EP2350381B1 - Procede de fabrication de pate a papier - Google Patents

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EP2350381B1
EP2350381B1 EP09756054.4A EP09756054A EP2350381B1 EP 2350381 B1 EP2350381 B1 EP 2350381B1 EP 09756054 A EP09756054 A EP 09756054A EP 2350381 B1 EP2350381 B1 EP 2350381B1
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EP
European Patent Office
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pulp
equal
less
deacidification
bleaching
Prior art date
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EP09756054.4A
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German (de)
English (en)
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EP2350381A1 (fr
Inventor
Christophe Calais
Jean-Christophe Hostachy
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Arkema France SA
ITT Manufacturing Enterprises LLC
Original Assignee
Arkema France SA
ITT Manufacturing Enterprises LLC
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Publication date
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Publication of EP2350381A1 publication Critical patent/EP2350381A1/fr
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21B—FIBROUS RAW MATERIALS OR THEIR MECHANICAL TREATMENT
    • D21B1/00—Fibrous raw materials or their mechanical treatment
    • D21B1/04—Fibrous raw materials or their mechanical treatment by dividing raw materials into small particles, e.g. fibres
    • D21B1/12—Fibrous raw materials or their mechanical treatment by dividing raw materials into small particles, e.g. fibres by wet methods, by the use of steam
    • D21B1/14—Disintegrating in mills
    • D21B1/16—Disintegrating in mills in the presence of chemical agents
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21C—PRODUCTION OF CELLULOSE BY REMOVING NON-CELLULOSE SUBSTANCES FROM CELLULOSE-CONTAINING MATERIALS; REGENERATION OF PULPING LIQUORS; APPARATUS THEREFOR
    • D21C9/00—After-treatment of cellulose pulp, e.g. of wood pulp, or cotton linters ; Treatment of dilute or dewatered pulp or process improvement taking place after obtaining the raw cellulosic material and not provided for elsewhere
    • D21C9/10—Bleaching ; Apparatus therefor
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21C—PRODUCTION OF CELLULOSE BY REMOVING NON-CELLULOSE SUBSTANCES FROM CELLULOSE-CONTAINING MATERIALS; REGENERATION OF PULPING LIQUORS; APPARATUS THEREFOR
    • D21C9/00—After-treatment of cellulose pulp, e.g. of wood pulp, or cotton linters ; Treatment of dilute or dewatered pulp or process improvement taking place after obtaining the raw cellulosic material and not provided for elsewhere
    • D21C9/10—Bleaching ; Apparatus therefor
    • D21C9/147—Bleaching ; Apparatus therefor with oxygen or its allotropic modifications
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
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    • D21C9/10—Bleaching ; Apparatus therefor
    • D21C9/147—Bleaching ; Apparatus therefor with oxygen or its allotropic modifications
    • D21C9/153—Bleaching ; Apparatus therefor with oxygen or its allotropic modifications with ozone

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing paper pulp.
  • Paper pulps called "mechanical pulps” or “high-performance pulps” or “wood pulp” are obtained directly from the wood by a series of mechanical treatments (grinding and refining) carried out using grinding wheels and / or refiners .
  • the dough can then undergo a bleaching phase in one or more steps.
  • the ozone treatment causes particular problems, namely a decrease in the whiteness of the dough, a difficulty of subsequent whitening, a loss of yield relative to the wood, an increase in the chemical oxygen demand of the effluents of laundering.
  • the document FR 2329794 also describes an ozone treatment. After the treatment, the treated pulp is mixed with lye (soda) to stabilize the properties imparted to the dough by the ozone treatment. The dough is then stored and subsequently directly used without being bleached for papermaking.
  • lye lye
  • a treatment of mechanical pulp with ozone is described.
  • the treatment is followed by a maturation step of less than 30 minutes, preferably less than 10 minutes, during which the ozonated paste remains in an alkaline medium, optionally by being mixed with bleaching chemicals.
  • the document EP 0276608 provides an illustration of an ozone treatment method.
  • the examples of the document show that the treatment with ozone induces a loss of whiteness of the dough.
  • WO 2008/081078 describes the use of soda and other bases during the ozone treatment itself, in order to limit the harmful effect of organic acids produced during ozonation on the subsequent bleaching and corrosion.
  • the deacidification step has a duration greater than or equal to 1 hour and 30 minutes, preferably greater than or equal to 2 hours, ideally greater than or equal to 3 hours.
  • the pH at the end of the deacidification step is between 7 and 8.
  • the pH varies by less than 0.1 units during the last 30 minutes of the deacidification step, preferably less than 0.05 units.
  • the method comprises a step of chelation, preferably between the deacidification step and the bleaching step, comprising contacting the deacidified dough with a chelating composition comprising a chelating agent, preferably ethylene diamine tetra-acetic acid or one of its sodium salts or diethylene triamine penta-acetic acid or a sodium salt thereof.
  • a chelating agent preferably ethylene diamine tetra-acetic acid or one of its sodium salts or diethylene triamine penta-acetic acid or a sodium salt thereof.
  • alkaline agent preferably 15 kg or less, more preferably 10 kg or less, per ton of mechanical pulp are used during the deacidification step.
  • the loss of wood yield at the end of the bleaching step is less than or equal to 20%, preferably less than or equal to 16%, ideally less than or equal to 13%, or even less than or equal to equal to 10%.
  • the whiteness of the dough at the end of the bleaching step is greater than or equal to 65%, preferably greater than or equal to 66.5%, ideally greater than or equal to 68%, or even greater or equal to 70%.
  • the process produces effluents whose chemical oxygen demand is less than or equal to 210 kg per ton of pulp, preferably less than or equal to 180 kg per ton of pulp, more preferably less than or equal to at 160 kg per tonne of dough, or even less than or equal to 145 kg per tonne of dough.
  • the mechanical pulp is a paste SGW, PGW, RMP, TMP, HTMP or CTMP.
  • the wood is a softwood, hardwood or mixture thereof, preferably a softwood, and more preferably a pine or spruce wood.
  • the invention also relates to a papermaking process, comprising the manufacture of paper pulp according to the method described above, as well as the use of this paper pulp to produce paper.
  • the present invention overcomes the disadvantages of the state of the art. In particular, it provides a more efficient pulp bleaching process, with better yield and / or using a smaller amount of chemicals and / or generating less effluent to be treated.
  • the acids located inside the fibers tend to be released gradually; the nature and the duration of the deacidification according to the invention are therefore adapted to obtain a stable pH before the bleaching step, which makes it possible to neutralize all the acidic species and to obtain an improved bleaching.
  • the figure 1 represents an example of pH evolution during a deacidification step according to the invention (experimental measurement).
  • the abscissa is the time in minutes, and the ordinate is the pH.
  • the expression "the pH varies by less than X unit during the last 30 minutes of the deacidification step” means that the absolute value of the difference between the pH measured at the end of the deacidification step and the pH measured 30 minutes before the end of the deacidification step is less than X unit.
  • the "end of the deacidification step” coincides with the beginning of the next step.
  • the beginning of the next step can refer to the beginning of the chelation step or the beginning of the bleaching step; but it may also designate the beginning of an intermediate washing step or the beginning of an intermediate step of consistency change.
  • the next step is a new action, which differs from the deacidification action and immediately follows it.
  • the refining and the ozone treatment of the wood are carried out conventionally in the field.
  • the raw material is any kind of suitable wood: especially resinous, leafy or a mixture of both.
  • suitable wood especially resinous, leafy or a mixture of both.
  • softwood By way of example of suitable species, mention may be made of pine and spruce.
  • the wood may undergo one or more preliminary treatments before refining, such as debarking, removal of knots from wood, heat treatment, pressurization, chipping, logs, logs or other ...
  • Refining includes grinding or grating (grinding) by grinding (under water flow) or in a disc refiner.
  • Refining can include several stages. For example, after a first grinding / grinding, the product can be separated into an accepted fraction and a rejected fraction, and the rejected fraction can be refined again before mixing with the accepted fraction. It is possible to provide for such intermediate separations several times.
  • ozone treatment ozonation
  • the ozone treatment thus makes it possible to reduce the specific energy required for separating the fibers and to increase the mechanical properties of the pulp thus treated.
  • the ozone treatment is carried out according to the methods known to those skilled in the art, for example according to the methods described in the documents of the state of the art mentioned in the introduction of the present application.
  • the ozone charge is typically 0.5 to 8%, preferably 1 to 4%.
  • the ozone treatment may concern all the pulp or a fraction only, for example the fraction released from the separation after the first refining.
  • a pH adjustment may optionally be carried out during ozonation or before ozonation, for example by means of an addition of alkaline agent, especially sodium hydroxide.
  • alkaline agent especially sodium hydroxide.
  • Deacidification preferably occurs after refining / ozone treatment, ie once the refining / ozone treatment is complete. It consists in neutralizing the acidic by-products generated by the action of ozone on the constituents of the wood, acid by-products that have accumulated inside and outside. outside (immediate environment) of wood fibers. Even if a base has been used before or during ozonation, the deacidification in question here is still useful for neutralizing the acid species, since the acids inside the fibers are released after the ozonation and the dough suspension tends to become more and more acidic over time.
  • the deacidification comprises, preferably consists of bringing the mechanical pulp resulting from the first step into contact with a deacidification composition.
  • the placing in contact is preferably carried out by simple mixing.
  • the pH is in a range of pH 3 to 5, depending on the treatment with ozone (amount of ozone, addition or no sodium hydroxide before or during ozonation).
  • the pH is in a range of 6 to 12, preferably 7 to 8.
  • the deacidification composition is preferably an aqueous solution comprising an alkaline agent.
  • This alkaline agent may be selected from oxides, hydroxides, silicates and carbonates of alkali metals and alkaline earth metals, ammonia, ammonia and mixtures thereof.
  • the basic species preferred for the choice of the alkaline agent mention may be made of potassium hydroxide, sodium hydroxide, magnesium hydroxide, calcium hydroxide, sodium carbonate, sodium silicate magnesium carbonate and mixtures thereof.
  • the alkaline agent comprises a mild base.
  • soft base is meant a base which dissociates only partially in water (pKb> 0) and / or which has a low solubility.
  • the alkaline agent may comprise a mild base selected from magnesium hydroxide, calcium hydroxide, sodium carbonate, sodium silicate, magnesium carbonate and mixtures thereof, preferably magnesium hydroxide .
  • the alkaline agent comprises a mild base as mentioned above in combination with another base, for example sodium hydroxide (or potassium hydroxide). But it is preferred that the deacidification composition does not contain sodium hydroxide (or potassium hydroxide) and that the alkaline agent consists of a mild base as defined above.
  • the use of a mild base such as magnesium hydroxide minimizes the phenomenon of extraction and dissolution of some components of the wood oxidized after the action of ozone. As a result, the yield loss is lower and the pollutant load resulting from the extraction phenomenon is reduced.
  • the amount of alkaline agent used in the deacidification step is preferably less than or equal to 20 kg, more preferably less than or equal to 15 kg, ideally less than or equal to 10 kg, per tonne of mechanical pulp.
  • the duration of the deacidification step is preferably greater than 1 hour, more preferably greater than or equal to 1 hour and 30 minutes, ideally greater than or equal to 2 hours or even greater than or equal to 3 hours, in order to optimize the positive effect of this step on total yield, effluent production and whiteness.
  • the deacidification step is preferably carried out at a temperature of between 4 and 95 ° C, more preferably between 25 and 85 ° C, most preferably between 35 and 80 ° C. A temperature of about 70 ° C is particularly suitable.
  • the consistency during the deacidification step is preferably between 0.5 and 10%, more preferably between 1 and 5%, ideally between 2 and 3%.
  • the value of the consistency or dryness of the dough corresponds to the percentage of dry matter expressed relative to water.
  • the consistency is the ratio of the dough mass to the mass of the suspension (which includes paste, water and added chemical compounds). In other words, it is the mass concentration of paste in the aqueous medium.
  • the chelation is preferably carried out after the deacidification, that is to say once the deacidification step is complete.
  • the chelation comprises, preferably consists of bringing the mechanical pulp from the second step into contact with a chelating composition.
  • the chelating composition is preferably an aqueous solution comprising a chelating agent.
  • the chelating agent may be any chemical compound conventionally used for this purpose in the field. Preferably it is ethylene diamine tetra-acetic acid or a sodium salt thereof, or diethylene triamine penta-acetic acid or a sodium salt thereof.
  • the chelating agent has a particular affinity for trace metal cations in the pulp.
  • the purpose of the chelation treatment is to neutralize these cations by sequestering them and removing them from the dough by washing it. Performing the chelation step helps to improve the performance of the hydrogen peroxide bleaching treatment.
  • the amount of chelating agent used during the chelation step is typically between 0.5 and 30 kg, preferably between 1 and 20 kg, more preferably between 2 and 10 kg, ideally between 3 and 5 kg. , per ton of mechanical pulp.
  • the duration of the chelation step is preferably greater than or equal to about 30 minutes.
  • the chelation step is preferably carried out at a temperature of between 4 and 95 ° C, more preferably between 25 and 85 ° C, most preferably between 35 and 80 ° C. A temperature of about 70 ° C is particularly suitable.
  • the consistency during the chelation step is preferably between 0.5 and 10%, more preferably between 1 and 5%, ideally between 2 and 3%.
  • the bleaching preferably occurs after the chelation (or after the deacidification if the chelation is absent), that is to say once the chelation step (or the deacidification step if the chelation is absent) is completed. .
  • the bleaching comprises, preferably, the contacting of the mechanical pulp from the third step with a bleaching composition.
  • the consistency during the bleaching step is preferably between 5 and 50%, more preferably between 10 and 45%, ideally between 20 and 40%.
  • Bleaching has faster kinetics at high consistency (whereas for chelation, kinetics are fast even at low consistency).
  • the consistency of the paste can be increased by pressing it for example, and by eliminating filtrates comprising in particular the chelated metals.
  • the placing in contact is preferably carried out by simple mixing of the bleaching composition with the paste.
  • the type of equipment used for mixing is adapted according to the consistency of the dough: direct mixing by means of an injection pump if the consistency is low or medium (less than 10%); mixer or mixer for a higher consistency up to about 40%).
  • the bleaching composition is preferably an aqueous solution comprising a bleaching agent and an alkaline agent.
  • the bleaching agent may be any chemical compound conventionally used for this purpose in the field. Preferably it is hydrogen peroxide. It is also possible to use sodium hydrosulphite.
  • the alkaline agent may comprise (or consist of) a soft base as defined in the second step.
  • the alkaline agent may comprise (or consist of) a base other than a mild base as defined in the second step, for example comprising (or consist of) sodium hydroxide (or potassium hydroxide). ).
  • the alkaline agent may comprise (or consist of) a mixture of a soft base as defined in the second step and a base different from such a soft base (for example sodium or potassium hydroxide).
  • a base different from such a soft base for example sodium or potassium hydroxide.
  • a mixture of sodium hydroxide and magnesium hydroxide is a preferred alkaline agent in the bleaching composition.
  • the mass ratio between the soft base and the base different from a mild base is between 0.001 and 1000, preferably between 0.01 and 100, more preferably between 0.1 and 10, and most preferably between 0.2 and 5.
  • a soft base in the bleaching composition minimizes the phenomenon of extraction and dissolution of some oxidized wood components after the action of ozone. Consequently, the use of a soft base makes it possible to further improve the wood yield, to reduce the effluents and the consumption of chemicals, and even to improve the whiteness of the dough.
  • the mass ratio between the soft base and the base different from a soft base generally results from a compromise between whiteness and efficiency.
  • the alkaline agent of the bleaching composition comprises sodium silicate.
  • Sodium silicate has an auxiliary stabilizing function of the bleaching agent (especially hydrogen peroxide). It is also possible to provide in the bleaching composition another stabilizing agent in addition to or instead of sodium silicate. Polyhydroxyacrylate compounds are possible stabilizing agents.
  • the amount of bleaching agent used is typically between 5 and 100 kg, preferably between 10 and 50 kg, more preferably between 20 and 40 kg per tonne of mechanical pulp.
  • the amount of alkaline agent used is typically between 5 and 100 kg, preferably between 10 and 70 kg per ton of mechanical pulp.
  • the bleaching composition may also comprise a chelating agent as defined above, especially if the chelation step is absent or has resulted in incomplete chelation.
  • the bleaching composition can be prepared separately and then brought into contact with the dough, but it can also be prepared directly in contact with the dough. In this second case, the various compounds of the bleaching composition are successively directly added to the dough.
  • the duration of the bleaching step varies depending on the type of agent used.
  • this duration is typically between 10 minutes and 8 hours, preferably between 30 minutes and 6 hours, more preferably between 2 hours and 4 hours.
  • the bleaching step is preferably carried out at a temperature of between 4 and 95 ° C, more preferably between 25 and 85 ° C, most preferably between 35 and 80 ° C. A temperature of about 70 ° C is particularly suitable.
  • the whiteness of the dough is defined according to ISO 2470.
  • the yield loss of the process is the sum of the yield losses observed for each of the deacidification steps (when it is implemented), chelation and bleaching. This value does not take into account the ozonation step.
  • the chemical oxygen demand of the effluents is defined according to the ISO 15705 standard, the measurement being carried out using a Hach DR / 2000 spectrophotometer.
  • a pine paste is prepared according to the TMP process.
  • the pulp undergoes an ozone treatment during the refining phase. Specifically, primary refiner releases are treated with 2% ozone, pH being adjusted with 5 kg of soda per tonne of pulp; then the ozone-treated rejects are mixed with the accepted fraction of the secondary refiner.
  • the whiteness of the pulp after the refining / treatment with ozone is 47.3%.
  • a chelation step is planned, during which the pulp is treated with 4 kg of DTPA per ton of pulp, at a consistency of 4% and at a temperature of 70 ° C., at pH 6-7, for 1 hour.
  • the pulp undergoes a bleaching step, at a consistency of 20%, at a temperature of 70 ° C and for a period of 2 hours.
  • pulp A on the one hand and pasta B, C and D on the other hand reveals that the presence of the deacidification step makes it possible to improve the whiteness of the dough, the wood yield of the process and to reduce the COD.
  • pulp B and pulp C reveals that the use of magnesium hydroxide in place of sodium hydroxide during the deacidification step, with a reduction of 30% of the amount of chemical required, improve the wood yield of the process and reduce the COD, for a whiteness only slightly lower.
  • pulp C and pulp D reveals that a reduction of about 75% of the mass of sodium hydroxide used during the bleaching step, and the replacement of about 41% of this sodium hydroxide.
  • magnesium hydroxide can reduce yield loss and COD by 20%.
  • a pine paste is prepared according to the TMP process.
  • the pulp undergoes an ozone treatment during the refining phase. Specifically, releases of the primary refiner are treated with 2% ozone, the pH not being adjusted; then the ozone-treated rejects are mixed with the accepted fraction of the secondary refiner.
  • the whiteness of the pulp after the refining / treatment with ozone is 48.3%.
  • a chelation step is provided, during which the pulp is treated with 4 kg of DTPA per ton of pulp, at a consistency of 2-3% and at a temperature of 70 ° C, at pH 6-7, for 1 hour.
  • the pulp undergoes a bleaching step, at a consistency of 20%, at a temperature of 70 ° C and for a period of 2 hours.
  • a spruce paste is prepared according to the TMP process.
  • the pulp undergoes an ozone treatment during the refining phase. Specifically, releases of the primary refiner are treated with 2% ozone, the pH not being adjusted; then the ozone-treated rejects are mixed with the accepted fraction of the secondary refiner.
  • the whiteness of the pulp after the refining / treatment with ozone is 51.2%.
  • a chelation step is provided, during which the pulp is treated with 4 kg of DTPA per ton of pulp, at a consistency of 2-3% and at a temperature of 70 ° C, at pH 6-7, for 1 hour.
  • the pulp undergoes a bleaching step, at a consistency of 20%, at a temperature of 70 ° C and for a period of 2 hours.
  • the same parameters as for the paste I are used, except that there is no deacidification step, and the amount of sodium hydroxide used in the bleaching composition is 37.5 kg / ton of dough.
  • the same parameters are used as for the pulp J, except that the duration of the deacidification step is only 30 minutes.
  • the same parameters as for the paste J are used, except that the duration of the deacidification step is 90 minutes.

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Description

    DOMAINE DE L'INVENTION
  • La présente invention concerne un procédé de fabrication de pâte à papier.
    • ARRIERE-PLAN TECHNIQUE
  • Les pâtes à papier dites « pâtes mécaniques » ou « pâtes à haut rendement » ou « pâtes de bois » sont obtenues directement à partir du bois par une suite de traitements mécaniques (défibrage et raffinage) effectués au moyen de meules et/ou de raffineurs. La pâte peut ensuite subir une phase de blanchiment en une ou plusieurs étapes.
  • Il est connu qu'un traitement à l'ozone lors du raffinage de la pâte permet d'améliorer la qualité de la pâte produite, en particulier en termes de propriétés physiques (notamment la résistance mécanique de la pâte), et de réduire la consommation en énergie du procédé.
  • Toutefois, le traitement à l'ozone engendre des problèmes particuliers, à savoir une diminution de la blancheur de la pâte, une difficulté de blanchiment ultérieur, une perte de rendement par rapport au bois, une augmentation de la demande chimique en oxygène des effluents de blanchiment.
  • Dans le document DE 2444475 , un traitement à l'ozone tel que mentionné ci-dessus est décrit. Un blanchiment ultérieur de la pâte est évoqué.
  • Le document FR 2329794 décrit également un traitement à l'ozone. Après le traitement, la pâte traitée est mélangée avec de la lessive (soude) pour stabiliser les propriétés conférées à la pâte par le traitement à l'ozone. La pâte est ensuite emmagasinée et est ultérieurement directement utilisée sans être blanchie pour la fabrication du papier.
  • Dans le document FR 2406023 , un traitement de pâte mécanique à l'ozone est décrit. Le traitement est suivi d'une étape de maturation de moins de 30 minutes, de préférence de moins de 10 minutes, pendant laquelle la pâte ozonée séjourne en milieu alcalin, éventuellement en étant mélangée à des produits chimiques de blanchiment.
  • Dans les documents FR 2388933 et FR 2388934 , tout comme dans les documents précédents, une maturation suit l'ozonation, en présence de lessive (soude) et éventuellement d'agent de blanchiment (peroxyde d'hydrogène), dans le but de stabiliser la pâte et éventuellement de la blanchir simultanément. Il est également envisagé un ajout de soude au stade de l'ozonation elle-même, pour faire gonfler la pâte.
  • Le document EP 0276608 fournit une illustration d'une méthode de traitement à l'ozone. Les exemples du document permettent de constater que le traitement à l'ozone induit une perte de blancheur de la pâte.
  • Le document intitulé The effect of ozone on mechanical pulps, de N. Soteland, Can. Wood Chem. Symp. extended abstracts, p.13-20 (1976), identifie un problème de perte de blancheur pour les pâtes à papier issues de résineux traitées à l'ozone. L'auteur indique qu'un ajustement du pH de la pâte ozonée à la soude et l'ajout de DTPA permettent d'augmenter la blancheur de la pâte. Un problème de perte de rendement dû à l'ozonation est également mentionné.
  • Le document intitulé Ozone treatment of mechanical pulp, part lit: influence on optical properties, de C.A. Lindholm, revue Paperi ja puu - Papper och Trâ (n°4a, 1977, p.217-232) décrit l'effet négatif de l'ozonation sur la blancheur, la stabilité de la blancheur et l'opacité de la pâte à papier. Différentes approches sont testées pour résoudre le problème: modification du traitement à l'ozone lui-même, neutralisation à la soude et chauffage de la pâte ozonée ou ozonation accompagnée d'un traitement avec un mélange de peroxyde d'hydrogène et de soude. Aucune de ces approches n'est jugée satisfaisante à la fois sur le plan de la résistance mécanique de la pâte et sur celui des propriétés optiques.
  • Le document intitulé Effect of ozone on high-temperature thermomechanical pulp, de R.W. Allison, Appita vol.32, n°4, p.279-284 (1979), étudie le blanchiment de pâte à papier ozonée (de type HTMP) et note l'influence du pH des traitements postérieurs à l'ozonation sur le rendement du procédé: plus précisément, un blanchiment ultérieur en conditions alcalines entraîne une perte importante de rendement. Une extraction à la soude pendant une courte durée de 30 minutes après l'ozonation et avant le blanchiment au peroxyde d'hydrogène est proposée. Il faut noter qu'avec ce procédé les rendements en pâte observés et/ou les blancheurs atteintes sont faibles malgré l'utilisation d'une quantité très importante de produits chimiques.
  • Le document intitulé Effect of neutralization on the bonding ability of ozone-treated mechanical pulp fibres, de C.A. Lindholm, Cellulose Chem. Technol., vo1.17, p.647-653 (1983), étudie en détail de quelle façon une neutralisation de pâte mécanique ozonée à la soude est susceptible de conférer à celle-ci des propriétés mécaniques avantageuses.
  • Le document intitulé Ozone in the production of softwood and hardwood high-yield pulps to save energy and improve quality, de M. Petit-Conil, C. de Choudens et T. Espilit, Nordic Pulp and Paper Research Journal, vol.13, n°1, p.16-22 (1998), étudie l'influence d'un traitement à l'ozone suivi d'un blanchiment au peroxyde d'hydrogène en présence de soude sur des pâtes préparées à partir de différentes essences de bois. Ce document ne traite pas de la perte de rendement observée lors du blanchiment.
  • Le document intitulé Use of ozone in mechanical pulping processes, de M. Petit-Conil, ATIP vol.57, n°2, p.17-26 (2003), compare l'effet de différents modes d'introduction de l'ozone. Ce document ne traite pas non plus de la perte de rendement observée lors du blanchiment.
  • Le document WO 2008/081078 décrit l'utilisation de soude et d'autres bases au cours du traitement à l'ozone lui-même, afin de limiter l'effet néfaste des acides organiques produits lors de l'ozonation sur le blanchiment ultérieur et sur la corrosion.
  • Les méthodes utilisées dans l'état de la technique ne donnent toutefois pas complètement satisfaction.
  • Il existe en particulier toujours un besoin d'obtenir un meilleur rendement et/ou d'atteindre des niveaux de blancheur élevés et/ou de réduire la quantité des produits chimiques nécessaires au traitement de la pâte à papier et/ou de diminuer la quantité d'effluents générés par le blanchiment.
    • RESUME DE L'INVENTION
  • L'invention concerne en premier lieu un procédé de fabrication d'une pâte à papier comprenant:
    • une étape de raffinage de bois, comprenant un traitement à l'ozone, de sorte à obtenir une pâte mécanique;
    • une étape de désacidification comprenant la mise en contact de la pâte mécanique avec une composition de désacidification comprenant au moins un agent alcalin pendant une durée supérieure à une heure; et
    • une étape de blanchiment comprenant la mise en contact de la pâte désacidifiée avec une composition de blanchiment;
    dans lequel le pH varie de moins de 0,2 unité pendant les 30 dernières minutes de l'étape de désacidification, et le pH est compris entre 6 et 10 à l'issue de l'étape de désacidification.
  • Selon un mode de réalisation, l'étape de désacidification présente une durée supérieure ou égale à 1 heure et 30 minutes, de préférence supérieure ou égale à 2 heures, idéalement supérieure ou égale à 3 heures.
  • Selon un mode de réalisation, le pH à l'issue de l'étape de désacidification est compris entre 7 et 8.
  • Selon un mode de réalisation, le pH varie de moins de 0,1 unité pendant les 30 dernières minutes de l'étape de désacidification, de préférence de moins de 0,05 unité.
  • Selon un mode de réalisation, l'agent alcalin de la composition de désacidification:
    • est choisi parmi les oxydes, hydroxydes, silicates et carbonates des métaux alcalino-terreux et des métaux alcalins, l'ammoniac, l'ammoniaque et les mélanges de ceux-ci;
    • de préférence est choisi parmi l'hydroxyde de potassium, l'hydroxyde de sodium, le silicate de sodium, l'hydroxyde de magnésium, l'hydroxyde de calcium, le carbonate de sodium, le carbonate de magnésium et leurs mélanges; et
    • idéalement est l'hydroxyde de magnésium.
  • Selon un mode de réalisation, la composition de blanchiment comprend un agent blanchissant et au moins un agent alcalin:
    • ledit agent alcalin étant choisi parmi les oxydes, hydroxydes, silicates et carbonates des métaux alcalino-terreux et métaux alcalins, l'ammoniac, l'ammoniaque et les mélanges de ceux-ci;
    • ledit agent alcalin étant de préférence choisi parmi l'hydroxyde de potassium, l'hydroxyde de sodium, l'hydroxyde de magnésium, l'hydroxyde de calcium, le silicate de sodium, le carbonate de sodium, le carbonate de magnésium et leurs mélanges; et
    • ledit agent alcalin comprenant idéalement de l'hydroxyde de sodium et/ou de l'hydroxyde de magnésium.
  • Selon un mode de réalisation, le procédé comprend une étape de chélation, de préférence entre l'étape de désacidification et l'étape de blanchiment, comprenant la mise en contact de la pâte désacidifiée avec une composition de chélation comprenant un agent chélatant, de préférence l'acide éthylène diamine tetra-acétique ou l'un de ses sels de sodium ou l'acide diéthylène triamine penta-acétique ou l'un de ses sels de sodium.
  • Selon un mode de réalisation, on utilise lors de l'étape de désacidification 20 kg ou moins d'agent alcalin, de préférence 15 kg ou moins, de manière plus particulièrement préférée 10 kg ou moins, par tonne de pâte mécanique.
  • Selon un mode de réalisation, lors de l'étape de blanchiment on utilise:
    • de 5 à 100 kg d'agent de blanchiment, de préférence de 10 à 50 kg, de manière plus particulièrement préférée de 20 à 40 kg, par tonne de pâte mécanique;
    • de 5 à 100 kg d'agent alcalin, de préférence de 10 à 70 kg, par tonne de pâte mécanique.
  • Selon un mode de réalisation, la perte de rendement en bois à l'issue de l'étape de blanchiment est inférieure ou égale à 20%, de préférence inférieure ou égale à 16%, idéalement inférieure ou égal à 13%, voire inférieure ou égal à 10%.
  • Selon un mode de réalisation, la blancheur de la pâte à l'issue de l'étape de blanchiment est supérieure ou égale à 65%, de préférence supérieure ou égale à 66,5%, idéalement supérieure ou égale à 68%, voire supérieure ou égale à 70%.
  • Selon un mode de réalisation, le procédé produit des effluents dont la demande chimique en oxygène est inférieure ou égale à 210 kg par tonne de pâte, de préférence inférieure ou égale à 180 kg par tonne de pâte, de manière plus particulièrement préférée inférieure ou égale à 160 kg par tonne de pâte, voire inférieure ou égale à 145 kg par tonne de pâte.
  • Selon un mode de réalisation, la pâte mécanique est une pâte SGW, PGW, RMP, TMP, HTMP ou CTMP.
  • Selon un mode de réalisation, le bois est un bois de résineux, feuillu ou mélange de ceux-ci, de préférence un bois de résineux, et de manière plus particulièrement préférée un bois de pin ou d'épicéa.
  • L'invention concerne également un procédé de fabrication de papier, comprenant la fabrication de pâte à papier selon le procédé décrit ci-dessus, ainsi que l'utilisation de cette pâte à papier pour produire du papier.
  • La présente invention permet de surmonter les inconvénients de l'état de la technique. Elle fournit plus particulièrement un procédé de blanchiment de pâte à papier plus efficace, avec un meilleur rendement et/ou utilisant une moindre quantité de produits chimiques et/ou générant moins d'effluents à traiter.
  • Ceci est accompli grâce à une étape de désacidification entre le traitement à l'ozone et le blanchiment, effectuée sur une durée suffisamment longue et jusqu'à une stabilisation suffisante du pH.
  • En effet, après l'ozonation, les acides se situant à l'intérieur des fibres ont tendance à être libérés progressivement; la nature et la durée de la désacidification selon l'invention sont donc adaptées pour obtenir un pH stable avant l'étape de blanchiment, ce qui permet de neutraliser toutes les espèces acides et d'obtenir un blanchiment amélioré.
  • Selon certains modes de réalisation particuliers, l'invention présente également une ou plusieurs des caractéristiques avantageuses énumérées ci-dessous.
    • L'invention permet d'obtenir une efficacité de blanchiment de la pâte à papier équivalente ou supérieure par rapport à l'état de la technique (paramètre de blancheur du même ordre voire supérieur).
    • En utilisant une base douce (notamment hydroxyde de magnésium, hydroxyde de calcium, carbonate de sodium, carbonate de magnésium, silicate de sodium et leurs mélanges, et de préférence hydroxyde de magnésium) en tant qu'agent alcalin de la composition de désacidification, on améliore encore le rendement et/ou la réduction de la quantité de produits chimiques nécessaires et d'effluents à traiter et/ou la blancheur.
    • En utilisant une base douce également lors de l'étape de blanchiment on améliore encore le rendement, la réduction de la quantité de produits chimiques nécessaires et d'effluents à traiter, voire la blancheur.
    • Les propriétés mécaniques des pâtes obtenues selon le procédé de l'invention sont aussi satisfaisantes que celles obtenues dans l'état de la technique.
    BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
  • La figure 1 représente un exemple d'évolution du pH au cours d'une étape de désacidification selon l'invention (mesure expérimentale). En abscisse figure le temps en minutes, et en ordonnée le pH.
    • DESCRIPTION DE MODES DE REALISATION DE L'INVENTION
  • L'invention est maintenant décrite plus en détail et de façon non limitative dans la description qui suit.
  • De façon schématique, le procédé de fabrication de pâte à papier selon l'invention comprend quatre étapes successives:
    • le raffinage de bois, comprenant un traitement à l'ozone, de sorte à obtenir une pâte mécanique;
    • la désacidification, comprenant la mise en contact de la pâte mécanique avec une composition de désacidification comprenant au moins un agent alcalin;
    • optionnellement, la chélation, comprenant la mise en contact de la pâte avec une composition de chélation comprenant un agent chélatant; et
    • le blanchiment, comprenant la mise en contact de la pâte avec une composition de blanchiment.
  • L'expression « le pH varie de moins de X unité pendant les 30 dernières minutes de l'étape de désacidification » signifie que la valeur absolue de la différence entre le pH mesuré à la fin de l'étape de désacidification et le pH mesuré 30 minutes avant la fin de l'étape de désacidification est inférieure à X unité.
  • La « fin de l'étape de désacidification » coïncide avec le début de l'étape suivante. Le début de l'étape suivante peut désigner le début de l'étape de chélation ou le début de l'étape de blanchiment; mais il peut également désigner le début d'une étape intermédiaire de lavage ou le début d'une étape intermédiaire de changement de consistance. De manière générale, « l'étape suivante » correspond à une nouvelle action, qui diffère de l'action de désacidification et lui fait immédiatement suite.
    • Première étape: raffinage et traitement à l'ozone
  • Le raffinage et le traitement à l'ozone du bois sont effectués de manière conventionnelle dans le domaine.
  • La matière première est toute sorte de bois approprié: notamment résineux, feuillu ou un mélange des deux. De préférence il s'agit de bois résineux. A titre d'exemple d'essences appropriées, on peut citer le pin et l'épicéa.
  • Le bois peut subir un ou plusieurs traitements préliminaires avant le raffinage, par exemple écorçage, enlèvement des noeuds du bois, traitement thermique, pressurisation, découpage en copeaux, bûchettes, rondins ou autres...
  • Le raffinage comprend le broyage ou râpage (défibrage) à la meule (sous courant d'eau) ou dans un raffineur à disques.
  • Le raffinage peut comprendre plusieurs stades. Par exemple, après un premier broyage/défibrage, on peut séparer le produit en une fraction acceptée et une fraction rejetée, et raffiner à nouveau la fraction rejetée avant de la mélanger avec la fraction acceptée. Il est possible de prévoir plusieurs fois de telles séparations intermédiaires.
  • Au cours du raffinage, on fait intervenir un traitement à l'ozone (ozonation) pour faciliter la séparation des fibres du bois. Le traitement à l'ozone permet donc de diminuer l'énergie spécifique nécessaire à la séparation des fibres et d'augmenter les propriétés mécaniques de la pâte à papier ainsi traitée. Le traitement à l'ozone est effectué selon les méthodes connues de l'homme de métier, par exemple selon les méthodes décrites dans les documents de l'état de la technique mentionnées dans l'introduction de la présente demande. La charge d'ozone est typiquement de 0,5 à 8%, de préférence de 1 à 4%. Le traitement à l'ozone peut concerner l'ensemble de la pâte ou une fraction seulement, par exemple la fraction rejetée issue de la séparation après le premier raffinage.
  • Un ajustement du pH peut éventuellement être effectué au cours de l'ozonation ou avant l'ozonation, par exemple au moyen d'un ajout d'agent alcalin, notamment d'hydroxyde de sodium. Ainsi, il est possible d'ajuster le pH de la pâte totale à l'issue d'un premier raffinage, ou le pH de la fraction rejetée à l'issue de la séparation, par exemple entre 9 et 11. On peut faire référence au document WO 2008/081078 à ce sujet.
  • L'ajout d'agent alcalin à ce stade permet de minimiser la chute du pH au cours du traitement à l'ozone. Cette chute du pH résulte de l'apparition et de l'accumulation de sous-produits organiques acides qui sont générés par l'action oxydante de l'ozone sur les constituants du bois. Il faut noter que, même dans les cas où le pH est ajusté avant ozonation, la pâte est très acide après l'ozonation; immédiatement après l'étape d'ozonation, le pH est compris entre 5 et 7. A l'issue du second raffinage successif à l'ozonation, les sous-produits organiques acides sont libérés dans la suspension de pâte et cette dernière présente un pH très acide (généralement entre 3 et 4).
  • A l'issue du raffinage/traitement à l'ozone, on obtient une pâte mécanique qui peut être de l'un quelconque des types connus de l'homme du métier, à savoir notamment:
    • une pâte mécanique de défibreur (SGW) obtenue à partir de rondins ou de blocs traités à pression atmosphérique avec des défibreurs à meule;
    • une pâte mécanique de défibreur sous pression (PGW) obtenue à partir de rondins ou de blocs traités sous pression avec des défibreurs à meule;
    • une pâte mécanique de raffineur (RMP) obtenue à partir de copeaux ou de bûchettes dans des raffineurs travaillant à la pression atmosphérique;
    • une pâte thermomécanique (TMP) ou thermomécanique haute température (HTMP) obtenue à partir de copeaux ou de bûchettes dans des raffineurs après traitement thermique du bois à la vapeur à pression élevée;
    • une pâte chimicothermomécanique (CTMP) obtenue par défibrage sous pression suivi d'une imprégnation chimique en présence de soude et de bisulfite de soude à une température supérieure à 100°C.
    Deuxième étape: désacidification
  • La désacidification intervient de préférence après le raffinage/traitement à l'ozone, c'est-à-dire une fois que le raffinage/traitement à l'ozone est achevé. Elle consiste à neutraliser les sous-produits acides générés lors de l'action de l'ozone sur les constituants du bois, sous-produits acides qui se sont accumulés à l'intérieur et à l'extérieur (environnement immédiat) des fibres du bois. Même si une base a été utilisée avant ou lors de l'ozonation, la désacidification dont il est question ici est tout de même utile pour neutraliser les espèces acides, puisque les acides se situant à l'intérieur des fibres sont libérés après l'ozonation, et la suspension de pâte a tendance à devenir de plus en plus acide au cours du temps.
  • La désacidification comprend, de préférence consiste en, la mise en contact de la pâte mécanique issue de la première étape avec une composition de désacidification.
  • La mise en contact s'effectue de préférence par simple mélange. Typiquement, avant la désacidification, le pH se situe dans une gamme de pH 3 à 5, en fonction du traitement à l'ozone (quantité d'ozone, addition ou pas de soude avant ou pendant l'ozonation). A la fin de la désacidification, le pH se situe dans une gamme de 6 à 12, préférentiellement de 7 à 8.
  • La composition de désacidification est de préférence une solution aqueuse comprenant un agent alcalin. Cet agent alcalin peut être choisi parmi les oxydes, hydroxydes, silicates et carbonates des métaux alcalins et métaux alcalino-terreux, l'ammoniac, l'ammoniaque et les mélanges de ceux-ci. Parmi les espèces basiques préférées pour le choix de l'agent alcalin, on peut citer l'hydroxyde de potassium, l'hydroxyde de sodium, l'hydroxyde de magnésium, l'hydroxyde de calcium, le carbonate de sodium, le silicate de sodium, le carbonate de magnésium et leurs mélanges.
  • Selon un mode de réalisation préféré, l'agent alcalin comprend une base douce. Par « base douce » on entend une base qui se dissocie seulement partiellement dans l'eau (pKb > 0) et/ou qui présente une faible solubilité. Notamment, l'agent alcalin peut comprendre une base douce choisie parmi l'hydroxyde de magnésium, l'hydroxyde de calcium, le carbonate de sodium, le silicate de sodium, le carbonate de magnésium et leurs mélanges, de préférence l'hydroxyde de magnésium.
  • Selon un mode de réalisation, l'agent alcalin comprend une base douce telle que mentionnée ci-dessus en combinaison avec une autre base, par exemple de l'hydroxyde de sodium (ou de potassium). Mais il est préféré que la composition de désacidification ne contienne pas d'hydroxyde de sodium (ou de potassium) et que l'agent alcalin soit constitué d'une base douce telle que définie ci-dessus.
  • Par rapport à l'hydroxyde de sodium ou de potassium, l'utilisation d'une base douce comme l'hydroxyde de magnésium minimise le phénomène d'extraction et de dissolution de certains constituants du bois oxydés après l'action de l'ozone. En conséquence, la perte de rendement est plus faible et la charge polluante résultant du phénomène d'extraction est réduite.
  • La quantité d'agent alcalin utilisée lors de l'étape de désacidification est de préférence inférieure ou égale à 20 kg, de manière plus particulièrement préférée inférieure ou égale à 15 kg, idéalement inférieure ou égale à 10 kg, par tonne de pâte mécanique.
  • La durée de l'étape de désacidification est de préférence supérieure à 1 heure, de manière plus particulièrement préférée supérieure ou égale à 1 heure et 30 minutes, idéalement supérieure ou égale à 2 heures voire supérieure ou égale à 3 heures, afin d'optimiser l'effet positif de cette étape sur le rendement total, la production d'effluents et la blancheur.
  • L'étape de désacidification est de préférence effectuée à une température comprise entre 4 et 95°C, de manière plus particulièrement préférée entre 25 et 85°C, idéalement entre 35 et 80°C. Une température d'environ 70°C est particulièrement appropriée.
  • La consistance lors de l'étape de désacidification est de préférence comprise entre 0,5 et 10%, de manière plus particulièrement préférée entre 1 et 5%, idéalement entre 2 et 3%. La valeur de la consistance ou siccité de la pâte correspond au pourcentage de matière sèche exprimé par rapport à l'eau.
  • La consistance est le rapport de la masse de pâte à la masse de la suspension (qui comprend la pâte, l'eau et les composés chimiques ajoutés). En d'autres termes, il s'agit de la concentration massique en pâte dans le milieu aqueux.
    • Troisième étape (optionnelle): chélation
  • La chélation intervient de préférence après la désacidification, c'est-à-dire une fois que l'étape de désacidification est achevée.
  • La chélation comprend, de préférence consiste en, la mise en contact de la pâte mécanique issue de la deuxième étape avec une composition de chélation.
  • La composition de chélation est de préférence une solution aqueuse comprenant un agent chélatant. L'agent chélatant peut être tout composé chimique conventionnellement utilisé à cette fin dans le domaine. De préférence il s'agit de l'acide éthylène diamine tetra-acétique ou de l'un de ses sels de sodium, ou de l'acide diéthylène triamine penta-acétique ou de l'un de ses sels de sodium.
  • L'agent chélatant possède une affinité particulière pour les cations métalliques présents à l'état de traces dans la pâte à papier. L'objectif du traitement de chélation est de neutraliser ces cations en les séquestrant et de les retirer de la pâte par lavage de celle-ci. La réalisation de l'étape de chélation contribue à améliorer la performance du traitement de blanchiment au peroxyde d'hydrogène.
  • La quantité d'agent chélatant utilisée lors de l'étape de chélation est typiquement comprise entre 0,5 et 30 kg, de préférence entre 1 et 20 kg, de manière plus particulièrement préférée entre 2 et 10 kg, idéalement entre 3 et 5 kg, par tonne de pâte mécanique.
  • La durée de l'étape de chélation est de préférence supérieure ou égale à 30 minutes environ.
  • L'étape de chélation est de préférence effectuée à une température comprise entre 4 et 95°C, de manière plus particulièrement préférée entre 25 et 85°C, idéalement entre 35 et 80°C. Une température d'environ 70°C est particulièrement appropriée.
  • La consistance lors de l'étape de chélation est de préférence comprise entre 0,5 et 10%, de manière plus particulièrement préférée entre 1 et 5%, idéalement entre 2 et 3%.
  • Il faut noter que l'on peut également effectuer l'étape de chélation en même temps que (et non pas après) la désacidification, pour limiter le nombre et le volume des équipements nécessaires à la mise en oeuvre du procédé. Dans ce cas, il suffit simplement de mettre en contact la pâte avec l'agent chélatant au stade de la désacidification, soit en l'ajoutant séparément, soit en l'incluant dans la composition de désacidification, de préférence dans les quantités indiquées ci-dessus.
    • Quatrième étape: blanchiment
  • Le blanchiment intervient de préférence après la chélation (ou après la désacidification si la chélation est absente), c'est-à-dire une fois que l'étape de chélation (ou l'étape de désacidification si la chélation est absente) est achevée.
  • Le blanchiment comprend, de préférence consiste en, la mise en contact de la pâte mécanique issue de la troisième étape avec une composition de blanchiment.
  • La consistance lors de l'étape de blanchiment est de préférence comprise entre 5 et 50%, de manière plus particulièrement préférée entre 10 et 45%, idéalement entre 20 et 40%.
  • Le blanchiment présente une cinétique plus rapide à haute consistance (alors que pour la chélation, la cinétique est rapide même à basse consistance). On peut augmenter la consistance de la pâte en la pressant par exemple, et en éliminant des filtrats comprenant notamment les métaux chélatés.
  • La mise en contact s'effectue de préférence par simple mélange de la composition de blanchiment avec la pâte. Le type d'appareillage utilisé pour le mélange est adapté en fonction de la consistance de la pâte: mélange direct au moyen d'une pompe d'injection si la consistance est basse ou moyenne (moins de 10%); mélangeur ou mixer pour une consistance plus élevée Qusqu'à 40% environ).
  • La composition de blanchiment est de préférence une solution aqueuse comprenant un agent de blanchiment et un agent alcalin.
  • L'agent de blanchiment peut être tout composé chimique conventionnellement utilisé à cette fin dans le domaine. De préférence il s'agit du peroxyde d'hydrogène. On peut également utiliser l'hydrosulfite de sodium.
  • Selon un mode de réalisation, l'agent alcalin peut comprendre (ou consister en) une base douce telle que définie à la deuxième étape.
  • Selon un mode de réalisation, l'agent alcalin peut comprendre (ou consister en) une base différente d'une base douce telle que définie à la deuxième étape, par exemple comprendre (ou consister en) l'hydroxyde de sodium (ou de potassium).
  • Selon un mode de réalisation (préféré), l'agent alcalin peut comprendre (ou consister en) un mélange d'une base douce telle que définie à la deuxième étape et d'une base différente d'une telle base douce (par exemple l'hydroxyde de sodium ou de potassium). Un mélange d'hydroxyde de sodium et d'hydroxyde de magnésium constitue un agent alcalin préféré dans la composition de blanchiment.
  • Dans ce cas, selon un mode de réalisation, le rapport massique entre la base douce et la base différente d'une base douce (par exemple le rapport massique entre l'hydroxyde de sodium et l'hydroxyde de magnésium) est compris entre 0,001 et 1000, de préférence entre 0,01 et 100, de manière plus particulièrement préférée entre 0,1 et 10, et idéalement entre 0,2 et 5.
  • La présence d'une base douce dans la composition de blanchiment minimise le phénomène d'extraction et dissolution de certains constituants du bois oxydés après l'action de l'ozone. En conséquence, l'utilisation d'une base douce permet d'améliorer encore le rendement en bois, de diminuer les effluents et la consommation de produits chimiques, voire d'améliorer la blancheur de la pâte. En pratique, le rapport massique entre la base douce et la base différente d'une base douce résulte en général d'un compromis entre la blancheur et le rendement.
  • De préférence, l'agent alcalin de la composition de blanchiment comprend du silicate de sodium. Le silicate de sodium a une fonction auxiliaire de stabilisation de l'agent de blanchiment (notamment le peroxyde d'hydrogène). Il est également possible de prévoir dans la composition de blanchiment un autre agent stabilisant en plus ou à la place du silicate de sodium. Les composés de type polyhydroxyacrylate constituent des agents stabilisants possibles.
  • La quantité d'agent de blanchiment utilisée est typiquement comprise entre 5 et 100 kg, de préférence entre 10 et 50 kg, de manière plus particulièrement préférée entre 20 et 40 kg, par tonne de pâte mécanique.
  • La quantité d'agent alcalin utilisée est typiquement comprise entre 5 et 100 kg, de préférence entre 10 et 70 kg par tonne de pâte mécanique.
  • La composition de blanchiment peut également comprendre un agent chélatant tel que défini ci-dessus, notamment si l'étape de chélation est absente ou a abouti à une chélation incomplète.
  • Il faut noter que la composition de blanchiment peut être préparée séparément puis mise en contact avec la pâte, mais elle peut également être préparée directement au contact de la pâte. Dans ce deuxième cas, les différents composés de la composition de blanchiment sont successivement directement ajoutés à la pâte.
  • La durée de l'étape de blanchiment varie selon le type d'agent utilisé.
  • Dans le cas du peroxyde d'hydrogène, cette durée est typiquement comprise entre 10 minutes et 8 heures, de préférence entre 30 minutes et 6 heures, de manière plus particulièrement préférée entre 2 heures et 4 heures.
  • L'étape de blanchiment est de préférence effectuée à une température comprise entre 4 et 95°C, de manière plus particulièrement préférée entre 25 et 85°C, idéalement entre 35 et 80°C. Une température d'environ 70°C est particulièrement appropriée.
  • A l'issue du procédé, on obtient une pâte à papier présentant de préférence une ou plusieurs des caractéristiques suivantes:
    • La blancheur est supérieure ou égale à 65%, de préférence supérieure ou égale à 66,5%, idéalement supérieure ou égale à 68% voire supérieure ou égale à 70%.
    • La perte de rendement en bois du procédé est inférieure ou égale à 20%, de préférence inférieure ou égale à 16%, idéalement inférieure ou égale à 13% voire inférieure ou égale à 10%.
    • La demande chimique en oxygène (DCO) des effluents est inférieure ou égale à 210 kg par tonne de pâte, de préférence inférieure ou égale à 180 kg par tonne de pâte, de manière plus particulièrement préférée inférieure ou égale à 160 kg par tonne de pâte voire inférieure ou égale à 145 kg par tonne de pâte.
  • Dans le cadre de la présente demande, la blancheur de la pâte est définie selon la norme ISO 2470.
  • Dans le cadre de la présente demande, la perte de rendement en bois du procédé est définie comme suit: à l'issue de chaque étape (désacidification, chélation, blanchiment), on récupère une fraction de 25% du filtrat aqueux en pressant la suspension de pâte. On réalise l'évaporation de l'eau en chauffant le filtrat à 50°C jusqu'à l'obtention d'un résidu sec de masse constante (correspondant au résidu dissous dans le filtrat et donc perdu). La perte de rendement de l'étape considérée est calculée de la façon suivante:
    • Perte de rendement étape = (100/25) × (masse résidu à la fin de l'étape)/masse de pâte initiale [après étape de raffinage]).
  • La perte de rendement du procédé est la somme des pertes de rendement observées pour chacune des étapes de désacidification (lorsqu'elle est mise en oeuvre), chélation et blanchiment. Cette valeur ne tient pas compte de l'étape d'ozonation.
  • Dans le cadre de la présente demande, la demande chimique en oxygène des effluents est définie selon la norme ISO 15705, la mesure s'effectuant à l'aide d'un spectrophotomètre Hach DR/2000.
    • EXEMPLES
  • Les exemples suivants illustrent l'invention sans la limiter.
    • Exemple 1
  • On prépare une pâte de pin selon le procédé TMP. La pâte subit un traitement à l'ozone lors de la phase de raffinage. Plus précisément, on traite les rejets du raffineur primaire avec 2% d'ozone, le pH étant ajusté avec 5 kg de soude par tonne de pâte; puis les rejets traités à l'ozone sont mélangés avec la fraction acceptée du raffineur secondaire. La blancheur de la pâte à l'issue du raffinage/traitement à l'ozone est de 47,3%.
  • Après le raffinage/traitement à l'ozone, une étape de chélation est prévue, durant laquelle la pâte est traitée avec 4 kg de DTPA par tonne de pâte, à une consistance de 4% et à une température de 70°C, à pH 6-7, pendant 1 heure.
  • Après l'étape de chélation, la pâte subit une étape de blanchiment, à une consistance de 20%, à une température de 70°C et pendant une durée de 2 heures.
  • Pour la préparation de la pâte A (exemple comparatif), on utilise en outre les paramètres suivants:
    • pas d'étape de désacidification entre le raffinage/traitement à l'ozone et la chélation;
    • composition de blanchiment:
      • peroxyde d'hydrogène: quantité suffisante pour 30 kg/tonne de pâte;
      • silicate de sodium: quantité suffisante pour 30 kg/tonne de pâte;
      • hydroxyde de sodium: quantité suffisante pour 42,5 kg/tonne de pâte.
  • Pour la préparation de la pâte B, on utilise en outre les paramètres suivants:
    • une étape de désacidification d'une durée de 3 heures entre le raffinage/traitement à l'ozone et la chélation, au moyen de 10 kg d'hydroxyde de sodium par tonne de pâte (pH à la fin du traitement = 7,3);
    • une composition de blanchiment identique à celle utilisée pour la pâte A, sauf la quantité d'hydroxyde de sodium: 32,5 kg par tonne de pâte au lieu de 42,5 kg.
  • Pour la préparation de la pâte C, on utilise en outre les paramètres suivants:
    • une étape de désacidification d'une durée de 3 heures entre le raffinage/traitement à l'ozone et la chélation, au moyen de 7 kg d'hydroxyde de magnésium par tonne de pâte (pH à la fin du traitement = 7,2);
    • une composition de blanchiment identique à celle utilisée pour la pâte B. Pour la préparation de la pâte D, on utilise en outre les paramètres suivants:
    • une étape de désacidification identique à celle utilisée pour la pâte C (pH à la fin du traitement = 7,2);
    • une composition de blanchiment identique à celle utilisée pour la pâte A sauf la quantité d'hydroxyde de sodium (8 kg au lieu de 42,5 kg par tonne de pâte) ainsi que l'ajout de 13,5 kg d'hydroxyde de magnésium par tonne de pâte.
  • La blancheur de la pâte à la fin du procédé, la perte de rendement par rapport au bois initial et la demande chimique en oxygène (DCO) totale générée sont mesurées pour chaque pâte. Les résultats sont reportés dans le tableau 1 ci-dessous. Tableau 1 - Paramètres mesurés sur les pâtes A à D
    Pâte Blancheur Perte de rendement DCO par tonne de pâte
    A 68% 13,2% 185 kg
    B 70,7% 12,7% 178 kg
    C 70,2% 12,2% 171 kg
    D 65,9% 10% 140 kg
  • La comparaison entre la pâte A d'une part et les pâtes B, C et D d'autre part, révèle que la présence de l'étape de désacidification permet d'améliorer la blancheur de la pâte, le rendement en bois du procédé et de réduire la DCO.
  • La comparaison entre la pâte B et la pâte C révèle que l'utilisation d'hydroxyde de magnésium à la place d'hydroxyde de sodium lors de l'étape de désacidification, avec une réduction de 30% de la quantité de produit chimique nécessaire, permet d'améliorer le rendement en bois du procédé et de réduire la DCO, pour une blancheur seulement légèrement inférieure.
  • La comparaison entre la pâte C et la pâte D révèle qu'une réduction d'environ 75% de la masse d'hydroxyde de sodium utilisée lors de l'étape de blanchiment, et le remplacement d'environ 41 % de cet hydroxyde de sodium par de l'hydroxyde de magnésium permet de réduire de 20% la perte de rendement et la DCO.
  • Pour ce qui est de la fabrication de la pâte B, on effectue également une expérience de mesure du pH au cours de l'étape de désacidification, en prolongeant celle-ci au-delà de 3 heures. Le résultat de cette expérience est reporté dans le tableau 2 ci-dessous, ainsi qu'à la figure 1. Le temps t=0 correspond au début de la désacidification. Tableau 2 - Evolution du pH lors de l'étape de désacidification (pâte B)
    Temps (en min) pH
    0 4,06
    1 10,25
    4 9,93
    9 9,33
    19 8,59
    30 8,27
    60 7,81
    90 7,56
    120 7,37
    150 7,28
    220 7,27
    260 7,25
  • On constate à partir de cet exemple que le pH, initialement acide, devient fortement basique dans la première minute de désacidification. Par la suite, la libération progressive des acides par les fibres conduit à une lente diminution du pH, qui ne se stabilise qu'au bout de 2 à 3 heures.
    • Exemple 2
  • On prépare une pâte de pin selon le procédé TMP. La pâte subit un traitement à l'ozone lors de la phase de raffinage. Plus précisément, on traite les rejets du raffineur primaire avec 2% d'ozone, le pH n'étant pas ajusté; puis les rejets traités à l'ozone sont mélangés avec la fraction acceptée du raffineur secondaire. La blancheur de la pâte à l'issue du raffinage/traitement à l'ozone est de 48,3%.
  • Après le raffinage/traitement à l'ozone, une étape de chélation est prévue, durant laquelle la pâte est traitée avec 4 kg de DTPA par tonne de pâte, à une consistance de 2-3% et à une température de 70°C, à pH 6-7, pendant 1 heure.
  • Après l'étape de chélation, la pâte subit une étape de blanchiment, à une consistance de 20%, à une température de 70°C et pendant une durée de 2 heures.
  • Pour la préparation de la pâte E, on utilise en outre les paramètres suivants:
    • une étape de désacidification d'une durée de 3 heures entre le raffinage/traitement à l'ozone et la chélation, au moyen de 20 kg d'hydroxyde de sodium par tonne de pâte (pH à la fin du traitement = 7,4);
    • composition de blanchiment:
      • peroxyde d'hydrogène: quantité suffisante pour 30 kg/tonne de pâte;
      • silicate de sodium: quantité suffisante pour 30 kg/tonne de pâte;
      • hydroxyde de sodium: quantité suffisante pour 22,5 kg/tonne de pâte.
  • Pour la préparation de la pâte F, on utilise en outre les paramètres suivants:
    • une étape de désacidification d'une durée de 3 heures entre le raffinage/traitement à l'ozone et la chélation, au moyen de 9 kg d'hydroxyde de magnésium par tonne de pâte (pH à la fin du traitement = 7,3);
    • une composition de blanchiment identique à celle utilisée pour la pâte E. Pour la préparation de la pâte G, on utilise en outre les paramètres suivants:
    • une étape de désacidification d'une durée de 3 heures entre le raffinage/traitement à l'ozone et la chélation, au moyen de 12 kg d'hydroxyde de magnésium par tonne de pâte (pH à la fin du traitement = 7,6);
    • une composition de blanchiment identique à celle utilisée pour la pâte E. Pour la préparation de la pâte H, on utilise en outre les paramètres suivants:
    • une étape de désacidification identique à celle utilisée pour la pâte G (pH à la fin du traitement = 7,6);
    • une composition de blanchiment identique à celle utilisée pour la pâte E sauf la quantité d'hydroxyde de sodium (5,6 kg par tonne de pâte au lieu de 22,5 kg) ainsi que l'ajout de 9 kg d'hydroxyde de magnésium par tonne de pâte.
  • La blancheur de la pâte à la fin du procédé, la perte de rendement par rapport au bois initial et la demande chimique en oxygène (DCO) totale générée sont mesurées pour chaque pâte. Les résultats sont reportés dans le tableau 3 ci-dessous. Tableau 3 - Paramètres mesurés sur les pâtes E à H
    Pâte Blancheur Perte de rendement DCO par tonne de pâte
    E 68,0% 15,9% 222 kg
    F 68,1% 15,1% 212 kg
    G 68,2% 14,6% 205 kg
    H 68,4% 12,8% 179 kg
  • La comparaison entre la pâte E d'une part et les pâtes F et G d'autre part révèle que l'utilisation d'hydroxyde de magnésium à la place de l'hydroxyde de sodium, avec une réduction de 55% ou de 40% de la quantité de produit chimique nécessaire, permet d'améliorer le rendement en bois du procédé et de réduire nettement la DCO, mais également d'améliorer légèrement la blancheur.
  • La comparaison entre la pâte G et la pâte H révèle que la diminution d'environ 75% de la masse de soude utilisée lors du blanchiment ainsi que le remplacement d'environ 40% de celle-ci par de l'hydroxyde de magnésium permet d'améliorer encore de façon nette tous les paramètres d'intérêt, à savoir la blancheur de la pâte, le rendement et la DCO.
    • Exemple 3
  • On prépare une pâte d'épicéa selon le procédé TMP. La pâte subit un traitement à l'ozone lors de la phase de raffinage. Plus précisément, on traite les rejets du raffineur primaire avec 2% d'ozone, le pH n'étant pas ajusté; puis les rejets traités à l'ozone sont mélangés avec la fraction acceptée du raffineur secondaire. La blancheur de la pâte à l'issue du raffinage/traitement à l'ozone est de 51,2%.
  • Après le raffinage/traitement à l'ozone, une étape de chélation est prévue, durant laquelle la pâte est traitée avec 4 kg de DTPA par tonne de pâte, à une consistance de 2-3% et à une température de 70°C, à pH 6-7, pendant 1 heure.
  • Après l'étape de chélation, la pâte subit une étape de blanchiment, à une consistance de 20%, à une température de 70°C et pendant une durée de 2 heures.
  • Pour la préparation de la pâte I (exemple comparatif), on utilise en outre les paramètres suivants:
    • une étape de désacidification d'une durée de 5 à 10 minutes entre le raffinage/traitement à l'ozone et la chélation, au moyen de 10 kg d'hydroxyde de sodium par tonne de pâte;
    • composition de blanchiment:
      • peroxyde d'hydrogène: quantité suffisante pour 30 kg/tonne de pâte;
      • silicate de sodium: quantité suffisante pour 30 kg/tonne de pâte;
      • hydroxyde de sodium: quantité suffisante pour 27,5 kg/tonne de pâte.
  • Pour la préparation de la pâte J, on utilise en outre les paramètres suivants:
    • une étape de désacidification identique à celle de la pâte I, à ceci près que sa durée est de 3 heures;
    • une composition de blanchiment identique à celle utilisée pour la pâte I, à ceci près que la quantité d'hydroxyde de sodium utilisée est de 22,5 kg/tonne de pâte.
  • Pour la préparation de la pâte K (exemple comparatif), on utilise les mêmes paramètres que pour la pâte I, à ceci près qu'il n'y a pas d'étape de désacidification, et que la quantité d'hydroxyde de sodium utilisée dans la composition de blanchiment est de 37,5 kg/tonne de pâte.
  • Pour la préparation de la pâte L (exemple comparatif), on utilise les mêmes paramètres que pour la pâte J, à ceci près que la durée de l'étape de désacidification est seulement de 30 minutes.
  • Pour la préparation de la pâte M, on utilise les mêmes paramètres que pour la pâte J, à ceci près que la durée de l'étape de désacidification est de 90 minutes.
  • La blancheur de la pâte à la fin du procédé, la perte de rendement par rapport au bois initial et la demande chimique en oxygène (DCO) totale générée sont mesurées pour chaque pâte. Les résultats sont reportés dans le tableau 4 ci-dessous. Tableau 4 - Paramètres mesurés sur les pâtes I à M
    Pâte Blancheur Perte de rendement DCO par tonne de pâte
    I 72,4% 9,6% 134 kg
    J 73,0% 9,2% 128 kg
    K 70% 9,6% 134 kg
    L 71,2% 9,1% 127 kg
    M 72,7% 9,2% 128 kg
  • La comparaison entre la pâte I ou la pâte K d'une part, et la pâte J ou la pâte M d'autre part révèle que l'allongement de la durée de l'étape de désacidification dans une mesure suffisante pour obtenir une stabilisation du pH permet d'améliorer la blancheur finale tout en réduisant la quantité de réactifs utilisée lors de l'étape de blanchiment. A contrario, l'essai effectué sur la pâte L, comparé aux essais sur les pâtes J et M, démontre que, à quantité égale de réactifs, une étape de désacidification relativement courte (de 30 minutes) donne une blancheur moindre qu'une étape de désacidification longue (de 90 minutes ou plus) pour une perte de rendement similaire.

Claims (15)

  1. Procédé de fabrication d'une pâte à papier comprenant:
    - une étape de raffinage de bois, comprenant un traitement à l'ozone, de sorte à obtenir une pâte mécanique;
    - une étape de désacidification comprenant la mise en contact de la pâte mécanique avec une composition de désacidification comprenant au moins un agent alcalin pendant une durée supérieure à une heure; et
    - une étape de blanchiment comprenant la mise en contact de la pâte désacidifiée avec une composition de blanchiment;
    dans lequel le pH varie de moins de 0,2 unité pendant les 30 dernières minutes de l'étape de désacidification, et le pH est compris entre 6 et 10 à l'issue de l'étape de désacidification.
  2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'étape de désacidification présente une durée supérieure ou égale à 1 heure et 30 minutes, de préférence supérieure ou égale à 2 heures, idéalement supérieure ou égale à 3 heures.
  3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le pH à l'issue de l'étape de désacidification est compris entre 7 et 8.
  4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le pH varie de moins de 0,1 unité pendant les 30 dernières minutes de l'étape de désacidification, de préférence de moins de 0,05 unité.
  5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel l'agent alcalin de la composition de désacidification:
    - est choisi parmi les oxydes, hydroxydes, silicates et carbonates des métaux alcalino-terreux et des métaux alcalins, l'ammoniac, l'ammoniaque et les mélanges de ceux-ci;
    - de préférence est choisi parmi l'hydroxyde de potassium, l'hydroxyde de sodium, l'hydroxyde de magnésium, l'hydroxyde de calcium, le carbonate de sodium, le carbonate de magnésium, le silicate de sodium et leurs mélanges; et
    - idéalement est l'hydroxyde de magnésium.
  6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel la composition de blanchiment comprend un agent blanchissant et au moins un agent alcalin;
    - ledit agent alcalin étant choisi parmi les oxydes, hydroxydes, silicates et carbonates des métaux alcalino-terreux et métaux alcalins, l'ammoniac, l'ammoniaque et les mélanges de ceux-ci;
    - ledit agent alcalin étant de préférence choisi parmi l'hydroxyde de potassium, l'hydroxyde de sodium, l'hydroxyde de magnésium, l'hydroxyde de calcium, le silicate de sodium, le carbonate de sodium, le carbonate de magnésium et leurs mélanges; et
    - ledit agent alcalin comprenant idéalement de l'hydroxyde de sodium et/ou de l'hydroxyde de magnésium.
  7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, comprenant une étape de chélation, de préférence entre l'étape de désacidification et l'étape de blanchiment, comprenant la mise en contact de la pâte désacidifiée avec une composition de chélation comprenant un agent chélatant, de préférence l'acide éthylène diamine tetra-acétique ou l'un de ses sels de sodium ou l'acide diéthylène triamine penta-acétique ou l'un de ses sels de sodium.
  8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel on utilise lors de l'étape de désacidification 20 kg ou moins d'agent alcalin, de préférence 15 kg ou moins, de manière plus particulièrement préférée 10 kg ou moins, par tonne de pâte mécanique.
  9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel lors de l'étape de blanchiment on utilise:
    - de 5 à 100 kg d'agent de blanchiment, de préférence de 10 à 50 kg, de manière plus particulièrement préférée de 20 à 40 kg, par tonne de pâte mécanique;
    - de 5 à 100 kg d'agent alcalin, de préférence de 10 à 70 kg, par tonne de pâte mécanique.
  10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel la perte de rendement en bois à l'issue de l'étape de blanchiment est inférieure ou égale à 20%, de préférence inférieure ou égale à 16%, idéalement inférieure ou égal à 13%, voire inférieure ou égal à 10%.
  11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, dans lequel la blancheur de la pâte à l'issue de l'étape de blanchiment est supérieure ou égale à 65%, de préférence supérieure ou égale à 66,5%, idéalement supérieure ou égale à 68%, voire supérieure ou égale à 70%.
  12. Procédé selon l'une des revendications 1 à 11, produisant des effluents dont la demande chimique en oxygène est inférieure ou égale à 210 kg par tonne de pâte, de préférence inférieure ou égale à 180 kg par tonne de pâte, de manière plus particulièrement préférée inférieure ou égale à 160 kg par tonne de pâte, voire inférieure ou égale à 145 kg par tonne de pâte.
  13. Procédé selon l'une des revendications 1 à 12, dans lequel la pâte mécanique est une pâte SGW, PGW, RMP, TMP, HTMP ou CTMP.
  14. Procédé selon l'une des revendications 1 à 13, dans lequel le bois est un bois de résineux, feuillu ou mélange de ceux-ci, de préférence un bois de résineux, et de manière plus particulièrement préférée un bois de pin ou d'épicéa.
  15. Procédé de fabrication de papier, comprenant la fabrication de pâte à papier selon l'une des revendications 1 à 13 ainsi que l'utilisation de cette pâte à papier pour produire du papier.
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