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WO 01/12899 1 PCT/FR00/02123
PROCEDE POUR FIXER UNE CHARGE MINERALE
SUR DES FIBRES CELLULOSIQUES
ET PROCEDE DE FABRICATION D'UNE FEUILLE DE PAPIER
L'invention concerne un nouveau procédé pour fixer des charges minérales sur
des fibres cellulosiques en suspension aqueuse. La fixation des charges
minérales par
exemple le calcium, sur les fibres peut se faire au moyen d'une réaction
chimique
entraînant la précipitation d'un composé chimique insoluble par exemple le
carbonate
de calcium, qui vient se fixer sur les fibres et fibrilles de cellulose. Les
fibres
cellulosiques sur lesquelles sont solidement fixées ces charges minérales sont
utilisées pour la fabrication de papier.
Tout le domaine industriel papetier est concerné. L'invention peut en effet
s'appliquer à la fabrication des papiers habituellement chargés en matières
minérales
tels que les papiers d'impression et écriture comme le papier couché, les
papiers de
presse comme le papier journal et le papier couché léger (destiné aux
magazines), les
papiers minces comme le papier à cigarettes.
L'invention peut également s'appliquer à la fabrication d'autres types de
papiers tels que les papiers absorbants à usage sanitaire et domestique qui ne
sont pas
classiquement chargés en matières minérales.
Les fibres cellulosiques sont des fibres papetières, courtes ou longues. Les
suspensions aqueuses de fibres sont préparées à partir de tout type de pâte :
pâte
chimique, blanchie ou écrue, pâte mécanique ou thermomécanique ou les mélanges
de ces différentes pâtes. La pâte peut aussi être obtenue par un procédé de
désencrage
de vieux papiers ou papiers de récupération.
On peut directement ajouter des charges minérales dans la fabrication d'une
feuille de papier.
Parmi les charges minérales classiquement ajoutées, les carbonates de calcium
(CaCO3), naturels ou synthétiques, sont le plus souvent utilisés. On les
ajoute aux
fibres papetières pour améliorer les caractéristiques et propriétés des
produits
papetiers. Les charges minérales peuvent fournir différentes propriétés au
papier. Du
fait de leur structure cristalline et leur morphologie particulière, elles
apportent au
papier, la blancheur, l'opacité, améliore l'épaisseur etc... Elles sont d'une
utilisation
intéressante sur le plan économique, diminuant le coût des matières premières,
étant
moins chères que les fibres.
Mais toute la difficulté réside dans la fixation de ces charges aux fibres
cellulosiques et en particulier dans la solidité de la liaison charges-fibres.
Habituellement, les charges ne restent pas au contact des fibres lors du
procédé de
fabrication d'une feuille de papier. En effet, les particules fines minérales
ont
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tendance à ne pas rester dans le matelas fibreux formé par la feuille et une
partie de
ces particules se retrouve dans les eaux du procédé, récupérées et/ou
rejetées.
Ce phénomène est classique lors de la fabrication de papiers absorbants tels
que la ouate de cellulose, qui sont des papiers de faible grammage fabriqués à
grande
vitesse soit par un procédé conventionnel, c'est-à-dire séchés et crêpés, soit
par un
procédé utilisant un séchage par soufflage traversant.
En outre, dans le cas où une partie des charges minérales est retenue dans le
matelas fibreux, elles se répartissent de manière irrégulière dans l'épaisseur
de la
feuille de papier.
Afin de résoudre ce problème, on a ajouté des agents de rétention pour mieux
retenir les charges minérales sur les fibres.
Depuis 1945, de nombreuses publications et brevets antérieurs décrivent des
procédés de précipitation de charges minérales sur des fibres afin d'améliorer
la
rétention des charges et éviter l'addition d'agents de rétention. Ces procédés
reposent
sur des réactions chimiques telles que des réactions d'addition ou de double
décomposition. Certains procédés visent plus particulièrement la précipitation
de
charges minérales dans la partie creuse des fibres afin de ne pas modifier les
propriétés mécaniques des fibres et donc du papier, qui sont généralement
diminuées
par la présence des charges.
En règle générale, le procédé de fixation consiste à introduire dans une
suspension aqueuse relativement concentrée en fibres, un premier réactif à
base de
l'un des cations formant le futur précipité, par exemple l'oxyde de calcium ou
hydroxyde de calcium ou de la chaux éteinte.
Suivant les procédés décrits par les demandes de brevet JP-A-60-297382
(HOHUETSU SEISHI) et FR-B1-2 689 530 (AUSSEDAT REY), après la dilution de
la suspension aqueuse concentrée en fibres et en hydroxyde de calcium, on
injecte du
gaz carbonique pour précipiter le carbonate de calcium.
La demande internationale WO 92/15754 propose au contraire d'injecter le
dioxyde de carbone sous pression au contact de la suspension aqueuse de fibres
très
concentrée pour fixer les précipités à la fois à l'intérieur des fibres, sur
les parties
creuses internes des fibres, et dans les parois des fibres.
D'autres demandes de brevet ou brevets révèlent des procédés plus complexes
à base de sels de calcium. Une étape supplémentaire est prévue pour éliminer
l'un des
produits de la réaction de double décomposition. C'est le cas des brevets
américains
US 4 510 020 (GREEN) et US 2 583 548 (GRAIG).
Ce dernier brevet décrit un procédé consistant à d'abord imprégner les fibres
de chlorure de calcium, puis faire réagir ce sel avec du carbonate de sodium
et
effectuer ensuite un lavage afin d'éliminer le chlorure de sodium.
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Le brevet américain US 3 029 181 (THOMSEN) divulgue un procédé
similaire utilisant du carbonate d'ammonium.
Un grand nombre de charges minérales, précipitables suivant un procédé
utilisant une réaction du type double décomposition, sont données dans la
description
de la demande internationale WO 91/04138.
Mais tous les procédés de précipitation connus et décrits antérieurement font
appel à des moyens chimiques et physiques qui nécessitent des étapes annexes
de
préparation, telles que la solubilisation des réactifs utilisés, la dilution
ou la
concentration des suspensions aqueuses de fibres, la filtration ou le lavage
pour créer
les conditions de précipitation.
Ces étapes alourdissent considérablement les procédés de fabrication du
papier.
En effet, il est nécessaire d'ajouter des équipements industriels
périphériques
afin de mettre en uvre ces étapes : bacs de mélange, réacteurs à forte
agitation
fonctionnant en discontinu, filtres, etc...
Les temps de réactions chimiques souvent longs impliquent l'utilisation de
tels
équipements. De ce fait, il est généralement nécessaire de construire une
unité de
production pour la préparation de fibres chargées, à côté des installations
classiques
pour la mise en ceuvre du procédé de fabrication du papier.
Par conséquent, les procédés de l'art antérieur décrits précédemment ne sont
pas habituellement utilisés industriellement et ne peuvent pas concurrencer
les
préparations "ex situ" des charges.
La plupart des procédés actuels de fabrication de papier continuent d'utiliser
des suspensions de matières minérales déjà préparées avant leur adjonction à
la
suspension de fibres. Dans ce cas, des agents de rétention sont incorporés
afin de
retenir les charges sur les fibres au cours du procédé de fabrication du
papier.
L'invention a pour but de proposer un procédé qui permette de résoudre les
problèmes rencontrés avec les procédés de l'art antérieur.
L'invention a pour but de supprimer l'addition d'agents de rétention et
d'éliminer toute étape annexe de préparation afin d'intégrer la fixation des
charges en
ligne ou "in situ" dans le procédé général de fabrication du papier.
Pour ce faire, l'invention a pour solution d'utiliser comme milieu réactionnel
les eaux du procédé de fabrication du papier, à savoir l'eau contenue dans la
suspension aqueuse de fibres, pour l'étape de fixation des charges minérales
sur les
fibres cellulosiques.
En effet, ces eaux sont un réservoir d'ions et de minéraux qui peuvent
potentiellement précipiter.
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L'invention consiste donc à utiliser ce réservoir d'ions présents en équilibre
ionique dans la suspension aqueuse de fibres. On considère que l'ensemble des
eaux
du procédé de fabrication du papier forme un seul milieu réactionnel de
précipitation.
Dans la description qui suit, on définira ces eaux par l'expression "une
suspension aqueuse de fibres cellulosiques issue d'une fabrication papetière".
Ce nouveau procédé permet une intégration en ligne de l'étape de précipitation
des charges minérales sur les fibres dans le procédé plus général de
fabrication du
papier. Il utilise toute la quantité des eaux du procédé sans les traiter
particulièrement.
Il est tout à fait applicable industriellement et évite l'utilisation d'agents
supplémentaires de rétention.
Selon une caractéristique essentielle de l'invention, le procédé pour fixer
une
charge minérale sur des fibres cellulosiques en suspension aqueuse, consiste à
utiliser
comme milieu réactionnel une suspension aqueuse de fibres cellulosiques issue
d'une
fabrication papetière, comprenant au moins des hydrogénocarbonates, carbonates
ou
silicates de métaux alcalins et/ou alcalino-terreux et à ajouter audit milieu
réactionnel,
un hydroxyde de la charge minérale, pour précipiter des carbonates ou
silicates de la
charge minérale sur les fibres.
Selon une caractéristique préférée de l'invention, la suspension aqueuse de
fibres cellulosiques comprend des hydrogénocarbonates de sodium.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la suspension aqueuse de
fibres
cellulosiques comprend de plus des hydrogénocarbonates de calcium et/ou de
magnésium.
Selon encore une caractéristique de l'invention, le titre alcalimétrique
complet
de la suspension aqueuse est compris entre 2 et 30 F.
Selon une autre caractéristique de l'invention, l'hvdroxyde de la charge
minérale est un hydroxyde de calcium.
L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'une feuille de
papier.
Selon une caractéristique essentielle de l'invention, ce procédé consiste à:
a) préparer ou fournir une composition de fabrication à base d'eau et d'une
pâte de fibres papetières chimique blanchie ou écrue, d'une pâte mécanique ou
thermomécanique, ou de leurs mélanges, comprenant en équilibre ionique au
moins
des ions de métaux alcalins et/ou alcalino-terreux et des ions
hydrogénocarbonates,
carbonates ou silicates ;
b) ajouter à ladite composition de fabrication, un hydroxyde d'une charge
minérale pour fixer ladite charge minérale sur les fibres papetières, et
c) former une feuille de papier humide sur une machine à papier à partir des
fibres papetières ainsi chargées en suspension et sécher ladite feuille.
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Selon une caractéristique supplémentaire de l'invention, le procédé consiste
de
plus à:
d) récupérer les eaux d'égouttage de l'étape c) et injecter dans celles-ci un
gaz
comprenant du dioxyde de carbone pour neutraliser et stabiliser le pH desdites
eaux, et
e) recycler les eaux ainsi traitées dans la composition de fabrication de
l'étape a).
Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, la composition de
fabrication est obtenue à partir d'une pâte issue d'un procédé de désencrage
de vieux
papiers.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la
lecture de
la description détaillée qui suit, illustrée par le dessin annexé dans lequel
:
- la figure 1 représente le schéma fonctionnel d'un procédé de fabrication
d'une feuille de papier selon l'invention.
L'invention repose donc sur l'utilisation des eaux issues de la fabrication de
la
pâte ou du papier à l'intérieur du procédé de fabrication du papier, comme
réservoir
d'ions et même de charges minérales, potentiellement précipitables.
Généralement, les eaux présentes dans un procédé de fabrication de papier,
telles que la composition de fabrication qui est une suspension aqueuse de
fibres
cellulosiques, comprennent un grand nombre d'ions en équilibre ionique. Les
plus
fréquents sont les suivants : H+, OH-, HC03- (ions hydrogénocarbonates), C032-
(ions carbonates), (nSiOz)O2- (ions silicates), NaT (ion sodium), Ca2+ (ion
calcium),
Mg2+ (ion magnésium).
Ces eaux comprennent également du diox_yde de carbone provenant soit du
dioxyde de carbone atmosphérique, soit des eaux de la nappe souterraine ou
nappe
phréatique qui sont utilisées dans la suspension, soit d'une neutralisation
chimique par
du dioxyde de carbone industriel ou récupéré.
Les eaux contiennent donc habituellement des carbonates (CO32-), des hydro-
génocarbonates (HC03-), et du dioxyde de carbone dissous, selon la valeur du
pH.
Les eaux récupérées ou recyclées dans les procédés de fabrication du papier
contiennent des ions minéraux. Dans le cas particulier des eaux issues d'un
procédé
de désencrage, les ions sodium sont en quantités plus importantes et sont sous
la
forme d'hydrogénocarbonates lorsque les neutralisations inhérentes au procédé
de
désencrage sont effectuées à partir de dioxyde de carbone. Dans ce cas, le
rapport
molaire des ions sodium par rapport à d'autres ions de métaux alcalino-
terreux, est
souvent supérieur à deux. L'ion sodium participe de ce fait de manière très
active aux
équilibres ioniques.
D'une manière générale, la suspension aqueuse de fibres cellulosiques issue
d'une fabrication papetière comprend :
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- entre 20 et 1000 ppm (parties par million) d'ions sodium,
- entre 5 et 200 ppm d'ions calcium, et
- entre 5 et 200 ppm d'ions magnésium.
Les cations sont équilibrés en majorité par la présence des ions hydrogéno-
carbonates. Celle-ci est mesurée par le titre alcalimétique complet (ou TAC).
Ce titre
est compris entre 2 et 30 F. Les eaux issues d'un procédé de désencrage de
vieux
papiers, se caractérisent par un TAC relativement élevé, du fait de la
présence d'une
quantité importante d'ions sodium en équilibre avec les ions
hydrogénocarbonates.
Des exemples de composition de suspension aqueuse de fibres cellulosiques
pouvant être utilisées dans l'invention, sont donnés ci-après.
Une suspension aqueuse de fibres obtenue à partir de pâte vierge et d'eaux
provenant de nappe souterraine, a la composition suivante :
- 20 à 100 ppm ou plus d'ions sodium
- 8 à 20 ppm ou plus d'ions magnésium
- 20 à 80 ppm ou plus d'ions calcium
- 100 à 400 ppm ou plus de dioxyde de carbone sous la forme de dioxyde de
carbone dissous, ions carbonates et ions hydrogénocarbonates.
Une suspension aqueuse de fibres obtenue à partir des eaux issues d'un
procédé de désencrage, a la composition suivante :
- 150 à 250 ppm ou plus d'ions sodium
- 20 à 80 ppm ou plus d'ions calcium
- 8 à 20 ppm ou plus d'ions magnésium
- 200 à 800 ppm ou plus de dioxvde de carbone sous la forme de dioxyde de
carbone dissous, ions carbonates et ions hydrogénocarbonates.
L'invention propose d'utiliser les équilibres ioniques de la suspension
aqueuse
à base de fibres cellulosiques pour fixer des charges minérales sur les fibres
par
insolubilisation ou précipitation.
Elle vise plus particulièrement l'utilisation des propriétés des ions hydro-
génocarbonates de métaux alcalins et/ou alcalino-terreux qui, en présence d'un
hydroxyde de calcium (l'unique réactif), réagissent pour former un précipité
de
carbonate de calcium qui vient se fixer sur les fibres et fibrilles de
cellulose.
Plus précisément, l'invention consiste à utiliser les ions hydrogénocarbonates
en équilibre avec les ions sodium, et à un degré moindre avec les ions calcium
et
magnésium comme source d'ions carbonates (C032-), afin de précipiter un
complexe
à base essentiellement de carbonate de calcium par addition d'hydroxyde de
calcium.
Entre autres, les réactions suivantes se réalisent après addition d'hydroxyde
de
calcium, au contact des fibres cellulosiques :
a) 2Na HCO3 + Ca (OH)2 + fibres ---> Na,C03 + 2H,0 + CaCO3 - fibres
b) Na-, C03 + Ca (OH)2 ---> 2 Na OH + CaCO3
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Les réactions secondaires suivantes peuvent également apparaître
c) Ca (HCO3)2 + Ca(OH)2 + fibres ---> 2H,0 + 2CaCO3 - fibres
d) Mg (HCO3)2 + 2 Ca(OH)2 ---> Mg(OH), + 2H,O + 2CaCO3
D'autres composés peuvent également précipiter sous la forme de silicates ou
de carbonates métalliques selon la composition des eaux utilisées, et venir se
fixer sur
les fibres.
L'hydroxyde de calcium est ajouté sous forme soluble ou de préférence sous
forme de lait (lait de chaux) très concentré. Le lait comprend des particules
d'hydroxyde de calcium d'un diamètre moyen inférieur à 6 m.
Le volume d'hydroxyde de calcium ajouté sous forme de lait, peut être très
faible, dans un rapport pouvant aller jusqu'à 1 pour 1000. Cette concentration
facilite
l'intégration de cette étape en ligne, dans le procédé de fabrication du
papier et a
surtout un effet bénéfique sur la répartition des cristaux sur l'ensemble des
fibres. En
effet, grâce à la réaction quasi instantanée de ce faible volume avec la
suspension des
fibres, on a une forte basicité temporaire concentrée au contact des fibres,
qui favorise
l'accrochage chimique du précipité sur les fibres.
Une fois la réaction de précipitation terminée, le pH de la suspension aqueuse
de fibres est généralement modifié ainsi que les conditions ioniques propres à
la
formation de la feuille. Il est donc éventuellement nécessaire d'ajuster le pH
en le
neutralisant et le stabilisant.
Pour ce faire, on ajoute un acide tel que du dioxyde de carbone pour amener le
pH à la valeur souhaitée. Ceci n'a pas d'influence notable sur les composés
précipités.
Cette addition de dioxyde de sodium permet en outre de regénérer des hydro-
génocarbonates alcalins. La suspension aqueuse retrouve ainsi un équilibre
ionique.
Industriellement, on peut injecter des gaz contenant du dioxyde de carbone
récupéré des gaz de combustion de chaudière par exemple, éventuellement
enrichi de
dioxyde de carbone pur. En effet, en milieu alcalin, le dioxyde de carbone
dilué réagit
instantanément.
Les réactions suivantes s'effectuent
e) Na, C03 + H7O + CO, ---> 2 Na HCO3
f) 2Na OH + CO, ---> Na7~CO3 + H7O
Et si le gaz est ajouté en excès, les réactions suivantes se produisent
g) Mg (OH)2 + 2 CO, ---> Mg(HCO3)z
h) Ca (OH)2 + 2C0, ---> Ca(HCO3)2
L'ensemble de ces réactions permet donc de stabiliser le pH aux valeurs
souhaitées.
Il est à noter que les ions sodium, recyclés avec les eaux issues d'une
fabrication papetière, ont une fonction essentielle. Ils fournissent d'abord
des ions
hydrogénocarbonates pour la précipitation instantanée du carbonate de calcium
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(réaction a)), puis captent de manière instantanée les ions
hydrogénocarbonates
provenant du dioxyde de carbone injecté (réaction e)) afin de stabiliser le pH
et
regénérer les équilibres ioniques.
Au moyen du procédé selon l'invention, on peut fixer beaucoup de minéraux
au contact des fibres et participer à une amélioration du recyclage des eaux
issues des
procédés de fabrication du papier.
L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'une feuille de
papier intégrant parmi ses étapes essentielles, une étape de fixation de
charges
minérales sur les fibres, telle que décrite précédemment.
Ce procédé est illustré par le schéma fonctionnel de la figure 1.
De manière classique, un procédé de fabrication d'une feuille de papier
consiste à :
- préparer ou fournir une composition de fabrication à base d'eau et d'une
pâte
de fibres papetières chimique blanchie ou écrue, d'une pâte mécanique ou
thermo-
mécanique, ou de leurs mélanges, et
- former une feuille de papier en déposant les fibres sur une toile pour
former
une nappe de fibres qui, dans le cas du papier en ouate de cellulose, est
ensuite séchée
de manière conventionnelle sur un cylindre chauffé ou encore Yankee puis
crêpée, ou
séchée suivant un procédé dit de soufflage traversant.
La composition de fabrication de départ comprend en équilibre ionique au
moins des ions de métaux alcalins et/ou alcalino-terreux, et des ions
hydrogénocarbonates, carbonates ou silicates.
De préférence, la composition de fabrication comprend en équilibre des ions
hydrogénocarbonates et des ions sodium et alcalino-terreux.
Selon l'invention, le procédé de fabrication d'une feuille de papier comprend
après l'étape de préparation ou de fourniture de la composition de
fabrication, une
étape d'addition d'un hydroxyde d'une charge minérale pour fixer la charge
minérale
sur les fibres papetières, avant l'étape de formation de la feuille.
Le cas échéant, afin de neutraliser et stabiliser le pH de la composition de
fabrication après fixation de la charge minérale, un gaz contenant du dioxyde
de
carbone est injecté.
Cet ajustement du pH peut avoir lieu dans la suspension aqueuse de fibres où
les charges minérales sont fixées sur les fibres, avant la formation de la
feuille.
Mais industriellement, cet ajustement a lieu de préférence après la formation
de la feuille, dans les eaux blanches ou eaux d'égouttage récupérées lors de
l'étape de
formation de la feuille. Ces eaux d'égouttage contiennent des fibres fines et
des
charges minérales.
On injecte alors le gaz contenant du dioxyde de carbone dans le silo des eaux
d'égouttage. Les fibres sont ensuite récupérées à raison d'environ 5 % et les
eaux
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regénérées sur le plan ionique comportant à nouveau des ions
hydrogénocarbonates
sont recyclées à raison de 95 % dans la composition de fabrication de départ.
Les étapes relatives au procédé de fixation des charges minérales sur les
fibres
sont donc intégrées dans le procédé "in situ" de fabrication d'une feuille de
papier
sans modification de l'équipement ni installations supplémentaires.
De ce fait, ce procédé est très avantageux et permet de fixer des charges
minérales sur les fibres directement au cours du procédé de fabrication d'une
feuille
de papier.
Les exemples qui suivent résultent d'essais en laboratoire et illustrent le
procédé de fixation d'une charge minérale sur des fibres papetières à partir
de
suspensions aqueuses de différentes origines.
Exemple 1
On prépare une suspension aqueuse de fibres cellulosiques à partir de fibres
vierges mises en suspension dans une eau de nappe phréatique.
Dans un réacteur de 100 litres, on introduit 100 litres de la suspension
aqueuse
de fibres ayant la composition chimique suivante : (ppm = parties par million)
- Fibres : 2300 ppm
- Hydrogénocarbonates 210 ppm
- Calcium 60 ppm
- Sodium 25 ppm
- Magnésium 8 ppm
- Dioxyde de carbone dissous : 5 ppm
Le pH est voisin de 8.
Puis sous agitation moyenne, on ajoute 100 grammes d'un lait de chaux
concentré à 20 %, soit 20 g de Ca(HO)2 ou 10,8 g de calcium. Les particules
d'hydroxyde de calcium ont un diamètre moyen inférieur à 6 microns. En moins
de 60
secondes, le pH se stabilise vers 10,7.
Après précipitation, la suspension aqueuse (sans tenir compte de la très
faible
dilution) a la composition suivante :
- Fibres : 2300 ppm
- Carbonates de calcium : 305 ppm (fixé sur les fibres et fibrilles
de cellulose)
- Hydrogénocarbonates/carbonates : 25 ppm
- Calcium : 45 ppm
- Sodium : 25 ppm
- Magnésium : 5 ppm
- Dioxyde de carbone dissous traces
On prélève un échantillon pour fabriquer une formette de papier selon la
méthode classique (Formette Franck). A partir de cette suspension, on peut
fabriquer
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des formettes riches en carbonate de calcium fixé. On trouve un taux de
rétention
proche de 90 %, à partir d'un grammage de 25 g/m2, ceci sans ajouter d'agent
de
rétention. Au-delà de 80 g/mz, le taux de rétention devient proche de 100 %.
La
formette contient environ 11,7 % de carbonate de calcium.
On peut ramener le pH vers des valeurs plus faibles en injectant dans la
suspension un gaz contenant 10 % de dioxyde de carbone ou plus, en
neutralisant la
soude, l'hydroxyde de magnésium et l'hydroxyde de calcium soluble.
Après injection du dioxyde de carbone pour obtenir un pH voisin de 8, la
suspension aqueuse a la composition suivante :
- Fibres : 2300 ppm
- Carbonates de calcium : 325 ppm (fixé sur les fibres et fibrilles
de cellulose)
- Hydrogénocarbonates/carbonates : 120 ppm
- Calcium : 40 ppm
- Sodium : 25 ppm
- Magnésium : 8 ppm
- Dioxyde de carbone dissous : 30 ppm
De la même manière que précédemment, on peut fabriquer des formettes
contenant un peu plus de charges, environ 12,5 %, car le calcium neutralisé
s'est
déposé sur les fibres. Une injection supplémentaire de dioxyde de carbone
permet de
retrouver les principales qualités initiales de l'eau, en particulier la
composition en
calcium et hydrogénocarbonates.
Exemple 2 :
On prépare une suspension aqueuse de fibres cellulosiques à partir d'une
suspension de fibres issues d'un procédé de recyclage ou désencrage de vieux
papiers.
Dans un réacteur de 100 litres, on introduit 100 litres de la suspension ayant
la
composition suivante : (ppm = parties par million)
- Fibres : 2300 ppm
- Hydrogénocarbonates : 450 ppm
- Calcium : 60 ppm
- Sodium : 160 ppm
- Magnésium : 8 ppm
- Dioxyde de carbone dissous : 20 ppm
Le pH est voisin de 8.
Puis sous agitation moyenne, on ajoute 100 grammes d'un lait de chaux
concentré à 20 %, soit 20 g de Ca(OH)2 ou 10,8 g de calcium. Les particules
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d'hydroxyde de calcium dans le lait de chaux ont un diamètre moyen inférieur à
6
microns.
En moins de 60 secondes, le pH se stabilise vers 9,8.
Après précipitation, la suspension aqueuse (sans tenir compte de la très
faible
dilution) a la composition suivante
- Fibres : 2300 ppm
- Carbonates de calcium : 370 ppm (fixé sur les fibres et fibrilles
de cellulose)
- Hydrogénocarbonates/carbonates : 250 ppm
- Calcium : 20 ppm
- Sodium : 160 ppm
- Magnésium : 5 ppm
- Dioxyde de carbone dissous : traces
On prélève un échantillon pour fabriquer une formette de papier selon la
méthode classique (Formette Franck). A partir de cette suspension, on peut
fabriquer
des formettes, riches en carbonate de calcium fixé. On trouve un taux de
rétention
proche de 90 %, à partir d'un grammage de 25 g/m2, ceci sans ajouter d'agent
de
rétention. Au-delà de 80 g/m2, le taux de rétention devient proche de 100 %.
La
formette contient environ 13,5 % de carbonate de calcium.
On peut ramener le pH vers des valeurs plus faibles en injectant dans la
suspension un gaz contenant 10 % de dioxyde de carbone ou plus, en
neutralisant les
éléments alcalins, essentiellement la soude.
Exemple 3 :
On prépare une suspension aqueuse de fibres cellulosiques à partir d'une
composition de fabrication contenant de l'hydrogénocarbonate de sodium.
Dans un réacteur de 100 litres, on introduit 100 litres de la suspension ayant
la
composition chimiques suivante : (ppm = parties par million).
- Fibres : 2280 ppm
- Hydrogénocarbonates : 950 ppm
- Calcium : 65 ppm
- Sodium : 300 ppm
- Dioxyde de carbone dissous : 5 ppm
Le pH est voisin de 8,4.
Puis sous agitation moyenne, on ajoute 100 grammes d'un lait de chaux
concentré à 20 %, soit 20 g de Ca(HO)2 ou 10,8 g de calcium.
Le pH se stabilise rapidement vers 8,8.
Après précipitation, la suspension aqueuse (sans tenir compte de la très
faible
dilution) a la composition suivante :
- Fibres : 2300 ppm
CA 02381356 2002-02-08
WO 01/12899 12 PCT/FROO/02123
- Carbonates de calcium : 420 ppm (fixé sur les fibres et fibrilles
de cellulose)
- Hydrogénocarbonates/carbonates : 700 ppm
- Calcium 3 ppm
- Sodium 300 ppm
- Dioxyde de carbone dissous traces
On prélève un échantillon pour fabriquer une formette de papier selon la
méthode classique (Formette Franck). A partir de cette suspension, on peut
fabriquer
des formettes, et selon le taux de rétention des particules fines de cellulose
riches en
carbonate de calcium fixé, on trouve un taux de rétention des charges
minérales
proche de 90 %, à partir d'un grammage de 25 g/mz, ceci sans ajouter d'agent
de
rétention. Au-delà de 80 g/m2, le taux de rétention devient proche de 100 %.
La
formette contient environ 15 % de carbonate de calcium.
Si l'on souhaite obtenir un pH inférieur à 8, on injecte du dioxyde de carbone
dilué dans l'air jusqu'à 10 %. On récupère le dioxyde de carbone des fumées de
combustion de chaudière. Le dioxyde de carbone reforme essentiellement de
l'hydrogénocarbonate de sodium.
