發(fā)展生產(chǎn)與可持續(xù)發(fā)展的關(guān)系始終體現(xiàn)在資源問題上。棉稈是農(nóng)業(yè)上的副產(chǎn)品，過去農(nóng)民用作燃料。隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，棉花產(chǎn)量大幅上升。我國(guó)重要的產(chǎn)棉區(qū)的棉稈產(chǎn)量逐年提高。上世紀(jì)80年代，每年產(chǎn)量在700萬噸以上，主要地區(qū)為河北、江蘇、山東、河南、湖北及山西等省，每省產(chǎn)量約在10—200萬噸左右。
多年來我國(guó)棉桿資源沒有被廣泛利用的一個(gè)重要原因是沒有一個(gè)較理想的棉稈破碎設(shè)備。
目前絕大多數(shù)企業(yè)采用傳統(tǒng)的備料設(shè)備，但現(xiàn)有的備料設(shè)備功能受到多種因素的限制，特別是在處理棉稈纖維原料方面，一直是造紙行業(yè)的難題。目前棉稈纖維原料的處理，主要是采用切斷機(jī)切斷后粉碎的方式，棉稈外皮也不能除掉，不能使棉稈得到很好的應(yīng)用，尤其是在造紙行業(yè)中嚴(yán)重影響棉稈紙品的質(zhì)量。
1、棉稈開發(fā)價(jià)值、途徑以及研究現(xiàn)狀
1.1、棉稈開發(fā)價(jià)值和途徑
棉稈含有大量纖維、木質(zhì)素和多縮戊糖，其化學(xué)成分與木材相似，具有多種利用價(jià)值。如50kg新鮮棉稈經(jīng)削枝、楗稈，可剝生皮3—6kg，每50kg生皮可制纖維12.5一15kg，接近黃麻纖維，可作造紙?jiān)�，適于制造堅(jiān)實(shí)耐用的牛皮紙和工業(yè)用包裝紙；每噸棉稈經(jīng)過粉碎處理，化學(xué)加工，熱壓成型，制成的棉稈纖維膠合板能抵0.3~ 0.4m木材的加工品，由于棉稈纖維膠合板質(zhì)地致密、富含纖維素，其綜合性能往往超過同類型鋸木屑膠合板或木質(zhì)素纖維膠合板。棉根皮可制棉根浸提膏和棉酚等。棉稈屑可做香菇、木耳等食用菌的培養(yǎng)基田。
1.2棉稈利用技術(shù)的研究現(xiàn)狀
1.2.1棉稈在制漿造紙工業(yè)中的應(yīng)用
棉稈這種一年生草本植物用于制漿造紙，在中國(guó)
已經(jīng)研究多年，國(guó)外也有研究報(bào)道。
棉稈應(yīng)用于造紙?jiān)谖覈?guó)開始于上個(gè)世紀(jì)50年代。首先應(yīng)用于造紙的是棉稈半化學(xué)漿生產(chǎn)紙板。很多人研究了中性亞銨法棉稈漿制箱紙板。
研究指出：以棉稈為原料采用中性亞銨法生產(chǎn)半化學(xué)漿，完全可以生產(chǎn)出符合質(zhì)量要求的一號(hào)箱紙板。在蒸煮制漿過程中要求盡可能減少棉稈纖維的強(qiáng)度損失，才能保證箱紙板具有良好的物理性能。為此，中性亞銨法棉稈半化學(xué)漿的蒸煮條件必須合適，特別是亞銨用量要適宜。生產(chǎn)一號(hào)箱紙板時(shí)，對(duì)所用成漿質(zhì)量要求纖維細(xì)長(zhǎng)，打漿度適度。上世紀(jì)80年代，山東省許多廠應(yīng)用棉稈造紙，采用中性亞銨法半化學(xué)棉稈漿配比15%和20%的硫酸鹽木漿生產(chǎn)掛面箱紙板，和分別以10%～20%的棉短絨漿與棉稈漿混合做底漿，用20%硫酸鹽木漿掛面的掛面箱紙板，其物理指標(biāo)均能達(dá)到特號(hào)牛皮紙板的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，與國(guó)內(nèi)牛皮箱紙板相比，可達(dá)到同類產(chǎn)品的質(zhì)量水平。與國(guó)內(nèi)配用40%～50%木漿生產(chǎn)的牛皮箱紙板相比，棉稈漿牛皮箱紙板可節(jié)約20%~30%的木漿。還有許多廠家用棉稈漿生產(chǎn)出了水泥袋紙、仿紙袋紙、郵封紙等產(chǎn)品。與此同時(shí)，國(guó)外也對(duì)棉稈造紙進(jìn)行了試驗(yàn)研究。印度等研究了棉稈生產(chǎn)箱紙板、油氈原紙、絕緣紙板以及用燒堿-AQ法和KP法生產(chǎn)文化用紙等。國(guó)內(nèi)企業(yè)和科研單位對(duì)棉稈制漿進(jìn)行了一系列研究，如去皮棉稈制造APSP漿．ASP本色棉皮、去皮棉稈和全棉稈化機(jī)漿、棉稈皮制本色漿、棉稈燒堿蒽醌法制化學(xué)漿和預(yù)水解燒堿蒽醌法制人造絲漿、全棉稈AMP制漿。棉稈中性亞硫酸銨法及中性亞硫酸銨一蒽醌法制漿，并用棉稈抄造文化紙和包裝用紙、掛面牛皮箱紙板等。
1.2.2棉稈在建材、農(nóng)業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)以及燃料中的應(yīng)用
棉稈的各項(xiàng)成分及性能是秸稈類材料中最接近于木材的，棉稈是用作代木包裝制品加工的較好原材料，棉稈可以做廢料板和刨花板，同時(shí)可以制作活性炭、進(jìn)行生物燃料發(fā)電和生產(chǎn)沼氣。棉柴桿中含有豐富的纖維素及礦物質(zhì)，用來栽培金針菇、香菇，成本低，效益高，是開發(fā)利用棉柴桿資源的新途徑。
2、棉稈破碎理論
棉稈是有較強(qiáng)韌性和強(qiáng)度的一種原料，是一年生草本植物。對(duì)棉稈的破碎需要較強(qiáng)機(jī)械剪切力將其切斷，然后再經(jīng)過機(jī)械錘打使其被擊潰破碎，圓桿變成4瓣以上的條形或是經(jīng)過磨盤將其破碎成小顆粒。根據(jù)生產(chǎn)不同需求，還可以添加一定程度揉搓功能和除塵功能，揉搓作用是讓壓潰的棉稈變得更細(xì)更均勻，達(dá)到細(xì)絲狀滿足不同工藝要求，除塵是解決破碎生產(chǎn)過程中，從棉稈上飛揚(yáng)的灰塵和細(xì)雜質(zhì)，減少環(huán)境污染。
3、棉稈破碎機(jī)研究現(xiàn)狀
3.1資源利用現(xiàn)狀
棉稈破碎機(jī)研究比較少，推廣應(yīng)用的更少。主要原因：一是重視程度不高，對(duì)棉稈利用的意識(shí)沒有達(dá)到資源綜合利用的高度；二是運(yùn)輸困難，如果不對(duì)棉稈處理就運(yùn)輸，成本太高；三是能夠滿足生產(chǎn)工藝需求的粉碎設(shè)備太少。
3.2破碎設(shè)備研究現(xiàn)狀
目前我國(guó)棉稈破碎機(jī)原理大致可分為直接粉碎式棉稈粉碎機(jī)，帶進(jìn)料、喂料和除塵裝置的棉稈粉碎機(jī)，帶料倉(cāng)直接粉碎式棉稈粉碎機(jī)，帶螺旋喂料磨盤式棉稈粉碎機(jī)和帶梳理功能的棉稈破碎梳縷機(jī)，主要功能都是在于切斷和擊打破碎或研磨粉碎。
3.2.1直接粉碎式棉稈粉碎機(jī)
直接粉碎式棉稈粉碎機(jī)，它的結(jié)構(gòu)包括由機(jī)架、進(jìn)料斗、喂入粉碎室和動(dòng)力裝置組成，見圖l；進(jìn)料斗主體以一定的曲率半徑與下方粉碎室連通，主軸通過粉碎室內(nèi)腔兩端固定在機(jī)架上，主軸上采用雙螺旋同方向均勻間隔排列位置點(diǎn)，位置點(diǎn)焊接錘片支架，在支架上通過銷軸鉸接聯(lián)接錘片；錘片前部對(duì)稱向兩側(cè)彎曲成弧狀體并設(shè)有刃狀刀口；在粉碎室內(nèi)腔壁上并對(duì)應(yīng)錘片弧狀體中央設(shè)有齒狀肋板的牙條；主軸的一端設(shè)有與電機(jī)通過皮帶連接的槽輪：粉碎室下方設(shè)有與其相連接的篩板。
棉稈本身有一定的強(qiáng)度，在粉碎棉稈的過程中，棉稈粗細(xì)不均，強(qiáng)度不一，主軸的另一端設(shè)有一定規(guī)格的慣性輪來增加錘片的力度，用慣性力來克服少量的較粗壯的棉稈，從而達(dá)到增加動(dòng)力、節(jié)約能源的目的。
工作時(shí)棉稈由進(jìn)料斗喂入粉碎室，在粉碎室內(nèi)的棉稈被高速運(yùn)轉(zhuǎn)的錘片剪切、錘裂、擠碎，合格粉碎原料從由篩板濾出，不合格的棉稈在粉碎室內(nèi)進(jìn)一步粉碎，直到合格后再由篩板濾出。
該棉稈粉碎機(jī)制造方便，操作簡(jiǎn)便，但產(chǎn)能低，勞動(dòng)力需求大，粉碎成品規(guī)格較大，破碎不充分，技術(shù)指標(biāo)能符合一些制漿要求。
3.2.2帶進(jìn)料、喂料和除塵裝置的棉稈破碎機(jī)
棉稈破碎機(jī)包括機(jī)架，在機(jī)架的一側(cè)安裝有進(jìn)料輸送裝置，在機(jī)架的上方安裝有破碎輥，破碎輥的圓周面上安裝有破碎環(huán)錘，破碎輥的一端安裝有破碎電機(jī)帶動(dòng)的傳動(dòng)輪，另一端安裝有平衡輪，整個(gè)破碎輥的圓周部安裝有一側(cè)敞開的篩板，篩板的敞口部斜向進(jìn)料輸送處，篩板敞口部的斜上方安裝有喂料電機(jī)帶動(dòng)的喂料輥，在破碎輥的下方安裝有出料輸送裝置。在篩板與出料輸送裝置之間安裝有吸塵裝置。
該棉稈破碎機(jī)能直接將整根棉稈粉碎、撕裂、摩擦成一定長(zhǎng)度的纖維狀，其整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低，經(jīng)處理后的原料纖維符合造紙工藝要求，原料利用率高，還可以有效除去處理棉稈過程中產(chǎn)生的灰塵，保護(hù)操作人員身體。
3.2.3帶料倉(cāng)直接粉碎式拂稈破碎機(jī)
耪碎機(jī)結(jié)構(gòu)見圖3，縱向設(shè)置在粉碎倉(cāng)10中心的主軸2上設(shè)置多個(gè)飛刀片3；飛刀片成組和銷軸12鉸接，銷軸穿過刀盤5和定距套4，刀盤中心孔和主軸2配合，飛刀片可繞錆軸轉(zhuǎn)動(dòng)，但軸向移動(dòng)被定距套4固定，每個(gè)刀盤上的定距套長(zhǎng)度不等，飛刀片在刀盤上徑向均布，在銷軸上軸向空錯(cuò)設(shè)置以提高粉碎效率�？梢砸淮涡詫⒚薅挿鬯槌烧糁笏枰脑�，是集壓劈、切斷為一體的綜合型機(jī)器，可降低棉稈制漿的設(shè)備投資和電力消耗。經(jīng)濟(jì)效益明顯提高。
此種設(shè)備代替切草機(jī)和壓劈機(jī)，對(duì)棉稈實(shí)現(xiàn)切斷壓劈功能能。
3.2.4帶螺旋哏料磨盤式棉稈破碎機(jī)
該棉稈破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)包括二個(gè)帶有矩形牙齒的磨盤，其中一個(gè)是固定的，另一個(gè)可以轉(zhuǎn)動(dòng)，一個(gè)強(qiáng)制喂料器，一個(gè)磨盤間矩調(diào)節(jié)器。該機(jī)的喂料與破碎采用同一動(dòng)力源，它可以對(duì)棉稈節(jié)進(jìn)行適度的破碎，比較圓滿地解決了棉稈亞銨法造紙新工藝中的棉稈破碎問題。
其特征在于：該棉稈破瑋機(jī)的結(jié)構(gòu)包括前盒子，后盒子，固定磨盤，活動(dòng)磨盤，強(qiáng)制喂料器，磨盤間距調(diào)節(jié)器及內(nèi)外拔葉。
在工作中，棉稈節(jié)進(jìn)入料斗后，被絞龍推人兩個(gè)磨盤之間，其間的內(nèi)撥葉將他們甩入兩組環(huán)形磨片牙齒之間，通過牙齒間的搓碎作用將棉稈破碎。
該棉稈破碎機(jī)比較圓滿的解決了棉稈亞銨法造紙工藝中的棉稈破碎問題，其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布局合理，喂料與破碎采用同一動(dòng)力源，可以同步協(xié)調(diào)進(jìn)行工作%
3.2.5帶梳理功能的棉稈破碎梳縷機(jī)
棉稈破碎桅縷機(jī)，它是在機(jī)架(1)高端內(nèi)設(shè)置入料簸箕(4)和電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的至少四根人料軸(5、7、9、10)．在機(jī)架(I)低端上邊支撐至少四個(gè)破碎梳縷轉(zhuǎn)子腔(23)．在機(jī)架(1低端內(nèi)設(shè)有出料筒(15)，出料筒內(nèi)配合紋龍軸(14)。棉稈經(jīng)多級(jí)人料軸初步擠壓破碎，再輸送到多級(jí)轉(zhuǎn)子腔換向反復(fù)破碎梳縷后，破碎率達(dá)到100%。保持了原纖維長(zhǎng)度，是造紙用棉稈破碎梳縷的設(shè)備。設(shè)備比較復(fù)雜，維護(hù)量大。
3.2.6帶喂入裝置、風(fēng)杌輸送裝置的棉稈粉碎機(jī)
粉碎機(jī)由機(jī)架、上殼體、下殼體、喂入機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)子組裝、離心風(fēng)機(jī)組裝等部分組成的棉稈粉碎機(jī)(見圖6)。其特征是在粉碎室進(jìn)料口處設(shè)有喂入裝置，離心風(fēng)機(jī)正對(duì)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向的下殼體出料口，從而解決了棉稈加工過程中動(dòng)力變化大，棉稈纖維易堵塞的弊病。
工作過程：棉稈經(jīng)傳動(dòng)帶入喂入裝置，在喂入裝置的夾持下均勻的進(jìn)入喂入口，在喂入口處，首先由轉(zhuǎn)子切刀將棉稈切碎，再進(jìn)入粉碎室，碎棉稈在粉碎室內(nèi)受高速旋轉(zhuǎn)錘片的反復(fù)打擊和下篩及齒板或多棱體的碰撞和搓擦作用而粉碎，當(dāng)粉碎到一定粒度時(shí)，在離心力和錘片及動(dòng)刀旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的氣流作用下，經(jīng)下篩排出至出料口經(jīng)離心風(fēng)機(jī)排除機(jī)外。
棉稈的加工長(zhǎng)度受到控制，而喂入變得比較均勻，解決了棉稈加工過程中動(dòng)力變化大的難題。同時(shí)，由于采用了獨(dú)特的離心風(fēng)機(jī)，進(jìn)風(fēng)口正對(duì)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向的下殼體出料口，所以粉碎室內(nèi)粉碎的棉稈能及時(shí)順利的排出機(jī)外，避免了棉稈纖維和碎棉稈堵塞篩孔的弊病。
4、結(jié)論及展望
國(guó)家重視棉稈資源利用，中央經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議提出“循環(huán)經(jīng)濟(jì)”發(fā)展戰(zhàn)略的要求，把棉副產(chǎn)品綜合開發(fā)利用工作提到重要議事日程，為棉副產(chǎn)品開發(fā)利用制定優(yōu)惠政策，整合科技人才優(yōu)勢(shì)，加大投入力度和科技攻關(guān)協(xié)作力度，形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)支撐，使棉副產(chǎn)品開發(fā)利用成為棉區(qū)人民增收的又一項(xiàng)具體措施，以促進(jìn)和帶動(dòng)棉區(qū)經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，確保棉花生產(chǎn)持續(xù)發(fā)展。
我國(guó)棉稈資源非常豐富，開發(fā)可利用前景非常廣闊。但就用量而言，仍然是制漿造紙工業(yè)使用量最大，經(jīng)濟(jì)效益最高，最符合低碳經(jīng)濟(jì)要求。目前纖維原料非常缺乏，更加強(qiáng)了棉稈制漿的迫切需求。目前針對(duì)棉稈制漿的生產(chǎn)工藝已經(jīng)研究了很多，卻沒有大規(guī)模的推廣利用，主要原因仍然是棉稈破碎設(shè)備不能滿足生產(chǎn)需求，迫切需要發(fā)展棉稈破碎機(jī)更深層次的技術(shù)研究。
1)開展棉稈壓潰分絲的研究。棉稈壓潰分絲的均勻程度，對(duì)蒸煮過程非常關(guān)鍵，分絲越均勻，裝鍋量越高，藥液滲透越均勻，蒸煮勻度越高，蒸煮時(shí)間越短：越有利于節(jié)約蒸煮藥液和蒸汽，提高得率，降低成本。目前所開發(fā)的棉稈破碎設(shè)備均對(duì)棉稈進(jìn)行了某一方面破碎或切斷，但是都沒有實(shí)現(xiàn)均勻破碎、搓揉、分絲的目的。
2)開展棉稈皮與棉稈角質(zhì)層分離的研究。棉稈在儲(chǔ)存過程中，棉稈皮上存在一層深色的角質(zhì)層。角質(zhì)層在蒸煮中消耗藥液，在漂白過程中影響漂白效果，影響成漿質(zhì)量，不利于精制漿，抄造高檔紙種，不能把棉稈的經(jīng)濟(jì)效益最大化。研究去除角質(zhì)層對(duì)擴(kuò)大棉稈經(jīng)濟(jì)效益非常有意。
3)開展產(chǎn)能的研究。目前所研究的產(chǎn)品多數(shù)因?yàn)橥茝V不夠，規(guī)模不大，不適合擴(kuò)大生產(chǎn)需要。市場(chǎng)需要開發(fā)產(chǎn)量大，自動(dòng)化程度高，節(jié)約動(dòng)力的高效棉稈破碎機(jī)。
