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L'invention concerne un procédé de blanchiment de
pâte mécanique par le peroxyde d'hydrogène.
Le blanchiment d'une pâte papetière mécanique
consiste à éliminer les groupement~ colorés de la pâte par
oxydation ou par réduction de ces groupements, sans solubi-
liser les constituants du bois dans la liqueur de blanchiment.
Cette opération est réalisée industriellement par le peroxyde
d'hydrogène H2O2 (P) ou l'hydrosulfite de sodium ou de zinc.
L'utilisation du peroxyde d'hydrogène (P) permet
d'atteindre des niveaux de blancheur supérieurs à ceux
obtenus avec l'hydrosulfite. Elle s'est donc généralisée,
là où l'obiectif est de préparer des pâtes de blancheur
80 (norme ISO). Dans ce cas, le blanchiment est réalisé,
soit en un seul stade avec du peroxyde d'hydrogène, soit en
deux stades, le premier stade étant un traitement au peroxyde
d'hydrogène et le second un traitement à l'hydrosulfite. Dans
les conditions optimales d'utilisation du peroxyde d'hydrogène,
le milieu est rendu alcalin par addition de soude caustique.
Dans ce milieu, le peroxyde d'hydrogène se d~compose rapidement
en oxygène avec formation transitoire d'espèces radicalaires
inopérantes dans le processus de blanchiment. Cette décompo-
sition est catalysée par les cations des métaux de transition
présente dans la pâte. Il en résulte une perte en peroxyde
d'hydrogène, présent dans ce milieu sous la forme de l'anion
HOO , et donc une diminution de l'efficacité du blanchiment.
Dans la pratique, la solution alcaline de peroxyde d'hydrogène
est stabilisée par addition de silicate de sodium, de sel de
magnésium et souvent de séquestrants des cations m~talliques.
Malgré ces précautions, la décomposition du peroxyde n'est
pas totalement supprimée et l'on estime à 10 % environ la
quantité de peroxyde ainsi perdue.
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On a également proposé d'utiliser l'oxygène en
tant qu'agent de blanchiment des pâtes chimiques. Contraire-
ment au blanchiment des pâtes mécaniques, le blanchiment des
pâtes chimiques consiste à dissoudre la lignine résiduelle
(délignification), afin d'obtenir des pâtes cellulosiques
exemptes de lignine. Il ne s'agit donc plus d'effectuer un
traitement modéré sur les groupements colorés de la pâte,
mais de dépolymériser et de dissoudre les macromolécules
portant ces groupements colorés.
On a aussi suggéré d'utiliser l'oxygène comme
agent de cuisson de certaines plantes annuelles. Dans cette
application, l'oxygène sert à dissoudre la lignine du végétal
dans le but d'obtenir une pâte chimique.
En revanche, l'oxygène n'est pas un agent de
blanchiment des pâtes mécaniques. D'ailleurs, D.H. ANDREWS
et R.P. SINGH indiquant dans l'ouvrage intitulé "The
bleaching of pulp", Editeur TAPPI Press (1979), p. 215
que l'oxygène en milieu alcalin provoque un jaunissement
de la pate mécanique, ce qui est conforme à ce que l'on
sait de la chimie de la lignine en présence d'oxygène.
Il a été démontré qu'au cours du traitement des
végétaux ou des pâtes chimiques par l'oxygène, la disso-
lution de la lignine s'accompagnait de la formation de
petites quantités de peroxyde d'hydrogène. On ne sait
pratiquement rien de la participation du peroxyde d'hydro-
gène ainsi formé dans le mécanisme du blanchiment à l'oxygène
des pâtes chimiques. Sans doute a-t-il lui aussi une action
propre dans le blanchiment de la pâte chimique ainsi traitée.
C'est la raison pour laquelle il a été proposé dans les
procédés de délignification à l'oxygène, qu'il s'agisse de la
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cuisson des végétaux ou du blanchiment des pâtes chimiques,
d'introduire du peroxyde d'hydrogène dans la liqueur.
L'efficacité de la délignification s'en trouve améliorée.
Il ressort donc de ~es travaux que le peroxyde d'hydrogène
peut renforcer l'action délignifiante de l'oxygène.
Contrairement à l'enseignement de l'art antérieur
exposé ci-dessus, l'oxygène est capable de renforcer l'action
blanchissante du peroxyde d'hydrogène dans le blanchiment des
pâtes mécaniques que les deux réactifs soient utilisés en
séquence ou simultanément.
Le procédé de blanchiment de pâte mécanique par
le peroxyde d'hydrogène conforme à l'invention se caractérise
en ce que, préalablement ou simultanément audit traitement
peroxyde, la pâte mécanique est soumise à une pression
d'oxygène.
Dans la suite du texte, par "pression d'oxygène",
on entend aussi bien l'utilisation de l'oxygène à pression
atmosphérique, que sous pres~ion, celle-ci pouvant atteindre
quelques bars. L'action de l'oxygène peut donc s'exercer
soit à partir d'oxygène atmosphérique qui alors agit sur la
pâte notamment par balayage ou léchage soit à partir d'oxygène
sous pression, par exemple celle exercée sous l'effet de la
hauteur d'une colonne de pâte dans une tour ascendante de
blanchiment.
Il est tout à fait inattendu que l'oxygène puisse
être utilisé comme agent de blanchiment puisque, comme on
l'a vu dans le préambule, l'oxygène utilisé seul en milieu
alcalin n'a aucune action blanchissante sur une pâte
mécanique.
Dans une première forme de réalisation de
l'invention, on réalise le blanchiment de la pâte mécanique
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par un peroxyde d'hydrogène dans le~ conditions industrielles
habituelles, c'est-à-dire en milieu alcalin en présence
d'agents stabilisants qui peuvent être le silicate de sodium,
le sulfate de magnésium, les complexants habituellement utili-
sés comme les sels de sodium de l'acide diéthylènetriamino-
pentacétique, à température inférieure à 100~C sous atmosphère
d'oxygène. Dans cette forme de réalisation, la pâte mécanique
contenant les agents de blanchiment peut être mélangée avec
de l'oxygène gazeux dans un mélangeur approprié avant d'être
envoyé dans la tour de blanchiment, ascendante de préférence.
Dans une variante, la pâte contenant des produits
de blanchiment est envoyée dans une tour contenant de
l'oxygène ou dans tout autre type de réacteur contenant
de l'oxygène et où se déroulera ou se poursuivra le blanchiment
de la pâte. Il s'agit donc d'un procéd~ qui sera dénommé P/O
(séquence : peroxyde d'hydrogène/oxygène) selon la codification
usuelle internationalement admise.
Dans une deuxième forme de réalisation, la pâte
mécanique rendue alcaline par addition de soude ou de
silicate, est mélangée avec de l'oxygène, puis laissée ainsi
sous sa pression d'oxygène à une température inférieure à 100~C
pendant le temps nécessaire, qui ne devrait pas excéder quatre
heures. Cette opération s'effectue dans un réacteur approprié
qui peut être une tour. On additionne ensuite les réactifs
du blanchiment proprement dit, notamment le peroxyde d'hydro-
gène. Enfin, on place la pâte dans les conditions habituelles
de blanchiment au peroxyde d'hydrogène. Ce procédé sera
donc référencé O P selon la codification admise.
D'autres combinaisons sont envisageables par exemple
la combination O P/O dans lequel le deuxième stade de traite-
ment est réalisé également sous atmosphère d'oxygène.
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Il va de soi qu'il peut être également utile
d'effectuer dans le procédé selon l'invention des stades de
lavage et/ou de pressage et de réaliser des recyclages
partiels d'effluents contenant du peroxyde résiduel ou
des produits d'oxydation de la pâte par l'oxygène ou le
peroxyde d'hydrogène.~
Avantageusement, en pratique:
- l'Oxygène est utilisé, soit à pression atmosphé-
rique, soit sous pression gazeuse,
- la pression d'oxygène est inférieure à cinq bars
et est notamment comprise entre deux et trois bars, ce qui
permet d'utiliser des appareillages usuels, le procédé
ne fait donc pas appel à un investissement coûteux:
- lorsque la pression d'oxygène est appliquée, le pH
de la pâte est compris entre neuf et douxe, et de préférence
entre dix et onze, c'est-à-dire entre les chiffres usuellement
appliqués pour le blanchiment des pâtes mécaniques;
- de même, lorsque cette pression d'oxygene est
appliquée, la température est comprise entre 40 et 100~C -
et de préférence 50 à 60~C, en effet, si la température excède
100~C, l'oxygène risque de délignifier la pâte,
- la consistance de la pâte est comprise entre 8 et
30 %, et de préférence entre 10 et 20 %,
- enfin, la liqueur de blanchiment au peroxyde
d'hydrogène est une liqueur conventionnelle comprenant
outre le peroxyde d'hydrogène, du silicate de sodium, et
autres agents séquestrants habituellement utilisés.
; La manière dont l'invention peut être réalisée et
les avantages qui en découlent ressortiront mieux des exemples
de réalisation qui suivent donnés à titre indicatif et non
limitatif.
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Dans ces exemples, à l'exception de l'exemple 4,
chaque fois, on soumet 1'échantillon de la pâte à deux
essais, à savoir:
- le premier essai (essais 1, 3 et 5) à un traitement
classique au peroxyde (P),
- puis ensuite, à un traitement seion l'invention
(essais 2, 4, 6), c'est-à-dire (P/O ou OP).
Dans tous ces exemple~, on utilise une pâte méca-
nique de meule de sapin épicéa ayant une blancheur écrue de
56 % mesurée selon la norme ISO sur l'appareil Elrepho.
Exemple 1:
Dans ce premier essai (essai n~ 1), la pâte est
blanchie en un seul stade par une liqueur alcaline de
peroxyde d'hydrogène dans les conditions suivantes (les taux
de réactif étant exprimés en poids de produit pur par rapport
au poids de pâte compté en sec):
- Température 55~C
- Consistance 15 %
- Durée 240 minutes
- Taux de H202 2 %
- Taux de ~aOH 1,5 %
- Taux de silicate de sodium à 41~ Bé 3,5 %
- Taux de sulfate de magnésium MgS04,
7 H20 0,5 %
- DTPA (à 40 %) 0,25 %.
Pour ce faire, la pâte et la liqueur alcaline sont
introduites dans une enceinte à la température de traitement.
Après ce traitement la pâte est lavée. Son degré de blancheur
est de 72,? %. La consommation de peroxyde d'hydrogène est
de 1,75 %.
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Cet essai 1 correspond à la séquence P.
Dans un deuxième essai (essai n~ 2) la même pâte
m~canique ~crue est traitée par l'oxygène dans les conditions
suivantes:
- Consistance 15 %
- Température 55~C
- ~urée, min. 120 minutes
- Taux de soude 1 %
- Pression d'oxygène 2 bars.
Après ce traitement à l'oxygène (O), la pâte est
lavee, puis est traitée par la liqueur contenant du peroxyde
d'hydrogène (P) et ce, dans les mêmes conditions que dans
l'essai 1. La blancheur obtenue est de 73,2 %. Cela repré-
sente un gain de 1 point par rapport à l'essai n~ 1. La
consommation du peroxyde d'hydrogène est de 1,5%, soit infé-
rieure de 0,25 % à celle du premier essai.
Cet essai n~ 2 correspond donc à la séquence OP.
ExemPle 2: ~
La même pâte que précédemment est traitée par la
liqueur alcaline de peroxyde d'hydrogène de l'exemple 1
dans un autoclave métallique plongé dans le thermofluide
d'un réacteur rotatif de laboratoire (essai n~ 3). Les
conditions de traitement sont identiques à celles de
l'essai n~ 1. Après cette séquence P, la blancheur obtenue
est de 70,6 %, probablement du fait d'un malaxage insuffisant.
On reprend le même essai en soumettant la pâte à
une pression d'oxygène de 3 bars et ce pendant tout le long
du traitement par le peroxyde d'hydrogène (essai n~ 4). La
blancheur obtenue après ce traitement P/O, est de 72,3 %
soit un gain de 1,7 points par rapport à l'essai 3, dans
lequel on n'a pas introduit d'oxygène.
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Exemple 3:
La même pâte mécanique de sapin épicéa que précé-
demment est traitée cette fois dans un réacteur horizontal
agit~ intérieurement par des palettes fixées sur un arbre
rotatif horizontal (essai 5) par la même liqueur alcaline
de peroxyde d'hydrogène et ce, dans les conditions de l'essai
n~ 1. Après traitement (P), la blancheur est nettement
améliorée puisqu'elle passe à 74 %.
On reprend ensuite le même essai en soumettant
cette fois la pate à une pression d'oxygène de 2 bars tout au
long du traitement par le peroxyde d'hydrogène (essai 6).
Après ce traitement P/O, la blancheur obtenue est de 75,2 %
soit un gain de 1,2 points par rapport à l'essai n~ 5 qui ne
comprend pas d'oxygène.
ExemPle 4:
La même pâte mécanique écrue de sapin épicéa,
c'est-à-dire de blancheur 56 % est traitée par une liqueur
alcaline sous une pression d'oxygène de 3 bars. Cette
liqueur ne contient pas de peroxyde d'hydrogène. Les
conditions de traitement sont identiques à celles de l'essai
n~ 4, c'est-à-dire avec utilisation d'un autoclave métallique.
On soumet donc la pâte à une pression de 3 bars d'oxygène
pendant toute la durée du traitement. Après ce traitement 0,
la blancheur obtenue est de 54,5 % contre 72,3 % selon
l'invention.
Dans les dessins qui illustrent l'invention,
la Figure unique est une représentation schématique
d'une tour montante d'usage courant pour le blanchiment en
papeterie.
ExemPle 5:
Dans cet exemple, on traite conformément au procédé
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selon l'invention la même pâte mécanique de sapin épicéa
que dans les autres exemples dans une tour montante schéma-
tisée à la figure unique annexée d'usage courant pour le
blanchiment en papeterie.
Dans cette figure, la référence (1) désigne la pâte
qui est envoyée au mélangeur (2) où elle recoit simultanément
de l'oxygène (3) et du peroxyde d'hydrogene (4) amené dans
le mélangeur (2) par la vanne trois voies (5).
Le mélange pâteux réalisé est envoyé dans la
conduite (6) pour arriver à la tour montante (7) où ce
mélange pâte et réactifs séjourne le temps nécessaire pour la
réaction. La pâte blanchie est récupérée en (8).
La hauteur de la colonne de pâte dans la tour (7)
as~ure une pression d'oxygène suffisante.
Ces résultat8 montrent bien que dans le procédé
selon l'invention, l'oxygène n'est pas en soi un agent
de blanchiment de pâte mécanique (voir exemple 4), mais
qu'en revanche, la combinaison de l'oxygène avec le peroxyde
d'hydrogène agissant soit simultanément ou préalablement,
renforce le pouvoir blanchissant du peroxyde d'hydrogène.
De la sorte, le procédé selon l'invention peut
être utilisé avec succès pour le blanchiment des pâtes
mécaniques.
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