BE1010880A3

BE1010880A3 - Procede de fabrication de pate a papier chimique.

Info

Publication number: BE1010880A3
Application number: BE9700074A
Authority: BE
Inventors: Eric Chauveheid; Johan Devenyns
Original assignee: Solvay Interox
Priority date: 1997-01-27
Filing date: 1997-01-27
Publication date: 1999-02-02
Also published as: WO1998032913A1; ZA98380B; ID19674A; AU6212898A

Abstract

Procédé de fabrication de pâte à papier chimique comprenant : a) une étape de cuisson kraft de matériaux lignocellulosiques avec de l'anthraquinone (AQ) afin de minimiser la quantié d'acides héxéneuroniques présents dans la pâte à papier, b) une étape de lavage de la pâte à papier chimique, c) une étape de traîtement de la pâte avec un oxydant peroxydé.

Description


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  Procédé de fabrication de pâte à papier chimique 
La présente invention concerne un procédé de fabrication de pâte à papier chimique. 



   La fabrication de pâte à papier chimique comprend deux phases essentielles, à savoir - une phase de cuisson de matériaux lignocellulosiques à l'aide de réactifs chimiques, destinée à dissoudre la plus grande partie de la lignine et à libérer les fibres cellulosiques conduisant à une pâte écrue, - une phase de délignification et de blanchiment de la pâte écrue comprenant généralement plusieurs étapes successives de traitement éventuellement entrecoupées d'étapes de lavage, de dilution et/ou de concentration pour arriver au taux de lignine résiduelle et à la blancheur souhaités. 



   Par pâte à papier chimique on entend les pâtes à papier ayant subi un traitement délignifiant en présence de réactifs chimiques tels que le sulfure de sodium en milieu alcalin (cuisson kraft ou au sulfate) ou bien par d'autres procédés alcalins. 



   Ces dernières années, de nombreux procédés de délignification et de blanchiment exempts de chlore ont été développés en sus de ceux qui traditionnellement utilisent le chlore et le dioxyde de chlore. Divers types d'agents de délignification et de blanchiment sont actuellement utilisés pour le traitement des pâtes écrues. On a ainsi proposé de soumettre les pâtes chimiques à l'action de l'oxygène en milieu alcalin, et ensuite à des traitements de délignification et de blanchiment comportant des traitements à l'ozone, aux peracides et au peroxyde d'hydrogène. 



   Lorsque l'on blanchit des pâtes à papier chimiques avec des oxydants tels que l'ozone, les peracides ou le peroxyde d'hydrogène, il est essentiel d'enlever de la pâte certains ions métalliques nuisibles. Ces ions métalliques ayant un effet nuisible sont des ions de métaux de transition dont, entre autres, le manganèse, le cuivre et le fer qui catalysent des réactions de décomposition des réactifs peroxydés. Ils dégradent les réactifs peroxydés mis en oeuvre pour la délignification et le blanchiment via des mécanismes radicalaires et augmentent ainsi la consommation de ces produits tout en diminuant les propriétés 

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 mécaniques de la pâte à papier. 



   Traditionnellement, l'élimination des ions métalliques est réalisée pendant la phase de délignification et de blanchiment de la pâte écrue. 



   L'élimination des ions métalliques peut être réalisée par un traitement à l'acide à température ambiante de la pâte à papier. Cependant, ces traitements en milieu acide éliminent non seulement les ions métalliques nuisibles mais également les ions de métaux alcalino-terreux tels que le magnésium et le calcium qui ont un effet stabilisant sur les réactifs peroxydes mis en oeuvre et un effet bénéfique sur les qualités optiques et mécaniques de la pâte à papier. 



   Un des gros désavantages de ces traitements en milieu acide est donc qu'ils ne sont pas sélectifs vis-à-vis de certains ions métalliques c.-à-d. vis-à-vis des ions de métaux de transition nuisibles. 



   Un moyen connu pour éliminer sélectivement des ions métalliques nuisibles pendant la phase de délignification et de blanchiment de la pâte écrue comprend la chélation de ces ions. Malheureusement, cette étape de chélation exige un contrôle strict du pH de la pâte à papier. 



   Le traitement acide et la chélation ont le désavantage de constituer des étapes supplémentaires du procédé de délignification et blanchiment, ce qui augmente les coûts de production. 



   Le but de la présente invention est de proposer un procédé de fabrication de pâte à papier chimique dans lequel l'adaptation du profil métallique est réalisée pendant la phase de cuisson. 



   A cet effet, l'invention concerne un procédé de fabrication de pâte à papier chimique comprenant : a) une étape de cuisson kraft de matériaux lignocellulosiques avec de l'anthraquinone (AQ) afin de minimiser la quantité d'acides hexèneuroniques présents dans la pâte à papier, b) une étape de lavage de la pâte à papier chimique, c) une étape de traitement de la pâte avec un oxydant peroxydé. 



   Le fait d'imprégner et de réaliser la cuisson kraft de matériaux lignocellulosiques notamment de copeaux de bois en présence d'anthraquinone (AQ) permet de minimiser la quantité d'acides hexèneuroniques présente dans la pâte à papier. 



   Les acides hexèneuroniques sont détruits lors de la cuisson kraft en présence d'anthraquinone (AQ) et/ou leur formation pendant la cuisson kraft est minimisée. Les acides hexèneuroniques retiennent les ions de métaux de transition 

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 sur les fibres de la pâte à papier. En détruisant ces acides hexèneuroniques ou en empêchant leur formation pendant la phase de cuisson kraft, on diminue l'adsorption d'ions de métaux de transition sur les fibres de la pâte à papier. 



   Les acides hexèneuroniques possèdent une double liaison carbonecarbone qui est conjuguée à la fonction acide carboxylique ce qui renforce leurs propriétés séquestrantes. Dès lors, tout agent chimique qui est capable de réduire cette double liaison conjuguée ou qui est capable d'ouvrir le cycle (p. ex. l'hydroxyde de sodium) par réduction provoque un affaiblissement des propriétés séquestrantes de la pâte à papier. Par réduction, il faut entendre une réaction chimique avec un réactif capable de donner des électrons, y compris les réactifs nucléophiles. L'action principale de ces réactifs capables de réduire la double liaison conjuguée dont notamment l'anthraquinone (AQ) est de réduire ce composé insaturé ce qui conduit à une diminution des propriétés séquestrantes de la pâte à papier. 



   En plus de la diminution de la quantité totale d'ions de métaux de transition retenue sur les fibres après le traitement à l'anthraquinone (AQ), on a observé que les ions de métaux de transition sont retenus sur les fibres d'une manière moins forte, rendant leur élimination complète plus facile par des agents de chélation introduits lors de la phase de cuisson et/ou lors de la phase de délignification et de blanchiment. 



   La consommation de réactifs peroxydés dans la phase de blanchiment et de délignification est réduite sans pour autant affecter la blancheur de la pâte à papier obtenue après l'étape de traitement avec un oxydant. 



   De plus, la pâte à papier ainsi traitée conserve de bonnes propriétés optiques et mécaniques
Bien entendu, on peut ajouter, si nécessaire, des ions de métaux alcalinoterreux à la suspension de pâte à papier afin d'augmenter le rapport ions de métaux alcalino-terreux 1 ions de métaux de transition sur les fibres. Si l'on souhaite augmenter le rapport magnésium/manganèse sur les fibres, on peut ajouter des ions magnésium à la pâte à papier et cela de préférence avant l'étape de blanchiment (c) Il est   ax antageux d'etre   en présence d'un rapport élevé de   magnésium 1 manganese   sur les fibres afin d'éviter une décomposition catalytique de l'oxydant lors de   l'etape   de traitement à l'oxydant.

   Ce rapport magnésium/ manganèse sur les fibres se situe de préférence au-dessus de 30 (poids/poids). 



   Un autre avantage de ce procédé est de pouvoir éviter des sauts de pH lors de la fabrication de la pâte à papier et de réduire ainsi la quantité de réactifs 

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 mis en oeuvre. En effet, il ne faut pas de traitement acide de la pâte à papier après la cuisson kraft et il n'est plus nécessaire de soumettre la pâte à papier à une étape de chélation en milieu acide ou neutre pendant la phase de délignification et de blanchiment. Il est désormais possible de fabriquer de la pâte à papier chimique entièrement en milieu alcalin. Par conséquent, la quantité de réactifs mise en oeuvre à l'étape de traitement à l'oxydant en milieu alcalin est moindre. 



   Un avantage supplémentaire de fabriquer de la pâte à papier entièrement en milieu alcalin est de pouvoir éviter la production des effluents acides. La réduction des effluents est une étape dans le processus de conversion vers la fermeture des circuits d'eaux de blanchiment, aussi appelée la production de pâte à papier TEF (total effluent free). La suppression de tout effluent acide, produit lors des stades de chélation et de blanchiment en milieu acide, est particulièrement intéressante parce que plusieurs effets négatifs sont accordés aux effluents acides. 



  Un premier effet négatif de la récupération des effluents acides, en grande quantité, dans les circuits amenant à la chaudière de récupération (étant un milieu riche en sulfure), est la formation du sulfure d'hydrogène lors de l'ajout d'un effluent acide. Un deuxième effet négatif se présente quand l'effluent acide contient des produits organochlorés venant du blanchiment au chlore ou au dioxyde de chlore. La récupération de cet effluent acide vers la chaudière de récupération est impossible parce que les produits organochlorés vont perturber le bon fonctionnement de la chaudière de récupération. Un troisième effet négatif de l'effluent acide est son caractère corrosif pour les matériaux métalliques qui constituent la chaudière, les tours de blanchiment et les conduits d'eau. 



   On utilise de préférence entre 0, 01% et 1% en poids d'anthraquinone (AQ) par rapport au poids sec du matériau lignocellulosique, éventuellement en combinaison avec des polysulfures. 



   Selon un premier mode de réalisation préféré, le procédé comprend au moins une addition d'un agent chélatant avant l'étape de cuisson kraft (a), pendant l'étape de cuisson kraft (a), avant l'étape de lavage (b), et/ou après l'étape de lavage (b) L'agent chélatant est de préférence ajouté avant l'étape de traitement (c). Il est avantageux d'effectuer une étape de lavage après l'addition de l'agent chélatant. 



   L'agent chélatant peut être choisi parmi le groupe constitué par les acides aminocarboxyliques, hydroxycarboxyliques, phosphoniques et leurs sels. 



   On peut utiliser en tant qu'agent chélatant l'acide   éthylènediaminetetraacétique   (EDTA), l'acide diéthylènetriaminepenta-acétique 

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 (DTPA), l'acide citrique, l'acide lactique, l'acide tartrique, les acides aldoniques, les acides uroniques, l'acide diéthylènetriaminepentamethylène-phosphonique   (DTMPA), les   sels de ces acides et/ou leurs mélanges. On peut également utiliser des liqueurs issues d'une étape de blanchiment ou de délignification de pâtes à papier riches en fragments d'hydrates de carbone oxydés soit directement soit indirectement en tant que source d'agents chélatants. 



   La température et la durée de la chélation ne sont en principe pas critiques. 



   Un des avantages de ce procédé est que la consommation d'oxydant nécessaire à l'obtention d'une pâte à papier présentant un degré de blancheur déterminé ne dépend quasiment plus du pH de la chélation. 



   La quantité d'oxydant consommée reste sensiblement constante dans une large gamme de pH de la chélation et se situe en général à un niveau inférieur à celui des procédés connus. 



   Selon un autre mode de réalisation préféré, une quantité entre 0,35 M et 1 M, et de manière préférée entre 0,5 M et 0,7 M d'une base forte, par exemple l'hydroxyde de sodium, est maintenue pendant la phase de cuisson. Cette quantité élevée accentue la disparition des acides hexèneuroniques pendant la phase de cuisson. 



   Une étape de lavage supplémentaire de la pâte peut être effectuée après l'étape de cuisson kraft (a) et avant l'étape de traitement (c), si nécessaire. 



   On peut, si on le souhaite, intercaler une ou plusieurs étapes supplémentaires de traitement de la pâte entre l'étape de lavage (b) et l'étape de traitement avec un oxydant (c). 



   Par étape supplémentaire de traitement de la pâte, on entend des extractions alcalines, éventuellement renforcées par l'oxygène, des traitements à l'oxygène ou bien des traitements au chlore, au dioxyde de chlore ou leurs mélanges. 



   L'oxydant de l'étape de traitement avec un oxydant (c) est choisi avantageusement parmi le peroxyde d'hydrogène, les peracides et l'ozone
On utilise, de préférence, le peroxyde d'hydrogène en milieu alcalin. On peut opérer soit sous conditions conventionnelles, soit à température et pression élevées. 



   On peut combiner l'ajout de l'agent chélatant après l'étape de cuisson kraft (a) avec un traitement de la pâte à l'oxygène si cela est nécessaire. Cette étape de traitement de la pâte à l'oxygène peut se présenter comme une étape 0, 

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 Op, Eo, Eop dans laquelle 0 représente une étape à l'oxygène sous pression, Op une étape à l'oxygène renforcée par du peroxyde d'hydrogène sous pression, Eo une étape d'extraction alcaline renforcée par de l'oxygène, Eop une étape d'extraction renforcée par de l'oxygène et du peroxyde d'hydrogène. 



   Dans tout le procédé de fabrication de pâte à papier chimique, la pâte à papier est traitée en présence d'eau à une consistance de 0, 1 à 50% en poids et de préférence de 1 à 20% en poids. 



   Le procédé conforme à l'invention peut s'utiliser en combinaison avec des séquences de délignification et de blanchiment visant à réduire la quantité de chlore élémentaire, des séquences de blanchiment exemptes de chlore élémentaire (ECF) ou des séquences totalement exemptes de chlore (TCF) ou encore des séquences visant à minimiser la consommation d'eau p. ex. par recyclage des effluents. Il permet, dans ces types de séquences, d'atteindre plus facilement l'objectif de réduction de la quantité de chlore ou de dioxyde de chlore pour arriver à un même niveau de blancheur. 



   Il reste à noter que le présent procédé de fabrication de pâte à papier peut être combiné à toute autre étape de blanchiment classique y compris à des étapes mettant en oeuvre des enzymes ou des réactifs chlorés tels que le chlore et le dioxyde de chlore. 



   Tous les types de bois utilisés pour la production de pâtes chimiques conviennent pour la mise en oeuvre du présent procédé et en particulier ceux utilisés pour les pâtes kraft, à savoir les bois résineux comme p. ex. les diverses espèces de pins et de sapins et les bois feuillus comme p. ex le bouleau, le hêtre, le chêne, le charme et l'eucalyptus. 



   Un autre aspect de la présente invention concerne l'utilisation de l'anthraquinone (AQ) pour empêcher ou réduire la formation d'acides hexèneuroniques pendant la fabrication de pâtes à papier chimiques, et en particulier pendant la cuisson kraft. 



   D'autres caractenstiques de l'invention sont décrites, à titre non limitatif, dans les exemples. 



  Exemple l (de référence)
Différents matériaux lignocellulosiques ont été soumis au procédé de fabrication de papier suçant
Une pâte à papier de type feuillus obtenue par un procédé de cuisson kraft traditionnel a été soumise à un traitement acide à chaud. Ce traitement acide à chaud a la particularité de réduire sélectivement la quantité d'acides 

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 hexèneuroniques présents dans la pâte à papier chimique. 



   L'échantillon de pâte kraft d'une consistence de 12% a été soumis à un traitement à l'acide à chaud à un pH =3 pendant 120 minutes à 110 C. 



   L'indice Kappa de la pâte, qui mesure la quantité de matières oxydables au permanganate de potassium, a été déterminée sur la pâte à papier après la cuisson kraft et après le traitement à l'acide à chaud. La différence des indices Kappa obtenu après la cuisson kraft et après le traitement à l'acide à chaud permet de quantifier les acides hexèneuroniques. 



   On a constaté que l'indice Kappa de 11,2 après la cuisson kraft traditionnelle a diminué à 6,6 après le traitement à l'acide à chaud. 



  Exemple 2 (conforme à l'invention) :
Une pâte à papier de type feuillus obtenue par un procédé de cuisson kraft avec de l'anthraquinone (AQ) (en une quantité de 0,05 % en poids par rapport au poids sec de la pâte) a été soumise à un traitement acide à chaud. 



   L'indice Kappa de la pâte a été déterminée après la cuisson kraft à l'anthraquinone (AQ) et après le traitement à l'acide à chaud. 



   On a constaté que l'indice Kappa de 18,9 après la cuisson kraft à l'anthraquinone (AQ) n'a pratiquement pas diminué, selon la présente invention, après le traitement à l'acide à chaud (indice Kappa = 18,6).

Claims

REVENDICATIONS 1-Procédé de fabrication de pâte à papier chimique comprenant a) une étape de cuisson kraft de matériaux lignocellulosiques avec de l'anthraquinone (AQ) afin de minimiser la quantité d'acides hexèneuroniques présents dans la pâte à papier b) une étape de lavage de la pâte à papier chimique c) une étape de traitement de la pâte avec un oxydant peroxydé.
2-Procédé selon la revendication 1 caractérisé par au moins une addition d'un agent chélatant avant l'étape de cuisson kraft (a), pendant l'étape de cuisson kraft (a), avant l'étape de lavage (b), et/ou après l'étape de lavage (b).
3-Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'une quantité entre 0,35 M et 1 M d'hydroxyde de sodium est maintenue pendant la phase de cuisson.
4-Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'une ou plusieurs étapes supplémentaires de traitement de la pâte sont intercalées entre l'étape de lavage (b) et l'étape de traitement avec un oxydant (c).
5-Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'agent chélatant est choisi parmi le groupe constitué par les acides aminocarboxyliques, hydroxycarboxyliques, phosphoniques et leurs sels.
6-Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'on utilise en tant qu'agent chélatant, l'acide éthylènediaminetetraacétique (EDTA), l'acide diéthylènetriaminepentaacétique (DTPA), l'acide citrique, l'acide lactique, l'acide tartrique, les acides aldoniques, les acides uroniques, l'acide diéthylènetriaminepentamethylènephosphonique (DTMPA), les sels de ces acides et/ou leurs mélanges.
7-Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'oxydant de l'étape de traitement avec un oxydant (c) est choisi parmi le peroxyde d'hydrogène, les peracides et l'ozone.
8-Procédé selon la revendication 7 caractérisé en ce que l'oxydant de <Desc/Clms Page number 9> l'étape de traitement avec un oxydant (c) est le peroxyde d'hydrogène en milieu alcalin.
9-Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'on combine, après l'étape de cuisson kraft (a), l'ajout de l'agent chélatant avec un traitement de la pâte à l'oxygène.
10-Utilisation de l'anthraquinone (AQ) pour empêcher ou réduire la formation d'acides hexèneuroniques pendant la fabrication de pâtes à papier chimiques.