表 1 は、紙パルプ事業の各分野で予想される暴露の種類の概要を示しています。 ばく露は特定の生産プロセスに特有のものとして挙げられているかもしれませんが、気象条件、ばく露源への近さ、および複数のプロセス領域で働いているかどうか (例えば、品質管理、一般労働など) によっては、他の領域の従業員へのばく露も発生する可能性があります。プールおよびメンテナンス要員)。

表 1. パルプと紙の生産における潜在的な健康と安全上の危険 (プロセス領域別)

RMP = リファイニング メカニカル パルプ; CMP = 化学機械パルプ化。 CTMP = 化学熱機械パルプ化。

表 1 に記載されている潜在的な危険への暴露は、プラントの自動化の程度に依存する可能性があります。 歴史的に、産業用パルプおよび紙の生産は、多くの手作業による介入を必要とする半自動プロセスでした。 このような施設では、オペレーターはプロセスに隣接するオープン パネルに座って、自分たちの行動の影響を確認していました。 バッチ式蒸解カンの上部と底部にあるバルブは手動で開き、充填段階では、蒸解カン内のガスが入ってくるチップによって置換されます (図 1)。 化学物質のレベルは、サンプリングではなく経験に基づいて調整され、プロセスの調整はオペレーターのスキルと知識に依存し、時には混乱につながりました。 たとえば、パルプの過剰な塩素処理は、下流の労働者を高いレベルの漂白剤にさらすことになります。 最近のほとんどの工場では、手動制御から電子制御のポンプとバルブへの進歩により、遠隔操作が可能になっています。 狭い公差内でのプロセス制御の要求には、コンピューターと高度なエンジニアリング戦略が必要です。 電子機器を紙パルプ生産環境から隔離するために、個別の制御室が使用されます。 その結果、オペレーターは通常、工場の操業に固有の騒音、振動、温度、湿度、および化学物質への曝露から逃れるための空調制御室で作業します。 作業環境を改善したその他の制御について以下に説明します。

図 1. 手動制御のバッチ消化槽のキャップを開けている労働者。

マクミラン・ブローデルのアーカイブ

ニップポイント、湿った歩行面、移動する機器や高さなどの安全上の問題は、パルプおよび紙の操作全体に共通しています。 移動するコンベアや機械部品の周りのガード、こぼれた液体の迅速な清掃、排水を可能にする歩行面、生産ラインに隣接する通路や高所のガードレールはすべて不可欠です。 チップコンベア、抄紙機のロール、および可動部品を備えたその他すべての機械の保守には、ロックアウト手順に従う必要があります。 チップ保管、ドックおよび出荷エリア、倉庫保管、およびその他の操作で使用されるモバイル機器には、転覆保護、良好な視認性、ホーンが必要です。 車両と歩行者用の車線は、明確にマークされ、署名されている必要があります。

騒音と熱も遍在する危険です。 主要な工学的制御は、前述のように、通常、木材の準備、パルプ化、漂白、およびシート成形の分野で利用できるオペレーター エンクロージャです。 チップパイルやその他のヤード作業で使用されるモバイル機器用の空調付き密閉キャブも利用できます。 これらの囲いの外では、労働者は通常、聴覚保護を必要とします。 高温のプロセスまたは屋外エリアでの作業、および船舶のメンテナンス作業では、労働者は熱ストレスの症状を認識できるように訓練を受ける必要があります。 そのような地域では、順応と休息期間を考慮して作業スケジュールを設定する必要があります。 寒い気候は、屋外での作業で凍傷の危険を引き起こす可能性があり、また、暖かいままのチップパイルの近くに霧の状態が発生する可能性があります.

木材、その抽出物、および関連する微生物は、木材の準備作業とパルプ化の初期段階に特有のものです。 ばく露の管理は、特定の作業に依存し、オペレータ ブース、のこぎりとコンベヤの囲いと換気、密閉されたチップ ストレージと少ないチップ在庫が含まれる場合があります。 圧縮空気を使用して木材の粉塵を除去すると、ばく露が高くなるため、避ける必要があります。

化学パルプ製造作業は、還元 (クラフトパルプ) および酸化 (亜硫酸パルプ) 硫黄化合物および揮発性有機物を含む消化化学物質および蒸解プロセスのガス状副産物にさらされる機会を提供します。 ガスの形成は、多くの操作条件の影響を受ける可能性があります。使用する木材の種類。 パルプ化された木材の量; 適用される白液の量と濃度。 パルプ化に必要な時間。 そして最高気温到達。 消化槽の自動キャッピングバルブとオペレータ制御室に加えて、これらのエリアのその他の制御には、バッチ消化槽の局所排気換気と、容器のガスが放出される速度で排気できるブロータンクが含まれます。 回収ボイラーと亜硫酸ナトリウムの負圧₂ ガス漏れを防ぐ酸塔。 消化後の洗浄機の上に換気された完全または部分的な囲い。 漏れが発生する可能性があるアラーム付きの連続ガスモニター。 緊急対応の計画とトレーニング。 サンプルを採取してテストを実施するオペレーターは、プロセスおよび廃棄物の流れにおける酸および苛性アルカリへの暴露の可能性、および硫化水素ガス (H₂S) クラフトパルプからの黒液が酸と接触した場合の生産 (例えば、下水)。

薬品回収エリアでは、酸性およびアルカリ性のプロセス薬品とその副産物が 800°C を超える温度で存在する場合があります。 職務上、労働者はこれらの化学物質に直接接触する必要があるため、頑丈な衣類が必要になる場合があります。 たとえば、労働者は、ボイラーの底に溜まった溶融したワカサギをすくい取ることで、化学火傷や熱傷を負う危険があります。 硫酸ナトリウムが濃縮黒液に加えられると、労働者は粉塵にさらされる可能性があり、漏れや開口部から有害な (そして致命的な可能性がある) 還元硫黄ガスが放出されます。 回収ボイラー周辺では、常に製錬水爆発の可能性があります。 ボイラーの管壁での水漏れにより、数回の致命的な爆発が発生しました。 回収ボイラーは、漏れの兆候があれば停止する必要があり、ワカサギを移送するための特別な手順を実装する必要があります。 石灰やその他の腐食性物質の積み込みは、密閉され換気されたコンベヤー、エレベーター、および保管ビンを使用して行う必要があります。

漂白工場では、現場作業者は漂白剤や塩素化有機物、その他の副産物にさらされる可能性があります。 漂白の化学的強度、リグニン含有量、温度、パルプの一貫性などのプロセス変数は、オペレーターがサンプルを収集し、実験室でテストを実施することで、常に監視されています。 使用される漂白剤の多くには危険性があるため、継続的なアラーム モニターを設置し、すべての従業員に避難用マスクを支給し、オペレーターは緊急対応手順について訓練を受ける必要があります。 専用の排気換気装置を備えたキャノピーエンクロージャーは、各漂白塔と洗浄段階の上部にある標準的な工学的制御です.

パルプまたは製紙工場の機械室での化学物質への曝露には、漂白工場からの化学物質の持ち越し、製紙添加剤、および廃水中の化学物質混合物が含まれます。 粉塵 (セルロース、フィラー、コーティング) とモバイル機器からの排気ガスは、ドライエンドと仕上げ工程に存在します。 製品の実行間の洗浄は、溶剤、酸、およびアルカリで行うことができます。 このエリアの管理には、シート乾燥機の完全な囲い込みが含まれる場合があります。 添加物を降ろし、計量し、混合するエリアの換気された囲い; 粉末状ではなく液体の添加剤の使用。 溶剤ベースではなく水性インクと染料の使用。 トリミングされた紙や古紙をきれいにするための圧縮空気の使用を排除します。

再生紙工場での紙の生産は、一般に、新しく生産されたパルプを使用する従来の紙の生産よりも粉塵が多くなります。 微生物への暴露は、生産チェーンの最初 (紙の収集と分離) から最後 (紙の生産) まで発生する可能性がありますが、化学物質への暴露は、従来の製紙の場合ほど重要ではありません。

パルプおよび製紙工場は、大工、電気技師、機械工、絶縁体、機械工、石工、機械工、製粉工、塗装工、配管工、冷凍工、ブリキ職人、溶接工など、プロセス機器の保守を行う大規模なメンテナンス グループを採用しています。 取引固有のエクスポージャーとともに ( 金属加工 & 金属加工 & 職業 章）、これらの業者はプロセス関連の危険にさらされる可能性があります。 工場のオペレーションがより自動化され、密閉されるようになるにつれて、メンテナンス、クリーニング、および品質保証のオペレーションが最も危険にさらされるようになりました。 容器や機械を洗浄するためのプラントのシャットダウンは、特に懸念されます。 工場の組織によっては、これらの作業は社内の保守担当者または生産担当者によって実行される場合がありますが、労働安全衛生サポート サービスが少ない可能性がある工場外の担当者に下請けすることが一般的です。

プロセスばく露に加えて、パルプおよび製紙工場の操業には、メンテナンス担当者にとって注目に値するばく露が伴います。 パルプ化、回収、およびボイラーの操作には高熱が伴うため、アスベストはパイプや容器を断熱するために広く使用されていました。 ステンレス鋼は、パルプ化、回収、および漂白操作全体で容器やパイプに使用されることが多く、製紙にもある程度使用されています。 この金属を溶接すると、クロムとニッケルの煙が発生することが知られています。 保守停止中は、始動操作中の腐食から回収ボイラーの床と壁を保護するために、クロムベースのスプレーが適用される場合があります。 生産ラインでのプロセス品質測定は、多くの場合、赤外線および放射性同位体ゲージを使用して行われます。 通常、ゲージは十分にシールドされていますが、ゲージを保守する機器整備士は放射線にさらされる可能性があります。

他の工場サポート業務の従業員の間でも、いくつかの特別な被ばくが発生する可能性があります。 発電ボイラーの労働者は、排水処理システムからの樹皮、廃材、スラッジを処理します。 古い工場では、労働者はボイラーの底から灰を取り除き、ボイラー格子の周りにアスベストとセメントの混合物を塗布してボイラーを再密閉します。 最新のパワーボイラーでは、このプロセスは自動化されています。 材料が高すぎる水分レベルでボイラーに供給されると、作業員は不完全燃焼生成物の吹き返しにさらされる可能性があります。 水処理を担当する労働者は、塩素、ヒドラジン、各種樹脂などの化学物質にさらされる可能性があります。 ClO の反応性のため₂、ClO₂ ジェネレーターは通常、立ち入り禁止区域にあり、オペレーターは遠隔操作室に常駐し、サンプルを収集してソルトケーキ フィルターを修理します。 ClO の生成に使用される塩素酸ナトリウム (強力な酸化剤)₂ 有機物または可燃物にこぼしてから乾燥させると、危険なほど可燃性になる可能性があります。 メンテナンス作業を行う前に、すべてのこぼれを濡らし、その後、すべての機器を完全に洗浄する必要があります。 濡れた衣類は、洗濯するまで濡れたままにして、街着とは別にしてください。

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多くの漂白剤は反応性があり、輸送が危険であるため、現場または近くで製造されます。 二酸化塩素 (ClO₂)、次亜塩素酸ナトリウム (NaOCl) および過酸は常にオンサイトで生成されますが、塩素 (Cl₂) および水酸化ナトリウムまたは苛性アルカリ (NaOH) は通常、オフサイトで生成されます。 クラフト調理中に抽出される樹脂と脂肪酸に由来する製品であるトールオイルは、オンサイトまたはオフサイトで精製される場合があります。 より軽い部分のクラフト副産物であるテレピン油は、多くの場合、現場で収集および濃縮され、別の場所で精製されます。

二酸化塩素

二酸化塩素（ClO₂) は、反応性の高い緑がかった黄色のガスです。 有毒で腐食性があり、高濃度 (10%) で爆発し、すぐに Cl に還元されます。₂ とO₂ 紫外線の存在下。 希釈ガスとして調製し、希釈液体として保管する必要があるため、バルク輸送は不可能です。

ClO₂ 塩素酸ナトリウム（Na₂ClO₃) どちらかの SO₂、メタノール、塩または塩酸。 反応器を出るガスは凝縮され、10% 溶液として保存されます。 現代のClO₂ 発電機は 95% 以上の効率で動作し、少量の Cl₂ 生成されたガスは、ベントガスから収集またはスクラビングされます。 供給化学物質の純度、温度、およびその他のプロセス変数によっては、副反応が発生する場合があります。 副産物はプロセスに戻され、使用済みの化学物質は中和されて下水処理されます。

次亜塩素酸ナトリウム

次亜塩素酸ナトリウム (NaOCl) は、Cl を結合することによって生成されます。₂ NaOHの希薄溶液で。 これは、介入をほとんど必要としない単純な自動プロセスです。 プロセスは、残留 Cl₂ 処理容器内の熱を最小限に抑えます。

塩素と苛性

塩素（Cl₂) は、1800 年代初頭から漂白剤として使用されており、反応性が高く、有毒な緑色のガスで、水分が存在すると腐食性になります。 塩素は通常、塩水 (NaCl) を電気分解して Cl にすることによって製造されます。₂ および NaOH を地域の設備で保管し、純粋な液体として顧客に輸送します。 Clを生成するためにXNUMXつの方法が使用されます₂ 産業規模では、水銀セル、隔膜セル、そして最新の開発である膜セルです。 Cl₂ 常にアノードで生成されます。 その後、冷却、精製、乾燥、液化され、工場に運ばれます。 大規模または遠隔地のパルプ工場では、ローカル施設が建設される場合があり、Cl₂ ガスとして輸送できます。

NaOH の品質は、XNUMX つのプロセスのどれを使用するかによって異なります。 古い水銀電池法では、ナトリウムと水銀が結合してアマルガムを形成し、それが水で分解されます。 得られた NaOH はほぼ純粋です。 このプロセスの欠点の XNUMX つは、水銀が職場を汚染し、深刻な環境問題を引き起こしていることです。 ダイヤフラムセルから生成された NaOH は、使用済みブラインとともに除去され、濃縮されて塩が結晶化して分離されます。 ダイヤフラムにはアスベストが使用されています。 最も純粋な NaOH は膜細胞で生成されます。 半透過性樹脂ベースの膜は、塩水や塩素イオンなしでナトリウム イオンを通過させ、カソード チャンバーに追加された水と結合して純粋な NaOH を形成します。 水素ガスは、各プロセスの副産物です。 それは通常、他のプロセスまたは燃料として処理され、使用されます。

トール油の生産

松などの樹脂の多い種のクラフトパルプ化により、樹脂と脂肪酸のナトリウム石鹸が生成されます。 石鹸は、化学回収プロセスの蒸発器列にある黒液貯蔵タンクおよび石鹸スキミング タンクから収集されます。 精製せっけんやトール油は、燃料添加剤、防塵剤、道路安定剤、舗装バインダー、ルーフィング フラックスとして使用できます。

加工工場では、黒液を底に沈殿させるために石鹸を一次タンクに貯蔵します。 石鹸は上昇し、第 100 の貯蔵タンクに溢れ出します。 硫酸とデカントされた石鹸を反応器に供給し、20℃に加熱し、攪拌し、沈降させます。 一晩静置した後、未精製のトール油を貯蔵容器にデカントし、もう XNUMX 日放置します。 上部留分は乾燥粗トール油と見なされ、ポンプで貯蔵され、出荷の準備が整います。 下部画分で調理されたリグニンは、後続のバッチの一部になります。 使用済みの硫酸は貯蔵タンクにポンプで送られ、取り込まれたリグニンは底に沈殿します。 反応器に残ったリグニンは、数回の調理のために濃縮され、XNUMX% の苛性アルカリに溶解され、最初の石鹸タンクに戻されます。 定期的に、収集された黒液とすべてのソースからの残留リグニンが濃縮され、燃料として燃焼されます。

テレピン回収

消化槽からのガスと黒液蒸発器からの凝縮液は、テレビン油の回収のために収集される場合があります。 ガスは凝縮され、結合され、テレピン油が取り除かれ、再凝縮され、収集され、デカンタに送られます。 デカンタの上部は引き出されて貯蔵庫に送られ、底部はストリッパーにリサイクルされます。 生のテレビン油は有毒で可燃性であるため、収集システムの残りの部分とは別に保管され、通常はオフサイトで処理されます。 非凝縮性ガスはすべて回収され、動力ボイラー、石灰キルン、または専用炉のいずれかで焼却されます。 テレピン油は、樟脳、合成樹脂、溶剤、浮選剤、殺虫剤に使用するために加工できます。

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液体の回収に加えて、パルプ工場は、電力ボイラーでのプロセスの廃棄物や副産物の燃焼からエネルギーのかなりの部分を回収します。 排水処理システムから収集された樹皮、木材廃棄物、乾燥スラッジなどの材料は、発電機に電力を供給するための蒸気を供給するために燃焼される場合があります。

パルプおよび製紙工場は、大量の真水を消費します。 1,000 日あたり 150 トンの漂白クラフト パルプ工場は、XNUMX 日に XNUMX 億 XNUMX 万リットル以上の水を使用する場合があります。 さらに製紙工場。 工場設備への悪影響を防ぎ、製品の品質を維持するために、流入水を処理して汚染物質、バクテリア、ミネラルを除去する必要があります。 入ってくる水の質に応じて、いくつかの処理が適用されます。 沈殿床、フィルター、凝集剤、塩素、イオン交換樹脂はすべて、プロセスで使用する前に水を処理するために使用されます。 発電ボイラーと回収ボイラーで使用される水は、酸素スカベンジャーとヒドラジンやモルホリンなどの腐食防止剤でさらに処理され、ボイラーチューブ内での堆積物の形成を防ぎ、金属の腐食を減らし、蒸気タービンへの水の持ち越しを防ぎます。 .

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パルプおよび製紙工場の最終製品は、パルプ化プロセスに依存し、市場パルプおよびさまざまな種類の紙または板紙製品が含まれる場合があります。 たとえば、比較的弱い機械パルプは、新聞やティッシュなどの使い捨て製品に変換されます。 クラフトパルプは、高品質の筆記用紙、本、レジ袋などの多目的紙製品に加工されます。 主にセルロースである亜硫酸パルプは、特殊紙、レーヨン、写真フィルム、TNT、プラスチック、接着剤、さらにはアイスクリームやケーキミックスなど、一連の多様な最終製品に使用できます。 ケミメカニカル パルプは非常に硬く、段ボール ボードに必要な構造的支持に最適です。 通常、再生紙のパルプは繊維が短く、しなやかで透水性が低いため、高級紙製品には使用できません。 そのため、再生紙は主にティッシュ ペーパー、トイレット ペーパー、ペーパー タオル、ナプキンなどの柔らかい紙製品の製造に使用されます。

市販のパルプを製造するには、通常、パルプ スラリーをもう一度ふるいにかけ、コンシステンシーを調整 (4 ～ 10%) してから、パルプ マシンに投入します。 次に、パルプは、パルプマシンの「ウェットエンド」で移動する金属スクリーンまたはプラスチックメッシュ（「ワイヤー」として知られている）に広げられます。ここで、オペレーターは移動するワイヤーの速度とパルプの含水量を監視します（図 1; プレスと乾燥機のカバーが左上に見えます; 現代の工場では、オペレーターは制御室で多くの時間を過ごします)。 水と濾液がワイヤーを通して引き出され、繊維のウェブが残ります。 パルプシートは一連の回転ロール (「プレス」) を通過し、繊維のコンシステンシーが 40 ～ 45% になるまで水と空気を絞り出します。 次にシートは、稠度が 90 ～ 95% になるまで、複数階にまたがる一連の熱風乾燥機を通過します。 最後に、連続したパルプシートをバラバラに切断し、ベールに積み上げます。 パルプの俵は圧縮され、包装され、保管および輸送用の束に梱包されます。

図 1. ワイヤ上の繊維マットを示すパルプ マシンのウェット エンド。

カンフォー図書館

原理的にはパルプシートの製造に似ていますが、紙の製造はかなり複雑です。 一部の工場では、紙の品質を最適化するためにさまざまな異なるパルプを使用しています (たとえば、広葉樹、針葉樹、クラフト、亜硫酸、機械または再生パルプの混合)。 使用するパルプの種類によっては、紙を成形する前に一連の工程が必要です。 一般に、乾燥した市場パルプは再水和され、貯蔵からの高粘度パルプは希釈されます。 パルプ繊維を叩いて繊維結合面積を増やし、それによって紙シートの強度を向上させてもよい。 次に、パルプは「ウェットエンド」添加剤 (表 1) とブレンドされ、最終セットのスクリーンとクリーナーに通されます。 その後、パルプは抄紙機の準備が整います。

表 1. 製紙添加剤

フロー スプレッダーとヘッドボックスは、精製パルプの薄い懸濁液 (1 ～ 3%) を移動ワイヤ (パルプ マシンに似ていますが、非常に高速で、時には 55 km/h を超える場合もあります) に分配し、繊維を次のように形成します。薄いフェルトシート。 シートは一連のプレス ロールを通ってドライヤー セクションに移動し、そこで一連の蒸気加熱ロールが残りの水のほとんどを蒸発させます。 繊維間の水素結合は、この段階で完全に発達しています。 最後に、紙にカレンダーをかけ、巻き取ります。 カレンダー加工とは、紙の表面をアイロンで滑らかにし、厚みを薄くする工程です。 乾燥し、カレンダー加工された紙シートはリールに巻き取られ、ラベルが付けられ、倉庫に運ばれます (図 2、リールの下の紙くず、および同封されていないオペレーター コントロール パネルに注意してください)。 「ドライエンド」添加剤は、抄紙機でのカレンダー加工の前に、または業界の加工部門における別の「オフマシン」コーティング操作で添加できます。

図 2. 抄紙機のドライ エンド。フル ペーパー リールとオペレーターがエア スリッターを使用してエンドをカットしています。

ジョージ・アストラキアナキス

製紙プロセスでは、紙に特定の表面特性とシート特性を与えるために、さまざまな化学薬品が使用されます。 最も一般的に使用される添加剤 (表 1) は通常、パーセント レベルで使用されますが、クレーやタルクなどの一部は、特定の紙の乾燥重量の 40% に寄与する場合があります。 表 1 は、特定の製造目的および製品に使用される化学添加物の多様性も示しています。 これらのいくつかは、非常に低濃度で使用されます (たとえば、処理水に数百万分の XNUMX のスリサイド剤が追加されます)。

板紙の製造工程は、紙やパルプの製造工程と似ています。 パルプと水の懸濁液を移動するワイヤー上に分散させ、水分を除去し、シートを乾燥させ、ロールとして保管します。 シートに厚みを持たせるための成形方法や、複数の層を組み合わせる方法、乾燥させる方法が異なります。 ボードは、コアの有無にかかわらず、単層または多層シートから作成できます。 シートは通常、高品質のクラフト パルプ (またはクラフトと CTMP のブレンド) であり、コアはセミケミカル パルプと低コストのリサイクル パルプのブレンド、または完全にリサイクルされたパルプとその他の廃棄物から作られます。 内容物を水や物理的損傷から保護するために、最終用途に応じてコーティング、防湿層、多層が追加されます。

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漂白は、未加工のパルプを精製して明るくする多段階プロセスです。 目的は、パルプ繊維の完全性を維持しながら、パルプ化中に除去されなかった茶色のリグニンを溶解 (化学パルプ) または変更 (機械パルプ) することです。 工場では、漂白剤の順序、濃度、反応時間を変えることで、カスタマイズされたパルプを製造します。

各漂白段階は、漂白剤、pH (酸性度)、温度、持続時間によって定義されます (表 1)。 各漂白段階の後、次の段階に進む前に、使用済みの漂白剤と溶解したリグニンを除去するために、パルプを苛性アルカリで洗浄することができます。 最終段階の後、パルプは一連のスクリーンとクリーナーにポンプで送られ、汚れやプラスチックなどの汚染物質が除去されます。 その後、濃縮され、倉庫に運ばれます。

表1 漂白剤とその使用条件

* 水溶液中の繊維の濃度。

歴史的に、市場グレードの漂白クラフト パルプを製造するために使用される最も一般的な漂白シーケンスは、1 段階の CEDED プロセスに基づいています (記号の定義については、表 XNUMX を参照してください)。 漂白の最初の XNUMX つの段階は、脱リグニン プロセスを完了し、パルプ化の延長と見なされます。 パルプ工場の排水中の塩素化有機物に関する環境上の懸念から、多くの工場では二酸化塩素 (ClO₂) 塩素 (Cl₂) 最初の漂白段階 (C_DEDED) と使用酸素 (O₂) 最初の苛性抽出中の前処理 (C_DE_ODED）。 ヨーロッパと北アメリカの現在の傾向は、ClO による完全な置換に向かっています。₂ (例えば、DEDED) または両方の Cl の除去₂ およびClO₂. どこClO₂ が使用され、二酸化硫黄 (SO₂) は、ClO を停止するための「アンチクロル」として最終洗浄段階で追加されます。₂ 反応し、pH を制御します。 新しく開発された無塩素漂白シーケンス (例: OAZQP、OQPZP、ここで Q = キレート化) は、酵素、O₂、オゾン (O₃)、過酸化水素(H₂O₂）、過酸、およびエチレンジアミン四酢酸（EDTA）などのキレート剤。 1993 年までに、完全に塩素を使用しない漂白が世界中の XNUMX つの工場で採用されました。これらの新しい方法では酸性漂白工程が不要になるため、セルロースに結合した金属を除去できるように、クラフト漂白の初期段階に酸洗浄を追加する必要があります。

亜硫酸パルプは、リグニン含有量が少ないため、一般にクラフトパルプよりも漂白が容易です。 短い漂白シーケンス (CEH、DCEHD、P、HP、EPOP など) は、ほとんどの紙グレードに使用できます。 レーヨン、セロファンなどの製造に使用される溶解グレードの亜硫酸パルプの場合、ヘミセルロースとリグニンの両方が除去されるため、より複雑な漂白シーケンス (たとえば、C₁C₂エチダ）。 最後の酸洗浄は、金属の制御と抗塩素の両方の目的で行われます。 溶解グレードの亜硫酸パルプの廃液負荷は、非常に多くの原木が消費され (通常の収量は 50%)、より多くの水が使用されるため、はるかに大きくなります。

用語 明るくする リグニンを溶解せずに発色団を破壊することによって白化されるため、機械パルプやその他の高収量パルプの漂白を説明するために使用されます. 光沢剤にはHが含まれます₂O₂ および/またはハイドロサルファイトナトリウム (NaS₂O₄）。 歴史的に、ハイドロサルファイト亜鉛 (ZnS₂O₄) が一般的に使用されていましたが、排水中の毒性のためにほとんど排除されています。 漂白前にキレート剤を添加して金属イオンを中和し、着色塩の形成やHの分解を防ぎます。₂O₂. 機械パルプ漂白の有効性は、木材の種類によって異なります。 リグニンや抽出物が少ない広葉樹 (ポプラやハコヤナギなど) や針葉樹 (トウヒやバルサムなど) は、樹脂の多い松や杉よりも高い輝度レベルに漂白できます。

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パルプ化は、木材構造内の結合を機械的または化学的に破壊するプロセスです。 化学パルプは、アルカリ性（すなわち、硫酸塩またはクラフト）プロセスまたは酸性（すなわち、亜硫酸塩）プロセスのいずれかによって製造することができる。 パルプの生産比率が最も高いのは硫酸塩法であり、次に機械法 (セミケミカル法、サーモメカニカル法、機械法を含む) と亜硫酸塩法が続きます (図 1)。 パルプ化プロセスは、製品の収量と品質、および化学的方法の場合、使用される化学物質と再利用のために回収できる割合が異なります。

図 1. 世界のパルプ生産能力 (パルプの種類別)

機械パルプ

機械パルプは、木材を石に対して、または金属板の間で粉砕することによって生成され、それによって木材が個々の繊維に分離されます。 せん断作用によりセルロース繊維が壊れるため、得られるパルプは化学的に分離されたパルプよりも弱くなります。 セルロースとヘミセルロースをつなぐリグニンは溶解しません。 それは単に柔らかくなり、繊維が木材マトリックスから粉砕されることを可能にします. 歩留り（パルプ中の原木の割合）は通常85%以上です。 機械パルプ化方法の中には、化学薬品を使用するものもあります (すなわち、化学機械パルプ)。 非セルロース系材料をより多く除去するため、歩留まりは低くなります。

ストーン砕木パルプ化 (SGW) は、最も古く、歴史的に最も一般的な機械的方法であり、回転する研磨シリンダーに押し付けて短い丸太から繊維を取り除きます。 リファイナー メカニカル パルプ (RMP、図 2) では、1960 年代に商業的に実行可能になった後、人気を博しました。木材チップまたはおがくずは、ディスク リファイナーの中央から供給され、押し出されるときに細かい破片に細断されます。次第に狭くなるバーと溝。 (図 2 では、リファイナーは写真の中央にあり、その大きなモーターは左側にあります。チップは大きな直径のパイプから供給され、パルプは小さなパイプから排出されます。) RMP の変形は、サーモメカニカル パルプ (TMP) です。 ）、通常は加圧下で、精製前および精製中にチップを蒸します。

図 2. リファイナーの機械的パルプ化

カンフォー図書館

化学機械パルプを製造する最も初期の方法の XNUMX つは、化学パルプ液で丸太を沸騰させる前に丸太を事前に蒸し、次にそれらをストーングラインダーで粉砕して「化学砕木」パルプを製造することでした。 最新の化学機械パルプ化では、精製前、精製中、または精製後のいずれかで化学処理 (重亜硫酸ナトリウム、水酸化ナトリウムなど) を行うディスク リファイナーが使用されます。 この方法で製造されたパルプは、精製が大気圧で行われたか高圧で行われたかに応じて、化学機械パルプ (CMP) または化学熱機械パルプ (CTMP) と呼ばれます。 CTMP の特殊なバリエーションが開発され、多くの組織によって特許が取得されています。

ケミカルパルプ化と回収

化学パルプは、木材繊維の間にリグニンを化学的に溶解することによって生成され、それによって繊維が比較的損傷を受けずに分離できるようになります。 これらの工程でほとんどの非繊維性木材成分が除去されるため、歩留まりは通常 40 ～ 55% 程度です。

ケミカルパルプ製造では、水溶液中のチップと化学薬品が、バッチまたは連続ベースで操作できる圧力容器 (蒸解器、図 3) で一緒に蒸解されます。 バッチ調理では、上部開口部からチップを蒸解缶に充填し、消化用化学薬品を加え、内容物を高温高圧で調理します。 調理が完了すると、圧力が解放され、脱リグニンされたパルプが蒸解缶から貯蔵タンクに「吹き飛ばされ」ます。 その後、シーケンスが繰り返されます。 連続蒸解では、事前に蒸らしたチップを一定速度で蒸解カンに供給します。 チップと化学薬品は、消化槽上部の含浸ゾーンで混合され、上部調理ゾーン、下部調理ゾーン、洗浄ゾーンを経て、ブロータンクに吹き込まれます。

図 3. 建設中のチップコンベアを備えた連続クラフト消化装置

カンフォー図書館

消化化学薬品は、今日のほとんどの化学パルプ操作で回収されます。 主な目的は、使用済みの調理液から消化化学物質を回収して再構成することと、木材から溶解した有機物を燃焼させることによって熱エネルギーを回収することです。 結果として得られる蒸気と電気は、工場のエネルギー需要のすべてではないにしても、一部を供給します。

硫酸パルプ化と回収

硫酸塩プロセスは、他の方法よりも強くて濃いパルプを生成し、経済的に競争するには化学的回収が必要です. この方法はソーダパルプ化 (消化に水酸化ナトリウムのみを使用) から発展し、1930 年代から 1950 年代にかけて業界で注目を集めるようになり、工場用の蒸気と電力も生成する二酸化塩素漂白と化学的回収プロセスが開発されました。 酸性およびアルカリ性のパルプ工場環境に対処するために、ステンレス鋼などの耐腐食性金属の開発も重要な役割を果たしました。

調理混合物 (白液) は、水酸化ナトリウム (NaOH、「苛性」) と硫化ナトリウム (Na₂S)。 現代のクラフトパルプ化は通常、しばしばステンレス鋼で裏打ちされた連続蒸解缶で行われます (図 3)。 消化槽の温度をゆっくりと約 170°C まで上げ、そのレベルで約 3 ～ 4 時間保持します。 パルプ (その色からブラウン ストックと呼ばれる) はふるいにかけられて未調理の木材が取り除かれ、洗浄されて使用済みの蒸解混合物 (現在は黒液) が取り除かれ、漂白プラントまたはパルプ機械室に送られます。 未調理の木材は、消化槽に戻すか、動力ボイラーに送って燃やします。

蒸解缶とブラウン ストック ウォッシャーから収集された黒液には溶解した有機物質が含まれており、その正確な化学組成は、パルプ化された木材の種類と調理条件によって異なります。 液体は蒸発器で水分が 40% 未満になるまで濃縮され、回収ボイラーに噴霧されます。 有機成分は燃料として消費され、熱が発生し、炉上部で高温蒸気として回収されます。 未燃の無機成分は溶融したワカサギとしてボイラーの底に溜まります。 ワカサギは炉から流出し、弱苛性溶液に溶解し、主に溶解した Na を含む「緑液」を生成します。₂Sおよび炭酸ナトリウム（Na₂CO₃）。 このリキュールは、再苛性化プラントにポンプで送られ、そこで清澄され、消石灰と反応します。
(Ca(OH)₂)、NaOH と炭酸カルシウム (CaCO₃）。 白液はろ過され、その後の使用のために保存されます。 CaCO₃ 石灰窯に送られ、加熱されて石灰（CaO）が再生されます。

亜硫酸パルプ化と回収

亜硫酸パルプは 1800 年代後半から 1900 年代半ばまで業界を支配していましたが、この時代に使用された方法は、パルプ化できる木材の種類と、未処理の廃棄調理液を水路に排出することによって生じる汚染によって制限されていました。 新しい方法はこれらの問題の多くを克服しましたが、亜硫酸パルプは現在、パルプ市場の小さなセグメントです. 亜硫酸パルプは通常、酸分解を使用しますが、中性と塩基性の両方のバリエーションが存在します。

亜硫酸の調理液（H₂SO₃) および重亜硫酸イオン (HSO₃^–) は、その場で準備します。 元素硫黄は燃焼して二酸化硫黄 (SO₂）、水とXNUMXつのアルカリ塩基（CaCO ）のXNUMXつを含む吸収塔を通過します₃、元の亜硫酸塩基、Na₂CO₃、水酸化マグネシウム (Mg(OH)₂) または水酸化アンモニウム (NH₄OH)) 酸とイオンを生成し、それらの比率を制御します。 亜硫酸パルプ化は通常、レンガで裏打ちされたバッチ蒸解缶で行われます。 不要な反応を避けるため、消化槽はゆっくりと最高温度 130 ～ 140°C まで加熱され、チップは長時間 (6 ～ 8 時間) 調理されます。 消化槽の圧力が上昇すると、ガス状の二酸化硫黄 (SO₂) は取り除かれ、生の調理用酸と再混合されます。 約 1 ～ 1.5 時間の調理時間が残ったら、加熱を中止し、ガスと蒸気を排出して圧力を下げます。 パルプは保持タンクに吹き込まれ、洗浄され、選別されます。

赤液と呼ばれる使用済みの消化混合物は、重亜硫酸カルシウムベースの操作を除くすべての熱および化学物質の回収に使用できます。 アンモニアベースの亜硫酸パルプ化では、希薄な赤液を最初にストリッピングして残留 SO を除去します。₂、濃縮して燃焼させます。 SOを含む排ガス₂ 冷却されて吸収塔を通過し、そこで新鮮なアンモニアと結合して調理液が再生されます。 最後に、リカーはろ過され、新鮮なSOで強化されます₂ と保管されます。 アンモニアは回収ボイラーで窒素と水に変換されるため、回収できません。

マグネシウムベースの亜硫酸パルプ化では、濃縮パルプ化液を燃焼させると、酸化マグネシウム (MgO) と SO が得られます。₂、簡単に回収できます。 このプロセスではワカサギは生成されません。 むしろ、MgO は煙道ガスから収集され、水で消されて水酸化マグネシウム (Mg(OH)₂）。 それで₂ 冷却し、Mg(OH)₂ 吸収塔で調理液を戻します。 重亜硫酸マグネシウム (Mg(HSO₃)₂）その後、新鮮なSOで強化されます₂ と保管されます。 調理薬品の80～90%の回収が可能です。

ナトリウムベースの亜硫酸蒸解液の回収は、より複雑です。 濃縮廃液を焼却し、硫黄分の約50%をSOに変換₂. 残りのナトリウムと硫黄は、回収ボイラーの底にナの溶解物として回収されます。₂Sとナ₂CO₃. ワカサギを溶解して緑液を生成し、重亜硫酸ナトリウム (NaHSO₃）いくつかのステップで。 NaHSO₃ 強化して保管しています。 再生プロセスでは、還元された硫黄ガス、特に硫化水素 (H₂S）

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