DE2413123B2

DE2413123B2 - Bleichverfahren auf sauerstoffbasis fuer kraftpulpe

Info

Publication number: DE2413123B2
Application number: DE19742413123
Authority: DE
Inventors: Rudra Pratrap Brookhaven Pa. Singh (V.StA.)
Original assignee: Scott Paper Co
Current assignee: Kimberly Clark Tissue Co
Priority date: 1972-04-24
Filing date: 1974-03-15
Publication date: 1977-05-12
Also published as: BE816863Q; DE2413123A1; US3798119A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bleichen von Kraftpulpe in einem Bleichverfahren auf Sauer- ,₀ Stoffbasis, bei welchem unbehandelte Weißlauge aus einem Kraftablaugenregeneriersystem als Alkaliquelle für das Bleichverfahren auf Sauerstoffbasis verwendet wird. Die Ablauge aus dem Bleichverfahren auf Sauerstoffbasis kann direkt in das Kraftablaugenregeneriersystem zurückgeführt werden.

Holz setzt sich aus zwei Hauptbestandteilen zusammen, einem faserigen Kohlehydrat- oderCelluloseanteil und einem nichtfaserigen Anteil, welcher phenolartige Verbindungen umfaßt und als Lignin bezeichnet wird. ^_υ

Bei dem Kraft- oder Sulfataufschlußverfahren werden Holzschnitzel in einem Zellstoffkocher mit einer Lösung aus Natriumhydroxid und Natriumsulfid behandelt, welche den nichtfaserigen Anteil des Holzes (Lignin) angreifen, so daß die einzelnen Fasern abgetrennt werden können. Die erhaltene braune Holzpulpe wird dann zu einem Waschsystem geführt, wo Chemikalien durch Waschen mit Wasser entfernt werden. Die aus diesem Waschgang abströmende Lauge und verbrauchte Kochlauge aus dem Kocher wird ^₀ gewöhnlich als Natronablauge bzw. Schwarzlauge bezeichnet; sie enthält praktisch das gesamte Alkali und etwa die Hälfte der Holzschnitzelmasse. Schwache Schwarzlauge wird entweder zum Zellstoffkocher zurückgeführt, wo sie als Verdünner für frische Lauge ^₅ dient, oder, wie in der Skizze schematisch dargestellt, in einem Kraftablaugenregeneriersystem behandelt:

Die schwache Schwarzlauge (mit ca. 15—20% Feststoffen) (1) wird in einer Reihe von Verdampfern, (d. h. einem Mehrfachdampfer) behandelt, die zu einem (_l0 Direktkontaktverdampfer entladen, wo weiteres Wasser verdampft wird, bis der Feststoffgehalt ca. b5 —70% beträgt. Die Verdampfcrlauge (2) wird dann gesiebt und durch weitere Regeneriereinheiten geschickt, wo (a) Aufbauchemikalien oder Salzkuchen (Natriumsulfat) ri_s zugegeben werden (b) restliches Wasser entfernt wird, (c) Natriumsalze, meistens als Natriumcarbonat und Natriumsulfid, zurückgewonnen werden und (d) Wärme durch Verbrennung der organischen Verbindung in dieser Lauge erzeugt wird. Die geschmolzene Asche oder Schmelze aus der Verbrennungseinheit des Regeneriersystems, die aus Natriumcarbonat und Nairiumsulfid besteht, wird in Wasser unter Bildung vun Grünlauge (3) gelöst. Die grüne Farbe geht auf Eisenverunreinigungen zurück, die zusammen mit Kieselsäure und anderen suspendierten Feststoffen durch Behandlung mit Koaguliermitteln und Absitzen in einer Klärvorrichtung entfernt werden. Dem Klärschnu folgt ein Kaustifizierschritt, in welchem die grüne Lauge mit gebranntem Kalk (Calciumoxid) behandelt wird, um Natriumcarbonat in Natriumhydroxid zu überführen, wobei das Natriumsulfid unverändert bleibt. Der Schlamm aus der Behandlung mit gebranntem Kalk wird entfernt, die erhaltene Lösung wird als weiße Lauge oder Weißlauge (4) bezeichnet und kann als Kochlauge im Zellstoffkocher wiederverwendet werden. Der Schlamm wird in einem Kalkschlickwascher gewaschen und das Filtrat zur Lösung von zusätzlicher Schmelze aus dem Regeneriersystem verwendet. Der Kalkschlick wird in einem Drehrohrofen behandelt und liefert erneut gebrannten Kalk. Während des Brennvorgangs sammeln sich Calciumoxid und Schwefelverbindungen in dem Ofenschacht und werden mittels eines Naßreinigers aus diesem Schacht entfernt.

Ungebleichte Kraft- oder Sulfatpulpe wurde bisher im allgemeinen bis zu einer geeigneten Helligkeit in einem Mehrstufenverfahren unter Verwendung von Chlor oder chlorhaltigen Verbindungen wie Calcium- oder Natriumhypochlorit und Chlordioxid gebleicht. Chlor und diese chlorhaltigen Verbindungen sind zwar wirksame Bleichmittel, sie lassen sich jedoch nur schwierig handhaben, führen zu Korrosionsproblemen bei der Papierherstellung und gestatten keine Rückgewinnung und Wiederverwendung der abströmenden Ablauge aus der Bleichanlage. Derartige Verbindungen enthaltende verbrauchte Laugen und Waschwässer können erhebliche Verschmutzungsprobleme aufwerfen. Es ist vorgeschlagen worden, diese Ablaugen in einem Zellstoffablaugenregeneriersystem, wie dem oben beschriebenen, zu konzentrieren und zu verbrennen. Diese Methode der Beseitigung solcher Ablaugen hat jedoch mehrere Nachteile. Der Chloridgehalt des abgehenden Materials führt zu Korrosionsproblemen und zur Entstehung von festem Material und Verflüchtigung toxischer Verbindungen.

In der US-PS 30 24 158 wird die Anwendung von Sauerstoff zum Bleichen von Holzpulpe und zur Verhinderung einer Helligkeitsumkehr in der gebleichten Pulpe vorgeschlagen; die US-PS 33 84 533 betrifft Katalysatoren, die bei Bleichung von Holzpulpen mit Sauerstoff in einem alkalischen Medium brauchbar sind. Andere Vorschläge, wonach Kraftpulpe mit einer Kombination aus Sauerstoff und Alkali gebleicht werden kann, finden sich in dem Aufsatz von H i i s ν i r ι a, erschienen in 53 Paperi ja Puu Nr. 7, S. 439—443(JuIi 1970), und dem Aufsatz von Rowlandson in Paper Trade Journal, 21. Dez. 1970, S. 38; eine allgemeine Beschreibung der Sauerstoffbleiche von Holzpulpe auch in der südafrikanischen Patentanmeldung 68/3 771 vom 13. Juni 1968. Nach diesen Vorschlägen wird Molzpulpc mit Sauerstoff in alkalischem Milieu bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck behandelt. Es ist auch vorgeschlagen worden, die Ablauge aus dieser Sauerstoffbleichung durch Einführen in ein chemisches Regenerierverfahren zu behandeln, wobei es jedoch stets notwendig war, die abströmende

Lauge aus der Bleichoperation vor Hintntt in das Regeneriersystem vorzubehandeln, um mindestens einen Teil des in der Ablauge enthaltenen Nainumhydroxids /u entfernen. Bei Einbringung des gesamten Natriumhydroxyids in ein herkömmliches Kruftablaugenregeneriersystem. welches auch einen hohen Prozentgehalt an Natriumhydroxid aus dem Zellsiuffaufschluß umführt, würde ein Ungleichgewicht entstehen. U₁Is bei den bisherigen Verfahren technisch unannehmbarist.

Eine Vorbehandlung der Holzpulpe mit Säuren wie Schwefelsäure und Schwefeldioxid vor dem Sauerstoffbleichschiiit ist vorgeschlagen worden, um den Abbau der Holzpulpe zu mindern, der sonst wahrend der Bleichoperation eintreten würde. Diesen Säurevorbe handlungen folgte jedoch vor der Bleichoperaüon ein Waschschritt, da die Einführung von Säure in die Bleichoperation zu einer Abnahme der Effizienz dieser Oper;:!ion infolge Neutralisation von Alkali führt, das zjm Bieichen erforderlich ist.

Erfindungsgemäß wird Kraftpulpe in einem verbesserten Bleichverfahren auf Sauerstoffbasis gebleicht, in dem man unbehandelte Weißlauge aus dem Kraftabiaugenregeneriersystem als Alkaliquelle für das Bleichverfahren auf Sauerstoff verwendet und gemäß einer weiteren Ausbildung die Ablauge aus dem Bleichverfahren direkt in das Kraftablaugenregeneriei system zurückführt.

Wie oben beschrieben, erfaßt die Erfindung die Kombination eines Kraftablaugenregenericrsystems und eines Bleichverfahrens auf Sauerstoffbasis Erfindungsgemäß wird zu behandelnde Pulpe in einer herkömmlichen Kraftaufschlußoperation hergestellt. Die Ablauge aus diesem Aufschluß wird dann in ein Kraftablaugenregeneriersystem, wie das oben beschriebene, eingebracht. Die resultierende Pulpe wird schließlich zu einem hohen Helligkeitsgrad mittels eines Bleichverfahrens auf Sauerstoffbasis gebleicht, wie es gleichfalls der Fachwelt allgemein bekannt ist. Der erfindungsgemäße Neuerungsvorschlag besteht nun darin, daß unbehandelte Weißlauge (5) aus dem Kraftablaugenregeneriersystem als Alkaliquelle für das Bleichverfahren auf Sauerstoffbasis verwendet wird. Die Ablauge aus dem Bleichverfahren (6) auf Sauers:offbasis wird gemäß einer weiteren Ausbildung direkt in das Kraftablaugenregeneriersystem ohne Vorbehandlung dieser Ablauge eingegeben.

Es wurde gefunden, daß unbehandelte Weißlauge aus dem Kraftablaugenregeneriersystem als Alkaliquelle für das Bleichverfahren auf Sauerstoffbasis ohne störende Wirkungen auf die Helligkeit und andere Eigenschaften der erhaltenen Pulpen verwendet werden kann. Die weiße Lauge enthält neben Natriumhydroxid bedeutende Mengen Natriumsulfid, welches bekanntlich ein starkes Reduktionsmittel ist. Es war an sich zu erwarten, daß die Einführung eines Reduktionsmittels in das Bleichverfahren die Effizienz der darin stattfindenden Oxidationsreaktion herabsetzen würde. Überraschenderweise zeigte sich jedoch, daß dies erfindungsgemäß nicht der Fall ist, sondern weiße Lauge z. B. mit einer Sulfidität von 20 bis 40%, bei der Bleichoperation verwendet werden kann, ohne in irgendeiner Weise die Eigenschaften der erhaltenen Pulpe zu beeinträchtigen.

Zur Bleichung wird ein herkömmliches Bleichverfahren auf Sauerstoffbasis angewendet. Bevorzugt wird eine Pulpe mit einer Konsistenz von etwa 20 bis 40%, unter einem Sauerstoffdruck von etwa 5,60 bis 10,50 kp/cm² und bei einer Temperatur von etwa 80 bis

IbO C wahrend etwa 20 bis 90 Minuten behandelt. Optimale Ergebnisse werden bei Bleichoperationen mii einem alkalischen pH-Wen von etwa 8 bis 13 erhalten.

Der geforderte alkalische pH-Wert wird erfindungsgemäß durch Behandeln der Pulpe mit der aus dem Kraftablaugenregeneriersystem erhaltenen Weißlauge eingestellt, ohne daU eine Vorbehandlung der weißen Lauge zwecks Entfernung des darin enthaltenen Schwefels notwendig ist. Obwohl die Sulfidität der Weißlauge im allgemeinen bei etwa 20 bis 25% liegt, weiv.en erfindungsgemäß befriedigende Ergebnisse erreicht, wenn eine Weißlauge mit einer Sulfidität bis zu etwa 40¹Vo eingesetzt wird, d. h. mit einer bei technischen Operationen üblichen Sulfidität. Die Weißlaugenmenge zur Behandlung der Pulpe von deren Bleichung mit Sauerstoff kann innerhalb weiter Grenzen variiert werden, je nach Art der zu bleichenden Pulpe und den in der gebleichten Pulpe gewünschten Eigenschaften. Die verwendete Menge V/eißlauge wird so bemessen, daß 1 bis 8 Gew.-% aktives Alkali, bezogen auf das Trockengewicht der Pulpe, vorgelegt werden. Dieser Mengenbereich liefert bei herkömmlichen Hartholzpulpen zufriedenstellende Ergebnisse. Für Pulpen zur Herstellung von Blättern mit optimalen physikalischen Eigenschaften wird eine Menge an weißer Lauge bevorzugt, die etwa 1 bis 4% aktives Alkali liefert.

Das Bleichverfahren auf Sauerstoffbasis wird entweder allein oder in Kombination mit anderen zum Bleichen von Holzpulpen üblichen Behandlungen angewendet. Die abströmende Lauge aus der Bleichoperation auf Sauerstoffbasis wird vorzugsweise direkt in das Kraftablaugenregeneriersystem geleitet, d. h. es isi keine Vorbehandlung erforderlich, um überschüssiges Alkali aus dieser abströmenden Lauge vor ihrer Rückführung zu entfernen. Dabei wird es bevorzugt, die abströmende Lauge aus dem Bleichschritt dem Ablaugenregeneriersystem so zuzuführen, daß die Lauge in den Naßreiniger für den Kalkbrennrohrofen oder in das Waschsystem zum Waschen des aufgeschlossenen (braunen) Holzes gegeben wird, so daß die darin enthaltenen Feststoffe im normalen Betrieb jenes Systems entfernt, verascht und kaustifiziert werden. Der Spezialfall der Rückführung in die Wascheinheit ist in der anliegenden Skizze wiedergegeben.

Die Erfindung gestattet, den Bedarf an Frischwasser minimal zu halten, und führt zu einer bedeutenden Herabsetzung der Fluß- und Luftverschmutzung, die bei bisher angewendeten Pulp- und Bleichoperationen eintritt.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele weiter erläutert, wobei die folgenden Standardmethoden verwendet werden.

Handblätter wurden nach der in TAPPI Standard T-28Im für optische Tests und nach TAPPI Standard T-205m für physikalische Tests beschriebenen Arbeitsweisen hergestellt.

Die Helligkeit der Blätter wurde auf einem General Electric Photometer nach TAPPI Standard T-217m gemessen und ist in G.E.-Einheiten ausgedrückt.

Die Zugfestigkeit der Blätter wurde nach TAPPI Standard T-220m-60 gemessen und ist in Metern ausgedrückt.

Der Reißfestigkeitswert der Handblätter wurde gleichfalls nach TAPPI Standard T-220 unter Verwendung eines jüngeren Elmendorf-Reißfestigkeitstesters gemessen.

Die Viskosität der Pulpe wurde nach TAPPI Standard T-230 gemessen und ist in Centipoise angegeben.

Beispiel I

Pappelhartholzschnitzel wurden zu einer Pulpe nach dem Kraftverfahren verarbeitet. Aus einer Probe der Pulpe hergestellte Handblätter besaßen eine Helligkeit von 36,0.

Eine Probe der Pulpe wurde bei einer Konsistenz von annähernd 26% mit einer Lösung aus Magnesiumcarbonat behandelt, so daß etwa 1 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Fasern, zugegeben wurden. Die Fasern wurden dann mit weißer Lauge aus einem Kraftablaugenregeneriersystem behandelt, so daß 4,5 Gew.-%, bezogen auf das Fasergewicht, der weißen bzw. Abfallauge zugesetzt wurden. Die behandelte Probe wurde in eine Parr-Bombe gesetzt, welche mit Sauerstoff gefüllt wurde, bis der Druck annähernd 7 kp/cm² betrug. Die Parr-Bombe wurde bei diesem Druck gehalten und auf annähernd 100⁰C für einen Zeitraum von etwa 30 Minuten erhitzt. Die Pulpe wurde dann aus der Bombe entfernt und sorgfältig mit Wasser gewaschen und ihr pH-Wert auf etwa 4,0 durch die Zugabe einer wäßrigen Lösung von Schwefeldioxid eingestellt. Aus einer Probe der Pulpe hergestellte Handblätter hatten eine Helligkeit von 53,1.

Das aus dem Bleichschritt abgehende Material wurde gesammelt und direkt in das chemische Regeneriersystem des Kraftaufschlußverfahrens eingegeben.

Eine zweite Probe der Pulpe wurde wie oben behandelt, mit der Ausnahme, daß die weiße Lauge durch eine äquivalente Menge an wäßriger Natriumhydroxidlösung ersetzt wurde. Aus der auf diese Weise gebleichten Pulpe hergestellte Handblätter hatten eine Helligkeit von etwa 52,3.

Beispiel Il

Ahornhartholzschnitzel wurden mittels des Kraftverfahrens aufgeschlossen. Aus einer Probe der Pulpe hergestellte Handblätter hatten eine Helligkeit von 37,5.

Vier Proben der Pulpe wurden mit weißer Lauge behandelt, die eine Sulfidität von etwa 25% hatte, so daß verschiedene Prozentgehalte an aktivem Alkali, bezogen auf das Trockengewicht der Pulpe, zugegeben wurde. Die behandelten Proben wurden mit einer Konsistenz von etwa 25% in eine Parr-Bombe gesetzt und mit Sauerstoff beladen, bis der Druck auf annähernd 10,5 kp/cm² angestiegen war. Die Parr-Bombe wurde dann auf etwa 125°C erhitzt und bei einer Temperatur von etwa 125°C bis 165°C für 90 Minuten gehalten, während dieser Zeit der Druck auf etwa 17,5 kp/cm² stieg. Die Pulpe wurde dann entfernt, mit Wasser gewaschen und das pH auf etwa 4,0 mittels Zugabe von schwefliger Säure eingestellt. Die erhaltene Pulpe wurde auf optische und physikalische Eigenschafte getestet.

Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabell zusammengefaßt:

Probe	Zugefügte	Visko	Hellig	Zug	Reiß
	% aktives	sität	keit	festigkeit	wert
	Alkali	12.4	6⁷,2	5575	39
A	1,00	4,6	76,0	4825	26
B	4,65	2,2	80,7	3058	8
C	8,75	2,4	83,0	548	8
D	15,00

Die aus dem Bleichverfahren abströmende Lauge wurde gesammelt und zusammen mit dem Wasser zurr Waschen der aufgeschlossenen (braunen) Holzpulpe ir das Ablaugenregeneriersystem geleitet

Als Kontrolle wurden vier Proben der Pulpe wie ober behandelt, mit der Ausnahme, daß die weiße Laugt durch eine äquivalente Menge an wäßriger Natriumhydroxidlösung ersetzt wurde. Die Ergebnisse dieser Test; sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt:

Probe	Zugefügte	Visko	Hellig	Zug	Reiß
	% aktives	sität	keit	festigkeit	wert
	Alkali	15,2	64,0	4530 .	36
E	1,32	7,0	74,0	5380	33
F	4,00	3,4	81,0	4400	10
G	7,00	2,6	81,5	4200	4
H	12,40

Beispiel IN

Vier zusätzliche Proben der in Beispiel Il hergestellten Pulpe wurden mit weißer Lauge behandelt, die eine Sulfidität von etwa 40% aufwies, so daß verschiedene Prozentgehalte an aktivem Alkali, bezogen auf das Trockengewicht der Pulpe, zugesetzt wurden. Die Pulpe wurde wie in Beispiel 11 behandelt und getestet.

Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt:

Probe

Zugesetzte

% aktives
Alkali

Viskosität

Helligkeit

Zug- Reiß

festigkeit wert

A	0,96	15,3	62,0	4310	33
ο Β	5,50	5,0	75,6	4860	23
C	6,90	3,8	77,8	4210	13
D	11,60	3,0	79,2	3820	7

Hierzu ] Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Bleichen einer Kraftpulpe in einem Bleichverfahren auf SauerstofPoasis, d a durch gekennzeichnet, daß man weiße Lauge aus einem Kraftablaugenregeneriersystem ohne vorheriges Entfernen ihres Natriumsulfidgehaltes als Alkaliquelle für das Bleichverfahren auf Sauerstoffbasis in einer ausreichenden Menge verwendet, um 1 bis 8 Gew.-% aktives Alkali, bezogen auf das Gewicht der Pulpe, vorzulegen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine weiße Lauge einer Sulfidität von 20 bis 40% verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Menge an weißer Lauge zugesetzt wird, die ausreicht, um 1 bis 4 Gew.-% aktives Alkali, bezogen auf das Gewicht der Pulpe, einzubringen.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Bleichverfahren auf Sauerstoffbasis abströmende Lauge direkt in das Kraftablaugenregeneriersystem zurückgeführt wird.