Management of Metals in the Pulping Process

Abstract

Diplomityön tarkoituksena oli löytää keino korkean mangaanipitoisuuden hallintaan ECF-valkaisussa. Kirjallisuusosassa käsiteltiin eri metallien ja kuidun vuorovaikutuksia sekä niiden vaikutuksia prosessiin. Lisäksi käytiin läpi sellunvalmituksen yleisimpiä metallienhallintamenetelmiä.

Työn kokeellisessa osassa tehtiin esikokeina laboratoriokokeita, jotta löydettiin oikeat kelatointistrategiat tehdasmittakaavan koeajoille. Laboratoriovalkaisut suoritettiin kuudella eri kemikaalilla käyttäen DD3-pesurin jälkeistä massaa ja samanlaisia parametrejä kuin tehdasvalkaisussa. Kolmesta eri valkaisusekvenssistä paras tulos saavutettiin D0-QEP-sekvenssillä.

Tehdasmittakaavan koeajojen tavoitteena oli saavuttaa alle 1 mg/kg jäännösmangaanipitoisuus valkaistussa massassa ja korkeampi vaaleus EOP-vaiheessa pienemmällä klooridioksidin kulutuksella. Koeajoissa käytettiinDTPA:ta ja EDTA:ta kahdeksassa eri koepisteessä. Pienimpiin jäännöspitoisuuksiin päästiin koepisteissä, joissa kelatointiaine annosteltiin ennen valkaisun viimeistä pesuvaihetta tai sen jälkeen. Samanlaisia tuloksia saavutettiin koepisteissä, joissa kelatointiaine lisättiin suoraan EOP-vaiheeseen. Tällöin kelatointiaineen käyttö johti myös korkeampaan vaaleuteen EOP-vaiheessa pienemmällä kappakertoimella kuin referenssissä. Säästöt klooridioksidin kulutuksessa eivät olleet kuitenkaan tarpeeksi suuret kattaakseen kelatointiaineiden käytön kustannuksia. Kustannustehokkain tapa kontrolloida jäännösmangaanipitoisuutta oli EDTA:n annostelu D2 DD-pesurin jälkeen. Haittapuolena tälläisessä kelatoinnissa oli metallikompleksien palautuminen valkaisuun kuivauskoneen kiertoveden mukana.

Tärkeimmät onnistuneeseen kelatointiin vaikuttavat parametrit olivat lajittelussa käytetyn rikkihapon annos, D0-vaiheen pH ja D0 DD-pesurin pesutehokkuus.

The purpose of this master's thesis was to find out a way to control high manganese content in ECF bleaching. The literature part deals with interactions between different metals and fibres and the impacts ofmetals on the process. The most popular metal management methods in pulping process are also discussed.

In the experimental part, preliminary laboratory experiments were conducted to find out the right chelating statergies for the mill scale trials. Laboratory bleachings were carried out with the six different chemicals using pulp obtained after the DD3-washer and bleaching parameters similar to those in mill bleaching. Of the three different bleaching sequences the best results were achieved in the D0-QEP sequence.

The objectives of the mill scale trials were to achieve a residual manganese levels under 1 mg/kg in the bleached pulp and a higher brightness response in the EOP-stage with lower consumption of chlorine dioxide. The mill trials were performed with DTPA and EDTA in eight different positions. The lowest residual contents were achieved in the cases where the chelating agent was added prior to the last washing stage of bleaching or after it. Similar results in residuals were obtained in the cases where the chelating agent was dosed directly in to the EOP-stage. In these cases, the use of chelants resulted also in a higher brightness response in the EOP-stage with a lower kappa factor than in the reference case. However, the savings in chlorine dioxide consumption was not enough to cover the costs of chelating agents used. The most cost-effective way to control residual manganese content was the dosing of EDTA after the D2 DD-washer. The disadvantage in this kind of chelating was the metal complexes returning to bleaching with the circulation water from the drying machine.

The most important parameters affecting successful chelation were the dosage of sulphuric acidused in screening, the pH in the D0-stage and the washing efficiency of the D0 DD-washer.