JP2928115B2 - 製紙工場における水および固形分の回収 - Google Patents

製紙工場における水および固形分の回収

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、抄紙機または板紙形成
機のワイヤメッシュベルトを通過する水および微細固形
物質を回収する改良方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】シート状セルロース性製品（例えば、紙
および板紙）は、一般に、水中に微細に分割された希釈
懸濁液が、駆動ワイヤメッシュベルトの表面にわたっ
て、均等に塗布されるタイプの機械上で製造される。そ
の駆動ワイヤメッシュベルトは、一般に、当該分野では
「ワイヤ」と呼ばれる。水は、重力および吸引によりワ
イヤから吸い出され、固形物質の薄いフェルト様マット
をワイヤ上に残す。この方法で形成されたシート状物質
のウェブが、部分的に脱水される際に、ウェブはワイヤ
からそれを支持する駆動フェルトバンドに移動し、その
間さらに脱水が行われる。
【０００３】紙および板紙製品の形成に用いられる固形
物質は、一般に、主に繊維からなり、その繊維は、極め
て通常には、セルロースであるが、ある割合で合成繊維
も含有し得る。繊維物質は、例えば、木材に一連の機械
的および／または化学的プロセスを施すことによって調
製され得る。これらのプロセスは、繊維を別のものから
実質的に１つに分離し、そしてそれらを約１０μｍ〜数
ミリメートルの範囲の長さを有するシート形成プロセス
に利用し得る。固形物質はまた、しばしば、填料(fille
r)として微粒子状のミネラル物質を含有し、その粒子
は、１μｍから約５０μｍの画分からの大きさの範囲で
ある。
【０００４】均質な組成物および均一の厚さを有するシ
ート材料を製造するために、抄紙機のワイヤに、約０.
５重量％〜１.０重量％の固形物質を含有する非常に希
薄な水性懸濁液の形で固形物質を適用することが一般に
必要である。これは、非常に多量の水が紙および板紙の
製造のために必要であることを意味する；実際に必要と
される重量は、用いる固形物質の重量の約２００倍であ
る。従って、大抵の場合において、環境的および経済的
理由のために、ワイヤを通過し、または後の工程でシー
ト材料のウェブから除去される出来る限り多くの水が、
さらなる使用のために回収されることが必要である。
【０００５】ワイヤを通過する水は、一般に、それと共
に実質的な量の繊維物質または微粒子物質を運び、そし
てその微粒子物質は、非常に微細なために、ワイヤ上に
形成されたシート状物質のマットにより保持され得な
い。この固形物質は、一般に「微粒子(fines)」と呼ば
れ、そして天然の有機物または無機物であり得る。この
用語の好適な定義は、TAPPI標準第T261 cm-90号の「湿
式スクリーニングによる紙の紙料の微粒子画分」におい
て与えられている。この文書は、抄紙紙料(papermaking
stock)またはパルプ試料の微粒子含有物を測定する方
法を記載し、そして微粒子が直径７６μｍの円形の孔を
通過する粒子であることを詳述している。一般に、シー
ト形成機のヘッドボックスに供給される水性懸濁液中の
約５０重量％までの固形物質が、ワイヤを通過し、そし
て再利用のために回収されなければならない。抄紙プロ
セスまたは板紙形成プロセスに供給される約１重量％〜
約５重量％の固形物質が、最終的に廃棄される。この物
質のうち、約５重量％のものは、非常に目が粗いために
取り込まれないので捨てられ、そして残りは微粒子から
なる。
【０００６】ワイヤを通過する水は、一般に、高い濁り
度を与える微細固形分の含有量が高いために、「白水(w
hite water)」と呼ばれる。この白水のほとんど全て
は、プラントを再循環し、抄紙紙料が、「一次循環ルー
プ」と呼ばれるものにおいて調製される。しかし、全て
の白水がこの方法で再循環され得るのではない。なぜな
ら、少量の水が、新しい固形物質と共に導入されるより
も、湿り気のあるウェブ中のシート材料形成機から取り
除かれるからである。過剰の白水は、一次循環ループか
ら回収され、そして懸濁した水から固形物質をできる限
り完全に分離する二次循環ループ中で処理(process)さ
れるので、固形物質は、紙料調製プロセスにおいて再利
用され得るか、または廃棄物として排出され得るかのい
ずれかである。次いで、実質的に懸濁固形分のない水
が、シート材料形成プラント（例えば、プロセスの様々
な部分において、スプレーまたは「シャワー」で、ある
いは水を密封するポンプとして）において再利用され得
るか、あるいは都合のいい自然の水路に排出され得るか
のいずれかである。
【０００７】二次循環ループは、「セーブオール(save-
all)」として一般に知られる装置の様々な部品(piece)
を使用する。これらは一般に、３つの原理、すなわち、
沈降、あるいは濾過または浮遊(flotation)の１つを作
動させる。セーブオールの沈降タイプでは、白水は、大
きなタンクを通して非常にゆっくりと流れるので、固形
物質は、底に沈み、そして実質的にきれいな水が上部に
おいてあふれる。化学凝固剤を白水に添加することが通
常必要であるので、固形物質は、個々の粒子としてより
もむしろ、粒子のクラスターの形で存在する。さらに、
セーブオールの沈降タイプは、それ自身において、まれ
に適切であるが、さらに分離設備と併用して用いること
が必要である。セーブオールの濾過タイプは、フィルタ
ー媒体を介して白水を通過させることにより作動する。
そのフィルター媒体は、都合のよい微細なワイヤメッシ
ュであり得、一般に繊維層でプレコートされて、濾過を
改善させる。さらに、水からの固形粒子の分離を改善さ
せるために、化学凝集剤を添加することが通常必要であ
る。浮遊セーブオールプロセスでは、白水が容器中に導
入され、その中で微細な空気の気泡の上昇流が提供され
る。空気は、浮遊セーブオールに供給される白水中に圧
力下で溶解し、そして白水が浮遊容器に入るように圧力
が大気レベルに減圧される際に、固形粒子は核として作
用し、空気は溶液から出て、そして気泡を生じる。気泡
の付着した固形粒子は、表面に上昇し、そこでそれらは
パドルを回転させることによりすくい取られる。水から
の固形物質の受容可能な分離を達成するために、一連の
２つまたはそれ以上のセーブオールを使用することが通
常必要である。
【０００８】
【発明の要旨】本発明により、シート形成工場の使用済
水(used water)回収システムにおいて、水から微細固形
分を分離するための方法を提供する。ここで、この使用
済水回収システムは、アルカリ土類金属炭酸塩を使用済
水を構成する水性懸濁液中に沈降させ、これによりこの
使用済水中に存在する微粒子物質が、アルカリ土類金属
炭酸塩の沈降物中に取り込まれる、少なくとも１つの工
程を包含する。
【０００９】使用済水中に存在する微粒子物質は、一般
に、主に「微粒子」からなり、言い換えれば、TAPPI標
準第T261 cm-90号による物質は、直径が７６μｍの円形
の孔を介して通過する。
【００１０】使用済水を構成する水性懸濁液は、一般に
約５重量％以下の微粒子物質、好ましくは約１重量％以
下の微粒子物質を含有する；そのような微細粒子の希釈
懸濁液は、その固形成分と液体成分とに分離することは
困難である。
【００１１】アルカリ土類金属炭酸塩と取り込まれる微
細な微粒子物質との沈降物（または分離された填料自
身）を含有する懸濁液は、シート形成工場内のシート形
成プロセスにおいて用いられる填料を補充するためにリ
サイクルされ得る。また、アルカリ土類金属炭酸塩と取
り込まれる微細な微粒子物質との沈降物は、この水性懸
濁液から分離され、そしてこの沈降物は、シート形成プ
ロセスにリサイクルされる。あるいは、またはさらに、
アルカリ土類金属炭酸塩と取り込まれる微細な微粒子物
質との沈降物を含有する懸濁液から分離された水は、シ
ート形成工場において再利用される。
【００１２】本発明の方法において、このアルカリ土類
金属炭酸塩沈降物は、使用済水を構成する懸濁液中に、
アルカリ土類金属イオンの供給源と炭酸イオンの供給源
とを導入することにより、形成され得る。これは、アル
カリ土類金属炭酸塩の所望の沈降物をインサイチュで形
成し、使用済水中に微細粒子を取り込む。添加する第１
の試薬は、好ましくは、局所的な濃度勾配を避けるため
に水性懸濁液じゅうに均一に分配される。水酸化カルシ
ウムの場合のように第１の試薬がわずかに可溶性である
場合、充分な混合が好ましい。さらに好ましくは、第２
の試薬が、沈降物の均一な分配を確実にするために添加
される間、この懸濁液は攪拌される。
【００１３】アルカリ土類金属イオンの供給源を最初に
添加し、次いで炭酸イオンの供給源を添加することが好
ましい。アルカリ土類金属が、カルシウムである場合
に、これには炭酸カルシウムのスカレノヘドラル(scale
nohedral)型の沈降物が好適であり、凝集生成物が、シ
ート形成プロセスにおいて填料として再利用される場合
に、そのスカレノヘドラル型は、最も光散乱特性を与え
ると考えられる。
【００１４】アルカリ土類金属イオンの供給源は、都合
のよいのは、アルカリ土類金属水酸化物（アルカリ土類
金属がカルシウムである場合、石灰の乳液として知られ
る）であるが、それは、代わりとして水溶性アルカリ土
類金属塩（例えば、塩化物または硝酸塩）であり得る。
アルカリ土類金属水酸化物は、水性懸濁液にあらかじめ
調製されて添加され得、またはインサイチュで、例え
ば、アルカリ土類金属酸化物（例えば、アルカリ土類金
属がカルシウムである場合、生石灰である）を懸濁液中
で消和することにより、調製され得る。
【００１５】炭酸イオンの供給源は、都合のよいのは、
二酸化炭素ガスであり、アルカリ土類金属イオンの供給
源を含有する懸濁液中に導入される。二酸化炭素ガス
は、ガスシリンダーに供給されるような実質的に純粋な
ものであり得、あるいは、排煙のようなガスの混合物も
しくは石灰窯または発電所(power plant)から排出され
得るガスとして存在し得る。あるいは、炭酸イオンの供
給源は、アルカリ金属炭酸塩または炭酸アンモニウムで
あり得る。炭酸ナトリウムは、比較的安価なことおよび
入手可能性の点から特に好ましい。
【００１６】アルカリ土類金属酸化物が、使用済水また
はきれいな水の中で消和されるかどうかは、水が周囲温
度であるのがよいが、好ましくは３０℃〜７０℃の範囲
の温度に加熱され、そして水の中のアルカリ土類金属酸
化物の懸濁液は、好ましくは、消和が完了したことを確
実にするために、３０分までの時間で激しく攪拌され
る。
【００１７】アルカリ土類金属がカルシウムであり、そ
して炭酸イオンの供給源が二酸化炭素含有ガスである場
合、スカレノヘドラル型の炭酸カルシウムの生成は、使
用済水と水酸化カルシウムの混合物の温度を２０℃〜６
５℃の範囲で維持することにより好適となる。二酸化炭
素含有ガスは、好ましくは、５容量％〜５０容量％の二
酸化炭素を含有し、残りは、都合のよいのは空気または
窒素である。
【００１８】用いられるアルカリ土類金属イオンの供給
源および炭酸イオンの供給源の量は、好ましくは、アル
カリ土類金属炭酸塩と微細な微粒子物質との重量比が、
１：９９から９０：１０、より好ましくは１０：９０か
ら９０：１０の範囲を与えるのに充分なアルカリ土類金
属炭酸塩を沈降させるような量である。アルカリ土類金
属炭酸塩と取り込まれる微細な微粒子物質との沈降物を
含有する懸濁液が、シート形成プロセスにおいて用いら
れる填料を補充するために比較的希薄な形で直接リサイ
クルされ得る。あるいは、沈降物を含有する懸濁液は、
任意の従来方法により、例えば、沈降により、減圧濾過
または加圧濾過により、あるいは遠心分離により、脱水
され得る。
【００１９】アルカリ土類金属炭酸塩と取り込まれる微
細粒子との沈降物の懸濁液は、微細な微粒子物質単独の
元の懸濁液よりも、非常に容易に脱水されることが見い
出される。なぜなら、沈降物のケーキが、濾過または遠
心分離により形成される場合、そのケーキが、使用済水
の固形成分単独から形成されるケーキよりも、水に非常
に浸透性を有するように粒子が充填されるからである。
さらに、沈降物は、多くの場合、有利な光散乱特性を有
することが見い出され、それは、抄紙プロセスまたは板
紙形成プロセスにおいて、填料としての使用に適するよ
うにしている。沈降物はまた、填料としての使用（例え
ば、カーペット裏打ち組成物）も見い出し得る。
【００２０】アルカリ土類金属炭酸塩が使用済水中で沈
降する工程は、都合のよいのは、第１セーブオールの工
程、またはシート形成プロセスの従来の二次循環ループ
の第２セーブオールの工程のいずれかを置き換え得る。
あるいは、アルカリ土類金属炭酸塩の沈降の工程は、そ
の供給懸濁液として、第２セーブオールの工程により送
達される固形画分を捕らえ得る。
【００２１】本発明の別の局面によれば、少なくともあ
る割合の無機填料が、シート形成工場の使用済水回収シ
ステムから分離されたアルカリ土類金属炭酸塩および微
細固形分を含有する混合沈降物である、シート状セルロ
ース性製品が提供される。
【００２２】
【発明の構成】本発明を添付の図に関して、実施例のみ
として以下に例示する：図１において、参照番号１は、
製紙工場における第１白水循環システムを示す。過剰の
使用済水は、抄紙機のワイヤを通過し、白水として戻さ
れ得、そして過剰の使用済水が保持タンク２内にあふれ
出る。これにより、過剰の使用済水は、ポンプ３および
導管４により、第１セーブオール６（例えば、沈降タイ
プであり得る）に移動する。セーブオールの底部に沈ん
でいる固形粒子は、水性懸濁液において導管８を介して
一次循環システムに戻される。減少した微細固形分含有
量の水は、第１セーブオールの口からあふれ出るが、抄
紙プロセスのシャワーに用いるための懸濁した固形分
は、充分にはなくならない。微細粒子のこの希釈懸濁液
は、ポンプ９により、第１セーブオールのあふれ口から
第２セーブオール１０に移動する。この第２セーブオー
ルは、都合のよいのは、沈降原理としても作動する浄化
器として知られているタイプのものである。実質的にき
れいな水が、第２セーブオールからあふれ出て、そして
導管１１を介して一次循環システムに戻される。必要で
あれば、本管からきれいな水が、導管１２を介して導入
されて、戻される水の量の不足を補う。微細な微粒子物
質が濃厚になったスラッジは、導管１３を介して第２セ
ーブオールの基底部から廃液(effluent)処理プラント１
４に引き戻され、そこでスラッジは、例えば、濾過によ
り脱水されて廃棄固形物質のケーキとなる。そのケーキ
は、１５のところで適切な埋立地に排出され得、そして
充分に良質の水は、導管１６を介して自然の水路に排出
するのに適している。
【００２３】図２は、二次的使用済水循環システムを示
し、第１セーブオールがプラント１７で置き換えられ
る。そこでは、本発明により、アルカリ土類金属炭酸塩
が、使用済水を構成する水性懸濁液中に沈降し、これに
より、使用済水中に存在する微粒子物質は、アルカリ土
類金属炭酸塩の沈降物中に取り込まれる。凝集固形物質
と、プラント１７の生成物である水との混合物が、導管
１８を介して脱水装置１９にまで通過する。この脱水装
置は、都合がよいのは、真空ディスクフィルターであり
得る。凝集固形物質のケーキは、２０のところで引き戻
され、そして製紙工場の紙料中の填料として取り込ませ
るために製紙工場の紙料調製プラントに運ばれ得るか、
またはある他の目的に用いられ得る。実質的にきれいな
水は、ポンプ２１により、導管２２を介して一次循環シ
ステムに戻される。
【００２４】図３は、二次的使用済水循環システムを示
し、第２セーブオールがプラント１７で置き換えられて
いる。そこでは本発明により、アルカリ土類金属炭酸塩
は、使用済水を構成する水性懸濁液中に沈降する。凝集
固形物質と、プラント１７により生成された水との混合
物は、導管１８を介して真空ディスクフィルター１９に
まで通過する。凝集固形物質のケーキが形成され、そし
て製紙工場の紙料中で填料として用いるために、または
ある他の目的のために２０のところで排出される。実質
的にきれいな水は、導管２２を介して一次循環システム
に戻される。
【００２５】図４は、二次的使用済水循環システムを示
し、本発明により、アルカリ土類金属炭酸塩が水性懸濁
液中に沈降するところのプラント１７が用いられ、第２
セーブオール１０により生成される固形スラッジを処理
する。スラッジは、導管１３を介してプラント１７にま
で通過し、一方、実質的にきれいな水は、ポンプ２３に
より、導管１１を介して一次循環システムに移動する。
凝集固形物質と、プラント１７により生成された水との
混合物は、導管１８を介して真空ディスクフィルター１
９にまで通過する。凝集固形物質のケーキが形成され、
そして製紙工場の紙料中で填料として使用するために、
またはある他の目的のために２０のところで排出され
る。実質的にきれいな水は、ポンプ２１により、導管２
２を介して一次循環システムに戻される。
【００２６】
【実施例】本発明はまた、以下の実施例により例示され
る。
【００２７】（実施例１） 製紙工場の二次循環システムに流入する使用済水が、
０.２７重量％の懸濁した固形分を含有することを見い
出した。この懸濁した固形分は、主に有機微粒子である
が、より少ない割合で無機填料粒子も含有した。二次循
環システムの第１セーブオールを、図２に示す方法でプ
ラントで置き換えた。そのプラントでは、使用済水の温
度は、４５℃まで上昇し、そしてそこに使用済水１リッ
トル当たり５６ｇの生石灰を添加した。得られた混合物
を、生石灰の消和が完了するまで激しく攪拌した。次い
で、混合物の温度を４５℃に維持して、存在する水酸化
カルシウムの全てが炭酸カルシウムへ変換するのに充分
な速度で、２５容量％の二酸化炭素を含有するガス（残
りは空気である）を混合物中に通した。凝集結晶性沈降
物を形成し、そしてこの生成物の水性懸濁液の試料（使
用済水と水和した石灰との混合物の炭酸化から得られ
る）を、後述の「濾過率の測定方法」に記載の方法によ
り濾過率を試験し、そして６.１ユニットの結果が得ら
れることが見い出された。比較により、二次循環システ
ムに流入する使用済水の濾過率は、０.０１７６ユニッ
トであることが見い出された。従って、本発明による方
法は、ほぼ３５０倍、使用済水の濾過率が高くなること
が見い出された。
【００２８】凝集沈降物の懸濁液を真空ディスクフィル
ターにより脱水し、そしてこの方法で分離した水は濁り
度の検出が不可能なほどに水晶のように澄んでいること
が見い出された。さらに、凝集結晶性物質のケーキを乾
燥し、そして走査型電子顕微鏡で検査した。それは、使
用済水中に本来存在する粒子および繊維と一緒に微細な
スカレノヘドラル型の沈降炭酸カルシウムからなること
が見い出された。
【００２９】（実施例２） 製紙工場の二次循環システムに流入する使用済水は、
０.３重量％の微細固形物質（その８０重量％は有機微
粒子からなり、残りは炭酸カルシウム填料粒子である）
を含有することが見い出された。二次循環システムの第
１セーブオールを、図２に示す方法により、プラントで
置き換えた。そのプラントにおいて、使用済水１リット
ル当たり１３４ｍｌの水和石灰（水酸化カルシウム）の
水性懸濁液を周囲温度で使用済水に添加した。５０℃で
水１リットル中に１１２ｇの生石灰を２５分間激しく攪
拌しながら消和することにより、水和石灰の懸濁液を調
製した。生石灰が完全に消和されたとすれば、この方法
で調製した懸濁液は、１リットル当たり１４８ｇの水酸
化カルシウムを含有した。従って、使用済水１リットル
当たりの添加した水酸化カルシウムの重量は、１９.８
ｇであった。次いで、混合物の温度を４５℃に維持し
て、存在する水酸化カルシウムの全てが炭酸カルシウム
へ変換するのに充分な速度で、２５容量％の二酸化炭素
を含有するガス（残りは空気である）を混合物中に通し
た。凝集結晶性沈降物を形成し、そしてこの生成物の水
性懸濁液の試料（使用済水と水和した石灰との混合物の
炭酸化から得られる）を、後述の「濾過率の測定方法」
に記載の方法により濾過率を試験し、そして２.４３ユ
ニットの結果が得られることが見い出された。比較によ
り、二次循環システムに流入する使用済水の濾過率は、
０.００４８ユニットであることが見い出された。従っ
て、本発明による方法は、５００倍を上回って、使用済
水の濾過率が高くなることが見い出された。
【００３０】凝集沈降物の懸濁液を真空ディスクフィル
ターにより脱水し、そしてこの方法で分離した水は、濁
り度の検出が不可能なほどに水晶のように澄んでいるこ
とが見い出された。さらに、凝集結晶性物質のケーキを
乾燥し、そして走査型電子顕微鏡で検査した。それは、
使用済水中に本来存在する粒子および繊維と一緒に微細
なスカレノヘドラル型の沈降炭酸カルシウムからなるこ
とが見い出された。この凝集物質は、填料として抄紙紙
料への取り込みに非常に適していることが見い出され
た。
【００３１】（実施例３）上質紙を製造している英国ケ
ントの製紙工場の廃液処理プラント（図１における１
４）からの使用済水の試料は、２.３重量％の微細固形
物質を含有しており、そしてこの微細固形物質は、２９
重量％の無機微粒子および７１重量％の有機微粒子から
成っていた。ワットマン４０号濾紙上でこの廃水を濾過
し、オーブン中で得られるケーキを乾燥し、この乾燥ケ
ーキを少なくとも１５時間、２３℃および５０％相対湿
度の状態に置き、そしてＩ.Ｓ.Ｏ標準第２４７０号に規
定された方法により波長４５７nmの光に対するこのケー
キの反射率を測定することにより、廃水中の固形物質の
白色度を決定した。廃水と、生成した濾過ケーキ中の固
形分の画分重量との濾過率を、後述の「濾過率の測定方
法」に記載の方法により決定した。
【００３２】次いで、廃水１リットル当たり１７.０ｇ
の水酸化カルシウムを与えるように、１リットル当たり
１４８ｇの水酸化カルシウムを含有する懸濁液を充分量
周囲温度で廃水に加えた。これは、二酸化炭素含有ガス
により炭酸化した後、廃水１リットル当たりの炭酸カル
シウムの重量（この重量は、微細固形物質１リットル当
たりの重量に等しい）を与えるように計算した水酸化カ
ルシウムの量であった。水酸化カルシウムの懸濁液を実
施例２に記載のように調製した。次いで、廃水および水
酸化カルシウムの混合物中に、混合物の温度を５０℃に
維持しながら、水酸化カルシウム１モル当たり毎分０.
０４８モルの二酸化炭素を供給するのに十分な速度で、
２０％容量の二酸化炭素を含有するガス（残りは空気で
ある）を通した。この混合物のｐＨが７.０に低下する
まで（２１分の時間に相当する）、この混合物中にこの
ガスを通した。凝集結晶性沈降物を形成し、そしてこの
生成物の水性懸濁液の試料（これは使用済水と水酸化カ
ルシウムとの混合物の炭酸化により得られた）を、上記
の方法により、固形物質の白色度、濾過率、および濾過
ケーキ中の固形分の画分重量について試験した。その結
果を以下の表１に示す。
【００３３】
【表１】
【００３４】濾過により凝集沈降物から分離した水は、
濁り度の検出が不可能なほどに水晶のように澄んでいる
ことが見い出された。
【００３５】上記のように得られた凝集結晶性沈降物を
填料として含んだ紙のハンドシートを以下の方法で調製
した。４００ｇの漂白亜硫酸トウヒ材（spruce）パルプ
を濾過水１０リットル中に４時間浸漬し、次いでこの混
合物をタービンミキサー中で、インペラ（impeller）を
１５００rpmの速度で回転させて、１０分間破砕した。
ミキサーの内容物をさらに１０リットルの水で洗い出
し、そして実験室用ビーター（beater）に移した。この
ビーターにさらに２リットルの水を加え、そしてこの混
合物を１６.５分間こう解（beat）した。この段階で、
この紙料は約１.８重量％の乾燥パルプを含有してい
た。カナダ標準型ろ水度（Canadian StandardFreenes
s）３００に相当する紙料の白色度と強度特性との間の
最適な中間点を与えるように、こう解時間（beating ti
me）を選択した。次いで、８００mlの紙料は、水で２リ
ットルにされ、そして実験室用破砕機(disintegrator)
(インペラを15,000回転で作動させた)中で破砕された。
紙料の容量を濾過水で４リットルにし、そして適切なワ
イヤスクリーン上に排出させることにより、少量の試料
から紙シートを形成し、乾燥させ、このようにして形成
したシートの重量を計ることによって、パルプ濃度（co
nsistency）をチェックした。必要であれば、水を加え
て、パルプ濃度を乾燥パルプ０.３重量％に下げた。
【００３６】次いで、抄紙紙料（paper making stock）
中２０重量％の総乾燥固形物質を与えるように、このよ
うにして形成された抄紙紙料に凝集結晶性沈降物の水性
懸濁液を充分量加え、そして手で攪拌した。
【００３７】TAPPI標準第T205 om-88号の「パルプの物
理試験のためのハンドシートの形成法」に規定された手
順に従って、填料含有抄紙紙料からハンドシートを調製
した。各ハンドシートに対して、４００mlの紙料をシー
ト形成機内に注ぎ、そして余分な水を除去した。
【００３８】紙料の３つの部分の各々から形成された紙
の白色度、すなわち紫外線に対する反射率のパーセンテ
ージを、第８フィルター（457 nm波長）の付いたDATACO
LOR2000白色度メーターによって測定した。
【００３９】紙の各試料の不透過度を、第１０フィルタ
ー（ブロードなスペクトルの波長を含むグリーンフィル
ター）を備えたDATACOLOR 2000白色度メーターによって
測定した。ブラックキャビティ上の紙を１０枚重ねたシ
ートに対して、反射した入射光のパーセンテージを測定
した（Ｒoo）。次いで、１０枚のシートを、ブラックキ
ャビティ上の重ねシートの最上部からの１枚のシートで
置き換え、そしてその反射率のパーセンテージをさらに
測定した（Ｒ）。不透過度のパーセンテージを以下の式
から計算した： 不透過度のパーセンテージ ＝ １００・Ｒ／Ｒoo 。
【００４０】手順は、重ねシートの最上部の異なったシ
ートをそのたびごとに変えて合計１０回行い、そして不
透過度のパーセンテージの平均値を計算した。
【００４１】各バッチからのハンドシートもまた、TAPP
I標準第T403 om-85号に規定された試験によって、破裂
強度（bursting strength）について試験した。圧力を
直径３０.５mmの紙の円形領域に対して、ゴム製ダイヤ
フラムを通して制御した一定の速度で増加させる場合、
この破裂強度は、物質の破裂を生じるのに必要とされる
静水圧のキロパスカルとして定義される。試験を受ける
物質の領域は、当初平坦であり、そしてその円周部分で
硬さを保持したが、試験中は自由に膨張する。各シート
の試料もまた、乾燥重量を計った。その乾燥試料の重量
を、１平方メートル当たりのグラムで、紙の単位領域当
たりの重量を決定するのに用いた。破裂強度を紙の単位
領域当たりの重量で割ったものが破裂比（burst rati
o）である。
【００４２】比較として、中間重量粒子の直径が３.０
μmであるような粒子サイズ分布を有する沈降炭酸カル
シウム填料を抄紙組成物中の填料として２０重量％用い
ること以外は、上記の実験を繰り返した。
【００４３】さらなる比較として、填料を含まない抄紙
紙料からハンドシートを調製し、これに上記と同じ試験
を行った。
【００４４】その結果を以下の表２に示す。填料を含有
する紙料から調製したハンドシートに対して、填料を含
まないシートに対して得られた値のパーセンテージとし
て、破裂比を表した。
【００４５】
【表２】
【００４６】凝集結晶性物質が填料として用いられる場
合に得られた白色度および不透過度の値は、特許品填料
で得られたものほど良くないが、それでもそれらは填料
を含まないシートによって示されるものより改善される
ことをこれらの結果は示す。さらに、凝集結晶性物質
は、特許品填料に比べて、紙の強度の非常にわずかな低
下を引き起こす。
【００４７】（実施例４）以下の廃水試料を異なる製紙
工場から採取した： 試料Ａ：上質紙を製造するスコットランドの製紙工場の
第１セーブオール（図１の６）の流出液から採取した。
この廃水は、０.３７重量％の微細固形物質を含有し、
この微細固形物質は、６６重量％の無機微粒子および３
４重量％の有機微粒子からなっていた。
【００４８】試料Ｂ：スコットランドの別の製紙工場の
コーティングプラントのコーター廃液だまりの排出液か
ら採取した。この廃水は、２.９重量％の微細固形物質
を含有し、この微細固形物質は、８６重量％の無機微粒
子および１４重量％の有機微粒子からなっていた。微細
固形物質は、凝集していない状態にあった。
【００４９】試料Ｃ：新聞紙を製造するスウェーデンの
製紙工場の廃液処理プラント（図１の１４）への供給物
から採取した。この廃水は、０.４８重量％の微細固形
物質を含有し、この微細固形物質は、１７重量％の無機
微粒子および８３重量％の有機微粒子からなっていた。
【００５０】試料Ｄ：新聞紙を製造するスウェーデンの
別の製造工場の廃液処理プラント（図１の１４）への供
給物から採取した。この廃水は、０.７８重量％の微細
固形物質を含有し、この微細固形物質は、４１重量％の
無機微粒子および５９重量％の有機微粒子からなってい
た。
【００５１】廃水の各試料に、１リットル当たり１４８
ｇの水酸化カルシウムを含む十分量の懸濁液を周囲温度
で加え、これを二酸化炭素含有ガスで炭酸化した後、試
料中の微細固形物質の重量に等しい重量の炭酸カルシウ
ムを与えた。例えば、０.３７重量％の微細固形物質を
含有する試料Ａの場合には、試料１リットル当たり２.
７ｇの水酸化カルシウムを与えるように、水酸化カルシ
ウム懸濁液を十分量加えた。次いで、廃水および水酸化
カルシウムの混合物中に、混合物の温度を５０℃に維持
しながら、試料Ａの場合には、水酸化カルシウム１モル
当たり毎分０.１１モルの二酸化炭素を供給するのに充
分な速度で、そして、試料Ｂ〜Ｄの場合には、水酸化カ
ルシウム１モル当たり毎分０.０４８モルの二酸化炭素
を供給するのに充分な速度で、２０容量％の二酸化炭素
を含有するガス（残りは空気）を通した。混合物のｐＨ
が７.０に低下するまで（試料Ａの場合は９分の時間に
相当し、そして試料Ｂ〜Ｄの場合は約20分の時間に相当
する）ガスを通した。凝集結晶性沈降物を形成し、そし
てこの生成物の水性懸濁液の試料（これは、使用済水と
水酸化カルシウムとの混合物の炭酸化により得られ
た）、および水酸化カルシウムを添加する前の廃水試料
を、上記の実施例３に記載の方法により、固形物質の白
色度、濾過率および濾過ケーキ中の固形分の画分重量に
ついて試験した。水酸化カルシウムおよび二酸化炭素含
有ガスで処理する前と後の各廃水試料の濁り度もまた測
定した。その結果を以下の表３に示す：
【００５２】
【表３】
【００５３】各試料において、本発明による処理によ
り、懸濁液中の固形物質の白色度、懸濁液の濾過率およ
び濁り度が実質的に改善された。濾過ケーキ中の固形分
の画分重量は殆ど変化しなかった。実際は、試料Ｃの場
合には、処理後の固形分の画分重量は少し減少した。
【００５４】本発明に従って、水酸化カルシウムおよび
二酸化炭素含有ガスで試料Ａ〜Ｄのそれぞれを処理して
得られた凝集結晶性沈降物２０重量％を填料として用い
て、上記の実施例３に記載の手順によりハンドシートを
調製した。上記のように、このハンドシートを白色度、
不透過度および破裂比について試験した。
【００５５】比較としてまた、粉砕した天然のチョーク
填料（その45重量％が、２μｍより小さい均等な球径を
有する粒子からなるような粒子サイズ分布を有する）２
０重量％を填料として用いて、ハンドシートを調製し
た。このハンドシートを上記と同様に試験した。
【００５６】さらなる比較として、填料を含有しない抄
紙紙料からハンドシートを調製し、そして上記と同様に
試験した。
【００５７】結果を以下の表４に示す：
【００５８】
【表４】
【００５９】各試料において、本発明により調製した凝
集結晶性沈降物は、填料として粉砕した天然チョークを
用いて調製したハンドシートよりも優れた不透過度を有
するハンドシートを与えた。試料ＡおよびＢから調製し
た結晶性沈降物は、填料としてチョークを用いて調製し
たハンドシートよりも優れた白色度を有するシートを与
えたが、試料ＣおよびＤからの結晶性沈降物を用いて調
製したシートは劣っていた。しかしながら、これは予想
していたことであり、なぜなら、試料ＣおよびＤは、上
質紙ではなく新聞紙を製造している工場の廃水から誘導
されたからである。全ての試料において、結晶性沈降物
の場合は、天然のチョーク填料の場合よりもシートの強
度の低下をほとんど引き起こさなかった。
【００６０】（実施例５）実施例４に記載されるよう
に、使用済水の試料ＣおよびＤと水酸化カルシウムとの
混合物を二酸化炭素ガスで炭酸化することにより形成さ
れた凝集結晶性沈降物を填料として、実験室用ハンドシ
ート（以下の方法で、典型的な中性の機械的パルプ組成
物から形成される）に組み込んだ。
【００６１】４００ｇの熱化学的機械的軟質材パルプを
１０リットルの濾過水に４時間浸漬し、次いでこの混合
物をタービンミキサー中で、インペラを１５００rpmの
速度で回転させて１０分間破砕した。この段階で、この
紙料は約３.８重量％の乾燥パルプを含有し、紙料のｐ
Ｈは約７.０であった。次いで、この紙料３５０mlを濾
過水により２リットルにし、そして英国標準型実験室用
破砕機中で、インペラを15,000回転で作動させて破砕し
た。紙料の容量を濾過水により４リットルにし、そして
適切なワイヤスクリーン上に排出させることにより、少
量の試料から紙シートを形成し、乾燥させ、そしてこの
ようにして形成されたシートの重量を計ることによっ
て、パルプ濃度をチェックした。必要であれば、水を加
えて、パルプ濃度を乾燥パルプ０.３重量％に下げた。
この段階における紙料のカナダ標準型ろ水度は、１６０
〜１８０の範囲であった。
【００６２】次いで、製紙紙料中の２重量％または４重
量％のいずれかの総乾燥固形物質を与えるように、この
ようにして形成された抄紙紙料に凝集結晶性沈降物の水
性懸濁液を十分量加え、そして手で攪拌した。
【００６３】TAPPI標準第T205 om-88号に規定される手
順に従って、填料含有の抄紙試料からハンドシートを調
製した。各ハンドシートにおいて、４００mlの紙料をシ
ート形成機内へ注ぎ、そして余分な水を除去した。
【００６４】次いで、シートを、２３℃および相対湿度
５０％の状態に１６時間置き、そして実験室用スーパー
カレンダー(supercalender)において、２５m／分の速度
および５kN(１５.４kg/直線cm)の力で、室温で３回通過
させてスーパーカレンダー加工した。
【００６５】次いで、実施例３に記載の手順によって、
白色度、不透過度および破裂強度についてハンドシート
を試験した。
【００６６】比較として、中性の機械的パルプ組成物中
に、２重量％の焼成カオリンクレー（その９１重量％
が、２μｍより小さい均等な球径を有する粒子からなる
粒子サイズ分布を有する）を填料として用いたこと以外
は、上記の実験を繰り返した。機械的パルプは一般に酸
性であり、そしてこの焼成カオリンは、このような組成
物中の使用に適する高コスト、高性能の填料を代表す
る。
【００６７】さらなる比較として、中性の機械的パルプ
組成物中に、２重量％の沈降炭酸カルシウム（重量中央
値を有する粒子の径が３.０μｍであるような粒子サイ
ズ分布を有する）を填料として用いたこと以外は、上記
の実験を繰り返した。この填料は、この系のｐＨが中性
またはアルカリ性である場合に、機械的パルプ組成物中
に用いられ得る高性能填料の一例である。
【００６８】さらなる比較として、填料を含まない抄紙
紙料からハンドシートを調製し、そして実施例３に記載
されるのと同様の試験を行った。
【００６９】結果を以下の表５に示す。填料を含む紙料
から調製されたハンドシートの破裂比を、填料を含まな
いハンドシートに対して得られる値のパーセンテージと
して示した。
【００７０】
【表５】
【００７１】これらの結果より、本発明の凝集結晶性物
質を填料として用いた紙の白色度は、一般に、従来の填
料より得られる白色度よりも低いが、得られた紙の不透
過度および強度は、従来の填料を含む紙と比較すると、
両方とも向上していることが示される。
【００７２】なお、上記の実施例において用いられた
「濾過率の測定方法」を以下に説明する。
【００７３】（濾過率の測定方法）濾液フラスコの枝管
を実験室の真空源に接続して、生成した混合ミネラルの
懸濁液の少量の試料を、標準的な濾紙片を備えたブフナ
ー漏斗内に注いだ。濾液フラスコ内部にあるメスシリン
ダー内に濾液を集め、集めた濾液の体積および濾過を開
始してから経過した時間を間隔をあけて記録した。経過
時間に対して体積の２乗をグラフにプロットすると、中
央に直線部分が広がる曲線が得られた。各試料において
この直線部分の傾きを記録した。
【００７４】集めた濾液の体積の２乗と経過時間との関
係は、以下のカルメン-コズニーの式(Carmen-Kozeny eq
uation)により与えられる：
【００７５】
【数１】
【００７６】ここで：Ｑは、集めた濾液の体積である；
Ｔは、経過濾過時間である；Ａは、濾紙の面積である；
Ｐは、濾紙における差圧である；Ｅは、濾過ケーキ中の
空隙率（voidage）である；ｖは、懸濁媒体の粘度であ
る；Ｓは、微粒子相の比表面積である；そしてｄは、微
粒子相の比重である。
【００７７】各懸濁液に対してプロットしたグラフの直
線部分の傾きＱ2／Ｔにより、各試料における濾過速度
が測定される。Ａ、Ｐ、ｖ、Ｓおよびｄは、この実験条
件下では一定であると考えられ得るので、標準化した濾
過速度Ｆは、次式により与えられることが見い出され得
る：
【００７８】
【数２】
【００７９】であり、ここで、Ｗcは、ケーキ中の水の
画分重量である；Ｓcは、ケーキ中の固形分の画分重量
である；Ｗsは、懸濁液中の水の画分重量である；そし
てＳsは、懸濁液中の固形分の画分重量である。
【００８０】シート形成工場の使用済水回収システムに
おいて、水から微細固形分を分離するの方法が開示され
ており、この使用済水回収システムは、アルカリ土類金
属炭酸塩を使用済水を構成する水性懸濁液中に沈降さ
せ、これにより使用済水中に存在する微粒子物質が、ア
ルカリ土類金属炭酸塩の沈降物中に取り込まれる、少な
くとも１つの工程を包含する。本発明により、抄紙機ま
たは板紙形成機のワイヤメッシュベルトを通過する水お
よび微細固形物質を回収し、そして必要に応じて、それ
らの回収物質を再循環させることが可能である。
【００８１】
【発明の効果】本発明により、抄紙機または板紙形成機
のワイヤメッシュベルトを通過する水および微細固形物
質を回収し、そして必要に応じて、それらの回収物質を
再循環させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】製紙工場における従来の二次的使用済水循環シ
ステムの流れ図である。
【図２】本発明の方法を実施し得る第１の態様を示す流
れ図である。
【図３】本発明の方法を実施し得る第２の態様を示す流
れ図である。
【図４】本発明の方法を実施し得る第３の態様を示す流
れ図である。
【符号の説明】
１ 第１白水循環システム ２ 保持タンク ３ ポンプ ４ 導管 ６ 第１セーブオール ８ 導管 ９ ポンプ １０ 第２セーブオール １１ 導管 １２ 導管 １３ 導管 １４ 廃液処理プラント １６ 導管 １７ プラント １８ 導管 １９ 脱水装置または真空ディスクフィルター ２１ ポンプ ２２ 導管
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−119189（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−183120（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−4350（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−162098（ＪＰ，Ａ) 特公 昭54−35421（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭62−60150（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭52−3509（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭48−37041（ＪＰ，Ｂ１) 特表 平１−503717（ＪＰ，Ａ) 米国特許2599092（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) D21F 1/66 - 1/82 D21H 17/63 - 17/70 D21H 19/36 - 19/42 D21C 11/00 - 11/14

Claims (20)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 製紙のシート形成工程において生成する
    排液白水流中の微粒子を回収および使用する方法であっ
    て、 該微粒子が、製紙のシート形成工程または製紙のコーテ
    ィング工程を通過したが該工程で保持されなかった不溶
    性の粒子を含み、該粒子がTAPPI標準第T261 cm-90号に
    よる直径76マイクロメーターの円形の孔を通過し得る微
    細な無機粒子および微粒子物質の混合物である方法であ
    り、 該排液の白水中にアルカリ土類金属炭酸塩を沈降させ、
    そのことにより該粒子が沈降物に取り込まれて混合凝集
    物質を形成する少なくとも１つの工程、および該物質を
    回収し、該物質を填料として使用する工程において使用
    するために該物質を供給する工程、を包含する、方法。
  2. 【請求項２】 前記排液の白水が、約５重量％を越えな
    い粒子物質を含有する、請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記排液の白水が、１−５重量％の粒子
    物質を含有する、請求項１に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記排液の白水が、約１重量％を越えな
    い粒子物質を含有する、請求項１に記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記アルカリ土類金属炭酸塩の沈降物
    が、前記排液の白水中に、アルカリ土類金属イオンの供
    給源および炭酸イオンの供給源を導入することにより形
    成される、請求項１から４のいずれかに記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記アルカリ土類金属がカルシウムであ
    る、請求項５に記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記アルカリ土類金属イオンの供給源
    が、最初に前記排液の白水に添加され、次いで前記炭酸
    イオンの供給源が添加される、請求項５または６に記載
    の方法。
  8. 【請求項８】 前記アルカリ土類金属イオンの供給源
    が、アルカリ土類金属水酸化物または水溶性アルカリ土
    類金属塩である、請求項５、６または７に記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記アルカリ土類金属イオンの供給源
    が、前記排液の白水にあらかじめ調製して添加されるア
    ルカリ土類金属水酸化物である、請求項８に記載の方
    法。
  10. 【請求項１０】 前記アルカリ土類金属イオンの供給源
    が、前記排液中のアルカリ土類金属酸化物を消和するこ
    とにより調製されるアルカリ土類金属水酸化物である、
    請求項８に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記炭酸イオンの供給源が、前記アル
    カリ土類金属イオンの供給源を含有する前記排液の白水
    中に導入される二酸化炭素ガスである、請求項５から１
    ０のいずれかに記載の方法。
  12. 【請求項１２】 前記炭酸イオンの供給源が、アルカリ
    金属炭酸塩または炭酸アンモニウムである、請求項５か
    ら１０のいずれかに記載の方法。
  13. 【請求項１３】 前記アルカリ土類金属イオンの供給源
    が、アルカリ土類金属水酸化物であり、そして前記炭酸
    イオンの供給源が、二酸化炭素含有ガスであり、ここ
    で、スカレノヘドラル型の炭酸カルシウムの生成が、排
    液の白水と水酸化カルシウムとの混合物の温度を２０℃
    から６５℃の範囲で維持することにより好適に行われ
    る、請求項１１に記載の方法。
  14. 【請求項１４】 前記二酸化炭素含有ガスが、５容量％
    から５０容量％の二酸化炭素を含有する、請求項１１ま
    たは１３に記載の方法。
  15. 【請求項１５】 前記アルカリ土類金属イオンの供給源
    および前記炭酸イオンの供給源の量が、アルカリ土類金
    属炭酸塩と微細固形分との重量比が、１:９９から９
    ０：１０の範囲を与えるのに充分なアルカリ土類金属炭
    酸塩を沈降させるような量である、請求項５から１４の
    いずれかに記載の方法。
  16. 【請求項１６】 前記アルカリ土類金属炭酸塩と取り込
    まれた微細固形分との混合凝集物質を含有する排液の白
    水が、シート形成工程において用いられている填料を補
    充するためにリサイクルされる、請求項１から１５のい
    ずれかに記載の方法。
  17. 【請求項１７】 前記アルカリ土類金属炭酸塩と取り込
    まれた微細固形分との混合凝集物質が、前記排液の白水
    から分離され、そして該混合凝集物質が、シート形成工
    程にリサイクルされる、請求項１から１６のいずれかに
    記載の方法。
  18. 【請求項１８】 前記アルカリ土類金属炭酸塩と取り込
    まれた微細固形分との混合凝集物質を含有する前記排液
    の白水から分離された水が、シート形成工場の中で再利
    用される、請求項１から１７のいずれかに記載の方法。
  19. 【請求項１９】 少なくともある割合の無機填料が、請
    求項１に記載の方法によって得られるアルカリ土類金属
    炭酸塩、およびTAPPI標準第T261cm-90号による直径76マ
    イクロメーターの円形の孔を通過し得る微細な微粒子物
    質を含有する混合凝集物質で補充され、それによって不
    透過度および強度が改善される、シート状セルロース性
    製品。
  20. 【請求項２０】 シート形成工場の使用済水回収システ
    ムにおける、水に含まれる微細固形分を回収および使用
    する方法であって、 該使用済水回収システムが、該使用済水を構成する水性
    懸濁液中にアルカリ土類金属炭酸塩を沈降させる少なく
    とも１つの工程を包含し、それにより該使用済水中に存
    在する粒子物質が、該アルカリ土類金属炭酸塩の沈降物
    中に取り込まれて混合凝集物質が形成され、そして、該
    混合凝集物質がシート形成工程において使用される填料
    を補充するためにリサイクルされる、方法。
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