阔叶木烧碱蒽醌法制浆
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和统计分析 卡伯值采用 T appi方法 T 236 测定。纸浆中的己 烯糖醛酸含量采用 Cha i等人的方法测定。白度的测 定: 采用蒸馏水在涂搪瓷的纸张成形器上抄成定量 2 为 60 g /m 纸片进行测定。 采用蒸馏水在布氏漏斗 中抄造定量约为 300 g /m 浆片进行测定。采用 T app i 标准方法, 在 0 45 MP a 压力下压榨成形。用 Kubel ka -M unk ( 见式 ( 2) ) 通过浆片的白度和光散射系数 ( LSC 或 s ) 计算其光吸收系数 ( LAC 或 k )。采用微 软 Excel 2003 来计算 R 。 k /s = ( 1- R ) / 2 R 2 结果与讨论 2 1 最终光吸收系数与氧脱木素浆料卡伯值的关系 图 1 显示了在漂序为 OD0 EpD1 时, 硫酸盐浆、硫 酸盐 /AQ 浆、 Soda -AQ 浆 ( S AQ )、 AN硫酸盐浆和 AN-Soda AQ ( AN-SAQ ) 浆的光吸收系数 ( LAC ) 与 氧脱木素后卡伯值的关系 ( O 段后 )。 O 为加压氧脱木 素段 , p H 值大于 10 5 ; D0 为 C lO2 脱木 素段, 漂终 p H 值 2~ 3 ; Ep 为碱抽提段, 采用 NaOH 和 H 2 O2 强化 脱木素; D1 为 C l O2 漂白段, 漂终 p H 值 3 7~ 4 3 。图 1 显示了 9 种硫酸盐浆的线性回归方程 R 为 0 9043 。 硫酸盐 /AQ 浆的坐标值落在回归线上。在相同的氧脱 木素卡伯值下, Soda -AQ 浆 ( S AQ ) 的漂终光吸收系 数比硫酸盐浆的高 0 06~ 0 08 m / kg 。在光散射系数 40 m /kg 的情况下 , S AQ 浆与硫酸 盐浆的白 度仅差 0 4个百分点。 SAQ 浆的可漂性较差, 与硫酸盐针叶 木浆和 Soda -AQ 浆氧脱木素后的结果一致。
W orld Pu lp and Paper Vo l 29, N o 1
1 1 原料 在实验室用美国北部的 3种白杨制备了硫酸盐浆 和 Soda -AQ 浆, 研究了它们的可漂性 , 并探讨了实验 室的其他浆料及从 2 个工厂和另外 2 个实验室取来的 浆料。分别采用糖枫、白桦、杨木及 2种东部三叶杨 ( 一种 三 叶 杨 是 自 然 生 长 的 , 另 一 种 是 嫁 接 的 ) 制浆。 1 2 木片预水解段 ( A 段 ) A 段: 液比 4 1 , 在 M& K 间歇式蒸煮器中进行 处理, 处理 温度 120 。 A1 段是在 120 下 处理 30 m in , 同时 在 木片 中加 入 2 % 乙 酸 ( 相 对于 绝干 木 片 ) ; A 2 段是在 120 下处理 60 m in , 不加乙酸。 A 段处理后, 将多余的液体通过冷凝器过滤掉, 木片不 经洗涤直接进入下一段。 1 3 碳酸中和段 ( N 段 ) 一段 ( N1 ) 处理 条件 : 时 间 60 /30 m in , 温度 165 , Na2O 用量 3 5 % ( N a2 CO 3 用量 6 0 % ) 。二 段 ( N 2 ) 处 理条 件: 时 间 30 / 30 m in , 温 度 150 , N a2 O 用量 3 0 % ( N a2 CO 3 用量 5 1 % )。所有 N 段都 在 M& K 蒸煮器中进行 , 液比 4 1 。 N1 段处理后, 将 剩余的液体过滤掉 , 将 NaOH 和 N a2 S 或者 AQ 加入 到蒸煮 液 中, 进 行硫 酸盐 制浆 或 Soda -AQ 法制 浆。 N 2 段处理后, 将制浆废液过滤后排掉。在 Soda -AQ制 浆中加入清水, 同时加入 N aOH 和 AQ。 1 4 制浆条件 大部分实验室制浆采用间歇式蒸煮, 将制浆废液 回用, 硫酸盐制浆条件为 : 液比 5 1 , 活性碱 16 %, 硫化度 25 % 。升温时间 90 m in, 最高温度 165 , 保 温时间 90 / 150 m in 。所有的硫酸盐 白杨浆保温 时间 120 m in (最高温度 165 )。实验室硫酸盐制浆标记 为 KL, 工厂硫酸盐制浆标记为 KU, 硫酸盐蒽醌浆标 记为 KQU。 木片 Soda-AQ 浆 的制浆条件为 : 液比 5 1 , AQ 用量 0 1 % ~ 0 15 % , N aOH 用量 18 % ( N a2 O 用量 14% )。对 AN 制备的木片只用 10 % ~ 12 % 的 N a2 O。 制 浆 采 用 了 6 个 不 同 的 时 间 和 温 度: Soda -AQ 1 ( SAQ 1 ) 升温时间 90 m in , 最高温度 165 , 保温时 间 150 m in ; Soda -AQ 2 ( SAQ2 ) 升温时间 90 m in , 最 高 温 度 170 , 保 温 时 间 90 /120 m in ; Soda -AQ 3
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然而, 并没有试图将 H 2 S 吸附到非水性溶剂中。如 果要获得 硫含量 少于 1 L /L 的合 成气, 就要采 用 Rect iso l ( 冷甲醇 ) 吸附系统。然而该 系统在硫酸盐 浆厂的成本高达 0 75 亿 ~ 1 亿美元。汽化主要用于 不含硫 的制 浆黑 液中, 加 拿 大安 大略 省 ( Ontario ) 的特顿市 ( T renton ) 的半化学法 制浆厂, 采 用汽化 方式来回收能量和 N a2 CO3 已经有 2 年的经验。如果 黑液中的微量硫会给汽化过程带来问题, 可以采用金 属氧化物来吸附 Soda-AQ 制浆过程中的硫。氧化物会 被还原成金属硫化物。硫化物表面氧化后 , 可以再次 获得金属氧化物和 SO2。 SO2 在漂白车间用来抑制氧 化剂的氧化反应。 改善 Soda -AQ 阔叶木浆可漂性的研究是在漂 白 实验开始时完成的 , 这很重要。需要在一个四段 漂 白实验后得出浆的可漂性结论。研究结果 表明, 人 工种植的杨木硫酸盐浆经过四段漂白 后, 氧脱木 素 后纸浆卡伯值和漂白终点纸浆光吸收系数呈线性关 系。卡伯值被广泛用来确定化学浆中的残余木素 含 量 ( 木素含量 0 15 卡伯 值 ) 。氧 脱木 素后的 卡 伯值和漂白终点光吸收系数间线性关系的确定可以 回答下述问题 : 获得的线性关系是否可以广泛 应 用于硫酸盐阔叶木浆中 ; 不同无硫制浆工艺与 硫 酸盐制浆工艺的比较。
研究开发
R esearch& Deve lopment
( SAQ 3 ) 升温时间 60 m in , 最高温度 175 , 保温时
1 实
验
间 60 m in ; Soda -AQ 4 ( SAQ4 ) 升温时 间 90 m in , 最 高温度 180 , 保温时间 60 m in; Soda -AQ 5 ( SAQ5 ) 升温 时 间 60 m in , 最 高 温 度 170 , 保 温 时 间 60 m in ; Soda -AQ 6 ( SAQ6 ) 升温时间 60 m in , 最高温度 165 , 保温时间 90 m in ; Soda -AQ ( SAQ ) 制浆中乙 醇和水的体 积比为 50 50 , AQ 用量 0 10 % , N aOH 用量 18 % , 最高温度 165 ( 升温时间 90 m in , 保温 时间 120 m in ) 。液比 为 5 1 , 记 为 SAQ /E t 。 Soda / MAQ ( S MAQ ) 的液 比 为 5 1 , MAQ 用量 0 12 %, N aOH 用量 18 % , 最高温 度为 165 , 升 温时 间 90 m in , 保温时间 120 m in 。 1 5 螯合处理 Q 段: Na5 DTPA 用量 0 2 % , SO2 用量 2 5 %, 浆 浓 3 % , 温度 80 , 处理时间不低于 30 m in 。处理终 点 pH 值一般为 5 0~ 5 8 , 也可为 4 8~ 6 2 。 1 6 漂白条件 O 段: 在 Quantum M ark I V 反应器中进 行, 浆浓 12 % , 氧压 0 72 MPa , NaOH 用量 2 0 % , MgSO4 7 H2 O 用量 0 5 % , 温度 90 , 时间 1 h 。 P 段: 在塑料袋中进行, 浆浓 12 % , 温度 80 , 时间 2 h , M gSO4 7 H 2O 用 量 0 5 % , H 2O 2 用 量 2 0 % , NaOH 用量 3 0 % 。化学品在室温下与浆料混 合 , 然后在功率为 1 1 k W 的微波下加热到大约 80 再转移到水浴锅中。 D0 段: 在 塑料瓶 中进行 , 浆浓 3 0 % ~ 3 5 %, 温度 70 , 时间 2 h , p H 值约 4 0 ( 加入 C l O2 前 ), 漂终 p H 值 2 6~ 3 0 。在所有情 况下, C l O 2 因子为 0 076 ( C lO2 用量 /进 浆卡伯值 ) 。 Ep段 : 在塑料袋中进行, 浆浓 12 % , 温度 80 , 时间 2 h , N aOH 用量 2 0 % , H 2O2 用量 0 25 %, Mg SO4 7 H 2O 用量 0 1 % 。在室温下化学品与纸浆混合, 然后在功率为 1 1 k W 的微波炉中加热到大约 80 再 转移到水浴锅中。终点 p H 值高于 11 2 。 D1 段: 在 塑 料 袋 中 进 行, 浆 浓 10 %, 温 度 70 , 时间 3 h , Cl O2 用量 0 5 % 。为确保漂终 p H值 在 3 7~ 4 3, 在纸浆中加入 N aOH ( 0 1 % ~ 0 2 % ), 在室温下化学品与纸浆混合。然后在功率为 1 1 k W 的微波炉中加热至 70 再转移到水浴锅中。实验中 先用一半的纸浆进行实验 , 如果废水的终点 p H 值超 出了设定范围, 则用另一半纸浆重复进行漂白实验。
要 : 烧碱蒽醌 ( Soda -AQ) 法制浆作为一种无硫制浆工艺, 其优点是可以改善能量的使用效率,
缺点是漂白浆的白度较低 。实验研究了烧碱蒽醌阔叶木浆的可漂性以及对制浆过程中出现问题的解决 办法。 从对实验室自制的 9 份硫酸盐浆和 1 份取自工厂的浆进行 OD0 EpD1 漂白 , 得到了氧脱木素后 纸浆卡伯值和漂白终点纸浆光吸收系数间的线性关系 ( R = 0 9043) 方程式。 通过比较氧脱木素后 纸浆的卡伯值和终点纸浆的光吸收系数, 对采用 AQ 和 MAQ 作催化剂的 4 种不同的烧碱法浆与传统 的硫酸盐浆的可漂性进行了比较 。研究还发现 , Soda -AQ 浆经过预水解后可漂性可以得到改善 , 其可 漂性与硫酸盐浆相近 。 在 美国 , 木材 制 浆的 主要 工 艺 是硫 酸 盐 法制 浆 , 与其 配套的 高 效碱 回收 系 统可 以 用来 回 收制 浆化 学 药品 , 如 N aOH 和 N a2 S。然 而 , 近 几 年来 能量的有 效利 用 越来 越 重要 , 于是 人 们提 出 了这 样的观点 , 就是 将 制浆 废水 或 者黑 液 通过 汽 化的 方法代替 T om linson 炉来 回收化 学药 品和能 量。据 目前生产 状况估计 , 最高效 的 T om lin son 炉每 吨浆 可产 生大约 900 k W h 或者 3 2 G J ( 大约 2 t木片生 产 1 t浆 ) 的能量 , 而汽化 器或者蒸汽发 生器每吨 浆可 产 生 2200 k W h 或 者 7 9 G J 的 能 量。然 而 , 在汽化过程 中 , 硫酸盐制浆 黑液 的 N a2 S 的再 生量 很少。 制 浆 黑 液 中 的 部 分 硫 会 转 化 为 燃 料 中 的 H2 S , 见式 ( 1) 。 N a2 S+ CO2 + H 2O H 2 S+ N a2 CO 3 ( 1) 这些 H 2 S 气体需要吸附到固体吸收剂或 者溶解 到溶液中来选择性地被除去。吸附到固体吸收剂上的 H 2 S 需要经过解吸和表面吸附来完成另一个硫循环过 程。如果 H 2 S 被吸收 到溶剂中, 然后解吸到 惰性气 体中, 再 吸 收时 就 需 要 有 NaOH 或 者 N a2 CO3。将 H 2 S 气体直接吸收到碱性溶 液中的方案在 N ew B ern 工厂进行了中试 , 试验了硫酸盐制浆黑液中试规模的 汽化 效 果, 发 现 吸 收效 率 和 选择 性 较 差。瑞 典 的 CH E M EREC 中试工厂尝试进行硫酸盐浆的黑液汽化。
研究开发
R esearch& Deve lopment
阔叶木烧碱蒽醌法制浆
P ositive and N egative A spects of S oda /an thraquinone Pulp ing of H ardw ood s
刘姗姗 ( L iu Shanshan) 摘 王 强 ( W ang Q iang) 编译
W orld Pu lp and Paper Vo l 29, N o 1
1 1 原料 在实验室用美国北部的 3种白杨制备了硫酸盐浆 和 Soda -AQ 浆, 研究了它们的可漂性 , 并探讨了实验 室的其他浆料及从 2 个工厂和另外 2 个实验室取来的 浆料。分别采用糖枫、白桦、杨木及 2种东部三叶杨 ( 一种 三 叶 杨 是 自 然 生 长 的 , 另 一 种 是 嫁 接 的 ) 制浆。 1 2 木片预水解段 ( A 段 ) A 段: 液比 4 1 , 在 M& K 间歇式蒸煮器中进行 处理, 处理 温度 120 。 A1 段是在 120 下 处理 30 m in , 同时 在 木片 中加 入 2 % 乙 酸 ( 相 对于 绝干 木 片 ) ; A 2 段是在 120 下处理 60 m in , 不加乙酸。 A 段处理后, 将多余的液体通过冷凝器过滤掉, 木片不 经洗涤直接进入下一段。 1 3 碳酸中和段 ( N 段 ) 一段 ( N1 ) 处理 条件 : 时 间 60 /30 m in , 温度 165 , Na2O 用量 3 5 % ( N a2 CO 3 用量 6 0 % ) 。二 段 ( N 2 ) 处 理条 件: 时 间 30 / 30 m in , 温 度 150 , N a2 O 用量 3 0 % ( N a2 CO 3 用量 5 1 % )。所有 N 段都 在 M& K 蒸煮器中进行 , 液比 4 1 。 N1 段处理后, 将 剩余的液体过滤掉 , 将 NaOH 和 N a2 S 或者 AQ 加入 到蒸煮 液 中, 进 行硫 酸盐 制浆 或 Soda -AQ 法制 浆。 N 2 段处理后, 将制浆废液过滤后排掉。在 Soda -AQ制 浆中加入清水, 同时加入 N aOH 和 AQ。 1 4 制浆条件 大部分实验室制浆采用间歇式蒸煮, 将制浆废液 回用, 硫酸盐制浆条件为 : 液比 5 1 , 活性碱 16 %, 硫化度 25 % 。升温时间 90 m in, 最高温度 165 , 保 温时间 90 / 150 m in 。所有的硫酸盐 白杨浆保温 时间 120 m in (最高温度 165 )。实验室硫酸盐制浆标记 为 KL, 工厂硫酸盐制浆标记为 KU, 硫酸盐蒽醌浆标 记为 KQU。 木片 Soda-AQ 浆 的制浆条件为 : 液比 5 1 , AQ 用量 0 1 % ~ 0 15 % , N aOH 用量 18 % ( N a2 O 用量 14% )。对 AN 制备的木片只用 10 % ~ 12 % 的 N a2 O。 制 浆 采 用 了 6 个 不 同 的 时 间 和 温 度: Soda -AQ 1 ( SAQ 1 ) 升温时间 90 m in , 最高温度 165 , 保温时 间 150 m in ; Soda -AQ 2 ( SAQ2 ) 升温时间 90 m in , 最 高 温 度 170 , 保 温 时 间 90 /120 m in ; Soda -AQ 3
国际造纸 2010年 第 29 卷 第1 期
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然而, 并没有试图将 H 2 S 吸附到非水性溶剂中。如 果要获得 硫含量 少于 1 L /L 的合 成气, 就要采 用 Rect iso l ( 冷甲醇 ) 吸附系统。然而该 系统在硫酸盐 浆厂的成本高达 0 75 亿 ~ 1 亿美元。汽化主要用于 不含硫 的制 浆黑 液中, 加 拿 大安 大略 省 ( Ontario ) 的特顿市 ( T renton ) 的半化学法 制浆厂, 采 用汽化 方式来回收能量和 N a2 CO3 已经有 2 年的经验。如果 黑液中的微量硫会给汽化过程带来问题, 可以采用金 属氧化物来吸附 Soda-AQ 制浆过程中的硫。氧化物会 被还原成金属硫化物。硫化物表面氧化后 , 可以再次 获得金属氧化物和 SO2。 SO2 在漂白车间用来抑制氧 化剂的氧化反应。 改善 Soda -AQ 阔叶木浆可漂性的研究是在漂 白 实验开始时完成的 , 这很重要。需要在一个四段 漂 白实验后得出浆的可漂性结论。研究结果 表明, 人 工种植的杨木硫酸盐浆经过四段漂白 后, 氧脱木 素 后纸浆卡伯值和漂白终点纸浆光吸收系数呈线性关 系。卡伯值被广泛用来确定化学浆中的残余木素 含 量 ( 木素含量 0 15 卡伯 值 ) 。氧 脱木 素后的 卡 伯值和漂白终点光吸收系数间线性关系的确定可以 回答下述问题 : 获得的线性关系是否可以广泛 应 用于硫酸盐阔叶木浆中 ; 不同无硫制浆工艺与 硫 酸盐制浆工艺的比较。
研究开发
R esearch& Deve lopment
( SAQ 3 ) 升温时间 60 m in , 最高温度 175 , 保温时
1 实
验
间 60 m in ; Soda -AQ 4 ( SAQ4 ) 升温时 间 90 m in , 最 高温度 180 , 保温时间 60 m in; Soda -AQ 5 ( SAQ5 ) 升温 时 间 60 m in , 最 高 温 度 170 , 保 温 时 间 60 m in ; Soda -AQ 6 ( SAQ6 ) 升温时间 60 m in , 最高温度 165 , 保温时间 90 m in ; Soda -AQ ( SAQ ) 制浆中乙 醇和水的体 积比为 50 50 , AQ 用量 0 10 % , N aOH 用量 18 % , 最高温度 165 ( 升温时间 90 m in , 保温 时间 120 m in ) 。液比 为 5 1 , 记 为 SAQ /E t 。 Soda / MAQ ( S MAQ ) 的液 比 为 5 1 , MAQ 用量 0 12 %, N aOH 用量 18 % , 最高温 度为 165 , 升 温时 间 90 m in , 保温时间 120 m in 。 1 5 螯合处理 Q 段: Na5 DTPA 用量 0 2 % , SO2 用量 2 5 %, 浆 浓 3 % , 温度 80 , 处理时间不低于 30 m in 。处理终 点 pH 值一般为 5 0~ 5 8 , 也可为 4 8~ 6 2 。 1 6 漂白条件 O 段: 在 Quantum M ark I V 反应器中进 行, 浆浓 12 % , 氧压 0 72 MPa , NaOH 用量 2 0 % , MgSO4 7 H2 O 用量 0 5 % , 温度 90 , 时间 1 h 。 P 段: 在塑料袋中进行, 浆浓 12 % , 温度 80 , 时间 2 h , M gSO4 7 H 2O 用 量 0 5 % , H 2O 2 用 量 2 0 % , NaOH 用量 3 0 % 。化学品在室温下与浆料混 合 , 然后在功率为 1 1 k W 的微波下加热到大约 80 再转移到水浴锅中。 D0 段: 在 塑料瓶 中进行 , 浆浓 3 0 % ~ 3 5 %, 温度 70 , 时间 2 h , p H 值约 4 0 ( 加入 C l O2 前 ), 漂终 p H 值 2 6~ 3 0 。在所有情 况下, C l O 2 因子为 0 076 ( C lO2 用量 /进 浆卡伯值 ) 。 Ep段 : 在塑料袋中进行, 浆浓 12 % , 温度 80 , 时间 2 h , N aOH 用量 2 0 % , H 2O2 用量 0 25 %, Mg SO4 7 H 2O 用量 0 1 % 。在室温下化学品与纸浆混合, 然后在功率为 1 1 k W 的微波炉中加热到大约 80 再 转移到水浴锅中。终点 p H 值高于 11 2 。 D1 段: 在 塑 料 袋 中 进 行, 浆 浓 10 %, 温 度 70 , 时间 3 h , Cl O2 用量 0 5 % 。为确保漂终 p H值 在 3 7~ 4 3, 在纸浆中加入 N aOH ( 0 1 % ~ 0 2 % ), 在室温下化学品与纸浆混合。然后在功率为 1 1 k W 的微波炉中加热至 70 再转移到水浴锅中。实验中 先用一半的纸浆进行实验 , 如果废水的终点 p H 值超 出了设定范围, 则用另一半纸浆重复进行漂白实验。
要 : 烧碱蒽醌 ( Soda -AQ) 法制浆作为一种无硫制浆工艺, 其优点是可以改善能量的使用效率,
缺点是漂白浆的白度较低 。实验研究了烧碱蒽醌阔叶木浆的可漂性以及对制浆过程中出现问题的解决 办法。 从对实验室自制的 9 份硫酸盐浆和 1 份取自工厂的浆进行 OD0 EpD1 漂白 , 得到了氧脱木素后 纸浆卡伯值和漂白终点纸浆光吸收系数间的线性关系 ( R = 0 9043) 方程式。 通过比较氧脱木素后 纸浆的卡伯值和终点纸浆的光吸收系数, 对采用 AQ 和 MAQ 作催化剂的 4 种不同的烧碱法浆与传统 的硫酸盐浆的可漂性进行了比较 。研究还发现 , Soda -AQ 浆经过预水解后可漂性可以得到改善 , 其可 漂性与硫酸盐浆相近 。 在 美国 , 木材 制 浆的 主要 工 艺 是硫 酸 盐 法制 浆 , 与其 配套的 高 效碱 回收 系 统可 以 用来 回 收制 浆化 学 药品 , 如 N aOH 和 N a2 S。然 而 , 近 几 年来 能量的有 效利 用 越来 越 重要 , 于是 人 们提 出 了这 样的观点 , 就是 将 制浆 废水 或 者黑 液 通过 汽 化的 方法代替 T om linson 炉来 回收化 学药 品和能 量。据 目前生产 状况估计 , 最高效 的 T om lin son 炉每 吨浆 可产 生大约 900 k W h 或者 3 2 G J ( 大约 2 t木片生 产 1 t浆 ) 的能量 , 而汽化 器或者蒸汽发 生器每吨 浆可 产 生 2200 k W h 或 者 7 9 G J 的 能 量。然 而 , 在汽化过程 中 , 硫酸盐制浆 黑液 的 N a2 S 的再 生量 很少。 制 浆 黑 液 中 的 部 分 硫 会 转 化 为 燃 料 中 的 H2 S , 见式 ( 1) 。 N a2 S+ CO2 + H 2O H 2 S+ N a2 CO 3 ( 1) 这些 H 2 S 气体需要吸附到固体吸收剂或 者溶解 到溶液中来选择性地被除去。吸附到固体吸收剂上的 H 2 S 需要经过解吸和表面吸附来完成另一个硫循环过 程。如果 H 2 S 被吸收 到溶剂中, 然后解吸到 惰性气 体中, 再 吸 收时 就 需 要 有 NaOH 或 者 N a2 CO3。将 H 2 S 气体直接吸收到碱性溶 液中的方案在 N ew B ern 工厂进行了中试 , 试验了硫酸盐制浆黑液中试规模的 汽化 效 果, 发 现 吸 收效 率 和 选择 性 较 差。瑞 典 的 CH E M EREC 中试工厂尝试进行硫酸盐浆的黑液汽化。
研究开发
R esearch& Deve lopment
阔叶木烧碱蒽醌法制浆
P ositive and N egative A spects of S oda /an thraquinone Pulp ing of H ardw ood s
刘姗姗 ( L iu Shanshan) 摘 王 强 ( W ang Q iang) 编译