TỔNG QUAN QUÁ TRÌNH TÁI CHẾ GIẤY 1.Tổng quan ngành giấy Lịch sử hình thành và phát triển ngành công nghiệp giấy nói chung: Năm 105 sau Công nguyên được coi là năm mà nghề làm giấy được p
TỔNG QUAN QUÁ TRÌNH TÁI CHẾ GIẤY
Tổng quan ngành giấy tái chế thế giới
Giấy tái chế (giấy thu hồi) đóng vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp giấy của các nước phát triển nhờ tỷ lệ thu gom nội địa cao Tại Bắc Mỹ, tỷ lệ thu gom đạt 70%, EU 73% và Nhật Bản 81,3%; trong khi khu vực châu Á chỉ đạt 52,5%, thấp hơn mức trung bình toàn cầu 59%.
Xuất khẩu giấy tái chế (giấy thu hồi) chủ yếu đến từ Bắc Mỹ, EU, Nhật Bản Khối
EU thùa cung giấy tái chế 8,6 triệu tấn/năm, Bắc Mỹ thừa cung 20,5 triệu tấn/năm; châu Á thiếu cung 31 triệu tấn/năm, Mỹ Latin thiếu cung 0,8 triệu tấn/năm.
Hình 1: Thu gom và sử dụng giấy tái chế để sản xuất giấy theo
Tổng quan ngành giấy tái chế ở Việt Nam
Giấy đã qua sử dụng là nguyên liệu chính cho sự phát triển của ngành công nghiệp giấy trong nước và đóng vai trò thiết yếu trong chu trình sản xuất Giấy thu hồi là nguồn nguyên liệu không thể thay thế tại Việt Nam, giúp tối ưu hóa nguồn lực và giảm thiểu tác động đến môi trường Tỷ lệ sử dụng giấy thu hồi làm nguyên liệu sản xuất các loại giấy đạt tới 87%, trong khi đối với sản phẩm giấy bao bì lên tới 98%, cho thấy hiệu quả của chiến lược tái chế và phát triển bền vững của ngành giấy Việt Nam.
Hoạt động thu gom giấy thu hồi đã phát triển mạnh và đạt được tỷ lệ 43%, tuy nhiên hai năm gần đây tăng trưởng sản xuất mạnh, đặc biệt ở lĩnh vực giấy bao bì, đã làm cho tỷ lệ thu gom trong nước không theo kịp Bên cạnh đó, hoạt động thu gom vẫn mang tính tự phát, manh mún, lạc hậu nên hiệu quả thu hồi chưa đạt được mức cao và chưa mang lại kết quả như kỳ vọng.
Ở Việt Nam, nhu cầu sử dụng giấy cho sản xuất đang tăng mạnh với xu hướng cung cầu giấy thu hồi ngày càng nổi bật Nhu cầu này tăng khoảng 35% mỗi năm, và đến năm 2025 ước tính tổng lượng giấy cần cho sản xuất có thể lên tới 13,2 triệu tấn, so với 3,7 triệu tấn năm 2018 Sự tăng trưởng này cho thấy vai trò ngày càng quan trọng của nguồn giấy thu hồi và nguyên liệu tái chế trong chuỗi cung ứng giấy tại Việt Nam.
Hình 2: Thu gom và sử dụng giấy thu hồi để sản xuất giấy của Việt Nam
Ở Việt Nam, tỉ lệ giấy đã sử dụng được thu hồi so với tổng lượng giấy tiêu dùng chỉ khoảng 25%, thấp so với các nước trong khu vực Các cơ sở sản xuất quy mô lớn thường chuộng mua giấy thu hồi nhập khẩu để tối ưu thời gian và chi phí, nhờ có hóa đơn giá trị gia tăng khi nhập hàng Trong khi đó, quy trình hợp thức hóa chi phí sản xuất cho giấy loại thu gom trong nước lại phức tạp và rối ren, khiến công tác thu hồi giấy nội địa chưa có nhiều tiến triển.
Nguyên liệu dùng trong giấy tái chế
Những loại giấy có thể sử dụng trong quy trình tái chế có thể kể đến:
Giấy carton cứng được làm từ các thùng hoặc bìa carton cứng cũ, là loại giấy có nhiều lớp giấy được liên kết với nhau bằng một lớp loát ở bên trong Lớp loát này thường tạo nên bề mặt giấy có kết cấu xù hoặc có rãnh.
- Giấy báo, tạp chí cũ: Đây là loại giấy mà qua quá trình tái chế giấy sẽ trở thành rất nhiều những vật dụng hữu ích
- Sổ cái trắng: Tiêu đề giấy trắng không bóng, in hoặc không in, được đánh máy, viết và sao chép giấy máy
- Sổ cái màu: Giấy màu không bóng, in hoặc không in đều được
- Danh bạ điện thoại: Danh bạ điện thoại mới hoặc đã qua sử dụng
Chất thải văn phòng được phân loại rõ ràng thành các nhóm giấy tờ thu thập từ văn phòng và tổ chức, gồm giấy note, sổ tay và tập giấy cũ, tờ rơi, bản sao trắng hoặc pastel và giấy viết, giấy máy tính trắng hoặc có sọc, cùng với giấy tiêu đề thư và phong bì.
Các yếu tố ảnh hưởng quá trình khử mực
Chất lượng bột giấy ảnh hưởng rất lớn tới chất lượng bột DIP (bột khử mực) Nhiều nhà máy cho rằng nếu đạt được các yêu cầu chất lượng giấy ở đầu vào thì các yêu cầu về chất lượng sản phẩm ở các bước sau sẽ được giải quyết Trên cơ sở đó, họ xây dựng tiêu chuẩn chất lượng nghiêm ngặt và xác định các điểm có thể kiểm soát để đảm bảo chất lượng bột giấy đạt yêu cầu.
Chất lượng giấy loại được xác định dựa vào 3 yếu tố sau:
Độ sạch của giấy loại được hiểu là lượng tạp chất bẩn có trong sản phẩm; các nhà máy sản xuất bột khử mực có hệ thống loại bỏ tạp chất khác nhau, nhưng chưa có cơ sở nào có thể loại bỏ 100% chất bẩn Thống kê cho thấy nguyên liệu càng chứa nhiều chất bẩn thì lượng chất bẩn còn lại trong bột thành phẩm càng nhiều Vì vậy, loại bỏ chất bẩn tại nguồn cấp ban đầu là cách hữu hiệu nhất để nâng cao độ sạch và chất lượng bột khử mực.
Độ đồng đều của nguyên liệu là phạm vi xác định mức độ ổn định của các thành phần cấu thành Khi nguyên liệu được tập hợp từ nhiều chủng giấy khác nhau, tỷ lệ của từng chủng giấy phải được duy trì ở mức ổn định để đảm bảo tính đồng nhất và chất lượng sản phẩm.
Việc cung cấp nguyên liệu càng đồng đều đóng vai trò then chốt giúp xưởng sản xuất có nhiều cơ hội đạt được công nghệ ổn định Khi nguồn nguyên liệu được chuẩn hóa và đồng nhất, quá trình sản xuất diễn ra trơn tru hơn, giảm biến động và tăng tính ổn định của công nghệ Do đó, chất lượng bột được kiểm soát tốt hơn và duy trì ở mức ổn định, đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng và yêu cầu của khách hàng.
Chất lượng xơ sợi là yếu tố quyết định loại giấy được sản xuất Các loại xơ sợi trong giấy loại gồm bột hóa học, bột cơ, bột tẩy trắng hoặc bột không tẩy, cùng với đặc tính sớ ngắn hoặc sớ dài, sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến đặc tính và mục đích sử dụng của giấy Do đó, sự kết hợp giữa nguồn xơ và độ dài sớ xác định cấu trúc, độ bền và chất lượng cuối cùng của sản phẩm giấy, từ giấy in ấn và bao bì đến giấy vệ sinh và các loại giấy chuyên dụng khác.
Cả 3 yếu tố này sử dụng để phân chia giấy loại thành các chủng loại khác nhau cũng như quyết định giá cả của chúng và là cơ sở để cân đối giữa yêu cầu về chất lượng và giá cả Việc cung cấp ổn định giấy loại với một số lượng nhất định cũng là một yếu tố giới hạn cần được nhà sản xuất xem tới.
4.2 Kiểm soát chất lượng giấy loại
Chất lượng của từng loại giấy có mối quan hệ trực tiếp với hiệu suất vận hành của dây chuyền sản xuất và chất lượng bột khử mực, vì vậy cần xây dựng một hệ thống kiểm soát chất lượng tốt Đặc biệt, cần xác lập các yêu cầu đặc tính kỹ thuật cho giấy loại một cách chi tiết, bao gồm: các loại giấy, sự phân phối tỷ lệ giữa các loại giấy, những vật liệu không được chấp nhận, hạn chế của các chất bẩn, hàm lượng ẩm của giấy loại, tuổi của giấy loại và phương pháp đóng bành cũng như kích cỡ bành Hệ thống này giúp đảm bảo đầu vào có chất lượng ổn định, tối ưu hóa hoạt động của dây chuyền và chất lượng bột khử mực.
Hệ thống quả lý chất lượng cũng cần xác định : các phương thức thải loại tạp chất, các yêu cầu cần thiết, các phương thức giao hàng.
4.3 Các nguồn giấy loại ( giấy thu hồi )
Các nguồn giấy thu hồi : nguồn gốc chính từ các hộ gia đình, công nghiệp in ấn, các nguồn công nghiệp khác.
Giấy từ hộ gia đình chủ yếu là giấy báo, với một lượng nhỏ giấy tạp chí, và ở một số quốc gia loại giấy này được dùng làm lớp độn cho giấy thùng carton.
Bột khử mực từ các nguyên liệu ban đầu như giấy báo và tạp chí thường được dùng để sản xuất giấy in hoặc giấy tissue có định hướng thấp, đồng thời nó có thể pha trộn với các loại bột có độ trắng cao hơn nhằm nâng cao chất lượng giấy Đôi khi bột khử mực được kết hợp với những bột trắng sáng hơn để sản xuất giấy in, giấy viết và các loại giấy bao bì.
Trong công thức nguyên liệu hiện nay người ta thường dùng 30% tạp chí và 70% giấy báo.
Giấy văn phòng chủ yếu là giấy in và giấy viết có hàm lượng bột cao Người ta dùng bột từ nguyên liệu này để thay thế cho bột hóa trong sản xuất các loại giấy in, giấy viết và giấy tissue, giúp nâng cao chất lượng hoặc được tẩy trắng để sản xuất các loại bao gói trắng.
Giấy từ các nguồn công nghiệp khác thường là giấy bao bì có độ bền cao và được tái sử dụng để sản xuất các loại giấy bao mới mà không đòi hỏi quá trình khử mực Đây là cách tối ưu cho chu trình tái chế, giúp giảm lượng chất thải và tiết kiệm nguyên liệu đồng thời đảm bảo sản phẩm giấy bao bì vẫn đáp ứng các yêu cầu về độ bền và hiệu suất đóng gói.
Phân loại giấy thu hồi:
Tùy theo xuất xứ mà giấy thu hồi được phân loại như sau:
Giấy thu hồi sạch là loại giấy được thu hồi từ lề giấy và giấy hỏng trong sản xuất bao bì, giấy văn phòng và giấy viết Loại giấy này không cần qua công đoạn làm sạch mà chỉ cần qua công đoạn đánh tơi để tăng độ xốp và thuận tiện cho quy trình tái chế, giúp tối ưu hóa hiệu quả sản xuất giấy tái chế.
+) Giấy thu hồi từ các nhà máy in : bị thải do in sai hoặc quá hạn sử dung, loại này cũng sạch nhưng cần qua công đoạn khử mực.
Giấy thu hồi từ các nguồn khác nhau có thành phần đa dạng và độ sạch không đồng đều, vì vậy cần trải qua công đoạn làm sạch hoàn chỉnh để loại bỏ tạp chất và đạt chất lượng phù hợp Khi được nghiền thành bột giấy từ nguồn tái chế, nguyên liệu này thường được sử dụng để sản xuất lớp giữa của các loại giấy caron, giúp cải thiện độ bền, độ ổn định và hiệu quả sử dụng trong quá trình sản xuất giấy.
Ngoài ra, phân loại theo đặc thù giấy sử dụng:
+) OMG: giấy tạp chí hoặc catalogue có tráng phủ bề mặt ( trừ PE).
Dây chuyền công nghệ quá trình khử mực
5.1 Nguyên lý chung của khử mực giấy loại (4)
Công nghệ khử mực giấy loại bao gồm ba quá trình chính là tách mực, rửa và tẩy Quá trình tách mực khỏi xơ sợi diễn ra nhờ sự trương lên của xơ trong quá trình đánh tơi, kết hợp với tác động ma sát và sự phá vỡ liên kết hóa học giữa mực và sợi, giúp mực gốc được đánh bật ra khỏi khối xơ và phân tán vào dung dịch nước trung gian Các mảng mực khô, chất keo khô và các tạp chất khác được tách ra khỏi bột bằng cách rửa, tuyển nổi và phân tán Ở các giai đoạn này có nhiều tương tác giữa các hạt mà hóa học bề mặt đóng vai trò quan trọng, bao gồm các yếu tố như lực hút – đẩy giữa các hạt và sự biến đổi của đặc tính bề mặt mực và xơ.
Màng mực in – bề mặt sơ sợi (tách mực)
Hạt mực –hạt mực ( phân tán, kết tụ)
Hạt mực – sơ sợi (tái kết tụ)
Hạt mực – hạt thu gom ( tuyển nổi)
Hạt mực – bóng khí (tuyển nổi)
Sơ sợi, chất độn – bóng khí (tuyển nổi)
Qui trình hiện nay sử dụng bốn loại hóa chất kết hợp để khử mực là XL-200,
NaOH, Na2SiO3 và H2O2 là các loại hóa chất được dùng để phá bỏ liên kết giữa mực và sợi giấy, đồng thời loại mực khỏi dung dịch bột và tẩy trắng bột NaOH phá vỡ liên kết này, giúp mực dễ tách ra khỏi sợi giấy Na2SiO3 đóng vai trò chất phân tán, hỗ trợ mực thoát khỏi dung dịch bột và ngăn mực tái kết dính H2O2 hoạt động như chất oxy hóa để tẩy trắng bột, nâng cao độ sáng của sản phẩm Các loại hóa chất này phối hợp ăn ý để tối ưu quá trình tách mực và nâng cao chất lượng giấy tái chế.
Dưới tác dụng của NaOH và nhiệt độ (nước nóng đưa vào máy nghiền), giấy mùn dễ mủn và tơi hơn; đồng thời ở môi trường kiềm, dầu lanh và nhựa alkyd có trong thành phần mực bị xà phòng hóa một phần, từ đó hình thành đầu ưa nước COONa hướng ra ngoài, nhựa allyd trong thành phần mực cũng bị xà phòng hóa tạo ra đầu ưa nước COONa ngoài Lúc này lớp màng hạt mực được hydrat hóa (hiện tượng thấm ướt hạt mực), khiến hạt mực trở nên ưa nước và bị kéo ra khỏi xơ sợi; phần dầu khoáng không bị kiềm xà phòng hóa sẽ được thấm ướt bởi chất hoạt động bề mặt.
Dung dịch kiềm (NaOH) làm cho xenluloza bị trương nở, và quá trình trương nở này khiến các màng mực in bị kéo căng ra, đồng thời dễ tách khởi các thớ sợi.
Việc tăng độ kiềm có thể tăng hiệu quả xà phòng hóa dầu và nhựa alkyd trong thành phần hạt mực, đồng thời làm tăng độ trương nở của xơ sợi Tuy nhiên, với bột cơ khi độ pH quá cao sẽ xuất hiện hiện tượng đen bột và làm giảm độ trắng Độ pH còn ảnh hưởng đến kích thước bọt trong tuyển nổi; ở pH trên 11, bọt khí có kích thước quá nhỏ gây thất thoát xơ sợi dài, trong khi pH tối ưu cho tuyển nổi là từ 10 đến 11.
5.1.2 Vai trò của các chất hoạt động bề mặt (6)
Vai trò của chất hoạt động bề mặt:
Dung dịch nước có sức căng bề mặt rất lớn nên không thấm ướt được bề mặt hạt mực không phân cực; để nước có thể thấm ướt bề mặt hạt mực, dung dịch cần có chất hoạt động bề mặt Các phân tử chất hoạt động bề mặt trong dung dịch gồm một đầu ưa nước và một đầu kị nước; đầu kị nước sẽ bám dính vào các phân tử dầu và nhựa trong mực, đầu ưa nước hướng ra ngoài môi trường Lúc này lực liên kết giữa mực và xơ sợi nhỏ hơn lực kéo hút của môi trường nước lên hạt mực thông qua cầu nối là các phân tử chất hoạt động bề mặt.
Hiện tượng thấm ướt hạt mực là quá trình gồm hai bước chính: xà phòng hóa dầu nhựa alkyd của hạt mực bởi NaOH và sự tương tác của chất HĐBM với hạt mực Quá trình này được tăng tốc bởi sự trương nở của xơ sợi dưới tác dụng của nước nóng và môi trường kiềm, cùng với khuấy trộn ở bể nghiền góp phần đẩy nhanh quá trình giải phóng hạt mực ra khỏi xơ sợi, từ đó cải thiện hiệu quả thấm ướt và phân tán hạt mực trong dung dịch.
Vai trò làm chất kết tụ:
Khi hạt mực đã được tách khỏi xơ sợi, chúng phân tán vào môi trường nước ở dạng huyền phù và nhũ tương Lúc này các hạt mực có thể tham gia vào các quá trình như khuếch tán và phân bố đều trong dung dịch, lắng đọng và keo tụ thành các cụm hạt lớn hơn, cũng như ổn định hoặc phá vỡ nhũ tương tùy thuộc vào điều kiện môi trường như pH, điện tích bề mặt và độ đậm đặc của hệ.
Phân rã hạt mực thành các hạt nhỏ hơn.
Các hạt mực tập hợp lại thành các hạt lớn hơn.
Sự tái bám dích lại của các hạt mực lên bề mặt xơ sợi. Để có thể tách mực ra khỏi dung dịch bột thì cần hạn chế sự tái bám dính trở lại của mwucj lên xơ sợi và phân tán hat mực thành các hạt nhỏ do các hạt nhỏ rất khó bám dính vào bóng khi trong tuyển nổi, đồng thời hạt nhỏ này không tách ra được sẽ tạo nên bụi mực lẫn trong giấy thành phẩm Tính chất bề mặt của hạt mực ảnh hưởng đến hiệu quả khử mực: các hạt mực ưa nước thích hợp cho phương pháp rửa, phương pháp tuyển nổi yêu cầu các hạt mực phải có tính kỵ nước Tuy nhiên, các hạt mực sau khi tách khỏi xơ sợi thường cú tớnh ưa nước và cú kớch thước nhỏ (< 10àm) trong khi đú kớch thước tối ưu cho tuyển nổi trong khoảng 10-100àm Cỏc hạt mực nhỏ khú bỏm vào búng khớ do thiếu động năng cần thiết, còn các hạt mực lớn quá khi bám dính vào lại dễ bị tách ra do trọng lượng của chúng lớn hơn lực liên kết và lực nổi của bóng khí.
Chất HĐBM có tác dụng cản trở sự tái bám của mực lên xơ sợi và gom các hạt mực nhỏ thành hạt mực lớn, đồng lời tạo cho chứng tính kị nước để có thể dễ tách ra bằng phương pháp tuyển nổi Cơ chế tác dụng đó của chất HĐBM được giải thích qua sự tương tác tĩnh điện của cá phần tử mang điện trong dung dịch và tính ưa nước, kị nước của các gốc hóa học:
Chất kết tụ thường dùng trong tuyển nổi là axit béo tổng hợp, trong dung dịch kiềm xảy ra các phản ứng sau đây
R-COONa + Ca(OH)2 (R-COO)2Na +2 NaOH (2) Ở các phản ứng thứ hai phân tử xà phòng tạo ra kết hợp Ion Ca2+ trong dung dịch tạo nên xà phòng Canxi là các hạt mang điện tích dương có một đầu kih nước là gôc Hydrocacbon Các hạt mực sau khi bị hdrar hóa ( nhờ quá trình thấm ướt bằng NaOH và chất HĐBM) mang điện tích âm Các hạt mực mang điện âm này sẽ định với xà phòng Canxi mang điện dương trong dung dịch, sau đó tiếp tục định với các hạt mực khác tạo ra các cụm mực nhỏ kỵ nước Do tính kị nước của mình nên các cụm mực nhỏ này dễ dạng định vào các bóng khí nhỏ khi sục khí vào dung dịch Bản thân các bóng khi nhỏ tạo ra trong dung dịch mang điện tích âm, các hạt mực cũng mang điện tích âm nên chúng có lực đẩy tĩnh điện với nhau Tuy nhiên, khi hấp thụ xà phòng Canxi mang điện tích dương các hạt mực sẽ bị trung hòa điện tích, vì vậy có khả năng bám vào bóng khí.
Khi hạt mực tách khỏi xơ sợi, bề mặt xơ sợi hình thành một lớp hydrat hóa ưa nước Quá trình này, kết hợp với sự hấp thụ xà phòng Canxi, làm cho các hạt mực trở nên kị nước và khó bám dính trở lại lên bề mặt xơ sợi.
Chất HĐBM có tác dụng gom tụ các hạt mực nhỏ, ngăn chặn sự tái bám lên bề mặt xơ sợi và đồng thời tạo cho chúng tính kị nước để dễ dàng gắn vào bóng khí trong tuyển nổi.
Vai trò làm chất tạo bọt:
Chúc năng tạo bọt của chất tuyển nổi phải đảm bảo các yếu tố sau:
- Kích thước bọt ổn định và phù hợp
- Mật độ bọt ổn định
- Thời gian sống của bọt phải bền.
Các chất hoạt động bề mặt không mang điện được sử dụng rộng rãi làm chất tạo bọt trong khử mực tuyển nổi nhờ khả năng tạo bọt rất tốt Với đặc tính không mang điện, chúng ít bị ảnh hưởng bởi nước cứng, giúp ổn định hiệu suất tạo bọt và nâng cao hiệu quả quá trình tuyển nổi mực in.
5.1.3 Vai trò của Na2SiO3
Chất đệm ổn định pH:
Na2SiO3 có vai trò làm chất đẹm ổn định pH của dung dịch trong khoảng pH-
11 N2SiO3 thay thế một phần NaOH tạo nên tổng kiềm hữu hiệu trong tẩy mực Nếu sử dụng riêng NaOH, tốc độ nghiền bột và tách mực sẽ tăng nhanh, nhưng NaOH cũng làm cho bột bị sẫm màu ngay lập tức, đặc biệt khi trong giấy loại có nhiều bột cơ học Trong trường hợp đó Na2SiO3 thường được cho vào trong bể nghiền bột để làm giảm sự sẫm màu do kiềm này và nó cũng cho phép các quá trình nghiền giấy loại thành bột được thực hiện trong khoảng pH thấp hơn so với dùng riêng NaOH.
PHÂN TÍCH, LÀM RÕ CƠ CHẾ, ĐIỀU KIỆN DÂY CHUYỂN CÔNG NGHỆ
Thuyết minh dây chuyền công nghệ DIP
1.1 Công đoạn nghiền và phối trộn hóa chất tách mực
Nghiền nhỏ giấy thành bột mịn và phá vỡ liên kết giữa các hạt mực và sợi giấy.
Nguyên liệu vào được đưa lên sàn cân điện tử định lượng rồi qua băng chuyền vào máy nghiền nồng độ cao (mỗi mẻ khoảng 6 tấn)
Các loại hóa chất tẩy mực như NaOH, Na2SiO3 và H2O2 (từ các thùng chứa) cùng hóa chất tuyển nổi được bơm sang các thùng lường Lượng hóa chất này được đưa vào quá trình tẩy mực và tuyển nổi sẽ được định lượng bằng vạch chia mức chất lỏng trên thùng lường, giúp kiểm soát liều lượng và đảm bảo hiệu quả xử lý.
Mở van dưới đáy thùng để hóa chất vào máy nghiền; nước nóng từ bể chứa được bơm vào cùng lúc Dưới tác động đồng thời của hóa chất, nước nóng và cánh khuấy, máy nghiền quay mạnh làm các mảnh giấy mủn ra, bị xé nhỏ và đánh tơi.
Quy trình bắt đầu bằng việc nghiền thô bột với nước từ bể máy nghiền được bơm sang máy nghiền thứ cấp Tại đây, bột tiếp tục được nghiền nhờ tác dụng của các hóa chất khử mực, làm phá vỡ liên kết giữa mực in và xơ sợi, khiến mực dễ tách khỏi sợi và trở nên kém bền vững Các hạt mực bị phân tách, không tan trong nước, bị xé nhỏ và tách ra khỏi sơ sợi dưới tác dụng của dao trong quá trình nghiền thủy lực Máy nghiền có lưới chắn, bột đạt kích thước hợp quy sẽ đi qua lưới, còn tạp chất như nilon, kim loại, đá vụn sẽ được giữ lại và định kỳ tháo bỏ ở đáy.
Quy trình nghiền bột bắt đầu khi bột được đưa qua máy nghiền và được bơm lên sàng thô giai đoạn 1 Bột hợp cách qua sàng thô giai đoạn 1 được đưa tới bể máy nghiền để chuẩn bị cho công đoạn tiếp theo, còn bột không hợp cách được đưa xuống bể bột thải giai đoạn 1 và sau đó được bơm qua sàng thô giai đoạn 2 Bột hợp cách sẽ được chuyển vào bể máy nghiền, trong khi bột không hợp cách chuyển xuống bể sàng thải để tiếp tục tách Từ bể này, bột được bơm lên máy sàng bột thải và thu được sản phẩm bột.
Quá trình cấp nước lọc bắt đầu từ bể chứa, nước được bơm qua các đường dẫn tới các đầu vào của máy nghiền Nước lọc sau đó đi qua các máy sàng thô và bể chứa để rửa và pha loãng bột trước khi đến bể máy nghiền, giúp loại bỏ tạp chất và điều chỉnh độ ẩm nhằm tối ưu hóa hiệu suất nghiền và chất lượng sản phẩm.
1.2 Công đoạn tách cát sơ bộ và tuyển nổi tách mực
Mục đích của công đoạn này là tách sơ bộ cát, các tạp chất rắn và tách mực ra khỏi bột.
Bột mịn từ bể nghiền được bơm qua cyclon để tách cát có nồng độ cao và các tạp chất nặng Bột sau đó được đưa vào bể tuyển nổi và từ bể này tiếp tục được bơm qua hệ thống tuyển nổi Ecocell và Honshu để hoàn tất quá trình tuyển nổi.
Quy trình tuyển nổi là kỹ thuật tách khoáng chất khỏi bùn quặng bằng chất hoạt động bề mặt hoặc chất làm ướt, được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp khai khoáng và hóa chất để tách các quặng sunfit, cacbonat và oxit Nguyên lý của tuyển nổi là sự bám dính của các hạt khoáng lên bong bóng khí, giúp chúng được loại bỏ khỏi mẫu và đồng thời có thể dùng để loại bỏ mực in và các chất phụ gia của giấy loại như chất độn và hạt mang màu Quá trình diễn ra ở nhiệt độ khoảng 45-55°C, với nồng độ bột 0.8-1.5%.
Các công đoạn chính trong quá trình tuyển nổi như sau:
Giai đoạn tách mực ra khỏi xơ sợi.
Giai đoạn loại bỏ mực ra khỏi xơ sợi trong quá trình tuyển nổi.
Trong quá trình tái chế giấy, giai đoạn tách mực ra khỏi xơ sợi được thực hiện sau khi mực in trên bề mặt xơ sợi (tờ giấy) được ứng dụng bởi nhiều phương pháp như in offset, gravure, UV-Curing, letter press và flexo Mục tiêu của bước này là tách các hạt mực và phụ gia khỏi bề mặt xơ sợi để chuẩn bị cho các công đoạn làm sạch tiếp theo Quá trình diễn ra tại máy nghiền thủy lực được bổ sung một số hóa chất khử mực như NaOH (sodium hydroxide), Na2CO3 (sodium silicate), H2O2 (Hydrogen peroxide) và các chất hoạt động bề mặt (surfactant) Dưới tác dụng của các chất này, liên kết giữa mực và xơ sợi yếu đi, khiến mực trở nên kỵ nước và dễ bị xé nhỏ, tách ra khỏi xơ sợi dưới tác dụng của các dao trong quá trình nghiền thủy lực.
Giai đoạn tuyển nổi để loại bỏ mực ra khỏi xơ sợi nhằm thu được xơ sợi sạch phục vụ sản xuất giấy; sau khi mực và các hạt phụ gia được tách ra khỏi bề mặt xơ sợi, chúng được loại bỏ khỏi huyền phù Phương pháp tuyển nổi dùng bọt khí để mang và tách các hạt mực cùng phụ gia ra khỏi huyền phù bột Do tác dụng của hóa chất và sự có mặt của ion canxi Ca2+ trong nước, các phân tử xà phòng liên kết với Ca2+ hình thành các hạt mang điện tích dương, dễ kết dính với các hạt mực mang điện âm Các cụm mực này được gắn vào bong bóng khí nhờ tính kị nước của các chất hoạt động bề mặt có chuỗi hydrocarbon, ví dụ như các axit béo như stearic acid Các bong bóng mang mực nổi lên bề mặt huyền phù và tạo thành lớp xà phòng có thể dễ dàng loại bỏ khỏi huyền phù bột.
Hình 8: Sơ đồ quy trình khử mực tuyển nổi
Quy trình tuyển nổi tại bể tuyển nổi bắt đầu bằng sự sục khí liên tục từ dưới lên nhờ hệ thống Ecocell và cánh khuấy, đưa các hạt mực kết hợp với chất tuyển nổi trở nên kị nước và bám dính vào các bọt khí nổi lên mặt nước Dịch bột qua bể tuyển nổi được tách thành hai phần: lớp trên chứa các bọt mực in, lớp dưới là bột đã tách mực Bột đã tách mực được đưa trực tiếp qua bể lọc, sau đó qua lọc cát để loại bỏ tạp chất Bọt mực được gom về bể bọt, rồi qua bơm sang máy lọc đĩa Bột sau máy lọc đĩa được đưa tới máy rửa rơi, thu hồi và đưa về bể lọc, đóng vòng tuần hoàn cho quy trình.
Thiết bị trong dây chuyền công nghệ DIP
2.1 Thiết bị công đoạn nghiền và phối trộn hóa chất tách mực
2.1.1 Máy nghiền thủy lực nồng độ cao
Hình 9: Máy nghiền thủy lực nồng độ cao
Chức năng: Đánh tơi, xé nhỏ giấy loại đưa vào thành bột, phối trộn với các hóa chất và nước nóng thực hiện phản ứng khử mực
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:
Máy gồm thùng chứa hình trụ có dung tích 35 m³, phía trên là cửa đưa giấy vào và cửa quan sát đối diện, cùng với các đường ống cấp nước nóng, hóa chất và nước pha loãng Giữa thân máy đặt cánh khuấy trộn và đánh tơi được dẫn động bởi motor điện qua dây curoa, giúp quá trình nghiền và trộn diễn ra đồng đều Cửa xả nằm ở cạnh bên sát đáy máy để thuận tiện thoát thành phẩm Trong quá trình vận hành, nước nóng và hóa chất được bơm vào bể máy, cánh khuấy quay với tốc độ lớn sẽ xé nhỏ giấy và trộn đều bột với hóa chất để tạo thành hỗn hợp đồng nhất.
Hình 10: Máy nghiền thứ cấp
Máy được thiết kế để tiếp tục nghiền bột sau khi thực hiện nghiền sơ cấp, nhằm tăng độ mịn và đồng đều của sản phẩm Đồng thời, hệ thống sàng tích hợp loại bỏ tạp chất có kích thước lớn ngay trên dòng bột, giúp ngăn ngừa tắc nghẽn lưới sàng ở các giai đoạn tiếp theo Nhờ đó, quy trình nghiền liên tục diễn ra ổn định, tăng năng suất và đảm bảo chất lượng sản phẩm tối ưu.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:
Máy nghiền gồm bộ phận nghiền là một cánh khuấy lớn bằng kim loại đặt theo phương dọc, quay để xé nhỏ bột giấy; động lực được cấp bởi roto điện qua dây curoa Một mặt kim loại có lỗ tròn, đường kính lỗ 3–6 mm đặt phía sau cánh khuấy để cho bột hợp cách đi qua; phần không hợp cách là các mảnh kim loại, nylon có kích thước lớn hơn lỗ sàng sẽ bị giữ lại và trôi xuống dưới rồi được tháo định kỳ qua cửa xả đáy Bột sau khi qua máy sẽ tăng thêm độ nghiền và loại bỏ các tạp chất có kích thước lớn.
Hình 11: Máy sàng bột Hình 12: Cánh gạt
Máy sàng bột được thiết kế để vận hành ở nồng độ cao nhằm tách loại các tạp chất có kích thước nhỏ lọt qua khe sàng ở máy nghiền bột thứ cấp Những tạp chất này có thể là mảnh vụn nylon, kim loại, gỗ và giấy bóng kính, được loại bỏ trước khi tiếp tục quá trình nghiền Việc loại bỏ tạp chất này giúp nâng cao hiệu suất sàng lọc và cải thiện chất lượng sản phẩm cuối cùng.
Cấu tạo vào nguyên lý hoạt động:
Máy gồm một lồng sàng hình trụ với các mắt sàng dạng lỗ hoặc khe, cho phép dòng bột dưới áp lực do bơm cấp đi vào bên trong lồng và ra ngoài qua mắt sàng Quá trình này có hiện tượng bột bám vào mắt lưới của lồng sàng, làm tăng trở lực và gây tắc sàng Để khắc phục, người ta đặt thêm các cánh gạt bên trong lồng sàng, các cánh gạt quay liên tục nhờ roto điện và gạt sát lớp bột ở mặt dưới bên trong lồng để giải phóng lớp bám trên lưới, cho dòng bột tiếp tục đi qua Bột không vượt qua lưới sẽ rơi xuống qua cửa xả đáy.
2.2 Thiết bị công đoạn tách cát sơ bộ và tuyển nổi mực in (9)
Tuyển nổi Honshu là một trong những kĩ thuật tuyển nổi cổ điển nhất.
Nguyên lý của hệ thống tuyển nổi dùng một cánh khuấy lớn đặt ở giữa lòng bể chứa bột, quanh trục cánh khuấy có một ống trụ thông khí kết nối với nguồn không khí bên ngoài ở phần mặt thoáng của bể Khi cánh khuấy quay, lớp bột bị đẩy ra ngoài và tạo ra vùng chân không ở tâm cánh khuấy, nhờ vậy không khí được hút lên dọc theo trục khuấy Không khí được phân tán thành các bong bóng nhỏ dưới tác dụng khuấy trộn mạnh, hòa vào dung dịch và nổi lên, quá trình hút không khí từ trên mặt thoáng vào dung dịch tiếp tục diễn ra liên tục trong quá trình tuyển nổi Lớp bọt khí mang theo mực in nổi lên được loại bỏ liên tục bằng cánh gạt quay phía trên mặt dung dịch Bột sau tuyển nổi tách mực được đưa ra ở cạnh bên của bể.
Ecocell là một trong những công nghệ tuyển nổi hiện đại nhất trong khử mực tái chế giấy, được phát triển từ năm 1996 Ưu điểm của công nghệ này là có thể hoạt động liên tục, tuyển nổi hiệu quả với công suất lớn, tiêu thụ năng lượng thấp và không bị bít hay tắc lỗ thông khí.
Thiết bị được thiết kế với nhiều ngăn tuyển nổi liên tiếp nối nhau, dòng bột từ ngăn này sang ngăn kia qua hai đường: cửa thông dưới đáy và bơm Ecocell hút bột từ ngăn trước, phối trộn không khí rồi đưa qua bơm ở ngăn kế tiếp Với thiết kế này quá trình tuyển nổi sẽ được diễn ra nhiều lần qua các cell, từ đó tăng hiệu quả tuyển nổi Không khí ở áp suất khí quyển được phối trộn với dung dịch bột theo nguyên lý tương tự như bơm Venturi.