◎ 陈克利（昆明理工大学）

    从上个世纪50年代中后期开始，出现了纸浆氧碱漂白的新技术，形成一批与之相关的学术报道和专利技术之后，也不过短短十余年的时间，氧碱漂白就随着氯漂白系统废水污染控制呼声的强烈而在1970年正式步入了工业化过程。也就是在氧碱漂白技术攻坚阶段刚刚完成不久的上世纪60年代中后期，日本北海道大学的户坂国夫、林治助等完成了用氧碱制浆法成功应用于稻草制浆的实验研究。之后，通过对该制浆方法较为系统地研究之后，草类原料的氧碱制浆也随之成为了人们关注的焦点。

1  氧碱制浆的优势
    氧碱制浆之所以受到人们的关注，主要是其具有以下一些显著的优点：(1)它特别适合于对组织结构疏松的稻、麦草原料的制浆；(2)与传统碱法制浆相比，其产生的废液污染物可降低20%～30%，且不产生令人发呕的蒸煮废气，属于环保型制浆；(3)制浆温度可降至120～130℃，对节能有明显帮助；(4)所获得的纸浆得率虽然与传统碱法制浆基本相当，但白度却能高出约20～30度，过程本身具有漂白效果；(5)氧碱蒸煮黑液含有极少的硅，可以基本不用担心草类制浆黑液处理存在的硅干扰问题；(6)通过对黑液在制浆过程中的回用，固形物浓度不断增浓的同时，还可以明显地提高纸浆的得率等。

2  氧碱制浆工业应用的发展与困惑
    正是由于氧碱制浆有如此诸多的优点，从上世纪80年xx始，我国造纸界就对其给予了高度的关注与重视，并一度将其列为我国草类制浆工业走清洁化生产的一个重要发展方向。之后，在国内开展的草类氧碱制浆的相关研究，所得出的结论也都是积极的，但时至今日，国内在草类原料的氧碱制浆工业推广与应用方面，并没有取得实质性进展。从氧碱漂白技术的问世到工业化应用，仅用了不到20年的时间。基于氧碱漂白技术基础之上的氧碱制浆研究延续走到今天，已经超过了40年。为何未能在以草类为主要依托原料，而又急切需要转型为清洁化纸浆生产的我国迈出草类氧碱制浆坚实的一步？这确实是值得我们深思的一个问题。
    笔者介入氧碱制浆技术的研究始于1987年，并在当时氧碱制浆研究居于世界前沿的林治助教授和户坂国夫教授的研究室从事这一领域的学习与研究，基本见证了氧碱制浆在基础与应用研究方面这20余年来所经历的过程。可以说，从上世纪80年代末，包括我国在内的世界许多造纸研究工作者都一直在热宠草类原料的氧碱制浆技术的研究与应用。只是到了近几年，该制浆技术被关注的程度才有所下降。氧碱制浆之所以迟迟未能步入工业化进程，根据笔者这些年的研究与思考，认为氧碱制浆研究的层次与水平虽然已经基本就位，但与工业化接轨的应用研究还尚未就位。
    我们在承认氧碱制浆具有诸多优势的同时，还要看到其存在的劣势。而这些劣势恰恰又成为了其步入工业化进程不小的障碍。归结起来，主要存在如下一些问题：(1)氧碱制浆设备要求较高的承压能力；(2)氧碱制浆要求的过大液比；(3)氧碱制浆的高用碱量；(4)氧碱浆的清洁化漂白系统配套等。下面就这几方面的问题进行浅略地分析。
2.1  氧碱制浆设备要求较高的承压能力问题
    氧碱制浆是在碱性条件下用一定压力的氧气在120～130℃对草类纤维原料氧化、降解脱出木素来获取纸浆的过程。常温下通入的氧气压力通常在0.5～0.7MPa。如果升温至120～130℃，则{zg}压力可超过1.0MPa。所以，氧碱制浆如果要工业化，比普通碱法制浆耐压程度高的设备的全新配备将必不可少。也就是说，如果寄希望于在现行传统的化学制浆装备上直接引入氧碱制浆方法，仅较高承压这一项要求就几乎不可能实施。问题是，在业已成熟的传统碱法制浆过程中，如果要用氧碱制浆法对其取而代之，就意味着要摒弃传统的碱法蒸煮设备，所付出的代价将是巨大的。除非氧碱制浆具有的优势足以让传统碱法制浆让位，但氧碱制浆目前还没有真正走到这一步。
2.2  氧碱制浆要求的过大液比的问题
    氧碱制浆目前为止的研究，基本都将制浆的浓度控制在中浓范围内，也即在15%前后，相当于约1∶7左右的液比。而现今的传统碱法制浆的液比基本保持在1∶3左右，也即前者的液比是后者的两倍还要多。另外，氧碱制浆公推的制浆模式是对草类纤维原料进行碱预处理，再进入氧碱蒸煮的两段制浆法。碱预处理的液比至少也是1∶7。实际所用的液比就相当于传统碱法制浆液比的4倍还要多。尽管，氧碱制浆的温度要低于传统碱法制浆约30℃左右，碱预处理也仅为90℃前后短时的操作，但显著增加的液体量所需要的热能，远超过了降低30℃蒸煮温度所节省下来的能量。如果将这莫大的制浆废液带入碱回收系统，则蒸发、浓缩所需要的能量也是相当可观的。所以，比起传统碱法制浆而言，氧碱制浆的能耗实际不是降低而是升高了。
2.3  氧碱制浆的高用碱量问题
    氧碱制浆虽然也同属于碱法制浆的范畴，但由于活性氧的介入，使得制浆过程除具有碱法制浆脱木素与碳水化合物降解的类似反应之外，还不可避免地产生木素与碳水化合物的氧化降解作用，产生大量的酸性基团。这是导致氧碱制浆过程中，碱被大量消耗的主要原因。草类纤维原料普通的碱法制浆用碱量一般不超过18%(NaOH计)，但氧碱制浆的用碱量多超过20%。这无形当中就带来了制浆大的碱耗及碱回收过程中回收碱的负荷增加等。
2.4  氧碱浆的清洁化漂白系统配套问题
    草类原料氧碱制浆后的白度通常能达到50%，但这样的白度一般也只能被当作本色草浆使用，而难以体现出其应有的价值。如果将氧碱浆的应用拓展到漂白浆领域，作为具有环保型的氧碱制浆技术，配套的漂白技术不能实现清洁化生产的话，氧碱制浆本有的清洁化理念也就没有太大的意义。因为，草类原料普通的碱法制浆虽然本色浆的白度只有30%左右，但用两段常规的漂白程序，通常能将白度提高到75%以上。氧碱浆虽然已经有约50%的白度，但一段常规的漂白很难保证就可以达到75%以上的白度。如果采用TCF漂白，可能也得要2～3段的漂白处理。因此，氧碱制浆在漂白方面并不因为氧碱浆较高的本色浆白度就比传统碱法纸浆的漂白显示出明显的优势。

3  氧碱制浆工业化推进过程中对存在问题解决对策的看法
    这里，仅从笔者近些年进行的氧碱制浆研究的积累，对上述存在问题的对策与解决方案提出几点个人的意见供参考。
    关于氧碱制浆较高蒸煮压力问题的解决，{zh0}的办法就是能在现行的碱法制浆装备基础之上实现顺利地对接。这样，就仅需要通过供氧系统的配套就可以实现氧碱制浆过程的切换。实际上就是要降低氧碱浆蒸煮的压力至0.8MPa以下，这样，可满足大多数传统蒸煮设备承压的要求。笔者就此问题，通过较为系统地研究，借助于自主研发的氧碱脱木素助剂，可以将氧碱蒸煮温度降低至100℃前后，这时的{zg}蒸煮压力不超过0.8MPa。可以说已经将氧碱制浆在传统碱法制浆装备上应用的承压问题解决了。
    涉及到氧碱制浆大液比的问题，可以通过适当地提高氧碱制浆的浓度，同时采用碱预处理与氧碱蒸煮并带有黑液循环利用的两段制浆来克服。氧碱制浆应尽可能避免像30%这样的高浓制浆，但不超过20%的制浆浓度通常都是可接受的。这样，液比可以降至近1∶5。依100℃的低温氧碱制浆体系，经过测算，总的氧碱制浆的能耗比普通碱法制浆在155℃时的能耗要低10%左右。加上两段制浆都进行各自黑液的循环利用，可以获得固形物浓度为15%左右而不影响氧碱制浆效果的高浓黑液。这个过程不需要外加的能量，而仅通过制浆过程的固形物反复积累而成。总体能效还比传统的碱法制浆过程要高。
    至于氧碱制浆的高用碱量问题，虽然不是一个推进氧碱制浆工业化进程中出现的非常棘手的问题，但还不得不面对。笔者领导的课题研究小组目前就如何从降低氧碱制浆用碱量的问题上展开较为系统地研究，着重从耗碱抑制机制方面寻求获得突破，并取得了一些进展。按吨浆碱耗计算，已经做到基本与传统碱法制浆的耗碱持平，且尚有潜力可挖。
    对氧碱浆清洁化漂白系统的配套问题，应该介入TCF漂白的模式，将清洁化纸浆的生产从氧碱制浆一直贯通到漂白的全过程。对此，笔者领导的课题研究小组在获取白度超过60%的优质氧碱浆的基础之上，借助于酶预处理与Eop漂白，获得的纸浆白度超过了78%。
    通过对上述问题有针对性地研究，应该说我们都能找到对应的突破口与解决的方案与方法。而这些问题的解决对氧碱制浆优势的提升有重要意义，而且行之有效。当然，并不是说氧碱制浆工业化就因为上述问题的解决或是获得阶段性的成果就可以实施了。要在一个以草类纤维为主要依托的化学制浆企业做到全面用氧碱制浆与TCF漂白技术替代已有的传统制浆技术，尚有与工业过程接轨的诸多问题需要解决。但是，我们确实已经看到了氧碱制浆在中国草类制浆工业迈向清洁化生产的未来已经为期不远。

                     本文选自《中华纸业》2009年第18期，敬请查阅