NO319409B1

NO319409B1 - Fremgangsmate for a hindre eller forsinke opplosning av kalsiumkarbonat i et papirfremstillingssystem, fremgangsmate for fremstilling av papir eller kartong i et slikt system, og anvendelse av karbondioksid ved fremgangsmaten

Info

Publication number: NO319409B1
Application number: NO20004318A
Authority: NO
Inventors: Hannu Leino; Auli Laurila-Lumme; Heikki Pakarinen
Original assignee: Aga Ab; Upm Kymmene Corp
Priority date: 1998-03-03
Filing date: 2000-08-30
Publication date: 2005-08-08
Also published as: ID26253A; ES2169528T3; ID27434A; EP0981665B1; NO20004319D0; FI103520B1; DE69900627T3; JP2002506137A; US6623599B1; AU7921598A; NO319410B1; EP0981665A1; CA2319180C; US6540870B1; FI980478A0; WO1999035333A1; FI103520B; ATE211200T1; EP0986671A1; NO20004319L

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår papirfremstilling. Nærmere bestemt angår oppfinnelsen en fremgangsmåte for å hindre eller vesentlig forsinke opp-løsningen av kalsiumkarbonat i et papirfremstillingssystem, en fremgangsmåte for fremstilling av papir eller kartong i et papirfremstillingssystem hvor fast kalsiumkarbonat er til stede, og anvendelse av karbondioksid for å forsinke oppløsningen av kalsiumkarbonat i et papirfremstillingssystem.

Massesuspensjonen anvendt ved fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse omfatter mekaniske masser eller blandinger av slike med resirkulerte masser og/eller kjemiske masser. Særlige fordeler med den foreliggende oppfinnelse oppnås når termomekanisk masse (TMP) bearbeides til papir som inneholder kalsiumkarbonat som fyllstoff. Slike masser og massekombinasjoner blir i dag i stor grad anvendt til tilvirkning av superkalandrert (SC) og lett belagt (LWC) papir, for aviser og lignende.

Kalsiumkarbonat CaCC>3 er vanlig anvendt ved papirfremstilling som et fyllstoff eller pigment på grunn av at det har høy hvithet og er det hviteste fyllstoff i det aktuelle prisområde. Kalsiumkarbonat kan være naturlig forekommende kalk eller kalsitt, eller det kan være syntetisk fremstilt utfelt kalsiumkarbonat (PCC). Kalsiumkarbonat er knapt løselig ved alkaliske betingelser over en pH på ca. 8, men det an-gripes av syrer som svovelsyre og alum, og som et resultat av dette blir det oppløst. Følgelig vil kalsiumkarbonat normalt ikke være noe egnet fyllstoff ved papirfremstilling ved en sur pH.

I et forsøk på å løse problemet med oppløsning av kalsiumkarbonat ved sur pH, er det blitt fremstilt syrebestandig utfelt kalsiumkarbonat. Imidlertid er produksjonen av dette kalsiumkarbonat teknisk komplisert, noe som gjør bruken av det kostbart, og produktet vil ikke være fullstendig syrebestandig.

Noen papirprodusenter har omgjort sine prosesser fra sur til nøytral pH delvis i den hensikt å være i stand til å kunne anvende kalsiumkarbonat som fyllstoff og/eller pigment. Uttrykket "nøytral pH" tilsvarer i disse prosesser en pH i den korte sirkulasjon på ca. 7-8,5, mest foretrukket 7-8. Uttrykket "pseudonøytral pH" henviser til en pH under den pH hvor kalsiumkarbonat oppløses, og henviser generelt til en pH på 7 eller lavere.

Papirfremstillingsprosesser hvor det anvendes mekanisk masse, særlig TMP, bør ikke foregå ved pH-nivåer på over ca. 7,2 fordi høy pH vil medføre en minskning av hvitheten på det således fremstilte papir,

I papirfremstillingsprosesser tilsettes kalsiumkarbonat som et fyllstoff i papirmassen før dannelsen av papir, og følgelig vil en del av fyllstoffpartiklene komme inn i prosessvannet som sirkulerer i papirfremstillingssystemet. Når kalsiumkarbonat anvendes som et pigment i belagt papir, vil en del av kalsiumkarbonatet bli resirkulert til prosessen sammen med avfallspapir.

Resirkulert avfallspapir samt papiravfall (her generelt henvist til som resirkulerte fibrer) kan inneholde kalsiumkarbonat som fyllstoff og/eller pigment. Oppslemmingen av resirkulerte fibrer utføres generelt ved en basisk pH hvor kalsiumkarbonat forblir hovedsakelig i fast form. Dersom papirmaskinen imidlertid kjøres innen et surt, nøytralt eller pseudonøytralt pH-område, vil kalsiumkarbonat som kommer fra resirkulerte fibrer begynne å bli oppløst.

Også under basiske betingelser vil papirmasse-fremstillingen og den korte sirkulasjon innbefatte tilsetning av et antall papirkjemikalier og fortynnings-vann. Noe av dette er surt, og derfor vil pH i papirmassen bli senket. Ved hver sur tilsetning kan kalsiumkarbonat gå tapt, og derfor kan det oppstå skummingsproblemer forårsaket av at oppløst kalsiumkarbonat spaltes.

Oppløst kalsiumkarbonat dissosierer i vann i henhold til følgende ligninger:

Ved pH under ca. 8 vil oppløsningen av kalsiumkarbonat øke. Følgelig vil også konsentrasjonen av frie kalsiumioner øke, og det observeres skummming etter hvert som karbondioksidgass frigjøres. Med anvendelse av lukket resirkulering av vann i papirfremstillingssystemet, vil oppløsningen av kalsiumkarbonat akkumulere høye konsentrasjoner av kalsiumioner, hvilket medfører komplekse problemer ved papirfremstillingen. Blant disse problemer kan nevnes koagulering av klebrige partikler, såpe- og trykkfargepartikler; utfelling av uorganisk kalsiumsalt i form av grobelegg; utfelling av kalsiumoksalat og gjenutfelling av kalsiumkarbonat; minsket evne hos fibrene til svelling; vekselvirkning med retensjonshjelpestoffer, dispergeringsmidler og andre tilsatte papiradditiver; etc.

Følgelig er det et behov for forbedringer når kalsiumkarbonat anvendes i papirfremstillingsprosesser.

Karbondioksid er en gass som oppløses i vann eller en massesuspensjon og danner karbonsyre og/eller bikarbonationer i henhold til reaksjonen:

I kjent teknikk er det av flere årsaker blitt foreslått anvendelse av karbondioksid ved papirfremstilling. •

Ifølge US patentskrift nr. 1 993 265 anvendes karbondioksid for å hindre den ødeleggende virkning av kalsiumkarbonat på harpikslim utfelt med alum.

Ifølge US patentskrift nr. 2 114 809 blir en kalsiumkarbonat-holdig papirmasse limt ved å anvende alum, hvorved karbondioksid dannes ved reaksjonen mellom alum og karbonatfyllstoff.

Ifølge US patentskrift nr. 5 378 322 kan bikarbonationer som kreves for å katalysere den ikke-sure liming med alkylketen-dimerer, bli dannet ved dissosiasjon av karbondioksid i den vandige papirmasse. Dersom kalsiumkarbonat tilsettes som et fyllstoff, kan de katalytiske bikarbonationer bli dannet ved en reak-sjon mellom oppløst karbondioksid og kalsiumkarbonat. Imidlertid er denne kom-binasjon av karbondioksid og kalsiumkarbonat foreslått kun for en pH ned til 8,6.

Ifølge US patentskrift nr. 5 262 006 kan utfellingen av gips i en alkalisk resirkulering eller papiravfallsbasert papirmasse hindres ved å tilsette karbondioksid som danner bikarbonationer i den alkaliske papirmasse og som utfeller kalsium som kalsiumkarbonat, for således å tilveiebringe PCC i behandlingssystemet.

Ifølge EP patentskrift nr. 0 296 198 kan vaskingen av alkaliske masser bli forbedret ved å tilsette karbondioksid til vaskevannet.

Ifølge EP patentskrift nr. 0 281 273 kan karbondioksid anvendes til å justere pH i alkaliske masser før fibrilleringstrinnet.

Ifølge GP patentsøknad nr. 2 008 562 kan karbondioksid anvendes til å øke oppløseligheten av kalsiumkarbonat og til å gjøre resirkulert vann anvendt ved behandlingen av masse fra avfallspapir, hardere.

I norsk patentsøknad NO 1999 3202 A, publisert 9.7.1998 i form av WO 98/29601, beskrives fremstilling av en oppslemming av kalsiumkarbonat som er syrestabilisert for å kunne anvendes ved sur papirfremstilling. Oppslemmingen har et kalsiumkarbonatinnhold på 1-40 vekt% og den behandles med en stabilisator som består av et kalsiumsalt og/eller en svak syre slik at den får en forhøyet kalsiumion-konsentrasjon og en pH-verdi på under 7. Publikasjonen viser at oppslemmingen kunne holdes under et karbondioksidtrykk på 1 atm i 10 dager ved pH 6 uten nevne-verdig oppløsning av kalsiumkarbonatet.

Det er vel kjent i faget at oppløseligheten av kalsiumkarbonat øker med minskende pH. Ifølge litteraturen (D. Eklund, T. Lindstrom, "Paper Chemistry - an introduction", DT Paper Science Publications, Grankulla, Finland 1991, s. 253) vil en økning i partialtrykket for karbondioksid øke oppløseligheten av kalsiumkarbonat. Følgelig er det i kjente papirfremstillingsprosesser anbefalt å anvende kalsiumkarbonat som et fyllstoff ved alkalisk papirfremstilling, men ikke ved sur eller nøytral papirfremstilling som er typisk når TMP anvendes i prosessen.

Det er nå uventet funnet at karbondioksid kan anvendes til å forbedre virkningen av kalsiumkarbonat i papirfremstillingsprosesser som utføres ved pH-nivåer som er under de nivåer hvor kalsiumkarbonat tradisjonelt har vært anvendt.

Med oppfinnelsen tilveiebringes en fremgangsmåte for å hindre eller vesentlig forsinke oppløsningen av kalsiumkarbonat i et papirfremstillingssystem, kjennetegnet ved den omfatter å - tilveiebringe i papirfremstillingssystemet en vandig massesuspensjon som inneholder mekanisk masse,

- innføre karbondioksid i massesuspensjonen,

- bringe fast kalsiumkarbonat til å være til stede i massesuspensjonen ved pH-betingelser under 8, - innføre karbondioksidet i tilstrekkelig mengde til å forsinke vesentlig oppløsningen av kalsiumkarbonatet i massesuspensjonen ved pH-betingelsene og redusere mengden frie kalsiumioner i papirfremstillingssystemet,

under den forutsetning at karbondioksidet ikke tilsettes via en 1-40 vekt%-ig kalsiumkarbonat-oppslernming.

Karbondioksid innføres i tilstrekkelig mengde til vesentlig å forsinke oppløsningen av kalsiumkarbonat i en TMP-holdig massesuspensjonen og redusere mengden frie kalsiumioner i papirfremstillingssystemet, sammenlignet med et lignende papirfremstillingssystem hvor det opereres uten karbondioksid.

Det faktum at karbondioksid forsinker oppløsningen av kalsiumkarbonat er i seg selv uventet og står i motsetning til oppfatningen i kjent teknikk. Oppfinnerne antar at virkningen av karbondioksid skyldes den økte mengde karbonationer som er et resultat av oppløsningen av karbondioksid i det vandige medium. Disse karbonationer påvirker likevekten i dissosiasjonsligningen for kalsiumkarbonat på en slik måte at kalsiumkarbonat får mindre tendens til å bli oppløst og dissosiert. Således vil en stor del av kalsiumkarbonatet forbli i fast form og vil bli fjernet med papirhanen. Mengden frie kalsiumioner i massesuspensjonen og i sirkulerende prosessvann blir vesentlig redusert, og det vil ikke være noen akkumulering av kalsiumioner.

Den påkrevde mengde tilsatt karbondioksid avhenger av pH, av andre prosessbetingelser, samt av mengden kalsiumkarbonat som er til stede i massesuspensjonen. Mengden karbondioksid tilsatt til massesuspensjonen kan være vesentlig, opp til 5-7 kg/tonn, eller til og med mer. Forsøk har vært gjort med verdier mellom 2 og 15 kg/tonn med gode resultater. En stor mengde karbondioksid vil ha en klar pH-senkende virkning på massesuspensjonen, og det er kjent at lavere pH øker oppløse-ligheten av kalsiumkarbonat. Ved utførelsen av den foreliggende oppfinnelse ble det imidlertid uventet funnet at karbondioksid forsinker oppløsningen av kalsiumkarbonat selv når pH ble senket. Således vil en senkning av pH med karbondioksid ikke ha de samme negative virkninger på kalsiumkarbonat som en senkning av pH med andre syrer.

Kalsiumkarbonatet i massesuspensjonen kan komme fra kalsiumkarbonat tilsatt som fyllstoff i massesuspensjonen, eller det kan være i form av kalsiumkarbonat innlemmet som beleggingspigment i resirkulert papiravfall. Alternativt kan minst en del av kalsiumkarbonatet i massesuspensjonen komme fra resirkulerte fibrer som inneholder vesentlige mengder kalsiumkarbonat som fyllstoff og/eller pigment.

Med den foreliggende oppfinnelse tilveiebringes også en fremgangsmåte for fremstilling av papir eller kartong i et papirfremstillingssystem hvor fast kalsiumkarbonat er til stede. Fremgangsmåten er kjennetegnet ved at i et papirfremstillingssystem tilveiebringes en vandig massesuspensjon som inneholder mekanisk masse, karbondioksid innføres i massesuspensjonen, fast kalsiumkarbonat bringes til å være til stede i massesuspensjonen ved pH-betingelser under S, karbondioksidet innføres i massesuspensjonen i tilstrekkelig mengde til å forsinke vesentlig oppløsn-ingen av kalsiumkarbonatet i massesuspensjonen ved pH-betingelsene og redusere mengden frie kalsiumioner i papirfremstillingssystemet,

den kalsiumkarbonat-holdige massesuspensjon tilføres via trinn for papirmassefrem-stilling til en innretning for forming av en bane, og banen bearbeides til papir som inneholder kalsiumkarbonat som fyllstoff, under den forutsetning at karbondioksidet ikke tilsettes via en 1-40 vekt%-ig kalsiumkarbonat-oppslernming.

Dersom pH i den kalsiumkarbonat-holdige suspensjon er blitt justert med en sterk syre, så som svovelsyre, til under det kritiske nivå på ca. pH 8, vil kalsiumkarbonatet begynne å oppløses. Oppløsningen går generelt hurtigere jo lavere pH er. I noen tilfeller kan det være akseptabelt å senke pH i massesuspensjonen til så lavt som 7,5 eller til og med 7 med andre syrer, forutsatt at karbondioksid innføres i suspensjonen temmelig hurtig etter pH-senkningen til under ca. 8. Det foretrekkes imidlertid å oppnå all pH-senkning til under ca. pH 8 med bare karbondioksid, og i dette tilfelle vil oppløsningen av kalsiumkarbonat bli forsinket, i henhold til oppfinnelsen.

Den foreliggende oppfinnelse angår også anvendelse av karbondioksid til å forhindre eller vesentlig forsinke oppløsningen av kalsiumkarbonat i et papirfremstillingssystem, ved å innføre karbondioksid i en vandig suspensjon som inneholder mekanisk masse, slik at fast kalsiumkarbonat til er til stede i massesuspensjonen ved pH-betingelser under 8, og karbondioksidet innføres i tilstrekkelig mengde til å forsinke vesentlig oppløsningen av kalsiumkarbonatet i massesuspensjonen ved pH-betingelsene og til å redusere mengden frie kalsiumioner i papirfremstillingssystemet, under den forutsetning at karbondioksidet ikke tilsettes via en 1-40 vekt%-ig kalsiumkarbonat-oppslernming.

Ved utførelsen av den foreliggende oppfinnelse bør karbondioksid inn-føres i en TMP-holdig massesuspensjon før kalsiumkarbonatet utsettes for pH-betingelser under det kritiske nivå hvor det ellers ville blitt oppløst. Karbondioksid bør innføres på en måte slik at virkningen av karbondioksid er aktivt til stede for å motvirke oppløsningen av kalsiumkarbonatet.

Karbondioksid kan innføres i en massesuspensjonsstrøm, eller det kan innføres i en vannstrøm, så som resirkulert prosessvann, som deretter tilsettes til massesuspensjonen.

Ytterligere karbondioksid kan fortrinnsvis tilsettes i den kalsiumkarbonat-holdige massesuspensjon i forbindelse med tilsetninger av sure prosesskjemikalier i massesuspensjonen.

Som nevnt over, har karbondioksid en iboende kapasitet til å senke pH, og denne kapasitet kan utnyttes i den foreliggende oppfinnelse til å oppnå en ønsket senkning av pH i en massesuspensjon. Således kan karbondioksid innføres i tilstrekkelig mengde til å senke pH i massesuspensjonen til under det kritiske nivå på pH 8, eller når en annen syre er blitt anvendt til å senke pH kan karbondioksid fortrinnsvis anvendes til å senke pH ytterligere. pH i massesuspensjonen kan f.eks. justeres med karbondioksid til en pH på 5,5 til 7,6, fortrinnsvis 6,5 til 7,5.

Karbondioksid bør fortrinnsvis tilsettes før og/eller i forbindelse med ethvert trinn hvor den kalsiumkarbonat-holdige massesuspensjon fortynnes med vann som har pH på 8 eller lavere.

Mekaniske fibrer og resirkulerte fibrer blir ofte bleket med blekemidler, så som ditionitt, som medfører en reduksjon i pH på grunn av sidereaksjoner ved blekingen eller biprodukter av blekemidlet. Selve papirmassens egenskaper vil også påvirke størrelsen på pH-reduksjonen som kan forekomme. For å motvirke den pH-reduserende virkning, bør karbondioksid fortrinnsvis tilsettes før ditionitt-blekingen av massesuspensjonen.

Når en kalsiumkarbonat-holdig resirkulert masse kommer inn i en papirfremstillingsprosess som utføres ved nøytral eller sur pH, tilsettes karbondioksid i massen fortrinnsvis før det finner sted kontakt mellom væsker med forskjellige pH-nivåer.

Vandige massesuspensjoner fremstilt av kjemiske eller mekaniske masser, er i utgangspunktet fri for kalsiumkarbonat. I slike tilfeller kan kalsiumkarbonat være i form av et fast fyllstoff som tilsettes til massesuspensjonen i en papirfremstillingsprosess. Kalsiumkarbonat tilsettes fortrinnsvis i et trinn for massetilberedning, så som før og/eller i en tank for massetilberedning.

Kalsiumkarbonatet som først kommer inn i massesuspensjonen, kan også omfatte kalsiumkarbonat inneholdt i prosessvann som resirkuleres fra papirfremstillingsprosessen. I et slikt tilfelle kan det være foretrukket å innføre karbondioksid i prosessvannet før det kommer inn i massesuspensjonen. Ytterligere karbondioksid kan så innføres i papirstoffet på et senere prosesstrinn før formingen av en bane.

Ved utførelsen av fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse bør karbondioksid innføres i massesuspensjonen i tilstrekkelig mengde til å øke vesentlig mengden uoppløst kalsiumkarbonat i papirmassen som kommer inn i innretningen for forming av en bane i papirmaskinen, sammenlignet med en tilsvarende papirmasse som ikke er blitt behandlet med karbondioksid.

Med den foreliggende oppfinnelse forbedres anvendelsen av kalsiumkarbonat i TMP-holdige masser ved papirproduksjon ved en hovedsakelig nøytral eller til og med sur pH.

Forskjellige situasjoner hvor det oppstår problemer med oppløsning og dissosiasjon av kalsiumkarbonat ved papirfremstilling, er beskrevet nedenfor med hjelp av noen eksempler.

Eksempel 1

Laboratorieforsøk som viser virkningen av karbondioksid på oppløsningen av kalsiumkarbonat

En papirmasse omfattende avsvertet masse (DIP) og/eller termomekanisk masse (TMP) med en konsistens på 3-4% og ved en temperatur på 50 °C, ble blandet med karbondioksid i en lukket laboratorieblander. En kalsiumkarbonat-oppslernming ble tilsatt til massen etter tilsetningen av karbondioksid. Blandetiden var 2 timer. Deretter ble massen filtrert med en blå-bånd filterpakke (Slicer & Scholl 589/3), og mengden kalsium som var til stede i filtratet, ble målt ved anvendelse av et atomabsorpsj onsspektrometer (AAS).

I forsøk nr. 1 ble pH i en masseblanding av DIP og TMP senket til henholdsvis 6,5 og 6,0 ved anvendelse av a) H2S04 og b) CO2. Resultatene er angitt på fig. 1 (innhold av oppløst kalsium i blandinger av TMP - DIP).

I forsøk nr. 2 ble pH i en masseblanding av DIP og TMP justert til henholdsvis 6,5 og 6,0, som i det første forsøk. En tilsetning av eddiksyre tilsvarende en tilsetning på 5 kg eddiksyre pr. tonn, ble gjort i de respektive massesuspensjoner. Resultatene er angitt på fig. 2 (innhold av kalsium etter eddiksyretilsetning på 5 kg/t).

I forsøk nr. 3 ble pH i en DIP-suspensjon justert a) uten CO2 (med H2SO4) og b) med C02, og virkningen av tilsetning av henholdsvis 0,2% og 1,0% hydrosulfitt på oppløsningen av kalsiumkarbonat ble analysert. Resultatene er vist på fig. 3 (innhold av kalsium etter hydrosulfitt-tilsetning).

Resultatene av forsøk nr. 1 og 3 viser klart at oppløsningen av kalsiumkarbonat er vesentlig lavere når karbondioksid er blitt innført i massen.

I forsøk nr. 4 ble pH i en TMP-suspensjon justert med a) H2SO4 og

b) C02. Virkningen av kalsiumkarbonat og karbondioksid på ekstraherbare stoffer av kolloidal størrelse ble målt. Det ble funnet at den opprinnelige H2S04-justerte TMP

hadde 27 mg/l ekstraherbare stoffer av kolloidal størrelse i filtratet, den samme TMP hvor det var tilsatt CaCOa, hadde 21 mg/l ekstraherbare stoffer av kolloidal størrelse, mens den C02-behandlede CaC03-holdige TMP hadde så mye som 35 mg/l ekstraherbare stoffer av kolloidal størrelse i filtratet. Dette viser at de ekstraherbare stoffer er mer agglomerert med kalsium når pH-justeringen er foretatt med H2SO4, enn når den er foretatt med C02.

Eksempel 2

Dosering av sure prosesskjemikalier i CaCOv- holdig papirmasse

En massesuspensjon bestående av en blanding av avsvertet masse (DIP) og termomekanisk masse (TMP), og som innbefattet en vesentlig mengde kalsiumkarbonat som kom fra resirkulerte fibrer, ble anvendt til fremstilling av gjennom-farget papir. pH i papirmassen ble justert til pH 6, A) i henhold til kjent teknikk med svovelsyre, og B) i henhold til den foreliggende oppfinnelse med karbondioksid. Ved fremstillingen av papirmassen ble det foretatt en tilsetning på ca. 5 kg/tonn av et surt prosesskjemikalie.

Den sure tilsetning medførte en plutselig lokal reduksjon i pH i papirmassen, og dette akselererte oppløsningen av kalsiumkarbonat. Mengden oppløst kalsium ble målt i laboratoriet og ble funnet å være i tilfellet A) over 100 mg/l, og i tilfellet B) under 90 mg/l.

Dette viser at ved å tilsette karbondioksid i papirmassen, kan virkningen av plutselig pH-reduksjon på oppløsningen av kalsiumkarbonat bli mildnet.

Eksempel 3

Dosering av blekemidler i CaCOi- holdig papirmasse

En massesuspensjon bestående av en blanding av avsvertet masse (DIP) og termomekanisk masse (TMP) og innbefattende en vesentlig mengde kalsiumkarbonat som kom fra resirkulerte fibrer, ble bleket ved anvendelse av ditionitt (hydrosulfitt) som blekemiddel. Før blekingen ble pH justert til ca. 6 med A) svovelsyre og B) karbondioksid.

Blekemidlet forårsaket typisk en reduksjon i pH som akselererte opp-løsningen av kalsiumkarbonat som var til stede i fast form i prosessen. Innføringen av karbondioksid i massen reduserte vesentlig virkningen av blekemidlet. Med en tilsetning på ca. 2 kg/tonn hydrosulfitt ble innholdet oppløst kalsium i massen funnet å være ca. 80 mg/l i tilfellet A) og ca. 55 mg/l i tilfellet B).

Dette viser at anvendelsen av karbondioksid kan mildne problemet med kalsiumkarbonat-oppløsning i en massesuspensjon.

Eksempel 4

CaCCh som f<y>llstoff eller beleggingspi<g>ment i papirfremstilling ved pseudonøvtral

EM

Kalsiumkarbonat ble anvendt som et fyllstoff eller beleggingspigment ved papirproduksjon av masse som inneholdt en vesentlig mengde mekanisk masse. På grunn av den mekaniske masse ble papirfremstillingsprosessen kjørt i det sure eller pseudonøytrale område (en pH hvor kalsiumkarbonat normalt vil være oppløst).

Karbondioksid ble tilsatt i papirfremstillingsprosessen slik at det ble oppnådd en endelig pH på 6,5 ved papirmasse-fremstillingen. På grunn av tilsetningen av karbondioksid ble oppløsningen av kalsiumkarbonat forsinket. En vesentlig mengde kalsiumkarbonat i papirmassen forble i fast form og ble fjernet med papirhanen. Mengden frie kalsiumioner funnet i det resirkulerte prosessvann, holdt seg på et akseptabelt nivå og medførte ingen vesentlige problemer.

Eksempel 5

CaCOi som fyllstoff ved papirfremstilling med TMP

Sammenligningseksempel a): anvendelse av svovelsyre

I en papirfabrikk med en papirmaskin som produserte superkalandrert (SC) papir ble det anvendt råmateriale som besto av opp til 70% TMP (termomekanisk masse) og 30% bleket kraftmasse. pH i papirmassen som kom inn i den korte sirkulasjon var 5,8-6,3. Maskinen ble kjørt med en pH i toppkaret på 6,0-6,5. pH i den korte sirkulasjon ble regulert ved å tilsette H2SO4 i virekaret. På grunn av de sure betingelser ble det i fabrikken anvendt kaolinleire som fyllstoff og prosessen gikk uproblematisk.

Sammenligningseksempel b): anvendelse av kalsiumkarbonat

Fremgangsmåten i sammenligningseksempel a) ble gjentatt, men som fyllstoff ble det anvendt CaC03 i stedet for kaolin.

For ikke å oppløse fyllstoffet ble pH i papirmassen som kom inn i den korte sirkulasjon justert til pH 7,8.

Det produserte papir var gulaktig og manglet hvithet på grunn av virkningen av den høye pH på den mekaniske masse. Konsentrasjonen av kalsiumioner økte gradvis på grunn av at kalsiumkarbonat ble oppløst. Utfellinger av kalsiumsalter forekom i prosessen.

Utførelseseksempel: anvendelse av karbondioksid

Fremgangsmåten i sammenligningseksempel b) ble endret for å forbedre situasjonen.

Surgjøringene ved prosessen ble utført ved å anvende karbondioksid, og fortynningsvannet inneholdt ikke noe svovelsyre. pH i massesuspensjonen ble justert til en pH på 7 til 7,2 umiddelbart foran tanken for papirmassetilberedning.

På grunn av anvendelse av karbondioksid, inneholdt hvitvannet vesentlig mindre oppløst kalsiumkarbonat. En større andel av det tilsatte kalsiumkarbonat forble i fast form og ble fjernet som fyllstoff i banen formet ved papirfremstillingsprosessen.

Eksemplene viser at anvendelse av karbondioksid fører til en signifikant forbedring i kalsiumkarbonatbalansen i et papirfremstillingssystem.

Claims

1. Fremgangsmåte for å hindre eller vesentlig forsinke oppløsningen av kalsiumkarbonat i et papirfremstillingssystem, karakterisert ved at den omfatter å - tilveiebringe i papirfremstillingssystemet en vandig massesuspensjon som inneholder mekanisk masse, - innføre karbondioksid i massesuspensjonen, - bringe fast kalsiumkarbonat til å være til stede i massesuspensjonen ved pH-betingelser under 8, - innføre karbondioksidet i tilstrekkelig mengde til å forsinke vesentlig oppløsningen av kalsiumkarbonatet i massesuspensjonen ved pH-betingelsene og redusere mengden frie kalsiumioner i papirfremstillingssystemet, under den forutsetning at karbondioksidet ikke tilsettes via en 1-40 vekt%-ig kalsiumkarbonat-oppslernming.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at massen er termomekanisk masse (TMP) med pH under 7,5.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at kalsiumkarbonat tilsettes i massesuspensjonen som et fast kalsiumkarbonat-fyllstoff.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at minst en del av kalsiumkarbonatet i massesuspensjonen kommer fra resirkulerte fibrer eller avfallspapir som inneholder kalsiumkarbonat som fyllstoff eller pigment.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at karbondioksid innføres i en massesuspensjonsstrøm eller i en vannstrøm som deretter tilsettes til massesuspensjonen.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at pH-betingelsene omfatter en pH fra 5,5 til 7,6, fortrinnsvis fra 6,5 til 7,5, mest foretrukket fra 7 til 7,2.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at pH i massesuspensjonen justeres med karbondioksid til en pH på 7 til 7,2.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at karbondioksid innføres før ditionittbleking av massesuspensjonen.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at kalsiumkarbonat tilsettes til massesuspensjonen sammen med prosessvann som resirkuleres fra en papirfremstillingsprosess.

10. Fremgangsmåte for fremstilling av papir eller kartong i et papirfremstillingssystem hvor fast kalsiumkarbonat er til stede, karakterisert ved at - i et papirfremstillingssystem tilveiebringes en vandig massesuspensjon som inneholder mekanisk masse, - karbondioksid innføres i massesuspensjonen, - fast kalsiumkarbonat bringes til å være til stede i massesuspensjonen ved pH-betingelser under 8, - karbondioksidet innføres i massesuspensjonen i tilstrekkelig mengde til å forsinke vesentlig oppløsningen av kalsiumkarbonatet i massesuspensjonen ved pH-betingelsene og redusere mengden frie kalsiumioner i papirfremstillingssystemet, - den kalsiumkarbonat-holdige massesuspensjon tilføres via trinn for papirmasse-fremstilling til en innretning for forming av en bane, og - banen bearbeides til papir som inneholder kalsiumkarbonat som fyllstoff, under den forutsetning at karbondioksidet ikke tilsettes via en 1-40 vekt%-ig kalsiumkarbonat-oppslernming.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 10, karakterisert ved at karbondioksid innføres i massesuspensjonen i tilstrekkelig mengde til å holde det faste kalsiumkarbonat i uoppløst tilstand i tilstrekkelig tid til at massesuspensjonen kan bearbeides til en bane ved en pH under 7,5.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 10, karakterisert ved at massen omfatter termomekanisk masse.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 10, karakterisert ved at karbondioksid innføres i massesuspensjonen først i en posisjon foran bleketrinnet, og at ytterligere karbondioksid innføres i massesuspensjonen i et etterfølgende prosesstrinn før formingen av banen.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 11, karakterisert ved at karbondioksid innføres i suspensjonen i tilstrekkelig mengde til å øke vesentlig mengden av uoppløst kalsiumkarbonat i papirmassen som kommer inn i innretningen for forming av banen, sammenlignet med et tilsvarende papirmasse som ikke er blitt behandlet med karbondioksid.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 10, karakterisert ved at papiret fremstilles ved en pH på 6,5 til 7,5, fortrinnsvis 7 til 7,2.

16. Anvendelse av karbondioksid til å forhindre eller vesentlig forsinke oppløsningen av kalsiumkarbonat i et papirfremstillingssystem, ved å innføre karbondioksid i en vandig suspensjon som inneholder mekanisk masse, slik at fast kalsiumkarbonat til er til stede i massesuspensjonen ved pH-betingelser under 8, og karbondioksidet innføres i tilstrekkelig mengde til å forsinke vesentlig oppløsningen av kalsiumkarbonatet i massesuspensjonen ved pH-betingelsene og til å redusere mengden frie kalsiumioner i papirfremstillingssystemet, under den forutsetning at karbondioksidet ikke tilsettes via en 1-40 vekt%-ig kalsiumkarbonat-oppslernming.

17. Anvendelse ifølge krav 18, hvor karbondioksid innføres i termomekanisk masse (TMP) slik at det oppnås en pH på 6,5 til 7,5, fortrinnsvis 7 til 7,2, før kalsiumkarbonat tilsettes til massen.