纺织工业为人类提供了衣物和家居用品,将这些纤维从植物、动物中提取出来并加工成洁净、柔软的织物,需要一系列的化学和物理处理。在这些处理过程中,生石灰扮演了一个“温和而坚定”的角色——它的碱性能够溶解许多天然杂质,但又不像强碱那样剧烈而难以控制。从麻布的脱胶到棉布的煮练,从丝绸的精炼到印染废水的治理,生石灰的应用伴随着纺织工业的发展历程。

麻类纤维(苎麻、亚麻、大麻、黄麻等)是从麻类植物的韧皮中提取的,纤维细胞之间填充着大量的胶质,主要包括果胶、半纤维素、木质素和蜡质。将这些胶质部分或全部去除,使纤维分离成可供纺织的单纤维(或工艺纤维),这个过程称为脱胶。传统脱胶方法有化学脱胶(碱法、酸法、氧化法)和生物脱胶(酶法、微生物法)。其中,碱法脱胶是最成熟、应用最广的方法,而生石灰是碱法脱胶常用的碱源之一。

石灰法脱胶的原理是:生石灰(或消石灰)在水中形成石灰乳,提供碱性环境(pH值11-12)。在此条件下,果胶分子中的酯键发生水解断裂,果胶从纤维间溶解出来;半纤维素的糖苷键也发生碱性水解,转化为可溶性的糖类物质;部分蜡质在碱性条件下皂化,生成可溶性皂化物;木质素在碱中部分溶解。经过石灰水煮练,胶质被去除或松散化,再配合机械敲打和水洗,即可分离出纤维。石灰法脱胶的典型工艺参数为:石灰用量为麻重的10%-20%,浴比(麻:水)1:10-1:15,煮练温度80-100℃,时间2-4小时。煮练后需充分水洗和敲麻。石灰法脱胶的优点是原料易得、价格低廉、设备简单、操作容易,特别适合小规模生产。但缺点是耗水量大(因为石灰处理后的纤维上残留大量钙盐和碱,需要大量水洗)、脱胶效果不如烧碱彻底、纤维强力损伤较大(因为石灰碱性强且煮练时间长),且废水中含有大量有机质和钙盐,处理难度大。
在现代苎麻和亚麻脱胶工业中,烧碱(NaOH)已成为主流的脱胶碱剂,因为其脱胶效果好、反应速度快、可精确控制。但许多生产厂仍将石灰与烧碱配合使用——烧碱为主,石灰为辅(石灰用量为烧碱的1/3-1/2),这样既可保证脱胶效果,又可以利用石灰的钙离子与果胶酸反应形成不溶性果胶酸钙沉淀,这些沉淀在漂洗过程中更易从纤维上脱落,有助于纤维分离。此外,石灰还可以缓冲烧碱的强碱性,防止碱度过高损伤纤维。
棉织物的前处理包括退浆、精练(煮练)、漂白、丝光等工序,其中精练是去除棉纤维中天然杂质的关键步骤。棉纤维中除纤维素(约90%)外,还含有果胶(0.5%-1.0%)、蜡质(0.4%-0.6%)、含氮物质(0.5%-1.0%)、棉籽壳(1%-3%)、灰分等杂质。这些杂质的存在使棉纤维疏水、白度低、染色性能差。精练的目的是在尽可能少损伤纤维素的条件下溶解或乳化这些杂质,提高织物的润湿性和白度。
传统棉布精练使用烧碱和表面活性剂,但石灰也曾是精练配方中的重要成分(尤其是在农村土布加工中)。石灰精练的配方为:石灰(相当于织物重的5%-10%)、纯碱(2%-5%)、肥皂(2%-5%),在95-100℃下煮练4-6小时。石灰的作用是:提供碱性环境,促进果胶水解和蜡质皂化;使棉籽壳中的木质素和半纤维素发生碱性降解,体积膨胀后更易从纤维上脱落;钙离子与果胶酸形成沉淀,促进杂质的去除。石灰精练的优点是成本低、原料易得,但缺点是煮练时间长、纤维强力损伤大、处理后织物手感硬(因残留钙盐)、水洗困难。现代印染企业已很少单独使用石灰精练,转而使用烧碱加高效表面活性剂的精练工艺。但在某些特定场合(如处理含杂率高的低级棉、再生棉等),石灰仍作为助剂与烧碱复配使用。
在蚕丝脱胶中,生石灰也有传统应用。蚕丝由两根丝素(纤维蛋白)和包覆在外围的丝胶(胶状蛋白)组成。脱胶(精炼)的目的是去除丝胶,获得柔软、光泽好、可染色的丝素纤维。石灰脱胶法将生石灰与水按1:10-1:15的比例制成石灰水,静置取上清液,将蚕丝在60-80℃的石灰水中浸泡1-2小时,然后水洗、酸中和、再水洗。石灰水呈弱碱性(pH值约9-10),可以缓慢溶解丝胶而不剧烈损伤丝素(丝素在碱性条件下也会部分水解,因此时间和温度的控制至关重要)。与现代脱胶工艺(肥皂-纯碱法、酶法)相比,石灰法脱胶效率低、较难控制,目前已较少使用,但在传统丝绸手工艺制作中仍被保留。
印染废水是纺织工业最主要的污染源之一,其特点是水量大、碱度高、COD(化学需氧量)高、色度高、温度高。退浆废水(含淀粉、PVA、CMC等浆料)和丝光废水(含高浓度碱)的碱度尤其高。在废水处理中,生石灰用于中和碱性废水、沉淀重金属和部分染料以及污泥调理。
对于强碱性的丝光废水(含NaOH浓度3%-5%),最经济的方法是回用于退浆精练工序,但当废水过量或不能回用时,需要进行中和处理。向废水中投加生石灰,石灰与酸(或直接与碱进行酸-碱中和的实质是与废水中的酸性物质反应)作用使pH降低至6-9。石灰中和的成本低于硫酸或盐酸,且生成的硫酸钙(如原来废水中含有硫酸根)或氯化钙(如有盐酸中和)等产物易于沉降。
印染废水中含有多种水溶性或分散性染料(活性染料、酸性染料、直接染料、分散染料等)。部分阴离子型染料(如活性染料、酸性染料)在酸性或中性条件下带负电荷,加入钙离子后能与染料分子中的磺酸基、羧酸基等形成不溶性钙盐沉淀,从水中去除。石灰提供的钙离子兼有絮凝作用,可使脱稳的染料颗粒和悬浮物团聚成较大的絮体,便于沉降或气浮去除。对于含硫化染料的废水,铁的沉淀和石灰的碱性环境也有利于硫化染料的去除。
印染废水的脱色是处理难点之一。石灰沉淀对多数染料的去除率可达50%-80%,对某些疏水性染料(如还原染料、分散染料)的去除效果更好,而对亲水性好的活性染料和酸性染料效果稍差。将石灰与硫酸亚铁、聚合氯化铝等混凝剂配合使用,可将脱色率提高至80%-95%。脱色后出水色度可满足纺织染整工业水污染物排放标准(GB 4287)的要求。

印染废水生化处理后的剩余污泥,以及物化处理产生的化学污泥(含石灰、铁盐、染料等),体积大、含水率高、脱水困难。向污泥中投加生石灰(一般为污泥干固体重量的10%-30%),石灰水化放热使污泥温度升高,破坏污泥絮体结构,释放结合水;钙离子的压缩双电层作用改善污泥脱水性能;石灰提高污泥pH值,抑制恶臭和病原微生物活动。经石灰调理后的污泥,再经板框压滤或带式压滤,含水率可从95%-98%降至60%-70%,便于后续填埋或焚烧处理。
生石灰在纺织工业中的应用,体现了传统化工技术在现代制造业中的延续与演进。尽管许多领域中,石灰已被更高效、更易控制的化学品(烧碱、酶制剂、专用混凝剂等)所替代,但在某些特定的中小规模生产、传统工艺保留和废水预处理环节,生石灰仍然是一种不可轻易放弃的选择。对于纺织企业而言,石灰处理的意义不仅在于其直接功能,更在于它是一种低成本、低技术门槛的解决方案,尤其适合经济欠发达地区和初级加工环节。随着节能减排和清洁生产要求的提高,纺织石灰工艺需要进行技术创新——如石灰-烧碱复合脱胶、石灰絮凝-膜分离耦合除染、石灰-微生物联合处理等,在保留石灰优点的同时克服其耗水量大、钙泥多等不足。