Разбивка и распускание волокна

Разбивка или распускание волокна является первой операцией в подготовке массы. На этом начальном этапе сырьё, поставляемое в сухом виде, должно быть преобразовано в суспензию, пригодную для перекачки. Основные функции процесса распускания включают:

• смачивание макулатуры с целью снижения её прочности
• разъединение бумаги на отдельные волокна и частицы
• отделение печатной краски от волокон
• удаление крупных загрязнений
• введение добавок (в некоторых случаях)
• гомогенизацию массы

Основные задачи, которые должны быть достигнуты на этапе распускания:

• отделение всех пригодных волокон до состояния отдельных волокон
• отделение печатной краски от волокон без её повторного осаждения
• предотвращение чрезмерного разрушения загрязнений, чтобы сохранить их размеры и форму, пригодные для удаления
• оптимизация времени, энергии и расхода химических добавок

---

Основы процесса разбивки и распускания

Этап распускания часто является периодическим процессом, однако на выходе должна получаться масса с постоянным, заранее заданным расходом и концентрацией, пригодная для последующих стадий разделения.

В процессе распускания используются механические, тепловые и химические воздействия. Основной эффект достигается за счёт резкого снижения прочности бумаги при её смачивании. Поэтому распускание всегда включает смешивание бумаги или целлюлозы с водой и воздействие механических, тепловых или химических сил для разрушения структуры бумаги и хлопьев.

Снижение прочности вследствие смачивания и разрушения водородных связей показано в таблице 1, где сравнивается сопротивление разрыву сухого лабораторного листа и того же листа после смачивания в воде в течение 15 секунд.

Таблица 1. Сопротивление разрыву листов из еловой целлюлозы

Сопротивление разрыву, Н/м
Сухой лист — 1380
Лист после 15 секунд в воде — 19

Как показано на рисунке 1, снижение прочности происходит очень быстро (до 95 % в течение одной минуты для бумаги с низкой массой). Поэтому быстрое и полное смачивание макулатуры является крайне важным для эффективного распускания.

Для труднораспускаемых видов бумаги прочность может дополнительно снижаться при нагреве выше 75 °C. При необходимости добавляются химические реагенты — кислотные или щелочные, в зависимости от типа влагопрочного связующего.

---

Силы, применяемые для распуска, должны превышать прочность сырья или силу сцепления загрязнений с волокнами. При этом они не должны быть чрезмерными, иначе загрязнения будут слишком сильно разрушаться.

Так как цели распуска могут достигаться разными методами, для каждого случая требуется оптимизация процесса. Например:

• увеличение времени выдержки улучшает смачивание и снижает потребность в механической энергии
• повышение температуры и добавление щёлочи (например, соды), вызывающей набухание волокон, снижает энергозатраты
• разделение процесса на стадии:
  • грубое распускание с удалением тяжёлых примесей
  • тонкое доразрушение (дефлейкирование) в дисковых устройствах
  • иногда с использованием выдерживающих ёмкостей для лучшего смачивания и набухания волокон

---

При переработке макулатуры для графических видов бумаги важную роль играет отделение краски от волокон, поскольку только свободные частицы краски могут быть удалены на последующих стадиях (например, флотацией или промывкой).

Согласно исследованиям, процесс отделения краски является процессом первого порядка и зависит от конструкции ротора и условий процесса. При этом возможна повторная адсорбция краски на волокнах, которую можно уменьшить или предотвратить с помощью соответствующей химии.

На рисунке 2 показаны кривые разрушения хлопьев и отделения краски для двух смесей вторичного волокна. Видно, что почти все хлопья разрушаются примерно за 2 минуты, и в это же время достигается минимальное значение остаточной концентрации краски (ERIC).

При более длительном времени распуска наблюдается повторное осаждение краски на волокнах, что приводит к увеличению значения ERIC.

---

Гидроразбиватели (pulper) работают при различных концентрациях массы:

• высокая концентрация (HC) — до ~19 %
• средняя концентрация (MC) — до ~12 %
• низкая концентрация (LC) — до ~6 %

HC и MC гидроразбиватели обычно работают периодически, тогда как LC — непрерывно. Конструкция импеллеров и системы очистки зависит от диапазона концентрации.

Кривые распуска для различных видов макулатуры используются для оценки работы оборудования. При периодическом режиме они показывают зависимость содержания хлопьев от времени и удельной энергии.

Хлопья — это частицы бумаги или картона, не распавшиеся на отдельные волокна.