CN111689807A

CN111689807A - 玉米秸秆钾碱法制化机浆并提取制浆废液制肥料的方法

Info

Publication number: CN111689807A
Application number: CN202010453663.4A
Authority: CN
Inventors: 范述捷; 苏振华; 龚琛
Original assignee: China National Pulp and Paper Research Institute
Current assignee: China National Pulp and Paper Research Institute
Priority date: 2020-05-25
Filing date: 2020-05-25
Publication date: 2020-09-22
Anticipated expiration: 2040-05-25
Also published as: CN111689807B

Abstract

本发明公开了一种玉米秸秆钾碱法制化机浆并提取制浆废液制肥料的方法，涉及农业固体废弃物制浆造纸及制浆过程中废液的资源化利用技术领域。用氢氧化钾溶液预浸渍玉米秸秆，然后磨浆制得玉米秸秆化机浆，该浆无需配抄其他纸浆即可制备合格瓦楞原纸；制浆过程中产生的废液无需添加养分，仅浓缩或造粒即可制得有机肥料，添加相关养分浓缩造粒即可制得有机‑无机复混肥料。本发明提供了一套玉米秸秆预浸渍、磨浆制得化机浆及制浆废液制备肥料的完整工艺，流程完备，实施过程简单，发掘了秸秆纤维原料制浆造纸的潜能，废液制备肥料用于农业生产，体现了制浆造纸工业和农业生产的资源循环共享，促进了两个行业的可持续发展。

Description

玉米秸秆钾碱法制化机浆并提取制浆废液制肥料的方法

技术领域

本发明涉及农业固体废弃物制浆造纸及制浆过程中废液的资源化利用技术领域，具体涉及一种玉米秸秆钾碱法制化机浆并提取制浆废液制肥料的方法。

背景技术

纤维原料不足一直是制约中国造纸工业可持续发展的瓶颈，根据的《中国造纸工业可持续发展白皮书》的数据，我国造纸纤维原料的对外依存度高达50％以上，且受废纸进口政策的影响，2018年以后，废纸进口量大幅减少，此问题更加突出。因此，选择合适的造纸纤维原料替代部分木浆和废纸浆迫在眉睫。玉米秸秆作为农作物的副产品，具有产量大、分布广的特点，其纤维长度略高于稻草，长宽比大于45，是一种良好的造纸纤维材料。研究并加以利用，可以改善纤维原料短缺的困境。

化机浆制备通常使用的化学药品为钠碱，钠碱法化机浆废液一般的处理方法是浓缩后进碱回收，或稀释后进水处理系统，但一套碱回收装置一般需投资3000万元人民币以上，其日常运行费用非常高，而稀释后进水处理系统增加系统负荷，处理成本也较高，所以需要从源头考虑废液处理的途径。钾碱与钠碱化学性质相近，且钾是植物生长必须的大量元素，其制浆废液可制成各种类型的肥料，增加了化机浆废液的处理和利用途径，也增加了企业的盈利能力。

国家知识产权局公开的《利用氢氧化钾碱法造纸制浆黑液生产肥料的方法》(专利申请号：03122742.2)，虽然提及了利用氢氧化钾碱法制浆黑液生产肥料，但是涉及的原料过于宽泛，不够具体，且制浆工艺也未明确说明，实际操作中难以具体实施。另外，该专利为化学法制浆，相比于化机浆，化学浆的得率低，吨浆COD发生量和废液固形物发生量均较高，所以，应根据制得的浆的用途，选择合适的制浆方法，在保证纸浆质量的前提下，尽可能提高纸浆得率，减少废液中污染物的发生量，同时，提供制浆废液的处理方法，提出一整套包含制浆工艺条件和废液处理办法的可行的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种玉米秸秆钾碱法制化机浆并提取制浆废液制肥料的方法。该方法制备的秸秆化机浆无需配抄其他纸浆即可制备合格瓦楞原纸，且制浆过程中产生的废液可用于生产肥料，无需排放，无二次污染。该方法提出了一套玉米秸秆预浸渍、磨浆制得化机浆及制浆废液制备肥料的完整工艺，发掘了秸秆纤维原料制浆造纸的潜能，实现了生物质资源的合理利用，废液制备肥料用于农业生产，也在一定程度上体现了制浆造纸工业和农业生产的资源循环共享，促进了两个行业的可持续发展。

为了实现上述目的，本发明提供了一种玉米秸秆钾碱预浸渍制备化机浆并提取制浆废液制肥料的方法。

该通过钾碱预浸渍，经磨浆制玉米秸秆化机浆并提取制浆废液生产肥料的方法包括以下步骤：

(1)用氢氧化钾溶液预浸渍玉米秸秆，然后磨浆制得玉米秸秆化机浆；

(2)制浆过程中产生的废液用于制备肥料。

进一步的，步骤(1)中预浸渍的工艺参数为预浸渍氢氧化钾用量4～6％，液比为1∶4～1∶6，最高温度为90～130℃，保温30min。

进一步的，步骤(1)中磨浆的工艺参数为磨浆浆浓为15～25％，磨浆间隙为0.5mm、0.3mm、0.1mm，磨浆段数为3或4段。

进一步的，使用压缩比为3.5∶1的自制挤碾机进行挤压疏解，提取制浆废液，所提取的制浆废液固形物浓度为6.0～9.0％，固形物中有机质含量为68.0～72.0％，钾元素含量11.0～15.0％，总养分(氮+五氧化二磷+氧化钾)为15.5～18.5％。

进一步的，无需在废液中添加养分，仅浓缩或造粒即可制得有机肥料，有机肥料中固形物中有机质含量为68.0～72.0％，总养分为15.5～18.5％；在废液固形物中添加300～350kg/t磷酸铵或250～300kg/t磷酸氢二铵或300～400kg/t碳酸氢铵∶磷酸氢二铵(质量比1∶5)的混合物，浓缩造粒即可制得有机-无机复混肥料，复混肥料的有机质含量高于50％，总养分(氮+五氧化二磷+氧化钾)高于30％。

本发明有如下优势：

1.本发明提出了一套玉米秸秆预浸渍、磨浆制得化机浆及制浆废液制备肥料的完整工艺，流程完备，但实施过程简单，涉及的药品及设施较少，均为常规产品，且生产过程中无二次污染。将制浆废液变废为宝，节约了污水处理费用，无需进行常规碱回收，降低了企业运行成本。

2.本发明制得的玉米秸秆化机浆，抄片所得纸页的各项指标均达到瓦楞芯(原)纸(BG/T 13023-2008)合格品的规定。

3.制浆废液固形物的有机质、钾含量高，其中钾多以有机钾形式存在，当废液作为液体肥料施加到土壤中时，有机钾可缓慢释放出来，起到缓释钾肥的作用；且保留了玉米秸秆中氮、钙、镁、硫、硅等无机养分，对改良土壤和生态环境和可持续发展有着重大作用和深远意义。

4.废液可生产有机肥和有机-无机复混肥，且根据企业实际情况，制成不同形式的肥料，液体肥料可以在施肥季直接用于企业一定半径的地区就近销售，固体肥料可以长时间保存并销往全国各地。

5.本发明需收购大量玉米秸秆，可解决当地部分劳动就业问题，增加农民收入，社会效益显著。

附图说明

附图是本发明玉米秸秆钾碱法制浆及废液生产肥料的工艺流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

本实施例的玉米秸秆取自辽宁某造纸企业，未作皮穰分离，为玉米全杆。通过KOH预浸渍、磨浆制得玉米秸秆化机浆，制浆废液制备肥料，包括以下步骤：

(1)预浸渍的工艺参数为预浸渍氢氧化钾用量5.6％，液比为1∶5，最高温度为130℃，保温30min。磨浆的工艺参数为磨浆浆浓为20％，磨浆间隙为0.5mm、0.3mm、0.1mm、0.1mm，4段磨浆，经筛分后制得玉米秸秆化机浆；

(2)螺旋挤碾机提取制浆废液，经浓缩造粒即可制得有机肥料，每吨废液固形物中加入310kg磷酸铵，即可制得符合国家标准的有机-无机复混肥料。

按照上述参数进行实验，玉米秸秆化机浆抄造定量为120±5g/m²手抄片，做物理性能检测，测得纸页紧度为0.49g·cm^-3，环压指数为9.9N·m·g^-1，裂断长为2.56km，符合瓦楞芯(原)纸(BG/T 13023-2008)合格品紧度、环压指数和裂断长分别为0.45g·cm^-3、3.5N·m·g^-1、2.50km的规定。废液pH为6.6，近中性，浓缩造粒制得的有机肥有机质含量为69.9％，总养分(氮+五氧化二磷+氧化钾)为15.9％，符合有机肥料(NY525-2012)的标准对相关指标的规定。废液制得的有机-无机复混肥料有机质含量为53.3％，总养分(氮+五氧化二磷+氧化钾)为30.0％，符合有机-无机复混肥料(GB 15063-2009)的标准规定。

实施例2：

(1)预浸渍的工艺参数为预浸渍氢氧化钾用量6.0％，液比为1∶4，最高温度为130℃，保温30min。磨浆的工艺参数为磨浆浆浓为20％，磨浆间隙为0.5mm、0.3mm、0.1mm，3段磨浆，经筛分后制得玉米秸秆化机浆；

(2)螺旋挤碾机提取制浆废液，经浓缩至固含量35％即可制得有机液体肥料，每吨废液固形物中加入50kg碳酸氢铵和300kg磷酸氢二铵，即可制得符合国家标准的有机-无机复混肥料。

按照上述参数进行实验，玉米秸秆化机浆抄造定量为120±5g/m²手抄片，做物理性能检测，测得纸页紧度为0.48g·cm^-3，环压指数为10.3N·m·g^-1，裂断长为2.53km，符合瓦楞芯(原)纸(BG/T 13023-2008)合格品对各项指标的规定。废液pH为6.9，中性，浓缩制得的有机液体肥料有机质含量为270g/L，总养分(氮+五氧化二磷+氧化钾)为67g/L，符合浙江省地方标准对有机液体肥料相关指标的规定。废液制得的有机-无机复混肥料有机质含量为51.3％，总养分(氮+五氧化二磷+氧化钾)为30.6％，符合有机-无机复混肥料(GB 15063-2009)的标准规定。

实施例3：

本实施例的玉米秸秆取自北京某农场，未作皮穰分离，为玉米全杆。通过KOH预浸渍、磨浆制得玉米秸秆化机浆，制浆废液制备肥料，包括以下步骤：

(1)预浸渍的工艺参数为预浸渍氢氧化钾用量6.0％，液比为1∶5，最高温度为110℃，保温30min。磨浆的工艺参数为磨浆浆浓为25％，磨浆间隙为0.5mm、0.3mm、0.1mm，3段磨浆，经筛分后制得玉米秸秆化机浆；

(2)螺旋挤碾机提取制浆废液，经浓缩造粒即可制得有机肥料，每吨废液固形物中加入260kg磷酸氢二铵，即可制得符合国家标准的有机-无机复混肥料。

按照上述参数进行实验，玉米秸秆化机浆抄造定量为120±5g/m²手抄片，做物理性能检测，测得纸页紧度为0.48g·cm^-3，环压指数为9.6N·m·g^-1，裂断长为2.52km，符合瓦楞芯(原)纸(BG/T 13023-2008)合格品对各项指标的规定。废液pH为7.8，近中性，浓缩制得的有机肥有机质含量为69.7％，总养分(氮+五氧化二磷+氧化钾)为18.0％，符合有机肥料(NY525-2012)的标准对相关指标的规定。废液制得的有机-无机复混肥料有机质含量为55.3％，总养分(氮+五氧化二磷+氧化钾)为30.2％，符合有机-无机复混肥料(GB 15063-2009)的标准规定。

Claims

1.玉米秸秆钾碱法制化机浆并提取制浆废液制肥料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(2)制浆过程中产生的废液用于制备肥料。

2.根据权利要求1所述的钾碱制玉米秸秆化机浆，其特征在于步骤(1)中预浸渍的工艺参数为预浸渍氢氧化钾用量4～6％，液比为1∶4～1∶6，最高温度为90～130℃，保温30min。

3.根据权利要求1所述的钾碱制玉米秸秆化机浆，其特征在于步骤(1)中磨浆的工艺参数为磨浆浆浓为15～25％，磨浆间隙为0.5mm、0.3mm、0.1mm，磨浆段数为3或4段。

4.根据权利要求1所述的提取制浆废液生产肥料，其特征在于使用压缩比为3.5∶1的自制挤碾机进行挤压疏解，提取制浆废液，所提取的制浆废液固形物浓度为6.0～9.0％，固形物中有机质含量为68.0～72.0％，钾元素含量11.0～15.0％，总养分(氮+五氧化二磷+氧化钾)为15.5～18.5％。

5.根据权利要求1所述的提取制浆废液生产肥料和权利要求4所述的制浆废液物化性能，其特征在于步骤(2)中无需在废液中添加养分，仅浓缩或造粒即可制得有机肥料，有机肥料中固形物中有机质含量为68.0～72.0％，总养分为15.5～18.5％；在废液固形物中添加300～350kg/t磷酸铵或250～300kg/t磷酸氢二铵或300～400kg/t碳酸氢铵∶磷酸氢二铵(质量比1∶5)的混合物，浓缩造粒即可制得有机-无机复混肥料，复混肥料的有机质含量高于50％，总养分(氮+五氧化二磷+氧化钾)高于30％。