pH:n stabiilisuus ditioniittivalkaistulla neutraalilla LWC-prosessilla

Tässä työssä Oy Keskuslaboratoriossa sijaitsevalla kiertovesisimulaattorilla on tutkittiu ditioniittivalkaisun ja hylyn määrän vaikutusta pH:n stabiilisuuteen ja häiriöaineiden määrään neutraalissa LWC-prosessissa. Lisäksi on tutkittu ditioniitin määrän seisokkien ja valkaisuviiveiden vaikutusta. Kirjallisuusosassa tutustutaan ditioniittivalkaisuun ja valkaisun kemiaan sekä kalsiumkarbonaatin liukenemiseen. Lyhyesti selvitetään myös paperikoneen vesikiertoja sekä prosessissa olevia häiriöaineita. Karbonaatin liukenemisen osalta tarkastellaan myös mahdollisuutta mallintaa prosessia. Diplomityön aikana ajettiin yhdeksän simulaattoriajoa, jotka ajettiin kahden tai kolmen ajon sarjoissa. Ajoja ajettiin kolmella eri hylkymäärällä. Ditioniittivalkaisun lisäksi suoritettiin referenssiajoja ilman valkaisua. Lyhyen kierron pH pyrittiin pääosin säätämään seitsemään. Valkaisuviiveiden ja yli-yön kestävien seisokkien vaikutusta tutkittiin myös. Kokeissa todettiin ditioniitin alentavan pH tasoa. Tämä pH:n aleneminen johtaa kalsiumkarbonaatin liukenemiseen kalsiumkarbonaatin pyrkiessä puskuroimaan pH:n laskua. Valkaisureaktiossa syntyy negatiivisesti varauruneita yhdisteitä, jotka lisäävät prosessin anionisuutta. Ditioniitin valkaisuvaikutus näkyi lopputuotteen vaaleuden kasvuna sekä kieroveden värillisten yhdisteiden vähenemisenä. Ditioniittivalkaisu näytti poistavan myös noin 30% ligniinistä. Lipofiilisiin uuteaineisiin ditioniitilla ei ollut vaikutusta. Riittävä ditioniittiannos kokeiden perusteella on korkeintaan 1% ditioniittiä käytetyn mekaanisen massan määrästä. Korkeammalla annostuksella ei ollut vaikutusta vaaleuteen. Valkaisuaikana 30 minuuttia on riittävä. Pidempien valkaisuviiveiden ja seisokkien aikana valkaisussa syntyvän sulfiitin todettiin muuttuvan sulfaatiksi. Hylyn määrän lisääminen nosti pH:ta, varausta, johtokykyä ja liuenneen kalsiumin määrään. Hylyn määrän lisäminen paransi myös optisia ominaisuuksia, mikä johtui osin hylyn sisältämästä kalsiumkarbonaatista ja osin hylyn sisältämästä mekaanisesta massasta, joka oli valkaistua.

The objective of this master's thesis was to study how the broke content and dithionite bleaching contribute to the pH level and amount of detrimental substances in the wet end of a neutral LWC papermaking process. In addition, the influence of dithionite dose and process breaks and stoppages were studied. The study was done in Oy Keskuslaboratorio with the Wet End Simulator The study is divided into theoretical and experimental parts. The theoretical part concentrates on dithionite bleaching and its chemistry as well as the dissolution of calcium carbonate. It also takes a brief look at the water circulations as well as the detrimental substances and their effects. The possibility to model the dissolution of calcium carbonate, and the work done in this area is shortly evaluated. The experimental part is based on nine trial runs. The trial runs were performed in groups of two or three. Three different broke contents were used. For a reference, some of the trial runs were performed without dithionite bleaching. In most of the runs the short circulation pH was adjusted to 7. The effects of bleaching delays and over night stoppages were also studied. The study showed that dithionite has a tendency to decrease the pH level. During the bleaching process dithionite reduces the colored compounds while oxidizing to sulfuric compounds such as sulfate and sulfite. The negatively charged compounds raise the anionic charge of the system. Simultaneously calcium carbonate from the coated broke tries to buffer the pH drop caused by the bleaching. Finally, buffering causes dissolving of calcium carbonate. Dithionite bleaching improves the optical performance of the product and decreases the amount of colored groups in the headbox sample. The study also indicates that dithionite has a tendency to increase the amount of lignin in the water phase. The amount of lignin in water phase increased over 30% due to the bleaching. On the other hand, it appears that dithionite does not have effect on the amount of lipophilic extractives. The study indicates that 1% of TMP dithionite dose is quite appropriate. Increasing the dose to 1.5% of TMP does not cause any further improvement. Also the 30 minutes bleaching time was proved to be optimal, as a longer bleaching time does not improve the brightness. During the stoppages the sulfite amount decreased while the amount of sulfate raised. A higher broke content leads to a higher calcium carbonate content. Increasing the broke content raises the pH, charge, and conductivity levels, as well as the concentration of dissolved calcium. Higher amount of broke improved also the optical values. The reason for this is calcium carbonate and the bleached mechanical pulp in broke.