教学素材：造纸黑液的处理方法

【教学素材】 造纸黑液的处理方法 湖北省石首市文峰初级中学 刘涛（正高级教师） 【知识链接】造纸黑液是碱法制浆过程中产生的高浓度废液‌，颜色深黑、碱性很强，里面混着木质素、半纤维素和各种碱类物质，直接排掉会严重污染环境。 一、造纸黑液的来源与危害 造纸黑液主要来自造纸厂的蒸煮制浆环节，用烧碱法或硫酸盐法处理木材、秸秆等原料时，纤维素被留下来做成纸浆，而木质素、半纤维素等成分就溶进了蒸煮液里变成黑液 。每生产1吨纸浆大约会产生10吨黑液，其固体含量约15%，其中有机成分占三分之二，无机成分占三分之一 。黑液里含有氢氧化钠、硫化钠等无机物，还有木素、树脂、淀粉等有机物，pH值通常很高，麦草制浆黑液pH可达12.5～13。 黑液污染物排放量占整个造纸工业污染总量的90%以上，直接排入水体会让水变黑发臭、消耗大量溶解氧，高浓度有机污染物会让生化耗氧量（BOD）高达5000～40000g/L。强碱性物质会使水体pH值急剧升高，破坏水体环境平衡。 二、黑液的处理方法 碱回收法是目前最有效的处理方式，通过提取、蒸发浓缩、燃烧、苛化四个主要工段，可回收90%以上的碱，并产生蒸汽用于发电。浓缩后的黑液在碱回收锅炉中燃烧，有机物燃烧产生热能，无机物转化为熔融物后经石灰处理重新生成蒸煮所需的白液。 碱回收系统技术要求高、设备投资大，目前主要应用于大型造纸厂，中小型纸厂可采用酸析法分离出木素再进行生化处理 。黑液中的木质素还能提取出来做成木质素磺酸盐，用在混凝土减水剂、水煤浆分散剂等领域实现资源化利用。 【同步训练设计】 1．同学们在实践活动时参观了造纸厂，了解到现代造纸常用竹麻为主要原料，向其中加入烧碱、纯碱，充分反应后捣碎并过滤得到黑液（因含有机成分，颜色为黑色）和纸浆。参观结束后，他们带回了一些黑液样品探究黑液中的溶质成分。 【作出猜想】同学们猜想黑液中的溶质成分为NaOH、Na2CO3中的一种或两种。 【进行实验】 实验方案 实验现象 实验结论 步骤1：取少量黑液于试管中，向其中滴加足量的Ba(OH)2溶液 产生白色沉淀 黑液中含有Na2CO3 步骤2：取少量黑液于试管中，向其中滴加适量的 。 产生蓝色沉淀 液中含有NaOH 【交流讨论】（1）写出步骤1中产生白色沉淀的化学方程式 。 （2）同学们讨论后提出该方案存在不严谨之处，请你指出并加以改正 。 【实践反思】（3）通过以上探究证实造纸过程产生的黑液呈强碱性，不符合我国《制浆造纸工业水污染排放标准》，无法直接排放。若你是造纸厂的技术人员，请写出一条处理措施 。 1 2．（2026•内蒙古）造纸术是我国的四大发明之一。碱法制浆是造纸的核心工艺，利用NaOH等化学药剂高温蒸煮木材或秸秆，将木质素溶解分离，留下纤维素用于造纸，这个过程氢氧化钠会转化为碳酸钠。洗涤纸浆后排出的废水即为“造纸黑液”。黑液呈强碱性（pH约11.5～12.5）富含木质素等。若直接排放会严重污染水体。 （1）某同学想用pH试纸测所得黑液的大致pH，小组同学马上制止了他，他们改用pH计测得废液pH为11.9，小组同学制止他的原因是 ，除去废液中的色素可加入 ；为了探究黑液中是否还含有氢氧化钠，除酚酞外，请你提供一个可以选择的试剂及用量： 。 （2）某造纸厂在生产过程中会产生含氢氧化钠的废水，需处理至中性后再排放。环保小组取100 g该废水样品于烧杯中，然后逐滴加入溶质质量分数为9.8%的稀硫酸进行中和处理。废水样品的pH变化和滴加稀硫酸的质量关系如图所示。则100 g该造纸废水样品中，所含氢氧化钠的质量是多少？（写出计算过程） 3．某兴趣小组开展研学实践活动，对我国古代造纸技术、现代造纸污水处理及造纸发展前景等进行了项目式探究。 任务一：了解我国古代造纸技术 【查阅资料】我国古代手工造纸以麻、木材、竹等为原料，经过浸泡、发酵、蒸煮、漂白、打浆、捞纸、干燥等多道工序制作而成。 【分析交流】（1）干燥的目的是 。 任务二：调查造纸污水处理方法 【咨询专家】同学们通过实地走访，咨询某造纸厂技术专家，了解到制造纸浆产生的“黑液”是主要污染源。处理方法是将“黑液”浓缩后先在燃烧炉中进行灼烧，转化为纯碱，溶解后，加入生石灰和水将其苛化，再将苛化产生的“白泥”进行高温煅烧，苛化后的澄清液体被称为“白液”。 【小组讨论】（2）煅烧“白泥”的目的是 。 任务三：探究污水处理车间“白液”的成分 【猜想假设】（3）猜想1：NaOH；猜想2： ；猜想3：NaOH和Na2CO3. 【实验验证】（4）同学们设计如下实验方案进行验证： 实验步骤 实验现象 实验结论 Ⅰ．取少量“白液”于试管中，加入足量稀盐酸 无气泡产生 猜想 不成立 Ⅱ．另取少量“白液”于试管中，滴加几滴碳酸钾溶液 猜想2成立 【反思评价】（5）步骤Ⅱ中发生反应的化学方程式为 。 任务四：搜索污水处理相关信息 （6）《制浆造纸工业水污染物排放标准》中要求所排放废水的pH为6～9，可用 检测废水的酸碱度。 (7)鉴于造纸厂对于原料、运输、水、电，特别是环境保护等方面的需求，其建厂地最好选在 处（填“A”“B”或“C”，图中箭头表示水流方向）。 任务五：展望造纸发展前景 【信息检索】（8）我国造纸工艺一直在不断改进，现阶段，利用方解石(主要成分为CaCO3)造纸已较为普遍。利用方解石作原料造纸的优点是 （写一条）。 4．某校兴趣小组从化学视角对我国造纸工艺开展了系列研学活动。 （1）活动一：了解我国古代造纸技术 【查阅资料】我国古代手工造纸以麻、木材、竹等为原料，经过如图多道工序而制成。 【分析交流】古代造纸过程中步骤1用到的生石灰（CaO），是在石灰窑中高温煅烧石灰石得到的，请写出制取生石灰的化学方程式 。 同学们对黑液成分产生兴趣，将少量黑液带回实验室进行探究。 （2）活动二：探究黑液成分 【提出问题】黑液中除了有机物还有哪些成分呢？ 【查阅资料】①黑液呈碱性； ②氢氧化钙与草木灰（主要成分为碳酸钾）反应生成氢氧化钾和碳酸钙。 【提出猜想】猜想一：KOH； 猜想二：和； 猜想三：和。 【实验方案】该兴趣小组分别设计如下实验方案进行探究 实验方案 实验操作 实验现象 实验结论 方案一 ①取适量黑液于试管中，向其中滴加Na2CO3溶液，观察现象。 试管中无明显现象 猜想 成立 ②另取适量黑液于容器中，将二氧化碳传感器置于其中，然后逐滴加入H2SO4溶液至过量，得到CO2的浓度变化图像。 向黑液中加入H2SO4溶液过程中CO2浓度变化情况（见下图） 方案二 取适量黑液于试管中，向其中滴加 溶液，观察现象。 试管中有______生成 ①化学方程式为 。 ②与方案一结论一致 【废液处理】 造纸会产生碱性废水，加酸调节至接近中性方可排放，生成的盐可用来制备 肥。促进植物生长，增强抗倒伏能力。 （3）活动三：展望造纸发展前景 现代壁纸、包装纸要求纸张具有阻燃性，氢氧化铝是常见的阻燃剂，其受热至开始分解生成氧化铝和水，氧化铝覆盖在纸张表面，起到 作用。 【成果分享】通过研学实践，同学们认识到造纸术是我国劳动人民长期经验的积累和智慧的结晶，是人类文明史上一项杰出的发明创造，并且在不断创新中传承。 参考答案 1．（1）CuCl2或CuSO4溶液；（1）Na2CO3＋Ba(OH)2＝BaCO3↓＋2NaOH；（2）不严谨之处：步骤1中加入足量的Ba(OH)2溶液引入OH－离子，干扰步骤2中氢氧化钠的检验，更正：加入BaCl2溶液或Ba(NO3)2溶液；（3）加酸（如稀盐酸）与碱反应，将pH调至中性；或回收NaOH等碱，经提纯后循环用于造纸过程，实现废物资源化。 2．（1）废液呈黑色，会影响pH试纸显色（合理即可）；活性炭；过量的CaCl2溶液或BaCl2溶液（合理即可）；（2）氧化钠的质量为4g。 3．（1）除去纸中水分；（2）回收生石灰；（3）NaOH和Ca(OH)2；（4）3有白色沉淀产生； （5）K2CO3＋Ca(OH)2＝CaCO3↓＋2KOH；（6）pH试纸；（7）B；（8）节约木材资源（合理即可）。 4．（1）CaCO3 ( 高温 )CaO＋CO2↑；（2）二；CaCl2（合理即可；白色沉淀；CaCl2＋K2CO3＝CaCO3↓＋2KCl；（试剂与②对应即可）；钾；（3）隔绝氧气（合理即可）。 学科网（北京）股份有限公司 $