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管理人の紙コンサルこと、べぎやすです。
今回は、製紙業界の緑液とは？黒液燃焼後の
スメルトを水に溶かしたアルカリ液
というお話。
製紙業界では、紙を作る工程だけでなく、
薬品を回収して再利用する仕組みも
重要な役割を担っています。
その中で登場するのが
「緑液（りょくえき）」です。
一般の人にはあまり馴染みのない言葉ですが、
クラフトパルプ製造における薬品回収工程では
欠かせない存在となっています。
緑液は、黒液を燃焼させた後に発生する
スメルトを水に溶解して作られる
強アルカリ性の液体です。
この液体はさらに処理されて白液へと変換され
木材チップからパルプを製造する蒸解工程で
再び利用されます。
ここでは、製紙業界における緑液とは何か、
どのように生成されるのか、
黒液やスメルトとの関係、
化学的な役割や設備上の重要性まで
詳しく解説します。
ということで。
この記事では、製紙の黒液とは？
パルプ洗浄後のリグニンや薬品を含んだ薬液
について
管理人が調べたことを
お伝えしたいと思います。
製紙工場の薬品回収工程で重要な緑液とは
製紙工場、とくにクラフトパルプ工場では
大量の薬品が使用されています。
木材からセルロース繊維を取り出すためには、
水酸化ナトリウムや硫化ナトリウムなどの
薬品が必要です。
これらの薬品を毎回新しく購入していては
コストが非常に高くなります。
そのため製紙工場では薬品回収設備を設け、
使用済み薬品を回収して再利用しています。
この薬品回収サイクルの中間工程で
生成されるのが緑液です。
緑液は薬品回収ボイラーと苛性化設備を
つなぐ重要な役割を持っており、
クラフトパルプ製造を支える
基幹プロセスの一つとなっています。
緑液とは黒液燃焼後のスメルトを水に溶かしたアルカリ液
緑液とは、回収ボイラー内で黒液を
燃焼させた際に生成される「スメルト」を
水に溶解して作られる
アルカリ性溶液のことです。
スメルトとは、黒液中に含まれていた
無機薬品成分が高温で溶融した
状態の物質を指します。
見た目は溶けた金属のような
赤橙色の液体であり、
主成分は炭酸ナトリウム（Na₂CO₃）と
硫化ナトリウム（Na₂S）です。
このスメルトをスメルトディゾルバーと
呼ばれる設備で弱液や水に溶解すると、
緑色がかった液体になります。
この色合いから「緑液」と
呼ばれるようになりました。
実際には鮮やかな緑色というよりも、
やや暗い緑褐色や黄緑色に
近い色調を示すことが多く、
硫化物成分や微細な不純物の影響によって
独特の外観を持っています。
緑液の主成分は以下の通りです。
- 炭酸ナトリウム（Na₂CO₃）
- 硫化ナトリウム（Na₂S）
- 硫酸ナトリウム（Na₂SO₄）
- 微量のチオ硫酸塩
- 不溶解物（グリーンリカー・ドレッグス）
これらの成分が混在することで、
強いアルカリ性を示す液体となっています。
黒液から緑液が生成されるまでの流れ
緑液を理解するためには、
まず黒液について知る必要があります。
クラフトパルプ法では、
木材チップを白液で蒸解して
セルロース繊維を取り出します。
この工程で木材中のリグニンが溶解し、
使用済み薬品と混ざり合った液体が黒液です。
黒液には次のような成分が含まれています。
- リグニン由来の有機物
- ヘミセルロース分解物
- 使用済み蒸解薬品
- ナトリウム化合物
- 硫黄化合物
黒液はまず多重効用蒸発缶によって
濃縮されます。
濃縮後の黒液は固形分濃度が高まり、
燃料として利用できる状態になります。
その後、回収ボイラーへ送られ燃焼されます。
燃焼によって有機物は
熱エネルギーとして利用され、
蒸気や電力を生み出します。
一方で無機薬品成分は炉床部に集まり、
高温で溶融したスメルトとなります。
回収ボイラー炉底部から排出された
スメルトはスメルトスパウトを通って
スメルトディゾルバーへ落下します。
ここで水または弱液と接触することで
急速に溶解し、緑液が生成されます。
つまり薬品回収工程の流れは
以下のようになります。
白液 → 蒸解 → 黒液 → 濃縮 →
回収ボイラー → スメルト → 緑液
この流れによって薬品の
循環利用が実現されています。
緑液が白液へ変換される苛性化工程
緑液はそのままでは蒸解薬品として
十分な性能を持っていません。
なぜなら主成分の一つである炭酸ナトリウムは
木材中のリグニンを効率的に分解する能力が
水酸化ナトリウムほど高くないためです。
そこで緑液は苛性化工程へ送られます。
苛性化工程では石灰キルンから
供給された生石灰（CaO）を利用します。
まず生石灰を水と反応させて
消石灰（Ca(OH)₂）を生成します。
その後、緑液中の炭酸ナトリウムと
反応させます。
代表的な反応式は以下の通りです。
Na₂CO₃ + Ca(OH)₂
→2NaOH + CaCO₃
この反応によって炭酸ナトリウムが
水酸化ナトリウムへ変換されます。
生成された液体が白液です。
白液には蒸解に必要な以下の
薬品成分が含まれます。
- 水酸化ナトリウム（NaOH）
- 硫化ナトリウム（Na₂S）
白液は再び蒸解工程へ送られ、
木材チップからパルプを
製造するために利用されます。
一方、反応によって生成した
炭酸カルシウム（CaCO₃）は
石灰泥（ライムマッド）として分離され、
石灰キルンで焼成されて
再び生石灰へ戻されます。
このように薬品だけでなく石灰も
循環利用されている点が特徴です。
緑液の設備管理と安全上の重要ポイント
緑液は強アルカリ性を示すため、
設備管理や安全対策が極めて重要です。
一般的にpHは12以上となり、
皮膚や眼に接触すると重大な化学火傷を
引き起こす可能性があります。
また、緑液中には硫化物が含まれているため、
条件によっては硫化水素ガスが発生する
リスクもあります。
そのため製紙工場では以下のような
管理が行われています。
- 密閉設備による取り扱い
- 耐アルカリ材料の使用
- ガス監視装置の設置
- 保護具の着用徹底
- 液位や濃度の常時監視
さらに緑液にはドレッグスと呼ばれる
不溶解物が含まれています。
ドレッグスは砂分や金属酸化物、
未溶解成分などから構成されており、
そのまま苛性化工程へ送ると
設備トラブルの原因になります。
そのため
グリーンリカークラリファイヤーなどの
沈降設備を用いて不純物を除去します。
この浄化工程によって苛性化反応の
効率向上や設備保護が実現されています。
また近年では薬品回収率向上や
エネルギー効率改善の観点から、
緑液濃度や硫化度をリアルタイムで
監視するシステムも導入されています。
緑液品質は最終的な白液品質や
パルプ品質にも影響するため、
製紙工場の操業管理において非常に
重要な管理項目となっています。
管理人のまとめ
今回は、製紙業界の緑液とは？黒液燃焼後の
スメルトを水に溶かしたアルカリ液
というお話でした。
緑液とは、回収ボイラーで黒液を
燃焼した際に生成されるスメルトを
水に溶解して得られるアルカリ性溶液です。
主成分は炭酸ナトリウムと
硫化ナトリウムであり、
クラフトパルプ製造における
薬品回収サイクルの中間生成物として
重要な役割を担っています。
黒液から回収された無機薬品はスメルトとなり
緑液へ変換された後、苛性化工程によって
白液へ再生されます。
そして再び蒸解工程で利用されることで、
薬品の循環利用が実現されています。
製紙工場における緑液は単なる中間液ではなく
薬品回収効率や操業安定性、
エネルギー利用効率に
大きく関わる重要な存在です。
クラフトパルプ製造を支える
基盤技術の一つとして、
現在も多くの製紙工場で活用されています。
緑液、重要な薬液なんですね！
（参考）
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