广西造纸白泥工业化利用现状分析及对策

赵博超 王雪婷 宋丹娜 苑喜男 朱克松 陈绍波 潘涔轩，*

（1.中国环境科学研究院国家环境保护生态工业重点实验室，北京，100012；2.广西湘桂华糖制糖集团来宾纸业有限责任公司，广西来宾，546115）

我国是石灰岩开采、加工的主要国家，据《Mineral Commodity Summaries 2020》统 计 数 据 显示[1]，2020年全球氧化钙（CaO）总产量的69.76%由我国提供，而我国已探明的具备经济开采价值的石灰岩（碳酸钙，CaCO3）资源预计将于2030年耗尽[2]。造纸白泥是制浆造纸厂碱回收过程产生的一般工业固体废物，其主要成分为CaCO3[3]，具有很高的潜在利用价值。国内外的研究者就造纸白泥在建筑材料[4-7]、环境治理[8-11]、农业领域[12-13]、制备CaCO3及其利用[14-16]等方面开展了诸多研究，并取得显著效果。但工业利用过程中，由于技术成熟度不够或处理成本高等限制，多数企业的造纸白泥仍只能择地填埋或堆放，不仅导致资源浪费，还造成环境污染。随着企业的造纸白泥堆存量不断增加以及生态环境保护要求不断提高，造纸白泥的处置成为制约制浆造纸企业绿色发展的关键环节。本课题通过调研广西制浆企业造纸白泥产生、处置和利用情况，分析了造纸白泥工业化利用过程中存在的主要问题，并从技术、标准和政策等方面提出解决措施和建议，旨在为推动造纸白泥工业化利用提供一定参考。

1 广西造纸白泥的产生及其成分特征

制浆黑液经提取、蒸发浓缩、碱炉燃烧得到的熔融物，再溶于水经苛化反应得到白色沉淀物，即为造纸白泥，苛化过程主化学反应为Na2CO3+CaO+H2O=2NaOH+CaCO3↓。本研究对广西南宁、来宾、柳州、钦州等地主要制浆企业造纸白泥产生、利用和处置情况进行了调研，并采集不同原料（木材、蔗渣、木材-竹子）和工艺（硫酸盐法、化学机械法制浆）的造纸白泥进行成分分析，调研制浆企业合计制浆产能占广西2020年制浆企业总产能70%以上。调研结果显示，不同企业由于生产原料或工艺不同，造纸白泥产生量差别很大，为0.15~1.0 t/t浆，其中化学机械法制浆工艺（木材）造纸白泥产生量最小，为0.15 t/t浆，硫酸盐法制浆工艺（蔗渣）造纸白泥产生量最大，为1.0 t/t浆。X射线衍射图谱（见图1）分析结果表明，不同原料造纸白泥主要成分为CaCO3，并含有少量Ca(OH)2。

图1 不同原料造纸白泥X射线衍射图Fig.1 X-ray diffraction pattern of papermaking white mud from different materials

不同原料、制浆工艺产生的造纸白泥中CaCO3含量差别不大。已有研究表明，新鲜造纸白泥中CaCO3含量为45%~55%[17-20]，烘干后在80%以上[10,21-22]。本课题组针对不同原料、不同制浆工艺产生的造纸白泥主要成分进行检测，结果见表1。由表1可知，造纸白泥中CaCO3含量为51.82%~54.13%，与已有研究结果一致。但不同原料、不同制浆工艺造纸白泥中二氧化硅（SiO2）、氧化镁（MgO）、Cl−、碱（Na2O和K2O）等杂质含量差别很大，其中，SiO2、Cl−、总有机碳含量顺序为蔗渣（硫酸盐法制浆）>木材-竹材混合（硫酸盐法制浆）>木材（化学机械法制浆），MgO含量为蔗渣浆（硫酸盐法制浆）≈木材-竹材混合（硫酸盐法制浆）>木材（化学机械法制浆），碱含量则无显著差别。

表1 广西典型制浆企业造纸白泥主要成分Table1 Main composition of papermaking white mud from typical pulp enterprises in Guangxi

2 广西造纸白泥工业化利用现状分析

根据实地调研结果，广西制浆企业都在尝试自行开展或委托开展造纸白泥利用项目，利用方式主要有砖厂制备烧结砖、水泥厂生产水泥熟料以及电厂（燃煤锅炉）烟气脱硫3种途径，综合利用率普遍低于40%，仅个别制浆企业造纸白泥可实现100%工业化利用。

2.1 制备烧结砖

烧结砖通常以黏土为主要原料，通过高温烧结制备，烧制过程中排放大量SO2等有害气体，环境污染严重，且黏土开采对生态破坏极大。利用造纸白泥替代黏土生产烧结砖，不仅可以减少黏土的用量，烧制过程还可以利用造纸白泥的碱性同步实现窑内脱硫、固硫，大幅降低排放烟气中SO2浓度[23]，具有较高的经济价值和社会价值。根据广西砖厂生产实践，烧结砖的原料中造纸白泥的添加比例可高达10%，每生产4000块烧结砖可消纳1 t造纸白泥。

2.2 生产水泥

我国水泥生产技术经过多年发展，目前以新型干法水泥生产技术为主。造纸白泥替代部分石灰石原料生产普通硅酸盐水泥的研究可追溯至20世纪80年代，目前仍是造纸白泥工业化利用的主要途径之一。但新鲜造纸白泥的水分和碱含量较高，分别为36.03%~39.92%和0.80%~1.76%（见表1），而水泥生料水分含量一般要求低于1.0%，焙烧后水泥熟料碱含量需低于1.2%（换算为水泥生料应低于0.8%）[24]，因此造纸白泥用于生产水泥需要对干法水泥生产工艺做一定的技术优化改造。国内早期已有大量造纸企业（浙江民丰造纸厂、福建南纸股份有限公司、四川雅安制浆造纸厂、南宁糖业股份有限公司蒲庙造纸厂）尝试利用造纸白泥生产水泥[25-27]，但最后均没有实现工业化生产。目前，广西贵港台泥、华润水泥等企业仍在开展利用造纸白泥生产水泥的相关研究，但造纸白泥的最大添加量仅为水泥生料量的2%，对降低水泥原料成本作用有限。此外，造纸白泥含水量较高，一方面不利于造纸白泥运输和水泥生料配料的计量输送，不便于生产操作；另一方面增加水泥生料焙烧过程的能耗，影响水泥生产企业利用造纸白泥的积极性。

2.3 烟气脱硫

燃煤电厂烟气湿法脱硫过程中脱硫剂消耗量与电耗占脱硫成本80%以上，利用造纸白泥作脱硫剂不仅可以大幅降低电厂脱硫成本，还可以达到“以废治废”的目的[28]。目前，广西南宁电厂、钦州电厂、贵港电厂的石灰石-石膏烟气脱硫工艺均采用造纸白泥替代石灰石原料，替代率为20%~100%，造纸白泥利用量达15万t/a以上。造纸白泥脱硫的效率与传统的石灰石-石膏法脱硫相当，甚至更好[29]。但由于制浆黑液中盐分种类复杂[30]，导致经黑液燃烧、苛化生成的造纸白泥中黑色尘埃、盐分以及硅、铁等元素含量较高，严重影响石膏结晶过程和脱水过程[31-32]，对脱硫系统运行影响较大，且造纸白泥脱硫产生的副产品——石膏的品质较低，难以满足下游工业的原料要求[29,33-34]。此外，由于不同制浆企业产生的造纸白泥在硅含量、可溶性盐含量等方面存在较大差异，导致燃煤电厂脱硫工艺需要不断调整运行参数，严重阻碍了电厂利用造纸白泥脱硫的进程。

3 造纸白泥工业化利用中的问题分析

3.1 造纸白泥品质不稳定，下游企业利用难度大

造纸白泥是制浆造纸过程产生的一般工业固体废物，没有统一的国家或行业质量标准，不同企业产生的造纸白泥水分和杂质含量差别较大（见表1）。目前，造纸白泥主要是以替代原料方式进行下游资源化利用，下游企业需要从生产原料配比工序就开始频繁调整、优化工艺条件，以适应不同来源的造纸白泥成分变化，大幅增加企业运行和管理难度，同时也不利于企业积累利用经验和进一步优化利用工艺。由于没有成熟的案例可复制，下游企业学习成本较高，极大增加造纸白泥资源化利用推广难度。

3.2 利用方式附加值低，制约下游企业积极性

现有造纸白泥工业化利用方式集中在制砖、生产水泥和烟气脱硫3种途径，其中水泥企业和制砖企业石灰石类原料吨成本小于25元。由于造纸白泥所替代原材料本身价值较低以及替代率不高，导致利用造纸白泥的经济效益不明显，再考虑由于利用造纸白泥而新增的技术改造、管理和运行成本，利用造纸白泥甚至会产生负效益，严重影响了企业利用白泥的积极性。广西某水泥生产企业利用造纸白泥生产水泥，根据统计，在造纸白泥零成本送至该企业的情况下，水泥吨成本基本不变。此外，考虑到造纸白泥的运输成本，进一步降低了企业利用造纸白泥的积极性和利用半径。

3.3 区域供需不平衡

根据不同原料和制浆工艺造纸白泥产生量调研数据并结合2020年广西纸浆产量（221万t[35]）估算，2020年广西新增造纸白泥量约100万t。2020年，广西火电发电量和水泥产量分别为1110.4亿kWh和1.21亿t[36]，年消耗石灰石原料超过1亿t，按石灰石原料消耗量的1.5%（电厂脱硫时石灰石替代量远超1.5%）计算得出，造纸白泥替代添加量超过150万t，可完全消纳广西每年造纸白泥的产生量。但由于受制浆企业和造纸白泥利用企业区域位置（运输距离）限制，导致2020年广西仍有超过20万t造纸白泥需要堆存处置。以制浆企业和水泥企业为例，根据造纸白泥吨填埋成本和水泥企业石灰石原料吨成本测算，当制浆企业与水泥企业陆运距离超过40 km时两者就难以形成利用链条。根据卫星地图测算，广西有40%的制浆企业与周边最近水泥企业的陆运距离超过40 km。

4 造纸白泥工业化利用对策

4.1 研究制定造纸白泥工业化利用标准

标准是引领和推动行业发展的重要基础，在我国提倡资源循环利用的形势下，国内相继出台石油钻井废弃物、水处理剂聚铝废渣、建筑垃圾等固体废弃物的处置和资源化利用技术标准，以推动并规范固体废弃物利用。推动造纸白泥工业化利用可充分借助标准规范的作用，针对制砖、水泥生产、烟气脱硫等技术成熟用途对造纸白泥粗品质量要求，研究制定造纸白泥工业化利用技术标准，在造纸白泥主要成分CaCO3含量及不同用途的限定性指标如硅含量、铝含量、碱含量等方面建立分级指标，一方面可以统一不同企业造纸白泥品质，降低下游企业对其进行工业化利用的难度；另一方面可以规范企业造纸白泥的生产、利用过程，降低环境污染风险。

4.2 加大造纸白泥高值化产业技术研发投入

CaCO3产业是广西的特色优势产业，有完备的产业链和技术研发平台。借助区内CaCO3产业平台优势，围绕利用造纸白泥制备重质CaCO3、轻质CaCO3、CaO和Ca(OH)2等高附加值产品技术加大研发投入，鼓励相关企业加大技改力度，大力推荐企业使用先进的生产技术和装备，推动造纸白泥高值利用技术工业化应用。这不仅可以突破现有利用方式，拓展造纸白泥利用途径，而且可以提升造纸白泥高值产品利用企业经济效益，提高企业积极性，实现良性循环。

4.3 研究制定政策鼓励支持企业开展造纸白泥工业化利用

近年来，国家相继发布《关于“十四五”大宗固体废弃物综合利用的指导意见》《关于印发加快推动工业资源综合利用实施方案的通知》等文件，持续推动大宗工业固体废弃物的综合利用。结合国家固体废物分类资源化相关法律法规体系，在企业税收优惠、绿色采购、政府补贴、环保税以及未来碳税等方面研究制定具有广西特色的地方政策，营造有利于造纸白泥工业利用的政策环境。同时，加强对工业固体废物抛弃、转移、利用、处置等非法行为的打击力度，提高企业守法自觉性，奖惩结合，共同推动造纸白泥工业化利用。

5 结 语

近年来，国家持续推动固体废物资源化利用，而造纸白泥中CaCO3含量与天然石灰石接近，未来在替代石灰石矿产资源方面有着巨大的发展潜力。当前造纸白泥在水泥生产、制砖和烟气脱硫领域已得到初步应用，但造纸白泥粗品质量不一，杂质含量高，导致利用过程中造纸白泥添加量小，下游企业积极性不高。此外，受制浆企业和造纸白泥利用企业区域位置（运输距离）限制，造纸白泥区域供需不平衡。建议建立造纸白泥利用标准和制定鼓励政策，推广和改进已经成熟的造纸白泥工业化利用方式，并加大高值利用方式的研发投入，拓展造纸白泥工业化利用途径，最终实现造纸白泥高掺量、高值和广泛利用。