CA1206704A

CA1206704A - Procede pour le traitement de pates papetieres chimiques

Info

Publication number: CA1206704A
Application number: CA000420203A
Authority: CA
Inventors: Dominique Lachenal; Christian De Choudens
Original assignee: Produits Chimiques Ugine Kuhlmann
Current assignee: Produits Chimiques Ugine Kuhlmann
Priority date: 1982-01-28
Filing date: 1983-01-25
Publication date: 1986-07-02
Also published as: FI830288A0; JPS58132190A; ES8400520A1; OA07313A; NO830268L; KR840002934A; BR8300402A; FR2520397B1; NO161391C; NO161391B; AT381736B; CH653720A5; DE3302580A1; SE8207356D0; FR2520397A1; SE8207356L; FI76134B; PT76145A; KR850001341B1; IT8367014A0

Abstract

La présente invention concerne un procédé pour le traitement de pâtes papetières chimiques, du type dans lequel on effectue un premier traitement au moyen d'une solution acide; un deuxième traitement au moyen d'une solution alcaline de peroxyde, caractérisé en ce que le premier traitement acide s'effectue à une température comprise entre 50 et 80.degree.C. Ce nouveau procédé est employé pour le blanchiment des pâtes chimiques.

Description

~6~

L'invention concerne un nouveau traitement des pâtes papetières chimiques.
Dans la suite de la description, l'expression pâtes chimiques designe principalement des pates de cellu-lose non blanchies ou eclaircies, c'est-a-dire contenant encore de la lignine, obtenues par des procédés au sulfite acide, neutre ou alcalin, au sulfate (procéde Kraft), a la soude, au carbonate ou à l'oxygene, en presence ou non d'un catalyseur de délignification.
Comme on le sait, le blanchiment des pa-tes cellu-losiques est le traitement qui consiste a éliminer par action de réactifs chimiques, la matiere colorante associee aux fibres de cellulose, dont une grande partie est consti-tuée~de lignine dans un etat très condense et profondement modifiee lors des reactions de cuisson. Le blanchiment des pâtes chimiques se fait la plupart du temps au moyen d'agents chlorés, comme le chlore, le bioxyde de chlore ou l'hypo-chlorite de sodium.
Toutefois, ces agents de blanchiment entrainent des inconvenients importants en ce ~ui concerne la lutte contre la pollution. En effet, le recyclage dans le circuit de récuperation des produits chimiques utilisés pour la mise en pâte du bois, des liqueurs usées de blanchiment, destiné
a réduire la quantité d'effluents polluants, se heurte a de sérieux problemes (risques de corrosion des installations, risque d'explosion aux chaudieres), en raison de la quantité
tres importante de chlorures présente dans ces liqueurs usées.
Afin d'éliminer ces problèmes, on a proposé d'uti-liser pour le blanchiment, des agents exempts de chlore.Ainsi, les liqueurs usees provenant de ce traitement peuvent être recupérees et renvoyées dans le circuit de récuperation des réactifs sans encourir les risques dus aux chlorures.
Dans un pre~nier temps, on a proposé d'utiliser de l'oxygane - 1 - ~, ~6~

comme agent de blanchiment. Ce procédé permet d'obtenir des résultats satisfaisants dans la mesure où il a été ainsi possible de reduire sans risque la pollution due a l'opéra-tion de blanchiment. ~outefois, le traitement à l'oxygene nécessite un investissement tres onéreux, ce qui explique finalement le développement limité de ce procédé.
Pour pallier cet inconvénient d'ordre essentielle-ment économique, il a ete egalement proposé de remplacer l'oxygène par des peroxydes, notamment du peroxyde d'hydro-gène. Cette solution présente l'avantage de pouvoir êtremise en oeuvre a la pression atmosphérique, donc dans une simple tour de blanchiment conventionnelle, ce qui represen-te un investissement beaucoup plus réduit que celui du pro-cédé à l'oxygène. Le traitement au peroxyde d'hydrogène a été développé dans des unités de fabrication de pâtes chi-miques Kraft et dans quelques unites de fabrication de pâtes au sulfite. Neanmoins, le peroxyde d'hydrogène est un reactif chimique beaucoup plus cher que l'oxygène et il a eté montre qu'il ne permettait pas d'atteindre les perfor-mances du traitement à l'oxygene dans des conditions econo-miques acceptables.
En effet, il est connu que les cations metalliques presents dans les pâtes chimi~ues peuvent décomposer le peroxyde d'hydrogène de façon telle que l'efficacité du traitement au peroxyde d'hydrogene est réduite. On a deter-mine que les cations à effet négatif à éliminer, sont essen-tiellement: le manganèse et le cuivre, et peut être à un degré moindre le fer.
Pour améliorer l'efficacité du traitement au peroxyde d'hydrogène, on a proposé de faire precéder ce traitement par un pré-traitement au moyen d'un acide (voir en ce sens: la demande de brevet japonais n 76/102 103 déposée le 5 Mars 1975 par NIPPON PULP IND. K.K., le brevet fran~ais 77/24 131 de la Demanderesse publié sous le n ~Z~7~

2 398 839 - voir notamment p. 6 lignes 25 et suivantes -, la publication des inventeurs parue dans Paperi ja puu n ~A
1981, p. 301 à 308, notamment tableau p. 305 et les Prepints TAPPI ENVIRONMENTAL CONFERENCE 1981 New Orleans 27-29 avri~
1981, pp. 93~101).
D'apres ces differen-ts auteurs, un traitement acide de la pâte ~ température ambiante précedant le traite-ment au peroxyde permet de réduire notablement la quantite de cations métalliques a effet negatif. Un des acides pre-feres pour ce traitement est l'acide sulfurique. Ainsi, ona pu mettre en evidence qu'un pre-traitement par l'acide sulfurique à temperature ambiante etait tres efficace pour reduire la quantite des cations à effet negatif, et en particulier le manganese, qui est reconnu comme le cation métallique le plus nocif.
Or on a decouvert que de façon tout a fait inat~
tendue, si l'on se refère aux enseignements de l'etat de la technique connue et rappelee ci-dessus, lorsqu'on effectue le traitement acide precédant le traitement au peroxyde, a une température élevee, on ameliore notablement l'efficacite du traitement subsequent au peroxyde~ tout en conservant les caracteristiques mécaniques de la pâte ainsi traitée, bien que l'on n'améliore pas sensiblement l'élimination des cations metalliques.
En d'autres termes, l'efficacite du traitement d'une pâte chimique par le pero~yde, notamment le peroxyde d'hydrogene, peut etre amelioree par un autre moyen que ceux decrits dans l'art antérieur et qui visent uniquement l'elimination des cations metalliques à effet negatif pre-sents dans la pate.
Le procédé selon l'invention pour le traitement de pâtes papetieres chimiques du type comportant:
- un premier stade de traiternent au moyen d'une solution acide,

- 3 -7~4 - un deuxieme stade de traitement au moyen d'une solution alcaline de peroxyde, se cara~térise en ce que le premier stade de traitement s'effectue a une température comprise entre 50C et 80C.
En d'autres termes et c'Pst la oli reside l'effet inattendu de l'invention, il n'était pa~s imaginable que l'application d'un ~raitement connu pour diminuer la concentration en cations a effet négatif permette lorsque l'on augmente la température du traitement, de diminuer de façon nettement significative, la teneur en lignine des pâtes ainsi traitées, alors meme que c~tte élévation de température n'a aucun effet sensible sur le taux d'é:Limina-tion des cations a effet négatif contenus dans ces pâtes.
En d'autres termes, l'augmentation de la température lS du traitement acide connu, procure le même résultat en ce qui concerne l'abaissement de la concentration en cations à effet négatif, mais en outre, procure une meilleure déli-gnification des pâtes soumises au traitement selon l'inven-tion. La teneur des pates en lignine résiduelle est expri-mee ci-apr~s, de manière classique, par 1'indice KAPPA
(norme AFNOR NFT 12 018).
Comme déja dit, les pâtes chimiques susceptibles d'être traitées conformément a l'invention, peuvent être tres variées. On peut retenir comme exemples les pates Kxaft, les pates à la soude, les pâtes sulfitiques, soude-oxygene, soude-anthraquinone et carbonate.
Ces pâtes peuvent être traitees selon l'invention a des consistances variables, notamment en fonction du mate---riel utilise. Si le plus généralement, ces consistances sont comprises entre 3 et 20 ~, en pratique~ la consistance lors du traitement est voisine de 10 a 15 %.
Lors du traitement acide, on peut faire appel a des solutions acides tr~s variées (voir not~ml-nt le tableau ~e la page 305 de la publication PAPERI ja PUU n 4A 1981 rappelée ci-dessu~. Avantageusement, on utilise des acides minéraux, voire organiques, tels que:
- l'acide sulfureux (H2SO3), - l'acide chlorhydrique (HCQ), - llacide phosphorique (H3PO4).
En pratique, on utilise essentiellement l'acide sulfurique (H2SO4~
On peut eventuellement utiliser des acides organi-ques qui presentent l'avantage de pouvoir être plus facile-ment recycles dans les circuits de l'usine.
On peut également utiliser tout effluent acide disponible dans l'usine, par exemple la solution acide pro-venant de l'atelier de préparation du bioxyde de chlore et qui contient de l'acide sulfurique, l'effluent du traitement par So2 des pâtes blanchies ou tout effluent de blanchiment à caractere acide. Sauf indication contraire, les concen-trations en reactifs seront exprimees, dans ce qui suit, en poids de produit.pur par rapport au poids de la pâte traitee compte en sec. La concentration en acide est reglee de maniere a obtenir un pH compris entre 1 et 5 et avantageuse-ment entre 2 et 3. La duree de ce traitement acide est de maniere connue fixee entre 30 et 180 minutes, de préférence entre 60 et 120 minute~.
Comme déj~ dit, la temperature de ce traitement est comprise entré 50C et 80C et avantageusement comprise entre 60 et 80C.
Le traitement selon l'invention peut atre effectue dans toute installation classique de fabrication de pâte, ' ~;~C)67C3~L

sans investissement supplémentaire. Par exemple, on peut alimenter avec une solution acide une rampe du dernier fil-tre de lavage de la pâte apres cuisson, puis transferer la pâte ainsi imprégnee dans une tour classique résistant à la température et ~ l'action de l'acide. La pâte traitee a l'acide est ensuite lavee puis traitee de maniere connue avec une solution alcaline de peroxyde.
Pour ce deuxieme traitement, on utilise comme peroxyde des composés chimiques de ~ormule générale R-O-O-X
dans laquelle R designe un radical et X un ion métallique ou l'hydrogene. A titre d'exemple, on peut citer le peroxyde d'hydrogène ou d'autres peroxydes organiques ou minéraux tels que le peroxyde de potassium, de calcium, le perborate de sodium, les persulfates de potassium et de sodium et l'acide peracetique. Dans un mode de realisation industriel, on utilise de préférence le peroxyde d'hydrogène. La quantité
de peroxyde utilisée est avantageusement comprise entre 0,5 et 10 % et de préférence entre 1 et 5 %. Comme déja dit, la deuxième solution de traitement contient également un alcali.
En pratique, la liqueur de traitement contient de 1 a 10 ~, de préférence de 1 a 4 % d'hydroxyde de sodium.
Ce traitement par la solution alcaline de peroxyde s'effectue à une température comprise entre 50 et 100C, de préférence à une température comprise entre 60 et 80C, et ce, pendant une durée comprise entre 0,5 et 5 heures, de préférence entre 1 et 3 heures.
Donc, comme déja dit, on opère avantageusement a pression atmosphérique.
Ce deuxieme trai-tement peut être suivi ou non de manière classique d'un lavage a l'eau.
La pâte ainsi traitée peut ensuite subir, de maniere usuelle, des traitements de blanchiment complémen-taires.

"

La maniere dont l'invention peut être realisee et les avantages qui en découlent ressortiront mieux des exem-ples de realisation qui suivent donnés a titre indicatif et non limitatif. Les conditions de traitement et les resul-tats obtenus sont resumes dans les tableaux I et II ci-apres, le tableau I concernant le traitement d'une pâte Kraf-t de bois resineux d'indice Kappa 31, le tableau II concernant le trai-tement d'une pâte Kraft de bois feuillu (hêtre) diindice Xappa 22.
Dans l'exemple 1, donne a titre de reference, on a traite une pâte Kraft de resineux d'indice Kappa 31 de ~a~on classique, en un seul stade, au moyen d'une solution alcaline de peroxyde d'hydrogane.
Dans l'exemple 2, on a traite la même pâte avec la même solution alcaline de peroxyde d'hydrogane, mais en fai-sant preceder ce traitement par un traitement acide mis en oeuvre s~lon les conditions decrites dans l'art an-terieur, en particulier dans la demande de brevet japonais 76/102 103 deposee le 5 Mars 1975 par NIPPON PULP IND. K.K.
On voit que le traitement acide elimine une part impsrtante des cations metalliques, en particulier des cations manganese, contenus dans la pâte de depart et favo-rise ainsi la delignification par le peroxyde.

~z~

TABLEAU I

Exemples Pâte a traiter Pate Kraft de bois résineux Indice Kappa 31 Conditions du 1 traitement Consistance de la pat~ en % 12 12 12 12 12 12 12 12 12 Temperature en C 20 50 70 70 70 70 70 70 80 Duree en minutes 120 120 120 120 120 120 120 120 120 Concentration en H SO % 2 2 2 1 3 2 2 2 2 p~ 4 2 2 2 2,5 1,5 2 2 2 2 Teneur en cations apr~s 1 traite-ment ppm Fe 53 30 30 31 31 31 31 30 Cu 8,84,0 3,7 3,8 3,8 3,8 3,8 4,0 Mn . 1035,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 Indice Kappa après 1 traite-ment 30,5 30~5 30~5 30~5 Conditions du 2 traitement Consistance de la pâte en % 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 Température C 90 90 90 90 90 90 90 90 90 90 Duree en min.90 90 90 90 90 90 90 90 90 90 Con XllLLd~ion en H2O % 1 1 1 1 1 1 0,5 2 3 concen~ration en NaOH % 1,51,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 Indice Kappa apres le 2 traitement 22 20,6 20,2 18,5 19,1 18,6 21,8 15,9 14,4 17,5 o~

TABLEAU II

EXEMPLES

Pâte à traiter Pâte Kraft de hêtre Indice Kappa 22 Conditions du 1 traitement Consi~tance de la pâte % 12 12 Température en C 20 70 Durée en minutes 60 60 Concentration en H2SO4 en % 2 2 pH 2 2 Conditions du 2 traitement Consistance de la pâte % 12 12 Température en C 90 90 Duree en minutes 90 90 Concentration en H2O2 en %
Concentration en NaOH en %1,5 1,5 Indice Kappa apres le 2 traitement 13,5 12,0 Dans les exemples 3 a 10, on a traite selon les enseignements de l'invention, la même pâte kraft de bois resineux en faisant varier les conditions de température et la concentration en acide du premier traitement, ainsi que la concentration en peroxyde d'hydrogene du deuxième traite-ment. On voit par comparaison entre les exemples 3, 4 et 10 que l'elevation de la température du prernier traitement n'a aucun effet sensible sur l'élimination des cations métalli-ques nocifs, mais qu'elle procure, en revanche, une amelio-ration nette de la delignification et ce, sans requerir uneaugmentation ni de la concentration en acide du p~emier traitement, ni de la concentration en peroxyde du deuxieme traitement.
La comparaison entre les exemples 11 et 12, montre que l'augmentation de la temperature du traitement acide procure le même effet sur la delignification d'une pâ-te de bois feuillu.
~ titre indicatif, pour obtenir au moyen des trai-tements selon l'exemple 2, une pâte de même indice Kappa que celle obtenue dans l'exe-mple 4, il faudrait augmenter la concentration en peroxyde du deuxieme traitement de deux (2)% supplementaires, ce qui serait tres desavantageux sur le plan économique.
Le tableau III rassemble les caractéristiques mécaniques de la pâte écrue de base et de la pate traitée conformément aux enseignements de l'invention (exemple 43, c'est-a-dire ayant subi:
- dans un premier temps, un traitement au moyen d'une solution aqueuse d'acide sulfurique a 2 % et ce, a 0 70C, pendant deux heures, puis, apres lavage, un second trai-tement au moyen d'une solution contenant 1 ~ de peroxyde d'hydrogene et 1,5 % d'hydroxyde de sodium a 90C pendant 90 minutes.
Ces caractéris-tiques mécaniques ont été mesurées ~67~3~

selon les normes AFNOR après classage des pâtes dans un classeur WEVERK de laboratoire (fentes de 0,15 millimetre) et raffinage au moulin JOXRO jusqu'~ 40D SR. Ainsi, de ce tabl~au III il apparaît clairement que les pâtes traitees selon l'invention presentent les mêmes proprietes mecaniques que les pâtes kraft ecrues non traitees. En d'autres tPrmes, le procede selon l'invention ne modifie pas les proprietes mecaniques de ces pâtes, contrairement à ce que l'on aurait pu craindre en augmentant la temperature du traitement acide.
Dans les exemples 5 et 6, on a fait varier la concentration en acide sulfurique de la liqueur du premier traitement. Dans les exemples 7, 8 et 9, on a fait varier la concentration en peroxyde de la liqueur du deuxieme trai-temen~.
TABLEAU III

CARACTERISTIQUES DE LA PATE KRAFT DE RESINEUX

indice longueur indice indice de Kappa de rupture d'eclatement dechirure (AFNOR-NF (AFNOR-NF (AFNOR-NF (AFNOR-NF
T 12018) Q 03004) Q 03 142 - 01 01~) en km en KPa m /g en mN m /g Avant traite- 31,0 9,75 7,22 9,03 ment Apres traite-ment selon lB,5 10,03 7,29 9~02 inven-tio~-(ex. 4~

*(marque de commerce) . ,,j;

Exemple 13:
On utilise la meme pâte Kraft de bois résineux qu'a l'exemple 4 ayant subi le même traiiement qu'a cet exemple 4, c'est-a-dire un premier traitement acide à .70C
suivi par un traitemen-t au peroxyde. On reprend ensuite la pâte ainsi traitee pour lui faire subir à nouveau un traite-ment identique, c'est-a-dire:
- dans un premier temps, par une solution aqueuse d'acide sulfurique a 2 % à 70C pendant deux heures, - puis dans un second -temps par une solution alcaline de peroxyde contenant 1 % en poids de peroxycle dihydrogène et 1,5 % en poids d'hydroxyde de sodium sur une pâte à une concentration de 12 % et ce, pendant 90 minutes à 90C.
On obtient ainsi une pâte dont l'indice Kappa est ramene de 18,5 ~ 11,0 et ayant une blancheur de 58 % ~valeur mesurêe selon la norme AFNOR NF Q 03039) et dont les carac-téristiques mécaniques sont maintenues.
Exemple 14:
On répete l'exemple 13, mais en rempla~ant la pâte Kraft de bois résineux par une pâte Kraft de bois feuillu (hêtre) identique à celle utilisée dans l'exemple 12. En outre, on modifie la nature de l'acide en remplasant la solution aqueuse d'acide sulfurique par une solution aqueuse d'un mélange contenant 1 % d'acide sulfurique et 2 % d'anhy-dride sulfureux. A titre comparatif, l'indice Kappa est ramené de 12 à 9,0 et on obtient une blancheur de 53,5 %.
~xemple 15:
On utilise une pâte Kraft de bois résineux d'indice Kappa 31 traitée selon les enseignements de l'invention à
70ac, c'est-à-dire conformement à l'exemple 4. On soumet cette pate à un traitement complémentaire de blanchiment en de~x stades dans les conditions sui~antes:
- premier stade, au bioxyde de chlore:

6t7C~L

concentration en Cl 21,5 %
température 70C
durée 60 minutes consistance de la pâte6 %
~ deuxième stade, au peroxyde cl'hydrogène:
concentration en H2O21,5 %
concentra-tion en Na OH1 %
concentration en silicate de sodium a 38 B 3 ~
température 70C
durée 180 minutes consistance de la pâte10 %.
On obtient ainsi par un procédé court (quatre étapes~, ne comportant pas de traitement au chlore, une blancheur de 87,5 %, ce qui montre que la pâte traitée selon l'invention presente une excellente ap-titude au blan-chiment.
Comme déja dit, le procédé selon l'invention pré-sente de nombreux avantages, puisqu'il permet d'obtenir par la seule élévation de la température du traitement acide une amélioration inattendue de la déligni~ication tout en conservant aux pâtes ainsi traitées de bonnes propriétés mécaniques et une excellente aptitude au blanchiment et ce, dans des conditions avantageuses de mise en oeuvre, de coût et de réduction de la pollution.

Claims

Les réalisations de l'invention, au sujet desquel-les un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:

1. Procédé pour le traitement de pâtes papetières chimiques, du type dans lequel on effectue:
- un premier traitement au moyen d'un solution acide, - puis un deuxième traitement au moyen d'une solu-tion alcaline de peroxyde, caractérisé en ce que le premier traitement acide s'effec-tue à une température comprise entre 50 et 80°C.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé
en ce que le pH de la solution acide du premier traitement est comprise entre 1 et 5.

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé
en ce que le pH de la solution acide du premier traitement est compris entre 2 et 3.

4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé
en ce que la durée du premier traitement est comprise entre 60 et 120 minutes.

5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé
en ce que la solution acide contient un acide minéral ou un acide organique.

6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé
en ce que la solution acide contient de l'acide sulfurique.

7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé
en ce que la solution alcaline du deuxième traitement con-tient de 0,5 a 10% en poids de peroxyde d'hydrogène.

8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé
en ce que la solution alcaline du deuxième traitement con-tient de 1 à 2 % en poids de peroxyde d'hydrogène.

9. Procédé selon la revendication 7, caractérisé
en ce que la solution alcaline du deuxième traitement con-tient également de 1 à 10 % en poids d'hydroxyde de sodium.

10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé
en ce que la solution alcaline du deuxième traitement contient également de 1 à 5 % en poids d'hydroxyde de sodium.

11. Procédé selon la revendication 1, caractérisé
en ce que l'on répète plusieurs fois le traitement au moyen des deux solutions successives, respectivement solution acide à chaud et solution alcaline de peroxyde.