کاربرد کربنات سدیم و سایر ترکیبات شیمیایی در تولید کاغذ

کربنات سدیم یا ترکیب سودا اَش، یک ترکیب شیمیایی معدنی با خاصیت قلیایی ضعیف است که در صنایع مختلف برای تولید محصولات متنوع به کار می رود. این نمک معدنی معمولاً به شکل پودر جامد سفید رنگ در بازار موجود است. یکی از موارد کاربرد سدیم کربنات، استفاده از آن در صنعت کاغذسازی می باشد. حرفه کاغذسازی از زمان های بسیار دور، یکی از صنایع بومی و مهم برای هر منطقه محسوب می شده است. تقریباً اقوام و تمدن های مختلف در طول تاریخ به تولید انواع کاغذ مشغول بوده اند.

سیر تکاملی تولید کاغذ، موضوع جذابی است اما بیان تمام دوره های تاریخی کاغذسازی از موضوع این بحث خارج می باشد، بنابراین به ذکر موارد مهم بسنده می کنیم. در تولید کاغذ از مواد طبیعی و شیمیایی متعددی استفاده می شود. ماده اولیه تهیه کاغذ، چوب، نیشکر یا کاغذهای باطله (تولید کاغذهای بازیافتی) می باشد. همان طور که می دانید چوب به عنوان ماده طبیعی دارای ناخالصی های زیادی است و اگر به طور عادی در کاغذسازی استفاده شود، محصول نامرغوبی تولید می کند.

برای رفع مشکل فوق و تولید انواع کاغذ با کیفیت بسیار بالا در کارخانه ها، استفاده از برخی مواد شیمیایی در مخلوط اولیه خمیر کاغذ، لازم و ضروری می باشد. تولید کربنات سدیم به عنوان محصول جانبی کارخانه های کاغذسازی در مرحله تولید خمیر و رنگبری شناخته می شود که در فرآیند بازیابی شیمیایی غیر متعارف به دست می آید. کربنات سدیم که به این روش به دست می آید، خلوص و کیفیت بسیار کمی دارد و برای تولید صابون به واحدهای سازنده ارسال می شود.

تهیه خمیر کاغذ و رنگبری، دو مرحله بسیار مهم در کاغذسازی هستند که تنظیم میزان PH محلول در این دو فرآیند اهمیت زیادی دارد؛ PH در این مراحل باید قلیائیت پایینی داشته باشد، بهترین عدد قلیایی در محدوده 5/9 تا 11 گزارش شده است. این مقدار قلیائیت به تولید کربنات سدیم در مرحله تهیه خمیر و رنگبری کمک زیادی خواهد کرد.

دو کاربرد مهم و اصلی برای کربنات سدیم در کارخانه های کاغذسازی بیان شده است. این دو کاربرد مهم عبارت است از:

1-اولین کاربرد کربنات سدیم در کاغذسازی، استفاده از آن در فرآیند تهیه خمیر با ترکیبات سولفیت است. در این فرآیند از اسید برای حل کردن مواد چسبناک چوب (لیگنین) که بافت ها و فیبرهای چوب (سلولز) را در کنار یکدیگر نگه داشته است استفاده می شود. هنگامی که آب اسیدی در این فرآیند اضافه می شود، ماهیت خنثی پیدا می کند؛ در این مرحله افزودن کربنات سدیم به مخلوط موجود به منظور تنظیم PH جریان خروجی قبل از تخلیه، لازم و ضروری خواهد بود.

2-دومین موارد کاربرد کربنات سدیم در کاغذسازی، استفاده از آن در فرآیند تهیه خمیر است. این مرحله با نام فرآیند کرافت (The Kraft – Pulping Process) نیز شناخته می شود. این مرحله به عنوان مدرن ترین روش تولید خمیر کاغذ شهرت دارد و شامل استفاده از ترکیب کاستیک سودا یا هیدروکسید سدیم می باشد. علاوه بر هیدروکسید سدیم، برخی دیگر از مواد شیمیایی نیز به خمیر کاغذ اضافه می شوند تا لیگنین موجود در بافت چوب را در خود حل کنند.

فرآیند کرافت در کارخانه ها در سیستم هایی با دو حلقه داخلی برای تولید کربنات سدیم انجام می شود. اولین مرحله شامل استفاده از هیدروکسید سدیم است. در این چرخه، محلول کاستیک سودا که به تازگی تهیه شده است به محفظه بزرگی پمپ می شود؛ در این محفظه خرده های چوب تحت حرارت بالا و فشار قرار می گیرند.

در مرحله فوق، هیدروکسید سدیم به لیگنین بافت چوب حمله می کند؛ محصولی که در این چرخه تولید می شود شامل ترکیب مهم و حیاتی کربنات سدیم است. سدیم کربنات تولید شده در این مرحله توسط پمپ هایی به مخزن عظیمی که حاوی آهک است تزریق می گردد.

دو واکنشگر مهم این مراحل، کاستیک سودا و کربنات کلسیم هستند. کاستیک سودا – هیدروکسید سدیم – مجدداً به سیستم تزریق می شود تا بتواند لیگنین بیشتری را حل نماید؛ و کربنات کلسیم به یک کوره منتقل می گردد تا در اثر حرارت به آهک تبدیل شود. آهک تولید شده به این روش با آب آب مخلوط می شود و ترکیب کربنات سدیم در مخلوط خمیر کاغذ که قبلاً با کاستیک سودا مخلوط شده بود، بازیابی می گردد؛ این مراحل به صورت پیوسته و مداوم در کارخانه کاغذسازی (مرحله تهیه خمیر و رنگبری) انجام می شوند.