KR100189404B1 - 종이공장에서의 물 및 고체의 회수 - Google Patents

Abstract

(종이공장에서의 물과 고체 회수)

본 발명은 종이 형성 공장의 사용된 물 회수시스템에서 물로 부터 미세한 고체를 분리하는 방법을 제공하는데, 이 방법에서 사용된 물 회수시스템은 알칼리 토류금속 카르보네이트가 사용된 물을 구성하는 수성 현탁액중에서 침전되므로써 사용된 물에 존재하는 입자상 물질이 알칼리 토류금속 카르보네이트 침전물에 함께 끌려가는 단계를 적어도 하나 포함한다.

본 발명에 따르면, 종이 또는 보드 형성기계의 와이어 메쉬 벨트를 통과하는 물 및 고체를 회수하는 것이 가능하고, 그리고 임의로 이 회수된 재료들을 재순환시키는 것도 가능하다.

Description

종이공장에서의 물 및 고체의 회수

제1도는 종이공장의 종래의 2차 사용된 물 순환시스템의 공정계통도

제2도는 본 발명의 방법이 실시될 수 있는 하나의 방식을 나타내는 공정계통도

제3도는 본 발명의 방법이 실시될 수 있는 또 하나의 방식을 나타내는 공정계통도

제4도는 본 발명의 방법이 실시될 수 있는 또 하나의 공정계통도

본 발명은 종이 및 보드 형성기계의 와이어 메쉬 벨트를 통과하는 물 및 미세한 고체물질들을 회수하기 위한 개선된 방법에 관한 것이다.

예를들어, 종이나 보드와 같은 쉬트 셀룰로오스제품(sheet cellulosic product)은 일반적으로, 물중의 미세하게 분쇄된 고체 물질들의 묽은 현탁액이 일반적으로 당해 기술분야에서 와이어로 지칭되는 이동하는 와이어 메쉬 벨트(moving wire mesh belt)의 표면에 고르게 퍼져있고, 그리고 물이 중력 및 흡입에 의해 와이어속으로 빨아들여져서 와이어위에 고체물질들의 얇은 펠트유사 매트가 남겨지게 되는 유형의 기계로 생산된다.

이렇게하여 형성된 쉬트물질(Sheet material)의 웨브가 부분적으로 탈수되었을 때, 이것을 와이어로부터 상기 웨브를 지지하는 이동하는 펠트밴드로 옮겨서 탈수를 더 수행한다.

종이 및 보드제품들의 형성에 사용되는 고체 재료는 일반적으로 아주 흔히 셀룰로오스로된 섬유로 주로 이루어지지만, 합성섬유를 일부분 함유할 수 있다.

섬유재료는 예를들어, 나무에 일련의 기계적 및/또는 화학적 처리를 가하여 섬유들을 실질적으로 서로로 부터 분리하고 이들을 약 10㎛ 내지 수 ㎜의 길이로 쉬트 형성공정에 이용될 수 있도록 함으로써 제조할 수도 있다.

또한 고체재료는 충진재로서 흔히 입자상의 무기물(mineral material)을 포함할 것이며, 입자들의 크기는 수분의 1㎛ 내지 약 50㎛이다.

균일한 조성 및 균일한 두께의 쉬트물질을 생산하기 위해서는, 일반적으로 고체재료를, 고체재료를 0.5 내지 1.0 중량% 함유하는 아주 묽은 수성 현탁액의 형태로 초지기의 와이어에 사용할 필요가 있다.

이것은 종이 및 보드의 생산에 매우 많은 량의 물이 필요하다는 것을 의미한다.

실제로, 필요한 물의 무게는 사용되는 고체 재료의 무게의 약 200배이다.

따라서 대부분의 경우에 환경적인 이유 및 경제적인 이유로 와이어를 통과하거나 또는 후기단계에서 쉬트재료의 웨브에서 제거되는 물을 가능한한 많이 회수하여 추후에 사용하는 것이 필수적이다.

와이어를 통과하는 물은 일반적으로 너무나 미세하기 때문에 와이어상에 형성된 쉬트 재료의 매트가 간직할 수 없는 섬유 또는 입자상 물질을 상당량 운반한다.

이러한 고체물질을 일반적으로 미분(fines)이라고 지칭하는데, 이것은 성질상 유기 또는 무기일 수 있다.

이 용어에 대한 유익한 정의가 TAPPI 표준에 나와 있다(TAPPI 표준 제T261cm-90호 건식 스크리닝에 의한 종이스톡의 미분비율).

이 문헌에는 종이 제조 스톡 또는 펄프시료의 미분함량을 측정하는 방법이 나와있으며, 미분은 직경 76㎛의 둥근 구멍을 통과하는 입자들이다라고 명기되어 있다.

일반적으로 쉬트 형성기계의 헤드박스(head box)에 공급되는 수성 현탁액중의 고체 물질의 약 50중량%나 되는 양이 와이어를 통과하며, 따라서 회수하여 재사용하여야 한다.

종이 또는 보드제조공정에 공급되는 고체물질의 약 1 내지 약 5중량%가 최종적으로 배제된다.

이 물질중에서, 약 5중량%가 너무 조잡해서 편입시킬수가 없기 때문에 배제되고, 나머지는 미분이다.

일반적으로 와이어를 통과하는 물은 미세한 고체의 함량이 높아서 높은 혼탁도를 나타내기 때문에 햐얀 물(white water)로 지칭된다.

이 하얀 물의 거의 전부가 소위 일차 순환고리(primary circulation loop)에 종이 제조스톡을 제조하는 공장에 재순환된다.

그렇지만, 쉬트 물질 형성 기계로 부터 습기있는 웨브로서 제거되는 물이 새로운 고체 물질과 함께 도입되는 물보다 더 적기 때문에 하얀 물을 전부 이런식으로 재순환시킬수는 없다.

잉여의 하얀 물은 1차 순환고리에서 회수하여 2차 순환고리에서 물로 부터 고체 재료를 가능한한 완벽하게 분리함으로써, 고체 물질을 스톡 제조공정에 재사용하거나 또는 폐기물로서 방출할 수 있다.

그런 다음 실질적으로 현탁물질이 없는 물을 쉬트 물질 형성 공장에서, 예를들어, 공정의 여러 부분에서 분무제 또는 샤워(showers), 또는 펌프 밀봉수로 재사용할 수 있거나, 또는 편리한 자연수로에 방출할 수 있다.

2차 순환고리는 총칭하여 세이브-올(save-alls)로 알려진 다양한 장치들을 이용한다.

이것들은 다음의 세가지 원리, 즉 침강, 또는 여과 또는 부상분리중의 하나에 기초하여 작동한다.

침강유형의 세이브-올에서는 하얀 물은 매우 천천히 큰 탱크를 통해 흘러가므로써 고체 재료가 바닥에 가라앉고 꼭대기에서는 실질적으로 깨끗한 물이 넘쳐흐른다.

고체 물질이 분리된 입자들로서보다는 입자들이 집단의 형태로 존재하도록 하기 위해 대개 하얀 물에 화학적 응고제를 첨가하는 것이 필요하다.

또한 침강 유형의 세이브-올은 독립적으로는 충분한 경우가 거의 없고, 추가의 분리장비와 함께 사용할 필요가 있다.

여과유형의 세이브-올은 하얀 물을 여과재를 통과하게 하는 것에 의해 작동하며, 여과재는 편리하게 미세한 와이어 메쉬일 수 있다.

미세한 와이어 메쉬는 일반적으로 여과를 향상시키기 위해 섬유층으로 미리 피복된다.

또 물로 부터 고체 입자의 분리를 향상시키기 위해 화학적 응집제를 첨가하는 것이 필요하다.

부상분리 세이브-올 공정에서는, 하얀 물을, 부상하는 미세한 공기방울의 흐름이 제공된 용기에 도입한다.

부상분리 세이브-올에 공급되는 하얀 물에 압력을 가하여 공기를 녹이고, 그리고 하얀 물이 부상분리용기에 들어올때 압력을 대기압 수준으로 떨어뜨리면, 고체 입자들이 공기가 용액으로 부터 나와 방울을 형성하는 핵으로 작용한다.

기포가 부착된 고체 입자들이 표면으로 떠오르면 회전하는 패들에 의해 걷어내진다.

대개 물로 부터 고체물질을 받아들일 수 있을 정도로 분리하기 위해서는 2 또는 그 이상의 세이브-올을 직렬로 사용하는 것이 필요하다.

본 발명에 따르면, 쉬트 형성 공장의 사용된 물 회수시스템에서 미세한 고체를 물로 부터 분리하는 방법이 제공되는데, 이 방법에서는 사용된 물회수 시스템은 알칼리 토류금속 카르보네이트가 사용된 물을 구성하는 수성 현탁액에서 침전됨으로써 사용된 물에 존재하는 입자상 물질이 알칼리 토류금속 카르보네이트 침전물에 함께 끌려가는(enterain)단계를 적어도 하나 포함한다.

일반적으로 사용된 물에 존재하는 입자상 물질은 주로 미분으로 이루어진다.

환언하면, 미분이란 TAPPI 표준 제T261cm-90호에 따르면, 직경 76㎛의 둥근 구멍을 통과하는 물질을 말한다.

사용된 물을 구성하는 수성 현탁액은 일반적으로 입자상 물질을 약 5중량%, 바람직하게는 약 중량% 이하로 함유한다.

이와같은 미세한 입자들의 묽은 현탁액은 고체 및 액체 성분으로 분리하기가 어렵다.

알칼리 토류금속 카르보네이트 및 함께 끌려가는 미세한 입자상 물질(또는 분리된 충전재 그 자체)의 침전물을 함유하는 현탁액은 쉬트 형성 공장에서 쉬트 형성 공정에 사용되는 충전재를 보충하기 위해 재순환시킬 수 있다.

양자택일적으로, 또는 부가하여, 알칼리 토류금속 카르보네이트 및 함께 끌려가는 미세한 입자상 물질의 침전물을 함유하는 현탁액으로 부터 분리된 물은 쉬트 형성 공장에서 재사용할 수 있다.

본 발명의 방법에서, 알칼리 토류금속 카르보네이트는 사용된 물을 구성하는 현탁액에 알칼리 토류금속 이온원(source) 및 카르보네이트 이온원을 도입함으로써 형성할 수 있다.

이것은, 사용된 물에서 미세한 입자들을 함께 끌고 갈 소망의 알칼리 토류금속 카르보네이트의 침전물을 인 시츄에서 형성할 것이다.

첫번째 첨가시약은 바람직하게는 국부적인 농도 구배를 피하기 위해 수성 현탁액에 균일하게 분포시킨다.

수산화칼슘의 경우에서 처럼, 첫번째 시약이 물에 잘 녹지 않을때는, 철저하게 혼합하는 것이 바람직하다.

또한, 침전물이 고르게 분포하도록 하기 위해 두번째 시약을 첨가하면서 현탁액을 교반해주는 것이 바람직하다.

먼저 알칼리 토류금속 이온원을 첨가하고 이어서 카르보네이트 이온원을 첨가하는 것이 바람직하다.

알칼리 토류금속이 칼슘일때, 이것은 스칼레노헤드랄(scalenohedral) 형태의 칼슘 포스페이트의 침전을 촉진한다.

이 형태는 응집된 산물을 쉬트 형성 공정에 충전재로 재사용할때 가장 우수한 광산란 성질을 나타내는 것 같다.

알칼리 토류금속 이온원은 편리하게는 알칼리 토류금속 히드록시드(알칼리토류금속이 칼슘인 경우에는 석회유로 알려져 있음)이지만, 양자택일적으로 수용성 알칼리 토류금속염, 예를들어, 염화물 또는 질산염일 수 있다.

알칼리 토류금속 히드록시드는 기제조되어 수성 현탁액에 첨가될 수도 있고, 또는 인 시츄에서, 예를들어, 알칼리 토류금속 옥시드(예를들어, 알칼리 토류금속이 칼슘인 경우 생석회)를 현탁액에 소화함으로써 제조할 수도 있다.

카르보네이트 이온원은 편리하게는 알칼리 토류금속 이온원을 포함하는 현탁액에 도입되는 이산화탄소 가스이다.

이산화탄소가스는 가스통으로 공급되는 것처럼 실질적으로 순수할 수도 있고 또는 석회로 또는 발전소에서 나오는 연도가스 또는 배출가스와 같은 가스 혼합물로서 존재할 수도 있다.

양자택일적으로, 카르보네이트 이온원은 알칼리 금속 카르보네이트 또는 암모니움 카르보네이트일 수 있다.

소디움 카르보네이트가 상대적으로 값이 싸고 입수가 용이하기 때문에 특히 바람직하다.

알칼리 토류금속 옥시드를 사용된 물에서 소화하든지 아니면 신규한 물에서 소화하든지, 물은 주위 온도일 수 있지만, 바람직하게는 30 내지 70℃의 온도로 가열된다.

또한 물중의 알칼리 토류금속의 현탁액은 바람직하게는 소화가 완결되도록 30분 가까이 격렬하게 교반한다.

알칼리 토류금속은 칼슘이고 카르보네이트 이온원은 이산화탄소 함유가스일때, 스칼레노헤드랄 형태의 탄산칼슘의 생산은 사용된 물과 수산화칼슘의 혼합물의 온도를 20 내지 65℃의 범위내로 유지함으로써 촉진된다.

이산화탄소 함유 가스는 5 내지 50용량%의 부피 이산화탄소를 함유하고, 나머지는 편리하게는 공기 또는 질소이다.

사용되는 알칼리 공기 또는 토류금속이온원 및 카르보네이트 이온원의 양은 바람직하게는 알칼리 토류금속 카르보네이트 대 미세한 입자상 물질의 중량비가 1 : 99 내지 90 : 10 더욱 바람직하게는 10 : 90 내지 90 : 10의 범위에 들게하기에 충분한 양의 알칼리 토류금속 카르보네이트를 침전시키는 정도의 것이다.

알칼리 토류금속 카르보네이트 및 함께 끌려다니는 미세한 입자상 물질의 침전물을 함유하는 현탁액은 비교적 묽은 형태로 직접 재순환시켜 쉬트 형성공정에 사용되는 충전재를 보충할 수 있다.

양자택일적으로 상기 침전물을 함유하는 현탁액은 여하한 종래의 방법, 예를들어, 침강에 의해, 흡인 여과 또는 가압여과에 의해 또는 원심분리기내에서 탈수할 수 있다.

알칼리 토류금속 카르보네이트 및 함께 끌려다니는 미세한 입자들의 침전물의 현탁액은 원래의 미세한 입자상 물질만의 현탁액보다 탈수시키기가 훨씬 더 용이하다는 것이 밝혀졌다.

그 이유는 상기 침전물의 케을 여과 또는 원심분리에 의해 형성할 때, 입자들의 충전은 이 케이 사용된 물의 고체 성분만으로 형성된 케보다 훨씬 더 물이 쉽게 스며들 수 있는 정도이기 때문이다.

또한 상기 침전물은, 많은 경우에 유리한 광산란 성질을 가지고 있어서 종이 또는 보드 제조공정에 충전재로 사용하기에 적합하다.

또한 상기 침전물은, 예를들어 카펫 이층 조성물(carpet backing composition)과 같은 고분자 조성물에서 충전재로서의 용도를 찾을 수도 있다.

알칼리 토류금속 카르보네이트가 사용된 물에서 침전되는 단계는 편리하게는 쉬트 형성 공정의 종래의 2차 순환고리의 제1세이브-올 단계 또는 제2세이브-올단계를 대체할 수 있다.

양자택일적으로 알칼리 토류금속 카르보네이트 침전단계는 그것의 공급 현탁액으로서 제2세이브-올 단계에 의해 전달되는 고체부분을 취할 수 있다.

본 발명의 또 다른 면에 따르면, 쉬트 셀룰로오스 제품의 제공되는데, 이 제품에서는 무기 충전재의 적어도 일부분이 알칼리 토류금속 카르보네이트와 쉬트 형성 공장의 사용된 물 회수 시스템으로부터 분리된 미세한 분자를 가지는 혼합된 침전물이다.

이하 본 발명을 첨부 도면을 참조하여 설명하나, 이는 단지 예시 목적이다.

제1도에서, 참조번호 1은 종이 공장에서 1차 하얀 물 순환시스템을 나타낸다.

하얀 물로서 반송될 수 있는 양을 초과하는 잉여의 사용된 물은 종이 제조기계의 와이어를 통과하고, 이 잉여의 사용된 물은 홀딩 탱크(2)로 넘쳐 흘러들어간다.

이어서 잉여의 사용된 물은 이 홀딩탱크로 부터 펌프(17)와 도관(4)에 의해 제1세이브-올로 옮겨진다.

제1세이브-올은, 예를들어, 침강유형의 것일 수 있다.

세이브-올의 바닥에 가라앉는 고체 입자들은 도관(8)을 통해 제1차 순환시스템에 수성 현탁액중에 반송된다.

미세한 고체의 함량이 감소된 물이 제1세이브-올의 가장자리로부터 넘쳐 흐르지만, 종이 제조공정의 샤워에 사용할 수 있을 정도로 충분히 현탁물질이 없는 것은 아니다.

이 미세한 입자의 묽은 현탁액은 펌프(9)에 의해 제1세이브 올의 오우버 플로우 리프(overflow lip)로부터 제2세이브-올(10)로 이송된다.

이 제2세이브-올은 편리하게는 역시 침강원리에 의해 작동하는 정화기(clarifier)로 알려진 유형의 것일 수 있다.

실질적으로 깨끗한 물이 제2세이브-올로부터 넘쳐 흘러 도관(11)을 통해 1차 순환 시스템에 반송된다.

필요하다면, 메인(main)에서 온 깨끗한 물을 도관(12)을 통해 도입하여 반송되는 물의 양의 부족분을 메꿀 수 있다.

미세한 입자상 재료의 두꺼워진 슬럿지가 제2세이브-올의 베이스로부터 도관(13)을 통해 배출액 처리공장(14)로 빼내진다.

배출액처리공장(14)에서 상기 슬럿지가, 예를들어, 여과에 의해 탈수되어 적당한 쓰레기 매립지에 방출할 수 있는 폐고체재료의 케과 도관(16)을 통해 자연수로에 방출하기에 적합한 질이 충분히 좋은 물이 만들어진다.

제2도는 제1세이브-올이 하기와 같은 플랜트(17)에 의해 대체된 2차 사용된 물 순환 시스템을 나타낸다.

이 플랜트(17)에서는, 본 발명에 따라, 알칼리 토류금속 카르보네이트가 사용된 물을 구성하는 수성 현탁액중에서 침전됨으로써 사용된 물중에 존재하는 입자상 물질이 알칼리 토류금속 카르보네이트 침전물에 함께 끌려가게 된다.

이 플랜트(17)의 산물인 응집된 고체물질과 물의 혼합물은 도관(22)을 통해 탈수장치(19)로 가며, 이 탈수장치는 편리하게는 진공 원판 여과기일 수 있다.

응집된 고체 재료의 케이 20에서 빼내져서 종이공장의 스톡 제조플랜트에 수송되어 종이 공장 스톡의 충전재로 편입되거나, 또는 다른 목적에 사용될 수 있다.

실질적으로 깨끗한 물이 펌프(21)에 의해 도관(22)을 통해 1차 순환 시스템에 반송된다.

제3도는 제2세이브-올이 하기와 같은 플랜트(17)에 의해 대체된 2차 사용된 물 순환시스템을 나타낸다.

이 플랜트(17)에서는, 본 발명에 따라, 알칼리 토류금속 카르보네이트가 사용된 물을 구성하는 수성 현탁액에서 침전된다.

상기 플랜트(17)에 의해 생산된 응집된 고체 물질과 물의 혼합물은 도관(18)을 통과하여 진공 원판 여과기(19)로 간다.

응집된 고체 재료의 케이 형성되고 종이 공장 스톡에서 충전재로 사용하거나, 또는 다른 목적으로 사용하기 위해 20에서 방출된다.

실질적으로 깨끗한 물이 도관(22)을 통과하여 1차 순환시스템에 반송된다.

제4도는 본 발명에 따라 제2세이브-올(10)에 의해 생산되는 고체 슬럿지를 처리하기 위해 알칼리 토류금속 카르보네이트가 수성 현탁액에서 침전되는 플랜트(17)을 사용하는 2차 사용된 물 순환시스템을 나타낸다.

상기 슬럿지는 도관(13)을 통해 플랜트(17)로 가고, 실질적으로 깨끗한 물이 펌프(23)에 의해 도관(11)을 통해 1차 순환시스템으로 운반된다.

플랜트(17)에 의해 생산되는 응집된 고체물질과 물의 혼합물은 도관(18)을 통해 진공 원판여과기(19)로 간다.

응집된 고체 물질의 케이 형성되고 종이 공장 스톡의 충전재로 사용하기 위해, 또는 다른 목적에 사용하기 위해 20에서 방출된다.

실질적으로 깨끗한 물이 펌프(21)에 의해 도관(22)을 퉁해 1차 순환시스템에 반송된다.

이하 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다.

(실시예 1)

종이 공장의 2차 순환 시스템에 들어오는 사용된 물은 0.27중량%의 현탁물질을 함유하는 것으로 나타났다.

이 현탁물질은 주로 유기 미분이었지만, 유기 충전재 입자를 일부 함유하였다.

2차 순환시스템의 제1세이브-올을 제2도에 나타낸 대로 하기와 같은 플랜트로 대체하였다.

이 플랜트에서는 사용된 물의 온도를 45℃로 높이고, 사용된 물 1리터당 생석회 56g을 첨가하였다.

얻어지는 혼합물을 격렬하게 소화하여 생석회의 소화를 완결시켰다.

그런 다음 이산화탄소를 25용량% 함유하고 나머지는 공기인 가스를, 혼합물의 온도를 45℃로 유지하면서, 존재하는 칼슘 히드록시드 전부를 칼슘 카르보네이트로 전환하기에 충분한 속도로 혼합물에 주입하였다.

응집된 결정상 침전물이 형성되었으며 사용된 물과 수화된 석회의 혼합물의 카르보네이션에 의해 생긴 상기 침전물의 수성 현탁액 시료의 여과속도를 하기 부록 1에 기술된 방법에 의해 측정한 결과 6.1 단위의 결과를 나타냈다.

이와 비교하여 2차 순환시스템에 들어가는 사용되는 물의 여과속도는 0.0176 단위로 나타났다.

따라서 본 발명에 따른 방법은 사용된 물의 여과속도를 350배 가까이 증대시키는 것으로 밝혀졌다.

상기 응집된 침전물의 현탁액을 진공 원판 여과기에 의해 탈수시키고 이렇게 분리한 물은 탐지할만한 혼탁도를 보이지 않고 수정처럼 맑고 깨끗한 것으로 나타났다.

또한 응집된 결정상 재료의 케을 건조하고 주사 전자현미경으로 조사하였다.

조사결과 사용된 물에 원래부터 존재하고 있던 입자 및 섬유가 함께 있는 미세한 스칼레노헤드랄 침전된 칼슘 카르보네이트로 이루어질 것으로 밝혀졌다.

(실시예 2)

종이 공장의 2차 순환시스템에 들어가는 사용된 물은 유기 미분을 80중량% 함유하고 나머지는 미세한 칼슘 카르보네이트 충전재 입자인 미세한 고체 물질을 0.3% 중량% 함유하고 있는 것으로 나타났다.

2차 순환 시스템의 제1세이브-올은 제2도에 나타낸 대로 하기와 같은 플랜트로 대체되었으며, 이 플랜트에서는 주위 온도의 사용된 물에 사용된 물 1리터당 수화된 석회(칼슘 히드록시드)의 수성 현탁액 134ml를 첨가하였다.

수화된 석회의 현탁액은 생석회 112g을 50℃의 물 1리터당 25분동안 격렬하게 교반하면서 소화하여 제조하였다.

생석회가 완전히 소화되었다고 가정할 경우 이와같이 하여 제조한 현탁액 1리터는 칼슘 히드록시드 148g을 포함한다.

따라서 사용된 물 1리터당 첨가한 칼슘 히드록시드의 무게는 19.8g이었다.

그런 다음 25용량%의 이산화탄소를 함유하고 나머지는 공기인 가스를 상기 혼합물의 온도를 45℃로 유지하면서, 존재하는 칼슘 히드록시드 전부를 칼슘 카르보네이트로 전환하기에 충분한 속도로 상기 혼합물에 주입하였다.

응집된 결정상 침전물이 형성되었고, 사용된 물과 수화된 석회의 혼합물의 카르보네이션에 의해 생긴 이 산물의 수성 현탁액 시료의 여과속도를 하기 부록 1에 기술한 방법에 의해 측정한 결과 2.43 단위의 결과를 나타냈다.

이와 비교하여, 2차 순환시스템에 들어가는 사용된 물의 여과속도는 0.0048 단위인 것으로 나타났다.

따라서, 본 발명에 따른 방법은 사용된 물의 여과속도를 500배 이상 증대시키는 것으로 밝혀졌다.

상기 응집된 침전물의 현탁액을 진공 원판 여과기에 의해 탈수시켰을때 이렇게 하여 분리된 물은 탐지할만한 혼탁도를 보이지 않고 수정처럼 맑고 깨끗한 것으로 나타났다.

또한 응집된 결정상 물질의 케을 건조시키고 주사 전자 현미경으로 조사하였다.

조사결과 사용된 물에 원래부터 존재하고 있던 입자 및 섬유와 함께 미세한 스칼레노헤드랄 침전된 칼슘 카르보네이트로 이루어져 있는 것으로 밝혀졌다.

이 응집된 재료는 종이 제조스톡에 충전재로 편입시키기에 매우 적합한 것으로 밝혀졌다.

(실시예 3)

영국, 켄트 소재의 우드프리(woodfree) 종이를 제공하는 한 종이공장의 배출액 처리 플랜트(제1도, 14)에서 나온 사용된 물 시료는 무기 미분 29중량%와 유기 미분 71중량%로 이루어진 미세한 고체 물질을 2.3중량% 함유하였다.

상기 폐수중의 고체 물질의 백색도를, 와트만 제40호 여과지로 상기 물을 여과하고, 얻어진 케을 오븐에서 건조시키고, 건조된 케을 23℃, 상대습도 50%에서 적어도 15시간 동안 조정하고, 이어서 I.S.O 표준 제2470호에 기술된 방법에 의해 파장 457nm의 광에 대한 케의 반사율을 측정함으로써 결정하였다.

상기 폐수의 여과속도와 상기 여과 케중의 고체의 무게분율을 부록 1에 기술된 방법에 의해 측정하였다.

그런 다음 주위온도의 폐수에 1리터당 칼슘 히드록시드 148g을 함유하는 현탁액을 충분히 첨가하여 폐수 1리터당 칼슘 히드록시드가 17.0g이 제공되도록 하였다.

이 양은 이산화탄소 함유 가스로 카르보네이션한 후에, 미세한 고체 재료 1리터당의 칼슘 카르보네이트의 무게와 똑같은 폐수 1리터당의 칼슘 카르보네이트의 무게를 나타낼 것으로 계산된 칼슘 히드록시드의 양이다.

칼슘 히드록시드의 현탁액을 실시예 2에 기재한 대로 제조하였다.

그런 다음 20용량%의 이산화탄소를 함유하는 가스를 폐수와 칼슘 히드록시드의 혼합물의 온도를 50℃로 유지하면서, 칼슘 히드록시드 1몰당 이산화탄소 0.048몰을 제공하기에 충분한 속도로 상기 혼합물에 주입하였다.

상기 가스를 상기 혼합물의 pH가 7.0이 될 때까지 상기 혼합물에 주입하였는데 이 pH는 21분의 시간에 해당하였다.

응집된 결정상 침전물이 형성되었고, 사용된 물과 칼슘 히드록시드의 혼합물의 카르보네이션에 의해 생긴 이 침전물의 수성 현탁액 시료를 위에서 기술한 방법에 의해 여과 케중의 고체의 무게분율, 여과속도 및 고체물질의 백색도에 대해 시험하였다.

그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

[표 1]

여과에 의해 상기의 응집된 침전물로 부터 분리된 물은 탐지할만한 혼탁도를 보이지 않고 수정처럼 맑고 깨끗한 것으로 나타났다.

위에서 기술한 대로 하여 얻은 응집된 결정상 침전물을 채운 종이의 핸드 쉬트를 다음과 같이 하여 제조하였다.

표백한 아황산염 스프루스 펄프(sulphite sprace pulp) 400g을 여과한 물 10리터속에 4시간 동안 담근 다음 임펠러를 1500ppm의 속도로 회전시키면서 이 혼합물을 터빈 믹서에서 10분동안 분쇄하였다.

믹서의 내용물을 물 10리터를 추가로 사용하여 씻어내어 실험시용 비터에 옮기고 물 2리터를 추가로 첨가하고 혼합물을 16.5분 동안 비트하였다.

이 단계에서 스톡은 약 1.8중량%의 건조펄프를 함유하였다.

비팅시간은 300의 카나다 표준 프리니스(Freeness)에 상응하는, 스톡의 백색도와 강도 성질사이의 최적 타협안을 낳도록 선택하였다.

그런 다음 스톡 800ml를 물을 보충하여 2리터로 만들고 임펠러 15,000 회전동안 작동한 실험실용 분쇄기(integrator)에서 분쇄하였다.

스톡의 부피를 여과한 물을 보충하여 4리터로 만들고, 적은 시료를 적당한 와이어 스크린위에서 물을 빼고 건조시켜서 종이 쉬트를 만들고 이렇게 형성된 쉬트의 무게를 재므로써 컨시스턴시를 체크하였다.

컨시트턴시를 0.3중량%의 건조펄프로 감소시키기 위하여 필요한 경우에는 물을 가하였다.

그런 다음 이렇게 하여 형성한 종이 제조 스톡에 상기 응집된 결정상 침전물의 수성 현탁액을 충분히 첨가하고 손으로 뒤섞어 종이 제조스톡에서 총 건조 고체 재료가 20중량%를 차지하도록 하였다.

TAPPI 표준 제T205om-88호(펄프의 물리적 실험을 위한 핸드쉬트형성)에 규정된 방법에 따라 충전재 함유 종이 제조스톡으로 부터 핸드 쉬트를 제조하였다.

각 핸드쉬트에 대해 스톡 400ml를 쉬트 형성 기계에 부어넣고 잉여의 물을 제거하였다.

스톡의 세부분 각각에서 형성된 종이의 자색빛에 대한 반사율 또는 백색도를 제8호 필터(457nm 파장)를 갖춘 데이타칼라 2000 백색도 측정기로 측정하였다.

각 종이 시료의 불투명도를 제10호 필터(넓은 범위의 파장을 포괄하는 녹색필터)를 갖춘 데이타칼라 2000 백색도 측정기로 측정하였다.

입사광의 반사율 측정을 블랙 커비티(black cavity)위의 열장의 종이 더미를 가지고 행하였다(Roo).

그런 다음 상기 종이 열장을 블랙 커비티위의 상기 종이 더미의 꼭대기에서 온 단 한장으로 대체하고 반사율을 측정하였다(R).

불투명도를 아래 공식을 사용하여 계산하였다.

불투명도(%) = 100. R/Roo

매번 종이더미의 꼭대기에 다른 종이장을 올려놓고서 상기와 같은 절차를 총 열번 수행하고, 불투명도의 평균값을 결정하였다.

또한 각 배치에서 온 핸드쉬트의 파열 강도(bursting strength)를 TAPPI 표준 제T403om-85호에 규정된 시험방법에 의해 시험하였다.

파열 강도는 고무격막을 통해 직경 30.5mm의 원형 종이에 압력을 제어되는 일정한 속도로 증대시킬때 재료를 파열시키는데 필요한 수압을 킬로파스칼로 표시한 것으로 정의된다.

시험하려는 재료의 면은 처음에는 편평하고 원주가 단단하게 유지되지만 시험중에는 자류롭게 부풀어 오른다.

또한 각 쉬트의 시료들을 건조하여 무게를 달고, 건조시료의 무게를 사용하여 g/m²로 표시한 종이의 단위면적당 무게를 결정하였다.

파열 강도를 종이의 단위면적당 무게로 나누어서 파열비(burst ratio)를 구하였다.

비교실험으로서, 무게 중앙 입자직경이 3.0㎛인 입도분포를 갖는 침전된 칼슘 카르보네이트 충전재 20중량%를 종이 제조 조성물에 충전재로 사용한 것을 제외하고는 위에서 기술한 대로 실험을 행하였다.

또 다른 비교실험으로서, 충전재가 전혀 들어있지 않은 종이 제조 스톡으로 부터 핸드쉬트를 제조하고 위에서 기술한 대로 시험하였다.

그 결과들을 하기의 표 2에 나타내었다.

충전재가 들어있는 스톡으로 부터 제조한 핸드쉬트의 경우, 파열비는 무충전 핸드쉬트에 대하여 구한 값의 백분율로 표시하였다.

[표 2]

☆ 무충전 쉬트에 대한 값의 %

이 결과들을 보면, 비록 응집된 결정상 재료를 충전재로 사용하여 성취한 백색도 및 불투명도 값은 유표(proprietary) 충전재를 사용하여 구한 값들만큼 좋지는 않았지만, 무충전 쉬트가 나타내는 값들보다는 낫다.

또한, 응집된 재료는 유표 충전재보다 종이의 강도를 더 조금 감소시킨다.

(실시예 4)

하기 폐수 시료들은 서로 다른 종이 공장에서 채취하였다.

시료 A : 스코틀랜드 소재 우드프리 종이를 만드는 종이공장의 제1세이브-올(제1도의 6)의 오우버플로우에서 채취한 것임. 이 폐수는 66중량%의 무기미분과, 34중량%의 유기 미분으로 이루어진 미세한 고체 재료 0.37중량%를 함유하였다.

시료 B : 스코틀랜드 소재의 또 다른 종이 공장의 코팅 플랜트의 코터 배출액 베이슨 아웃풋(coater effluent basin output)로 부터 채취하였음.

이 폐수는 무기 미분 86중량%와 유기 미분 14중량%로 이루어진 미세한 고체 재료 2.9중량%를 함유하였다.

이 미세한 고체 재료는 해응집상태였다.

시료 C : 스웨덴의 신문용지 제조 종이공장의 배출액 처리공장에의 공급수(제1도의 14)로 부터 채취하였다.

이 폐수는 17중량%의 무기 미분과 83중량%의 유기 미분으로 이루어진 미세한 고체 재료 0.48중량%를 함유하였다.

시료 D : 스웨덴에 소재하는 신문용지를 제조하는 또 다른 종이 공장의 배출액 처리공장에의 공급수(제1도의 14)로 부터 채취하였다.

이 폐수는 41중량%의 무기 미분과 59중량%의 유기 미분으로 이루어진 미세한 고체 재료 0.78중량%를 함유하였다.

주위 온도의 각 폐수 시료에 1리터당 수산화 칼슘 148g을 함유하는 현탁액을 충분히 첨가하여, 이산화탄소 함유가스로 카르보네이션한 후에, 시료내의 미세한 고체 재료의 무게와 동일한 무게의 탄산 칼슘이 생기도록 하였다.

예를들어, 0.37중량%의 미세한 고체 재료를 함유하는 시료 A의 경우에, 시료 1리터당 수산화칼슘 2.7g이 생기게 하기에 충분한 양의 수산화칼슘 현탁액을 첨가하였다.

그런 다음 이산화탄소 20용량%를 함유하고 나머지는 공기인 가스를 폐수와 수산화칼슘의 혼합물에 혼합물의 온도를 50℃로 유지하면서, 시료 A의 경우에는 수산화칼슘 1몰당 1분당 이산화탄소 0.11몰을, 시료 B-D의 경우에는 수산화칼슘 1몰당 1분당 이산화탄소 0.048몰을 공급하기에 충분한 속도로 주입하였다.

혼합물의 pH가 7.0으로 떨어질때까지 혼합물에 공기를 통과시켰다.

이 pH는 시료 A의 경우에는 9분, 시료 B-D의 경우에는 약 20분의 시간에 상응하였다.

응집된 결정상 침전물이 형성되었고, 폐수와 수산화칼슘의 혼합물의 카르보네이션에 의해 생기는 이 침전물의 수성 현탁액시료와, 수산화칼슘을 첨가하기 전의 폐수 시료에 대하여 실시예 3에서 기술한 방법에 의하여 고체 물질의 백색도, 여과속도, 여과 케중의 고체의 중량분율을 측정하였다.

또한 수산화칼슘과 이산화탄소함유가스에 의한 처리전후의 각 폐수시료의 혼탁도를 결정하였다.

그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

[표 3]

주 : ☆는 시료가 해응집되었고 따라서 아무런 의미있는 측정이 행하여질 수 없었다는 것을 나타낸다.

각 경우에, 본 발명에 따른 처리를 할 경우 현탁액중의 고체물질의 백색도, 현탁액의 여과속도 및 혼탁도가 실질적으로 개선되었다.

여과케중의 고체의 중량분율에는 거의 변화가 없었다.

실제로, 시료 C의 경우에, 처리후의 고체의 중량분율이 약간 감소하였다.

본 발명에 따라 수산화칼슘과 이산화탄소함유 가스로 시료 A 내지 D 각각을 처리하여 얻은 응집된 결정상 침전물 20중량%를 충전재로 사용하여 상기 실시예 3에 기술한 방법에 의해 핸드 쉬트를 제조하였다.

위에서 기술한 대로 핸드쉬트에 대하여 백색도, 불투명도 및 파열비를 시험하였다.

비교실험으로서, 45중량%가 2㎛ 미만의 균등한 구경을 갖는 입자들로 이루어지는 것과 같은 입도분포를 갖는 분쇄한 천연백아 충전재 20중량%를 충전재로 사용하여 핸드쉬트를 제조하였다.

핸드쉬트에 대하여 상기한 바와 동일한 시험을 행하였다.

또 다른 비교실험으로서, 충전재가 전혀 들어있지 않은 종이 제조스톡으로 핸드쉬트를 제조하고 이 핸드쉬트에 대하여 상기한 바와 동일한 실험을 행하였다.

그 결과들을 하기 표 4에 나타내었다.

[표 4]

☆ 무충전 쉬트에 대한 값의 %

각 경우에 본 발명에 따라 제조한 응집된 결정상 침전물을 충전재로 사용하여 제조한 핸드쉬트가 분쇄한 천연백아를 충전재로 사용한 경우보다 불투명도가 우수하였다.

시료 A와 B로 부터 제조한 결정상 침전물을 충전재로 사용하여 제조한 핸드쉬트가 백아를 충전재로 사용한 경우보다 우수하였지만, 서로 C와 D로 부터 제조한 쉬트는 열등하였다.

그렇지만, 이와같은 결과는, 시료 C와 D가 우드프리 종이보다는 신문인쇄용지를 생산하는 공장의 폐수에서 채취한 것이기 때문에 예기되는 것이었다.

모든 경우에 결정상 침전물이 천연 백아 충전재보다 쉬트의 강도를 덜 떨어뜨렸다.

(실시예 5)

실시예 4에 기술한 대로 사용된 물 시료 C와 D의 수산화칼슘과의 혼합물을 이산화탄소 가스로 카르보네이션함으로써 형성한 응집된 결정상 침전물을 다음과 같이 하여 전형적인 중성 미캐니컬 펄프 조성물로 부터 형성한 실험실 핸드쉬트에 충전재로 삽입하였다.

케미써멀 미캐니컬 연재 펄프(chemithermal mechanical softwood pulp) 400g을 여과한 물 10리터중에 4시간동안 담그고, 그런 다음 혼합물을 터빈 믹서에서 임펠러를 1500rpm의 속도로 회전시키면서, 분쇄하였다.

이 단계에서 스톡은 대략 3.8중량%의 건조 펄프를 함유하였고 스톡의 pH는 대략 7.0이었다.

그 다음에 이 스톡 350ml를 여과한 물로 보충하여 2리터로 만들고 임펠러가 15,000 회전하는 동안 작동된 영국 표준 실험실용 분쇄기로 분쇄하였다.

스톡의 부피를 여과한 물로 보충하여 4리터로 만들고 소량의 시료를 적당한 와이어 스크린위에서 물을 빼고 건조함으로써 종이장을 형성하고 이렇게 형성된 종이장의 무게를 측정하는 것에 의해 컨시스턴시를 체크하였다.

컨시스턴시를 0.3중량%의 건조펄프로 줄이기 위해 필요하다면 물을 첨가하였다.

이 단계에서 스톡의 카나타 표준 프리니스는 160 내지 180의 범위내였다.

그 다음에 이와같이하여 형성한 종이 제조스톡에 응집된 결정상 침전물의 수성 현탁액을 충분히 첨가하고 손으로 교반하여 상기 종이 제조스톡내에서 총 건조 고체 재료가 2중량% 또는 4중량%가 되도록 하였다.

상기의 충전재를 함유하는 종이 제조스톡으로 부터 TAPPI 표준 제T205om-88호에 규정된 방법에 따라 핸드쉬트를 제조하였다.

각 핸드쉬트에 대해 상기 스톡 400ml를 쉬트 형성 기계에 부어넣고 잉여의 물을 제거하였다.

그런 다음 핸드쉬트를 23℃ 상대습도 50%에서 16시간동안 조정하고, 그 다음에 실온, 25m/분의 속도 및 5kN(직선길이 1cm당 15.4kg)의 힘에서 3회 패스동안 실험실용 슈퍼캘린더에서 슈퍼캘린더하였다.

그런 다음 핸드쉬트를 실시예 3의 방법에 의해 백색도, 불투명도 및 파열강도에 대해 시험하였다.

비교실험으로써, 91중량%가 2㎛ 미만의 균등한 구경을 갖는 입자들로 이루어진 것과 같은 입도분포를 갖는 소성 카오린 클레이 2중량%를 중성 미캐니컬 펄프 조성물에 충전재로 사용하여 위에서 기술한 실험을 반복하였다.

미캐니컬 펄프는 사실상 흔히 산성이고, 이 소성 카오린은 그러한 조성물에 사용하기에 적합한 고가의, 고성능 충전재의 일례이다.

또 다른 비교실험으로써, 무게 중앙 입자직경이 3.0㎛인 것과 같은 입도분포를 갖는 침전된 탄산칼슘 2중량%를 중성 미캐니컬 펄프 조성물에 충전재로 사용하여 위에서 기술한 실험을 반복하였다.

이것은 시스템의 pH가 중성 또는 알칼리성일때 미캐니컬 조성물에서 사용할 수 있는 고성능 충전재의 일례이다.

또 다른 비교실험으로서, 충전재가 들어있지 않은 종이 제조스톡으로 부터 핸드쉬트를 제조하고, 이것에 대하여 실시예 3에서 기술한 것과 같은 시험을 행하였다.

그 결과를 하기 표 5에 나타내었다.

충전재가 들어있는 스톡으로 부터 제조가 핸드쉬트의 경우, 파열비를 무충전의 핸드쉬트에 대하여 구한 값의 백분율로서 표시하였다.

[표 5]

☆ 무충전 쉬트에 대한 값의 %

이 결과들은, 비록 본 발명의 응집된 결정상 물질들을 충전재로 사용하는 종이의 백색도가 일반적으로 종래의 충전재들을 사용하여 얻은 백색도보다 나쁘지만, 얻어지는 종이의 불투명도와 강도 양자는 종래의 충전재들을 함유하는 종이와 비교하여 향상되어 있다.

부록 1

여과속도 측정방법

혼합된 미네랄의 현탁액 시료소량을, 여액 플라스크의 사이드 암(side arm)을 실험실용 진공원(vacum source)에 연결하고서, 표준여과지 한장이 들어있는 뷔흐너 여과 깔때기에 부었다.

여액을 여액 플라스크내의 매스실린더에 모으고, 모인 여액의 부피와 여과시작후 경과한 시간을 기록하였다.

모인 여액 부피의 제곱을 경과한 시간에 대하여 그라프로 표시하였고, 중앙에 큰 직선부분을 갖는 곡선이 얻어졌다.

각 경우에 이 직선부분의 경사를 기록하였다.

모은 여액의 부피의 제곱과 경과한 시간사이의 관계를 하기식(Carmen Kozeny equation)으로 주어진다.

여기서, Q는 모은 여액의 부피이고, T는 경과한 여과시간이고, A는 여과재의 면적이고, P는 여과재를 가로지른 압력차이고, E는 여과케의 기공율(fraction of voidage)이고, v는 현탁액의 점도이고, S는 입자상의 비표면적이고, d는 입자상의 비중이다.

각 현탁액에 대한 그라프의 직선부분의 경사 Q²/T는 각 경우의 여과속도의 척도이고, 그리고 A, P, v, S와 d는 이 실험의 조건하에서 일정하다고 가정할 수 있기 때문에, 표준화된 여과속도 F는 하기 식으로 주어지는 것을 알 수 있다.

여기서,

Wc는 케중의 물의 중량분율이고, Sc는 케중의 고체의 중량분율이고, Ws는 현탁액중의 물의 중량분율이고, Ss는 현탁액중의 고체의 중량분율이다.

Claims (18)

1. 시트 형성 공장의 사용된 물회수 시스템에서 미세한 고체를 물로부터 분리하는 방법에 있어서, 상기 사용된 물 회수시스템은 알칼리 토류금속 카르보네이트가 사용된 물로 구성하는 수성 현탁액중에서 침전되므로써 사용된 물중에 존재하는 입자상 물질이 상기 알칼리 토류금속 카르보네이트 침전물에 함께 끌려가는 단계를 적어도 하나 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 사용된 물을 구성하는 수성 현탁액은 입자상 물질을 약 5중량% 이하 함유하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 사용된 물을 구성하는 수성 현탁액은 입자상 물질을 약 1중량% 이하 함유하는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항 내지 제3항중 어느 한항에 있어서, 상기 알칼리 토류금속 카르보네이트 침전물은 사용된 물을 구성하는 현탁액에 알칼리 토류금속 이온원 및 카르보네이트 이온원을 도입함으로써 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제4항에 있어서, 알칼리 토류금속은 칼슘인 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제4항에 있어서, 알칼리 토류금속 이온원이 먼저 수성 현탁액에 첨가되고 이어서 카르보네이트 이온원이 첨가되는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제4항에 있어서, 알칼리 토류금속 이온원은 알칼리 토류금속 히드록시드 또는 수용성 알칼리 토류금속염인 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제7항에 있어서, 알칼리 토류금속 이온원은 미리 제조되어 수성 현탁액에 첨가되는 알칼리 토류금속 히드록시드인 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제7항에 있어서, 알칼리 토류금속 이온원은 인시츄에서 제조되는 알칼리 토류금속 히드록시드인 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제4항에 있어서, 카르보네이트 이온원은 알칼리 토류금속 이온원을 함유하는 현탁액에 도입되는 이산화탄소 가스인 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제4항에 있어서, 카르보네이트 이온원은 알칼리 금속 카르보네이트 또는 암모늄 카르보네이트인 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제10항에 있어서, 알칼리 토류금속 이온원은 알칼리 토류금속 히드록시드이고 카르보네이트 이온원은 이산화탄소함유가스이며, 스칼레노헤드랄 형태의 탄산 칼슘의 생산은 사용된 물과 수산화칼슘의 혼합물의 온도를 40 내지 65℃의 범위내로 유지함으로써 촉진되는 것을 특징으로 하는 방법.
13. 제10항에 있어서, 이산화탄소함유가스는 이산화탄소 5 내지 50용량%를 함유하는 것을 특징으로 하는 방법.
14. 제4항에 있어서, 사용된 알칼리 토류금속 이온원과 카르보네이트 이온원의 양은 알칼리 토류금속 카르보네이트 대 미세한 입자상 물질의 중량비가 1 : 9 9 내지 90 : 10의 범위내에 들도록 하기에 충분한 양의 알칼리 토류금속 카르보네이트를 침전시키는 정도의 것인 것을 특징으로 하는 방법.
15. 제4항에 있어서, 알칼리 토류금속 카르보네이트 및 함께 끌려가는 입자상 물질의 침전물을 함유하는 현탁액은 종이형성공정에 사용되는 충전재를 보충하기 위해 재순환되는 것을 특징으로 하는 방법.
16. 제4항에 있어서, 알칼리 토류금속 카르보네이트와 함께 끌려가는 미세한 입자상 재료의 침전물은 그것의 현탁액으로부터 분리되어 종이 형성공정에 재순환되는 것을 특징으로 하는 방법.
17. 제4항에 있어서, 알칼리 토류금속 카르보네이트와 함께 끌려가는 미세한 입자상 재료의 침전물을 함유하는 현탁액으로부터 분리된 물은 종이 형성공장에서 재사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
18. 무기충전재의 적어도 일부분은 알칼리 토류금속 카르보네이트와 종이 형성공장의 사용된 물 회수시스템으로부터 분리된 미세한 고체를 포함하는 혼합된 침전물인 것을 특징으로 하는 쉬트 셀룰로오스 제품.