Chemical deposit problem in acidic paper process

Abstract

Diplomityön tavoitteena oli selvittää Lohjan Paperin PK l:llä esiintyvän saostumaongelman alkuperä, sekä ratkaisut, joilla saostumaongelma voidaan poistaa. Lisäksi työssä selvitettiin märän pään mittauslaitteiston hankintaa. Työ painotettiin selkeästi saostumien poistamisen ratkaisuiden hakemiseen.

Paperikoneella esiintyi ajoittain saostumaongelma, joka aiheutti katkoja, hylkyä ja tuotannonmenetyksiä. Saostumat ilmenivät sinisinä täplinä paperissa. Saostumista tehtyjen analyysien perusteella saostumien oli todettu sisältävän kaikkia paperinvalmistuksessa käytettäviä raaka-aineita, joka on erittäin tyypillistä. Suurimmaksi osaksi saostumat kuitenkin sisälsivät alumiiniresinaattia, hartsihappoja sekä hienoainetta. Saostumien esiintyminen oli täysin epäloogista eikä se ollut sidoksissa mihinkään tiettyyn laatuun.

Kirjallisuudesta haetusta tiedosta voitiin päätellä ongelman syynä olevan liian suuret alunan ja liiman annostelut. Liian suuren alunan annostelun haittapuolena on, että happamana kemikaalina aluna laskee prosessin pH:n liian alas. Alhaisessa pH:ssa alunan sisältämä alumiini esiintyy liukoisessa Al[3+]-muodossa. Koska alumiini ei ole reaktiivisessa muodossa, se ei retentoidu kuituihin, vaan kulkeutuu viiravesien mukana vesikiertoihin. Tällöin systeemin vapaan alumiinin pitoisuus nousee vaarallisen korkeaksi ja metallisaippuoiden muodostumisen riski kasvaa. Alumiinin ollessa reaktiivisessa Al_(8)(0H)_(20)[4+]-muodossa, joka esiintyy pH:n ollessa 4,8-5,5, alumiini flokkaa liimapartikkelit tehokkaasti sulpusta ja retentoi ne kuituihin kiinni. Alumiinin ollessa liukoisessa muodossa, liimapartikkelit eivät retentoidu kuituihin, vaan kulkeutuvat vesikiertoihin viiraveden mukana. Tällaisessa tilanteessa 0-veden pH:n noustessa, muuttuu alumiini reaktiiviseen muotoon ja se alkaa flokata liimapartikkeleita ja muita häiriöaineita prosessissa aiheuttaen saostumia. Myös leikkausvoimat voivat aiheuttaa vastaavan ilmiön. Lisäksi prosessin hienoaineretentio oli huono. Hienoaine ei itse aiheuta saostumia, mutta suuren ominaispinta-alansa vuoksi siihen adsorboituu helposti häiriöaineita, jotka aiheuttavat saostumat hienoaineen rikastuessa vesikiertoihin.

Kokeellisessa osassa keskityttiin pienentämään alunan ja liiman annostelumääriä, nostamaan perälaatikkomassan pH:ta ja parantamaan hienoaineretentiota. Ensimmäisessä koeajossa kokeiltiin kationista hydrofobiliimaa. Tässä koeajossa liiman ja alunan annostelumäärää kyettiin pienentämään oleellisesti. Toisessa koeajossa nostettiin perälaatikkomassan pH 4,5:stä 4,8:an. Tämä johti vapaan alumiinin pitoisuuden merkittävään pienenemiseen viiravedessä, sekä varaustilojen stabiloitumiseen. Kolmannessa koeajossa annosteltiin anioninen hydrofobiliima väkevänä prosessiin. Myös tässä koeajossa päästiin yhtä merkittävään annostelumäärän pienenemiseen kuin ensimmäisessä koeajossa. Viimeisessä eli neljännessä koeajossa otettiin mikropartikkelitekniikkaan perustuva retentioainejärjestelmä käyttöön. Tämän koeajon seurauksena retentio parani hieman.

Koeajojen perusteella saostumaongelma saatiin poistettua prosessista. Erittäin puutteellisen mittausjärjestelmän vuoksi epäselväksi kuitenkin jäi, mikä aiheutti saostumareaktion käynnistymisen alunperin.