7種進(jìn)口闊葉木硫酸鹽法制漿性能評(píng)估

作者簡(jiǎn)介：郭彩虹，工程師；主要從事大型硫酸鹽制漿造紙企業(yè)的生產(chǎn)管理及技術(shù)研發(fā)等方面的工作。

關(guān)鍵詞：闊葉木片；漂白硫酸鹽漿；ECF漂白；制漿性能中圖分類號(hào)：TS743 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI： 10.11980/j.issn.0254-508X.2025.08.016

Evaluationof Kraft Pulping Performance for Seven Typesof Imported Hardwoods

GUO CaihongYANG Zeguang*LI Shumu（Hainan Jinhai Pulpamp; Paper Industry Co.， Ltd.，Yangpu，Hainan Province，578101）（*E-mail：970506812@qq.com）

Abstract：Thisstudyinvestigatedtheraftpulpingandelementalchlorie-free（ECF）bleachingofsevenimportedhardwoods（Vietamese acacia，Australianeucalyptusnitens，Australiablueeucalyptus，Chileaneucalyptusitens，Chileanblueeucalptus，UruguayanDuu calyptus，andThairedeucalyptus），systematicallevauatingthepulpingandbleachingperformancesofthesehardwoods.Theresults showed that blue eucalyptus performed exceptionally well in terms of pulping yield（over 55% ）and oxygen bleaching efficiency（over 45% ）.Eucalyptusnitens bleached pulp had longer fiber length（approximately 0.94mm ）and finer fiber diameter（approximately （20 0.063mg/m ），resulting in prepared paper withgoodtensileindex，exceeding 99.ON·m/g.Therefore，both blue eucalyptus and eucalyptus nitens weridealrawmaterialsforbleachedkraftpulping.ThepulpingperformanceofUruguayan DuneucalyptusandThairedeucalyptus was poor，and process adjustments were needed to reduce costs and improve efficiency.

Key words：hardwood chips；bleached kraft pulp;ECF bleaching；pulping performance

近年來(lái)，我國(guó)居民消費(fèi)不斷升級(jí)，電商物流業(yè)發(fā)展迅猛，紙制品需求持續(xù)攀升[2-3]。與此同時(shí)，在“雙碳”戰(zhàn)略背景下，環(huán)保政策呈現(xiàn)剛性約束態(tài)勢(shì)。我國(guó)全面禁止天然林商業(yè)性采伐后，森林覆蓋率目標(biāo)提升至 24.1%^[5] ；同時(shí)，國(guó)內(nèi)可利用的木材資源量急劇下降，木漿原料不得不進(jìn)行結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型。在木材資源緊缺的大環(huán)境中，制漿原料缺口持續(xù)擴(kuò)大，目前大多依賴進(jìn)口，各大制漿企業(yè)對(duì)優(yōu)良制漿原料的“搶奪”已成為商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的主要方式之一。據(jù)海南某漿廠統(tǒng)計(jì)，生產(chǎn)所需的闊葉木原料 90% 以上來(lái)源于國(guó)外，其中，東南亞（越南、泰國(guó)）供應(yīng)占比達(dá) 52% ，南美（智利、烏拉圭）為 38% ，澳洲為 10% ，且采購(gòu)半徑正持續(xù)向其他新興林區(qū)延伸。

硫酸鹽法（KP法）是目前制漿造紙工業(yè)中常用的制漿工藝。硫酸鹽法制漿結(jié)合無(wú)元素氯（ECF）漂白已成為主流的化學(xué)法制槳工藝。但此工藝高度依賴原料特性，不同產(chǎn)地原料的制槳性能具有顯著的地域性差異，蒸煮藥液滲透、漿料強(qiáng)度及漂白化學(xué)品消耗均不同。

本研究以7種進(jìn)口闊葉木為原料，采用硫酸鹽法進(jìn)行制漿，再進(jìn)行ECF漂白，得到不同的漂白硫酸鹽闊葉木漿。通過(guò)分析各材種制漿得率、化學(xué)藥品消耗量、漂白漿特性及制備紙張強(qiáng)度，綜合評(píng)估各材種制備漂白硫酸鹽闊葉木漿的潛力。

1實(shí)驗(yàn)

1.1實(shí)驗(yàn)原料及試劑

選取7種進(jìn)口闊葉木，分別為越南相思木（樹(shù)齡5年）、澳洲亮果桉（樹(shù)齡15年）、澳洲藍(lán)桉（樹(shù)齡16年）、智利亮果桉（樹(shù)齡14年）、智利藍(lán)桉（樹(shù)齡15年）、烏拉圭鄧恩桉（樹(shù)齡11年）和泰國(guó)赤桉（樹(shù)齡5年），均為海南某槳廠的原木木片；木片收集風(fēng)干后進(jìn)行篩分，備用。

白液、氧氣（濃度 98% ）、 ClO₂ 溶液（質(zhì)量濃度10.2g/L ），均為工業(yè)品，取自海南某槳廠生產(chǎn)線；濃硫酸（ H₂SO₄ ，質(zhì)量分?jǐn)?shù) 98% ），購(gòu)于廣東西隴科學(xué)股份有限公司；氫氧化鈉（ NaOH ，分析純），購(gòu)于上海麥克林生化科技股份有限公司；乙醇、苯、乙酸，均為分析純，購(gòu)于上海易恩化學(xué)技術(shù)有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

PFI磨漿機(jī)（S401100000，德國(guó)Frank-PTI），木片篩分機(jī)（71-01-00-0002，美國(guó)TMI），六連蒸煮器（AutoClaveOven3.0，瑞典CRS），漿料篩洗器（WashLine3.0，瑞典CRS），多功能漂白反應(yīng)器（MultiPurposeReactor4.O，瑞典CRS），纖維分析儀（FS500，芬蘭Valmet），半自動(dòng)紙頁(yè)成型器（73-62，加拿大Labtec），抗張強(qiáng)度測(cè)試儀（SE062，瑞典Lamp;W），撕裂度測(cè)試儀（SE009，瑞典Lamp;W），耐破度測(cè)試儀（SE180，瑞典Lamp;W），耐折度測(cè)試儀（2015MR，日本KRK）。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 化學(xué)組分分析

將木片粉碎后進(jìn)行篩分，取粒徑 0.25～0.42mm 木粉進(jìn)行苯-醇抽提（GB/T2677.6—1994）。抽提完成后，按相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行化學(xué)組分檢測(cè)：酸不溶木質(zhì)素（GB/T2677.8—1994）、綜纖維素（GB/T2677.10—1995）、灰分（GB/T742—2018）、 1%NaOH 抽出物（GB/T2677.5—1993）。

1.3. 2 硫酸鹽法制漿

取 300g 絕干木片于蒸煮罐中，根據(jù)木材特性，不同材種木片加入相應(yīng)的蒸煮白液，升溫時(shí)間90min ，保溫溫度 152^°C ，保溫時(shí)間 240min ，硫化度35% ，液比 1：4 ，設(shè)定理論卡伯值18。各材種實(shí)際蒸煮卡伯值如表1所示。蒸煮完成后，擠出部分黑液用于分析，制備漿料洗至洗液 pH 值 ：=7 后，離心脫除部分水，制得硫酸鹽漿，備用。

1.3.3 ECF漂白

采用氧漂、 D₀ 、 E₀ 、 D₁4 段漂白工藝，通過(guò)控制氧化劑用量，使漂后漿料白度為 88% （參照ISO3688—2022進(jìn)行白度測(cè)定），制得漂白硫酸鹽漿（以下簡(jiǎn)稱漂白漿）。氧漂效率 （漂前卡伯值-漂后卡伯值）/漂前卡伯值 ×100% 。各段漂白參數(shù)如表2所示。

1.3.4漿料性能檢測(cè)

紙漿特性黏度參照GB/T1548—2016進(jìn)行檢測(cè)；采用纖維分析儀測(cè)定漂白漿纖維長(zhǎng)度、纖維粗度和細(xì)小纖維含量等。

1.3.5 紙張抄造及強(qiáng)度檢測(cè)

采用PFI磨漿機(jī)對(duì)漂白漿進(jìn)行打漿至游離度為300mL （CSF），打漿漿濃 10% ，打漿間隙為無(wú)間隙。打漿完成后，按定量 60g/m² 抄造紙張，得到不同材種紙張。按照GB/T12914—2008、GB/T455—2002、GB/T454—2020、GB/T457—2008，分別測(cè)定紙張抗 張指數(shù)、撕裂指數(shù)、耐破指數(shù)和耐折度。

表1各材種木片制得硫酸鹽漿的卡伯值

Table1 Kappa number of kraft pulp produced from various wood chips

Table2Parameters of ECF bleaching process表2ECF漂白工藝參數(shù)

注“卡伯因子取2；根據(jù) E₀ 漂后漿料白度確定；漂白工段間洗滌采用處理水徹底洗凈方式。

2 結(jié)果與討論

2.1 化學(xué)組分分析

綜纖維素為纖維素和半纖維素的總和；綜纖維素含量越高，代表木材的潛在制槳性能越優(yōu)異。表3顯示了各材種木片的化學(xué)組分。如表3所示，各材種木片的綜纖維素含量為 76.60%～82.96% ，不同材種木片綜纖維素含量具有明顯的差距，智利藍(lán)桉和澳洲藍(lán)桉均達(dá) 82% 以上，其次為智利亮果桉和澳洲亮果桉，分別為 81.59% 和 81.40% ，這表明智利和澳洲的亮果桉和藍(lán)桉具有較為優(yōu)良的制槳潛力。越南相思木則處于中間水平，為 80.07% ；烏拉圭鄧恩桉和泰國(guó)赤桉綜纖維素含量相對(duì)較低，約為 77% 。

表3各材種木片的化學(xué)組分含量

Table 3 Chemical components of various wood chips 一 %

木質(zhì)素是化學(xué)法制漿過(guò)程中需要去除的主要組分，木質(zhì)素含量越高，意味著蒸煮漂白過(guò)程的難度就越大，蒸煮漂白化學(xué)藥品消耗也會(huì)越多。如表3所示，各材種木片的木質(zhì)素含量為 17.22%～24.47% 。由此可以發(fā)現(xiàn)，木質(zhì)素含量與綜纖維素含量存在明顯互補(bǔ)關(guān)系。智利藍(lán)桉（ 17.22% ）和澳洲藍(lán)桉（ 18.45% ）的木質(zhì)素含量最低，表明采用化學(xué)法制漿時(shí)，藍(lán)桉在縮短蒸煮時(shí)間和節(jié)降化學(xué)藥品消耗上具有較大的潛在優(yōu)勢(shì)。烏拉圭鄧恩桉和泰國(guó)赤桉的木質(zhì)素含量明顯偏高，均達(dá) 23% 以上，制漿潛力較差。

苯-醇抽出物和灰分作為木材中含有的少量組分，對(duì)原料的制漿性能也具有一定影響[7-8。如表3所示，相較于其他材種，越南相思木的苯-醇抽出物含量（ 2.67% ）偏高，其他材種的苯-醇抽出物含量在0.92%～1.63% 。智利亮果桉和澳洲亮果桉的灰分含量相對(duì)較低，分別為 0.21% 和 0.20% ，其他材種灰分含量基本相同，在 0.30%～0.32% 范圍內(nèi)。

2.2 制漿性能評(píng)估

采用硫酸鹽法蒸煮至漿料卡伯值為18時(shí)，各材種木片硫酸鹽法制漿得率如圖1（a）所示。從圖1（a）可以看出，智利亮果桉和藍(lán)桉的硫酸鹽法制槳得率具有明顯的優(yōu)勢(shì)，分別達(dá) 55.8% 和 56.3% ；其次為越南相思木、澳洲藍(lán)桉和澳洲亮果桉，這3類材種木片的硫酸鹽法制漿得率接近 55% ；而烏拉圭鄧恩桉和泰國(guó)赤桉的硫酸鹽法制漿得率較差，僅 52.2% 和 51.0% 。

圖1蒸煮至卡伯值為18時(shí)各材種木片硫酸鹽法制漿得率及用堿量

Fig.1Kraft pulping yield and alkaliconsumption of various wood chips with Kappa number of 18

蒸煮化學(xué)藥品消耗量是評(píng)估各材種木片制漿難易程度的重要參數(shù)，圖1（b）顯示了各材種木片采用硫酸鹽法蒸煮至漿料卡伯值為18時(shí)的用堿量（以 Na₂O 計(jì)，以下同）。如圖1（b）所示，越南相思木和烏拉圭鄧恩桉的用堿量較高，為286.0和 277.7kg/Adt 。相較之下，其他材種木片用堿量相對(duì)偏低，在 185.5～ 245.1kg/Adt 范圍內(nèi)；尤其是智利藍(lán)桉和澳洲亮果桉，用堿量?jī)H185.5和 197.4kg/Adt 。與用堿量最高的越南相思木相比，智利藍(lán)桉蒸煮工段噸槳可減少 35.1% 的化學(xué)藥品消耗。

2.3 漂白性能評(píng)估

利用氧漂效率評(píng)估ECF漂白的效果，結(jié)果見(jiàn)圖2（a）。從圖2（a）可以發(fā)現(xiàn)，硫酸鹽智利藍(lán)桉、澳洲藍(lán)桉和烏拉圭鄧恩桉槳的氧漂效率均在 45% 以上，尤其是烏拉圭鄧恩桉，高達(dá) 46.6% 。硫酸鹽越南相思木漿處于中間水平，為 44.7% 。硫酸鹽智利亮果桉和澳洲亮果桉漿相對(duì)較低，分別為 41.2% 、 42.9% 。與其他材種木片相比，硫酸鹽泰國(guó)赤桉漿的氧漂效率最差，僅 35.4% 。

總用氯量是漂白過(guò)程中二氧化氯消耗總量，是衡量漂白成本的重要指標(biāo)。圖2（b）顯示了各材種硫酸鹽漿漂白過(guò)程的總用氯量。從圖 2（b） 可以發(fā)現(xiàn)，各材種硫酸鹽漿漂白所消耗的二氧化氯范圍在 6.91～8.53kg/Adt ，其中，硫酸鹽越南相思木和泰國(guó)赤桉漿漂白所消耗的二氧化氯量最高，分別為8.06和 8.53kg/Adt ，硫酸鹽智利藍(lán)桉漿最少，僅 6.91kg/Adt 。

綜合分析氧漂效率和總用氯量的關(guān)系可以發(fā)現(xiàn)，除越南相思木外，其他材種硫酸鹽漿的氧漂效率與總用氯量呈現(xiàn)出互補(bǔ)的關(guān)系，表明提高氧漂效率可有效降低后續(xù)二氧化氯的消耗。硫酸鹽藍(lán)桉漿在漂白過(guò)程中具有明顯優(yōu)勢(shì)，其次為硫酸鹽亮果桉和鄧恩桉漿，硫酸鹽相思木漿則相對(duì)較差，硫酸鹽赤桉漿最不易漂白。

2.4漂白漿性能分析

紙漿黏度可用來(lái)表示蒸煮和漂白工藝過(guò)程中纖維素被破壞的程度9，是影響紙漿和紙張物理性能的重要指標(biāo)。圖3顯示了各材種漂白漿的性能指標(biāo)。如圖3（a）所示，漂白澳洲亮果桉漿（ 1027mL/g ）和漂白智利藍(lán)桉漿（ 915mL/g ）具有相對(duì)較高的黏度。

智利亮果桉、澳洲藍(lán)桉和烏拉圭鄧恩桉接近，漂白漿黏度在 845～863mL/g 。漂白泰國(guó)赤桉和越南相思木漿的黏度相對(duì)較差，僅774和 680mL/g 。從圖3（b）可以發(fā)現(xiàn)，漂白智利亮果桉和藍(lán)桉、澳洲亮果桉及藍(lán)桉漿纖維長(zhǎng)度具有明顯的優(yōu)勢(shì)，均達(dá) 0.90mm 以上，尤其是漂白智利亮果桉和澳洲亮果桉漿，纖維長(zhǎng)度分別達(dá)0.94和 0.93mm 。相比之下，同為桉木品種的烏拉圭鄧恩桉和泰國(guó)赤桉，漂白漿纖維長(zhǎng)度明顯偏低，纖維長(zhǎng)度僅0.84和 0.83mm 。漂白相思木漿的纖維長(zhǎng)度最低。因此在生產(chǎn)過(guò)程中，合理配比相思木及桉木，可有效調(diào)控漂白漿的纖維長(zhǎng)度，進(jìn)而把控漿料性能。細(xì)小纖維含量對(duì)制備紙張的強(qiáng)度、透氣度、濾水性能具有有重要影響。由圖3（c可以發(fā)現(xiàn)，各材種漂白漿的細(xì)小纖維含量在0.96%～1.78% 。漂白智利亮果桉漿（ 0.96% ）和漂白泰國(guó)赤桉漿（ 0.99% ）的細(xì)小纖維含量較低，表明其漿料中纖維較完整，有利于提高紙張抄造過(guò)程的濾水性能。漂白越南相思木漿（ 1.78% ）和漂白烏拉圭鄧恩桉漿（ 1.40% ）的細(xì)小纖維含量較高，在生產(chǎn)高緊度、高光滑度的紙張方面具有一定的優(yōu)勢(shì)。由圖3（d）可以發(fā)現(xiàn)，各材種漂白漿的纖維粗度在 0.063～0.077mg/m 范圍內(nèi)。漂白澳洲亮果桉漿（ 0.063mg/m ）和漂白智利亮果桉漿（ 0.065mg/m ）的纖維較細(xì)；而漂白智利藍(lán)桉漿（ 0.077mg/m ）和漂白澳洲藍(lán)桉漿（ 0.076mg/m ）的纖維較粗，有助于提高紙張松厚度。綜合分析可以發(fā)現(xiàn)，不同產(chǎn)地的漂白亮果桉漿的纖維長(zhǎng)度均較長(zhǎng)，纖維粗度較低，可用于制備高強(qiáng)度紙張。

2.5 紙張物理強(qiáng)度

圖4為不同材種漂白漿制備紙張的物理強(qiáng)度。從圖4（a）可以發(fā)現(xiàn)，亮果桉漿紙張的抗張指數(shù)具有明顯優(yōu)勢(shì)，智利亮果桉和澳洲亮果桉漿的紙張抗張指數(shù)分別達(dá)101、 99.2N?m/g ；智利藍(lán)桉漿紙張！ ?94.0N?m/g? 、越南相思木漿紙張（ 93.8N?m/g） 、澳洲藍(lán)桉漿紙張（ 91.8N?m/g） ）和烏拉圭鄧恩桉漿紙張（ 90.5N?m/g） （的抗張指數(shù)較為接近；泰國(guó)赤桉漿紙張的抗張指數(shù)較差，僅 86.0N?m/g 。如圖4（b）所示，與其他材種木片相比，智利亮果桉（ 7.88kPa?m²/g ）和澳洲亮果桉漿紙張（ 7.90kPa?m²/g ）的耐破指數(shù)較其他漿紙張的高16%～25% 。除泰國(guó)赤桉漿紙張（ 5.93kPa?m²/g， ）的耐破指數(shù)相對(duì)較差外，其余材種漂白漿制備的紙張耐破指數(shù)較為相近，在 6.50～6.79kPa?m²/g 范圍內(nèi)。如圖4（c所示，不同材種漂白漿制備紙張的耐折度整體趨勢(shì)與耐破指數(shù)相近。智利亮果桉漿紙張（1841次）和澳洲亮果桉漿紙張（1552次）的耐折度較大，泰國(guó)赤按漿紙張最差（340次），其余4類材種漂白漿制備紙張的耐折度較為接近（804～1043次）。如圖4（d）所示，不同材種漂白漿制備紙張的撕裂指數(shù)與其他強(qiáng)度指標(biāo)無(wú)強(qiáng)相關(guān)性；其他強(qiáng)度相對(duì)較差的泰國(guó)赤桉漿紙張的撕裂指數(shù)反而最高，為 9.43mN?m²/g ；其次為澳洲藍(lán)按漿紙張（ 8.83mN?m²/g） 。綜合評(píng)估各材種漂白漿制備紙張的強(qiáng)度可以得出，智利亮果桉漿和澳洲亮果桉紙張的強(qiáng)度較優(yōu)。

圖2各材種硫酸鹽漿ECF漂白的氧漂效率和總用氯量

Fig.2Oxygenbleaching eficiencyandtotalchlorineconsumption inECFbleaching ofkraft pulpof various woodchips

圖3漂白漿性能指標(biāo)

圖4不同材種漂白漿制備紙張的物理強(qiáng)度

Fig.4Physical strength of paper prepared from different bleached pulp of various wood chips

3結(jié)論

3.1不同材種進(jìn)口闊葉木片的化學(xué)組分存在顯著差異。智利藍(lán)桉和澳洲藍(lán)桉的綜纖維素含量較高（ 82% 以上），木質(zhì)素含量較低，具有良好的制漿潛能

3.2智利亮果桉和藍(lán)桉的硫酸鹽法制漿得率高且用堿量最低，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。烏拉圭鄧恩桉和泰國(guó)赤桉的硫酸鹽法制漿得率較低且用堿量較高，蒸煮成本較高。

3.3智利藍(lán)桉和澳洲藍(lán)桉的氧漂效率較高（ 45% 以上），總用氯量較低 （6.91～7.0kg/Adt） 。泰國(guó)赤桉的氧漂效率最低（ 35.4% ，總用氯量最高（ 8.53kg/Adt） ，漂白效果較差。

3.4漂白智利亮果桉和澳洲亮果桉漿纖維較長(zhǎng)，纖維粗度較細(xì)，黏度較高，可用于制備高強(qiáng)度紙張。漂白越南相思木和泰國(guó)赤桉漿的纖維長(zhǎng)度較短，黏度較低。3.5漂白智利亮果桉和澳洲亮果桉漿制備紙張的抗張指數(shù)分別達(dá)101和 99.2N?m/g ，耐破指數(shù)和耐折度也較高；因此，智利亮果桉和澳洲亮果桉是較為理想的制漿原料。

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（責(zé)任編輯：楊苗秀）