废弃烟用醋纤丝束的回收工艺及应用

张继超 赵玉林 于 深 洪 涛 付国领

焦作金叶醋酸纤维有限公司，河南 焦作 454150

目前，废弃烟用醋纤丝束(简称废滤棒)的处理方式主要为委托焚烧和填埋，处理成本约300元/t,并且处理过程易造成巨大的能源损耗与环境污染[1]。国内产生的废滤棒主要来源于卷烟生产企业和烟用滤棒生产企业，相对较集中。废滤棒的主要成分包括质量分数约90%的二醋酸纤维素、6%～8%的水、0.2%的二氧化钛及1%的油剂，其原料品质较高[2]。对废滤棒进行除杂处理后，可获得较纯净的二醋酸纤维素纤维，即废滤棒具备回收再利用的条件和价值。

为加快推进废滤棒的再生利用，焦作金叶醋酸纤维有限公司(简称焦作金叶公司)在借鉴前人研究成果的基础上，成立技术开发小组对废滤棒回收的工艺路线进行可行性研究，提出溶剂分离法，开发出一套年处理量为150 t的废滤棒回收再生生产线。通过溶剂分离法得到的回收浆液，可作为丝束生产企业的掺配料使用，实现废滤棒的回收再利用。

1 废滤棒回收工艺流程

1.1 工艺流程

为实现对废滤棒的有效回收，探讨成型纸、三醋酸甘油酯以及其他杂质的去除方法，探索将废滤棒再生成烟用丝束的可行性，已有研究者做了大量的试验和基础研究工作。孙友德等[3]的研究表明：废滤棒二醋酸纤维素纤维的溶解性、过滤性、可纺性良好，与二醋片接近；溶液中来自废滤棒的二醋酸纤维素纤维的质量分数可达35%，纺丝速度最高可达1 000 m/min；所得二醋酸纤维素纤维可单独再生成纤维，也可与二醋片按任意比例共混纺丝；所得二醋酸纤维素纤维的物理性能达到烟用醋酸纤维半制品的质量要求。韩亚东等[4]的研究表明，废滤棒丙酮溶液中的三醋酸甘油酯可起到增溶作用，有助于降低溶液黏度，提高纺丝原液的浓度。燕宁宁等[5]的研究表明，其制备的混合浆液的基本性能满足烟用滤棒丝束纺丝要求，可作为制备烟用滤棒丝束的原料；由质量比为1∶1的二醋片和废滤棒制备的共混纤维，其单丝线密度、径向异形度与由纯二醋片制备的纤维差异不大，可用于制作烟用滤棒丝束；由共混纤维制得的烟用滤棒硬度大于82%，圆周长为24.07 mm±0.20 mm，品质和吸阻均可满足现行滤棒的参数要求；由共混纤维制得的烟用滤棒具有优良的过滤性能，且应用在卷烟中可在一定程度上改善烟气的柔和性。

基于前人的研究成果，焦作金叶公司在技术方案确定和论证过程中，尝试采用酒精萃取法对废滤棒进行再生处理，但该方法工艺路线复杂且不成熟，经多次试验，工艺路线仍无法实现；尝试采用机械分离法对废滤棒进行再生处理，但该方法只能处理没有破损的废滤棒，处理量小，无法满足多种形态废滤棒的处理，不适于大规模生产应用；尝试通过溶解分离法对废滤棒进行再生处理，该方法采用丙酮对废滤棒进行溶解处理，形成混合溶液，再通过分离、过滤等技术去除杂质，进而实现与丝束生产主浆液的混合。最终经试验验证，确定了用丙酮将废滤棒溶解后再进行分离的工艺路线，并命名为溶剂分离法。

普通烟用丝束生产系统(以下简称主系统)完全以二醋片为原料，经溶解、过滤、纺丝、卷曲、摆丝和打包等工艺处理得到烟用二醋酸纤维丝束。再生烟用丝束的生产则需先采用溶剂分离法对废滤棒进行溶解、分离、过滤，得到合格回收浆液后，再将其按一定比例加入主系统中，然后进行溶解、过滤、脱泡、纺丝、上油、卷曲、干燥、摆丝和打包处理，得到再生烟用丝束。

1.2 工艺流程说明

1.2.1 初筛

从各烟厂回收的废滤棒根据生产需要运输至废丝再生车间，先人工初步筛选异物，以防异物进入再生烟用丝束生产系统中。由于滤棒车间环境良好，不会混入太多异物，因此可通过人工方法去除杂质。称取初筛后的废滤棒质量，以便精准配比回收浆液。

1.2.2 喷雾加湿

在烟用丝束卷棒的过程中，需卷上一层成型纸，同时添加增塑剂三醋酸甘油酯。采用丙酮溶解废滤棒的过程中，干成型纸在丙酮溶液中体积增大、韧性增强，不利于输送，容易堵塞输送管道和分离装置。为改变干成型纸在丙酮溶液中的形态并防止输送过程静电的产生，采用喷雾加湿装置对废滤棒进行喷雾加湿处理，使成型纸与水充分接触，改变纸的形态，以利于下一工序的处理。

1.2.3 切碎

喷雾加湿过的废滤棒通过传送带输送至切碎机切碎，切碎机刀口高速旋转挤压，并利用下料口筛网直径控制物料大小，获取长度不大于2 cm的废滤棒。经喷雾加湿后，成型纸的韧性和强度降低，经切碎机的机械破坏和切碎，可将废滤棒切碎至一定长度，从而在后续溶解过程中不易堵料和沉淀，便于输送。

1.2.4 搅拌溶解

通过丙酮加料环在溶解釜中加入一定量的丙酮，再将切碎的废滤棒通过传送带输送至加料口，利用加料口氮气密封环产生的微负压气流，将切碎的废滤棒加入搅拌釜中，同时隔绝空气使槽内氧气的体积分数低于8%，确保加料过程安全。经2次或3次的变速搅拌和液位控制后，混合溶液被间歇性地送往下道工序。

1.2.5 固液分离

采用一种密闭防爆型固液分离装置对混合浆液进行固液分离。该分离装置的工作原理是通过连续的机械分离将悬浮的固体与部分杂质从液体中分离出去。分离装置包括密闭防爆型卧式螺旋卸料沉降离心机、氮气安全保护控制系统、离心机内氧含量监测系统、设备温度(轴承温度和离心机机壳内温度)监测系统、震动监测系统、进料螺杆泵、进料球阀、水洗电磁阀、进料电磁流量计等设备及电气控制系统。经离心机固液分离的浆液送往中间槽储存。

1.2.6 中间槽储存

分离合格的回收浆液通过重力落入中间槽中储存。将中间槽液位与中间输送泵连锁设置，当液位处于高限时，启动中间输送泵；液位处于低限时，关停中间输送泵，即实现了此环节的自动化运行。

1.2.7 过滤

采用高精度过滤器对回收浆液进行过滤，以有效拦截未被分离的杂质，最终获得不含成型纸、线胶和三醋酸甘油酯等杂质的回收浆液。

1.2.8 罐槽储存

回收浆液通过屏蔽泵输送至回收浆液槽中临时储存。根据后续工序使用需求，将处理好的合格回收浆液输送至主系统，作为制备二醋酸纤维丝束的掺配料使用。

2 回收浆液主系统过滤技术改进

为更好地应用回收浆液，减少其对纺丝稳定性的影响，基于前期大量的研究工作，在主系统过滤工艺上采取更精细化的操作，将单台压滤机的助滤剂木桨用量提高至60 kg；设置一段压滤机的过滤压差不超过0.2 MPa,以提高滤饼对柔性杂质的截留量；将压滤机数量由原先的12台增加至15台，以通过增加一段压滤机的数量，将过滤面积扩大20%；调整一段压滤机的铲装周期，平均3 d铲装1台，以保持足够的浆液过流量；将滤后回流调节阀全部关闭，以减少无效过滤并提高过滤精度；一段过滤供料泵由定频泵改为变频泵，二段液位调节阀与一段过滤泵连锁设置，确保二段液位的稳定[6]。一段过滤采用滤饼过滤，通过使用新型快速预涂方式，成饼时间仅需6～10 h，而普通烟用丝束的成饼时间则需至少72 h。此外，形成的滤饼具有组织结构紧密均匀，孔隙丰富且分布合理，对柔性杂质过滤效果更佳等特点，可以获得更好的纺丝稳定性。二段过滤为深层过滤，使用组合滤布，能够过滤掉粒径超过5 μm的杂质。经浆液过滤方面的改进，按一定比例添加废滤棒回收浆液后，纺丝生产稳定，形成的纤维可纺性良好，产品质量可控。

3 运行情况及经济效益

利用溶剂法回收废滤棒再利用生产工艺，可对烟厂的废滤棒进行二次回收，重新投入主系统中制备再生烟用丝束。目前，整个生产流程已经打通，工艺运行稳定、可靠、安全。将制成的回收浆液分别按质量分数为5%、10%和20%的比例添加到主系统中，发现各项生产指标正常，生产的再生丝束经烟厂使用后反馈良好。

就经济效益而言，以建成一套年处理量150 t的废滤棒回收生产线为例，投资成本需600万元，每回收1 t废滤棒的成本为1 500元。就烟厂而言，每年可节省4万元废滤棒处理费用；就烟用丝束生产企业而言，按照目前二醋片2.5万元/t的价格计算，回收1 t废滤棒可节约2.35 万元，每年可节约原料成本352.5万元，具有良好的经济效益。

4 结语

对废滤棒进行喷雾加湿、切碎、溶解、分离和过滤后，可得到合格的回收浆液。结合对烟用丝束生产系统过滤技术方面的改进，可将烟厂制棒和卷烟工序中产生的大量废滤棒制成再生烟用丝束并重新应用于制棒和卷烟生产工序，使原料得到最大程度的利用。通过离心、过滤等技术去除杂质的废滤棒回收浆液满足后续工序的要求，且得到的再生烟用丝束质量完全满足出厂要求。