化学法制浆

制造纸浆的方法

化学法制浆是指用化学药剂对原料进行处理而制造纸浆的方法。工业生产上常用的有碱法制浆及亚硫酸盐法制浆两大类。80年代世界纸浆约70%是采用此法生产的。

引言

用化学药剂对原料进行处理而制造纸浆的方法。此法以纤维植物（主要是木材和草类茎杆）为原料，利用某种能与原料中所含木素发生选择性化学反应的化学药剂脱除大部分木素，并使原料中的单根纤维充分疏松分离为纤维素纯度较高的纸浆。工业生产上常用的有碱法制浆及亚硫酸盐法制浆两大类。80年代世界纸浆约70%是采用此法生产的。

沿革

中国在东汉时期已开始利用木素含量很低的破布及旧绳头锉捣成纸浆。约自晋代，原料扩大到稻草、桑皮及嫩竹等，并采用石灰及草木灰（主要成分为碳酸钾）腌渍或蒸煮以制取纸浆，这是最早的化学法制浆。这类以草本植物为原料，使用简单生产工具进行手工操作的制浆方法延续一千多年之久，直至19世纪才有了较大变革。1839年德国人P.皮耶特利用球形蒸煮器，在一定压力下蒸煮破布制浆，是设备的一大改进。1851年英国人H.伯格斯和美国的C.瓦特发明用烧碱为药剂蒸煮木材制浆。1866年美国人B.C.蒂尔曼发明用酸性亚硫酸盐法蒸煮木材制浆，使制浆原料从草本植物扩大到木材。19世纪后期，酸性亚硫酸盐法制浆因生产成本低，纸浆色泽浅而占有重要地位，但此法对原料选择较严，且有制浆蒸煮废液污染严重的缺点。1937年以后，硫酸盐法制浆技术发展较快，逐步取代亚硫酸盐法，成为最重要的化学制浆方法。由于木材成为最重要的制浆原料，并利用较低廉的化学品作为化学药剂和高效率的机械设备取代手工操作，为现代化学法制浆奠定了基础。纸浆漂白技术和从纸浆蒸煮废液中回收化学品及热能等技术的发展，使化学制浆方法逐步完善，基本工艺（见纸浆）已比较稳定。

制浆工艺

化学法制浆包括备料、蒸煮和净化三个基本工艺过程，以及辅助工艺过程。

①备料：将木材剥皮并削成木片或将草类茎杆切成草段，再经过筛选除杂，使原料比较洁净，大小规格比较整齐均一，以利于下一步蒸煮过程中物理化学反应的顺利进行。

②蒸煮：使原料转变成为化学纸浆的基本过程。将合格的料片或料段和适量的化学药剂装入蒸煮器中，按严格控制的温度、压力、时间与药液组成，使药液渗入原料并与原料中的木素发生化学反应，从而使单个纤维疏松分离成为纸浆，蒸煮所成纸浆称为粗浆。在多数情况下纤维细胞的初生壁也被破坏，在较强烈的蒸煮反应情况下,也有一部分木素从纤维的次生壁中被溶出,其他碳水化合物、树脂、无机盐类等组分也被部分除去，因而化学法所制得的纸浆，通常纤维素含量较高。

蒸煮器是化学法制浆蒸煮过程的基本设备，按工艺过程分为间歇蒸煮器（图1）和连续蒸煮器（图2 ）两大类。常用的间歇蒸煮器有能旋转的蒸球和固定的立式蒸煮锅。设备比较简单，所需投资较低，操作维修较容易，较适合于中小型制浆工厂采用,但其加热用汽负荷不均衡,废热回收较困难，所制浆料均匀性较差。连续蒸煮器按设备主体的布置方式分为立式、横管式及斜管式几种。各种蒸煮器的主体部分均为容积较大的金属耐压容器，蒸煮过程的化学反应即在此容器内进行。连续蒸煮器设备复杂，投资高，操作管理水平要求也高，但加热用汽负荷均衡，废热回收较易，所制纸浆均匀性好，适合于大型纸浆厂采用。70年代后世界上新建纸浆工厂所采用的蒸煮器，按生产能力计，大约间歇蒸煮器与连续蒸煮器各占一半左右。80年代有些间歇蒸煮器在采用了计算机程序控制和节能新工艺后，其各项技术经济指标均可接近甚至优于连续蒸煮器。　

③净化：经蒸煮制成的粗浆，经过适当净化才能成为可用的纸浆。纸浆的净化一般包括洗涤、筛选、漂白等过程。洗涤是使纸浆与蒸煮废液分离，为了以最少的水洗净纸浆并得到浓度较高的蒸煮废液以便于综合利用，一般多采用3、4台真空或压力转鼓式洗涤机进行串联逆流洗涤；筛选是将洗涤后纸浆中所含的粗大料片与纤维束，利用带有细孔或窄缝筛板的筛浆机加以筛除，并利用各种类型的水力旋流器（锥形除砂器）除去浆料中所含的泥沙等较重杂物，使纸浆得到进一步净化；漂白的作用是减少或脱除纸浆中的残余木素或其所含的发色基团（纸浆中主要的有色物质），使纸浆达到较高的白度。化学浆常用的漂白剂为次氯酸盐及液氯，其他用量较少的漂白剂为氧、二氧化氯、烧碱和过氧化氢。在漂白过程中一般产生两种主要化学反应：一种化学反应是有色物质（如木素）与漂白剂反应而被溶解除去。另一种化学反应是有色物质的发色基团与漂白剂反应而不再显色。漂白工艺可分为单段漂和多段漂。对一些木素含量很低或对白度要求不太高的纸浆，只需采用次氯酸盐进行单段漂即能满足对漂白的要求。对木素含量较高、较难脱色或对白度要求较高的纸浆则需要采用各种不同的漂白剂进行多段漂白，例如最常用的有氯化处理，碱处理和次氯酸盐处理的三段漂白，或在三段漂白的基础上增加二氧化氯等漂白段的更多段漂白。一般在每段处理之间都要进行一次洗涤，处理的段数愈多，并使用高效漂白剂（如二氧化氯）时，所制的纸浆质量较好，也能达到较高的白度，但设备投资和运行成本都高。漂白过程的温度、pH值、纸浆浓度、漂白剂用量和漂白时间对纸浆质量影响很大，需严格控制。

④辅助工艺：包括蒸煮液制备、制浆蒸煮废液的化学品及热能回收等工艺（见制浆黑液碱回收、亚硫酸盐法制浆）。

发展趋势

预计今后相当长一段时间内硫酸盐法制浆仍将占主要地位，其主要原因是：①硫酸盐法对原料的适应性最强，几乎各种植物原料均可用此法制浆。而且硫酸盐纸浆的物理强度较高，既能用以生产强度较高的纸张，也更适应高速造纸机的抄造要求；②漂白技术的发展，使色泽较深的硫酸盐纸浆可以漂至很高的白度，能满足生产高白度纸张的要求;③碱回收技术的发展,大大减轻了这种制浆蒸煮废液的污染，同时回收了化学品与热能，生产成本大为降低。亚硫酸盐法制浆中传统的酸性亚硫酸钙法已趋于衰落，但碱性亚硫酸钠法则被部分制浆工作者认为仍是较有发展前途的一种化学制浆方法。在各种碱性法制浆中，除硫酸盐法取得最重要的发展外，烧碱法制浆由于发展了在蒸煮液中添加微量蒽醌类化学品而可以取得较高的纸浆收得率和物理强度，又可避免硫酸盐法蒸煮过程中所产生的恶臭物，仍为许多工厂乐于采用。石灰法制浆已逐渐减少。在化学法制浆的技术发展上，现有方法的蒸煮废液污染负荷很大，处理污染的设施投资很高，因此，发展较完善较简单的废液回收利用技术，以及发展无污染或低污染的化学制浆新工艺将是科研工作的一个重点。近年来出现的氧碱法制浆，利用弱碱低温蒸煮，及氧与臭氧漂白脱木素等制浆工艺，以及对溶剂法制浆的重新重视，都反映了这种趋势。此外，由于纤维原料的日益短缺和所占成本很高，提高化学纸浆对原料得率，并发展相应的漂白技术，也是一项重要的课题。

参考书目

天津轻工业学院等合编，隆言泉主编：《制浆造纸工艺学》，上册，轻工业出版社，北京，1980。

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