废纸回收利用是造纸工业资源循环的重要途径。全球废纸回收率超过60%,脱墨浆(DIP,Deinked Pulp)占造纸纤维原料的30%以上。废纸(旧报纸ONP、旧杂志OMG、办公废纸OWC、混合废纸)在脱墨过程中,需将附着在纤维表面的油墨(印刷油墨,含炭黑、颜料、树脂、植物油)去除,以获得白度合格的纸浆。浮选法(Flotation Deinking)是最常用的脱墨技术——在碱性介质中,油墨颗粒被皂化、分散,与表面活性剂(脂肪酸皂)形成疏水聚集体,在浮选槽中附着于气泡上浮,与纤维分离。生石灰(石灰乳)在浮选脱墨中用作pH调节剂(维持pH9-10)和钙源(与脂肪酸皂生成脂肪酸钙,增强油墨的凝聚和浮选效率)。没有石灰,脂肪酸皂的油墨捕集能力下降,脱墨效率降低20%-30%。生石灰是废纸脱墨“低成本、高效率”的助剂。
废纸脱墨浮选的“石灰-脂肪酸皂”工艺:废纸(旧报纸、旧杂志、办公废纸)经水力碎浆机碎解(浓度10%-15%,温度40-60℃),加入脱墨化学品:氢氧化钠(NaOH,0.5%-2%,绝干废纸)、硅酸钠(Na₂SiO₃,1%-3%)、过氧化氢(H₂O₂,1%-3%)、脂肪酸皂(硬脂酸钠或油酸钠,0.5%-1.5%)和石灰乳(Ca(OH)₂,0.5%-2%)。石灰乳调pH至9-10,并提供Ca²⁺,与脂肪酸皂反应生成脂肪酸钙(钙皂):2R-COONa + Ca(OH)₂ → (R-COO)₂Ca↓(钙皂)+ 2NaOH。钙皂是比钠皂更有效的油墨捕集剂——钙皂的疏水性更强,对油墨颗粒(炭黑、颜料)、胶粘物(热熔胶、压敏胶)的吸附能力更高,形成的聚集体粒径更大(10-100μm),在浮选槽中更容易附着于气泡。碎解后的浆料(纤维+油墨+钙皂聚集体)稀释至浓度0.8%-1.2%,进入浮选槽(多级浮选,每级10-20分钟),通入空气(或循环白水),气泡上升,携带油墨聚集体和胶粘物上浮至槽顶形成泡沫,刮除泡沫(油墨渣),良浆(纤维)从槽底排出。浮选后的良浆经洗涤(多段逆流洗涤)、浓缩、漂白(过氧化氢或连二亚硫酸钠(Na₂S₂O₄)),得脱墨浆(白度60%-70% ISO,油墨残留量≤50-200ppm)。石灰的用量需控制(0.5%-2%绝干废纸):石灰不足则Ca²⁺浓度低,钙皂生成少,油墨捕集效率低(脱墨效率70%-80%);石灰过量则纤维过度润胀(碱性过强),纤维强度下降,且pH>10.5时,半纤维素和木质素溶解增加,COD升高。石灰的品质要求:CaO≥85%,MgO≤3%,细度-200目≥90%,重金属(Pb、As)≤20ppm(产品安全性)。石灰中的MgO会生成Mg(OH)₂(不参与脱墨,增加灰分和废水硬度),应控制。

在废纸脱墨的“酶法脱墨”中(用纤维素酶、脂肪酶替代部分化学品),石灰乳用于调节pH(7-9)和酶活稳定(Ca²⁺对某些酶(脂肪酶)有稳定作用)。酶脱墨的废纸浆,浮选效率略低于化学脱墨,但废水COD和BOD更低。

脱墨废水(含油墨、钙皂、纤维碎片、填料、化学品)的处理:废水收集后,用石灰乳调pH至8-9,加入絮凝剂(聚丙烯酰胺PAM),沉淀钙皂和油墨聚集体,上清液(COD降低50%-60%)回用于碎浆(白水循环),沉淀渣(脱墨污泥,含油墨、钙皂、纤维、填料)脱水后焚烧(或填埋)。石灰在废水处理中促进絮凝和沉淀,减少废水排放。

生石灰在废纸脱墨中的应用,是“循环经济-清洁生产”的结合。造纸工艺工程师总结:“废纸脱墨加石灰,钙皂凝聚浮选快;油墨去除效率高,纸浆白度成本降。”——生石灰为废纸回收行业提供“经济、高效、环保”的脱墨助剂。