Меню

Материал подготовлен Содиковым Исмоилом, инженером инновационно-технологического центра "Современные технологии переработки биоресурсов Севера".  

Если вы нашли неточности в переводе, свяжитесь, пожалуйста, с Исмоилом. Вы можете написать Исмоилу, какие темы в области ЦБП вам интересны, и мы о них напишем. С Исмоилом можно связаться по телеграмму. 

Если у вас есть интересные материалы и наработки, которыми вы хотели бы поделиться с коллегами, мы с радостью их опубликуем. Также мы ищем редакторов направлений Целлюлоза, Лайнеры, Другие картоны (специальные виды картонов). Если бы вы хотели писать и редактировать статьи на технические темы, свяжитесь с Ириной Летягиной. 

В исследовании минеральной переработки в целлюлозно-бумажной промышленности рассматриваются сложные потоки отходов и экологические проблемы, возникающие при производстве целлюлозы и бумаги. Компания Omya, обладая более чем 50-летним опытом поставок минеральных материалов для бумажной промышленности, является важным партнером на пути к устойчивости, активно разрабатывая эффективные подходы для восстановления и повторного использования минералов из различных потоков отходов. Это исследование включает всесторонний анализ состава отходов и использование летучей золы для контроля pH, а также приверженность компании Omya концепции «мысли о завтрашнем дне», направленной на переход к круговой экономике с целью снижения воздействия на окружающую среду и продвижения отрасли к устойчивому будущему.

Целлюлозно-бумажная промышленность является одной из крупнейших в мире, с ежегодным производством более 400 миллионов тонн (Рисунок 1). Процессы ее производства генерируют огромное количество отходов, включая осадки от очистки сточных вод, шлам, золу, остатки от котлов и печей. Состав и количество отходов в значительной степени зависит от сырья, используемого в процессе, видов бумаги, производимых продуктов и доступных технологий обработки. Ожидается, что ежегодно в Европе будет генерироваться около 11 миллионов тонн отходов целлюлозно-бумажной промышленностью, и это число будет увеличиваться. Эти отходы представляют собой огромную экологическую нагрузку и требуют соответствующего управления. Тем не менее, целлюлозно-бумажная промышленность считается одной из самых устойчивых отраслей в мире и пионером на пути к устойчивости. Уже в 1991 году европейская целлюлозно-бумажная промышленность достигла уровня переработки сточных вод более 40 %, а в настоящее время этот показатель превышает 70 %.

На протяжении многих лет целлюлозно-бумажная промышленность проводила и спонсировала множество исследований, направленных на идентификацию и оценку методов управления отходами. Из-за большого объема генерируемых отходов, высокой влажности и сложного состава, многие методы переработки слишком дорогие, а их воздействие на окружающую среду остается неопределенным. Захоронение отходов на свалках является наиболее распространенным методом утилизации отходов, однако экологические проблемы, а также высокие затраты на управление отходами и законодательное давление, заставляют целлюлозно-бумажную промышленность искать альтернативные методы переработки. Таким образом, целлюлозно-бумажная промышленность должна продвигаться в переходе от линейной экономики к циркулярной, где используется принцип «бери, делай, утилизируй» с нулевыми отходами и более широким применением переработанных материалов. Для успешного внедрения циркулярной экономики необходимо понимание состава отходов, преобразуемых в продукцию, что требует знаний о химическом и структурном составе материалов.

Компания Omya, с более чем 50-летним опытом в поставках минералов для целлюлозно-бумажной промышленности, активно разрабатывает устойчивые и эффективные подходы для восстановления и повторного использования минералов из различных потоков отходов. Рисунок 2 представляет минерал в жизненном цикле целлюлозно-бумажной промышленности.

Минералы добываются в карьерах Omya (а), затем перерабатываются в продукцию, подходящую для производства бумаги (b). Минералы используются для создания бумажных продуктов, которые затем отправляются на печатные машины или переработчики (d). Конечный продукт, состоящий из переработанных минералов, может быть использован конечными клиентами (e). Конечный клиент сам решает, будет ли продукция (и содержащиеся в ней минералы) использоваться повторно (f). Минералы, добытые из переработанных отходов, частично будут использованы для производства новых бумажных продуктов. Множество минералов и отходов, которые выбрасываются на разных стадиях производства бумаги, по сравнению с отходами других отраслей, довольно безопасны.

Как поставщик минералов, компания Omya особенно заинтересована в содержании минералов в различных потоках отходов. Количество отходов, соответствующие оценочные проценты минералов и основные источники минералов приведены в Таблице 1. Переработка белых волокон (ткань и бумага) генерирует наибольшие объемы побочных продуктов, за которыми следует производство из сульфатного крафта. Согласно этим данным, очень большая часть минералов выбрасывается в различных потоках отходов. Компания Omya имеет долгую историю переработки минералов, сотрудничая с различными стартапами и академическими партнерами, а также работает над различными технологиями для повышения ценности отходов. Однако переработка минералов не является простой задачей. Существует прямая зависимость между требованиями к качеству и результатом продукции. Поэтому при рассмотрении подходов к переработке минералов необходимо учитывать правильный баланс между доступностью минералов, стоимостью процесса переработки и конечным применением. Кроме того, каждый подход должен быть адаптирован к конкретным условиям на предприятиях, включая тип отходов, методы переработки и качество, а также вариации в составе отходов.

Из Таблицы 1 можно увидеть, что поток отходов, содержащий наибольшее количество минералов, — это шлам деинкирования. При переработке бумаги чернила и наполнители удаляются с помощью деинкирования переработанной бумаги, что приводит к образованию шлама деинкирования бумаги. Шлам деинкирования состоит из печатных чернил (черные и цветные пигменты), красителей и покрытия, волокон, волоконных частиц и других компонентов. Более 55% твердых веществ, удаляемых с помощью флотационного деинкирования, составляют органические соединения. Они в основном являются пигментами и покрытиями, такими как глина и карбонат кальция. Концентрации тяжелых металлов в шламе деинкирования бумаги обычно низкие, однако они содержат посторонние загрязнители, такие как, например, шламы муниципальной очистки сточных вод.

Таблица 1: Отходы в целлюлозно-бумажной промышленности. Адаптировано из Bajpai, P.; «Управление отходами целлюлозно-бумажных заводов», 2015 и Schuivens, J.; «Минеральное восстановление из шламов деинкирования», 2020.

Шлам деинкирования (облагораживание макулатуры) часто сжигается для генерации электричества, используемого на предприятии. Также, сжигая отходы, производители бумаги уменьшают объем отходов, что делает их более подходящими для захоронения на свалках. Свалки могут быть в собственности самой промышленности или обслуживаться независимо, что требует оплаты со стороны предприятий. Тем не менее, захоронение на свалках не рекомендуется, и вводятся более строгие правила, поскольку захоронение отходов вызывает экологические проблемы, связанные с выщелачиванием и образованием парниковых газов (Закон США об охране окружающей среды по сохранению ресурсов и восстановлению; Директива Европейского Союза по отходам; Закон Китайской Народной Республики о предотвращении и контроле загрязнения окружающей среды твердыми отходами). Поэтому необходимо разрабатывать устойчивые практики, ориентированные на повышение ценности отходов путем использования их в качестве сырья для различных приложений.

На протяжении многих лет компания Omya прилагала значительные усилия для оценки технологий эффективного восстановления минералов из шламов деинкирования. В настоящее время компания Omya предлагает использование летучей золы, образующейся при сжигании шлама деинкирования, в качестве агента контроля pH в процессе производства бумаги. Благодаря своей высокой щелочности летучая зола может быть использована для замены широко применяемых щелочных источников, таких как каустическая сода. Контроль pH в процессе производства бумаги является важным для эффективности процесса и качества продукции. Кроме того, из-за высокого содержания оксида кальция (CaO) эта летучая зола имеет важные антимикробные свойства. Это особенно важно при производстве переработанных контейнеров, где используется старый гофрированный картон (СГК) в качестве сырья. СГК является грязным сырьем с длинными периодами хранения на складах, а также параметры процесса (температура, pH и доступность крахмала) создают идеальные условия для неконтролируемого микробного роста.

Предоставляя вторичное использование обычно захороняемой летучей золы, компания Omya вносит вклад в переработку минералов и предпринимает важные шаги для внедрения устойчивой модели циркулярной экономики в целлюлозно-бумажной промышленности. Тем не менее, этот процесс потребует решения новых вызовов, таких как создание новых бизнес-моделей и цепочек поставок. В итоге переработка отходов и превращение их в продукцию с добавленной стоимостью снизит затраты на производство, расширит текущие портфели продукции и откроет новые рыночные возможности.