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【新書連載之《農(nóng)產(chǎn)品期貨》】焙干堅(jiān)滑若鋪玉——紙漿(一)
寒溪浸楮舂夜月,敲冰舉簾勻割脂。
——梅堯臣《答宋學(xué)士次道寄澄心堂紙百幅》
漢韻彌吟兩千年 (造紙簡(jiǎn)史)
大家都知道,“造紙術(shù)”是中國(guó)的四大發(fā)明之一?!逗鬂h書》記載了蔡倫造紙的故事,從此有了蔡倫發(fā)明紙的說法。
甘肅天水放馬灘的西漢墓中曾發(fā)掘出產(chǎn)于文景之際的繪有地圖的紙,這是目前所知最早的紙,早于蔡倫200多年。而史書中還記載了西漢成帝時(shí),獨(dú)寵于后宮卻多年無子的趙飛燕姐妹以紙書信并包裹毒藥陷害產(chǎn)下一子的宮女曹氏,可見蔡倫之前已經(jīng)有紙。
科技史專家給出的定義是:紙是植物纖維經(jīng)物理與化學(xué)作用提純與分散,其漿液在多孔模具簾上濾水并形成濕纖維層,干燥后交結(jié)成的薄片狀材料。按此定義,無論就文獻(xiàn)記錄還是考古發(fā)現(xiàn)而言,最早的紙的確是“中國(guó)制造”。
洛陽紙“貴”,只因紙“短”情長(zhǎng)。在古代,造紙從來不是一件容易的事,而小規(guī)模的生產(chǎn)相對(duì)于人們對(duì)于紙的需求來說,更是難以解渴。揮筆落墨需要宣紙,房前屋后需要窗紙,張燈結(jié)彩需要罩紙,天上有紙風(fēng)箏,雨中有油紙傘,就連出恭之后也需要一兩張草紙來拭穢。紙之金貴自古已然。
到了現(xiàn)代,離開紙的日子更是一天都過不下去了。從《中國(guó)生活用紙年鑒》相關(guān)數(shù)據(jù)來看,2016年國(guó)內(nèi)生活用紙行業(yè)的總產(chǎn)量為920萬噸,即使面臨著“無紙化”革命的挑戰(zhàn),人們對(duì)于紙產(chǎn)品的需求依然有增無減??此粕钪刑幪幙梢姛o足輕重的尋常物,實(shí)際上在巨大的供需缺口面前已經(jīng)左支右絀,而對(duì)于造紙的核心原料——紙漿的需求更是持續(xù)飆升。
一文千紙說不盡 (紙漿分類)
紙漿非“漿”。
博采于植物纖維之善材者,歷經(jīng)粉碎、蒸煮、洗滌、篩選、漂白、凈化、烘干等十余道工序,使纖維離解成漿,呈現(xiàn)潔白絮狀物,即為紙漿。
紙漿是造紙的基本原料,而植物纖維則是制漿的基本原料。幾乎所有的植物纖維都可以用來制漿,現(xiàn)在普遍的制漿方法較之古法已有明顯改進(jìn),但凡花花草草只要被送進(jìn)了制漿廠,無論曾經(jīng)是世界一花,還是菩提一樹,經(jīng)歷一番周折,盡數(shù)千篇?dú)w于一律,唯遺一席潔白。
然而,英雄依然要問“出身”,不同的原料、不同的加工方法所制得的紙漿呈現(xiàn)著迥然不同的個(gè)性,種類相當(dāng)繁多且八仙過海,各有用武之地。
根據(jù)原料的不同,紙漿可以分為木漿、非木漿和廢紙漿。木漿以木材為原料,利用化學(xué)、機(jī)械或者二者結(jié)合的方法制得。非木漿則以竹子、禾草等廢木材纖維原料制成,可細(xì)分為禾科纖維原料漿、韌皮纖維原料漿和種毛纖維原料漿。例如竹漿以毛竹、楠竹、慈竹等竹材為原料,在中國(guó)用竹纖維造紙自唐宋年間便已始之,至今已有上千年的歷史,理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)十分豐富。紙產(chǎn)品總量中約30%可作為二次纖維回收利用,回歸制漿廠洗刷掉一身塵埃,重新?lián)Q上一襲白衣,真可謂鞠躬盡瘁,無休無息。
在紙漿大家族中,木漿絕對(duì)算得上是一方名門望族,無論在產(chǎn)量還是用途上都是當(dāng)之無愧的“紙漿之王”,其使用量約占紙漿總量的90%以上。
木漿可根據(jù)不同工藝分為化學(xué)漿、機(jī)械漿和化學(xué)機(jī)械漿。
從發(fā)展歷史來看,隨著新聞報(bào)刊和打印印刷需求的逐步擴(kuò)大,纖維較長(zhǎng)、成紙耐度和韌性高的化學(xué)木漿的生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大,目前成為最主要的制漿品種,2017年產(chǎn)量在全球紙漿總產(chǎn)量中占比達(dá)到75%。
種瓜得瓜,種豆得豆。由于木材按樹種進(jìn)行分類可分為針葉樹和闊葉樹,所以木漿也相應(yīng)地包括針葉漿和闊葉漿兩大類。其中,針葉漿是由針葉樹作為原材料制成的紙漿。針葉樹葉多呈尖細(xì)狀,因其質(zhì)地較軟又稱為軟木,如落葉松、云杉等。它們是典型的中高緯度地區(qū)“原住民”,占全世界森林儲(chǔ)量的35%,如北美、北歐、俄羅斯、智利等地區(qū)和國(guó)家。針葉樹的一生可謂厚積薄發(fā),一棵樹苗需要20—25年才能取材制漿。闊葉漿主要由闊葉樹作為纖維原料制成。闊葉樹葉多呈闊寬狀,是一個(gè)十足的“硬骨頭”,因其質(zhì)地較硬又被稱為硬木,如桉木、樺木等。闊葉樹多生長(zhǎng)于中低緯度地區(qū),如美國(guó)南部、巴西、智利和印度尼西亞等。闊葉樹只需要3—5年就可以取材制漿。相比針葉木,闊葉木纖維長(zhǎng)度較短,有著自己的適用領(lǐng)域。
目前,漂白硫酸鹽針葉木漿(漂針漿)和漂白硫酸鹽闊葉木漿(漂闊漿)是市場(chǎng)上主流的兩種木漿。其中漂針漿用途相當(dāng)廣泛,幾乎可以生產(chǎn)所有的紙種,所以上期所紙漿期貨的交割標(biāo)的是宣威漂白硫酸鹽針葉木漿。除了造紙以外,性能各異的紙漿被廣泛用于人造纖維、塑料、涂料、膠片、火藥等領(lǐng)域,甚至不少藝術(shù)家也對(duì)紙漿青睞有加,將其作為藝術(shù)創(chuàng)造的材料,成為可供欣賞的藝術(shù)品(見下圖)。
圖 紙漿的分類
青山綠水的召喚 (制漿技法的變化)
在工業(yè)化社會(huì)中,造紙制漿流程主要包括原料采貯和削片、蒸煮、洗滌、篩選、漂白、烘干、切片和打包等工序。
制漿行業(yè)是高投入、高能耗、高污染的工業(yè)模式,在制漿過程中,由于采用高溫高壓蒸煮的方法,制漿與水污染如親生兄弟一樣同時(shí)大量出現(xiàn),紙漿做得越好,污染越嚴(yán)重,治理污染所需費(fèi)用就越高。傳統(tǒng)制漿工業(yè)一般采用堿法和亞硫酸法生產(chǎn)紙漿,廢水排放量大,廢水中含有大量的懸浮物、BOD(生化需氧量)、COD(化學(xué)需氧量)、色度(黑液)、酸堿物質(zhì)、毒性物質(zhì)等,嚴(yán)重污染環(huán)境。
盡管政策性強(qiáng)制關(guān)停污染企業(yè)可以立馬解決環(huán)境污染問題,但是解決不了市場(chǎng)對(duì)紙漿的客觀需求問題。解決困境的根本辦法是制漿技術(shù)的創(chuàng)新,建立無污染新型制漿技術(shù)。
光化學(xué)制漿是新生技術(shù)的代表,利用自然光源和人造光源,在光敏劑的幫助下,對(duì)纖維進(jìn)行照射,光量子將其能量傳遞給某些化工原料,使纖維一次形成白漿。制漿過程中,水中并沒有黏稠膠體產(chǎn)生,剩余水也全部實(shí)現(xiàn)回收利用,用水量大幅減少,噸漿用水量約為3噸,即由于纖維性原料成漿后所吸收的水分量與制漿過程中自然蒸發(fā)掉的水分兩部分之和。這些水分完全被消耗掉,不存在排放問題。
生物制漿也是新型制漿技術(shù)的一次成功嘗試。生物制漿法實(shí)現(xiàn)了生物分解與機(jī)械加工相結(jié)合,利用生物漂白技術(shù),實(shí)現(xiàn)漂白用水零排放,整個(gè)制漿工藝過程中的水是循環(huán)使用,不存在化學(xué)需氧量(COD)、生化需氧量(BOD)和懸浮物(SS)。因?yàn)樵谏锓纸膺^程中,真菌把植物秸稈中紙漿不用的木素、淀粉、果膠、果糖等物質(zhì)分解生成氧氣和二氧化碳,氧氣和二氧化碳又生成碳酸,碳酸進(jìn)一步軟化植物木素利于真菌分解,沒有廢物排出。不僅如此,生物制漿法還是個(gè)節(jié)能大項(xiàng)目,與傳統(tǒng)化學(xué)制漿法相比較,節(jié)電66%,節(jié)煤100%,節(jié)水99.8%,節(jié)省原料植物資源50%以上。所以,生物紙漿的生產(chǎn)成本僅是化學(xué)紙漿的50%。
技術(shù)進(jìn)步為制漿產(chǎn)業(yè)帶來了新生,制漿取材于林,更要反哺于林,只有維護(hù)綠水青山,才能久久為新,持續(xù)發(fā)展。