Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
1 33~406
-- 1
L'invention concerne a fabrication de pâtes chimico-
thermomecaniques b~anchies
Par pates chimicothermomecaniques, designees dans
tout ce qui suit par pâtes CTMP, on entend ~es pâtes qui
resu-tent de lTapplication a une matiere lignoce~lu~osique,
genera~ement ~e bois sous forme de copeaux, d'un traitement a
l'aide d'un ou plusieurs agents chimiques combine a des
operations de chauffage et de defibrage mecanique.
Les pâtes CTMP sont d'un interêt industriel certain
car e~es realisent un compromis interessant entre ~es pâtes
mecaniques et les pâtes chimiques proprement dites.
Par exemple, el~es sont obtenues avec un rendement,
poids de pate a l'etat sec par rapport au poids de matiere de
depart a l'etat sec, generalement superieur a 85 Z, ~e plus
souvent au moins ega~ a 90 Z, qui les rend en cela tres
proches des pates d'origine purement mecanique
Dans ~a combinaison chauffage, traitement,
defibrage, evoquee plus haut, le traitement peut avoir ~ieu
avant, pendant ou apres le defibrage
Par traitement on entend ici et dans tout ce qui
suit, ~'operation au cours de laquelle ~a matiere lignocel~u-
~osique est presente avec un sulfite, en pratique ~e su~fite
de sodium Na SO , ou un bisu~fite, en pratique Le bisulfite
de sodium NaHSO , ou p~us genera~ement un mélange de dioxyde
de soufre S02 et d'hydroxyde de sodium NaOH, a une temperature
ega~e ou superieure a 100'C, sous pression de vapeur d'eau
saturee, ~esdits su~fite, bisulfite ou me~ange etant indiffe-
remment designes par sulfite dans tout ce qui suit. Le traite-
ment comprend le cas écheant une impregnation c~assique de ~a
3o matière ignocel~u~osique a llaide d'une so~ution des reactifs
choisis
La temperature a ~aquelle est realise le traitement
n'excede generalement pas ZOO C et est preferab~ement comprise
entre environ 120 C et 1bO C
Le milieu de traitement a un pH initia~ generalement
choisi de preference entre 6 et 1Z,5
1 33~406
La consistance, concentration ponderale en pate
exprimee à l'etat sec dans le milieu, est, dans le traitement,
comprise par exemple entre 10 Z et 40 Z, le plus souvent
entre 15 Z et 30 X.
La duree du traitement depend du choix des autres
parametres mais n'excede generalement pas 1 heure.
Exprimee en SO , la quantite de sulfite est comprise
par exemple entre environ 0,1 Z et 10 Z, le plus souvent entre
0,5 % et 3 Z, les pourcentages etant donnes en poids par
10 rapport au poids de la matière lignocellulosique considérée a
lTétat sec, comme ce sera le cas, sauf precision ou evidence,
pour les pourcentages de matiere dans tout ce qui suit.
Des agents chimiques peuvent etre employes dans le
traitement en meme temps que le sulfite, comme par exemple des
15 agents complexants ou-sequestrants tels que les acides diethy-
lènetriaminepentaacetique (DTPA) ou éthylenetriaminetétraaceti-
que (EDTA) employes sous forme de sels de sodium en quantite
generalement comprise entre environ 0,1 % et 1 Z.
La combinaison, comme dit plus haut, du traitement
20 avec les operations de chauffage et de raffinage se conclut
generalement en pratique par deux operations de raffinage
successives pour rendre la p3te utilisable de facon sure dans
l'industrie papetiere.
On peut se reporter pour ce qui concerne lTobtention
25 de p3tes CTMP par exemple a lTouvrage de James P. CASEY, PULP
& PAPER CHEMISTRY & CHEMICAL TECHNOLOGY, 3ème edition, vol.I,
1980, en particulier pages Z41-Z45, Z13-Z1~-ZZ9, a lTouvrage
PULP & PAPER MANUFACTURE, VOL.Z, 1987 - MECHANICAL PULPING -,
en particulier chapitres VIII D et XI, ou encore au brevet des
30 Etats Unis dTAmérique n-4718980 en particulier figure 1.
Par p3tes CTMP blanchies on entend ici les pates
CTMP definies ci-dessus, apres qu'elles aient eté blanchies a
l'aide de peroxyde d'hydrogene H O en milieu alcalin.
Dans la technique connue de fabrication de p3tes
35 CTMP blanchies ~a p3te, avant dTetre blanchie à lTaide du
peroxyde dThydrogene, doit etre le mieux possible débarassee
de ou des agents chimiques tels que les ions sulfite, dont on
sait qu'i~s doivent provoquer une consommation de
1 335406
H O nuisible au blanchiment comme ~e signalent par exemple
H.KRUGER, H.U.SUSS, TAPPI PROCEEDINGS, 1g82 INTERNATIONAL
SULFITE PULPING CONFERENCE, 143-148.
En pratique ~a pâte est soigneusement lavee avant
d'etre blanchie et ce lavage est c~assiquement effectué par
exemple gr3ce a une séquence répetee ou non de dilution et de
reconcentration de la pate.
Lorsqu'une operation de classage de la p3te raffinee
est effectuee, ce qui est pratiquement le cas general, ~a
dilution doit amener La consistance a des valeurs comprises
dans des ~imites aussi faibles que 0,5 % a 2 Z environ. On
pourra se reporter en ce qui concerne le lavage et le classage
a l'ouvrage de James P. CASEY deià cite, pages 228-231, 363-
365,447-452 ou a l'ouvrage deja cite aussi PULP ~ PAPER
MANUFACTURE - en particulier chapitres XIII - XVIII.
Reconcentrer la p3te a blanchir à une consistance au
moins egale a 10 % environ, a partir de va~eurs qui sont tres
faibles est une operation que la technique connue exige non
seulement pour eliminer de façon efficace le ou les agents
chimiques tenus pour indesirables dans le blanchiment mais
aussi pour que le peroxyde d'hydrogene, en l'absence meme de
ces composes, ait une efficacite satisfaisante.
Le b~anchiment de la p3te CTMP a l'aide de peroxyde
d'hydrogene en milieu alcalin est réalisé usuellement en enga-
geant une quantite de peroxyde d'hydrogene comprise entreenviron 0,5 % et 10 %, en presence d'environ 1 % a 6 % d'une
solution de silicate de sodium de densite 1,33, a pH compris
entre environ 9 et 11, a une température comprise entre
environ 40 C et 100 C durant environ 0,5 à 2 heures, avec une
consistance comprise entre environ 10 % et 30 ~. Le bain de
blanchiment peut contenir des additifs comme principa~ement un
ou plusieurs agents sequestrants ou complexants, comme par
exemple le DTPA, en quantite generalement comprise entre
environ 0,1 % et 1 %.
Apres blanchiment La pate est de preférence traitee
par un acide comme par exemple SO pour stabiliser sa blan-
cheur, avant d'etre diluée a ~'eau a une consistance tres
faible, par exemp~e de l'ordre de 1 Z, pour permettre son
1 3~5406
transfert, son stockage et son utilisation en papeterie.
La technique actue~le de fabrication de p3tes CTMP
blanchie decrite ci-avant et considéree en ~iaison avec ~a
fabrication du papier presente des inconvenients importants
sur le plan de lleconomie et/ou sur ce~ui de ~a pollution :
. la production d'une quantité tres importante
d'effluents aqueux, environ 100 tonnes par tonne de papier,
. ~a reconcentration necessaire de la p3te avant
blanchiment, qui implique l'usage dTun appareillage coûteux,
fi~tre pour p3te ou presse par exemp~e, au moyen duquel i~
reste malgré tout difficile dTatteindre une consistance elevee
dont il est connu quTe~le favorise lTaction du peroxyde
d'hydrogene.
Les effluents aqueux, provenant essentiellement des
opérations de lavage, de classage, de séparation de lTeau de
dilution fina~e avant ou pendant la fabrication du papier
selon que cette fabrication est integree ou non à la fabrica-
tion de p3te, qui ne renferment pratiquement plus de sulfite
mais une charge polluante encore élevée, sont nécessairement
recycles et servent en particulier dTagent de ~avage de ~a
p3te pour en é~iminer le sulfite avant ~e blanchiment par le
peroxyde d T hydrogene.
Ces effluents aqueux sont designés dans tout ce qui
suit par eau c~aire industrielle.
Malgre le lavage efficace de la p3te a lTaide de
cette eau claire industriel~e, ~e niveau de blanc de la p3te
CTMP blanchie qui est fabriquee reste sensiblement inferieur a
celui que permettrait dTatteindre ~Tusage dTeau dTorigine natu-
relle demineralisee et non recyclee, usage malheureusement non
3o envisageable deia du seul point de vue economique.
La presente invention permet dTéviter les inconve-
`- nients ci-dessus de la technique industriel~e connue pour
fabriquer des p3tes CTMP blanchies, sans que le niveau de
blanc de ces pâtes sTen ressente, au contraire.
Elle est basee sur la constatation inattendue quTun
niveau de blanc au moins ega~ a celui atteint en operant selon
~a technique industrielle connue est obtenu ~orsque la pâte
nTest pas debarassee avant blanchiment du ou des agents
- 1 335406
s
chimiques tenus pour nuire au blanchiment a l'aide de peroxyde
d'hydrogene.
ElLe consiste d'abord en un procéde de fabrication
de p3tes CTMP blanchies qui comprend un traitement dans ~equeL
5 la matiere lignocel~ulosique est presente avec ~e sulfite a
une temperature egale ou supérieure a 100 C sous pression de
vapeur d'eau saturee, et un blanchiment a l'aide de peroxyde
d'hydrogene en milieu aLcalin, caracterise en ce qu'il nlest
pas eliminé de matière solide ou liquide de la pâte depuis le
10 debut dudit traitement iusqu'a la fin dudit blanchiment.
Tout ce qui a éte énonce plus avant s'applique a la
definition de l'invention, a l'exception de ce qui, apres
raffinage, touche, en amont du blanchiment, aux operations de
lavage, de classage et de reconcentration de ~a pate qui n'ont
15 plus lieu. Lorsque le traitement est effectué pendant
L'opération de raffinage, un temps de latence d'une duree
comprise entre environ 5 et 30 minutes a la temperature de
sortie du raffineur permet l'achevement du traitement.
Seule la vapeur d'eau, par exemple a la sortie d'une
operation de defibrage, peut etre separée de la pate entre le
début du traitement et la fin du blanchiment, par exemple de
façon connue dans un cyclone.
Il a ete trouve que l'avantage procure par le
procedé de L'invention est encore observe et est meme accru de
facon surprenante, quand un agent chimique plus electronegatif
que l'ion suLfite S0 et designe dans tout ce qui suit par
reducteur agit en meme temps que le sulfite dans le traite-
ment. C'est meme alors le mode prefere de reaLisation du
traitement dans Le procede de l'invention.
Le reducteur est choisi le plus souvent parmi le
dioxyde de thiouree ou acide formamidinesulfinique, L'hydrosul-
fite de sodium ou dithionite, ou le borohydrure de sodium.
La quantite de reducteur mis en oeuvre peut varier
selon la nature de celle-ci. Elle est en generaL comprise,
pour Les deux premiers cites entre environ 0,1 Z et 5 Z et
entre environ 0,01 Z et 0,S Z pour le troisieme qui est commo-
dement uti~ise sous forme d~une solution aqueuse comme par
~ 335406
-- 6
exemple la solution renfermant 12% en poids de borohydrure
de sodium et commercialisée sous le nom de BORO~ par la
société VENTRON Corporation.
Avantageusement, dans le traitement, le pH initial
est compris entre 6 et 12,5.
L'invention trouve tout son intérat dans La pratique
~orsqu'est visée ~'obtention de p3tes CTMP blanchies iusqu~a
un haut degre de bLanc, par exemple 80 et p~us quand i~ est
mesure de façon auiourd'hui usuelle a la longueur dtonde de
457 nm avec ~loxyde de magnesium comme standard de reference a
l'aide du spectrophotometre de type General E~ectric ou
Elrepho~ La quantite de su~fite exprimée en S0 est alors
comprise de preference entre environ 0,S % et 3 X et ~a
quantite de peroxyde dlhydrogene comprise de preférence entre
3 X et 10 X, ~e p~us souvent entre 4 % et 6 Z
Un autre obiet de l'invention est un procede selon
l'invention dans lequel la p3te CTMP b~anchie est raffinée
directement a la sortie du blanchiment Ce raffinage est
rea~isé a pression atmospherique. Llavantage rapporté par Le
brevet des Etats Unis d'Amerique n 4718980 dans le cas
uniquement des p3tes mecaniques et des pâtes thermomecaniques
est ainsi conservé dans le cas des p3tes CTMP blanchies sans
avoir alors a procéder a un epaississement de la p3te
L'invention est donc aussi un procede de fabrication
de pâtes CTMP blanchies, selon ce qui a deja ete presente de
ladite invention, caracterisé en ce que La pate CTMP blanchie
est raffinee directement apres bLanchiment et donc en ce qu'iL
n'est pas elimine de matiere soLide ou liquide de la p3te
depuis Le debut du traitement jusqu'a la fin du raffinage
apres blanchiment~
Le classage peut ere ainsi reaLisé sur de ~a p3te
bLanchie et raffinee DiLuer a l'aide d'eau cLaire industrieL-
~e et recycLer les refus de c~assage au raffineur de p3te
blanchie se fait a~ors sans inconvénient
* (Marque de commerce)
~''. ~'
- 7 - l 3 3 5 4 0 6
Le procede de ~'invention dans ~eque~ i- n'y a pas
a rechauffer ~a pate permet de se dispenser d'un apport de
calories provenant d'une source exterieure au systeme pourvu
que ~a conservation des ca~ories du systeme soit suffisamment
bien assuree
Le procédé de l'invention, par rapport aux techni-
ques connues, économise donc de l'énergie mécanique aussi bien
que thermique.
L~invention s'applique aux bois tendres ou bois de
résineux, comme aux bois durs ou bois de feuillus.
Les différentes opérations s'enchalnant selon l'in-
vention sont réalisées chacune dans des équipements conven-
tionnels quant à leurs structure et à leur fonction res-
pectives.
La présente invention sera mieux comprise à la
lecture de la description qui va suivre d'aspects préférés
de l'invention, ladite description faisant référence aux
dessins suivants:
La figure 1 est un schema d'une suite de te~es
opérations se~on un mode qu'on peut tenir pour prefere.
~a figure 2 est un schema qui i~ustre un exemp~e de
~a technique connue teL~e qu'e~e est communement adoptee.
~n se referant a ~a figure 1 : ~es copeaux de bois
habitue~ement ~aves sont convoyes de ~a tremie d'a~imenta-
tion 101 a 102 chambre de préchauffage des copeaux à ~a
vapeur d'eau introduite par 103 d'ou i~s sortent pour passer
avec ~a so~ution des reactifs introduite par 104 dans ~e
raffineur 10S puis dans ~e cyc~one 106 d'ou de ~a vapeur d'eau
est separee par 107 A ~a sortie de 106 ~a pate passe par ~a
zone de latence 108 avant d'etre intimement me~angee avec ~es
reactifs de b~anchiment amenes par 109 pour etre b~anchie
dans la tour de blanchiment 110 La pâte b~anchie sortant de
110 est directement amenee dans ~e raffineur a pression atmos-
pherique 111 d'ou eL~e sort pour etre c~assee en 11Z apres
di~ution par de ~'eau c~aire industrie~e introduite par 113
- 7a - 1 335406
Les refus de classage, suffisamment reconcentres, sont raffi-
nes séparement (circuit non schematise) ou recyc~es par 114 a
l'entree du raffineur 111 Apres 112 ~a pate est acidifiee de
maniere connue et envoyee dans ~e stockage 115 et/ou a la
fabrication du papier par 116
En se reférant a la figure Z, ~es moyens indices
avec Z en centaine correspondent en structure et en fonction a
ceux de ~a figure 1 indices avec 1 en centaine Le moyen sup-
p~ement`aire 217 est un équipement d'epaississement, de recon-
centration de ~a pâte entre son c~assage en 21Z et son b~anchi-
ment dans 210 L'eff~uent aque~x recuei~i de 217 par 218 con-
1 335406
par 213 pour servir d'agent de lavage de la pate.
Les exemp~es suivants sont donnes a titre indicatif
mais non limitatif pour i~ustrer l'invention et juger de son
interet.
Dans ces exemples :
- les quantites, comme cela a deia eté signa~e, sont
exprimees en ~ en poids par rapport a la matière lignocellulo-
sique prise a l'etat sec, sauf précision,
- par DTPA est designee une solution aqueuse a 40 %
10 en poids de sel de sodium de l'acide diethylenetriaminepenta-
acetique et la quantite de DTPA est celle de cette solution,
- par lavage est designee ~lopération combinant
dilution et pressage de la pate,
~ - le borohydrure de sodium est appliqué sous forme
15 de BOROL et la quantite indiquée est ceLLe de cette présenta-
tion,
- par silicate est designee une solution aqueuse de
silicate de sodium de densité éga~e a 1,33,
- le degré de blanc est mesure a la longueur d'onde
20 de 457 nm avec l'oxyde de magnesium comme standard de référen-
ce a l'aide d'un spectrophotometre de type ELREPHO fabrique
par KARL ZEISS.
Exemple 1 :
Des copeaux de bois de résineux sont raffinés sous
pression de vapeur d'eau saturee, a 120-C avec 2,75 % de
Na SO pour conduire a une p3te dont le degre de blanc est
ga2~ a3 57-
Cette pâte est blanchie, sans qu'il en soit éliminede matiere liquide ou solide, a l'aide de H 2 : 5 Z, NaOH :
2 X, silicate : 4 Z, DTPA : 0,5 X, pendant 2 heures a 90-C a
une consistance de 15 Z.
-- ~ La p3te blanchie obtenue a un degre de blanc de
77,9-.
Si, avant d'etre blanchie dans les conditions ci-
dessus la p3te est lavée par dilution a une consistance de1,25 Z a l'aide d'une eau blanche industrielle prelevee dans
une instal~ation industrie~le à reconcentration par pressage
1 335406
jusqu'a une consistance de ZO X de sorte que 95 X du sulfite
soit eliminé avant aiout des reactifs de blanchiment en
solution aqueuse, son degre de blanc après blanchiment est de
77,4 . Il est donc inferieur à celui atteint en se conformant
5 a l'invention.
Lorsque le lavage ci-dessus est realisé a l'aide
d'eau pure démineralisee a la place d'eau blanche industriel-
le, le degre de blanc de la p3te blanchie, admis pour etre le
plus eleve possible dans les conditions de blanchiment
10 adoptees, est superieur seulement de 1,5- a celui atteint en
procedant selon l'invention.
Exemple Z :
Une p3te mecanique de meule de bois de résineux,
dont le degre de blanc est egal a 53,7- subit un traitement
15 sous pression de vapeur d'eau saturee a 1ZO-C avec 2,75 % de
Na SO et O,S X de DTPA pendant 30 minutes a une consistance
de ZO %, avant d'etre blanchie directement, sans elimination
de matiere solide ou liquide, comme dans l'exemple 1.
La p3te blanchie obtenue a un degre de blanc egal a
20 78,7-
Si la p3te est blanchie apres lavage au moyen d'eaublanche industrielle comme dans l'exemple 1 son degre de blanc
est de 78,6- et est encore inférieur, au plus egal a celui
atteint en operant selon lTinvention.
25 Exemple 3 :
L'exemple Z et la comparaison ~qu'il inclut, est
repéte a la difference pres que 1 Z de BOROL est present avec
le su~fite.
En procedant selon ~'invention, ~e degre de blanc de
30 la p3te blanchie est egal a 82,2- tandis qu'il n'est que de
80,9- dans la comparaison.
- Lorsque, dans cette derniere, de l'eau pure demine-
ralisée est employee a la place de l'eau blanche industrielle,
le degre de blanc de ~a p3te blanchie n'est superieur que de
351- a celui atteint en procedant selon l'invention.
