Papírgyártás „Vegyipari technológiák (Környezetmérnököknek) ” BMEVESTAKM2 a Papíripari Kutatóintézetbe kihelyezett oktatás segédlete Összeállította: Lele István K+F igazgató és Dr. Víg András egyetemi magántanár
2007 október 11. (5 óra)
BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM Szerves Kémia és Technológia Tanszék 1111 Budapest, Budafoki út 8.
Papíripari Kutatóintézet Kft. 1215 Budapest, Duna u. 57.
Bevezetés, a papír története Cellulózgyártás • Nyersanyagok • Feltárás, feltáró berendezések • Fehérítés, klórmentes fehérítés • Vegyszerek és regenerálásuk • Víz körbeforgatás Papírgyártás • Nyers-, alap- és segédanyagok, papírfajták • Papírgyártási szakaszok és berendezéseik, lapképzés, papírgépek • Az őrlés • Szárítás • Papírhulladék feldolgozás • Szennyvíztisztítási eljárások Papírfeldolgozás
Bevezetés, a papír története A cellulóz az egyik legelterjedtebben használt, a legnagyobb mennyiségben újratermelődő természetes alapanyag. Számos helyen alkalmazzák, pl. papír, karton, farostlemez, cellulózműszál (viszkóz), lakk. Legnagyobb mennyiségben a papíripar használja. (kb. 150 millió tonna/év) A kínaiak már több mint 2000 éve gyártanak papírt. (1. ábra) Feltaláló Caj Lun Ho-ti kínai császár magasrangú hivatalnoka i.sz.105-ben javasolta, hogy a nehéz bambusztábla és a drága selyem helyett az olcsó papírra írjanak. → Nyersanyag: eperfaháncs, bambuszrost, egyéb rostnövény (meszes áztatás) → Zúzás deszkán kalapáccsal → Merítés, sajtolás, felületi kezelés rizskeményítővel.
1. ábra
-2-
2. ábra • • •
Európába arab közvetítéssel került (Szamarkand, hadifoglyok) 750 Európa XII–XIV. század A hazai papírkészítés a XVI. században a lőcsei papírmalomban indult meg
A modern papíripar a papírgyártógép feltalálásával (1798) vált jelentőssé (3. ábra). Alapanyagok és eljárások
Kínai Arab 105–751 751–1276 Nyersanyagok Eperfaháncs, bambuszrost, Len- és vászonhulladék, kínafű, stb. kender és pamut Rostosítás Áztatás, főzés meszes vízben, Áztatás, főzés meszes zúzás kalapáccsal deszkán vízben, zúzás kőmozsárban Lapképzés
Merítés nád merítőszitával
Szárítás
Merítés bambusz vagy textil merítőszitával Sajtolás deszkák között kősúlyokkal Falon és levegőn
Felületi kezelés
Rizskeményítő
Búzakeményítő, tragantmézga
Víztelenítés
Sajtolás deszkák között kősúlyokkal Falon és levegőn
3. ábra A papírkészítés fejlődési szakaszai
-3-
Európai 1276–1790 Len, kender, pamut Megalkotják a zúzóművet, és így a papírmalmot Kialakítják a fém merítőszitát és a vízjelet Csavarsajtó és nemez használata Lécen, kötélen szárítópadlás kialakítása Állati enyv
Nicolas-Louis Robert (francia) Facsiszolat 1840-45 Nátronlúgos feltárás 1857 Savas biszulfitos 1863 Szulfátos 1880
Keller Honghton Tilghmann Dahl
Papírfajták (4. ábra) • • • •
rostösszetétel szerint (rongytartalmú, famentes, fatartalmú, szintetikus) laptömeg szerint (180 g/m2-ig papír, 400 g/m2-ig karton, 400 g/m2 felett lemez) rendeltetési cél szerint (író-nyomó, csomagoló, műszaki, egészségügyi) egyéb tulajdonság szerint (vízálló, zsírálló, gőzálló, víztartó, stb.) Megnevezés
Hamutartalom (%)
Hamumentes
0–1
Kis hamutartalmú
1–5
Közepes hamutartalmú
5–15
Nagy hamutartalmú
15–
Töltőanyag-adagolás
Papírtípus Elektromos szigetelő-, Hamumentesített rostok szűrőpapír, pergamen-, zsírálló papír Közvetetten (rosttal, Újság-, tapéta-, lyukkártya papírhulladékkal) vagy alappapír, fénymásoló közvetlenül alappapír Legtöbb író- és Közvetlenül nyomópapír Közvetlenül, a nyomó-, mélynyomó-. hamutartalom biblianyomó-papír mesterséges növelésével
4. ábra A papírok hamutartalom szerinti csoportosítása
Cellulózgyártás A növényi nyersanyagokból feltárással állítják elő a papíripari féltermékeket. A feltárás mechanikai és kémiai lehet. A mechanikai eljárásban a fát rostjaira bontják. A kémiai eljárással az inkrusztáló anyagokat távolítják el. A kémiai feltárásokat a felhasznált vegyszerek alapján csoportosíthatjuk: (5 – 6. ábra) • alkalikus eljárás (nátronlúg, nátrium szulfid, nátrium poliszulfid), • szulfitos eljárások (felhasznált kation: kálcium, magnézium, nátrium és ammónium, (CaSO3, MgSO3, Na2SO3, (NH4)2SO3 • biszulfitos eljárás: NaHSO3 + szabad kéndioxid • szulfátos eljárás (NaOH + Na2SO4) A szulfátos eljárást alkalmazzák leginkább a cellulózgyártásra, a semleges szulfitos eljárást a félcellulóz (az inkrusztáló anyagok eltávolítása részleges) gyártásra. A feltárást a felhasznált nyersanyagok szerint is csoportosíthatjuk. Legnagyobb mennyiségben fenyőfából állítanak elő cellulózt.
-4-
5. ábra A feltáró eljárások csoportosítása a feltáró vegyszerek kémiai összetétele szerint
6. ábra A feltáró eljárások csoportosítása a feltáráshoz használt gépek jellege szerint Nyers-, alap- és segédanyagok Nyers és alapanyagok A papírlapot képező összekuszált sejtek egyrészt nemezelődéssel, másrészt a különböző sejtek közötti másodlagos kémiai kötéssel (ú.n. hidrogénkötéssel) kapcsolódnak egymáshoz. Nemezelődésre a hosszú megnyúlt sejtek (anizodimenziós sejtek) – hossz és keresztméret aránya nagyobb, mint 10 – alkalmasak. A másodlagos kapcsolatokat a cellulózok és hemicellulózok hidrofil csoportjai hozzák létre. – egyes fafajták kora, törzsegysége és vágási kora – egynyári növények – évente megújuló – szintetikus szálak – felhasználása különleges papírokhoz lényegesen drágábbak a cellulóznál, előállíthatók pl. abszolút mérettartó, vegyszereknek ellenálló, nagy kettőshajtogatású, stb. szintetikus szálakat nem kell őrölni, a szálak között nem alakul ki másodlagos kötés (Hhíd) ezért kötőanyagot is alkalmazhatnak. Segédanyagok Cellulózgyártás segédanyagai – különböző feltáráshoz és fehérítéshez használt vegyszerek. pl. NaOH, Cl2, H2O2, Na2S, H2SO4, HNO3, Na2CO3, O2, O3, NaOCl, ClO2, stb.
-5-
7. ábra
Rostos alapanyaggyártás
– primer – szekunder
A növényi nyersanyagokból feltárással állítják elő a papíripari féltermékeket, primer rostokat. A papír és a kartongyártásban újrafelhasználásra kerülő papírhulladékot másodlagos nyersanyagnak (szekunder rostok) nevezik (lásd papírhulladék feldolgozás)
-6-
Primer rostok gyártása (8. ábra)
8. ábra A papíriparban rostos félterméknek nevezik azokat a papírgyártásra alkalmas növényi eredetű anyagokat, amelyeket kémiai vagy mechanikai feltárással, illetve ezek kombinációjával állítanak elő. A rostos alapanyag gyártása során részben vagy egészben eltávolítják az ún. inkrusztáló anyagokat Az alapanyag előállítását különböző előkészítő műveletek előzik meg – fa hántolása, aprítása, osztályozása, a szalma szecskázása, osztályozása. A kémiai vagy mechanikai feltárást különböző tisztítási folyamatok követik: mosás, osztályozás, illetve fehérítés. (9. ábra)
9. ábra
-7-
A felosztás hozam szerint A mechanikai feltárás hozama: 90%, itt minimális kioldás vízzel TMP, CTMP – 60–90% hozam – középlamella fellazítása 80–90% – középlamella + hemicellulózok kioldása 70–75% – részleges lignin és hemicellulóz kioldás 60–80% cellulóz – 50–55% hozam lignin és hemicellulóz kioldás Az eljárások lehetnek szakaszosak és folyamatosak. Facsiszolat Ez a fa mechanikai rostosításával előállított termék, a különleges kő segítségével rostjaira bontják víz jelenlétében. Az érdesített csiszoló mozgásakor a rostok kötött és a rostfalon belüli kötések felbomlanak és még a rostfal is felszakadhat. Jó minőségű facsiszolat fenyőfából állítható elő. A facsiszolat nem minden papírhoz alkalmas, mivel a szilárdsága gyenge és a papír hamar öregszik (sárgul), így főleg újságpapírok gyártásához használják fel. A gyártás lehet szakaszos és folyamatos, az ábra egy folyamatos láncos csiszolót mutat be. Fajlagos energia szükséglet ~5000 MJ/t, termelés: 20–50 t/nap Aprítékcsiszolat Az előnyei a köves facsiszolattal szemben: – a fa apríték formájában használható fel, így lehetővé teszi hulladékok és köves csiszolásra nem alkalmas fák felhasználását is – a folyamat (őrlés) gépesített folyamatos művelet – lehetséges egyszerű kémiai kezelés is – a rostösszetételben növekszik a hosszúrostok aránya, nő a szilárdság, de a finomfrakció csökken, így csökken a papírok összeroppanthatósága (CMT értéke). TMP, CTMP A TMP (termo-mechanikai csiszolat) gyakorlatilag 100 °C feletti (120–130 °C) nyomás alatt végzett őrlés, a faszerkezet középlamellájában annyira meglágyul a lignin, hogy a rostok károsodás nélkül szétbomlanak (ez az előfőzés), de aztán őrléssel a rostokat fibrillálni kell. A CTMP-nél (kémiai-mechanikai csiszolat) a gőz helyett vegyszert használnak, Na2SO3 és NaHCO3 keverékét, rövid főzési idő és utána őrlés. Kémiai feltárás (5. ábra) A feltárás függetlenül az alkalmazott feltáró vegyszertől az alábbi főbb folyamatokból áll – impregnálás – kémiai reakció a feltáró vegyszerek és a fa egyes komponensei, főként az inkrusztáló anyagok (lignin) között – a képződő reakciótermék kidiffundálása a sejtből – savas, semleges, lúgos
-8-
a leginkább használatos eljárások regenerálható – szulfátos – oldható szulfitos – semleges félcellulóz
LÚGOS ELJÁRÁSOK
Feltáró berendezések Szakaszos főzők: –
álló és fekvő főzők lehetnek inkább álló főző 150–250 m3-es töltés (200–240 kg/m3) kerámia vagy saválló acél bélésűek, magasságuk rendszerint az átmérő 2,5–3-szorosa, Üzemi nyomás 0,6–1,3 MPa Folyamatos főzők (10 – 11. ábra) Kamyr főző Az aprítékot egy adagolórész táplálja egy forgószelepbe → az apríték egy ~150 kPa nyomású előgőzölőbe jut, itt 105–120 °C-ra melegítik 3–5 perc alatt → főzési ciklus – először impregnálás, majd feltárás, ebben a zónában kb. 1–1,5 óra (szulfátos esetén) → nagy hőmérsékletű úszózóna, ellenáramú, viszonylag nagy hőmérséklet 130 °C, 3–4 óra, a mosás alján a 70–80 °C-os kevertetett úszóvíz lehűti az anyagot → hideg lefúvatás (lefúvató tartály) Fekvőcsöves PANDIA feltáróberendezés gyors feltárás 7–60 perc főzés előimpregnáló, dugóképző; 1–7 cső lehet szállítócsiga tereli az anyagot Cellulózok mosása – használt lúg visszanyerés Diffúziós mosás, nyomás alatti (7–9×105 Pa) A mosók kapcsolása ellenáramú (3 lépcsős) Pépsűrűség 1 → 5–6%-ra; 5 → 12–16%-ra; 16 → 20–30%-ra;
-9-
10. ábra
11. ábra - 10 -
A feltárást fehérítés követheti A fehérítéskor a feltáráskor visszamaradt lignint és színezőanyagokat távolítják el. Fehérítéskor a következő fontosabb vegyszereket használják: klór, klórdioxid, kálcium-IIhipoklorit, oxigén, hidrogénperoxid. a fehérítést rendszerint több lépcsőben végzik. A fehérítéshez alkalmazandó lépcsők számát a felhasznált nyersanyag és az előállítani kívánt cellulóz minősége szabja meg. A nyers cellulóz lignintartalma, illetve a lignintartalomra jellemző kappa-szám felvilágosítást ad a fehérítéshez szükséges vegyszer mennyigére. κszám: rostanyag jellemző, a feltártság megítélésére legelterjedtebben alkalmazott eljárás KMnO4 oxidáció, 1 g abszolút száraz rostanyag cellulózt kísérő anyagának oxidálására fogyó 0,1 n KMnO4 ml-einek száma. A κ-szám arányos a lignintartalommmal és 0,15-szerese adja meg a minta lignintartalmát %-ban. több lépcső
fehérítő tornyok
CEH DEDH OEOPP
– → →
klór szabad TCF (Total Chlorine Free) ECF (Elemental Chlorine Free)
– alsó bevezetés – felül úszódob
A fehérítővegyszerek regenerálása nem megoldott. Szárítás
Vegyszerek és regenerálásuk Régen az egyik legnagyobb szennyezőnek tekintették a papírgyártást. Az utóbbi húsz évben kifejlesztett vegyszer regeneráló illetve víztisztító eljárásoknak valamint a szigorodó környezetvédelmi előírásoknak köszönhetően a papírgyártás környezetterhelő hatása lényegesen csökkent. A cellulóz feltárási eljárásokban a nyersanyagból jelentős mennyiségű szerves anyagot (lignint és hemicellulózokat) oldanak ki. Ezeket jelenleg elégetik. A nyers cellulózt az elhasználódott feltáró folyadéktól többlépcsős ellenáramú mosással választják el. A folyadékot bepárolják és 50–55% szárazanyag-tartalmú fekete lúgot kapnak. A bepárolt sűrű lúgot kazánokban égetik el. A kazán felső terében egy oxidációs teret, míg alsó terében egy redukciós teret alakítanak ki. A szerves nátrium vegyületekből oxidációs folyamatokban nátrium-karbonát (Na2CO3), a nátriumszulfátból (Na2SO4) redukcióval nátrium-szulfid (Na2S) keletkezik. Az így nyert ömledéket oldják és ülepítéssel tisztítják. A benne lévő szódából (nátrium-karbonát) kálcium hidroxiddal kausztifikálással 90°C-on nátronlúgot (NaOH) nyernek (Na2CO3 + Ca (OH)2 = CaCO3 + 2 NaOH).
Víz körbeforgatás Az utóbbi 20 évben a papírgyárak számára környezetvédelmi előírás a felhasznált friss víz mennyiségének csökkentése, zárt vízrendszer kialakítása (100 m3/tonna 10 m3/tonna alatt körbeforgatása). Ez csak a teljes körű szennyvíz tisztítással oldható meg. Részletesen lásd később papíripari szennyvíztisztító eljárások. - 11 -
Papírgyártás
(12. ábra)
12. ábra 180 g/m2-ig papír, 400 g/m2-ig karton, 400 g/m2 felett lemez A papír gyártása az anyagelőkészítéssel veszi kezdetét és a kitermelt áru becsomagolásával fejeződik be. Papírgyártás segédanyagai Korábban csak papírtechnológiai eljárásokat (rostanyagok, töltőanyagok, enyvezőanyagok kiválasztása) alkalmaztak a papír végső tulajdonságainak kialakításához, ma már lehetőség van a papírszerkezetbe, vagy felületre is felhordani olyan segédanyagokat, melyek megváltoztatják a papír egyes tulajdonságait.
- 12 -
A papír és a vegyi anyagok kapcsolata. A vegyszer csak abban az esetben segédanyag, ha a végtermékben a papír tulajdonságai maradnak a meghatározók. – kész papír tulajdonságaira ható segédanyagok – technológiai folyamatra ható segédanyagok tulajdonságokra ható • • • • • • •
szilárdságnövelő (keményítő, PEI, poliamin, epiklórhidrin, melamin-gyanta, karbamid és melamin formula) nedves szilárdságnövelő nedvesedőképesség változás (enyvezés) (kolofónium-gyanta, viasz, szintetikus enyvezőanyag AKD, paraffin, hot-melt, meleg olvadék, PE, etilén-izobutilakrilát) optimális fehérség (töltőanyagok: kaolin (alumínium-szilikát), talkum (Mg szilikát), mesterséges szilikátok (Na), BaSO4, ZnS, TiO2, CaCO3 ) színezékek (bázikus, savas, direkt) lángmentesítés csúszásgátlás
technológiai folyamatra ható • • • • •
Al2(SO4)3 poliakrilamid (retenció) PEI (víztelenedés, retenció) poliamidamin (töltőanyag retenció) nedvesítőszerek, habzásgátlók, nyálkaölőszerek, antisztatizálók
ragasztók • • •
keményítőalapú kazein szintetikus
A papírgártó gépek típusa a papírok laptömegétől függ: (12) 15–40 g/m2 (60) önlevevős papírgép síkszitás papírgép (50) 55–300 g/m2 (500) (200) 250–750 g/m2 (1200) henger és síkszitás kartongép 600–4500 g/m2 kézilemez gépek A korszerű papírgépek gyártási sebessége A papírgyártógépek napi teljesítménye a gépsebességtől, a gépszélességtől, és a gyártott papír laptömegétől függ. A papírgyártás az anyagelőkészítéssel kezdődik, mely a következő műveletekre osztható: – foszlatás – őrlés – tárolás – hígítás – osztályozás – tisztítás Az előfoszlatás feladata, hogy a rostos féltermék csomóit fellazítsa és olyan sűrűségű pépet állítson elő, mely szivattyúval szállítható. - 13 -
A görgőjárat ma már korszerűtlen, csak múzeumban található, napi teljesítménye 8–12 t, kb. 55–70 kW beépített motorteljesítménnyel (13. ábra). A görgőjárat szerepét a hidropulper vette át. A pulperek folyamatos üzemmódban is működtethetők, a fenéklemez 6–8 mm-es, a szokásos foszlatási idő 10–20 perc (14. ábra). A pulperben alkalmazott pépsűrűség 3,5–5%, az ún. nagysűrűségű pulperek 12–15% anyagsűrűséggel dolgoznak és főként a nedves-szilárd hulladékok feloldásában használják őket.
13. ábra
14. ábra
Az őrlés Az őrlés az anyagelőkészítés legfontosabb művelete. Feladata, hogy a rostok vizes rendszerben való megmunkálásával a papír szerkezetének és a lapképzési folyamatnak megfelelő pépet állítson elő. Az őrlés folyamán a már duzzadt rostokra, illetve rostkötegekre két egymáshoz képest elmozduló őrlőkeret mechanikai hatást fejt ki. Az őrlés lehet – fibrilláló, ahol az egyedi rostokra bontás következik be a rostkötegekből – vágó, ahol a rostok aprítása következik be.
15. ábra
- 14 -
Az egyes cellulózok őrölhetőségét legjobban a cellulózok őrlési energiaigénye jellemzi. A fajlagos bruttó őrlési energiaigény az a munkamennyiség, amelyet egy adott őrlőberendezés az egységnyi mennyiségű rostanyag őrlésfokának 1 SR°-kal való emelése közben felhasznál. Az őrlőberendezések többsége alkalmas széles pépsűrűséghatár (2–8%) közötti őrlésre, sőt az ún. nagysűrűségű őrlőknél a pépsűrűség 20–30% is lehet. A hígabb őrlésnél a jelleg az aprítás felé tolódik el, szilárdsági tulajdonságok romlanak, az optikai tulajdonságok javulnak, illetve az alacsonyabb pépsűrűségű őrlés esetén nehezebben víztelenedő anyagot kapunk. Az őrlés hatására változnak a papírtulajdonságok, mind a fizikai, mind az optikai tulajdonságok, illetve a morfológiai tulajdonságok. hollandi – szakaszos kúpos őrlő – folyamatos Közös jellemző a csonkakúp alakú álló és forgórész. A kúposság 10–45° ; az anyagbevezetés tengelyirányú a kisebb átmérőnél, az anyagelvezetés a nagy átmérőnél sugár irányú. tárcsás őrlő – folyamatos Az őrlőkések párhuzamosan helyezkednek el. A bevezetés tengelyirányú, elvezetés a tárcsák kerületénél történik (2, 3 tárcsás). Papírgépek (16 ábra)
16. ábra szitaszakasz, présszakasz, szárítószakasz
- 15 -
Lapképzés (17. ábra)
17. ábra A kellően megtisztított, osztályozott pépszuszpenzióból keresztirányban egyenletes eloszlású és jó átnézetű rostréteg kialakítása, mely a víztelenítés után olyan szilárdságú, hogy a présekbe vezethető. Vékony és közepesen vastag papíroknál síkszita, kartonoknál és lemezeknél hengerszita. Felfutószekrény – fő szempont a szuszpenzió egyenletes kifolyása a gép keresztirányában, a pehelyképződés megakadályozása. (anyagsűrűség 0,5–1,0%) Nyitott felfutószekrény Közepes sebességig építik, a nyomómagasság azonos értéken tartása túlfolyással érhető el. Zárt felfutószekrény 400 m/perc gépsebesség felett a nyitott felfutószekrény nem alkalmazható sem az építési magasság, sem pedig a nagy feszültség igénybevétel miatt. Itt már zárt felfutószekrényt alkalmaznak pl.: a légpárna nyomásával hozzák létre a szükséges kifolyási sebességet, a betáplált pép szintje állandó.
- 16 -
Szitaszakasz – regiszterhenger, siklókaparó, szívószekrény, végén szívógomb. A hagyományos síkszitával a végső gépsebesség kb. 800 m/perc, e felett ikerszitákat alkalmaznak. Hengerszita – karton és lemezgyártáshoz használják viszonylag kis sebességű gépeken. – ellenáramú A szita már részben besűrűsödött péppel jut érintkezésbe, laza réteg alakul ki, vagy a hígabbal érintkezve tömörödik és felhős lapot ad. Nincs túlfolyás. – egyenáramú A szita a híg anyaggal jut először érintkezésbe, lassabban indul a lapképzés, majd le is lassul, kisebb a teljesítménye, mint az ellenáramúnak, túlfolyás van kb. 20%. A szitáról leváló lap szárazanyagtartalma kb. 15–20%. (18. ábra) Átvezetés a présekbe. A feladat a lap további víztelenítése. A korszerű, nagy sebességű gépeken szívópréses hengert alkalmaznak, ahol állandó vákuum elszívja a kipréselt vizet
18. ábra Alsó szitás prés (1 stonit sima felső préshenger; 2 gumihenger; 3 papír; 4 nemez; 5 szitavíz-elvezetés; 6 gumikaparó; 7 műanyag szita; 8 nemezszívó)
- 17 -
Szárítószakasz (19. ábra)
19. ábra A papírgyártógép szárító szakasza a papírgyártás lényeges, a papír minőségét, tulajdonságait meghatározó része.
- 18 -
Rendeltetése a nedves prések által a papírból ki nem sajtolt víz elpárologtatása a végnedvességtartalomig. A papírt a gépen forró szárítónemezzel ellátott, vagy nemez nélküli gőzzel fűtött hengeren, vagy hengersoron kontakt szárítási rendszerrel szárítják. A szárítórész elpárologtatási teljesítményét befolyásolják: – a szárítóhengerek felületi hőmérséklete – a hőátadási viszonyok – a papír minősége, őrlésfok, laptömeg, enyvezettség – a kezdeti és végsebesség – a szellőzési viszonyok
20. ábra Papírhulladék feldolgozás A papír és a kartongyártásban újrafelhasználásra kerülő papírhulladékot másodlagos nyersanyagnak (szekunder rostok) nevezik, mivel a papírhulladékban lévő növényi rostokat másodszor használják fel papírtermék előállítására. Ezeknek a rostoknak a tulajdonságai jelentősen eltérnek a rostok kezdeti tulajdonságaitól, mivel a papírgyártáskor műveletsorokon haladtak keresztül, illetve hosszabb-rövidebb ideig öregedtek. A papírgyártás technológiai műveletei közül különösen jelentős a szárítás, amelynek következtében irreverzibilis változások következnek be, rugalmasságcsökkenés, törékenység fokozódása. A műszaki fejlettség mai színvonalán a papírhulladékban lévő idegen anyagok (fémkapcsok, gumidarabok, polietilén fólia) eltávolítása megoldható. Gondot jelent azonban a különböző ragasztószalagok, hőre keményedő műanyagok, latexek eltávolítása.
- 19 -
21. ábra A több tízezer fajta papír és papírtermékből keletkező papírhulladék osztályozása mind elméletileg, mind gyakorlatilag bonyolult. Papír technológiai szempontok szerint fontos tényezők: – a papírhulladék rostos anyagainak összetétele és jellemzői – a hulladék kísérőanyagai – töltőanyag, nyomdafesték, stb. – szennyezőanyagtartalom – mechanikai, kémiai, biológiai, radioaktív, mikro és makroszennyezések – idegenanyagtartalom – drót, tű, műanyag, kötél, stb.
22. ábra
- 20 -
A hasznosítás fázisai – a papírhulladék gyűjtése, szállítása – a papírhulladék tisztítása, osztályozása – csomagolás és kereskedelem A másodlagos rostanyag előállítás során két lényeges folyamat megy végbe: – a papírhulladék diszpergálása az egyedi rostok szétválásáig – a nemkívánatos anyagok folyamatos elválasztása A feldolgozás a műveleti sajátságok szerint osztályozva: a) híg anyag osztályozással működő rendszer b) sűrű anyag osztályozással működő rendszer → másodlagos feloldó (Turboszeparátor) → deinking (festéktelenítés) Tisztítás, osztályozás
23. ábra A vegyeshulladék előkészítése alacsony sűrűségű osztályozási rendszerrel a fluting előállításához (hullámlemez hullámos középrétege)
- 21 -
a szennyeződések lehetnek: – a rostok egyéb szennyezettsége (csomók, szilánkok) – idegen szennyeződések (szemcse, drót) – a rendszerben felgyülemlő szennyeződések (nyálka, gomba, alga, vízkő, stb.) méret alapján működő Centrisorter 400 kpa-ig terjedő bemenő nyomás, 2,5%-ig terjedő pépsűrűség, pulzálás, bevezetés érintőleges. sűrűség alapján működő centrifugális erő alapján választ szét, jó anyag felül, rossz anyag alul Szennyvíztisztítási eljárások (24, 25, 26, 27, 28. ábra) – elsődleges (mechanikai) – másodlagos (biológiai) – harmadlagos (fizikai, kémiai) A cellulóz- és papíripari szennyvizek szokásos kezelési módszerei és hatékonyságuk. A cellulóz és papíripari szennyvizek tisztításának első lépcsője az elfolyó rostok kiszűrése, ahol a víz a dob zárt oldalán lép be és a szita belsejéből távozik. Ugyanerre használható az ívszita is. Az így visszanyert rostot és ásványi anyagokat tovább víztelenítik szalagpréssel, vagy csigával és a keletkezett papíriszapot depóniára helyezik, vagy elégetik, esetleg hasznosítják pl. téglagyártás, cserépkészítés, stb. A rostok visszanyerésére alkalmas az ülepítés is, mely folyamatnál a vizes szuszpenzióból az 1 µm-nél nagyobb részecskék ülepíthetők. A legegyszerűbb ilyen berendezés a derítőtölcsér. Ez a legrégebben használt eszköz, a tisztítandó vizet a tölcsér közepén vezetik be, a tisztított víz a felső peremen távozik, a térfogatuk 100–300 m3, a hatásfokuk 80–90%, az átfutásiidő 2,5–4 óra. A szerves anyagok további lebontására a biológiai tisztítást alkalmazzák, ahol a vizek tisztítását a bennük lévő mikroorganizmusok végzik el. A szennyvizek lebegő, kolloid és oldott szerves anyagát lebontják és saját életműködésükhöz használják fel. Ez a folyamat az ún. fermentáció.
- 22 -
24. ábra
- 23 -
25. ábra
26. ábra
- 24 -
27. ábra
28. ábra A biológiai szennyvíztisztítás lehet aerob és anaerob. Az aerob szennyvíztisztításkor az ún. levegőztető medencében a szennyvizet oxigén bevezetésével kezelik vegyszerek és mikroorganizmusok jelenlétében. A medence nagysága a szennyvíz mennyiségétől függ. A levegőztetés során a baktériumok elszaporodnak, az élő baktériumtömeget kiülepítik, egy részét visszavezetik, a fölösleget leválasztják. - 25 -
A zavartalan tisztítási folyamathoz szükséges, hogy a lebegőanyagtartalom 100 mg/l alatt legyen, ne tartalmazzon nehézfémeket (Zn, Hg, Cd, Ni, Cu), a pH 6,5–8,5 közötti. A baktériumok szaporodásához szükségesek ásványi tápanyagok, (nitrogén és foszforvegyületek), ha ez nincs, pótolni kell. A nitrogént NH4+, a foszfort PO43+ alakban kell adagolni. 100 kg KOI (kémiai oxigénigény) eltávolításához 2 kg nitrogén és 0,5 kg foszfor szükséges. Az aerob rendszerekben a tartózkodási idő 1–6 óra. A tisztítási hatásfok BOI-re (biológiai oxigénigény) kb. 90%, KOI-re kb. 90%, lebegőanyagra 98%. Az anaerob fermentációt nehezebb kézbentartani, 30 °C állandó hőmérséklet, semleges pH, a képződött metánt a fermentor fűtésére használják fel, a tartózkodási idő 1–6 nap is lehet. Harmadlagos tisztításkor alkalmazható még az adszorpció vagy esetleg szűrés valamilyen szűrőanyagon. Az adszorpció molekuláknak szilárd anyagon, az adszorbens felületén való felhalmozódása. Fizikai folyamat, amelyet a Van der Waals erők és kismértékben kémiai erők hoznak létre. Adszorbensnek leginkább az aktív szenet használják, melyet úgy nyernek, hogy levegő kizárásával izzítják. A fajlagos felület 600–1500 m2/g. A folyadék felülről lefelé áramlik. A szennyvizek tartózkodási ideje 20–60 perc. A szűrőket 1–2 naponta öblíteni kell. Az öblítővíz mennyisége a tisztított víz kb. 5%-a. Reaktiválás akkor szükséges, ha a hatásfok 30% alá csökken. Ez 6–12 hónaponként következik be. Az aktívszén szűrőt a technológiai folyamatnak azon részébe lehet beilleszteni, ahol már nincs lebegő anyag, tehát a harmadik lépcsőbe.
Papírfeldolgozás
29. ábra Hullámtermékek – olyan papírból előállított csomagolóeszköz, melynek alkotói közül legalább az egyik hullámosítással készül.
- 26 -
hullámréteg hullámpapír 5 rétegű hullámlemez
A B C D E
hullám hullám hullám hullám hullám
Osztás (mm) 8,7 6,1 7,4 12,1 3,2
Magasság (mm) 4,8 2,5 3,7 6,0 1,1
Minősítés durva finom közép közép mikro
A hullámosítás művelete Préselés és hőhatás következtében veszi fel a profilt. A tartóvillák a préselőhengerig vezetik a papírt. Ragasztás a hullámok tetején, plusz fedőréteg → hullámpapír. Több hullámpapír egybevezetése → lemez Mázolás A mázolással a nyomópapír külső megjelenése (optikai, esztétikai tulajdonságok), a nyomatvisszaadás minősége és a nyomdagépen való felhasználhatóság javul. Mázanyag: – fehér pigment (CaCO3, vagy kaolin, 2 µm alatti) – kötőanyag – segédanyagok – víz Légkéses mázoló Vonókéses mázoló Fontosabb mázolási eljárások Egyéb bevonási lehetőségek
- 27 -
