PT929713E - Separacao de solidos de suspensoes aquosas - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO

SEPARAÇÃO DE SÓLIDOS DE SUSPENSÕES AQUOSAS

Esta invenção abrange a remoção selectiva de materiais celulósicos suspensos de suspensões aquosas que os contêm em conjunto com materiais hidrófobos suspensos, por exemplo agente de enchimento. É bem conhecida a preparação de papéis usados para reutilização nos processos de fabrico de papel sujeitando-os à extracção da tinta. Os papéis usados são normalmente reduzidos a polpa com água na presença de produtos químicos para extracção da tinta e a seguir a polpa é sujeita a uma etapa de extracção de tinta em que a tinta é separada da polpa. A etapa de extracção da tinta pode envolver por exemplo flotação e/ou lavagem. A flotação realiza-se normalmente num tanque de flotação, onde se forma uma espuma na superfície da polpa. Esta espuma é retirada, dado que contém grandes quantidades de tinta. Contudo, esta espuma pode conter alguns materiais desejáveis, por exemplo fibras e partículas celulósicas. Muitas vezes também são transportadas quantidades significativas de fibras e partículas celulósicas na água de refugo que foi usada para lavar a polpa da qual foi extraída a tinta (água de refluxo).

De modo geral, é bem conhecido o processo de simplesmente destruir a espuma da etapa de flotação. A água de refluxo é muitas vezes tratada para ser clarificada. Isto é, os materiais sólidos são separados da água de refugo, formando um sedimento. Depois, a água-claríficadapode ser reciclada para o processo de extracção de tinta e o sedimento é destruído. A clarificação pode ser feita por exemplo por sedimentação, filtragem ou flotação de ar dissolvido. Todos estes processos são concebidos para remover da água de refluxo substancialmente todos os sólidos em suspensão de uma maneira não selectiva.

Assim, nestes sistemas, perdem-se todas as fibras e partículas celulósicas que tenham sido transportadas para a espuma ou para a água de refluxo. É conhecido o processo de joeirar a água de refluxo antes de ser sujeita ao tratamento de clarificação, para remover as fibras celulósicas compridas. Estas podem ser depois recicladas para o processo de extracção de tinta ou de fabrico de papel. O filtrado é 1 depois tratado da maneira habitual para remover todos os sólidos suspensos remanescentes. Isto é frequentemente feito por flotação de ar dissolvido. Mais uma vez, sub3tancialmente todos os sólidos em suspensão são removidos de maneira não selectiva. Também é conhecido o processo de incluir, nesta etapa, produtos químicos para floculação ou coagulação. Estes induzem a aglomeração dos sólidos em suspensão, formando flocos que podem ser depois flotados e removidos. Os sistemas deste tipo geral são descritos por Kofta e Wang, em «Total Closing of Papel Mills with Reclamation and De-inking Installations», Actas da 43a Conferência de Resíduos Industriais de Purdue, ΙΟΙ 2 de Maio de 1988, págs. 673 a 687 (publicadas em 1989). Estes sistemas têm como único objectivo recuperar as fibras compridas da água de refluxo. Depois destas terem sido recuperadas, o objectivo do sistema descrito é clarificar e reciclar a água de refluxo.

Também é conhecido o processo de clarificar o branco de água do fabrico de papel, geralmente por remoção das fibras usando método normalizados de separação sólidos-líquidos.

Em todos os sistemas acima, mesmo os que envolvem a recuperação das fibras compridas, perdem-se materiais valiosos, em particular partículas celulósicas. Não só se perdem estes materiais úteis como fazem parte da espuma ou do sedimento que têm de ser destruídos, contribuindo para os significativos custos de destruição (quer por lançamento em aterro quer por queima) em que incorrem as instalações de extracção de tinta.

Doricae Simandl, em «Separation of Fibre and Ash in De-inking Effluents: A Case Study», Tappi Journal, Vol. 78, No. 5, págs. 109 a 116, Maio de 1995, tentaram separar os materiais celulósicos úteis de outros materiais como a argila presente nas águas de refluxo da extracção de tinta. Pretendem fazê-lo usando sistemas mecânicos modificados que incluem flotação de ar disperso e joeiramento. A fase de flotação destina-se a flotar as fibras para formar uma fracção superior e reter a argila na fracção inferior. Contudo, parece, pelos resultados apresentados, que se perdem quantidades significativas do conteúdo em fibras da suspensão tratada na fracção inferior, de «argila». Dorica e Símaridl também descrevem vários processos em duas etapas. Contudo, os processos descritos envolvem ou duas fases de joeiramento ou uma fase de flotação seguida de joeiramento dos materiais flotados.

Todos os sistemas descritos dependem de métodos exclusivamente mecânicos e não proporcionam uma separação eficiente dos materiais celulósicos e hidrófobos.

Seria desejável poder reduzir os custos da destruição de desperdícios reutilizando materiais valiosos, separando-os de maneira eficiente e conveniente dos materiais que não são necessários para reutilização.

Também seria desejável evitar tanto quanto possível a perda de materiais celulósicos em suspensão nas águas de refugo, especialmente os produzidos no decurso dos processos de extracção de tinta, e recuperá-los para serem reutilizados de maneira eficiente. A invenção proporciona um método para separar partículas celulósicas e fibras celulósicas de uma suspensão aquosa que contém fibras celulósicas, partículas celulósicas e materiais hidrófobos, o qual compreende A) joeirar a suspensão aquosa para remover fibras celulósicas e proporcionar um filtrado e depois B) sujeitar o filtrado a uma etapa de flotação de ar disperso na presença de um nível .........de iões de cálcio de pelo menos 50 ppm, de preferência pelo menos 100 ppm e com um pH de pelo menos 6 e de preferência na presença de um auxiliar de separação constituído por um ou mais de: (a) um ácido gordo ou um seu sal (b) um auxiliar de separação polimérico catiónico (c) um auxiliar de separação polimérico aniónico (d) um auxiliar de separação polimérico anfotérico, formando deste modo uma fracção superior Rejeitada e uma fracção inferior Aceite, em que as partículas celulósicas se concentram na fracção Aceite e o material hidrófobo se concentra na fracção Rejeitada 3 C) separar as fracções Rejeitada e Aceite.

Verificamos que a característica fundamental do processo da invenção é a fase (B). Nesta fase, os materiais hidrófobos são flotados selectivamente para formar a fracção superior Rejeitada. Os materiais coloidais, caso estejam presentes, também são selectivamente flotados para a fracção Rejeitada. Os materiais hidrófobos e coloidais incluem tinta, sólidos coloidais como amido, celulose parcialmente dissolvida, óleos e adesivos, e em particular agente de enchimento. Verificamos que, nos processos de extracção de tinta em particular, as partículas do agente de enchimento se tornam substancialmente hidrófobas ao passar pelas etapas de extracção de tinta e/ou de lavagem e são por isso hidrófobas na água de refugo que forma a suspensão aquosa do método da invenção. Contudo, a invenção pode ser usada para separar o agente de enchimento e outros materiais hidrófobos de qualquer suspensão aquosa em que o agente de enchimento seja substancialmente hidrófobo.

Na fase (B) o corre a separação selectiva de modo que os materiais hidrófobos e coloidais são predominantemente flotados para a fracção Rejeitada, enquanto as partículas celulósicas são predominantemente retidas na fracção Aceite. Através do processo da invenção, é possível atingir uma selectividade muito boa. A remoção do agente de enchimento e, em particular, da tinta residual deixa as partículas celulósicas muito limpas. Isto significa que, se se pretender, podem ser recicladas directamente para a polpa já sem tinta para serem transportadas para o processo de fabrico de papel. A selectividade desta fase é inesperada considerando a acção conhecida dos vários componentes auxiliares da flotação usados. Sabe-se que os iões de cálcio têm um efeito coagulante, enquanto os materiais saponáceos e poliméricos que são de preferência usados na invenção tendem normalmente a agir como recolhedores, coagulantes ou floculantes. Seria por isso de esperar que todos os materiais sólidos em suspensão no licor aquoso fossem aglomerados e flotados não selectivamente. Contudo, isso não sucede e na invenção podemos atingir niveis elevados de selectividade.

Na fase (A), a suspensão aquosa é joeirada para remover as fibras celulósicas. O joeiramento pode ser feito por qualquer método adequado de selecção por tamanho e/ou forma, por exemplo por filtragem. As fibras joeiradas na fase (A) têm normalmente um comprimento tal que ficam retidas numa joeira com orifícios ou ranhuras com uma dimensão inferior a 200 pm ou 100 pm e de preferência inferior a 70 pm ou frequentemente 80 pm. Normalmente a dimensão dos orifícios não é superior a 100 pm. As partículas de agente de enchimento, sólidos coloidais e partículas celulósicas são mais pequenas e por isso não ficam retidas em quantidade significativa durante o joeiramento.

Nesta fase, pode chegar-se a separar por joeiramento até 70%, muitas vezes 75% ou 80% ou mais, mesmo até 90% ou 95% ou mais, por peso das fibras celulósicas presentes na suspensão aquosa. A fracção de sólidos recuperados também pode ser muito rica em fibras celulósicas, tendo por exemplo um teor de pelo menos 70%, com frequência pelo menos 80% ou 90% ou mesmo 95% por peso de sólidos separados por joeiramento, de fibras celulósicas. A fase (A) produz uma fracção de sólidos (fibras) e uma fase líquida, que é a suspensão aquosa remanescente, nesta especificação apelidada «o filtrado», seja qual for o método usado para separar por joeiramento as fibras celulósicas. O filtrado passa para a fase (B).

Na fase (B) obtém-se a remoção selectiva do material hidrófobo e coloidal. Neste processo, o filtrado produzido na fase (A) é sujeito a flotação de ar disperso (também conhecida por flotação de ar induzido). Este processo é diferente da flotação de ar dissolvido. Na fase de flotação de ar disperso (B), produzem-se bolhas com um diâmetro relativamente grande-Podem ter uma dimensão de cerca de 0,1 a 1,0 mm. Pode usar-se qualquer equipamento conhecido para flotação de ar disperso. No geral, os sistemas conhecidos de flotação em tanque produzem bolhas de ar com a dimensão pretendida, quer por agitação rápida do filtrado que é sujeito à flotação quer lançando ar no tanque de flotação, por exemplo através de um respiradouro. O ar pode ser introduzido por sucção ou por pressão.

Geralmente, é desejável a presença de turbulência no tanque de flotação durante a etapa de flotação de ar disperso. Várias outras condições são importantes para a etapa de flotação (B) na invenção, como segue. 5 O filtrado apresenta-se com um pH de pelo menos 6 e tem de preferência um pH alcalino, por exemplo pelo menos cerca de 9 ou 10. Geralmente não é mais de cerca de 11 ou 12. Se a suspensão aquosa é água de refluxo da etapa de lavagem ou espuma rejeitada de um processo de extracção de tinta, terá normalmente um pH de pelo menos 6. Se a suspensão aquosa não tiver um pH apropriado, este pode ser proporcionado pelo adicionamento de materiais-tampão adequados, de maneira normalizada.

Na etapa de flotação (B), o teor de iões de cálcio também é importante. Tem de ser pelo menos 50 e de preferência pelo menos cerca de 100 ppm de iões de cálcio, com base no volume de filtrado que é sujeito à flotação. Muitas vezes é pelo menos cerca de 120 ppm, frequentemente pelo menos 150 ppm e pode atingir 200 ppm ou mais. Geralmente não é superior a cerca de 400 ou 500 ppm. O filtrado pode conter níveis suficientes de iões de cálcio quando entra na fase (B). Por exemplo, pode incluir água muito dura ou pode incluir iões de cálcio residuais de processo a que tenha sido anteriormente submetido. Contudo os níveis de iões de cálcio não são geralmente suficientes para atingir os resultados pretendidos. Nesses casos, adicionam-se iões de cálcio ao filtrado na fase (B), normalmente antes do início da flotação, embora possam ser adicionados antes ou durante a fase (A). Podem ser adicionados sob a forma de qualquer sal de cálcio conveniente, por exemplo CaCI2. Normalmente, cerca de 50 a 150 ppm do conteúdo de iões de cálcio derivam do sal de cálcio adicionado, com frequência 70 a 100 ppm, em particular cerca de 90 ppm.

Tambénrv podem usar-se outros sais polivalentes nestas quantidades, por exemplo para proporcionar iões de alumínio, férrico ou ferroso, em vez de ou adicionalmente aos iões de cálcio. O processo é muito melhorado se se incluir um auxiliar de separação na fase (B). Este pode compreender um ou mais de vários tipos de material adequado.

Pode compreender material da classe (a), seleccionado entre ácidos gordos e seus sais. Podem usar-se metais sulfonados ou de metais alcalinos de ácidos gordos. Preferem-se os sais de sódio. Entendemos que, em sistemas em que se usa um ácido gordo ou seus derivados como componente do auxiliar de separação, ele interage com os iões de cálcio para formar um sal de cálcio do ácido gordo, que depois actua sobre os sólidos em 6 suspensão para auxiliar a dar os efeitos pretendidos. Assim, pode usar-se qualquer sal de ácido gordo que resultará no sal de cálcio correspondente na presença dos iões de cálcio.

Os ácidos gordos adequados para serem usados em forma de ácido ou sal incluem ácidos gordos C10-12, de preferência C12.i8 e mais preferivelmente ácidos gordos C16_18. O auxiliar de separação pode compreender material (b), seleccionado entre materiais poliméricos catiónicos tendo geralmente uma viscosidade intrínseca não superior a 20 dl/g. Pode usar-se qualquer material polimérico adequado, por exemplo emulsões poliméricas cationizadas. O material pode ser um polímero catiónico de ocorrência natural ou um polímero de ocorrência natural modificado, mas é de preferência um polímero sintético que foi formado a partir de um monómero ou de uma mistura de monómeros etilenicamente insaturados. O material polimérico catiónico pode ter uma viscosidade intrínseca relativamente elevada, de pelo menos cerca de 5 dl/g, muitas vezes não superior a 15 dl/g, por exemplo 6 ou 7 a 10 ou 12 dl/g. Os polímeros que têm uma viscosidade intrínseca demasiado elevada podem, nalguns sistemas, produzir uma selectividade reduzida. De preferência, os materiais com uma viscosidade intrínseca relativamente elevada têm uma densidade de carga catiónica relativamente baixa. Por exemplo, se o material for um polímero sintético produzido a partir de uma mistura de monómeros, de preferência esta mistura não compreende mais de 70% por peso, de preferência 50% por peso, muitas vezes não mais de 30% por peso de monómero catiónico.

De preferência, o polímero catiónico é formado a partir de um monómero ou uma mistura de monómeros etilenicamente insaturados hidrossolúveis. Os monómeros catiónicos adequados incluem (met)acrilatos e -acrilamidas de dialquilaminoalquilo, como ácido adicionado, ou, de preferência, sais de amónio quaternário e haletos de dialildialquilamónio. Os (met)acrilatos preferidos são (met)acrilatos de di-CM alquilaminoetilo e as (met)acrilamidas preferidas são as (met)acrilamidas de di-C-u alquilaminopropilo, em particular (met)acrilatos de dimetilaminoetilo [DMAE (Μ) A] e (met)acrilamida de dimetilaminopropilo [DMAP (Μ) A], como ácido adicionado, e, de preferência, sais de amónio quaternário. O haleto de dialildialquilamónio preferido é cloreto de dialildimetilamónio [DADMAC], 7

Os polímeros catiónicos preferidos com um IV relativamente elevado são copolímeros dos monómeros acima com um monómero não iónico etilenicamente insaturado. Os monómeros não iónicos adequados incluem (met)acrilamida, em particular acrilamida.

Outros materiais poliméricos catiónicos que são úteis como auxiliar de separação (b) são do tipo de coagulantes com peso molecular inferior e têm uma viscosidade intrínseca não superior a cerca de 3 dl/g e têm de preferência uma densidade de carga catiónica relativamente elevada. Em particular, os materiais poliméricos catiónicos preferidos nesta classe são formados a partir um monómero ou uma mistura de monómeros hidrossolúveis etilenicamente insaturados em que pelo menos 50% por peso, geralmente pelo menos 80% por peso dos monómeros são catiónicos. Preferem-se os polímeros em que 100% dos monómeros são catiónicos.

Embora possa usar-se qualquer um dos monómeros catiónicos acima referenciados, prefere-se o cloreto de polidialildimetilamónio (polyDADMAC). Também são úteis os copolímeros de DADMAC que contêm até 30% por peso de acrilamida.

Os materiais poliméricos catiónicos de tipo coagulante com peso molecular baixo têm de preferência um IV abaixo de cerca de 2 dl/g, muitas vezes abaixo de 1,5 ou 1 dl/g, por exemplo descendo até 0,1 a 0,2 dl/g. O material polimérico catiónico é geralmente um polímero sintético linear. Contudo, é possível usar polímeros que tenham sido produzidos na presença de um agente de ..encadeamento, cruzado ou de ramificação. Por exemplo, o polímero catiónico pode ser do tipo descrito no documento EP-A-202,780. O auxiliar de separação também pode compreender materiais (c), seleccionados entre os materiais poliméricos aniónicos tendo geralmente uma viscosidade intrínseca não superior a 25 dl/g. O material polimérico aniónico pode ser um material polimérico natural, por exemplo um polissacárido, ou um material polimérico natural modificado. Contudo, é de preferência um polímero sintético, em particular formado a partir de um monómero ou uma mistura de monómeros hidrossolúveis etilenicamente insaturados.

Pode usar-se um material polimérico aniónico de baixa viscosidade intrínseca, por exemplo inferior a 4 dl/g. Contudo, a viscosidade intrínseca é preferivelmente cerca de 5, 0 de preferência pelo menos 8, por exemplo de 8 a 12 ou 14 dl/g. De preferência, a viscosidade intrínseca não é especialmente elevada, dado que, nalguns sistemas, pode reduzir a selectividade obtida. Portanto, de preferência a viscosidade intrínseca não é superior a 15 ou 12 dl/g.

Geralmente, pelo menos 5, 10 ou 15% por peso até 100% por peso, de preferência 20 a 80% por peso, dos monómeros usados para produzir o polímero são aniónicos, sendo não iónicos todos os outros monómeros.

Os monómeros aniónicos preferidos são ácidos carboxílicos ou sulfónicos etilenicamente insaturados, geralmente na forma dos seus sais hidrossolúveis de metais alcalinos. São exemplos o ácido sulfónico de 2-acrilamido-2-metil-propano (AMPS, Marca Registada americana), o ácido metacrílico e o ácido acrílico (como sódio ou outros sais de metais alcalinos). Prefere-se normalmente o acrilato de sódio.

Os comonómeros não iónicos hidrossolúveis etilenicamente insaturados incluem (met)acrilamida, especialmente acrílamida.

Os polímeros aniónicos preferidos são copolímeros de acrilamida e, normalmente, 50 a 80% por peso de acrilato de sódio. As alternativas incluem homopolímeros de acrilato de sódio e copolímeros de acrilamida e AMPS, em particular copolímeros de AMPS e até 97% por peso, frequentemente até 95% por peso, de (met)acrilamida. -Os polímeros sintéticos da classe (c) são de modo geral substancialmente lineares, embora possam ser produzidos na presença de um agente de encadeamento cruzado ou de ramificação.

Os auxiliares de separação adequados incluem os da classe (d), materiais poliméricos anfotéricos. Estes são geralmente produzidos a partir de uma mistura de monómeros, normalmente de monómeros hidrossolúveis etilenicamente insaturados, compreendendo 5 a 50% por peso de monómero catiónico e 5 a 50% por peso de monómero aniónico, opcionalmente com um monómero não iónico. Tanto o monómero catiónico como o monómero aniónico podem estar em excesso. Os monómeros catiónicos, aniónicos e não iónicos adequados são tal como analisados acima. 9

Todos os materiais poliméricos acima dos tipos (b), (c) e (d) são de preferência hidrossolúveis, embora possam ser emulsões desde que o polímero da emulsão apresente uma qualidade de desempenho adequada na flotação e na separação.

Nesta especificação, a viscosidade intrínseca é medida por viscosímetro de nível suspenso com o pH fixado em pH 7.1 M NaCI a 25° C.

As misturas de todos os materiais acima podem ser usadas como componentes do auxiliar de separação. As quantidades e combinações específicas de materiais são escolhidas para a suspensão particular que vai ser tratada por flotação, de modo a obter os melhores resultados de selectividade.

Nalguns sistemas, é desejável usar materiais da classe (a) como único componente do auxiliar de separação, ou usar materiais das classes (b), (c) e (d) ou suas combinações como auxiliar de separação. Prefere-se particularmente a utilização de componentes (b) e/ou (c).

Contudo, prefere-se com frequência usar uma combinação de componentes da classe (a) com componentes de qualquer uma ou todas as classes (b), (c) e (d), em particular das classes (b) e/ou (c). Nestes sistemas, é particularmente inesperado que se obtenha a selectividade em vez de aglomeração e flotação não selectivas de todos os materiais sólidos dado que, nestes sistemas, um material de tipo recolhedor, o material (a), é usado em combinação com um material do tipo floculante ou coagulante.

Os materiais (a) são usados com frequência em quantidades de 50 a 150 ppm com base no volume de filtrado, de preferência 80 a 120 ppm, por exemplo cerca de 100 ppm.

Os materiais (b), (c) e (d) são com frequência usados em quantidades de 0,1 a 15 ppm, muitas vezes abaixo de 10 ppm, de preferência 0,3 a 7 ppm, mais preferivelmente 0,5 a 5 ppm, com base no volume do filtrado.

Na invenção, as suspensões aquosas contendo quantidades significativas de fibra celulósica são tratadas sujeitando-as à fase (A) e depois à fase (B). É possível tratar estas suspensões usando apenas a fase (B), embora se prefira utilizar a fase (A) antes 10 da fase (B). As suspensões aquosas que não contêm quantidades significativas de fibra celulósica podem ser tratadas utilizando apenas as fases (B) e (C).

As fracções Rejeitada e Aceite são separadas na fase (C) mas, caso seja conveniente, esta separação pode ser considerada como fazendo parte da fase (B). Esta separação pode ser feita de qualquer maneira normalizada, por exemplo retirando a espuma superior que se forma na fracção Rejeitada. Este material compreende um agente de enchimento e outros materiais hidrófobos e pode ser depois destruído, por exemplo queimando-o ou lançando-o em aterro. A fracção Aceite resultante contém pois uma proporção elevada de partículas celulósicas sob a forma de sólidos em suspensão. Toda a fracção Aceite pode ser reciclada para o processo relevante, por exemplo um processo de extracção da tinta. Contudo, as partículas celulósicas são de preferência separadas da fracção Aceite, por exemplo numa fase subsequente. Isso pode fazer-se por qualquer método adequado de separação sólido-líquido, por exemplo filtragem sedimentação ou centrifugação. O método preferido é a flotação, normalmente flotação de ar dissolvido, se necessário na presença de agentes coagulantes ou floculantes.

As partículas celulósicas recolhidas são com frequência muito limpas e podem ser reutilizadas como se pretender. Por exemplo, se a suspensão aquosa for uma água de refugo produzida por um processo de extracção de tinta, as partículas podem ser incorporadas na polpa já sem tinta e enviadas para o processo de fabrico de papel ou recicladas directamente para . um processo de fabrico de papel. Em alternativa, em particular quando se trata de lotes de partículas celulósicas menos limpos, podem ser recicladas para o processo de extracção de tinta.

Nesta especificação, as partículas celulósicas são materiais celulósicos insolúveis derivados de fibras celulósicas, por exemplo fibras celulósicas extremamente curtas tendo um comprimento geralmente abaixo de 200 pm ou 100 pm e de preferência abaixo de cerca de 70 ou 80 pm mas geralmente acima de 10 ou 20 pm. O método da invenção permite uma separação altamente eficiente das partículas celulósicas dos materiais hidrófobos e de quaisquer materiais coloidais. Em particular, na fase (B) a fracção Rejeitada contém de preferência pelo menos 55%, mais 11 preferivelmente pelo menos 75% ou 80%, dos materiais hidrófobos e quaisquer materiais coloidais, em particular agente de enchimento, presentes no filtrado. No método da invenção é mesmo possível recuperar na fase (D) 90 ou 95% e mesmo até 98% do conteúdo hidrófobo e qualquer conteúdo coloidal do filtrado. A invenção também permite uma separação altamente selectiva, em que a fracção Rejeitada tem um elevado conteúdo de materiais hidrófobos, por exemplo um agente de enchimento e um baixo conteúdo de partículas celulósicas. Em particular, o conteúdo de sólidos da fracção Rejeitada é constituído por até pelo menos 60%, de preferência pelo menos 75%, de agente de enchimento. A natureza altamente selectiva do método da invenção também permite a recuperação eficiente das partículas celulósicas. É possível executar métodos de modo que a fracção Aceite contenha pelo menos 60%, de preferência pelo menos 70%, das partículas celulósicas originalmente presentes no filtrado. De preferência, a selectividade em relação às partículas celulósicas na fase (B) também é elevada. Em particular, o conteúdo de sólidos da fracção Aceite é pelo menos 60%, muitas vezes pelo menos 70 ou 80% e mesmo até 90% ou mais, de partículas celulósicas, com o correspondente conteúdo reduzido de materiais hidrófobos e coloidais. O método da invenção pode ser usado para o tratamento de qualquer suspensão aquosa contendo fibras celulósicas, partículas e materiais hidrófobos. As suspensões adequadas são alguns brancos de água do fabrico de papel e resíduos da fábrica.

Prefere-se contudo que a suspensão aquosa seja uma água de refugo de um processo de extracção de tinta. Neste processo de extracção de tinta, apresentam-se papéis usados que são transformados em polpa com água e produtos químicos para a extracção da tinta. São depois sujeitos a uma etapa de extracção da tinta que compreende extracção de tinta por flotação e/ou extracção de tinta por lavagem. A extracção de tinta por flotação produz uma espuma à superfície da polpa que é retirada e posteriormente destruída. A suspensão aquosa usada no método da invenção pode ser produzida adicionando água a essa espuma e reconstituindo-a. Contudo, de preferência a suspensão aquosa é ou deriva de água de lavagem usada. Esta água de lavagem contém algumas fibras celulósicas e quantidades significativas de partículas celulósicas. 12

Num processo de extracção de tinta, as fibras e partículas celulósicas recuperadas podem ser recicladas para a polpa já sem tinta, se estiverem particularmente limpas, ou para o processo de extracção de tinta.

Segue-se um exemplo da invenção.

Exemplo

Os testes descritos abaixo são executados numa água de refluxo simulada, preparada em laboratório, da etapa de lavagem de um processo de extracção de tinta.

Usaram-se as matérias-primas seguintes: 60% de papel de jornal velho (old newsprint - ONP) constituído por um mínimo de 7 jornais diferentes impressos em offset, 40% de revistas velhas (old magazines - OMG) constituídas por 20% de papel supercalandrado (supercalendered - SC) e 20% de papel com revestimento leve (light weight coated (LWC)

Idade do papel: jornal 1-3 meses SC e LWC máx. 12 meses

Armazenamento: em sacos de plástico preto à temperatura ambiente.

A água de refluxo foi produzida a partir de um circuito de extracção de tinta simulado. A água simulando o circuito de extracção de tinta foi preparada de acordo com o esquema apresentado na Figura 1.

As condições-padrão de formação de polpa e extracção de tinta incluídas no processo de preparação da água foram as seguintes:

Matéria-prima. pedaçus com cerca de 2 x 2 cm2, cortados numa guilhotina

Formação de polpa: Alternativa 1. Máquina de emassar de laboratório Lamort, capacidade 1,5 kg 13

Alternativa 2. capacidade 100 g consistência temperatura tempo

Químicos NaOH Silicato de Na recolhedor SERFAX DB h2o2 CaCI2 pH na máquina de emassar Tempo de descanso: consistência temperatura tempo Flotação: Alternativa 1. Extracção de tinta: Alternativa 2. Alternativa 3. pH no início consistência temperatura tempo Máquina de emassar de laboratório Hobart, 10% 45-50° C 20 minutos (Hobart 5 minutos velocidade 1 + 20 minutos velocidade 2) 1,0% (activo em fibra seca) 2,0% (activo em fibra seca) 0,8% para a máquina de emassar + 2,0% para o 2° ciclo e 0,2% para o 3° ciclo 1,0% (activo em fibra seca) 390 mg/l (ca. 20° dH, 141 mg/l de Ca2+) 10.0-10.5 5% 45-50° C 30 minutos

Tanque de laboratório Swemac Tanque de laboratório Voith Tanque de laboratório Degussa 8.5-9.0 1% 45-50° C 15 minutos 14

Utilizou-se água quente da torneira corrigida para 390 mg/l de CaCI2 (141 mg de Ca2+) para diluir a polpa para 5% antes do tempo de descanso e depois para 1% antes da flotação no primeiro ciclo. O aparelho de extracção de água era um tipo de «Jarro de Escoamento» aumentado, cujo volume era de cerca de 15 litros. O fio de arame do fundo era um fio de arame de veio duplex Gemini plus 8 em poliéster, fornecido pela UNAFORM LTD. O tamanho da rede para a remoção eficiente das partículas corresponde ao fio de arame normalizado para uma rede de 200 (76 pm) no Jarro de Escoamento Dinâmico Britt. A velocidade de agitação foi cerca de 100 rpm e no fim da extracção da água a polpa foi prensada para que a quantidade de água extraída correspondesse à quantidade de água necessária para o ciclo seguinte.

Uma composição típica da água de refluxo produzida deste modo foi: Sólidos 2,5 g/l

Fibra 0,15 g/l

Agente de Enchimento 50% da água sem fibra

Partículas Celulósicas 50% da água sem fibra A fase (A), joeiramento, foi executada passando a água de refluxo por um dispositivo de laboratório TRENNER, fornecido pela Meri Anlagentechnik, Alemanha, para produzir um filtrado.

Fase (B): o filtrado produzido na fase (A) foi sujeito a flotação de ar disperso num tanque de flotação de laboratório Denver ou num tanque de flotação de laboratório Voith. A flotação resultou na formação de uma fracção superior Rejeitada que foi removida e numa fracção inferior Aceite que foi retida.

Fase (C): a fracção Aceite foi sujeita a flotação de ar dissolvido usando um tanque de flotação de ar dissolvido de laboratório fornecido pela Meri Anlagentechnik, Alemanha.

Na fase (B), foram usados vários materiais como auxiliares de flotação. O filtrado que entrou na fase (B) tinha um conteúdo de iões de cálcio de aproximadamente 80 ppm. Os auxiliares de flotação usados foram os seguintes: 15 E: carbonato de cálcio. F: sal de sódio de ácido gordo Ci6.n8. G: cloreto de polidialildimetilamónio, viscosidade intrínseca inferior a 1 dl/g. H: copolímero de 75% por peso de acrilamida e 25% por peso de sal de dimetilaminoetilacrilato de amónio quaternário, viscosidade intrínseca 7 dl/g. J: copolímero de 30% por peso de acrilamida e 70% por peso de acrilato de sódio, viscosidade intrínseca 8 dl/g.

Foram usadas várias combinações destes materiais, como segue: 90 ppm de E, 100 ppm de F, 1 ppm de J 90 ppm de E, 100 ppm de F, 5 ppm de G 90 ppm de E, 5 ppm de iG 90 ppm de E, 100 ppm de F, 0,5 ppm de H 90 ppm de E, 100 ppm de F, 0,5 ppm de J 90 ppm de E, 100 ppm deF 90 ppm de E, 100 ppm de F, 1 ppm de H.

Ensaio 1: Ensaio 2: Ensaio 3: Ensaio 4: Ensaio 5: Ensaio 6: Ensaio 7:

Os resultados são apresentado abaixo no Quadro 1 para a fase (B). A selectividade do agente de enchimento é a percentagem por peso de agente de enchimento no conteúdo de sólidos da fracção Rejeitada. O rendimento do agente de enchimento é a percentagem por peso do agente de enchimento total no filtrado que está na fracção Rejeitada. 16

Quadro 1

Ensaio No. Selectividade do Agente de Enchimento em % Rendimento do Agente de Enchimento em % | 1 81,9 69,3 2 82,4 59,2 3 77,4 67,3 4 82,2 71,4 5 72,9 96,1 6 73,4 79,4 7 72,8 100

Nos processos realizados nos exemplos, a recuperação de fibra na fase (A) foi geralmente pelo menos 82% (isto é, foram recuperados pelo menos 82% por peso da fibra total na água de refluxo).

Na fase (C), foram recuperados mais de 70% das partículas celulósicas presentes na fracção Aceite, proporcionando uma fracção celulósica da qual cerca de 97% por peso dos sólidos eram constituídos por partículas celulósicas.

Os resultados acima demonstram a separação surpreendentemente eficiente e selectiva que se pode alcançar pela utilização do método da invenção, em particular incorporando a fase de flotação selectiva de ar disperso (B). As quantidades de materiais a serem dispensadas são muitíssimo reduzidas, reduzindo portanto o custo, e diminui-se a perda de materiais celulósicos valiosos.

Lisboa, £.2 OlíT. 2001

Por Ciba Specialty Chemicals Water Treatments Limited e SCA Graphic Research AB

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Claims (19)

1. REIVINDICAÇÕES 1. Método para separar partículas celulósicas e fibras celulósicas de uma suspensão aquosa que contém fibras celulósicas, partículas celulósicas e materiais hidrófobos, que compreende A) joeirar a suspensão aquosa para remover as fibras celulósicas e para proporcionar um filtrado, em seguida B) sujeitar o filtrado a uma fase de flotação de ar disperso na presença de iões de cálcio numa quantidade de pelo menos 50 ppm e com um pH de pelo menos 6, formando assim uma fracção superior Rejeitada e uma fracção inferior Aceite, em que as partículas celulósicas se concentram na fracção Aceite e o material hidrófobo se concentra na fracção Rejeitada e C) separar as fracções Rejeitada e Aceite.
2. 2. Método de acordo com a reivindicação 1, em que as partículas celulósicas são separadas da fracção Aceite na fase (C).
3. 3. Método de acordo com a reivindicação 2, em que as partículas celulósicas são separadas da fracção Aceite por flotação de ar dissolvido.
4. 4. Método de acordo com qualquer reivindicação precedente, em que os materiais hidrófobos compreendem um agente de enchimento.
5. 5. Método de acordo com qualquer reivindicação precedente, em que a fracção Rejeitada contém pelo menos 55%, de preferência pelo menos 75%, dos materiais hidrófobos presentes no filtrado. 1
6. 6. Método de acordo com qualquer reivindicação precedente, em que a fracção Aceite contém pelo menos 60%, de preferência pelo menos 70%, das partículas celulósicas presentes no filtrado.
7. 7. Método de acordo com qualquer reivindicação precedente, em que as partículas celulósicas obtidas na fase (A) e os materiais celulósicos obtidos na fase (C) constituem pelo menos 60%, de preferência pelo menos 70%, por peso do conteúdo celulósico total suspenso na suspensão aquosa.
8. 8. Método de acordo com qualquer reivindicação precedente, que é um processo de extracção de tinta de papéis usados e que compreende a extracção da tinta dos papéis usados para formar uma polpa sem tinta e depois a lavagem da polpa já sem tinta e a produção de água de refugo da lavagem, em que a água de refugo da lavagem constitui a suspensão aquosa.
9. 9. Método de acordo com a reivindicação 8, em que a suspensão é branco de água do fabrico de papel, um resíduo da instalação de fabrico de papel ou um resíduo do processo de extracção de tinta e em que as partículas celulósicas são separadas da fracção Aceite na fase (C) e em que as fibras celulósicas retiradas na fase (A) e as partículas celulósicas retiradas na fase (C) são recicladas para o processo de fabrico de papel ou para a polpa já sem tinta.
10. 10. Processo de acordo com qualquer reivindicação precedente em que a flotação na ..........fase (B) é realizada na presença de um auxiliar de separação que compreende um ou mais de: (a) um ácido gordo ou um seu sal (b) um auxiliar de separação polimérico catiónico (c) um auxiliar de separação polimérico aniónico (d) um auxiliar de separação polimérico anfotérico.
11. 11. Método de acordo com a reivindicação 10, em que o auxiliar de separação compreende um ou mais de: a) um ácido gordo ou um seu sal de metal alcalino b) um material polimérico catiónico com uma viscosidade intrínseca de 3 dl/g ou inferior e formado a partir de monómeros que compreendem pelo menos 50% por peso de monómeros catiónicos c) um material polimérico catiónico com uma viscosidade intrínseca de pelo menos 5 dl/g e formado a partir de monómeros que compreendem menos de 50% por peso de monómeros catiónicos d) um material polimérico aniónico com uma viscosidade intrínseca de pelo menos 4 dl/g.
12. 12. Método de acordo com a reivindicação 10 ou a reivindicação 11, em que o auxiliar de separação compreende um sal de sódio de um ácido gordo numa quantidade de 50 a 150 ppm com base no volume do filtrado.
13. 13. Método de acordo com a reivindicação 11, em que o auxiliar de separação compreende material (a) em combinação com qualquer um ou todos os materiais (b), (c) e (d).
14. 14. Método de acordo com a reivindicação 11, em que o auxiliar de separação compreende qualquer um dos materiais (b), (c) e (d) numa quantidade total de material polimérico de 0,1 a 10 ppm, de preferência 0,5 a 5 ppm, com base no volume do filtrado.
15. 15. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 14, em que o auxiliar de separação é seleccionado entre as seguintes combinações: (i) um sal de sódio de ácido gordo numa quantidade de 50 a 150 ppm e um copolímero de acrilamida e de um monómero aniónico etilenicamente insaturado com uma viscosidade intrínseca de 0,1 a 10 ppm, (ii) um sal de sódio de ácido gordo numa quantidade de 50 a 150 ppm e um copolímero de mais de 50% por peso de acrilamida e menos de 50% por peso de um monómero catiónico etilenicamente insaturado com uma viscosidade intrínseca de pelo menos 5 dl/g numa quantidade de 0,1 a 10 ppm, (iii) um sal de sódio de ácido gordo numa quantidade de 50 a 150 ppm e cloreto de polidialildimetilamónio com uma viscosidade intrínseca de 2 dl/g ou inferior numa quantidade de 0,1 a 10 ppm.
16. 16. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 15, em que a quantidade de cálcio na fase (B) é pelo menos 100 ppm.
17. 17. Processo de acordo com a reivindicação 16, em que as partículas celulósicas têm um comprimento inferior a 80 pm.
18. 18. Método de acordo com qualquer reivindicação precedente, em que a etapa de flotação é executada na presença de um nível de iões de cálcio de pelo menos 150 ppm.
19. 19. Método de acordo com qualquer reivindicação precedente, em que a quantidade de iões de cálcio é proporcionada adicionando sal de cálcio ao filtrado. Lisboa, H OUT. 2001 Por Ciba Specialty Chemicals Water Treatments Limited e SCA Graphic Research AB

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