تاثیر شگفت‌انگیز سیلیکات سدیم در فرآیند بازیافت کاغذ روزنامه

مراحل بازیافت کاغذ روزنامه

روزنامه‌های باطله معمولاً حاوی الیاف سلولزی، مواد پرکننده، مرکب چاپ و گاهی آلودگی‌هایی مانند چسب، پلاستیک و ذرات خارجی هستند. برای استفاده دوباره از این مواد در تولید کاغذ، ابتدا باید الیاف آزاد شوند و سپس بخش مناسبی از جوهر و آلودگی‌های همراه حذف شود.

ترتیب دقیق تجهیزات در کارخانه‌ها ممکن است متفاوت باشد، اما فرایند جوهرزدایی معمولاً چند مرحله اصلی دارد.

آماده‌سازی و پالپینگ روزنامه

ابتدا کاغذهای ورودی جداسازی و وارد پالپر می‌شوند. آب و نیروی مکانیکی، ساختار ورق را باز می‌کنند تا الیاف از یکدیگر جدا شوند. در فرایندهای قلیایی، مواد شیمیایی نیز به جداشدن مرکب از سطح الیاف کمک می‌کنند.

پالپینگ باید به اندازه‌ای مؤثر باشد که جوهر از الیاف جدا شود، اما خردشدن بیش از حد ذرات جوهر یا آسیب غیرضروری به الیاف می‌تواند مراحل بعدی را دشوار کند. بنابراین زمان، دما، غلظت خمیر و شدت اختلاط باید متناسب با کاغذ ورودی تنظیم شوند.

جداسازی و شناورسازی جوهر

پس از پالپینگ، غربال‌ها و تجهیزات پاک‌سازی، بخشی از آلودگی‌های درشت را جدا می‌کنند. در واحد شناورسازی، هوا به خمیر تزریق می‌شود و ذرات جوهر با ویژگی سطحی مناسب به حباب‌ها متصل می‌شوند. کف حاوی جوهر از سطح جمع‌آوری و خارج می‌شود.

این مرحله با نام فلوتاسیون نیز شناخته می‌شود. بازده آن به اندازه ذرات جوهر، نوع مرکب چاپ، مواد فعال سطحی و شرایط عملیاتی بستگی دارد. جوهری که از الیاف جدا شده اما همراه کف خارج نشده است، همچنان می‌تواند در محصول نهایی باقی بماند.

شستشو و روشن‌سازی خمیر

در بعضی خطوط، شستشوی خمیر برای حذف ذرات ریز جوهر و مواد محلول استفاده می‌شود. شناورسازی و شستشو می‌توانند مکمل یکدیگر باشند، زیرا برای حذف ذرات با اندازه‌ها و ویژگی‌های متفاوت مناسب‌اند.

در صورت نیاز به روشنایی بیشتر، ممکن است مرحله روشن‌سازی با مواد شیمیایی مناسب نیز انجام شود. پس از آماده‌سازی خمیر، مراحل تنظیم غلظت، شکل‌دهی ورق، پرس و خشک‌کردن در ماشین کاغذ انجام می‌شوند. انتخاب این مراحل به محصول نهایی کارخانه وابسته است.

در این مرحله، خمیر جوهرزدایی‌شده ممکن است برای تولید کاغذ جدید آماده شود. البته روش‌های افزایش مقاومت کاغذ در برابر رطوبت موضوع مستقلی هستند و نباید با نقش سیلیکات در حذف جوهر یکسان در نظر گرفته شوند.

مواد شیمیایی فرایند جوهرزدایی

در جوهرزدایی قلیایی، معمولاً چند ماده با وظایف متفاوت استفاده می‌شوند. شناخت این تفاوت‌ها ضروری است؛ زیرا اگر عملکرد خط افت کند، افزایش مقدار یک افزودنی بدون بررسی سایر عوامل ممکن است مشکل را برطرف نکند.

این مواد در همه کارخانه‌ها با ترکیب و مقدار یکسان استفاده نمی‌شوند. بعضی خطوط از فرایندهای متفاوت یا برنامه شیمیایی کم‌قلیا استفاده می‌کنند. بنابراین جدول بالا نقش مواد در سامانه‌های متداول جوهرزدایی قلیایی را توضیح می‌دهد و دستور ساخت یکسان برای همه کارخانه‌ها نیست.

پایداری پراکسید با سیلیکات سدیم

پراکسید هیدروژن یکی از مواد مورد استفاده برای روشن‌سازی خمیر بازیافتی است. این ماده در شرایط مناسب به کنترل زردشدگی کمک می‌کند، اما حضور بعضی یون‌های فلزی مانند آهن و منگنز می‌تواند تجزیه ناخواسته آن را تسریع کند.

سیلیکات سدیم در فرمولاسیون‌های متداول جوهرزدایی، به پایدارماندن پراکسید کمک می‌کند و در کنار سایر عوامل، محیط شیمیایی مناسب‌تری برای عملکرد آن فراهم می‌سازد. بافرکردن محیط و کاهش اثر بعضی یون‌های مزاحم از سازوکارهایی هستند که در منابع تخصصی برای این ماده توضیح داده شده‌اند.

به همین دلیل، اگر کارخانه بعد از تغییر کیفیت آب یا مواد اولیه با افت عملکرد پراکسید روبه‌رو شود، بررسی سیلیکات مصرفی در کنار قلیائیت، یون‌های فلزی و شرایط پالپینگ اهمیت دارد. افزایش خودکار مقدار سیلیکات، بدون اندازه‌گیری عوامل مؤثر، روش مناسبی برای اصلاح مشکل نیست.

اثر سیلیکات بر روشنایی خمیر

تأثیر مثبت سیلیکات سدیم بر روشنایی خمیر، در سامانه‌های حاوی پراکسید عمدتاً با عملکرد شیمیایی فرایند ارتباط دارد. برخلاف ادعای رایج، نمی‌توان به‌طور کلی گفت این ماده با تشکیل یک لایه شفاف روی الیاف، روشنایی کاغذ را افزایش می‌دهد.

روشنایی نهایی به مقدار جوهر باقی‌مانده، نوع الیاف، لیگنین، شرایط روشن‌سازی و کیفیت جداسازی آلودگی‌ها وابسته است. حتی ممکن است بخشی از افزایش روشنایی ناشی از عملکرد پراکسید باشد، درحالی‌که مقدار قابل توجهی جوهر هنوز در خمیر باقی مانده است.

تأثیر سیلیکات بر جداسازی جوهر

جداشدن جوهر از الیاف و خارج‌شدن آن از خمیر، دو مرحله متفاوت هستند. در پالپر، نیروی مکانیکی و مواد شیمیایی به آزادشدن مرکب کمک می‌کنند. سپس ذرات آزادشده باید در واحد شناورسازی یا شستشو از خمیر خارج شوند.

سیلیکات سدیم می‌تواند بر وضعیت پراکندگی جوهر و برهم‌کنش مواد موجود در محیط اثر بگذارد. بااین‌حال، نقش دقیق آن در جمع‌آوری یا پراکندگی ذرات، به ترکیب سامانه و شرایط آب وابسته است و نباید به‌عنوان یک عملکرد ثابت در همه خطوط معرفی شود.

نقش کلسیم در جوهرزدایی

پژوهش دانشگاه کوازولو ناتال درباره جوهرزدایی روزنامه نشان می‌دهد که مقدار کلسیم محلول و حضور صابون‌های مورد استفاده می‌توانند بر بازده فرایند اثر بگذارند. در سامانه بررسی‌شده، برهم‌کنش سیلیکات با کلسیم یکی از عوامل مرتبط با عملکرد جوهرزدایی بوده است.

این نتیجه به معنی آن نیست که حذف کامل کلسیم از آب همیشه مفید است. در بعضی سامانه‌های شناورسازی، حضور کنترل‌شده یون‌های کلسیم می‌تواند بر رفتار صابون‌ها و ذرات جوهر اثر داشته باشد. بنابراین مقدار مناسب باید با توجه به ماده فعال سطحی، سختی آب و آزمون عملکرد همان خط تعیین شود.

تفاوت مرکب افست و پایه آب

نوع مرکب چاپ از عوامل مهم در قابلیت جوهرزدایی است. بعضی مرکب‌های افست پس از پالپینگ، ذراتی ایجاد می‌کنند که با شناورسازی قابل جمع‌آوری هستند. در مقابل، بعضی مرکب‌های پایه آب ممکن است به ذرات بسیار ریز و آب‌دوست تبدیل شوند و جداسازی آن‌ها با فلوتاسیون دشوارتر باشد.

اگر ورودی کارخانه مخلوطی از روزنامه‌های چاپ‌شده با روش‌های مختلف باشد، ممکن است ترکیب مواد شیمیایی ثابت، در همه محموله‌ها نتیجه یکسانی ایجاد نکند. در این شرایط، بررسی ویژگی مرکب و انتخاب مناسب میان شناورسازی و شستشو اهمیت دارد.

کنترل کیفیت خمیر بازیافتی

برای ارزیابی عملکرد سیلیکات سدیم در بازیافت کاغذ روزنامه، تنها بررسی ظاهر خمیر کافی نیست. روشنایی، مقدار جوهر باقی‌مانده، نقاط آلودگی و بازده الیاف باید در کنار شرایط شیمیایی فرایند بررسی شوند.

در روش‌های تخصصی مانند دستورالعمل‌های INGEDE، ویژگی‌های نوری خمیر و شاخص‌های حذف جوهر به‌صورت قابل اندازه‌گیری ارزیابی می‌شوند. این رویکرد کمک می‌کند تأثیر روشن‌سازی شیمیایی از حذف واقعی ذرات مرکب تفکیک شود.

شاخص روشنایی و جوهر باقی‌مانده

روشنایی خمیر نشان می‌دهد نمونه در شرایط آزمون چه میزان نور را بازتاب می‌دهد. اما این شاخص فقط به جوهر وابسته نیست و می‌تواند تحت تأثیر لیگنین، رنگ الیاف، مواد پرکننده و روشن‌سازی شیمیایی قرار گیرد.

شاخص ERIC یا غلظت مؤثر جوهر باقی‌مانده، با اندازه‌گیری بازتاب در ناحیه فروسرخ، اطلاعاتی درباره اثر جوهر سیاه باقی‌مانده فراهم می‌کند. این روش نیز محدودیت‌هایی دارد و نتیجه آن به ویژگی و اندازه ذرات جوهر وابسته است.

اگر کارخانه قصد مقایسه دو فرمول را دارد، باید همه نمونه‌ها با روش آزمایشگاهی یکسان آماده شوند. تفاوت نوع کاغذ ورودی، شرایط شناورسازی یا مقدار آب مصرفی می‌تواند نتیجه را تغییر دهد و ارزیابی اثر سیلیکات را دشوار کند.

مزایا و محدودیت‌های سیلیکات

سیلیکات سدیم در فرمول‌های متداول جوهرزدایی، به دلیل نقش در پایدارسازی پراکسید و کنترل محیط قلیایی اهمیت دارد. اما استفاده از آن باید همراه با شناخت محدودیت‌های فرایندی باشد.

مزایای کاربرد در پالپینگ

• کمک به محدودکردن تجزیه ناخواسته پراکسید هیدروژن در شرایط مناسب.
• مشارکت در کنترل شیمی محیط قلیایی و بافرکردن آن.
• اثرگذاری بر برهم‌کنش بعضی یون‌ها و مواد فعال سطحی.
• امکان انتخاب گریدهای مختلف براساس ریشیو، غلظت و نیاز فرمولاسیون.

این مزایا به معنی افزایش قطعی روشنایی یا بازده در همه کارخانه‌ها نیستند. نتیجه واقعی باید با آزمون و بررسی شاخص‌های تولید مشخص شود.

رسوب سیلیکاتی در تجهیزات

یکی از محدودیت‌های شناخته‌شده در بعضی سامانه‌های خمیر و کاغذ، تشکیل رسوبات مرتبط با سیلیکات است. شرایط آب، یون‌های فلزی، غلظت مواد و تغییر pH می‌توانند در این مشکل نقش داشته باشند.

تجمع رسوب ممکن است عملکرد لوله‌ها، تجهیزات شستشو یا مسیرهای گردش آب را تحت تأثیر قرار دهد. بنابراین افزایش مصرف سیلیکات بدون بررسی کیفیت آب و وضعیت تجهیزات می‌تواند هزینه‌های نگهداری را بیشتر کند.

عیب‌یابی فرایند جوهرزدایی روزنامه

اگر روشنایی خمیر کاهش پیدا کرده یا مقدار جوهر باقی‌مانده افزایش یافته است، نخست باید مشخص شود مشکل در آزادشدن جوهر از الیاف، جمع‌آوری ذرات یا روشن‌سازی شیمیایی رخ داده است.

برای نمونه، وقتی خمیر بعد از پالپینگ هنوز دارای لکه‌های درشت جوهر است، بررسی شرایط پالپر و نوع مرکب اهمیت دارد. اما اگر جوهر از الیاف جدا شده و در خمیر پخش شده است، ممکن است مرحله شناورسازی یا شستشو به اصلاح نیاز داشته باشد.

تفاوت روشن‌سازی با جوهرزدایی

برای کارخانه مهم است بداند روشن‌سازی شیمیایی و جوهرزدایی یک مفهوم ندارند. ممکن است پراکسید باعث افزایش روشنایی شود، اما مقدار جوهر باقی‌مانده تغییر زیادی نکند.

در بعضی فرایندها، برای روشن‌سازی خمیر از مواد کاهنده نیز استفاده می‌شود. برای شناخت این خانواده از مواد می‌توانید مقاله سدیم هیدروسولفیت را مطالعه کنید. این ماده با پراکسید هیدروژن سازوکار متفاوتی دارد و استفاده از آن به معنی امکان اختلاط مستقیم این دو ماده نیست.

انتخاب گرید سیلیکات سدیم مایع

برای کارخانه بازیافت روزنامه، گرید سیلیکات سدیم باید با برنامه شیمیایی و شرایط تجهیزات هماهنگ باشد. مشخصاتی مانند ریشیو، درصد جامد، دانسیته، ویسکوزیته و قلیائیت می‌توانند بر مقدار ماده مؤثر واردشده به پالپر و رفتار محلول اثر بگذارند.

ریشیو و درصد جامد سیلیکات

ریشیو نشان‌دهنده نسبت سیلیس به اکسید سدیم است و ممکن است به صورت وزنی یا مولی گزارش شود. این نسبت بر رفتار قلیایی و ویژگی‌های محلول اثر دارد، اما برای تعیین مقدار مصرف کافی نیست.

اگر دو گرید دارای ریشیو مشابه ولی درصد جامد متفاوت باشند، از جرم یکسان آن‌ها مقدار ماده مؤثر یکسانی وارد فرایند نمی‌شود. به همین دلیل، هنگام مقایسه قیمت یا دوز ماده اولیه باید مبنای محاسبه مشخص باشد.

مشخصات ماده اولیه مناسب

سیلیکات سدیم صنعتی خانواده‌ای از ترکیبات با نسبت‌های متفاوت سیلیس و اکسید سدیم است. فرمول Na₂SiO₃ به متاسیلیکات سدیم اشاره دارد و نباید آن را فرمول یکسان تمام گریدهای تجاری سیلیکات سدیم دانست.

در خطوطی که ماده اولیه به شکل محلول مصرف می‌شود، استفاده از محصول مایع می‌تواند مرحله حل‌سازی جداگانه را حذف کند. البته سازگاری آن با پمپ، مخزن و مواد شیمیایی موجود در فرایند همچنان باید بررسی شود.

برای شناخت گریدها و مقایسه مشخصات، می‌توانید محصولات سیلیکات سدیم مایع صنایع سیلیکات ایران را بررسی کنید. انتخاب محصول برای جوهرزدایی باید پس از تأیید ویژگی‌های فنی موردنیاز خط انجام شود.

روش ارزیابی گرید جدید

اگر کارخانه قصد تغییر گرید یا تأمین‌کننده سیلیکات سدیم را دارد، بهتر است ابتدا مقایسه آزمایشگاهی انجام شود. تغییر مستقیم ماده اولیه در مقیاس تولید، بدون بررسی عملکرد، ممکن است تفسیر علت مشکلات بعدی را دشوار کند.

1. نمونه‌ای نماینده از کاغذ روزنامه ورودی انتخاب و ترکیب آن ثبت شود.
2. فرمول فعلی کارخانه به‌عنوان نمونه شاهد در نظر گرفته شود.
3. گرید جدید براساس مقدار واقعی ماده مؤثر و شرایط قابل مقایسه آزمون شود.
4. دما، زمان پالپینگ، غلظت خمیر و شرایط شناورسازی تا حد امکان ثابت بمانند.
5. pH، روشنایی، ERIC و مقدار پراکسید باقی‌مانده بررسی شوند.
6. در صورت نیاز، نقاط آلودگی، بازده الیاف و وضعیت تشکیل رسوب نیز ثبت شوند.
7. پس از تأیید آزمایشگاهی، نمونه پایلوت یا بچ محدود برای بررسی عملکرد در تجهیزات واقعی تولید شود.

اگر نتیجه گرید جدید بهتر یا ضعیف‌تر از نمونه شاهد است، ابتدا باید مشخص شود اختلاف ناشی از ترکیب سیلیکات بوده یا شرایط عملیاتی تغییر کرده‌اند. برای این کار، تغییر هم‌زمان چند ماده شیمیایی توصیه نمی‌شود؛ زیرا شناسایی عامل مؤثر را دشوار می‌کند.

کنترل کیفیت و استانداردهای صنعتی

در ارزیابی سیلیکات مصرفی، برگه آنالیز هر محموله اهمیت دارد. اطلاعات SiO₂، Na₂O، ریشیو، درصد جامد و سایر مشخصات موردنیاز باید با حدود پذیرش کارخانه مقایسه شوند.

در کنار آن، روش‌های آزمون خمیر بازیافتی باید مشخص باشند. مجموعه روش‌های INGEDE برای بررسی قابلیت جوهرزدایی و ویژگی‌های نوری خمیر کاربرد دارد. استانداردهایی مانند TAPPI T 567 نیز روش سنجش غلظت مؤثر جوهر باقی‌مانده را معرفی می‌کنند.

استانداردهای مدیریتی مانند ISO 9001، ISO 14001 و ISO 45001 به ترتیب به مدیریت کیفیت، محیط زیست و ایمنی شغلی مربوط هستند. وجود این استانداردها به‌تنهایی نشان‌دهنده مناسب‌بودن یک گرید سیلیکات برای فرایند جوهرزدایی نیست و آزمون عملکرد محصول همچنان ضرورت دارد.

تجربه تأمین صنایع کاغذسازی

در همکاری میان تولیدکننده سیلیکات و کارخانه بازیافت کاغذ، مسئله اصلی فقط تحویل ماده‌ای با نام مشخص نیست. کارخانه به محصولی نیاز دارد که مشخصات آن در محموله‌های متوالی قابل کنترل باشد و تغییر گرید باعث اختلال در فرمول شیمیایی پالپینگ نشود.

برای مثال، اگر درصد جامد سیلیکات جدید با ماده قبلی تفاوت داشته باشد، ثابت‌ماندن جرم مصرف به معنی ثابت‌ماندن مقدار ماده مؤثر نیست. این موضوع ممکن است بر قلیائیت، پایداری پراکسید و شرایط شیمیایی خمیر اثر بگذارد. به همین دلیل، بررسی برگه آنالیز و انجام آزمون مقایسه‌ای پیش از جایگزینی اهمیت دارد.

شرکت صنایع سیلیکات ایران فعالیت خود را از سال ۱۳۶۲ در زمینه تولید انواع سیلیکات سدیم، سیلیکات پتاسیم و متاسیلیکات آغاز کرده است. این مجموعه با ظرفیت تولید سالیانه حدود ۱۵۰٬۰۰۰ تن، امکان تولید محصولات در شکل‌های مایع، جامد و پودری و تنوع ریشیو را دارد و در تأمین نیاز صنایع داخلی و بازارهای صادراتی فعالیت می‌کند.

رویکرد کنترل کیفیت و امکان بررسی مشخصات فنی گریدهای مختلف، برای مصرف‌کنندگان صنعتی اهمیت دارد. بااین‌حال، تأیید نهایی سیلیکات سدیم برای بازیافت روزنامه باید بر اساس نوع فرایند، کیفیت آب و نتایج آزمون واقعی کارخانه انجام شود.

جمع‌بندی بازیافت کاغذ روزنامه

سیلیکات سدیم در بازیافت کاغذ روزنامه، به‌ویژه در فرایندهای قلیایی دارای پراکسید هیدروژن، نقش مهمی در پایداری شیمیایی و کنترل شرایط پالپینگ دارد. این ماده می‌تواند بر رفتار یون‌های موجود در محیط و فرایند جوهرزدایی اثر بگذارد، اما عامل اصلی حذف فیزیکی جوهر نیست.

عملکرد مطلوب زمانی حاصل می‌شود که جداشدن مرکب از الیاف، جمع‌آوری ذرات در شناورسازی، روشن‌سازی خمیر و کنترل کیفیت آب به‌صورت هماهنگ انجام شوند. برای ارزیابی نیز باید روشنایی، جوهر باقی‌مانده، بازده الیاف و پایداری پراکسید در کنار یکدیگر بررسی شوند.

در انتخاب گرید سیلیکات، توجه به ریشیو، درصد جامد، قلیائیت و کیفیت محموله ضروری است. آزمایش در مقیاس محدود پیش از تغییر گرید یا افزایش مصرف، کمک می‌کند تصمیم فنی با داده واقعی گرفته شود و خطر مشکلات عملیاتی کاهش پیدا کند.

سؤالات متداول جوهرزدایی روزنامه

منابع خارجی پیشنهادی برای مطالعه بیشتر

• University of KwaZulu-Natal: The Role of Sodium Silicate in Newsprint Deinking
  ، پژوهش دانشگاهی درباره نقش سیلیکات در پایدارسازی پراکسید، برهم‌کنش با کلسیم و عملکرد جوهرزدایی روزنامه.
• J-STAGE: De-inking Agent and Assist Agent for Recycling Paper
  ، بررسی نقش افزودنی‌های جوهرزدایی، مواد فعال سطحی و پایدارکننده‌های پراکسید و محدودیت‌های رسوب‌گذاری.
• ScienceDirect: Surface Chemical Concepts of Flotation De-inking
  ، مطالعه اصول شیمی سطح در شناورسازی، نقش اندازه ذرات جوهر و تفاوت آن با شستشو.
• INGEDE: Methods for Evaluating Deinkability
  ، مجموعه روش‌های تخصصی برای سنجش ویژگی‌های نوری خمیر، ذرات آلودگی و قابلیت جوهرزدایی مواد چاپی.
• TAPPI: Determination of Effective Residual Ink Concentration
  ، معرفی روش استاندارد اندازه‌گیری ERIC برای کنترل مقدار مؤثر جوهر باقی‌مانده در خمیر و کاغذ بازیافتی.
• TAPPI: Silicate-Free Peroxide Bleaching of Mechanical Pulps
  ، منبع تخصصی درباره نقش پایدارکنندگی سیلیکات و مشکلات احتمالی رسوب و اختلالات فرایندی در صنعت خمیر و کاغذ.