蒸发器钙结垢是制浆造纸碱回收过程中普遍存在的严重问题,它制约着碱回收系统的正常运行。为此,研究者对控制和减少蒸发器钙结垢的产生进行了大量研究。然而,现有的相关研究主要集中在探讨如何除垢以及结垢的形成。关于在制浆过程中形成蒸发器钙结垢的草酸根、碳酸根和溶解钙产生规律的研究报道甚少。而对制浆过程中草酸根和碳酸根来源的研究更为鲜见。基于上述情况,本论文通过新建立的分析方法研究碱法制浆过程中草酸根、碳酸根和钙离子的生成规律及其来源,目的在于通过对制浆过程中碳酸根、草酸根和钙离子生成规律的研究有效地控制制浆废液中容易引起蒸发器钙结垢物质的产生。这对于深化蒸发器钙结垢问题的认识,控制和减少蒸发器的钙结垢程度,提高生产过程的能源利用效率,以及保证生产的正常运行,将具有重要的指导意义。围绕上述研究目的,本论文采用典型的碱法制浆工艺条件,以南方松和相思木为原料,结合本论文建立的顶空气相色谱法测定制浆废液中草酸根的新方法,揭示了碱法制浆过程中草酸根的生成规律。结果表明,相思木中草酸根的含量高于南方松,约为南方松的6~7倍。在碱法制浆过程中草酸根的形成是随着蒸煮过程的进行而逐渐增加的。在碱法蒸煮的早期阶段草酸根随时间增加的生成速率较快。初始有效碱的浓度越高,蒸煮初期形成的草酸根的量越多。相思木与南方松在相同的条件下进行碱法蒸煮,相思木所产生的草酸根的量高于南方松。研究了主要工艺参数(如时间、H因子、用碱量和硫化度等)对碱法制浆过程中草酸根生成的影响。从而建立描述碱法制浆过程黑液中草酸根生成的动力学数学模型。将该数学模型应用于南方松和相思木碱法制浆过程,其预测值与实验测定值的线性相关系数R2分别为0.981和0.963,这表明其预测具有较高的准确性。同时,还揭示了碱法制浆过程中草酸根的来源,明确了碱法蒸煮过程中除了原料本身会释放溶出一部分草酸根外,木素和碳水化合物的降解也可以产生草酸根。通过对碱法制浆过程中碳酸根的研究发现,在碱法制浆过程中碳酸根的形成随着蒸煮过程的进行而逐渐增加。相思木与南方松在相同的条件下进行碱法蒸煮,相思木所产生的碳酸根的量高于南方松。根据碳酸根的形成与H-因子和初始有效碱浓度的关系,建立了碱法蒸煮南方松和相思木过程中碳酸根产生的动力学数学模型。该模型的预测值与实验测得值之间有良好的线性关系,证明该数学模型的预测具有较高的准确性。进一步研究表明,在碱法蒸煮过程中木素和碳水化合物的降解都可以产生碳酸根。通过对不同蒸煮过程中溶解钙的研究揭示了其生成规律,阐述了蒸煮时间、溶解木素、草酸根和碳酸根等对溶解钙离子生成的影响。结果发现:溶解钙离子随着蒸煮时间的增加而增加的,在碱法蒸煮的早期阶段溶解钙随时间增加的速率较快。硫酸盐法蒸煮黑液中溶解性钙离子的浓度大于烧碱法。黑液中溶解钙的含量是与溶出木素的含量成正比与碳酸根和草酸根的含量成反比关系。溶解木素与钙离子的络合稳定常数为102。当黑液中的碳酸根和草酸根总浓度大于0.3mol/L时,可有效地控制黑液中溶解钙的含量。同时,揭示了氧脱木素过程中草酸根的生成规律,探讨了氧脱木素工艺条件对草酸根生成的影响。研究得出:在氧脱木素过程中草酸根的生成与时间呈线性关系,随着氧脱木素过程的进行草酸根的含量逐渐增加。氧脱木素的温度对草酸根形成有显著的影响,提高温度会增加氧脱木素过程中草酸根的形成。在其它条件相同的情况下,用碱量由2.5%增加至3.5%时,氧脱木素废液中草酸根的含量也有所增加。而氧压对草酸根的形成影响不大。研究了氧脱木素过程中草酸根的形成与溶解木素和卡伯值的关系。根据草酸根的形成与卡伯值的关系,建立氧脱木素过程中草酸根生成的动力学数学模型。该数学模型的预测具有较高的准确性,其预测值和测定值的线性相关系数R2为0.969,可以将其用于给定纸浆的氧脱木素废液中草酸根含量的预测。此外,还揭示了热水和碱预抽提过程中草酸根和碳酸根的生成规律,探讨了热水和碱预抽提对蒸煮过程中草酸根和碳酸根的形成、黑液性质和纸浆性能的影响。得出:热水和碱预抽提可以减少南方松和相思木碱法制浆黑液中碳酸根和草酸根的含量。通过预抽提可以提高蒸煮过程中有效碱的作用效率,增加木素的溶出,减少制浆过程中甲醇的产生。本研究不仅有助于改进制浆工艺,建立结合生物质精炼的制浆新模式和控制钙结垢物质的产生,还有利于深化对产生蒸发器钙结垢物质来源的认识,为控制蒸发器钙结垢、提高能源利用效率提供了新的途径。