một phần những tạp chất nặng cĩ kích thước cịn đủ lớn. Kế đĩ sẽ thực hiện giai đoạn tơi bột thành các sợi mịn trong các máy đánh bột cĩ lưới lọc.
Quá trình được thực hiện trong thiết bị gọi là nghiền thủy lực. Ở thiết bị nghiền thủy lực, cần giảm độ bền cơ lý của giấy bằng sự thấm ướt, liên kết hidrogen giữa các sợi bị bẻ gãy. Khi cĩ sự thấm ướt nhanh và hồn tồn, sẽ cĩ một quá trình phân tán sợi hiệu quả. Với những loại giấy cĩ độ bền kéo khá cao (như các loại hay cactong làm từ bột sulfat), cĩ thể gia nhiệt hỗn hợp đến khoảng 750C, hoặc nếu cần cĩ khi cịn sử dụng một số hĩa chất như acid hoặc kiềm tùy theo hệ chất gia cường ướt. Lực để phân tán sợi do vậy phải lớn hơn độ bền của giấy đem xử lý và lớn hơn lực kết dính giữa sợi và tạp chất (mực in, lớp tráng). Tuy nhiên, điểm quan trọng là lực tác kích này khơng được quá lớn và các tạp chất khơng nên bị đánh quá mịn.
Đĩa nghiền thủy lực 2 1 5 3 4 7 6 8 9 10
Hình 5.4: Thiết bị nghiền thuỷ lực
Thiết bị phân tán bột cĩ thể là máy nghiền thủy lực dạng chân vịt hay dạng trống. Trong thiết bị phân tán bột dạng trống, lực chuyển dịch thường thấp hơn so với thiết bị loại chân vịt, do vậy các thành phần tạp chất sẽ cĩ kích thước đủ lớn và đều này làm cho việc sàng lọc thuận lợi hơn. Nếu trong hỗn hợp giấy thu hồi cần xử lý cĩ thành phần chất bền ướt cao, chúng sẽ nằm lại trên sàng. Trong vùng sàng, huyền phù bột được pha lỗng với nước bổ sung để đạt nồng độ khoảng 3÷5% (cho phần hợp cách). Những tạp chất cĩ kích thước khá thơ và những mảnh bột (flake) sẽ được tháo ở cửa tháo cặn sàng.
1 : Puly máy nghiền 2 : Dây đai
3 : Dao bay 4 : Dao bay 5 : Trục nhập liệu 6 : Thành Thiết Bị 7 : Động cơ 8 : Bệ đặt động cơ 9 : Cẩu mĩc đưa vật liệu 10 : Sàng thao tác
5.6.1.1.1. Cấu tạo
Thiết bị cĩ dạng hình trụ đứng thân ngồi rỗng để chứa vật liệu trong cĩ trục nghiền kiểu trục vít, trên trục nghiền cĩ gắn các dao nghiền rất sắc bén. Trục nghiền chuyển động nhờ động cơ cĩ cơng suất lớn. Động cơ nối với trục nghiền bằng cơ cấu truyền động đai (buly và dây curoa).
5.6.1.1.2. Nguyên lý hoạt động
Khi cho vật liệu vào dưới tác dụng quay của trục nghiền (rotor) tạo dịng xốy ở tâm của trục làm cho vật liệu cĩ khuynh hướng chuyên động vào tâm tiếp xúc với các dao nghiền. Các dao nghiền cấu tạo giống những lưỡi cưa cắt đứt các vật liệt tiếp xúc với nĩ làm cho vật liệu trong máy nghiền bị xé, cắt nhỏ thành những mảnh vụn.
5.6.1.1.3. Điều kiện vận hành:
Lượng nước cho vào đủ để tạo dịng xốy khơng được quá đặc hoặc quá lỗng. Nếu quá đặc trục nghiền khơng tiếp xúc được với những vật liệu ở xa nĩ khơng thực hiện được quá trình nghiền. Nếu quá lỗng các dao nghiền tiếp xúc với vật liệu với lực cắt nhỏ cũng khơng cắt được các mảnh giấy.
Tốc độ quay của rotor phải đủ lớn
Máy phải đặt trên cao đủ khả năng tháo bột, tháo cặn.
5.6.2. Thiết bị nghiền đĩa, nghiền cơn
Thiết bị nghiền đĩa hoặc nghiền cơn mục đích làm tơi các xơ sợi. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động đã nĩi ở chương 2
5.6.3. Sàng và phân loại sợi
Mục đích của quá trình sàng là lấy đi các tạp chất thơ từ huyền phù sợi thu hồi. Cấu hình thích hợp của thiết bị được chọn lựa tùy theo đặc tính của tạp chất (kích thước,
hình dạng, khả năng biến dạng…). Quá trình phân loại sợi dựa vào chiều dài (hay độ mềm mại của sợi) tách riêng sợi ngắn và sợi dài cho phù hợp. Phân loại sợi được thực hiện trên thiết bị sàng thơng thường huyền phù bột được cho qua các lỗ hay khe sàng cĩ kích thước nhỏ hơn phần tạp chất cần tách nhưng lớn nhiều so với sợi. Trong thiết bị sàng cĩ bố trí chi tiết làm sạch đĩa sàng, tránh hiện tượng lưới sàng bị bít. Quá trình