Häiriöaineiden hallinta kartonginvalmistusprosessissa
Lankinen, Aliisa (2018)
2018
Materiaalitekniikka
Teknisten tieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2018-06-06
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201805241831
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201805241831
Tiivistelmä
Tämä diplomityö on tehty Metsä Board Oyj:n Takon kartonkitehtaalle. Työn aiheena oli häiriöaineiden hallinta kartonginvalmistusprosessissa. Tavoitteena oli löytää keinoja kartongin puhtauden parantamiseksi ja kartonginvalmistusprosessin stabiloimiseksi kemiallisilla menetelmillä. Kirjallisen osan tarkoitus on perehdyttää lukija kemi-termomekaanisessa (CTMP) ja kemiallisessa massassa oleviin häiriöaineisiin sekä niiden hallintamenetelmiin kartonginvalmistusprosessissa.
Häiriöaineet, joihin kuuluvat muun muassa puun uuteaineet, ligniini, ASA-liima ja mikrobit, aiheuttavat monia ongelmia kartonginvalmistuksessa vaikuttamalla koneen ajettavuuteen ja lopputuotteen laatuun heikentävästi. Häiriöaineet päätyvät kartonginvalmistusprosessiin raaka-aineiden (massat, täyte- ja lisäaineet) sekä raakaveden mukana. Häiriöaineiden hallintamenetelmät jaetaan kolmeen ryhmään: prosessiteknisiin, kemiallisiin ja biologisiin menetelmiin. Tässä työssä tutkittiin ja testattiin kemiallisia menetelmiä, joissa käytetään nimensä mukaisesti kemikaaleja, kuten fiksatiiveja, dispergointiaineita, adsorbentteja, pinta-aktiivisia aineita tai alumiiniyhdisteitä.
Kokeellisen osan alkukartoituksissa tutkittiin kartonkitehtaan massoja perusmittausten avulla, jonka perusteella todettiin häiriöaineiden määrän olevan suurin hylyllä ja BCTMP:llä. Likojen ja saostumien koostumusta tutkimalla selvitettiin, että suurimmat saostumien aiheuttajat olivat puun uuteaineet ja ASA-liima. Muita näytteistä löytyneitä aineita olivat kuidut, rauta, teipin liima, kumi, talkki ja karbonaatti. Talkki on peräisin sellusta, koska sitä käytetään sellutehtaalla pihkanhallinnassa. Karbonaattia käytetään tehtaalla päällystyspastassa ja täyteaineena (kalsiumkarbonaatti). Teipin liima taas on luultavasti päätynyt kartonkiin hylyn mukana.
Työssä tehtiin yhteistyötä viiden eri kemikaalitoimittajan kanssa. Koeajo suoritettiin yhteistyössä BIM Kemi AB:n kanssa. BIM:n ehdotus valittiin koeajoon alkukartoitusten ja muiden työssä suoritettujen tutkimusten perusteella. Kuusi viikkoa kestäneen koeajon tarkoituksena oli parantaa kartonginvalmistusprosessin puhtautta vähentämällä anionisten häiriöaineiden määrää BCTMP:ssä ja hylyssä, sekä estämällä saostumien muodostuminen käyttämällä fiksatiivia. Fiksatiivilla pyrittiin myös tukemaan ja parantamaa kationisten kemikaalien (massatärkkelys ja ASA-liima) toimintaa. Koeajon aikana vikamäärissä havaittiin selvää tason laskua etenkin KK1:llä, joka tukee mikropartikkeli- ja kemiantilamittausten tuloksia. ASA-saostumia tai uuteaineita ei löytynyt koeajon lopussa kerätyistä näytteistä, kuten alkukartoituksissa, mikä viittaa fiksatiivikoeajon toteuttaneen sille asetetut tavoitteet liittyen prosessin ja lopputuotteen puhtauteen. ASA-liiman ja massatärkkelyksen toiminnan tehostumista ei kuitenkaan pystytty toteamaan.
Häiriöaineet, joihin kuuluvat muun muassa puun uuteaineet, ligniini, ASA-liima ja mikrobit, aiheuttavat monia ongelmia kartonginvalmistuksessa vaikuttamalla koneen ajettavuuteen ja lopputuotteen laatuun heikentävästi. Häiriöaineet päätyvät kartonginvalmistusprosessiin raaka-aineiden (massat, täyte- ja lisäaineet) sekä raakaveden mukana. Häiriöaineiden hallintamenetelmät jaetaan kolmeen ryhmään: prosessiteknisiin, kemiallisiin ja biologisiin menetelmiin. Tässä työssä tutkittiin ja testattiin kemiallisia menetelmiä, joissa käytetään nimensä mukaisesti kemikaaleja, kuten fiksatiiveja, dispergointiaineita, adsorbentteja, pinta-aktiivisia aineita tai alumiiniyhdisteitä.
Kokeellisen osan alkukartoituksissa tutkittiin kartonkitehtaan massoja perusmittausten avulla, jonka perusteella todettiin häiriöaineiden määrän olevan suurin hylyllä ja BCTMP:llä. Likojen ja saostumien koostumusta tutkimalla selvitettiin, että suurimmat saostumien aiheuttajat olivat puun uuteaineet ja ASA-liima. Muita näytteistä löytyneitä aineita olivat kuidut, rauta, teipin liima, kumi, talkki ja karbonaatti. Talkki on peräisin sellusta, koska sitä käytetään sellutehtaalla pihkanhallinnassa. Karbonaattia käytetään tehtaalla päällystyspastassa ja täyteaineena (kalsiumkarbonaatti). Teipin liima taas on luultavasti päätynyt kartonkiin hylyn mukana.
Työssä tehtiin yhteistyötä viiden eri kemikaalitoimittajan kanssa. Koeajo suoritettiin yhteistyössä BIM Kemi AB:n kanssa. BIM:n ehdotus valittiin koeajoon alkukartoitusten ja muiden työssä suoritettujen tutkimusten perusteella. Kuusi viikkoa kestäneen koeajon tarkoituksena oli parantaa kartonginvalmistusprosessin puhtautta vähentämällä anionisten häiriöaineiden määrää BCTMP:ssä ja hylyssä, sekä estämällä saostumien muodostuminen käyttämällä fiksatiivia. Fiksatiivilla pyrittiin myös tukemaan ja parantamaa kationisten kemikaalien (massatärkkelys ja ASA-liima) toimintaa. Koeajon aikana vikamäärissä havaittiin selvää tason laskua etenkin KK1:llä, joka tukee mikropartikkeli- ja kemiantilamittausten tuloksia. ASA-saostumia tai uuteaineita ei löytynyt koeajon lopussa kerätyistä näytteistä, kuten alkukartoituksissa, mikä viittaa fiksatiivikoeajon toteuttaneen sille asetetut tavoitteet liittyen prosessin ja lopputuotteen puhtauteen. ASA-liiman ja massatärkkelyksen toiminnan tehostumista ei kuitenkaan pystytty toteamaan.