کاربرد سولفات آلومینیوم در صنعت کاغذسازی؛ از سایزینگ تا نگه‌داشت فیلر و بهبود آبگیری

اگر درگیر راه‌اندازی یا بهره‌برداری از یک خط کاغذسازی هستید، احتمالاً این اسم برایتان غریبه نیست: سولفات آلومینیوم یا همان «آلوم» در زبان کارخانه.
ماده‌ای ساده و محلول که سال‌هاست در قسمت Wet End ماشین کاغذ، سکان کنترل سایزینگ، نگه‌داشت فیلر و آبگیری را در دست دارد.

از رول‌های روزنامه‌ای اسیدی تا مقواهای بازیافتی و کارتن‌های بسته‌بندی، آلوم در کنار رزین (Rosin) و پلیمرها، هم روی مقاومت به نفوذ آب و جوهر اثر می‌گذارد، هم روی ثبات فرایند، درینج (Drainage) و نگه‌داشت ذرات ریز.

طبق داده‌های منتشرشده در TAPPI Journal (2022)، ترکیبات آلومینیومی هنوز هم در بیشتر خطوط کاغذسازی اسیدی و نیمه‌اسیدی جهان به‌عنوان عامل سایزینگ و کمک‌نگه‌دارنده مورد استفاده قرار می‌گیرند.

در سیستم‌های مبتنی بر رزین–آلوم (Rosin–Alum)، آلوم وظیفه دارد رزین را روی الیاف تثبیت کند، کلوئیدهای مزاحم را جمع کند و pH خمیر را در محدوده مناسب نگه دارد.
به زبان ساده: بدون آلوم، رزین رفتار بی‌نظم دارد، فیلرها از دست می‌روند و درینج ماشین به‌هم می‌ریزد.

«آلوم در ماشین کاغذ مثل یک ترافیک‌چی شیمیایی عمل می‌کند؛ بارهای منفی، فاین‌ها و فیلرها را ردیف می‌کند تا ورق روی وایر یکنواخت، مقاوم و قابل کنترل شکل بگیرد.»
منبع: JRJ Elementix – Aluminium Sulfate in Paper Industry

در این مقاله، کاربرد سولفات آلومینیوم در صنعت کاغذسازی را از دید یک مهندس فرایند و بهره‌بردار بررسی می‌کنیم:

از سایزینگ داخلی (Internal Sizing) با رزین، تا نگه‌داشت فیلرها، کنترل شوری و تصفیه آب سفید (White Water). اگر درگیر مشکل نفوذپذیری کاغذ، پاشش جوهر، افت مقاومت، یا هدررفت فیلر در سیستم هستید، این راهنما برای شماست.

برای مشاهده گریدهای مناسب کاغذسازی، به‌خصوص سولفات آلومینیوم بدون آهن (Iron-Free) با رنگ سفید و خلوص بالا، می‌توانید به مرجع تخصصی aluminium-sulfate.com مراجعه کنید.

سولفات آلومینیوم چیست و چرا در صنعت کاغذسازی استفاده می‌شود؟

سولفات آلومینیوم (Al₂(SO₄)₃) یک نمک معدنی محلول در آب است که در تماس با خمیر کاغذ، یون‌های آلومینیوم (Al³⁺) آزاد می‌کند.
این یون‌ها با هیدروکسیدها و آنیون‌های موجود در سیستم واکنش می‌دهند و طیف متنوعی از گونه‌های آلومینیومی را ایجاد می‌کنند که هر کدام روی رفتار خمیر تأثیر می‌گذارند.

نقش‌های اصلی آلوم در کاغذسازی عبارت‌اند از:

• ⚙️ سایزینگ داخلی (Internal Sizing) در کنار رزین (Rosin Size) برای کنترل نفوذپذیری آب و جوهر
• ⚙️ نگه‌داشت فیلر و فاین‌ها از طریق خنثی‌کردن بار منفی و ایجاد فلوک‌های پایدار
• ⚙️ بهبود درینج و سرعت ماشین با کاهش مواد معلق و تنظیم کلوئیدها
• ⚙️ تنظیم pH و قلیائیت در محدوده اسیدیِ مناسب برای رزین–آلوم
• ⚙️ تصفیه آب سفید و بازیافت خمیر و فیلر از جریان‌های پساب داخلی

به‌گفته‌ی Almawatech، سولفات آلومینیوم در صنعت کاغذ به‌عنوان عامل نگه‌دارنده و کمک‌درینج شناخته می‌شود و به‌طور مستقیم روی مقاومت ورق و ثبات تولید اثر دارد.

این ترکیب به‌ویژه در خطوطی که از خمیر مکانیکی و بازیافتی استفاده می‌کنند، نقش پررنگ‌تری دارد؛ چون فاین و فیلر زیاد است و اگر کنترل نشود، به‌راحتی از سیستم خارج می‌شود.

نقش سولفات آلومینیوم در سایزینگ داخلی (Internal Sizing)

در سیستم‌های کلاسیک سایزینگ، رزین (Rosin) به‌صورت امولسیون کاتیونی یا آنیونی به خمیر اضافه می‌شود.
خودِ رزین به‌تنهایی توانایی کافی برای چسبیدن به الیاف را ندارد و نیاز به یک «لنگر شیمیایی» دارد.
اینجا جایی است که آلوم وارد بازی می‌شود.

یون‌های آلومینیوم با رزین واکنش داده و ترکیباتی ایجاد می‌کنند که روی سطح الیاف تثبیت می‌شود.
این لایه نازک، سطح الیاف را آب‌گریزتر می‌کند و نفوذپذیری کاغذ را نسبت به آب، جوهر و محلول‌های آبی کاهش می‌دهد.

مطالعات BioResources نشان داده‌اند که تنظیم نسبت رزین به آلوم در کاغذهای بازیافتی، مستقیماً روی مقاومت به نفوذ آب و یکنواختی سایزینگ اثر دارد.

در عمل، بسیاری از کارخانه‌ها نسبت رزین به آلوم را در محدوده ۱ به ۳ تا ۱ به ۵ (بر اساس وزن خشک) نگه می‌دارند.
نسبت‌های پایین‌تر باعث سایزینگ ضعیف و نسبت‌های بالاتر باعث مصرف بی‌جهت آلوم و افزایش لجن شیمیایی می‌شود.

کنترل pH در سیستم رزین–آلوم

شیمی آلوم در خمیر کاغذ، به‌شدت به pH وابسته است.
در pH حدود ۴٫۵ تا ۵٫۵، گونه‌های آلومینیومی فعال، بیشترین پایداری را دارند و رزین–آلوم بهترین عملکرد را در سایزینگ نشان می‌دهد.

در pH بالاتر، آلوم به سرعت به هیدروکسید آلومینیوم نامحلول تبدیل می‌شود و کارایی آن در تثبیت رزین افت می‌کند.

بر اساس داده‌های منتشرشده در JRJ Elementix و Rosin Sizing Agent Data، بازه pH ۴٫۵ تا ۵٫۵ برای بیشتر سیستم‌های رزین–آلوم، بازه‌ی بهینه در نظر گرفته می‌شود.

خروج از این محدوده باعث می‌شود:

• 🔸 سایزینگ داخلی ضعیف شود و کاغذ آب‌دوست‌تر شود.
• 🔸 رسوب آلومینیوم هیدروکسید روی فلت، وایر و بخش هدباکس افزایش یابد.
• 🔸 درینج و شکل‌گیری ورق روی وایر دچار نوسان شود.

به همین دلیل در بسیاری از خطوط، کنترل pH خمیر ورودی به Headbox به‌صورت آنلاین انجام می‌شود و دوز آلوم، اسید سولفوریک و بی‌کربنات‌ها بر این اساس تنظیم می‌شود.

سولفات آلومینیوم به‌عنوان کمک‌نگه‌دارنده و کمک‌درینج

علاوه بر سایزینگ، آلوم نقش مهمی به‌عنوان Retention Aid و Drainage Aid دارد.
در خمیرهای حاوی فاین زیاد، فیلرهایی مثل کربنات کلسیم و خاک رس، و مواد آلی محلول، سیستم تمایل به ناپایداری دارد.
آلوم با خنثی کردن بار منفی سطح الیاف و کلوئیدها، شرایط را برای عملکرد بهتر پلیمرهای کاتیونی و فلوکولانت‌ها فراهم می‌کند.

به‌گزارش Taoyuan Chemical و SDTQ Tech، سولفات آلومینیوم بدون آهن می‌تواند:

• 🔹 نگه‌داشت فیلر و فاین‌ها را به‌طور محسوس افزایش دهد.
• 🔹 درینج را بهبود داده و امکان افزایش سرعت ماشین را فراهم کند.
• 🔹 بدون ایجاد ته‌رنگ زرد، برای تولید کاغذهای سفید و تحریر به‌کار رود.

در کنار آلوم، استفاده از پلی‌اکریل‌آمیدهای کاتیونی و فیکسینگ‌اِیجنت‌ها (Fixing Agents) مانند محصولات معرفی‌شده در Chemipaz – Retention Aids می‌تواند ساختار فلوک‌ها را پایدارتر و رفتار ماشین را قابل پیش‌بینی‌تر کند.

جدول نقش‌های کلیدی سولفات آلومینیوم در خط کاغذسازی

کاربرد	محل استفاده در خط	محدوده دوز معمول	اثر اصلی
سایزینگ داخلی با رزین	مخزن خمیر و Wet End	۵ تا ۱۵ kg/ton خمیر خشک	افزایش مقاومت به نفوذ آب و جوهر
نگه‌داشت فیلر و فاین	Retention System / Headbox	۲ تا ۸ kg/ton	کاهش هدررفت فیلر و بهبود راندمان اقتصادی
بهبود درینج	Wire Section	۲ تا ۶ kg/ton	افزایش سرعت ماشین و کاهش مصرف انرژی خشک‌کن
تنظیم pH خمیر اسیدی	سیستم آماده‌سازی خمیر	بر اساس قلیائیت آب ورودی	حفظ pH در محدوده ۴٫۵ تا ۵٫۵ برای سیستم رزین–آلوم
تصفیه آب سفید و پساب داخلی	سیستم White Water / DAF	۱۰ تا ۵۰ mg/L در آب	کاهش SS، بازیافت فیبر و فیلر، شفاف‌تر شدن مدار آب

تأثیر سولفات آلومینیوم بر کیفیت، ماندگاری و رنگ کاغذ

انتخاب گرید مناسب آلوم، به‌خصوص از نظر مقدار آهن، مستقیماً روی رنگ، دوام و ماندگاری کاغذ اثر دارد.
مطالعات Abbey Newsletter نشان می‌دهد که استفاده بی‌رویه از آلوم با ناخالصی فلزی بالا، می‌تواند در بلندمدت سرعت پیری و اسیدی شدن کاغذ را افزایش دهد.
به همین دلیل، در تولید کاغذهای تحریر و آرشیوی، استفاده از سولفات آلومینیوم Iron-Free توصیه می‌شود.

در کاغذهای معمولی چاپ و بسته‌بندی، آلوم علاوه بر کمک به سایزینگ، به‌عنوان عامل تقویت‌کننده هم شناخته می‌شود.
به‌گزارش SDTQ – Iron-Free Aluminum Sulfate، افزودن آلوم در دوز کنترل‌شده می‌تواند شاخص‌های مقاومت مکانیگی مانند ترکیدن (Burst)، کشش (Tensile) و استحکام تا شدن را بهبود دهد، بدون این‌که رنگ کاغذ را کدر کند.

در سیستم‌های مبتنی بر فیلر کربنات کلسیم، انتخاب درست گرید آلوم و کنترل pH اهمیت بیشتری پیدا می‌کند. زیرا در pH‌های نامناسب، آلوم می‌تواند باعث ناپایداری کربنات و ایجاد رسوب روی جذب‌کن‌ها، وایر و فلت‌ها شود.

سولفات آلومینیوم — از Wet End تا White Water؛
هنوز هم یکی از مطمئن‌ترین ابزارهای مهندسان برای کنترل کیفیت و ثبات فرایند در صنعت کاغذسازی است.