Сульфа́тный щёлок (чёрный щёлок), образуется при сульфатной варке древесной целлюлозы; смесь фильтрата от её промывки с варочным раствором. Жидкость чёрного цвета с резким запахом. Сульфатный щёлок содержит различное количество сухих веществ в зависимости от степени делигнификации древесины. Некоторые свойства неупаренного сульфатного щёлока: плотность 1,05–1,1 г/см³, t_кип 101 °С, вязкость 1,52·10^-3 Па·с (20 °С, плотность 1,069 г/см³), удельная теплоёмкость (9,2 % по массе сухих веществ) 3,94 кДж/(кг·К). Сухой остаток состоит из органической массы (65–70 %) и минеральной части (30–35 %) и содержит: 40–41 % углерода С, 3,9–4,1 % водорода Н, 4,2–5,2 % серы S, 33,7–35,3 % азота N и кислорода О. Органическая масса включает (% по массе): щелочной лигнин (около 50 %); продукты разрушения моносахаридов (гидроксикислоты, лактоны, 30–35 %); фенолы, неизменённые моносахариды, нейтральные вещества, высшие жирные, смоляные и летучие кислоты (4–13 %); сераорганические (метилмеркаптан, диметилсульфид, диметилдисульфид) и иные соединения (до 2 %). Состав гидроксикислот определяется видом перерабатываемого древесного сырья. В сульфатном щёлоке от варки хвойной древесины преобладают гликолевая, молочная, β-глюкоизосахариновая кислоты, лиственной – наряду с двумя последними также α-гидроксимасляная, β-ксилоизосахариновая, 3,6-дигидроксиарабиногексановая кислоты. Летучие кислоты – муравьиная, уксусная, пропионовая, масляная, валериановая; их количества в сульфатном щёлоке из хвойной древесины достигают 3,8–5,9 % от содержания в органической массе веществ третьей группы, из осины – 10,7 %, из берёзы – 12,5 %.

Компоненты минеральной части (% от массы сухих веществ): карбонат натрия Na₂CO₃ (15–18 %), тиосульфат натрия Na₂S₂O₃ (10 %), сульфат натрия Na₂SO₄ (3–5 %), сульфид натрия Na₂S (2–3 %), хлорид натрия NaCl (2 %), гидроксид натрия NaOH (1–2 %); химически связанный с веществами органической массы Na (7–9 %).

После окисления (для уменьшения при выпарке потерь S, а также для её лучшей регенерации) сульфатный щёлок упаривают в вакууме до концентрации сухих веществ 55–65 % и сжигают с целью регенерации NaOH и Na₂S (используют для приготовления варочного раствоpa) и утилизации теплоты, выделяемой при сгорании щёлока (теплота сгорания 14–15 Мдж/кг). Перед упариванием из сульфатного щёлока выделяют отстаиванием сульфатное мыло. При комплексной переработке сульфатного щёлока из него могут быть извлечены гидроксикислоты и летучие кислоты. На 1 т целлюлозы образуется 8–12 м³ сульфатного щёлока; из этого количества получают 935–2075 кг сухих веществ.