The effects of transition metals in kraft pulping

Abstract

Diplomityön tavoitteena oli tutkia siirtymämetallien (Co, Cu. Fe, Mn, Ni) vaikutuksia perinteisessä sulfaattieräkeitossa. Työssä haluttiin arvioida jokaisen siirtymämetallin vaikutusta erikseen, joten keittohakkeesta poistettiin ensin kaikki siirtymämetallit mahdollisimman tarkasti happopesulla ja lisättiin sitten yhtä siirtymämetallia kerrallaan hakkeeseen. Siirtymämetallien vaikutuksia keittoihin tutkittiin tarkastelemalla ruskean massan ominaisuuksia, massan valkaistavuutta ja valkaistun massan paperiteknisiä ominaisuuksia. Hapen ja siirtymämetallien yhteisvaikutusta arvioitiin purkuvaiheen simuloinnilla, jossa ilmaa lisättiin keittimeen kontrolloidusti keiton lopussa. Lisäksi selvitettiin siirtymämetallien taseet sulfaattikeitossa.

Kirjallisuusosassa tarkasteltiin sulfaattikeitossa tapahtuvia reaktioita yleisesti. Selvitettiin puunraaka-aineen siirtymämetallipitoisuuksia, siirtymämetallien poistoa keittohakkeesta ja niiden mahdollisia vaikutuksia sulfaattikeitossa. Lisäksi tarkasteltiin siirtymämetallien vaikutusta happidelignifioinnissa.

Siirtymämetallien läsnäollessa keitettyjen massojen kappataso nousi referenssiin verrattuna. Tämä saattaa johtua siirtymämetallien ja ligniinimolekyylien muodostamista komplekseista. Jos komplekseja muodostuu keittoliuokseen jo liuenneen ligniinimolekyylin ja liukenemattoman molekyylin välille, massan ligniinipitoisuus kasvaa ja kappaluku nousee. Purkuvaiheen simuloinnissa huomattiin, että myös massaan sekoittuva ilma aiheuttaa massan kappaluvun nousun. Massojen viskositeetteihin ei siirtymämetalleilla havaittu olevan vaikutusta.

Eri massojen valkaistavuuksissa ei ollut suuria eroja. Täysvalkaistujen siirtymämetallien läsnäollessa keitettyjen massojen viskositeetit olivat korkeammat kuin referenssimassan viskositeetti, mutta lujuusominaisuuksiltaan nämä massat olivat huonompia kuin referenssimassa. Tulosten perusteella siirtymämetallien läsnäollessa keitetyissä massoissa kuitujen sitoutuminen toisiinsa on heikompaa ja yksittäisten kuitujen lujuudet ovat huonompia kuin referenssimassoilla. Poistamalla siirtymämetallit hakkeesta happopesulla ennen keittoa oli mahdollista parantaa valkaistun massan repäisyindeksiä 11-15% vetoindeksissä 70 Nm/g valkaisusekvenssistä riippuen.