Optimization of the ink removal in deinking plant

Diplomityön tarkoituksena oli parantaa Stora Enso Sachsenin siistausprosessissa tuotetun uusiomassan vaaleuden kehitystä ja tutkia siihen vaikuttavia tekijöitä. Työn kirjallisessa osassa käsiteltiin uusiomassan kuidutusta ja vaahdotussiistausprosessia, sekä keräyspaperin ominaisuuksia ja käyttöä paperiteollisuuden raaka-aineena. Kokeellisessa osassa keskityttiin modifioidun natriumsilikaatin annostuksenoptimointiin ja vaikutuksiin laboratorio- ja prosessioloissa, sekä kesäefektin vaikutuksen tutkimiseen kuidutuksessa ja flotaation eri vaiheissa. Natriumsilikaatin laboratoriotutkimuksessa havaittiin, että korkein vaaleus suhteellisesti pienimmällä laboratorioflotaation häviöllä saavutettiin korkeimmalla tutkitulla natriumsilikaatin annostuksella, joka oli 1,1 %. Korkea natriumsilikaattiannostus yhdistettyinä korkeisiin vetyperoksidiannostukseen, 0,5 %, sekä korkeaan kokonaisalkaliteettiin, 0.33 %, johti korkeimpaan massan vaaleuteen ja pienimpiin häviöihin. Laboratoriotutkimuksen pohjalta modifioidulla natriumsilikaatilla suoritettiin koeajoja prosessissa. Noin 1 % natriumsilikaatin annostuksella havaittiin parempi pH:n bufferointikyky, pienempi kalsiumkarbonaatin määrä flotaation primäärivaiheissa, sekä lievästi parempi massan vaaleus verrattuna prosessissa aiemmin käytettyyn standardinatriumsilikaattiin. Kesäefektitutkimuksessa havaittiin, että kesäefektillä on suurin vaikutus esiflotaation primäärivaiheeseen, sillä primäärivaiheessa kuitujen osuus on huomattavasti suurempi kuin sekundäärivaiheissa. Esiflotaation primäärivaiheen uusiomassojen laboratorioflotaatioiden avulla saavutettujen maksimivaaleuksien ero kesän ja talven välillä oli noin 1,5 %ISO. Kesäefektin ei havaittu suuresti vaikuttavan flotaation sekundäärivaiheisiin.

Siistausmassan saostuksessa kiekkosuodattimella käytettävän suodatinväliaineen testaus ja kehittäminen

Työn aiheena on siistausmassan saostuksessa käytettävä kiekkosuodatinväliaine ja tarkoituksena selvittää lankamateriaalien ja pinnoitusaineiden vaikutusta väliaineen likaantumisherkkyyteen ja suodatusteknisiin ominaisuuksiin. Siistauslaitosten ongelmana on suodatinväliaineen likaantuminen massassa olevien tahmo- ja painoväripartikkelien johdosta. Tällä hetkellä siistauslaitosten kiekkosuodatinpussien valmistuksessa käytetään pääasiassa polypropeeni- ja polyvinylideenifluoridimonofilamenttilankoja, joiden lianhylkivyys on osoittautunut huonoksi. Uusiksi lankamateriaaleiksi tutkimuksiin valittiin Easy Kleen I, Easy Kleen II, Hyflon, Halar ja Polyesteri. Tulosten perusteella Easy Kleen I ja II monofilamenttilangoista kudotun suodatinkankaan lianhylkivyys on polypropeeni- ja polyvinylideenifluoridimonofilamenttilangoista kudottua kangasta parempi. Suodatusteknisissä ominaisuuksissa ei materiaalien välillä havaittu merkittävää eroa. Easy Kleen monofilamenttilangat näyttävät soveltuvan myös keittokutistumiltaan ja mekaanisilta ominaisuuksiltaan kiekkosuodatinpussien materiaaleiksi. Polypropeeni- ja polyesterimonofilamenettilangoista kudottujen suodatinkankaiden pinnoittamisessa käytettiin hydrofiilisiä ja hydrofobisia pinnoitusaineita. Tulosten perusteella on mahdollista parantaa suodatinkankaan lianhylkivyyttä pinnoittamalla. Pinnoitettu kangas on myös suodatusteknisiltä ominaisuuksiltaan toimiva. Ongelmaksi suodatinkankaiden pinnoittamisessa saattaa kuitenkin muodostua pinnoituslämpötila, jossa kangas kutistuu asennuskelvottomaksi.

Suomalaisen kotikeräyspaperin siistattavuus

Tämän diplomityön tavoitteena oli kartoittaa kotikeräyspaperin lajijakautumisesta ja eri jakeiden ikääntymiskäyttäytymisestä johtuvien siistausongelmien syyt sekä tutkia tulevaisuuden painotekniikan kehitystrendien asettamia vaatimuksia siistauslaitosten kannalta. Kirjallisuusosassa tarkasteltiin siistauksen sekä erilaisten painatustekniikoiden teoriaa. Lisäksi siinä tarkasteltiin erilaisia siistattavuuteen vaikuttavia tekijöitä. Kirjallisuusosassa luotiin katsaus viimeaikaisiin painatuksen kehityksiin Suomessa sekä kartoitettiin painatuksen lähitulevaisuutta. Myös tulevaisuuden näkymiä siistauslaitosten kannalta tarkasteltiin. Kokeellisessa osassa tutkittiin suomalaisen kotikeräyspaperin siistattavuusominaisuuksia pian painamisen jälkeen sekä kolmen ja kuuden kuukauden vanhentamisen kuluttua. Esitutkimusten perusteella siistattaviksi valittiin useita coldset offset painettuja sanomalehtiä, sekä kaksi syväpainettua ja yksi heatset offset painettu aikakauslehti. Kyseisten painotuotteiden siistattavuus-ominaisuuksia tarkasteltiin laboratoriomittakaavaisissa pulpperoinneissa sekä osin flotatoinneissa. Erilaisten painotuotteiden siistattavuutta tarkasteltiin ISO-vaaleus-, k700nm-arvo-, ERIC-arvo-, CIE L*a*b*- ja lika- ja painoväripilkkumittausten avulla. Tutkittujen painotuotteiden kierrätysominaisuudet vaihtelivat niin tuoreena kuin vanhennettunakin helposti siistattavista jo tuoreena vaikeasti siistattavaan. Hyvän tuloksen koko vanhentamisen keston ajan antoivat suomalaiset aikakauslehdet sekä osa sanomalehdistä. Laboratoriotutkimuksissa havaittiin että painotalojen käyttämien painovärien, erityisesti värillisten painovärien, valinnalla on suuri vaikutus valmiin painotuotteen uusiokäyttöön. Tämän diplomityön antamien tulosten perusteella voidaan sanoa, että kotimaisen keräyspaperin viimeaikaiseen siistattavuuden heikkenemiseen on vaikuttanut eniten coldset offset painotuotteiden suuresti lisääntynyt väripainatuksen määrä.

Musteenpoiston optimointi siistausprosessissa

Tämän diplomityön tarkoituksena oli optimoida Keräyskuitu Oy:n siistausprosessi uusiomassan vaaleuden ja puhtauden kannalta. Työn kirjallinen osa koostui katsauksesta vaahdotussiistausprosessiin, laitteisiin sekä uusiomassan ominaisuuksiin ja käyttöön paperiteollisuuden raaka-aineena. Kokeellisessa osassa prosessimuuttujat liittyivät keräyspaperin kuidutukseen, musteenerotukseen vaahdotuksessa sekä lietteen- ja vesienkäsittelyyn. Tämän työn tulosten ääriarvoja vertailleissa prosessimuuttujien optimoinnilla oli vaikutusta massan vaaleuteen 4…5 %-ISO. Parhaimmillaan vaahdotuksen jälkeisen massan vaaleus oli noin 62 %. Tämän jälkeen massan vaaleutta voidaan edelleen parantaa valkaisulla, mutta valkaisu ei kuulunut tämän työn sisältöön. Paperin kuidutuksen alkusakeuden nostaminen vähensi sekä kuituuntumattoman massajakeen osuutta että kuidutuksen energiankulutusta. Vaaleuden ja musteenpoiston kannalta paras alkusakeus oli 18 %. Kuidutuksen silikaattitason nostaminen 1,6 %:iin asti paransi merkittävästi massan vaaleutta. Silikaattitason nostaminen moninkertaisti kuidutuksen jälkeisen massan jäännösperoksidipitoisuuden. Kuidutuksen kokonaisalkalitason nostaminen paransi musteen irtoamista kuidusta, mutta vaaleuteen sen vaikutus oli pienempi kuin silikaattitasolla. Vaaleuden ja musteenpoiston kannalta paras kokonaisalkalitaso oli 1,6 %. Vaahdotuksen sakeuden nostaminen sekä ilma- ja rejektimäärän pienentäminen alensivat hieman kuitusaantoa. Tuhkareduktiota paransi eniten ilmamäärän lisäys. Vaahdotusrejektin lisääminen ja -sakeuden laskeminen nostivat tuhkareduktiota. Vaaleuden ja musteenpoiston kannalta vaahdotuksen ajoparametreiksi valittiin seuraavat: ilmamäärä 32 000 l/min, ilmastusroottorien pyörimisnopeus riittävä, jotta kennojen pinta olisi tasainen. Ensimmäisen vaahdotusvaiheen sopiva rejektimäärä oli noin 2400 l/min, toisen vaiheen 450 l/min ja suositeltava vaahdotussakeus oli 1,0 %. Vaahdotuksen toisen vaiheen ilmamäärällä ja vaahdotussakeudella oli vain vähän vaikutusta vaahdotuksen kuitusaantoon. Lietteenkäsittelyn ongelmat johtuivat lietevirtauksen sakeuden vaihtelusta. Ongelmatilanteessa painoväri alkaa kiertää lietteenkäsittelyn ja mikroflotaation välillä, jolloin puhdistetun veden laatu laskee. Tällöin kiertoveden tila huononee ja massan vaaleus laskee. Lietteen flokkauskemikaali annostellaan lietevirtauksen mukaan, kun parempi tapa olisi annostella kemikaali lietteen virtauksen ja sakeuden perusteella.

The Optimization of Flotation Process Parameters in the Deinking Plant

Tämän diplomityön tavoitteena oli sekundäärisen esiflotaation optimointi Stora Enso Sachsen GmbH:n tehtaalla. Optimoinnin muuttujana käytettiin vaahdon määrää ja optimointiparametreinä ISO-vaaleutta, saantoja sekä tuhkapitoisuutta. Lisäksi tutkittiin flotaatiosakeuden vaikutusta myös muihin tehtaan flotaatioprosesseihin. Kirjallisuusosassa tarkasteltiin flotaatiotapahtumaa, poistettavien partikkeleiden ja ilmakuplien kontaktia, vaahdon muodostumista sekä tärkeimpiä käytössä olevia siistausflotaattoreiden laiteratkaisuja. Kokeellisessa osassa tutkittiin flotaatiosakeuden pienetämisen vaikutuksia tehtaan flotaatioprosesseihin tuhkapitoisuuden, ISO-vaaleuden, valon sironta- ja valon absorpiokerrointen kannalta. Sekundäärisen esiflotaation optimonti suoritettiin muuttamalla vaahdon määrää kolmella erilaisella injektorin koolla, (8 mm, 10 mm ja 13 mm), joista keskimmäinen kasvattaa 30 % massan tilavuusvirtaa ilmapitoisuuden muodossa. Optimonnin tarkoituksena oli kasvattaa hyväksytyn massajakeen ISO-vaaleutta, sekä kasvattaa kuitu- ja kokonaissaantoa sekundäärisessä esiflotaatiossa. Flotaatiosakeuden pienentämisellä oli edullisia vaikutuksia ISO-vaaleuteen ja valon sirontakertoimeen kussakin flotaatiossa. Tuhkapitoisuus pieneni sekundäärisissä flotaatioissa enemmän sakeuden ollessa pienempi, kun taas primäärisissä flotaatiossa vaikutus oli päinvastainen. Valon absorptiokerroin parani jälkiflotaatioissa alhaisemmalla sakeudella, kun taas esiflotaatioissa vaikutus oli päinvastainen. Sekundäärisen esiflotaation optimoinnin tuloksena oli lähes 5 % parempi ISO-vaaleus hyväksytyssä massajakeessa. Kokonaissaanto parani optimoinnin myötä 5 % ja kuitusaanto 2 %. Saantojen nousu tuottaa vuosittaisia säästöjä siistauslaitoksen tuotantokapasiteetin noustessa 0,5 %. Tämän lisäksi sekundäärisessä esiflotaatiossa rejektoituvan massavirran pienentyminen tuottaa lisäsäästöjä tehtaan voimalaitoksella.

Inkjet-papereiden musteenpoisto

Kierrätysmassan osuus paperin raaka-aineena on viime vuosina ollut voimakkaassa kasvussa. Kierrätyspaperi koostuu yleensä hyvin erilaisilla menetelmillä painetuista, siistausominaisuuksiltaan toisistaan paljon poikkeavista painotuotteista. Eräs siistautuvuudeltaan hyvin ongelmallinen painoväriryhmä on inkjet-musteet. Yleisimmin käytössä olevat siistausmenetelmät, kuten flotaatio ja pesusiistaus, eivät onnistu saamaan tällaisesta kierrätyspaperista riittävän puhdasta ja hyvälaatuista kuitumateriaalia, jota pystyttäisiin käyttämään korkealuokkaisten painopaperien raaka-aineena. Perinteisiä siistausmenetelmiä kehitetään kokoajan aina vain tehokkaammiksi, kaikkia kierrätyspapereita paremmin siistaaviksi. Vaahdotus- ja pesusiistauksia on tänäpäivänä tehostettu muun muassa useampivaiheisilla prosesseilla, painovärin irrottamista tehostavilla esikäsittelyillä sekä uusilla innovatiivisilla siistauskemikaaleilla. Tämän työn tarkoituksena on selvittää teollisten siistausprosessien pääperiaatteita sekä niiden soveltuvuutta inkjet-papereiden musteenpoistoon. Lisäksi työssä esitellään menetelmiä, jotka on kehitetty nimenomaan inkjet-musteen poistamiseen paperista. Työn loppupuolella käydään läpi myös menetelmät, joilla kierrätyspaperin siistattavuutta ja kierrätettävyyttä arvioidaan.