Optimierung der Bleiche von Deinkingstoffen mit Peroxid im Disperger

1. Hintergrund:
Die Konsequenz einer stärkeren Schliessung von Wasserkreisläufen ist die zunehmende
Aufkonzentration von organischen und anorganischen Substanzen. Dadurch werden
Ablagerungen und andere Störungen verursacht, die auch in der Papierindustrie ein
generelles Problem darstellen. Ein bisher noch nicht beschriebenes Problem können
Carbonationen verursachen. Diese geraten in Deinkinganlagen z. B. durch das Lösen von
Kohlendioxid aus der Luft während der Flotation in den alkalischen Wasserkreislauf.
Diese potentielle Störung wurde bei der Zellstoffbleiche entdeckt. Dort scheint der Austausch
von Natronlauge durch Natriumcarbonat, Soda; in den Extraktionsstufen grundsätzlich
denkbar. Immer, wenn der Natronlaugepreis stark steigt, wird diese Alternative in Erwägung
gezogen. Überraschenderweise sind die Resultate einer solchen Substitution
unbefriedigend, wenn die E-Stufen mit der heute üblichen Aktivierung durch Sauerstoff und
Wasserstoffperoxid durchgeführt werden [1, 2]. Die Weissgehaltsentwicklung bleibt deutlich
zurück. Die Autoren stellen zwar Spekulationen über eine mögliche Verunreinigung der Soda
mit Schwermetallen an, die Analyse ergibt jedoch keinen Hinweis in diese Richtung. Erst
kürzlich wurde als tatsächliche Ursache der Weissgehaltsverluste die Zersetzung von H 2 O 2
durch Carbonationen identifiziert [3]. Vor allem bei höherer Temperatur führen
Carbonationen zu signifikanten Verlusten an Wasserstoffperoxid.
5000
H2O2 (ppm)
4000
3000
2000
1000
Na4P2O7
CH3COONa
NaOH
NaHCO3
Na2CO3
0
0 10 20 30 40 50 60
Zeit (Min.)
Abb. 1: Stabilität von Wasserstoffperoxid in Bicarbonat-haltiger Lösung bei steigender
Temperatur. H 2 O 2 in de-ionisiertem Wasser mit konstanter Zugabe von 20 g/l NaHCO 3
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Dies wird deutlich in Abb.1. Die Stabilität von H 2 O 2 in carbonathaltiger Lösung ist bis zu einer
Temperatur von etwa 50°C relativ gut. Oberhalb dieses Niveaus kommt es jedoch dann zu
einer dramatischen Beschleunigung des Zerfalls. Unglücklicherweise liegt die typische
Temperatur einer Extraktionsstufe bei der Zellstoffbleiche über 70°C. Offensichtlich zerfällt
intermediär gebildetes Perbicarbonat bei erhöhter Temperatur leicht unter Sauerstoffbildung.
Den vermutlichen Ablauf der Reaktion beschreibt Reaktionsgleichung (1):
(1) HOCOO - + H 2 O 2 ➨ HOOCOO - + H 2 O und HOOCOO - + H 2 O 2 ➨ HOCOO - + O 2 +H 2 O
Ein Beispiel aus der Zellstoffbleiche soll die negativen Effekte des Carbonats verdeutlichen.
Abb. 2 und 3 zeigen die Auswirkungen einer stöchiometrischen Substitution von NaOH durch
Na 2 CO 3 bei der Bleiche eines Nadelholz-Kraftzellstoffs. Bei Anwendung von Natronlauge
führt eine Erhöhung der Temperatur nur zu einer geringen Verbesserung der
Extraktionswirkung durch die leicht verbesserte Löslichkeit des oxidierten Lignins. Die
Kappazahl nimmt geringfügig ab. Die kleinen Differenzen werden mit zunehmendem
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