استخدام كبريتات الألومنيوم في صناعة الورق؛ من التكوين الحجمي إلى الاحتفاظ بالحشو وتحسين نزح الماء

إذا كنت تشارك في إنشاء أو تشغيل خط إنتاج للورق، فربما لا يكون هذا الاسم غريبًا عليك: كبريتات الألومنيوم أو ما يُسمى بـ«الألوم» في لغة المصنع.
مادة بسيطة وقابلة للذوبان، كانت لسنوات عديدة تمسك بزمام التحكم في التكوين الحجمي، الاحتفاظ بالحشو ونزح الماء في قسم Wet End لآلة الورق.

من لفات الصحف الحمضية إلى الكرتون المعاد تدويره وصناديق التغليف، يعمل الألوم جنبًا إلى جنب مع الراتنج (Rosin) والبوليمرات، مؤثرًا على مقاومة اختراق الماء والحبر، وكذلك على استقرار العملية، النزح (Drainage) والاحتفاظ بالجزيئات الدقيقة.

وفقًا للبيانات المنشورة في TAPPI Journal (2022)، لا تزال مركبات الألومنيوم مستخدمة كـ عامل تكوين حجمي ومساعد للاحتفاظ في معظم خطوط إنتاج الورق الحمضية وشبه الحمضية حول العالم.

في الأنظمة القائمة على الراتنج–الألوم (Rosin–Alum)، تتمثل مهمة الألوم في تثبيت الراتنج على الألياف، وتجميع الغرويات المزعجة، والحفاظ على درجة الحموضة للعجينة في النطاق المناسب.
ببساطة: بدون الألوم، يتصرف الراتنج بشكل غير منتظم، تضيع المواد الحاشية ويفسد نزح الآلة.

«يعمل الألوم في آلة الورق مثل شرطي مرور كيميائي؛ يرتب الشحنات السالبة، الجزيئات الدقيقة والمواد الحاشية بحيث يتشكل الورق على السلك بشكل منتظم، مقاوم ويمكن التحكم فيه.»
المصدر: JRJ Elementix – Aluminium Sulfate in Paper Industry

في هذه المقالة، سوف نفحص استخدام كبريتات الألومنيوم في صناعة الورق من منظور مهندس عملية ومشغل:

من التكوين الحجمي الداخلي (Internal Sizing) بالراتنج، إلى الاحتفاظ بالمواد الحاشية، التحكم في الملوحة وتنقية الماء الأبيض (White Water). إذا كنت تواجه مشكلة نفاذية الورق، تناثر الحبر، فقدان المقاومة، أو هدر المواد الحاشية في النظام، فإن هذا الدليل لك.

لمشاهدة الدرجات المناسبة لصناعة الورق، خاصة كبريتات الألومنيوم الخالية من الحديد (Iron-Free) ذات اللون الأبيض والنقاوة العالية، يمكنك زيارة المرجع المتخصص aluminium-sulfate.com.

ما هي كبريتات الألومنيوم ولماذا تستخدم في صناعة الورق؟

كبريتات الألومنيوم (Al₂(SO₄)₃) هو ملح معدني قابل للذوبان في الماء، عند ملامسته لعجينة الورق، يطلق أيونات الألومنيوم (Al³⁺).
تتفاعل هذه الأيونات مع الهيدروكسيدات والأنيونات الموجودة في النظام وتخلق مجموعة متنوعة من أنواع الألومنيوم التي تؤثر كل منها على سلوك العجينة.

الدوران الرئيسيان للألوم في صناعة الورق هما:

• ⚙️ التكوين الحجمي الداخلي (Internal Sizing) مع الراتنج (Rosin Size) للتحكم في نفاذية الماء والحبر
• ⚙️ الاحتفاظ بالمواد الحاشية والجزيئات الدقيقة عن طريق تحييد الشحنة السالبة وإنشاء كُتل مستقرة
• ⚙️ تحسين النزح وسرعة الآلة عن طريق تقليل المواد العالقة وضبط الغرويات
• ⚙️ ضبط درجة الحموضة والقلوية في النطاق الحمضي المناسب للراتنج–الألوم
• ⚙️ معالجة الماء الأبيض واستعادة العجينة والمواد الحاشية من تيارات المياه المستعملة الداخلية

وفقًا لـ Almawatech، تُعرف كبريتات الألومنيوم في صناعة الورق كـ عامل مساعد للاحتفاظ والنزح وتؤثر بشكل مباشر على مقاومة الورقة واستقرار الإنتاج.

يلعب هذا المركب دورًا بارزًا خاصة في الخطوط التي تستخدم العجينة الميكانيكية والمعاد تدويرها؛ لأن الجزيئات الدقيقة والمواد الحاشية كثيرة، وإذا لم يتم التحكم فيها، فمن السهل فقدها من النظام.

دور كبريتات الألومنيوم في التكوين الحجمي الداخلي (Internal Sizing)

في أنظمة التكوين الحجمي الكلاسيكية، يُضاف الراتنج (Rosin) على شكل مستحلب كاتيوني أو أنيوني إلى العجينة.
الراتنج بمفرده لا يمتلك القدرة الكافية على الالتصاق بالألياف ويحتاج إلى «مرساة كيميائية».
هنا يأتي دور الألوم.

تتفاعل أيونات الألومنيوم مع الراتنج وتخلق مركبات تتثبت على سطح الألياف.
هذه الطبقة الرقيقة تجعل سطح الألياف أكثر كارهًا للماء وتقلل من نفاذية الورق للماء، الحبر والمحاليل المائية.

أظهرت دراسات BioResources أن ضبط نسبة الراتنج إلى الألوم في أوراق الكرتون المعاد تدويرها يؤثر مباشرة على مقاومة اختراق الماء وتجانس التكوين الحجمي.

عمليًا، تحتفظ العديد من المصانع بنسبة الراتنج إلى الألوم في نطاق ١ إلى ٣ حتى ١ إلى ٥ (بناءً على الوزن الجاف).
النسب الأقل تؤدي إلى تكوين حجمي ضعيف والنسب الأعلى تؤدي إلى استهلاك غير مبرر للألوم وزيادة الحمأة الكيميائية.

التحكم في درجة الحموضة في نظام الراتنج–الألوم

كيمياء الألوم في عجينة الورق تعتمد بشدة على درجة الحموضة.
عند درجة حموضة حوالي ٤٫٥ إلى ٥٫٥، تكون أنواع الألومنيوم النشطة أكثر استقرارًا ويظهر نظام الراتنج–الألوم أفضل أداء في التكوين الحجمي.

في درجة حموضة أعلى، يتحول الألوم بسرعة إلى هيدروكسيد ألومنيوم غير قابل للذوبان وتنخفض فعاليته في تثبيت الراتنج.

وفقًا للبيانات المنشورة في JRJ Elementix و Rosin Sizing Agent Data، يعتبر نطاق درجة الحموضة ٤٫٥ إلى ٥٫٥ هو النطاق الأمثل لمعظم أنظمة الراتنج–الألوم.

الخروج من هذا النطاق يؤدي إلى:

• 🔸 ضعف التكوين الحجمي الداخلي ويصبح الورق أكثر محبة للماء.
• 🔸 زيادة ترسب هيدروكسيد الألومنيوم على الفلت، السلك وقسم هيدبوكس.
• 🔸 اضطراب النزح وتشكيل الورقة على السلك.

ولهذا السبب، في العديد من الخطوط، يتم التحكم في درجة حموضة العجينة الداخلة إلى Headbox عبر الإنترنت، ويتم ضبط جرعة الألوم، حمض الكبريتيك والبيكربونات بناءً على ذلك.

كبريتات الألومنيوم كمساعد للاحتفاظ والنزح

بالإضافة إلى التكوين الحجمي، يلعب الألوم دورًا مهمًا كـ Retention Aid و Drainage Aid.
في العجائن التي تحتوي على الكثير من الجزيئات الدقيقة، مواد حاشية مثل كربونات الكالسيوم والطين، ومواد عضوية ذائبة، يميل النظام إلى عدم الاستقرار.
يقوم الألوم بتحييد الشحنة السالبة على سطح الألياف والغرويات، مما يهيئ الظروف لأداء أفضل للبوليمرات الكاتيونية والمخثرات.

وفقًا لتقرير Taoyuan Chemical و SDTQ Tech، يمكن لكبريتات الألومنيوم الخالية من الحديد أن:

• 🔹 تزيد الاحتفاظ بالمواد الحاشية والجزيئات الدقيقة بشكل ملحوظ.
• 🔹 تحسن النزح وتتيح إمكانية زيادة سرعة الآلة.
• 🔹 تستخدم لإنتاج أوراق بيضاء وكتابة دون إحداث اصفرار.

إلى جانب الألوم، يمكن أن يؤدي استخدام البولي أكريلاميدات الكاتيونية وعوامل التثبيت (Fixing Agents) مثل المنتجات المقدمة في Chemipaz – Retention Aids إلى جعل بنية الكتل أكثر استقرارًا وسلوك الآلة أكثر قابلية للتنبؤ.

جدول الأدوار الرئيسية لكبريتات الألومنيوم في خط إنتاج الورق

التطبيق	مكان الاستخدام في الخط	نطاق الجرعة المعتاد	التأثير الرئيسي
التكوين الحجمي الداخلي بالراتنج	خزان العجينة و Wet End	٥ إلى ١٥ kg/ton عجينة جافة	زيادة مقاومة اختراق الماء والحبر
الاحتفاظ بالمواد الحاشية والجزيئات الدقيقة	نظام الاحتفاظ / Headbox	٢ إلى ٨ kg/ton	تقليل هدر المواد الحاشية وتحسين الكفاءة الاقتصادية
تحسين النزح	قسم السلك (Wire Section)	٢ إلى ٦ kg/ton	زيادة سرعة الآلة وتقليل استهلاك الطاقة للمجففات
ضبط درجة الحموضة للعجينة الحمضية	نظام تحضير العجينة	على أساس قلوية مياه التغذية	الحفاظ على درجة الحموضة في نطاق ٤٫٥ إلى ٥٫٥ لنظام الراتنج–الألوم
معالجة الماء الأبيض والمياه المستعملة الداخلية	نظام White Water / DAF	١٠ إلى ٥٠ mg/L في الماء	تقليل المواد الصلبة العالقة، استعادة الألياف والمواد الحاشية، جعل دائرة المياه أكثر وضوحًا

تأثير كبريتات الألومنيوم على جودة، متانة ولون الورق

اختيار درجة الألوم المناسبة، خاصة من حيث كمية الحديد، يؤثر مباشرة على لون، متانة وطول عمر الورق.
تظهر دراسات Abbey Newsletter أن الاستخدام المفرط للألوم مع شوائب معدنية عالية، يمكن أن يزيد على المدى الطويل من سرعة شيخوخة وتحول الورق إلى حمضي.
ولهذا السبب، في إنتاج أوراق الكتابة والأرشفة، يُنصح باستخدام كبريتات الألومنيوم الخالية من الحديد Iron-Free.

في أوراق الطباعة والتغليف العادية، يُعرف الألوم بالإضافة إلى مساعدته في التكوين الحجمي، كـ عامل مقوٍّ أيضًا.
وفقًا لتقرير SDTQ – Iron-Free Aluminum Sulfate، يمكن لإضافة الألوم بجرعة مضبوطة أن تحسن مؤشرات المقاومة الميكانيكية مثل الانفجار (Burst)، الشد (Tensile) ومقاومة الطي، دون أن تجعل لون الورق باهتًا.

في الأنظمة القائمة على المواد الحاشية من كربونات الكالسيوم، يكتسب اختيار درجة الألوم الصحيحة والتحكم في درجة الحموضة أهمية أكبر. لأنه في درجات الحموضة غير المناسبة، يمكن أن يتسبب الألوم في عدم استقرار الكربونات وخلق رواسب على الماصات، السلك والفلتات.

كبريتات الألومنيوم — من Wet End إلى White Water؛
لا تزال واحدة من أكثر أدوات المهندسين موثوقية للتحكم في الجودة واستقرار العملية في صناعة الورق.