TIỂU LUẬN HỌC PHẦN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GIẤY Đề tài Phân tích làm rõ về cơ chế, điều kiện của dây chuyền công nghệ quá trình khử mực in

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN KỸ THUẬT HÓA HỌC
--------------- o0o ----------------

TIỂU LUẬN HỌC PHẦN CÔNG NGHỆ
SẢN XUẤT GIẤY- CH4457
Đề tài: Phân tích làm rõ về cơ chế, điều kiện của dây chuyền cơng nghệ
q trình khử mực in
Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS. Phan Huy Hoàng
Sinh viên:
1. Nguyễn Bá Lâm

20180789

2. Đào Thị Huệ

20180748

3. Nguyễn Minh Hòa

20180731

4. Lương Mai Hiền

20180715

5. Nguyễn Thị Trang

20180974

6. Nguyễn Thị Ngọc Mai

20180847

7. Lê Thị Hảo

20170708

HÀ NỘI - 2021


MỤC LỤ

 LỜI MỞ ĐẦU...................................................................................3
 PHẦN NỘI DUNG............................................................................4
I. TỔNG QUAN QUÁ TRÌNH TÁI CHẾ GIẤY.............................................4
1.Tổng quan ngành giấy....................................................................4
2.Tổng quan ngành giấy tái chế........................................................5
2.1.Tổng quan ngành giấy tái chế thế giới.....................................5
2.2. Tổng quan ngành giấy tái chế ở Việt Nam..............................6
3. Nguyên liệu dùng trong giấy tái chế.............................................7
4. Các yếu tố ảnh hưởng quá trình khử mực.....................................8
4.1 Chất lượng giấy loại..................................................................8
4.2 Kiểm soát chất lượng giấy loại.................................................9
4.3 Các nguồn giấy loại ( giấy thu hồi )..........................................9
5. Dây chuyền cơng nghệ q trình khử mực.................................10
5.1 Nguyên lý chung của khử mực giấy loại.................................10
5.1.1. Vai trò của NaOH..............................................................11
5.1.2. Vai trò của các chất hoạt động bề mặt............................12
5.1.3. Vai trò của Na2SiO3...........................................................15
5.1.4. Vai trò của H2O2................................................................16

5.2 Các phương pháp De-inking kết hợp......................................16
5.2.1 Tẩy mực tuyển nổi............................................................17
5.2.2. Tẩy mực bằng rửa:...........................................................17
5.2.3. Tẩy mực bằng hóa chất...................................................18
II. PHÂN TÍCH, LÀM RÕ CƠ CHẾ, ĐIỀU KIỆN DÂY CHUYỂN CƠNG NGHỆ
...........................................................................................................19
1. Thuyết minh dây chuyền cơng nghệ DIP.....................................19
1.1. Cơng đoạn nghiền và phối trộn hóa chất tách mực...............19
1.2. Cơng đoạn tách cát sơ bộ và tuyển nổi tách mực.................20
1


2. Thiết bị trong dây chuyền công nghệ DIP...................................23
2.1. Thiết bị cơng đoạn nghiền và phối trộn hóa chất tách mực. .23
2.1.1. Máy nghiền thủy lực nồng độ cao....................................23
2.1.2. Máy nghiền thứ cấp.........................................................24
2.1.3. Máy sàng bột...................................................................25
2.2. Thiết bị công đoạn tách cát sơ bộ và tuyển nổi mực in

.....26

(9)

2.2.1. Tuyển nổi..........................................................................26
 KẾT LUẬN.....................................................................................28
TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................28

Danh mục hình vẽ

Hình 1: Thu gom và sử dụng giấy tái chế để sản xuất giấy theo khu vực năm 2017

(triệu tấn)....................................................................................................................6
Hình 2: Thu gom và sử dụng giấy thu hồi để sản xuất giấy của Việt Nam (nghìn tấn)
................................................................................................................................... 7
Hình 3: Mơ tả thiết bị tẩy mực bọt nổi.....................................................................17
Hình 4: Nguyên lý của phương pháp tẩy mực bằng rửa...........................................18
Hình 7: Sơ đồ dây chuyền cơng nghệ q trình khử mực.........................................19
Hình 8: Sơ đồ quy trình khử mực tuyển nổi.............................................................22
Hình 9: Máy nghiền thủy lực nồng độ cao...............................................................23
Hình 10: Máy nghiền thứ cấp...................................................................................24
Hình 11: Máy sàng bột.............................................................................................25
Hình 13: Tuyển nổi Honshu......................................................................................26
Hình 14: Tuyển nổi Ecocell......................................................................................27

2


 LỜI MỞ ĐẦU
Đối với mỗi sinh viên nghành Kỹ thuật hóa học nói chung và các sinh viên thuộc
chuyên ngành Công nghệ Polyme& Compozit và chuyên ngành Công nghệ sản xuất giấy
giấy nói riêng, học tập và tìm hiểu về môn học Công nghệ sản xuất giấy thật sự đem lại
cho chúng em, không chỉ là những nền tảng kiến thức cần thiết, vững chắc về cơ sở
chuyên ngành , bên cạnh đó là củng cố cho chúng em lối tư duy và tự tìm hiểu về một đề
tài nghiên cứu.
Trong bài tiểu luận này chúng em- nhóm 6 được nhận nghiên cứu và tìm hiểu về
đề tài “Phân tích làm rõ về cơ chế, điều kiện của dây chuyền cơng nghệ q trình khử
mực in (De-inking)”. Đây là một đề tài nghiên cứu rất hay và giúp chúng em thu lượm
được rất nhiều kiến thức thú vị và bổ ích về cả Q trình khử mực in và về Công nghệ
sản xuất giấy hiện nay.
Chúng em xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Phan Huy Hồng đã tận tình giảng dạy,
giúp đỡ và truyền đạt những kiến thức quý báu về bộ mơn Cơng nghệ sản xuất giấy để

nhóm em hoàn thành được bài tiểu luận này. Đồng thời chúng em muốn gửi lời cảm ơn
sâu sắc tới Viện Kỹ thuật hóa học và trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã đưa môn học
Côn nghệ sản xuất Giaays vào chương trình đào tạo giúp chúng em có thêm những kiến
thức nịng cốt cho chun ngành.
Trong q trình làm Tiểu luận vẫn cịn có rất nhiều thiếu xót và lỗi sai,..kính mong
ý kiến đóng góp từ Thầy và các bạn sinh viện để tiểu luận được hoàn thiện hơn.

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

3


 PHẦN NỘI DUNG
I. TỔNG QUAN QUÁ TRÌNH TÁI CHẾ GIẤY
1.Tổng quan ngành giấy
Lịch sử hình thành và phát triển ngành cơng nghiệp giấy nói chung:
Năm 105 sau Cơng ngun được coi là năm mà nghề làm giấy được phát minh ra.
Vào năm đó, các ghi chép lịch sử cho thấy rằng việc phát minh ra giấy đã được Ts’ai Lun,
một quan chức của Triều đình, báo cáo với Hồng đế Trung Quốc.(1)
Từ khoảng thế kỷ thứ 7 thì giấy viết khơng chỉ phổ biến ở Trung Quốc mà cịn
xuất hiện rất nhiều ở Nhật Bản. Đặc biệt vào cuối thế kỷ thứ 7, trong một cuộc giao tranh
ở Samarcande, người Trung Quốc bị thua và bí quyết làm giấy của người Trung Quốc
cũng bị lộ. Kỹ thuật làm giấy nhanh chóng lan truyền sang các nước Ả rập, Tây Ban Nha.
Từ đây kỹ thuật sản xuất giấy lan truyền khắp thế giới và ngày càng có nhiều cải tiến
nâng cao chất lượng và sản lượng giấy. (2)
Ở Việt Nam, theo các nghiên cứu lịch sử, từ thế kỉ thứ III người Việt ở Giao Châu
đã biết dùng vỏ cây mật hương làm thành thứ giấy bán rất tốt, gọi là mật hương. Sau đó
nhiều loại giấy khác nhau đã làm vỏ dó, rêu biển, từ vỏ trầm, … Kỹ nghệ làm giấy ở
nước ta gắn liền với nhu cầu của xã hội và liên tục được phát triển qua các thời Ngô, Lý,
Trần, Lê, Nguyễn. Giấy luôn đồng hành với sự phát triển của văn hóa dân tộc, góp phần

tạo nên những “Chiếu dời đô”, những kỳ thi chọn nhân tài đất nước, những tranh Đơng
Hồ, …
Tình hình sản xuất giấy và Quy hoạch phát triển của ngành giấy ở Việt Nam:
Ngày nay giấy đã trở thành một nhu cầu không thể thiếu, hiện thân trong mọi lĩnh
vực hoạt động của con người. Theo báo cáo của UNECE/FAO năm 2011, trên thế giới có
khoảng 6000 nhà máy sản xuất bột giấy và các bán thành phẩm xơ sợi, với tổng sản
lượng trung bình các năm 2006-2010 đạt trên dưới 220 triệu tấn/năm, hàng ngàn doanh
4


nghiệp, cơ sở sản xuất vừa và nhỏ đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về giấy và các sản
phẩm từ giấy.
Ngành giấy là một trong những ngành được hình thành từ rất sớm tại Việt Nam,
khoảng năm 284. Từ giai đoạn này đến đầu thế kỷ XX, giấy được làm bằng phương pháp
thủ công để phục vụ cho việc ghi chép, làm tranh dân gian, vàng mã
Tùy theo mục đích sử dụng khác nhau sản phâm giấy được chia thành 4 nhóm:
 Nhóm 1: Giấy dùng cho in, viết (giấy in báo, giấy in và viết…)
 Nhóm 2: Giấy dùng trong cơng nghiệp (giấy bao bì, giấy chứa chất lỏng)
 Nhóm 3: Giấy dùng trong gia đình (giấy ăn, giấy vệ sinh…)
 Nhóm 4: Giấy dùng cho văn phịng (giấy fax, giấy in hóa đơn…)
Hiện nay ở Việt Nam chỉ sản xuất được các loại sản phẩm như giấy in, giấy in báo,
giấy bao bì cơng nghiệp thơng thường, giấy vàng mã, giấy vệ sinh chất lượng thấp, giấy
tissue chất lượng trung bình… cịn các loại giấy và các tông kỹ thuật như giấy kỹ thuật
điện-điện tử, giấy sản xuất thuốc lá, giấy in tiền, giấy in tài liệu bảo mật vẫn chưa sản
xuất được.
2.Tổng quan ngành giấy tái chế
2.1.Tổng quan ngành giấy tái chế thế giới
Giấy tái chể (giấy thu hồi) là ngun liệu đóng vai trị rất quan trọng trong ngành
công nghiệp giấy của các nước phát triển nhờ tỷ lệ thu gom nội địa cao. Tỷ lệ thu gom tại
Bắc Mỹ đạt tỷ lệ 70%, khối EU đạt tỷ lệ 73%, Nhật Bản đạt tỷ lệ 81,3%; trong khi đó khu

vực châu Á tỷ lệ thu gom chỉ đạt 52,5%, dưới cả mức trung bình của thế giới 59%.
Xuất khẩu giấy tái chế (giấy thu hồi) chủ yếu đến từ Bắc Mỹ, EU, Nhật Bản. Khối
EU thùa cung giấy tái chế 8,6 triệu tấn/năm, Bắc Mỹ thừa cung 20,5 triệu tấn/năm; châu
Á thiếu cung 31 triệu tấn/năm, Mỹ Latin thiếu cung 0,8 triệu tấn/năm.

5


Hình 1: Thu gom và sử dụng giấy tái chế để sản xuất giấy theo
khu vực năm 2017 (triệu tấn)

2.2. Tổng quan ngành giấy tái chế ở Việt Nam
Giấy đã qua sử dụng là nguyên liệu chính để phát triển ngành cơng nghiệp giấy
trong nước.Giấy thu hồi có vai trị rất quan trọng là nguyên liệu không thể thay thế trong
sản xuất giấy của Việt Nam. Tỷ lệ sử dụng giấy thu hồi làm nguyên liệu sản xuất giấy các
loại đạt tỷ lệ đến 87%, sử dụng trong sản xuất giấy bao bì đạt tỷ lệ đến 98%.
Hoạt động thu gom giấy thu hồi đã phát triển mạnh và đạt đuợc tỷ lệ 43%. Tuy
nhiên tăng trưởng mạnh về sản xuất trong hai năm gần đây, đặc biệt là giấy bao bì dẫn
đến tỷ lệ thu gom trong nước khơng theo kịp. Kết hợp với đó là hoạt động thu gom mang
tính tự phát, manh mún, lạc hậu nên chưa mang lại hiệu quả cao.
Xu hướng cung- cầu giấy thu hồi ở Việt Nam: nhu cầu sử dụng để sản xuất giấy
tăng khoảng 35%/năm, dự kiến đến năm 2025 nhu cầu sử dụng lên đến 13,2 triệu tấn
(năm 2018 đang sử dụng 3,7 triệu tấn).

6


Hình 2: Thu gom và sử dụng giấy thu hồi để sản xuất giấy của Việt Nam
(nghìn tấn)

Tuy vậy, Ở Việt Nam, tỉ lệ giấy đã sử dụng thu hồi được so với tổng lượng giấy
tiêu dùng chỉ ở mức khoảng 25%, rất thấp so với các nước trong khu vực. Các cơ sở sản
xuất quy mơ lớn có tâm lý chuộng mua giấy thu hồi nhập khẩu vì nhắm tới hiệu quả cao
hơn về thời gian và chi phí vì có hóa đơn giá trị gia tăng khi nhập hàng. Trong khi đó,
cách hợp thức hóa trong chi phí sản xuất đối với việc mua giấy loại thu gom trong nước
phức tạp, rối rắm khiến công tác thu hồi giấy trong nước khơng có tiến triển.
3. Ngun liệu dùng trong giấy tái chế
Những loại giấy có thể sử dụng trong quy trình tái chế có thể kể đến:
- Giấy carton cứng từ các thùng/bìa cứng cũ: Loại giấy có các lớp giấy được nối với
nhau bằng một lớp loát bên trong thường có dạng xù hoặc có rãnh.
- Giấy báo, tạp chí cũ: Đây là loại giấy mà qua quá trình tái chế giấy sẽ trở thành rất
nhiều những vật dụng hữu ích.
- Sổ cái trắng: Tiêu đề giấy trắng khơng bóng, in hoặc khơng in, được đánh máy, viết
và sao chép giấy máy.
7


- Sổ cái màu: Giấy màu khơng bóng, in hoặc không in đều được.
- Giấy trắng.
- Danh bạ điện thoại: Danh bạ điện thoại mới hoặc đã qua sử dụng.
- Chất thải văn phòng được phân loại: Các loại giấy tờ được thu thập từ các văn phòng
và tổ chức, như giấy note, tập sách, tờ rơi, bản sao trắng/pastel và giấy viết, giấy máy tính
trắng hay nhiều sọc, tiêu đề thư và phong bì,…(3)
4. Các yếu tố ảnh hưởng quá trình khử mực
4.1 Chất lượng giấy loại
Chất lượng bột giấy có ảnh hưởng rất lớn tới chất lượng bột khử mực (bột DIP).
Nhiều nhà máy họ khẳng định rằng nếu họ đạt được các yêu cầu về chất lượng giấy ở đầu
vào thì mọi u cầu sau đó về chất lượng sản phẩm coi như đã được giải quyết. Trên cơ
sở đó đa xây dựng tiêu chuẩn chất lượng nghiêm ngặt và xác định và xác định những nơi
có thể kiểm soát được chúng để đảm bảo chất lượng bột giấy đạt yêu cầu.

Chất lượng giấy loại được xác định dựa vào 3 yếu tố sau:
+) Độ sạch: Là số lượng tạp chất bẩn có trong giấy loại. Các nhà máy sản xuất bột khử mực có nhưng

hệ thống để thải loại tạp chất bẩn khác nhau nhưng việc thải hết 100% chất bẩn thì chưa
nhà máy nào làm được. Thống kê cho thấy nguyên liệu càng nhiều chất bẩn thì chúng
càng được giữ lại trong bột thành phẩm càng nhiều. Do đó việc loại bỏ chất bẩn tại nguồn
cấp ban đầu là cách hữu hiệu nhất.
+) Độ đồng đều: Đây là phạm vi xác định thành phần ổn định của nguyên liệu. Nếu
chúng được tập hợp bởi một số các chủng giấy thì tỷ lệ của chúng phải được giữ ổn định.
Rõ ràng là việc cung cấp nguyên liệu càng đồng đều thì xưởng sản xuất càng có nhiều cơ
hội tốt để đạt công nghệ ổn định và do đó chất lượng bột đạt cũng được ổn định.
+) Chất lượng xơ sợi: Loại xơ sợi có trong giấy loại (bột hóa, bột cơ, bột tẩy trắng, hoặc
bột khơng tẩy, sớ ngắn, sớ dài sẽ quyết định loại giấy gì được sản xuất.
Cả 3 yếu tố này sử dụng để phân chia giấy loại thành các chủng loại khác nhau
cũng như quyết định giá cả của chúng và là cơ sở để cân đối giữa yêu cầu về chất lượng
và giá cả. Việc cung cấp ổn định giấy loại với một số lượng nhất định cũng là một yếu tố
giới hạn cần được nhà sản xuất xem tới.
4.2 Kiểm sốt chất lượng giấy loại
Vì chất lượng giấy loại có mối quan hệ và ảnh hưởng đến sự vận hành dây chuyền
sản xuất cũng như chất lượng của bột khử mực. Do đó, chúng ta cần phải có một hệ thống
8


kiểm soát chất lượng tốt. Điều đặc biệt là phải xây dựng các yêu cầu về đặc tính kỹ thuật
một cách chi tiết cho giấy loại bao gồm: Các loại giấy, sự phân phối tỷ lệ, những vật liệu
không được chấp nhận, hạn chế của các chất bẩn , hàm lượng ẩm của giấy loại, độ tuổi
của giấy loại, phương pháp đóng bành, kích cỡ bành.
Hệ thống quả lý chất lượng cũng cần xác định : các phương thức thải loại tạp chất,
các yêu cầu cần thiết, các phương thức giao hàng.
4.3 Các nguồn giấy loại ( giấy thu hồi )

Các nguồn giấy thu hồi : nguồn gốc chính từ các hộ gia đình, cơng nghiệp in ấn,
các nguồn cơng nghiệp khác.
Giấy từ hộ gia đình chủ yếu là giấy báo hay một lượng nhỏ giấy tạp chí. Ở một số
quốc gia thì loại giấy này được dùng để sản xuất lớp độn cho giấy thùng carton.
Bột khử mực từ các nguyên liệu ban đầu như giấy báo hay tạp chí,…thường dùng
để sản xuất giây in, hay giấy tissue có định hướng thấp hoặc pha trộn với các lại bột có
độ trắng cao hơn để sản xuất giấy in, giấy viết hoặc các loại thấy bao gói.
Trong cơng thức ngun liệu hiện nay người ta thường dùng 30% tạp chí và 70%
giấy báo.
Giây văn phòng chủ yếu là giấy in, giấy viết với hàm lượng bột hóa cao. Người ta
dùng bột từ nguyên liệu này thay thế cho bột hóa sản xuất các loại giấy in, giấy viết, giấy
tissue, với chất lượng cao hơn hoặc qua tẩy trắng để sản xuất các loại bao gói trắng.
Giấy từ các nguồn cơng nghiệp khác thường là giấy bao gói có độ bền tốt và
thường được tái sử dụng để sản xuất các loại giấy bao khơng địi hỏi phải khử mực.
Phân loại giấy thu hồi:
Tùy theo xuất xứ mà giấy thu hồi được phân loại như sau:
+) Giấy thu hồi sạch : là các lề giấy, giấy hỏng thu lại từ sản xuất bao bì, giấy văn phịng,
giấy viết,.. loại giấy này không cần qua công đọa làm sạch mà chỉ cần qua công đoạn
đánh tơi.
+) Giấy thu hồi từ các nhà máy in : bị thải do in sai hoặc quá hạn sử dung, loại này cũng
sạch nhưng cần qua công đoạn khử mực.
+) Giấy thu hồi từ các nguồn khác nhau : thành phần đa dạng, độ sạch không đồng đều
nên cần qua cơng đoạn làm sạch hồn chỉnh. Khi thành bột giấy thường sử dụng để sản
xuất lớp giữa của các loại giấy caron.
Ngoài ra, phân loại theo đặc thù giấy sử dụng:

9


+) ONP: giấy báo cũ;

+) OMG: giấy tạp chí hoặc catalogue có tráng phủ bề mặt ( trừ PE).
5. Dây chuyền cơng nghệ q trình khử mực
5.1 Ngun lý chung của khử mực giấy loại(4)
Công nghệ khử mực giấy loại bao gồm ba q trình chính là tách mực, rửa và tẩy.
Quá trình tách mực khỏi xơ sợi bao gồm sự trương của xơ sợi trong quá trình đánh tơi,
tác động ma sát và suy yếu của các liên kết hóa học. Ở đó, các hố chất, nhiệt lượng và
lực cơ học được kết hợp để đánh bật mực in gốc đâu ra khối xơ sợi giấy và phân tán
chúng trong dung dịch trung gian là nước. Các mảnh mực khô, các chất keo khô trong
mực và các tạp chất khác sau đó được tách loại ra khỏi bột bằng cách kết hợp rửa, tuyển
nổi, phân tán. Ở các giai đoạn này có nhiều tương tác giữa các hạt mà trong đó hóa học
bề mặt có những ảnh hưởng quan trọng. Những tương tác này bao gồm:
 Màng mực in – bề mặt sơ sợi (tách mực)
 Hạt mực –hạt mực ( phân tán, kết tụ)
 Hạt mực – sơ sợi (tái kết tụ)
 Hạt mực – hạt thu gom ( tuyển nổi)
 Hạt mực – bóng khí (tuyển nổi)
 Sơ sợi, chất độn – bóng khí (tuyển nổi)
Qui trình hiện nay sử dụng bốn loại hóa chất kết hợp để khử mực là XL-200,
NaOH, Na2SiO3, H2O2. Các loại hóa chất này nhằm phá bỏ liên kết giữa mực và sợi
giấy, loại mực ra khỏi dụng dịch bột và tẩy trắng bột. Mỗi loại hóa chất có vai trị riêng
và chúng phụ trợ lẫn nhau để quá trình tách mực đạt hiệu quả cao nhất.

10


5.1.1. Vai trò của NaOH

(5)

Dưới tác động của NaOH và nhiệt độ ( nước nóng đưa vào trong máy nghiền) giấy

mùn sẽ mùn ra, dễ đánh tơi hơn. Đồng thời dưới môi trường kiềm dầu lanh và nhựa alkyd
trong thành phần mực bị xà phịng hóa một phần (phản ứng xà phịng hóa ở trên), khi đó
tạo ta đầu ưa nước – COONa hướng ra ngoài. Lúc này nhựa allyd trong thành phần mực
bị xà phịng hóa một phản ( phản ứng xà phịng hóa ở trên), khi đó tạo ra đâu ưa nước COONa hướng ra ngoài. Lúc này lớp màng hạt mực bị hydrat hóa ( hiện tượng thấm ướt
hạt mực), hạt mực trở nên ưa nước và bị kéo ra khỏi xơ sợi. Với thành phần gốc dầu
khống khơng bị xà phịng hóa bởi kiềm sẽ được thấm ướt bởi chất hoạt động bề mặt.
Dung dịch kiềm (NaOH) làm cho Xenluloza bị trương nở, quá trình trương nở xơ
sợi giúp cho các màng mực in bị kéo căng ra và dễ tách khởi thớ sợi hơn.
Khi tăng kiềm có thể tăng hiệu quả xà phịng hóa dầu và nhựa alkyd ó trong thành
phần hạt mực, tăng mức độ trương nở xơ sợi, tuy nhiên đối với bột cơ khi độ pH cao quá
sẽ dẫn tới hiện trượng đen bột, giảm độ trắng. Độ pH còn ảnh hưởng đến kích thước bọt
khi trong tuyển nổi. Ngước lại với pH cao (pH> 11) thì các bọt khí tạo ra có kích thước
q nhỏ gây thất thốt lượng xơ sợi lướn, pH thích hợp cho tuyển nổi pH = 10-11.
5.1.2. Vai trò của các chất hoạt động bề mặt

(6)

 Vai trị của chất hoạt động bề mặt:
Dung dịch nước có sức căng bề mặt rất lớn nên không thấm ướt được bề mặt hạt
mực khơng phân cực. Để nước có thể thấm ướ bề mawth của dung dịch. Phần tử chất
hoạt động bề mặt trong dung dịch bao gồm một đầu ưa nước và một đầu kị nước. Đầu kị
nước sẽ hấp thụ bám dính vào các phân tử dầu và nhựa trong mực, đầu ưa nước hướng ra
ngồi mơi trường. Lúc này lực liên kết giữa mực và xơ sợi nhỏ hơn lực kéo hút của môi
trường nước lên hạt mực thông qua cầu nối là các phân tử chất HĐBM:

11


“Hiện tượng này gọi là hiện tượng thấm ướt hạt mực. Như vậy, trong dung dịch có
hai q trình làm cho hạt mực bị thấm ướt là xà phịng hóa dầu, nhựa alkyd của hạt mực

bởi NaOH và do tương tác của chất HĐBM với hạt mực. Sự trương nở xơ sợi dưới tác
dụng của nước nóng và mơi trường kiềm, cùng với khuấy trộn ở bể nghiền góp phần thực
đẩy nhanh q trình giải phóng hạt mực ra khỏi xơ sợi.”
 Vai trò làm chất kết tụ:
Khi hạt mực đã được tách khỏi xơ sợi, chúng phân tán vào môi trường nước dưới
dạng huyền phù và nhũ tương. Lúc này có thể xảy ra các q trình:
 Phân rã hạt mực thành các hạt nhỏ hơn.
 Các hạt mực tập hợp lại thành các hạt lớn hơn.
 Sự tái bám dích lại của các hạt mực lên bề mặt xơ sợi.
Để có thể tách mực ra khỏi dung dịch bột thì cần hạn chế sự tái bám dính trở lại
của mwucj lên xơ sợi và phân tán hat mực thành các hạt nhỏ do các hạt nhỏ rất khó bám
dính vào bóng khi trong tuyển nổi, đồng thời hạt nhỏ này không tách ra được sẽ tạo nên
bụi mực lẫn trong giấy thành phẩm. Tính chất bề mặt của hạt mực ảnh hưởng đến hiệu
quả khử mực: các hạt mực ưa nước thích hợp cho phương pháp rửa, phương pháp tuyển
nổi u cầu các hạt mực phải có tính kỵ nước. Tuy nhiên, các hạt mực sau khi tách khỏi
12


xơ sợi thường có tính ưa nước và có kích thước nhỏ (< 10µm) trong khi đó kích thước tối
ưu cho tuyển nổi trong khoảng 10-100µm. Các hạt mực nhỏ khó bám vào bóng khí do
thiếu động năng cần thiết, cịn các hạt mực lớn q khi bám dính vào lại dễ bị tách ra do
trọng lượng của chúng lớn hơn lực liên kết và lực nổi của bóng khí.
Chất HĐBM có tác dụng cản trở sự tái bám của mực lên xơ sợi và gom các hạt
mực nhỏ thành hạt mực lớn, đồng lời tạo cho chứng tính kị nước để có thể dễ tách ra
bằng phương pháp tuyển nổi. Cơ chế tác dụng đó của chất HĐBM được giải thích qua sự
tương tác tĩnh điện của cá phần tử mang điện trong dung dịch và tính ưa nước, kị nước
của các gốc hóa học:
Chất kết tụ thường dùng trong tuyển nổi là axit béo tổng hợp, trong dung dịch
kiềm xảy ra các phản ứng sau đây
R-COOH + NaO  R- COONa (tan) +H2O (1)

R-COONa + Ca(OH)2  (R-COO)2Na +2 NaOH

(2)

Ở các phản ứng thứ hai phân tử xà phòng tạo ra kết hợp Ion Ca2+ trong dung dịch
tạo nên xà phịng Canxi là các hạt mang điện tích dương có một đầu kih nước là gơc
Hydrocacbon. Các hạt mực sau khi bị hdrar hóa ( nhờ q trình thấm ướt bằng NaOH và
chất HĐBM) mang điện tích âm. Các hạt mực mang điện âm này sẽ định với xà phịng
Canxi mang điện dương trong dung dịch, sau đó tiếp tục định với các hạt mực khác tạo ra
các cụm mực nhỏ kỵ nước. Do tính kị nước của mình nên các cụm mực nhỏ này dễ dạng
định vào các bóng khí nhỏ khi sục khí vào dung dịch. Bản thân các bóng khi nhỏ tạo ra
trong dung dịch mang điện tích âm, các hạt mực cũng mang điện tích âm nên chúng có
lực đẩy tĩnh điện với nhau. Tuy nhiên, khi hấp thụ xà phòng Canxi mang điện tích dương
các hạt mực sẽ bị trung hịa điện tích, vì vậy có khả năng bám vào bóng khí.

13


Khi hạt mực tách khỏi xơ sợi thì bề mặt xơ sợi xuất hiện một lớp hydrat hóa ưa
nước, các hạt mực khi khấp thụ xà phòng Canxi trở nên kị nước nên chúng khó bám dính
trở lại lên bề mặt xơ sợi.

Như vậy chất HĐBM có tác dụng thu gom các hạt mực nhỏ lại, cản trở sự tái bám
của chúng lên bề mặt xơ sợi, đồng thời tạo cho chúng tính kị nước để dễ dàng định vào
bóng khí trong tuyển nổi.
 Vai trị làm chất tạo bọt:
Chúc năng tạo bọt của chất tuyển nổi phải đảm bảo các yếu tố sau:
-

Kích thước bọt ổn định và phù hợp

-

Mật độ bọt ổn định

-

Thời gian sống của bọt phải bền.

Các chất hoạt tính bề mặt khơng mang điện được sử dụng rộng rãi làm chất tạo bọt
trong khử mực tuyển nổi vì chúng có khả năng tạo bọt rất tốt và khơng bị ảnh hưởng bởi
nước cứng.
5.1.3. Vai trị của Na2SiO3
 Chất đệm ổn định pH:

14


Na2SiO3 có vai trị làm chất đẹm ổn định pH của dung dịch trong khoảng pH=1011. N2SiO3 thay thế một phần NaOH tạo nên tổng kiềm hữu hiệu trong tẩy mực.. Nếu sử
dụng riêng NaOH, tốc độ nghiền bột và tách mực sẽ tăng nhanh, nhưng NaOH cũng làm
cho bột bị sẫm màu ngay lập tức, đặc biệt khi trong giấy loại có nhiều bột cơ học. Trong
trường hợp đó Na2SiO3 thường được cho vào trong bể nghiền bột để làm giảm sự sẫm
màu do kiềm này và nó cũng cho phép các quá trình nghiền giấy loại thành bột được thực
hiện trong khoảng pH thấp hơn so với dùng riêng NaOH.
Các thí nghiệm đã cho thấy với cùng một tổng kiềm, sử dụng Na2SiO3 trong
thành phần nhiều hơn thường cho độ trắng cao hơn so với dùng NaOH nhiều hơn và độ
trắng thường tỉ lệ thuận với mức dùng Na2SiO3. Sự có mặt của Na2SiO3 ức chế sự xẫm
màu của lignin trong giấy một cách hiệu quả.
 Hỗ trợ chất tẩy hydrogen peroxit:
Do đặc tính thân thiện mơi trường nên hydrogen peroxit (H 2O2) hiện nay được sử

dụng rộng rãi trong lĩnh vực tẩy trắng. Để trở nên hoạt tính, peroxit phải phân ly để tạo
thành dạng ion perhydroxyl. Sự phân ly tốt nhất đạt trọng khoảng pH= 9.5-11. Natri
silicat tạo dung dịch đệm có pH ổn định cho quá trình phân ly này.
H2O2 trong dung dịch dễ bị phân hủy bởi các kim loại nặng, các kim loại này có
vai trị xúc tác trong phản ứng phân hủy H 2O2. Natri silicat có khả năng tạo phức hấp phụ
cô lập các kim loại này nên làm giảm khả năng peroxit bị phân hủy.
 Vai trò trong giải đoạn tuyển nổi:
Natri silicat trong dung dịch thực đẩy sự động tụ các hạtnhỏ thành các hạt lớn hơn
phù hợp cho tuyển nổi. Ngồi ra natri silicat cịn hoạt động như chất phân tán, tạo khả
năng giữ các hạt mực và các mảnh tạp chất khác lơ lửng trong dung dịch nhiều hơn phần
có thể tái bám bẩn trở lại xơ sợi bột giấy.

15


Một vai trò quant rọng của natri silicat trong tuyển nổi là nó điều tiết vai trị của
ion Ca2+, một hợp phần quan trong trong tuyển nổi. Ion Ca 2+ có mặt ban dầu trong bể
quậy gây bất lượi cho q trình khử mực do tạo kết tủa, nhưng nó lại rất cân thiết cho giai
đoạn sau (tuyên nổi) vì xà phịng canxi là tác nhân chính tọa bọt, liên kết các hạt mực nhỏ
và làm cho chứng có tính kị nước. Vì vậy trong gia đoạn đầu cần hạn chế ảnh hưởng của
ion canxi nhứng giai đoạn tuyển nổi lại cần phát huy cai trò của chúng.
Natri silicat ở khoảng pH cao ban đầu trong khử mực sẽ tạo phức, cô lập một phần
các ion canxi và làm giảm tác động xấu của chúng đến q trình hydrat hóa lơi kéo các
hạt mực ra mơi trường nước. Khi dịng bột tới thiết bị tuyển nổi xảy ra sự biến đổi hóa
học: nồng độ bột bị pha lỗng 10 lần, pH giảm đến giá trị khoảng 8,5. Dưới điều kiện này
natri silicat giải phóng canxi làm tăng lương ion canxi tự do tạo xà phịng canxi chơ q
trình tuyển nổi.
5.1.4. Vai trị của H2O2
H2O2 đưa vào bể tẩy có tác dụng tẩy trắng và làm giảm hiện tượng đen bột trong
môi tường kiềm. Tuy nhiên, hoạt động của peroxit bị ảnh hưởng bởi hàm lượng kim loại

nặng trong dung dịch, do chúng là xúc tác phản ứng phân hủy peroxit. Chất ổn định thành
phần có chứa silicat sử dụng để làm giảm một phần tác nhân này. Tuy nhiên, để tăng
cường hơn nữa hoạt tính tẩy của peroxit cần tăng thêm các chất tạo phức như EDTA.
5.2 Các phương pháp De-inking kết hợp
Như đã được trình bày ở phần trên, các mảnh mực khô, các chất keo khô trong
mực và các tạp chất khác sau đó được tách loại ra khỏi bột bằng cách kết hợp rửa, tuyển
nổi, … Phần bên dưới sẽ là trình bày về những phương pháp được kết hợp này.
5.2.1 Tẩy mực tuyển nổi (Floatation Deinking)

(7)

Phương pháp tẩy mực bọt nổi được sử dụng dựa trên phương pháp tương tự từ
ngành công nghiệp sản xuất mỏ từ những năm 1960. Phương pháp này hiện nay đang
được sử dụng chủ yếu ở các nước châu Âu để sản xuất giấy tái chế.
16


Ngun lý phương pháp: Nhiệt độ của q trình thơng thường từ 45-55 oC. Khí
được thổi vào bể chứa bột giấy tái chế. Mực theo bọt khí nổi lên trên bề mặt và hình
thành một lớp bọt khí dày và có thể gạt bỏ đi. Thơng thường, hệ thống được sử dụng sẽ
có 3, 4 hoặc 5 thiết bị liên tục nhau. Phương pháp này được dùng chủ yếu để tách mực in
với kích thước lớn hơn 10 µm.

Hình 3: Mô tả thiết bị tẩy mực bọt nổi

5.2.2. Tẩy mực bằng rửa (Washing Deinking)

(8)

Phương pháp tẩy mực bằng rửa là q trình khơng những loại bỏ mực mà cịn loại

bỏ cả các thành phần không mong muốn khác. Phương pháp này thường được sử dụng để
xử lý bột giấy sản xuất giấy tissue; ngồi ra, nó cịn được sử dụng cho sản xuất bột giấy
tái chế có chất lượng cao từ giấy văn phòng.
Nguyên lý phương pháp: Các chất trợ phân tán (thường là các chất hoạt động bề
mặt) được thêm vào để rửa mực in. Sau khi phần bột giấy ở giấy được tách nước và trở
nên dày hơn, các thành phần của hỗn hợp ban đầu có kích thước nhỏ hơn 30 µm bao gồm
mực, các chất khống rắn, hạt keo được loại bỏ.
Sau quá trình lọc, trên tấm lọc sẽ còn lại sợi giấy đã được loại bỏ các thành phần
dư thừa của giấy được tái chế trước khi khi đến các công đoạn tiếp theo.
17


Hình 4: Nguyên lý của phương pháp tẩy mực bằng rửa

5.2.3. Tẩy mực bằng hóa chất
Nguyên lý phương pháp: Tẩy mực bằng hóa chất sử dụng các loại hóa chất đặc
trưng với tác dụng chính là phá hủy các chất màu trong mực. Phương pháp này cũng giúp
làm trắng bột giấy tái chế.
Các hóa chất thường được sử dụng trong phương pháp này đã được trình bày kỹ ở
phần trên.

18


II. PHÂN TÍCH, LÀM RÕ CƠ CHẾ, ĐIỀU KIỆN DÂY CHUYỂN CƠNG
NGHỆ

Hình 7: Sơ đồ dây chuyền cơng nghệ q trình khử mực

1. Thuyết minh dây chuyền cơng nghệ DIP

1.1. Cơng đoạn nghiền và phối trộn hóa chất tách mực
 Mục đích:
Nghiền nhỏ giấy thành bột mịn và phá vỡ liên kết giữa các hạt mực và sợi giấy.
 Nguyên lý:
Nguyên liệu vào được đưa lên sàn cân điện tử định lượng rồi qua băng chuyền vào
máy nghiền nồng độ cao (mỗi mẻ khoảng 6 tấn).
19


Các loại hóa chất tẩy mực NaOH, NA 2SiO3, H2O2 (từ các thùng chứa) và hóa chất
tuyển nổi (từ thùng chứa) được bơm sang các thùng lường. Lượng hóa chất đưa vào tẩy
mực và tuyển nổi sẽ được định lượng qua vạch chia mức chất lỏng trong thùng lường.
Mở van dưới đáy thùng để hóa chất đi vào máy nghiền. Nước nóng từ bể chứa được bơm
vào máy nghiền. Tại máy nghiền dưới tác dụng đồng thời của hóa chất, nước nóng và
cánh khuấy quay mạnh các mảnh giấy mủn ra, bị xé nhỏ và đánh tơi.
Dịch bột từ máy nghiền thô được hợp với nước từ bể máy nghiền qua bơm được
đưa sang máy nghiền thứ cấp. Tại đây bột tiếp tục được nghiền thêm dưới tác dụng của
các hóa chất khử mực, mối liên kết giữa mực in và xơ sợi bị lỏng đi, trở nên kém bền
vững đồng thời các hạt mực cũng trở nên kị nước, bị xé nhỏ và bị tách ra khỏi sơ sợi dưới
tác dụng của các dao trong quá trình nghiền thủy lực. Tại máy nghiền có lưới chắn, bột
hợp cách sẽ đi qua còn tạp chất (nilon, kim loại, đá vụn,.....) khơng đi qua lưới, được
định kì tháo ra thải bỏ dưới đáy.
Bột đi qua máy nghiền được bơm, bơm qua sàng thô giai đoạn 1. Bột hợp cách qua
sàng thô được đưa tới bể máy nghiền chuẩn bị sang công đoạn tiếp theo. Bột không hợp
cách được đưa xuống bể bột thải giai đoạn 1 sau đó được bơm qua sàng thô giai đoạn 2,
bột hợp cách sẽ được chuyền vào bể máy nghiền, bột không hợp cách chuyển xuống bể
sàng thải để tiếp tục tách. bột từ bể này được bơm, bơm qua máy sàng bột thải, bột thu
hồi được tuần hoàn lại bể bột giai đoạn 1.
Nước lọc từ bể chứa qua các bơm đến các dòng vào của máy nghiền, các máy sàng
thô và bể chứa để rửa và pha loàng bột trước khi đến bể máy nghiền

1.2. Công đoạn tách cát sơ bộ và tuyển nổi tách mực
Mục đích của cơng đoạn này là tách sơ bộ cát, các tạp chất rắn và tách mực ra khỏi
bột.
 Tách cát sơ bộ:

20


Dịch bột từ bể máy nghiền được bơm, bơm qua cyclon tách cát nồng độ cao, để tách
cát sơ bộ, các tạp chất nặng. Bột sau đó được đưa vào bể tuyển nổi. Bột từ bề này được
bơm, bơm qua các bể tuyển nổi Ecocell và tuyển nổi Honshu.
 Tuyển nổi tách mực:
Tuyển nổi là quá trình sử dụng chất hoạt động bề mặt hoặc chất làm ướt để tách
các khống chất một cách có chọn lọc từ bùn quặng. Phương pháp này được ứng dụng
trong đời sống, đặc biệt là trong cơng nghiệp hóa chất nhằm tách quặng/mỏ quặng sunfit,
cacbonat và oxit. Tuyển nổi dựa theo phương pháp tuyển nổi ứng dụng trong cơng nghiệp
khai khống thập niên 1960. Sử dụng nguyên lý bám dính của các hạt vật chất vào bong
bóng khí để loại bỏ mực in và các chất phụ gia của giấy loại như chất độn, các hạt mang
màu... Nhiệt độ quá trình khoảng 45-55. Nồng độ bột khoảng 0.8-1.5%.
Các cơng đoạn chính trong q trình tuyển nổi như sau:
 Giai đoạn tách mực ra khỏi xơ sợi.
 Giai đoạn loại bỏ mực ra khỏi xơ sợi trong quá trình tuyển nổi.
Giai đoạn tách mực ra khỏi xơ sợi: Mực in được in vào bề mặt của xơ sợi (tờ giấy) bằng
nhiều phương pháp: in offset, gravure, UV-Curing, letter press, flexo... Đầu tiên phải tách
các hạt mực in này cùng với các hạt phụ gia ra khỏi bề mặt của xơ sợi. Được tiến hành ở
máy nghiền thủy lực có bổ sung một số hóa chất khử mực như NaOH (sodium
hydroxide), Na2CO3 (sodium silicate), H2O2 (Hydrogen peroxide), các chất hoạt động bề
mặt (surfactant) ... Dưới tác dụng của các hóa chất lực liên kết giữa mực in và xơ sợi bị
yếu đi, kém bền vững đồng thời các hạt mực cũng trở nên kỵ nước, bị xé nhỏ và tách ra
khỏi xơ sợi dưới tác dụng của các dao trong quá trình nghiền thủy lực.

Giai đoạn loại bỏ mực ra khỏi xơ sợi trong quá trình tuyển nổi: Sau khi mực và các hạt
phụ gia được tách ra khỏi bề mặt xơ sợi, chúng sẽ bị loại bỏ để thu được xơ sợi "sạch" để
sản xuất giấy. Như đã trình bày ở trên, phương pháp tuyển nổi dùng các bọt khí để loại bỏ
các hạt mực và các hạt phụ gia.Do tác dụng của hóa chất và đặc biệt là sự có mặt của các
ion canxi mang điện dương 2 + trong nước, các phân tử của xà phòng kết hợp với các ion
21


Canxi này tạo ra các hạt vật chất nhỏ mang điện tích dương, qua đó dễ dàng đính với các
hạt mực (điện âm, hầu hết các loại mực in thường dùng có tính kỵ nước).Các cụm mực
nhỏ này được đính vào các bong bóng khí nhờ tính kỵ nước của các chất hoạt động bề
mặt là một chuỗi hydrocacbon (gồm cả phần kỵ nước và háo nước ví dụ như các axit béo:
stearic acid). Các bong bóng khí này di chuyển lên bề mặt huyền phù và tạo thành một
lớp xà phịng dễ dàng loại bỏ khỏi huyền phù bột.

Hình 8: Sơ đồ quy trình khử mực tuyển nổi

Tại bể tuyển nổi các bọt khí sục từ dưới lên liên tục (tạo ra do các bơm sục khí
tuần hồn Ecocell hoặc cánh khuấy). Các hạt mực kết hợp với chất tuyển nổi trở nên kị
nước và bám dính vào các bọt khí nổi lên trên lớp bề mặt chảy tràn ra. Dịch bột qua bể
tuyển nổi được tách thành 2 phần: lớp trên chứa các bọt mực in và lớp dưới là bột đã tách
mực. Bột đã tách mực được đưa trực tiếp qua bể lọc, sau đó xuống lọc cát. Bọt mực in
được gom vào bể bọt, sau đó qua bơm, bơm sang máy lọc đĩa. Bột qua máy lọc đĩa đưa
tiếp sang máy rửa rơi, thu hồi rồi vào bể lọc.

22


2. Thiết bị trong dây chuyền công nghệ DIP
2.1. Thiết bị cơng đoạn nghiền và phối trộn hóa chất tách mực

2.1.1. Máy nghiền thủy lực nồng độ cao

Hình 9: Máy nghiền thủy lực nồng độ cao

 Chức năng:
Đánh tơi, xé nhỏ giấy loại đưa vào thành bột, phối trộn với các hóa chất và
nước nóng thực hiện phản ứng khử mực.
 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:
Máy bao gồm một thùng chứa hình trụ có thể tích 35m 2, phía trên có một
cửa đưa giấy loại vào và một cửa quan sát đối diện nhau, các đường ống cấp nước
nóng, hóa chất và nước pha lỗng. Giữa thân máy là cánh khuấy trộn và đánh tơi
được truyền động từ motor điện qua dây curoa. Cửa xả nằm ở cạnh bên sát với đáy
máy. Nước nóng và hóa chất được bơm vào bể máy, khi máy hoạt động cánh
23


khuấy quay với tốc độ lớn sẽ xé nhỏ các mảnh giấy ra và trộn đều bột với hóa
chất.
2.1.2. Máy nghiền thứ cấp

Hình 10: Máy nghiền thứ cấp

 Chức năng:
Máy được thiết kế để tiếp tục nghiền bột sau khi nghiền sơ cấp nhằm tăng
độ nghiền đồng thời tích hợp sàng loại bỏ các tạp chất có kích thước lớn ra khỏi
dòng bột, tránh gây tắc sàng trong giai đoạn tiếp theo.
 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:
Máy gồm có bộ phận nghiền là một cánh khuấy lớn bằng kim loại đặt theo
phương dọc chuyển động quay xé nhỏ bột giấy, chuyển động được là nhờ roto điện
qua dây curoa. Một mặt kim loại có lỗ trịn, đường kính lỗ 3-6 mm đặt phía sau

24