Precipitation of calcium carbonate by applying carbon dioxide produced in gas dryers

Abstract

Tämän diplomityön tarkoituksena oli selvittää kalsiumkarbonaatin (PCC) innovatiivisen saostusmenetelmän mahdollisuuksia ja rajoituksia. Menetelmässä paperin kaasukuivainten (leiju- ja kaasupäällepuhalluskuivaimet) palokaasun hiilidioksidi pyritään sitomaan paperiradan pinnalla karbonointireaktiossa kuivaustapahtuman aikana. Lisäksi tutkittiin mahdollisuutta saostaa kalsiumkarbonaattia perinteisellä menetelmällä reaktorissa samalla kaasulla. Nykykeinoin kaasukuivainten tuottama hiilidioksidi päätyy kasvihuonekaasuna ilmakehään.

Kirjallisuusosassa kerrotaan muun muassa PCC:n ominaisuuksista ja sen valmistusmenetelmistä. Yleisimmän valmistusmenetelmän, karbonoinnin, prosessiolosuhteet vaikuttavat voimakkaasti saostuvien kalsiumkarbonaattikiteiden morfologiaan. Saostuskaasun CO2-pitoisuus ja reaktiopaine ovat merkittäviä prosessin kokonaistehokkuuden kannalta. Karbonointireaktio tarvitsee edetäkseen riittävän vesifaasin. Kirjallisuusosan lopussa pohditaan metsäteollisuuden asemaa ilmastonmuutoksen torjumisessa sekä kokeellisen menetelmän teoreettisia mahdollisuuksia hiilidioksidipäästöjen sitomisessa.

Uusi, vahvasti emäksinen ja Ca2+-ioneja vapauttava pastakomponentti, kalsiumhydroksidi, teki pastan reologiasta haastavan. Pastakokeissa todennäköisimmäksi syyksi reologiaongelmiin havaittiin dispergointiaineen ja/tai lateksin toiminnan häiriintyminen. Paperin pinnalla tapahtuneen karbonointireaktion todentamiseen kokeiltiin kolmea eri kvantitatiivista menetelmää (titraus-, tuhkaus- ja IR-spektrimenetelmä), joista millään ei saavutettu yksiselitteisiä luotettavia tuloksia. IR-spektroskopia todettiin potentiaalisimmaksi näistä menetelmistä. Tulosten perusteella radan pinnalla kalsiumkarbonaatin saostumista tapahtui korkeintaan hyvin pieniä määriä. Saostuneita kalsiumkarbonaattikiteitä ei havaittu SEM-mikroskoopilla otetuissa kuvissa. Siten näytteiden optiset ominaisuudet eivät myöskään osoittaneet merkkejä reaktion tapahtumisesta.

PCC:n saostus radan pinnalla ei onnistunut toivotulla tavalla osittain sen takia, ettei reaktio-olosuhteita kyetty hallitsemaan riittävän hyvin. Nyt, kun useat pullonkaulatekijät on saatu selville, jatkossa on mahdollista toteuttaa koejärjestelyjä, jotka todennäköisesti mahdollistavat reaktiolle paremmat edellytykset.

PCC:tä voitiin saostaa reaktorissa käyttäen leijukuivaimen palokaasua. Useimmissa saostuserissä syntyneet kiteet olivat heterogeenisiä ja voimakkaasti agglomeroituneita. Kokeissa havaittiin joitain yhtäläisyyksiä aiempiin tutkimuksiin. Reaktiopaineen nostaminen paransi karbonoinnin tehokkuutta, ja alhaisella kalsiumhydroksidilietteen alkusakeudella saostuneiden kiteiden muoto oli rombinen. Homogeenisten ja laadukkaiden kiteiden kontrolloitu ja taloudellinen tuottaminen vaatii kuitenkin laajoja lisätutkimuksia. Kalsiumkarbonaatin saostus reaktorissa osoittautui realistisemmaksi menetelmäksi sitoa kaasukuivainten tuottama hiilidioksidi.