Determination of different metals in pulp matrix - preliminary studies on the feasibility of the pretreatment automatization for the subsequent on-line analysis with ICP

Abstract

Työn kirjallisuusosassa on tarkasteltu TCF-sellunvalkaisussa ongelmaksi muodostuneita siirtymämetalleja: näiden vuorovaikutusta sellun ja valkaisukemikaalien kanssa, pitoisuuksien kontrollointia eri menetelmin ja prosessin vesikiertojen sulkemisen vaikutusta eri spesiesten akkumuloitumiseen. Lisäksi luodaan katsaus prosessianalytiikassa yleistyviin on-line -mittausmenetelmiin keskittyen lähinnä spektrometrisiin sovelluksiin.

Työn kokeellisessa osassa pyrittiin kehittämään yksinkertainen ja luotettava, on-line -mittauksiin soveltuva näytteen esikäsittelytekniikka, jolla valkaisuprosessin säädön kannalta mielenkiintoisimmat metallit saataisiin liuotettua sellumatriisista nestefaasiin ICP-mittausta varten. Liuotuksissa vertailtiin neljää erilaista kelaatinmuodostajaa ja kahta happokäsittelyä sekä tutkittiin sekoituksen sekä lämpötila- ja aikafunktion vaikutusta. Tutkittavia metalleja olivat Al, Ba, Ca, Cu, Cr, Fe, Mg, Mn, Ni, Ti ja Zn. Tutkittavia sellutyyppejä oli kolme: kaksi havusellua ja yksi koivusellu.

Kokeissa havaittiin, että varsin yksinkertaisella kompleksointikäsittelyllä voitiin sellun sisältämistä metalleista liuottaa lähes täydellisesti (>95 %) ainakin Ba, Ca, Mg, Mn ja Zn. Alumiinin saannot olivat sellutyypistä riippuen 15-40 % ja raudan 40-60 %. Tutkitut näytteet sisälsivät kuparia, kromia, nikkeliä ja titaania hyvin vähän.

Parhaat saannot saavutettiin miedolla happokäsittelyllä, ns. happohydrolyysillä. Materiaalikorroosio-ongelmien vuoksi tämän menetelmän soveltuvuus käytäntöön on kuitenkin vielä kyseenalainen. Kelaatinmuodostajista parhaat saannot saavutettiin fosfonihapporyhmiä sisältävällä DTPMP:lla. Optimaalinen lämpötila oli 85 °C ja kontaktiaika 15 minuuttia. Aminokarboksyylihapoilla havaittiin lisäksi korrelaatio metallien kompleksoitumisreaktion ehtotasapainovakion ja saannon välillä.

DTPMP-menetelmä validoitiin määrittämällä sen lineaarisuusalue sekä toteamis- ja määritysrajat kullekin metallille. Menetelmän toistuvuus ja uusittavuus sekä häiriökestävyys erilaisille sellutyypeille olivat hyvät.