Effect of sulfidity on the sulfur content and quality of precipitated lignin in softwood cooking

Abstract

This thesis studies how changes in sulfidity of white liquor in softwood cooking influence sulfur content and lignin quality. Prepared lignin samples were characterized, and the results were compared with previous internal studies and literature values.

The aim was to produce four different lignin samples using four types of black liquor. One lignin sample was produced from soda cooked black liquor, while the remaining three were precipitated from kraft cooked black liquors. Precipitation was carried out following the Lignoboost® method. The precipitated and filtered alkaline lignins were then purified with sulfuric acid. Finally, the filtrated cakes were neutralized, dried, and analyzed.

Filter press, manufactured by Autemi, was tested as a part of this thesis with the goal of evaluating its potential for filtering and washing lignin at laboratory scale. Alkaline filtration was done using the filter press whereas the acidic slurries were filtrated and neutralized using bühner-funnel instead of filter press.

The results showed that increasing sulfidity in kraft softwood cooking led to a higher sulfur content in washed lignin. An increase in the sulfidity of white liquor from 15 % to 30 %, nearly doubled the sulfur content in lignin samples from 1.7 % to 3.2 %. The higher amount of sulfur in kraft lignins was also found to lower the glass transition temperature.

The resulting lignin cake contained significant carryovers, which caused residual sulfuric acid concentration in the lignin during drying. This led to elevated sulfur contents in the final products. These findings suggest that more efficient dewatering could reduce impurities. The utilization of the filter press is recommended for further filtration studies of precipitated lignin.

Ligniiniä voidaan valmistaa selluteollisuuden sivutuotteena mustalipeästä. Diplomityön tavoitteena oli selvittää, vaikuttaako sulfiditeetin muutos havupuukeitoissa mustalipeästä saostetun ligniinin rikkipitoisuuteen ja laatuun. Ligniinit analysoitiin ja tuloksia vertailtiin aiempiin sisäisiin tuloksiin sekä kirjallisuusarvoihin.

Kokeellisessa osassa valmistettiin neljä erilaista mustalipeää, joista saostettiin ligniiniä. Ligniinin valmistuksessa laboratorio-olosuhteissa, pyrittiin seuraamaan LignoBoost®-prosessia. Yksi ligniineistä saostettiin rikittömästä soodakeiton mustalipeästä, loput kolme ligniiniä valmistettiin havupuulle tyypillisestä kraft-keiton mustalipeästä. Saostetut alkaliset ligniinit puhdistettiin rikkihapolla ja viimeisteltiin syrjäytyspesuilla.

Työssä testattiin suodinpuristimen soveltuvuutta laboratoriossa saostetun ligniinin suodattamiseen. Alkalisen lietteen suodatus tehtiin suodinpuristimella. Puhdistusvaiheessa happaman lietteen sakeutukseen ja syrjäytyspesuihin käytettiin bühner-suppiloa.

Mustalipeistä saostettu ligniini kuivattiin ja karakterisoitiin Ruotsissa. Tuloksista havaittiin, että keiton aikana rikki siirtyi mustalipeään ja siitä edelleen saostettuun ligniiniin. Kun valkolipeän sulfiditeetti tuplattiin 15 %:sta 30 %:iin, lopputuotteen rikkipitoisuus nousi 1.7 %:sta 3.2 %:iin.

Rikkipitoisuudet ligniineissä oli oletettua korkeammat. Korkeat rikkipitoisuudet ligniinissä kertoivat pesun tehottomuudesta. Uudelleen saostettu, puhdistettu ligniini tulisi ehdottomasti puristaa, jotta epäpuhtauksien siirtymä pesuvaiheesta toiseen vähenisi. Epäpuhtauksien suurten määrän vuoksi ligniinin ominaisuudet heikkenivät aiempiin sisäisiin tutkimuksiin verraten. Suodinpuristinta suositellaan vastaaviin, suurempien näytemäärien suodatuskokeisiin.