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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bleichen mechanischer
und chemothermomechanischer Pulpe (CTMP). Innerhalb der Gruppe mechanischer
Pulpen gibt es zwei dominierende Pulpe-Typen, nämlich Holzschliff-Pulpe (SGW)
und thermomechanische Pulpe (TMP). Bei der Herstellung von Holzschliffpulpe
werden gewöhnlich
Rundholzstämme
in Längen
von etwa einem Meter geschnitten, die unter Wasserzugabe gegen einen
rotierenden Schleifstein gepresst werden. Bei der Herstellung von
thermomechanischer Pulpe werden üblicherweise
Rundholzstämme
in eine große
Menge von kleinen Holzstückchen,
Chips genannt, gehackt und das wirkliche Freilegen der Fasern wird
mittels einer oder mehrerer Refiner durchgeführt. Große Teile des Herstellungsverfahrens
für chemothermomechanische
Pulpe sind dem Herstellungsverfahren für thermomechanische Pulpe gleich.
Der Hauptunterschied besteht darin, dass man in einer Vorstufe das
Lignozellulosematerial, gewöhnlich
Holzchips, mit einer Natriumsulfitlösung bei einer bestimmten Temperatur und
während
einer bestimmten Zeitdauer behandelt. Dementsprechend ist die Ausbeute
an Pulpe gewöhnlich ein
oder mehrere Prozent niedriger als im Fall von thermomechanischer
Pulpe.
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Jedes
beliebige Lignozellulosematerial kann als Ausgangsmaterial für die erwähnten Pulpen
verwendet werden. Beispiele für
solches Material sind Bambus, Stroh, Bagasse, Kenaf und Holz. Holz
ist das bevorzugte Ausgangsmaterial und sowohl Hartholz als auch
Weichholz können,
getrennt oder in Kombination, vorteilhaft verwendet werden.
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Stand der
Technik
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Beim
Bleichen von mechanischer Pulpe und CTMP wird Lignin-enthaltendes
Bleichen angewandt. Unter den Bleichmitteln, die für Lignin-enthaltendes
Bleichen verwendet werden, sind sowohl reduzierende als auch oxidierende
Bleichmittel. Innerhalb der erstgenannten Gruppe ist Dithionit, üblicherweise
Natriumdithionit, auch Hydrosulfit genannt, aus wirtschaftlichen Überlegungen
das üblichste.
In der letztgenannte Gruppe ist aus wirtschaftlichen Überlegungen
Wasserstoffperoxid das üblichste.
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Das
absolut am meisten verwendete Bleichmittel in der beschriebenen
Verbindung scheint Wasserstoffperoxid zu sein. Der große Vorteil
von Wasserstoffperoxid liegt darin, dass dieses Mittel ein sehr
wirksames, d.h. stark aufhellendes Bleichmittel ist. Jedoch erfordert
in der Regel das Bleichen mit Wasserstoffperoxid, dass ein separater
Bleichton und auch andere Bleichausrüstung verwendet werden muss,
was dazu führt, dass
die Festkosten beim Wasserstoffperoxidbleichen hoch sind.
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Dithionit,
normalerweise Natriumdithionit, ist oft nicht so wirksam in der
Bleiche wie Wasserstoffperoxid, hat jedoch den Vorteil, dass es
außer
unter Verwendung eines Bleichturms auch direkt der Pulpensuspension
zugesetzt werden kann, z.B. in einem Vorratsturm und früher beim
Pulpeherstellungsverfahren, z.B. gleich nach dem Freilegen der Fasern,
ohne Verwendung von Bleichtürmen
und anderer Bleichausrüstung.
Der letztgenannte Punkt bedeutet eine Verringerung der Festkosten.
Dies und der Zusatz eines reduzierenden Bleichmittels, z.B. Natriumdithionit,
direkt zu der fortschreitenden Pulpensuspension ist aus der schwedischen
Patentanmeldung 9900816-1 bekannt.
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Übergangsmetalle,
insbesondere Eisen und Mangan, sind für das Bleichen von mechanischer
Pulpe und CTMP mit z.B. Wasserstoffperoxid oder Dithionit schädlich. Das
Vorliegen von Manganionen in beträchtlichen Mengen ist beim Bleichen
solcher Pulpe mit Wasserstoffperoxid besonders bedenklich. Eine
steigende Menge von Manganionen führt zu einer ansteigenden Zersetzung
der Zusatzmenge von Wasserstoffperoxid, was bedeutet, dass der Teil
des Wasserstoffperoxids, der zersetzt wird, keine Anwendung zum
Bleichen der Pulpe findet. Weiterhin sind die Zersetzungsprodukte
selbst schädlich,
weil sie chromophore Gruppen in der Pulpe bilden, was dem gewünschten
Ziel zuwiderläuft,
nämlich
einer Aufhellung der Pulpe. Beim Bleichen solcher Pulpe mit Dithionit
sind es Eisenionen, die besonders gefährlich sind. Diese Übergangsmetalle
werden normalerweise aus Pulpe entfernt oder in der Pulpe und der
Pulpensuspension neutralisiert, indem man die Übergangsmetalle mit einem Komplexierungsmittel,
z.B. in Form von Ethylendiamin-Tetraessigsäure (EDTA) und/oder
Diethylentriamin-Pentaessigsäure
(DTPA) komplex bindet. Es wurde auch vorgeschlagen, dass eine reduzierende
Chemikalie wie z.B. Natriumhydrosulfit oder Natriumsulfit der Pulpensuspension
zusätzlich
zu einem Komplexierungsmittel zugegeben wird. Erfolg wurde auch
erzielt durch Behandlung des Ausgangsmaterials, normalerweise Holzchips,
mit einem Komplexierungsmittel allein oder mit beiden der vorgenannten
Chemikalien.
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Es
wurde auch die Verwendung des reduzierenden Bleichmittels Borhydrid,
gewöhnlich
Natriumborhydrid, zum Bleichen von beispielsweise Pulpe hoher Ausbeute vorgeschlagen.
In der US Patentbeschreibung 3 100 732 wird die Verwendung von Alkaliborhydrid
und einem Peroxid-Bleichmittel in der selben Stufe offenbart. Zwei
Arten der Durchführung
solchen Bleichens der Pulpe werden beschrieben. Nach der einen Art
wird eine übliche
Bleichmittellösung
hergestellt, die der Pulpe zugesetzt wird, d.h. Natriumborhydrid
wird in einer Peroxidlösung
aufgelöst,
die auch Wasserglas (Natriumsilicat), Magnesiumsulfat und Natriumhydroxid
enthalten kann. Nach der anderen Art wird eine Natriumborhydridlösung der
Pulpe am Ende der Peroxidbleichstufe zugesetzt, um den Peroxidrückstand
in einer wirksamen Weise in der Endphase der Bleichstufe zu verwenden. Auf
beide Arten wurde eine Erhöhung
des Weißgrads
im Vergleich zu der alleinigen Verwendung von Peroxid als Bleichmittel
erhalten. Ein Nachteil von Borhydrid ist sein hoher Preis.
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EP-A-0
187 477 und EP-A-0 311 356 offenbaren Verfahren zum Bleichen von
mechanischer Pulpe nach konventioneller Bleichtechnik, d.h. die
Pulpe wird in bestimmten Bleichschritten oder Stufen behandelt.
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Das
Lehrbuch „Pulp
Bleaching; Principles and Practice" von C.W. Dence et al., TAPPI PRESS,
Atlanta, GA, USA, 1996 offenbart in 15 sowohl
das Refinerbleichen als auch ein konventionelles Bleichverfahren. Bei
der Refinerbleichstufe wird eine Hydrosulfit-Bleichlösung zu
allen drei Refinern in Serie zugegeben.
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Offenbarung der Erfindung
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Technisches Problem
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Bei
der Herstellung von gebleichter mechanischer Pulpe, wie TMP, zum
Beispiel aus frischem Holz der skandinavischen Fichte, ist es heute
normal, einen Weißgrad
von 80% ISO und möglichst
ein oder zwei Prozenteinheiten darüber zu erhalten. Mit der bekannten
Technik ist es nicht möglich,
einen höheren
Weißgrad der
Pulpe als den eben genannten, z.B. bis gegen 85% ISO, zu erreichen.
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Lösung
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Die
vorliegende Erfindung gibt eine Lösung für dieses Problem und betrifft
ein Verfahren zum Bleichen von mechanischer und chemothermomechanischer
Pulpe, das beinhaltet, dass die vorrückende Pulpensuspension, die
nach Freilegen der Fasern erhalten wird, ohne Verwendung eines Bleichturm
vorgebleicht wird, durch Zugabe eines reduzierenden Bleichmittels
zu der fliessenden Pulpensuspension an einem Ort, gerade nachdem
die Fasern freigelegt sind, dass das Vorbleichen unter gegebenen
Bedingungen in Form von hoher Temperatur und minimiertem Sauerstoff
an der Stelle und unmittelbar in Fließrichtung unterhalb der Stelle
ausgeführt
wird und dass die vorgebleichte Pulpe wenigstens einer weiteren
Bleichbehandlung unterworfen wird, die einschließt, dass die Pulpe mit einem
oxidierenden Bleichmittel, vorzugsweise Peroxidbleichmittel, mit
Borhydrid verstärkt,
gebleicht wird.
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Unter
den vorher aufgezählten
Pulpen ist TMP aus quantitativem Gesichtspunkt ein dominierender Pulpentyp.
Bei der Herstellung solcher Pulpe wird das Verfahren zum Freilegen
der Fasern normalerweise entweder in einem Refiner oder in zwei
aufeinander folgenden Refinern ausgeführt. Nachfolgend nach dem Refiner
oder nach dem jeweiligen Refiner ist ein Dampfseparator angeordnet,
gewöhnlich
ein Zyklon gewisser Art, durch den die erhaltende Pulpensuspension
hindurch geleitet wird. Die Pulpensuspension wird danach normalerweise
einem Slusher oder Eindicker zugeführt (was jedoch nicht absolut
notwendig ist), z.B. mittels einer Förderschnecke, und weiter zu
einem Lagertank (latency chest) und von hier zu einer Siebabteilung,
und von dort zu einer Bleichbehandlung. In manchen TMP-Anlagen gibt
es einen Eindicker und die Pulpensuspension wird mittels einer Pumpe,
die gerade hinter dem Eindicker angeordnet ist, durch eine Leitung
zu einem Lagergefäß geleitet.
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Es
gibt eine Anzahl von alternativen Orten für die Zugabe des reduzierenden
Bleichmittels, gewöhnlich in
Form einer wässrigen
Lösung,
zu der fortschreitenden Pulpensuspension. Das Bleichmittel kann
z.B. der Pulpensuspension in der vorgenannten Förderschnecke zugesetzt werden.
Ein anderer Zugabeort, der bevorzugt ist, ist die vorhergenannte
Pumpe. Man erhält
möglicherweise
eine bessere Verteilung des Bleichmittels in der Pulpensuspension
als Ergebnis der Zugabe des Bleichmittels in der Pumpe. Frischwasser
wird gewöhnlich
im Eindicker zugeführt
und das Bleichmittel kann dem Frischwasser zugesetzt werden, das
später
in die Pulpensuspension eingeleitet wird. Es ist auch möglich, das
Bleichmittel direkt in den Eindicker zu geben. Es ist natürlich möglich, die
Bleichmittelportion zu teilen und das Bleichmittel der Pulpensuspension
z.B. an zwei oder mehreren der genannten Orte zuzusetzen.
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Die
im Vorstehenden und auch im Hauptanspruch verwendete Phrase „die fortschreitende
Pulpensuspension" soll
eine breite Bedeutung haben. Diese Phrase soll nicht nur bedeuten,
dass die Pulpensuspension in einer Leitung oder einem Rohr vorwärts fliesst,
sondern auch, wenn die Pulpensuspension in einem Gefäß oder Behälter z.
B. in Form eines Eindickers und Lagerbehälters gehalten wird, dass auch
in diesen letztgenannten Fällen
die Pulpensuspension sich in dem Sinne vorwärts bewegt, dass sie in das
Gefäß an einer
Stelle eingeleitet wird und das Gefäß an einer anderen Stelle verlässt.
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Jedes
bekannte reduzierende Bleichmittel kann verwendet werden. Beispiele
für solche
Bleichmittel sind Dithionit (das manchmal Hydrosulfit genannt wird
und bevorzugt wird), Borhydrid, Hydrazin und Formamidin-schwefelige
Säure.
Dithionit ist handelsüblich
als Natriumdithionit, d.h. Na2S2O4 erhältlich.
Das betrachtete Bleichmittel wird der Pulpensuspension hauptsächlich in
Form einer wässrigen
Lösung
gesetzt, deren Konzentration in geeigneter Weise im Bereich von
20–120
g/l liegt. Die Menge des zugesetzten Bleichmittels hängt unter
anderem von der Schwierigkeit des Bleichens der in Frage stehenden
Pulpe ab und wie stark die Erhöhung
des Weißgrads
der Pulpe in der Vorbleichung gewünscht ist im Vergleich zu der
Erhöhung
des Weißgrads der
Pulpe insgesamt.
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Parameter
für das
Pulpenbleichen, wie z.B. Temperatur, Zeit, Pulpenkonsistenz, pH,
usw. werden hauptsächlich
durch die Bedingungen bestimmt, die natürlicherweise bei der Produktion
von thermomechanischer Pulpe (TMP), wie in dem beschriebenen Fall,
vorliegen. An den vorgenannten Orten, an denen das Bleichmittel
der Pulpensuspension zugesetzt wird, ist die Temperatur natürlich sehr
hoch, z.B. 80–95°C und die
Pulpenkonsistenz normalerweise niedrig, z.B. 2–4%. Die Bleichzeit ist unter
anderem als Ergebnis dieser sehr hohen Temperatur kurz und liegt üblicherweise
im Bereich einer Zeitspanne von einigen Sekunden bis zu einigen
Minuten. Die Bleichzeit hängt
auch teilweise ab von der Rate, mit der die Pulpensuspension an
dem Ort fließt,
an dem das Bleichmittel zugesetzt wird. Der pH-Wert liegt natürlich im
Bereich von 4–7.
In einigen Fällen
kann es ratsam sein, den pH-Wert durch Zugabe von Säure oder
Alkali zur Pulpensuspension an dem betrachteten Ort einzustellen.
Wenn Dithionit als Bleichmittel verwendet wird, sollte der pH-Wert
bei 4,5 und höher
liegen, um ein optimales Bleichergebnis zu erzielen. Zwar kann ein
pH-Wert von sogar 8,5 zu Bleichzwecken angewandt werden, jedoch
ist ein pH dieser Größenordnung
aus anderen Gründen
weniger geeignet.
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Die
Sauerstoffmenge in der Pulpensuspension soll bei der Zugabe des
Bleichmittels so niedrig wie möglich
sein, vorzugsweise null. Die Pulpensuspension wird gegen Luftkontakt
und Luftdispersion zu einem beträchtlichen
Grad von der Stelle der Freilegung der Fasern und einige Längen vorwärts in der
Kette der Pulpenbehandlung geschützt.
Außerdem
ist die Temperatur der Pulpensuspension in diesem Gebiet sehr hoch, was
auch zu einem wirksamen Bleichen der Pulpe beiträgt.
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Die
Herstellung von CTMP ist der Herstellung von thermomechanischer
Pulpe sehr ähnlich,
die oben kurz beschrieben wurde, und die Zugabeorte für das Bleichmittel
beim Vorbleichen einer solchen Pulpe fällt zu einem hohen Grad mit
den oben beschriebenen zusammen.
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Bei
der Herstellung von Holzschliffpulpe wird die Pulpensuspension,
nachdem die Fasern freigelegt sind, in einem Schleifertrog gesammelt,
von dem die Pulpensuspension weiter befördert wird. Geeignete Orte zur
Zugabe des Bleichmittels sind der Schleifertrog und ein Ort unmittelbar
danach. Es ist besonders geeignet, das in Frage stehende Vorbleichen
in einem unter Dampfdruck stehenden System, d.h. beim Druckschleifen durchzuführen.
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Dieses
Vorbleichen der Pulpe ohne Verwendung eines Bleichturms wird in
der schwedischen Anmeldung 9900816-1 und ihrem Gegenstück WO-A-00-538
W4 beschrieben.
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In
dieser Patentanmeldung ist auch beschrieben, wie der abgewiesene
Pulpenstrom behandelt wird und mit dem Hauptpulpenstrom gemischt
wird. Nach dem Sieben (gewöhnlich)
und möglicherweise
nach Durchlaufen eines Puffergefäßes und/oder
eines Lagerturms wird die Pulpe wenigstens einer weiteren Bleichbehandlung
unterworfen.
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Entweder
direkt oder nach der dazwischen liegenden Bleichstufe wird die Pulpe
mit einem oxidierenden Bleichmittel, vorzugsweise einem Peroxidbleichmittel,
das mit Borhydrid verstärkt
ist, gebleicht.
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Die
Aussage „verstärkt mit
Borhydrid" umfasst
sowohl die Behandlung der Pulpe mit Borhydrid in einem Vorbehandlungsschritt,
d.h. vor der wirklichen Peroxidbleichstufe, als auch die Zugabe
von Borhydrid zur Pulpe einige Zeit lang während der wirklichen Peroxidbleichstufe,
und schließt
ein, dass das Borhydrid zu der Pulpensuspension zusammen mit dem
Peroxidbleichmittel gegeben wird und dass das Borhydrid zu der Pulpensuspension
am Ende der Peroxidbleichstufe zugegeben wird.
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Die
Peroxidbleichstufe selber kann konventionell sein (außer einem
möglichen
Zusatz von Borhydrid) und jedes bekannte Peroxidbleichmittel kann
verwendet werden. Beispiele dafür
sind Wasserstoffperoxid, Natriumperoxid, Peressigsäure, Perameisensäure und
Peroxoschwefelsäure
(Caro's Säure). Wasserstoffperoxid ist
das bevorzugte Peroxidbleichmittel. Die Bleichzeit ist wenigstens
30 Minuten und kann zum Beispiel 2 Stunden, d.h. 120 Minuten, erreichen.
Die anderen Parameter sind: Peroxidcharge, berechnet als Wasserstoffperoxid,
= 0,5–5%
gerechnet als knochentrockene Pulpe, die Temperatur = 50–90°C, die Pulpenkonsistenz
= 5–38%,
der Anfangs-pH im Fall von Wasserstoffperoxid = wenigstens 10.
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Unter
den oben beschriebenen Arten der Verstärkung mit Borhydrid ist die
Verwendung einer Vorbehandlung der Pulpe die absolut bevorzugte.
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Jedes
bekannte Alkaliborhydrid kann der Pulpe zugesetzt werden. Am üblichsten
ist Natriumborhydrid. Dies kann als solches der Pulpe zugesetzt
werden. In Praxi wird die Handelsware Borol, die eine 12% Natriumborhydrid
und 40% Natriumhydroxid enthaltende wässrige Lösung ist, am meisten verwendet.
Vorteilhaft wird eine oder werden mehrere Ergänzungschemikalien während der
Vorbehandlungsstufe neben dem Borhydrid verwendet. Falls handelsübliches
Borol als Borhydridquelle verwendet wird, ist die Zugabe eines Alkalis, z.B.
Natriumhydroxid, zu der Pulpe nicht immer notwendig, da die Handelsware
eine beträchtliche
Menge an Natriumhydroxid enthält.
Jedoch ist es üblich,
variable Mengen von Alkali der Pulpe, z.B. zusammen mit handelsüblichem
Borol, zuzusetzen. Falls Natriumborhydrid als solches der Pulpe
zugesetzt wird, ist die Zugabe von Alkali, z.B. Natriumhydroxid,
notwendig. Weitere ergänzende
Chemikalien sind Wasserglas (Natriumsilikat) und etwas Magnesiumverbindung
als Magnesiumsulfat. Die Vorbehandlung der Pulpe mit wenigstens
Borhydrid findet während
einer kurzen Zeitdauer statt, z.B. wenigstens 50 Sekunden und höchstens
500 Sekunden. Optimale Ergebnisse werden im Zeitraum von 60 bis
180 Sekunden erzielt. Der betrachtete Zeitraum wird gezählt von
der Zugabe des Borhydrids zur Pulpe bis zur Zugabe des Peroxid-Bleichmittels
zur Pulpe bei der nachfolgenden Peroxidbleichstufe. Es ist angemessen,
das Borhydrid, berechnet als Natriumborhydrid, der Pulpe in einer
Menge von 0,05 bis 0,3%, berechnet als knochentrockene Pulpe, zuzusetzen.
Eine geeignete Temperatur ist 20–95°C. Die Pulpenkonsistenz ist
nicht direkt kritisch, eine mittlere bis höhere Konsistenz, d.h. von 6%
bis 38%, wird jedoch bevorzugt. Da Alkali während der Vorbehandlung der
Pulpe durch Zugabe der Handelsware Borol oder durch direkte Zugabe
oder über
beiden Zugaben immer anwesend ist, wird die Vorbehandlung unter
alkalischen Bedingungen, z.B. innerhalb des pH-Intervalls von 9
bis 13, durchgeführt.
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Bei
der nachfolgenden Peroxidbleichung der Pulpe ist in einigen Fällen die
Zugabe von ergänzenden Chemikalien
geeignet und in einigen Fällen
auch notwendig. Wenn im bevorzugten Fall mit Wasserstoffperoxid als
Bleichmittel kein gesondertes Alkali oder zu wenig Alkali in der
Vorbehandlungsstufe zugegeben wird, ist die Zugabe von Alkali, z.B.
Natriumhydroxid in der Peroxidbleichstufe notwendig. Es kann auch
notwendig sein, Wasserglas und auch etwas Magnesiumverbindung zuzusetzen,
speziell wenn diese Chemikalien überhaupt
nicht der Pulpe in der Vorbehandlungsstufe oder in zu geringer Menge
zugesetzt wurde.
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Es
ist möglich
(wie früher
dargelegt), das Borhydrid und das Peroxid-Bleichmittel und jede
Ergänzungschemikalie
in einer und derselben wässrigen
Lösung
zu mischen und eine Bleichflüssigkeit
zu bilden, die der Pulpensuspension zugesetzt wird, was zu einer
Bleichbehandlung der Pulpensuspension entsprechend der früher beschriebenen
Peroxidbleichstufe führt.
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Weiterhin
ist es möglich
der Pulpensuspension Borhydrid und jede Ergänzungschemikalie am Ende zum
Beispiel einer üblichen
Peroxidbleichstufe zuzusetzen, z.B. wenn das Peroxidbleichen 100
bis 120 Minuten erfolgte. Die Menge an Borhydrid, berechnet als
Natriumborhydrid, kann auch in diesen zwei Fällen innerhalb des Intervalls
von 0,05 bis 0,3%, berechnet als knochentrockene Pulpe, liegen.
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Wie
vorstehend festgestellt, kann die Pulpensuspension unmittelbar vor
dem Bleichen mit Peroxidbleichmittel, das mit Borhydrid verstärkt ist,
auf andere Weise in einem oder mehreren Schritten gebleicht werden.
Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird die auf oben beschriebene Weise vorgebleichte
Pulpe mit Peroxidbleichmittel bei mittlerer Konsistenz gebleicht,
während
die nachfolgende Peroxidbleichstufe verstärkt mit Borhydrid, bei hoher
Pulpenkonsistenz ausgeführt
wird, und weiterhin soll die verbrauchte Bleichflüssigkeit
aus der Bleichstufe hoher Konsistenz, die restliches Peroxid wie
Wasserstoffperoxid enthält,
in dem Pulperefinerprozess rückwärts geleitet
werden und in die Pulpe unmittelbar vor oder am Beginn der Bleichstufe
mittlerer Konsistenz mit z.B. Wasserstoffperoxid gemischt werden.
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Vorteile
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Durch
Bleichen von mechanischer Pulpe und CTMP auf die beschriebene Weise,
d.h. gemäß der vorliegenden
Erfindung, ist es möglich,
einen Weißgrad
der Pulpe von bis gegen 85% ISO zu erreichen. Die Verwendung von
gewöhnlich
drei verschiedenen Bleichmitteln führt jedoch zu einer Verfeuerung
des Bleichprozesses, insgesamt gesehen, im Vergleich mit der üblichen
Verwendung eines Bleichmittels in üblicherweise einer Stufe; es
ist jedoch zu bedenken, dass der Markt immer einen Bedarf an erhöhtem Weißgrad der
Pulpen der beschriebenen Art hat und folglich auch Bedarf an erhöhtem Weißgrad des
Papiers, das aus solchen Pulpen hergestellt ist. Dieser Bedarf hat
natürlich
zum Ergebnis, das der Markt bereit ist, wesentlich für das, was gewünscht wird,
zu zahlen.
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Es
ist ferner so, dass selbst wenn bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
drei verschiedene Bleichmittel verwendet werden, was zu beträchtlichen
Kosten für
die Bleichmittel führt,
der Bleichprozess, insgesamt gesehen, in höchstem Maße kosteneffektiv ist, u.a.
aus dem Grund, dass die erfindungsgemäß genutzten verschiedenen Stufen
mit geringen Festkosten verbunden sind.
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Beste Ausführungsform
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Da
die Erfindung schon detailliert und auch mit Bezug auf zwei andere
Patentdokumente sehr im Detail beschrieben wurde, wird die Beschränkung hier
gemacht, dass nur ein Ausgangsbeispiel gegeben wird.
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Beispiel 1
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Thermomechanische
Pulpe wurde auf eine Weise hergestellt, die schematisch in 1 der schwedischen Patentanmeldung 9900816-1
dargestellt ist, auf die nochmals verwiesen wird. Das Ausgangsmaterial für die hergestellte
Pulpe waren im Wesentlichen frische, entrindete Fichtenstämme skandinavischen
Ursprungs. Zu der fortschreitenden Pulpensuspension am Ort 14 und
genauer in die (in der Figur nicht gezeigte) Pumpe unmittelbar nach
dem Eindicker 14 wird eine Natriumdithionit in einer Konzentration
von 60 mg/L enthaltende wässrige
Lösung
in solch einem Strom zugesetzt, dass die Menge des Bleichmittels
6 kg pro Tonne knochentrockener Pulpe betrug. Die Temperatur der
Pulpensuspension an diesem Ort war 88°C, ihr pH-Wert 4,6 und ihre
Pulpenkonsistenz 3%. Die auf diese Weise vorgebleichte Pulpe wurde
in der Siebabteilung 19 gesiebt, so dass ein akzeptierter
Pulpenstrom und ein abgewiesener Pulpenstrom erhalten wurde. Der
abgewiesene Pulpenstrom wurde entsprechend der Darstellung in 1 in der erwähnten Patentanmeldung behandelt und
eine wässrige
Lösung,
die Natriumdithionit in einer Konzentration von 60 g/L enthielt,
wurde dem abgewiesenen Pulpensuspensionsstrom in der Pumpe (in der
Figur nicht dargestellt), die unmittelbar nach dem Eindicker 31 angeordnet
war, in solch einem Strom zugesetzt, dass die Menge des Bleichmittels
6 kg pro Tonne trockener Pulpe auch an diesem Ort betrug. Die Temperatur
der Pulpensuspension an diesem Ort war 85°C, ihr pH-Wert 5,1 und ihre
Pulpenkonsistenz 3%.
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An
dem Scheibenfilter 21 wurde Pulpe für weiteren Transport in das
Labor entnommen. An diesem Ort hatte die Pulpe, d.h. die vorgebleichte
Pulpe, einen Weißgrad
von 71% ISO und einen Metallgehalt, bestimmt nach dem Standardanalyseverfahren,
von 12,1 ppm (oder mg pro kg knochentrockener Pulpe) Mangan (Mn), 11,2 ppm
Eisen (Fe) und 3,8 ppm Kupfer (Cu). Die im Labor angelangte Pulpe
wurde zu einer Pulpenkonsistenz von 35% gepresst und danach in einem
Kaltlagerungsraum gelagert.
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Vier
Versuche wurden mit dieser Pulpe in dem Labor gemacht, ein Vergleichsversuch
und drei Versuche, wo das Verfahren gemäß der Erfindung simuliert wurde.
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In
den Versuchsläufen
wurde Pulpe aus dem Kaltlagerungsraum entnommen und für jeden
Versuch in drei Chargen von 20 g knochentrockener Pulpe aufgeteilt.
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Im
Referenzversuch wurde die Pulpe einer üblichen Wasserstoffperoxidbleichung
auf die Weise unterworfen, dass die 20 g Pulpe mit der Hand fein
verteilt wurden, so dass die Pulpe flockig wurde. Danach wurde die
Pulpe in einen Plastikbeutel getan. In diesem Plastikbeutel wurde
eine bestimmte Menge einer wässrigen Lösung, die
Wasserstoffperoxid in einer Menge von 4%, bezogen auf knochentrockene
Pulpe, Natriumhydroxid in einer Menge von 3,5%, bezogen auf knochentrockene
Pulpe, und Wasserglas (Natriumsilikat) in einer Menge von 3,12%,
bezogen auf knochentrockene Pulpe, enthielt, gegeben. Nach Zugabe
der erwähnten wässrigen
Lösung
wurde der Inhalt des Plastikbeutels, d.h. die Pulpenprobe, von Hand
geknetet, so dass die Chemikalien gleichförmig in der angegebenen Pulpenmenge
verteilt waren. Die Pulpenkonsistenz betrug 30% nach Mischen der
Chemikalien mit der Pulpe. Danach wurde der Plastikbeutel mit seinem
Inhalt in ein Wasserbad von 75°C
Temperatur während
90 Minuten gesetzt.
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Das
Bleichen wurde unterbrochen, indem man den Plastikbeutel aus dem
Wasserbad entnahm und seinen Inhalt in ein Glasgefäß goss,
in dem die Pulpenprobe mit entionisiertem Wasser auf eine Pulpenkonsistenz
von 0,6% verdünnt
wurde. Auch wurde eine Schwefelsäurelösung zugegeben,
so dass der pH-Wert der Pulpensuspension auf 5 erniedrigt wurde.
Während
der Verdünnung
der Pulpenprobe und vor Zugabe von Schwefelsäure wurde ein Muster der verbrauchten
Bleichflüssigkeit
entnommen, bei dem der End-pH-Wert und der Gehalt von restlichem
Wasserstoffperoxid nach konventioneller Analysentechnik bestimmt
wurden. Mit der Hand wurde ein Blatt der Pulpenprobe nach SCAN-CM
11:75 hergestellt, an dem der Weißgrad nach Analysenmethode
SCAN-P 3:93 bestimmt wurde. Alle Weißgradwerte, die in diesem Beispiel
genannt werden, sind auf die eben beschriebene Weise gemessen.
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Auch
die drei Bleichversuche gemäß der Erfindung
wurden an 20 g knochentrockener Pulpe ausgeführt.
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Bei
einem dieser Versuche, genannt Pr, wurde zu der Pulpenprobe in dem
Plastikbeutel zuerst Natriumborhydrid und Natriumhydroxid in Form
von handelsüblichem
Borol in einer Menge bezüglich
Natriumborhydrid von 0,1%, bezogen auf knochentrockene Pulpe, zuzüglich einer
Extramenge an Natriumhydroxid von 1,55%, bezogen auf knochentrockene
Pulpe, und Wasserglas in einer Menge von 3,12%, bezogen auf knochentrockene
Pulpe, zugegeben. Nach sorgfältiger
Verteilung der Chemikalien mittels Kneten mit der Hand wurde der
verschlossene Plastikbeutel in das oben erwähnte Wasserbad gesetzt, das
eine Temperatur von 75°C
hielt. Nach 2 Minuten wurde der Plastikbeutel aus dem Wasserbad
aufgenommen und geöffnet
und eine wässrige
Lösung,
die Wasserstoffperoxid in einer Menge von 4%, bezogen auf knochentrockene
Pulpe, und Natriumhydroxid in einer Menge von 1,55%, bezogen auf
knochentrockene Pulpe enthielt, zugegeben. Nach dieser Zugabe der
wässrigen
Lösung
besaß die
Pulpe eine Pulpenkonsistenz von 30%. Der Plastikbeutel wurde verschlossen
und wieder in das erwähnte
Wasserbad gesetzt und dort 90 Minuten lang gehalten. Auch bei diesem
Versuch wurde die Handhabung der Pulpenprobe auf die oben beschriebene
Weise fortgesetzt. Das charakterisierende Merkmal für diesen
Versuch war offensichtlich, dass das Natriumborhydrid der Pulpe
in einem Vorbehandlungsschritt zugegeben wurde, bevor das wirkliche
Wasserstoffperoxidbleichen der Pulpe ausgeführt wurde.
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In
einem zweiten Versuch gemäß der Erfindung,
genannt Ps, wurde die Pulpenprobe gemäß dem Vergleichsversuch behandelt
mit dem wichtigen Unterschied, dass die Pulpe außer mit den im Versuch erwähnten Chemikalien
auch mit handelsüblichem
Borol versetzt wurde, so dass der Zusatz von Borhydrid 0,1%, bezogen auf
knochentrockene Pulpe, betrug. Weiterhin wurde der direkte Zusatz
von Natriumhydroxid auf 3,1%, bezogen auf knochentrockene Pulpe,
verringert. Das charakterisierende Merkmal dieses Versuchs war offensichtlich,
dass das Natriumborhydrid und das Wasserstoffperoxid der Pulpe gleichzeitig
zugesetzt wurden.
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In
einem dritten Versuch gemäß der Erfindung,
genannt Pe, wurde die Pulpenprobe gemäß dem Vergleichsversuch behandelt,
jedoch mit dem wichtigen Unterschied, dass nach 80 Minuten des Wasserstoffperoxid-Bleichens
der Pulpe der Plastikbeutel aus dem Wasserbad entnommen und geöffnet wurde.
In den Beutel wurde handelsübliches
Borol so zugegeben, dass der Pulpe Natriumborhydrid in einer Menge
von 0,1%, berechnet als knochentrockene Pulpe, zugesetzt wurde,
und weiterhin wurde deionisiertes Wasser zugegeben, so dass die
Pulpenkonsistenz auf 5% verringert wurde. Schwefelsäure wurde
ebenfalls zugesetzt, so dass der pH-Wert in der Pulpensuspension
auf einen Bereich von 6,5–7,0
gesenkt wurde. Der Plastikbeutel wurde verschlossen und die Chemikalien
mit der Pulpenprobe mittels Kneten mit der Hand gleichmäßig verteilt.
Danach wurde der Plastikbeutel wieder während 10 Minuten in das Wasserbad
gesetzt. Auch bei diesem Versuch war die direkte Zugabe von Natriumhydroxid
auf 3,1% verringert, gemessen als knochentrockene Pulpe. Das charakterisierende
Merkmal dieses Versuches war offensichtlich, dass das Natriumborhydrid
der Pulpe unmittelbar am Ende des Wasserstoffperoxid-Bleichens zugegeben
wurde.
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Versuchsparameter
und Ergebnisse sind aus Tabelle 1 unten ersichtlich.
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Wie
dargestellt, wurde allen Pulpenproben, die erfindungsgemäß gebleicht
wurden, ein Weißgrad
gegeben, der höher
als der Weißgrad
der Vergleichspulpe war. Bei dem Versuch, bei dem ein ausdrücklicher
Vorbehandlungsschritt der Pulpe mit Borhydrid angewendet wurde,
ist die Erhöhung
des Weißgrads
besonders hervorgehoben und beträgt
genauer 2% ISO.
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Weiterhin
wurde später
nachgewiesen, dass in Fällen,
in denen vorgebleichte Pulpe in der TMP-Mühle entnommen und zum Labor
geliefert wurde, es vorkam, dass der Weißgrad der anfänglichen
Pulpe, d.h. unmittelbar hinter dem zweiten Refinerstadium, ungewöhnlich niedrig
war, was zu einem niedrigeren Endweißgrad der Pulpe führt als
unter anderen Umständen
der Fall sein sollte.
