Водна композиція для дренування або відокремлення твердих тіл, спосіб її одержання та застосування зазначених композиції та способу

Реферат: Винахід належить до водної композиції, у якої значення рН складає 6,0-9,0 і яка містить солі вугільної кислоти або ефіри вугільної кислоти, або і те, і інше у концентрації, що складає принаймні 0,01 % від загальної маси водної композиції, і флокулянти, коагулянти, мікрочастинки або їхні суміші як утримуючі речовини, а також способу виробництва згаданої композиції і використання вказаної композиції для виробництва паперу, для відділення води від твердого матеріалу при фільтрації, для обробляння води, для очищення стічних вод і для видалення надлишкового шламу. UA 104599 C2 (12) UA 104599 C2 UA 104599 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Цей винахід стосується розділення водного розчину та твердих суспензій, іншими словами зневоднювання та відокремлення твердих суспензій. Зокрема, винахід стосується водної композиції, що придатна для використання в цьому відокремленні, способу одержання згаданої композиції та способу виробництва паперу за допомогою згаданої композиції. Таким чином, цей винахід придатний для виробництва паперу, а також для обробляння стічних вод і взагалі для дренування. Виробництво паперу стосується виготовляння різних сортів паперу, які містять наповнювач (або відходи крейдованого паперу) і які не містять наповнювач, від низької до високої щільності. Водна композиція за цим винаходом може успішно застосовуватися при оброблянні води або при згаданому вище очищенні стічних вод або при виділенні надлишкового шламу. Таким чином, винахід також придатний для сприятливих для навколишнього середовища використань. Як правило, у виробництві паперу спочатку отримують так звану густу пульпу, головним чином з волокон водних і неорганічних наповнювачів або пігментів. Вода за кількістю є найбільшою частиною сировини паперової маси. Після цього густу пульпу розбавляють і розведену целюлозу пропускають через екрани та насоси, які живлять один за одним напірні ящики, у яких пульпа розподіляється настільки однорідно, наскільки можливо, за всією шириною дротяної сітки. Мета полягає в тому, щоб відокремити воду та компоненти целюлози один від одного на цій сітці. Після чого отриманий папір пресують і сушать. У виробництві паперу для поліпшення зневоднювання та утримання твердих суспензій звичайно використовують утримуючі речовини (які закріплюють суспензії твердих речовин на паперових волокнах). Метою цього винаходу є поліпшення формування на додаток до втримання суспендованих твердих часток і зневоднювання. Таким чином, цей винахід стосується водної композиції, способу її виробництва та її використання. Більш конкретно, композиція за цим винаходом характеризується змістом пункту 1 формули винаходу. Спосіб виробництва цієї композиції згідно з цим винаходом, у свою чергу, характеризується змістом пункту 5 формули винаходу, спосіб виробництва паперу згідно з цим винаходом характеризується змістом пункту 10 формули винаходу, а використання композиції та способу її виробництва характеризується змістом пунктів 14, 17 і 18 формули винаходу. За допомогою цього винаходу можливо, наприклад, при виробництві паперу поліпшити зневоднювання, утримання суспендованих твердих часток і формування. Формування описує, як багато пучків утримуючі речовини втримали разом зі суспендованими твердими частками. Формування - це захід рівномірного розподілу твердих речовин, тобто важлива характеристика, що описує якість паперу. Прискорення зневоднювання та поліпшення утримання суспендованих твердих часток поліпшує ефективність папероробної машини (дренування) і якість кінцевого продукту. Більш швидке зневоднювання на сітковій частині дає можливість серед іншого, збільшити швидкість папероробної машини, розведення напірного ящика та, таким чином, поліпшити формування та збереження енергії при сушінні в сушильній частині. Таким чином, поліпшення формування є заходом, який вказує, насамперед, на поліпшення якості. Приклади, описані нижче, в тому числі, ілюструють переваги, які досягаються за допомогою цього винаходу. На фіг. 1 представлені графіки зневоднювання в експериментальних точках, використаних у Прикладі 1. На фіг. 2 представлене втримання суспендованих твердих часток в експериментальних точках, використаних у Прикладі 1. На фіг. 3 представлене втримання наповнювача в експериментальних точках, використаних у Прикладі 1. На фіг. 4 представлена швидкість дренування у різних експериментальних точках, використаних у Прикладі 2. На фіг. 5 представлений час дренування в експериментальних точках першої серії експериментів за Прикладом 3. На фіг. 6 представлений час дренування в експериментальних точках другої серії експериментів за Прикладом 3. На фіг. 7A і 7B представлений час дренування в експериментальних точках Прикладу 5. На фіг. 8A і 8B представлене втримання наповнювача в експериментальних точках Прикладу 5. На фіг. 9 представлений час дренування в експериментальних точках Прикладу 6. Цей винахід стосується водної композиції, рН якої складає 6,0-9,0, зокрема, 6,0-8,0 і яка 1 UA 104599 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 містить солі вугільної кислоти або ефіри вугільної кислоти, або і те, і інше при концентрації принаймні 0,01 % від загальної маси водної композиції. Композиція також містить утримуючі засоби, які краще є флокулянтами, коагулянтами або мікрочастинками, або їхньою сумішшю, при цьому їхня концентрація в композиції складає, у кращому випадку, принаймні 0,01 %, наприклад, приблизно від 0,01 до 5 %, краще - приблизно 0,01-3 % від загальної маси водної композиції. Краще, щоб згадані солі вугільної кислоти були неорганічними або органічними карбонатними або бікарбонатними солями при нормальному тиску, а ефіри - відповідними ефірами. Найкраще, коли солі є карбонатними або бікарбонатнми солями або сумішшю таких солей, отриманих з відповідних гідроокисів, найбільш придатними з яких є солі кальцію, магнію, марганцю, заліза, міді, цинку, натрію, калію, літію, барію, стронцію або нікелю, найкраще - сіль кальцію. Винахід також стосується способу одержання згаданої водної композиції, у якому до водного розчину додають гідроксидний шлам, знижують рН розчину до 6,0-9,0 шляхом введення двоокису вуглецю в розчин таким чином, щоб сумарна концентрація солей вугільної кислоти або ефірів вугільної кислоти, або і тих, і інших, отриманої із двоокису вуглецю та гідроксидного шламу, була принаймні 0,01 % від загальної маси водної композиції. Композицію краще одержують із солі кальцію вугільної кислоти, шляхом додавання шламу з гідроокисом кальцію у водний розчин і введення двоокису вуглецю в розчин. За кращим варіантом цього винаходу водним розчином є неочищена вода, вода, очищена хімічним шляхом, стічні води, дренажна вода з різним ступенем очищення, технічна вода або їхня суміш, або щільна або розведена паперова маса, краще дренажна вода або технічна вода, з якої відокремили суспендовані тверді частки. При використанні паперової маси краще, щоб були присутні змішані з водою тверді речовини. За найкращим варіантом водну композицію отримують на целюлозно-паперовому комбінаті, водоочисній станції, установці для очищення стічних вод, станції очищення надлишкового шламу або при фільтрації. Водна композиція за цим винаходом може використовуватися, серед іншого, для очищення неочищеної води, хімічно очищеної води, стічної води, дренажної води з різним ступенем очищення, технічної води або їхньої суміші, для очищення стічних вод, для видалення надлишкового шламу або для поліпшення фільтрації. Композицію також можна використовувати для зневоднювання, для поліпшення втримання суспендованих твердих часток і формування при виробництві паперу. За одним з найкращих варіантів втілення винаходу, композицію використовують для поліпшення фільтрації при фільтруванні органічних або мінеральних речовин, краще мінеральних наповнювачів, або пігментів, або полісахаридів, або їхньої суміші. За іншим кращим варіантом винаходу водну композицію використовують у способі виробництва паперу, у якому флокулянт, коагулянт, або мікрочастинки, або їхню суміш, а також зазначену водну композицію додають до паперової маси, причому загальна концентрація утворених солей вугільної кислоти, або ефірів вугільної кислоти або і тих, і інших складає принаймні 0,01 % від загальної маси водної композиції, а компоненти взаємодіють один з одним. У кращому випадку флокулянт являє собою катіоноактивний поліакриламід, поліетиленімін або крохмаль, як мікрочастинки використовують мікрочастинки, які містять кремній, причому найкраще, щоб це був бентоніт або колоїдна речовина, що містить двоокис кремнію, а коагулянтом є розчинний у воді компаунд, який містить алюміній. Коагулянт звичайно призначений для визначення впливу навантаження суспендованих твердих часток з боку полімерної або неорганічної домішки. Теоретично утворені пучки слабкіше ніж ті, що утворені флокулянтами. За кращим варіантом винаходу коагулянт, крім того, що він може бути розчинним у воді неорганічним компаундом, що містить алюміній, може також бути полімерним коагулянтом. У цього полімерного коагулянту вуглеводний ланцюг коротше, ніж у полімерного флокулянта. Найбільш придатними полімерними коагулянтами для цього застосування є хлорид диаллілдиметиламонію, або подібні аміни, або їхні суміші. Згадані коагулянти та флокулянти є так званими утримуючими речовинами. Звичайно для зневоднювання та утримання суспендованих твердих часток використовують неорганічні катіоноактивні коагулянти, наприклад, галуни. За цим винаходом у якості флокулянтів, серед інших, використовують різні полімерні утримуючі засоби, які можуть бути й природними полімерами, наприклад, полісахаридами (крохмаль), і синтетичними полімерами, наприклад, поліакриламідами, і вони значно більш ефективні в порівнянні з коагулянтами. Краще разом із цими полімерними утримуючими речовинами використовувати неорганічні так звані мікрочастинки, наприклад, колоїдний двоокис кремнію (полікремінна кислота, сіль диоксиду 2 UA 104599 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 кремнію, мікрогель, і т.д.) і бентоніт. Флокулянти та коагулянти допомагають збільшити швидкість дренування, тобто зневоднювання, та скріплення суспендованих твердих часток одної до одної, тобто втримання, в процесах, де важливим є відокремлення суспендованих твердих часток від води. Системи втримання на мікрочастинках засновані особливо на вищезгаданому одночасному використанні полімеру та мікрочастинок, і вони дуже вигідні для використання у цьому винаході у якості утримуючих систем. Найвідомішими промисловими системами втримання на мікрочастинках є Композил (Compozil) і Гідрокол (Hydrocol). У цих системах мікрочастинок тверді тіла спочатку з'єднуютьcя разом у великі пучки за допомогою катіоноактивного полімеру. Після цього пучки руйнують. Це може відбутися, наприклад, на етапі більш високої загальної швидкості процесу виробництва паперу (наприклад, при проходженні через решітки або насоси). Одночасно з руйнуванням пучків полімер розкладається, і ці вільні полімерні ланцюги розташовуються паралельно поверхні твердих тел. У разі процесу виробництва паперу, після цього у паперову масу додають мікрочастинки в зону більш спокійної загальної швидкості безпосередньо перед відокремленням суспендованих твердих часток від води при дренуванні, наприклад на сітковій частині папероробної машини. Розмір аніоноактивних мікрочастинок дуже малий, і ці частки здатні повторно з'єднувати тверді речовини в менші пучки, причому у той же час досягається краще поєднання якості та ефективності. Інакше кажучи, коли використовують такі системи мікрочастинок, поліпшується формування, а зневоднювання та утримання знаходяться на досить високому рівні, . Мікрочастинки діють на кшталт зв'язуючого разом з природними або синтетичними полімерами. Взагалі, системи мікрочастинок здатні значно збільшувати рівень утримання та зневоднювання твердої речовини, але в той же час формування може погіршуватися в порівнянні з випадком невикористання утримуючих речовин. Для одержання швидкого зневоднювання, високого втримання твердих тіл і гарного рівня формування використовують утримуючу систему з катіоноактивної полімерної утримуючої речовини, мікрочастинок та аніоноактивного мікрополімеру. На ринку це представлено як система Теліоформ (Telioform). При однокомпонентній полімерній утримуючій системі до розведеної пульпи додають полімер з відносно довгим ланцюгом після останнього етапу високої загальної швидкості (очищення, системи змішування та насосні системи, наприклад сита або насоси, що живлять напірний ящик) перед напірним ящиком при виробництві паперу. При системі мікрочастинок, відповідно перед етапом високої загальної швидкості додають полімер, завдяки чому великі пучки руйнуються, полімерні ланцюги розпадаються та розміщуються головним чином паралельно поверхні твердих тіл. Мікрочастинки розпилюються після цього місця в зону більш спокійної загальної швидкості безпосередньо перед зневоднюванням. Коли застосовується система втримання на мікрочастинках, в цьому винаході можна також використовувати зворотний шлях додавання. У системі втримання Telioform катіоноактивна полімерна утримуюча речовина вводиться перед етапом високої загальної швидкості, в трубопроводах, які живлять напірний ящик. Після цього розподіляють мікрочастинки та аніоноактивний мікрополімер безпосередньо перед дренуванням паперової маси. Серед іншого, використовувані колоїдні аніоноактивні мікрочастинки включають колоїдний диоксид кремнію та полікремінну кислоту, які були модифіковані і можуть містити елементи, наприклад, алюміній або бор, або їхню суміш, або такі компоненти, як боросилікати, поліборосилікати та цеоліти. Вони можуть бути як у водній фазі, так і в частках диоксиду кремнію або одночасно в обох станах. Полікремінну кислоту можна назвати мікрогелем полікремінної кислоти, полімерною кремінною кислотою, полісилікатом, колоїдним диоксидом кремнію, структурованим диоксидом кремнію або полісилікатним мікрогелем. Колоїдні диоксиди кремнію, модифіковані алюмінієм, називаються колоїдними модифікованими алюмінієм диоксидами кремнію, причому в це поняття входить силікати поліалюмінію і мікрогелі силікатів поліалюмінію. Всі ці форми охоплює термін „колоїдний диоксид кремнію" (Telioform S20), який застосовується в цьому винаході. Колоїдні мікрочастинки можна одержати зі спінених глин. Ними є, наприклад, гекторіт, сукновальна глина, монтмориллоніт, нонтроніт, сапоніт, сауконіт, хорміт, аттапульгіт і сепіоліт. Всі ці форми охоплюються терміном „бентоніт" (Hydrocol SH), який застосовується в цьому винаході. Прикладами катіоноактивних синтетичних полімерів, які використовуються в цьому винаході, можна назвати полімери на основі акрилату та акриламіду, хлорид полі(диалліл)диметиламонію, поліетиленіміни, поліаміни, поліамідоаміни, полімери на основі вініламіду, меламінформальдегідні і сечовиноформальдегідні смоли. Катіоноактивними полісахаридами, які використовуються в цьому винаході, є крохмалі, 3 UA 104599 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 гуарова смола, хітозани, хітини, глікани, галактани, глюкани, ксантанові камеді, пектини, маннани та декстрини, краще крохмалі та гуарові смоли. Краще, щоб крохмаль був виготовлений з картоплі, кукурудзи, пшениці, тапіоки, рису або вівса. За кращим варіантом, використовуваними полімерами є модифікований крохмаль і полімер на основі акриламіду, які використовують окремо, разом або з іншими полімерами. Використовувані полімери можуть бути лінійними, розгалуженими або зшитими. Найбільш корисно, щоб вони були водорозчинними або могли створювати дисперсію у воді. Волокна можуть бути із целюлозної або деревної маси та у кращому випадку краще вони є волокнами сульфатної або сульфітної целюлози, розчинною клітковиною, органосольвентом, волокнами хіміко-механічної (CTMP) або термомеханичої (TMP) целюлозної маси або пресованої деревної маси (PGW), повторно використовувані волокна або волокна очищеної від фарби макулатурної маси. Суспендовані тверді частки краще містять мінеральні наповнювачі або покривні пігменти, які, найкраще, є каоліном, двоокисом титану, гіпсом, тальком, тонкодисперсним карбонатом кальцію (ТКК), осадженим карбонатом кальцію (ОКК) або білим пігментом. Інші хімічні речовини, такі як оптичний відбілювач, пластмасові пігменти, барвники, закріплювачі, зміцнювачі у вологому стані, зміцнювачі в сухому стані та сполуки алюмінію, також придатні для застосування в контексті цього винаходу. Прикладами відповідних сполук алюмінію є галуни, алюмінати, хлористий алюміній, азотнокислий алюміній і поліалюмінієві хімічні речовини. Відповідними поліалюмінієвими хімічними речовинами є поліалюмінію хлорид, поліалюмінію сульфат, поліалюмінієві сполуки, які містять хлориди або сульфати, або і перше, і друге, солі силікати поліалюмінієвого силікату та їхні суміші. Таким чином, поліалюмінієві хімічні речовини можуть також містити інші аніони, ніж хлориди, наприклад аніони, похідні від сірчаної кислоти, фосфорної кислоти або органічних кислот, наприклад, лимонної або щавлевої кислот. Оскільки сполуки алюмінію за цим винаходом використовуються для відокремлення суспендованих твердих часток від води, часто корисно додавати їх у паперову масу перед додаванням полімеру або мікрочастинок. Серед закріплювачів, таких як коагулянти, найкращими є полідадмак (полідиалілдиметиламонію хлорид) і поліамід типу аніоноактивні колектори збуреної речовини. У якості зміцнювача у вологому стані використовують, наприклад, смолу поліамідамінепіхлорогідриду (PAAE), сечовиноформальдегідну смолу (СС), меламіноформальдегідну смолу (МС) і поліакриламід гліоксалю. Спосіб за цим винаходом можна використовувати у виробництві паперу з будь-якого типу целюлози, наприклад, деревної маси або целюлози, волокна вторинної переробки, очищеної макулатурної маси або їхньої суміші. Згадані хімічні речовини можуть бути додані до целюлози в порядку, який зазначений в прикладах, що описані далі, або у будь-якому іншому порядку. Як правило, обробляння шламом з Ca(OH)2 і двоокисом вуглецю в папероробної машині краще виконувати при великій кількості дренажної води, неочищеної води, стічної води, дренажної води з різним ступенем очищення (наприклад, для очищення дренажної води), їхньої суміші або іншої подібної дренажної води, що відокремлена від суспендованих твердих часток. Також можливо обробляти паперову масу (щільну або розведену), у якій суспендовані тверді частки об'єднані з водою. Аналогічно, при очищенні стічних вод, водоочищенні або при видаленні надлишкового шламу, є можливість обробляти несепаровану речовину, у якій суспендовані тверді частки присутні у воді. Таким чином, цей спосіб взагалі здатен для застосування для відокремлення твердої речовини від води за допомогою дренування. Несподівано виявилося, що згідно з цим винаходом, при використанні стічної води (або дренажної води), яку обробили Ca(OH)2 шламом і двоокисом вуглецю, досягається прискорене зневоднювання з інтенсивним утриманням суспендованих твердих часток і гарним формуванням, . Отримані солі або ефіри вугільної кислоти мають аніоноактивну природу та діють подібно іншим вищезгаданим мікрочастинкам. Ці солі вугільної кислоти та/або стани карбонатів при рН 6,0-9,0 (зокрема 6,0-8,0) настільки малі, що їхня кількість в одній й тій самій об'ємній одиниці є великою, завдяки чому вони дають можливість об'єднуватися пучкам, які були зруйновані на більш високих загальних швидкостях. Зокрема, цьому ефекту надають особливого значення, коли тверду речовину обробляють катіоноактивним природним або синтетичним полімером. Використовувані флокулянти та коагулянти можуть бути лінійними, тобто нерозгалуженими, частково нерозгалуженими, або повністю розгалуженими, або складати комбінації з них. Флокулянти або коагулянти можуть бути частково зшиті або з'єднані містковим зв'язком. Найбільш рентабельним виробництво композиції за цим винаходом може бути влаштовано 4 UA 104599 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 або на паперовій фабриці, або при водоочищенні, або при очищенні стічних вод, де є велика кількість води, з якої повинна бути відокремелена тверда речовина. Приклади Приклад 1 У цьому Прикладі був використаний конвеєрний формувач (КФ), у якому за допомогою вакуумного усмоктування та фольг (рухома стрічка під стаціонарною сіткою) можна вивчати характеристики зневоднювання, утримання та формування паперової маси. В експериментах використовувався режим збільшеного усмоктування в КФ. У якості паперової маси використовувалася некрейдована целюлоза напірного ящика машини високосортного паперу, що містить всі інші наповнювачі, які використовуються в паперовому виробництві, крім утримуючих речовин. Інакше кажучи, целюлоза напірного ящика збиралася після живильних насосів напірного ящика, перед дозуванням утримуючої речовини. Целюлоза напірного ящика містила осаджений вуглекислий кальцій (ОВК) як наповнювач. Як утримуючі речовини використовувалися катіоноактивний поліакриламід (Percol 3030), бентоніт (Hydrocol SH) і аніоноактивний мікрополімер (Telioform M305). Використовували такий режим змішування для целюлози в КФ перед початком дренування в КФ: 35 с зі швидкістю 500 об./хв., 30 с зі швидкістю 1500 об./хв. і 10 с зі швидкістю 500 об./хв. Таким чином, повний час до дозування утримуючої речовини для дренування целюлози напірного ящика складав 75 секунд. Катіоноактивний поліакриламід (P3030) у кількості 150 г/т і 300 г/т дозували зі швидкістю 500 об./хв. протягом 32 секунд. Бентоніт (SH) у кількості 2 кг/т дозували протягом 68 секунд зі швидкістю 500 об./хв. Аніоноактивний мікрополімер (M305) також дозували протягом 68 секунд зі швидкістю 500 об./хв. Бентоніт і мікрополімер дозували окремо, але одночасно. Використання катіоноактивного поліакриламіду та бентоніту відповідає так званій системі втримання Hydrocol. Використання катіоноактивного поліакриламіду, бентоніту та мікрополімеру відповідає так званій системі втримання Telioform. Концентрація целюлози напірного ящика в експериментальній точці (див. Таблицю 1) була 3 г/л. У нижченаведених експериментальних точках (B-F) вищезгадані утримуючі речовини були введені в целюлозу напірного ящика, що була розведена до концентрації 3 г/л чистим дренажем з машини високосортного паперу. У цих експериментальних точках 25 літрів рідкого зливу фільтрували від целюлози напірного ящика, розведеної чистим дренажем, з концентрацією 3 г/л. Перед збиранням відпрацьованої рідини, зважені тверді частки целюлози напірного ящика осаджували протягом 24 годин. До цієї відпрацьованої рідини додали 50 грам 15 % Са(ОН)2 шламу. Після цього достатню кількість газу CО 2 барботували у відпрацьовану рідину, щоб зменшити рН до 6,5. Барботування газу двоокису вуглецю знову повторили після 5 годин і знову знизили рН до 6,5. Оброблену таким чином відпрацьовану рідину, яка далі називається "кислотною водою", використовували в КФ для розведення целюлози напірного ящика до концентрації 3 г/л. З відпрацьованої рідини використовували тільки ту, що осаджували протягом 5 годин. Неколоїдний матеріал, що залишився на дні посудини, залишили невикористаним. Виміряний середній розмір часток із цієї відпрацьованої рідини типу "кислотної води", був приблизно 60 нм (Malvern Nano-ZS). З кожної експериментальної точки (Табл. 1) були взяті десять повторних проб. Таблиця 1 Експериментальні точки Експериментальна точка A В С D E F 45 P3030,г/т 300 300 300 300 150 150 SH, кг/т 0 0 2 2 2 2 M305,г/т 0 0 0 0 150 150 Вода розведення чистий дренаж кислотна вода чистий дренаж кислотна вода чистий дренаж кислотна вода Цільова величина маси в КФ становить 80 гр/м. Вміст наповнювача визначали спалюванням аркушів при температурі 525 °C протягом двох годин. Формування вимірювали тестером Бетаформування (Ambertec). На фіг. 1 представлені зміни рівня вакууму залежно від часу у випадку мембранного фільтрування на сітці КФ. Чим вище крива, тим швидше відбувається зневоднювання листа. Коли використовується тільки катіоноактивний поліакриламід як утримуюча речовина, 5 UA 104599 C2 5 10 15 20 25 30 досягається значне поліпшення зневоднювання целюлози, що обробили кислотною водою (експериментальна точка B) у порівнянні з використанням необробленої целюлози (експериментальна точка A). Аналогічна ситуація спостерігається, коли зневоднювання проходить значно швидше, якщо кислотну воду використовують з поліакриламідом і бентонітом (експериментальна точка D) у порівнянні з випадком, коли кислотну воду не використовують (експериментальна точка C). Коли разом використовують поліакриламід, бентоніт і мікрополімер, ситуація залишається такою ж, тобто коли використовують кислотну воду (експериментальна точка F) досягається значне поліпшення в порівнянні з тим, коли кислотну воду не використовують (експериментальна точка E). На фіг. 2 представлені відмінності між різними експериментальними точками втримання суспендованих твердих часток. Коли катіоноактивний полімер використовують як утримуючу речовину, то розходження між тим, обробляють паперову масу кислотною водою (експериментальна точка B) чи не обробляють (експериментальна точка A), не досягають. А у випадку коли використовують комбінацію поліакриламіду та бентоніту, то при використанні кислотної води одержують утримання суспендованих твердих часток приблизно на 3 % вище (експериментальна точка D), ніж без кислотної води (експериментальна точка C). Коли використовують комбінацію поліакриламіду, бентоніту та мікрополімеру, то при використанні кислотної води знову одержують більш інтенсивне утримання суспендованих твердих часток приблизно на 3 % (експериментальна точка F), ніж без неї (експериментальна точка E). Відповідно, на фіг. 3 представлені відмінності утримання наповнювача між різними експериментальними точками. При використанні тільки катіоноактивного поліакриламіду як утримуючої речовини, а також кислотної води досягається приблизно 10 % збільшення рівня утримання наповнювача в порівнянні з тим, коли кислотну воду не використовують (експериментальні точки A і B). Отже, при використанні поліакриламіду та бентоніту як утримуючих речовин та кислотної води, досягається приблизно 15 % збільшення рівня утримання наповнювача (експериментальні точки C і D). Також приблизно на 15 % досягається підвищення рівня утримання наповнювача, коли використовують комбінацію поліакриламіду, бентоніту та мікрополімеру (експериментальні точки E і F). Експериментальними точками отриманих результатів з використанням кислотної води є точки B, D і F. Різниця в рівнях формування між різними експериментальними точками наведені нижче в Таблиці 2. Таблиця 2 Формування в експериментальних точках Експериментальна точка A В С D E F 35 40 45 Формування г/м 4,5 4,3 6,6 6,5 5,4 5,3 2 Кислотна вода дає подібне формування в експериментах з використанням тільки катіоноактивного поліакриламіду (експериментальна точка B) у порівнянні з експериментами, де кислотну воду не використовують (експериментальна точка A). Також формування знаходиться на одному рівні, якщо використовують поліакриламід і бентоніт (експериментальні точки C і D), незалежно від використання кислотної води. Аналогічна ситуація спостерігається, коли використовують комбінацію трьох утримуючих речовин (поліакриламід, бентоніт і мікрополімер) (експериментальні точки E і F). Знову експериментальними точками отриманих результатів з використанням кислотної води є точки B, D і F. Приклад 2 Експерименти зі зневоднювання з різними комбінаціями утримуючих речовин були виконані з використанням приладу типа DFR (Drainage Freeness Retention – дренування, садкість за канадським стандартом, утримування - прим. перекл.) (фірми BTG Mutek, DFR-04). Використовуваною целюлозою була целюлоза напірного ящика, яка отримана після насосів, що живлять напірний ящик машини некрейдованого високосортного паперу, до введення утримуючих речовин. Концентрація целюлози складала 0,5 %, при цьому целюлоза містила осаджений карбонат кальцію (ОКК) та іншу сировину, використовувану в папероробній машині. 6 UA 104599 C2 5 10 Режим змішування в пристрої DFR перед дренуванням сировини становив: 10 секунд при швидкості 400 об./хв., 30 секунд при швидкості 1000 об./хв. і 10 секунд при швидкості 400 об./хв… Після 60-секундного дренування зважили дренаж. Кінцеву масу дренажу в грамах обумовлює швидкість дренування. У якості утримуючої речовини використовували аніоноактивний поліакриламід (Percol 156, далі Pl 56), катіоноактивний поліакриламід (Percol 3030, далі P3030), бентоніт (Hydrocol SH, далі SH) та їхні комбінації. Pl 56 або P3030 застосовували через 5 секунд зі швидкістю 400 об./хв. Бентоніт SH застосовували через 45 секунд після початку експерименту зі швидкістю 400 об./хв. Таким чином, загальний час до застосування утримуючих речовин до целюлози напірного ящика складав 50 секунд до початку дренування. "Кислотну воду" отримали так само, як у Прикладі 1, відпрацьованої рідини целюлози напірного ящика. Цим експериментом описали вплив так званої кислотної води на характеристики зневоднювання паперової маси. При цьому, чим більше дренаж, тим швидше відбувається зневоднювання целюлози. Для кожної експериментальної точки були виконані п'ять паралельних вимірювань (див. Таблицю 3). 15 Таблиця 3 Використовувані експериментальні точки. Експериментальна точка A Початкова речовина Початкова речовина з В кислотною водою С 300 г/т P156 300 г/т PI56 з кислотною D водою E 2 кг/т SH 2 кг/т SH з кислотною F водою G 300г/т P156+2кг/т SH 300 г/т PI56+2 кг/т SH з H кислотною водою I 300 г/т P3030+2 кг/т SH 300 г/т P3030+2 кг/т SH з J кислотною водою 20 25 30 35 На фіг. 4 представлені відмінності між цими експериментальними точками у швидкості дренування. Целюлоза напірного ящика, оброблена кислотною водою, має кращі характеристики зневоднювання, навіть як така, що можна помітити при порівнянні експериментальних точок А (без кислотної води) і B (з кислотною водою). Аніоноактивний поліакриламід (P 156) послабляє ефект зневоднювання (експериментальна точка C). Замість цього обробляння кислотною водою та аніоноактивним поліакриламідом трохи поліпшує ефект зневоднювання (експериментальна точка D). Додавання бентоніту (SH) поліпшує властивості зневоднювання у випадках, коли целюлозу не обробляють кислотною водою (експериментальна точка E) і коли обробляють (експериментальна точка F). Однак целюлоза, оброблена кислотною водою, має кращу спроможність зневоднювання, ніж необроблена целюлоза. Додавання аніоноактивного поліакриламіду (P 156) і бентоніту (експериментальна точка G) не поліпшує рівень зневоднювання, що досягається тільки бентонітом (експериментальна точка E). При цьому аніоноактивний поліакриламід (P 156) поліпшує зневоднювання при використанні з бентонітом (експериментальна точка H) у порівнянні з рівнем зневоднювання, що досягається при використанні тільки бентоніту та кислотної води (експериментальна точка F). Катіоноактивний поліакриламід (P3030) разом з бентонітом (SH) явно поліпшує зневоднювання в експериментах, які виконують як без кислотної води (експериментальна точка I), так і з кислотною водою (експериментальна точка J). Однак краща швидкість дренування явно досягається при використанні кислотної води (експериментальна точка J). Приклад 3 Характеристики зневоднювання некрейдованої целюлози високосортного паперу визначали за допомогою приладу для визначення садкості (за канадським стандартом). У якості 7 UA 104599 C2 5 10 15 утримуючих речовин використовували катіоноактивний поліакриламід (Перкон 182, P 182), бентоніт (Hydrocol SH, SH) і колоїдний диоксид кремнію (Telioform S20, S20). Утримуючі хімічні речовини були додані до концентрації 0,55 % від сировини напірного ящика в ДДК (Динамічний Дренажний Контейнер) (контейнер Бритта - Britt). Режим змішування, що використовувався в ДДК такий: 10 секунд зі швидкістю 500 об./хв., 30 секунд зі швидкістю 1500 об./хв. і 10 секунд зі швидкістю 500 об./хв. Після того, як в приладі для визначення садкості осушили 700 мл фільтрату з 1000 мл проби записали час, який для цього знадобився. У першому експерименті (див. Таблицю 4) катіоноактивний поліакриламід (P 182) додавали через 5 секунд зі швидкістю 500 об./хв. Бентоніт (SH) або колоїдний диоксид кремнію (S20) додали через 45 секунд після початку експерименту на швидкості 500 об./хв. Після цього один літр сировини напірного ящика осушили з використанням приладу для визначення садкості. У другому експерименті додавали або бентоніт (SH), або колоїдний диоксид кремнію (S20) через 5 секунд на швидкості 500 об./хв., а катіоноактивний поліакриламід (P 182) був доданий через 45 секунд на швидкості 500 об./хв. Після цього за допомогою приладу для визначення садкості осушили один літр целюлози напірного ящика. Таким чином, порядок додавань утримуючих речовин у другому експерименті був інвертований у порівнянні з першим. Використовувана кислотна вода була виготовлена з відпрацьованої рідини целюлози напірного ящика згідно з Прикладом 1. Таким чином, метою була перевірка впливу порядку додавання утримуючих речовин на характеристики зневоднювання. 20 Таблиця 4 Експериментальні точки першої серії випробувань Експериментальна точка A В С D E F G H 25 30 P182,г/т 0 300 300 300 300 300 300 0 SH, кг/т 0 0 2 0 2 0 0 0 S20,г/т 0 0 0 0 0 500 500 0 Вода розведення без кислотної води без кислотної води без кислотної води з кислотною водою з кислотною водою без кислотної води з кислотною водою з кислотною водою Порівнюючи значення експериментальних точок А (без кислотної води) і H (з кислотною водою), можна помітити, що кислотна вода прискорює дренування навіть без утримуючих речовин, як представлено на фіг. 5. Коли використовується катіоноактивний поліакриламід (P 182), можна помітити, що сировина, оброблена кислотною водою (експериментальна точка D), осушується значно швидше, ніж якби обробляння не виконували (експериментальна точка B). Поліпшення зневоднювання досягається використанням комбінацій катіоноактивного поліакриламіду (P 182) і бентоніту (SH). Однак знову зневоднювання проходить значно швидше, коли використовують кислотну воду (експериментальна точка E), ніж у випадку, коли виконується дренування початкової целюлози напірного ящика (експериментальна точка C). У випадку додавання катіоноактивного поліакриламіду (P 182) і колоїдного диоксиду кремнію (S20), ситуація залишається такою самою, як описано вище. За допомогою кислотної води (експериментальна точка F) досягається явне прискорення зневоднювання (у порівнянні з експериментальною точкою G). 35 Таблиця 5 Експериментальні точки другої серії випробувань. Експериментальна точка AA BB CC DD ЕЕ FF GG HH SH, кг/т 0 0 2 0 2 0 0 0 S20, г/т 0 0 0 0 0 500 500 0 8 PI 82, г/т 0 300 300 300 300 300 300 0 Вода розведення без кислотної води без кислотної води без кислотної води з кислотною водою з кислотною водою без кислотної води з кислотною водою з кислотною водою UA 104599 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Результати дренування другої серії експериментів представлені на фіг. 6. У цій серії експериментів додавання катіоноактивного поліакриламіду (P 182) не виконували доти, поки не починали фільтрацію в приладі для визначення садкості. Кислотна вода прискорює зневоднювання (експериментальна точка НН) навіть без використання утримуючих речовин у порівнянні з тим, коли осушують необроблену сировину напірного ящика (експериментальна точка AA). Аналогічно першій серії експериментів, більш швидке зневоднювання досягається при використанні з катіоноактивним поліакриламідом кислотної води (експериментальна точка DD) у порівнянні з тим, коли вона не використовувалася (експериментальна точка BB). Кислотна вода разом з бентонітом (SH) і катіоноактивним поліакриламідом (Pl 82) у черговий раз допомагає досягти значно більш швидкого зневоднювання (експериментальна точка EE) у порівнянні з тим, коли ці утримуючі речовини додають у волокнисту масу, не оброблену кислотною водою (експериментальна точка CC). Ситуація така ж сама, що описана вище при використанні колоїдного диоксиду кремнію (S20) і катіоноактивного поліакриламіду (P 182), тобто кислотна вода прискорює зневоднювання (експериментальна точка GG) у порівнянні з тим, коли вона не присутня (експериментальна точка FF). Приклад 4 - Виробництво "кислотної води" 50 г 40 % Ca(OH)2 шламу додають у відпрацьовану воду машини некрейдованого високосортного паперу. Після цього, стічну воду барботують достатньою кількістю газу CO 2 для зменшення рН до 6,5. Оброблена таким чином відпрацьована вода, яка нижче називається "кислотною водою", використовувалася в Прикладах 2 і 3. Приклад 5 - вплив "кислотної води" на характеристики зневоднювання та утримання з коагулянтами. Експерименти зі зневоднювання з різними комбінаціями коагулянтів (тобто закріплювачів) і утримуючих речовин виконувалися на пристрої DFR (BTG Mutek, DFR 4). "Кислотна вода" була отримана згідно з прикладом 1 у відпрацьованій воді машини високосортного паперу. Використовувана целюлоза була сировиною змішувального ящика машини некрейдованого високосортного паперу. Концентрація целюлози складала 2,2 %, а целюлоза містила осаджений карбонат кальцію, барвники целюлози та іншу сировину, використовувану в папероробної машині, наприклад, поліалюмінійхлорид (PAC). Зольність целюлози становила 22 %. Спочатку катіоноактивний кукурудзяний крохмаль (Raisamyl 70021, далі Raisamyl), а після коагулянт були додані до такої целюлози з 60-секундним інтервалом при швидкості обертання 200 об./хв. Коагулянтами були Alcofix 159, Alcofix 169 і Raifix 25035, які далі позначаються як Al 59, Al 69 і Raifix. Alcofix 169 є коагулянтом типу полі-ADMAC (хлорид n-алкілдиметилбензиламонію), Alcofix 159 є коагулянтом типу поліаміну, а Raifix 25025 є коагулянтом на основі крохмалю. Перед експериментами зі зневоднювання та утримання ця целюлоза була розведена так званою "кислотною водою" або звичайною відпрацьованою водою до концентрації 0,7 %. Режим змішування в пристрої DFR перед дренуванням сировини був такий: 10 секунд зі швидкістю 400 об./хв., 30 секунд зі швидкістю 1000 об./хв. і 15 секунд зі швидкістю 400 об./хв. Після 55-секундного дренування визначили масу дренажу. Кінцева маса дренажу в грамах обумовлюється швидкістю дренування. Катіоноактивний поліакриламід (Percol 3030, далі P3030), бентоніт (Hydrocol SH, далі SH), аніоноактивний мікрополімер (Telioform M305, далі M305) і їхні комбінації використовували як утримуючі речовини (Таблиця 6, і фіг. 7 A, 7B, а також 8A і 8B). Способи застосування різних утримуючих речовин відрізняються. P3O3O застосовують через 5 секунд після початку експерименту зі швидкістю 400 об./хв. Бентоніт SH застосовують через 45 секунд після початку експерименту зі швидкістю 400 об./хв. M305 застосовують через 50 секунд після початку експерименту зі швидкістю 400 об./хв. 9 UA 104599 C2 Таблиця 6. Використані експериментальні точки Експериментальна точка A В С D E F G H I J 5 10 15 20 25 30 35 Вода Некислотна Некислотна Некислотна Кислотна Кислотна Кислотна Некислотна Кислотна Некислотна Кислотна Raisamyl A159 A169 Raifix РЗ0З0 SH M305 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 0,5 0 0 0,5 0 0 0 0 0 0 0 0,5 0 0 0,5 0 0,5 0,5 0,5 0,5 0 0 0,5 0 0 0,5 0 0 0 0 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,3 0,3 0,3 0,3 2 2 2 2 2 2 2 2 0 0 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0 0 0 0 Дози хімічних речовин дані в одиницях кг/т з розрахунку на активну речовину. У кожній експериментальній точці були виконані п'ять паралельних вимірів. Вміст наповнювача визначали шляхом спалювання листів при 525 °C протягом двох годин. На фіг. 7A представлені експериментальні точки D, E і F, у яких використовувалася кислотна вода, а швидкість дренування явно більше, ніж в експериментальних точках A, B і C, де кислотна вода за цим винаходом не використовувалася. На фіг. 7B можна побачити, як кислотна вода за цим винаходом поліпшує зневоднювання в системі втримання мікрочастинки (експериментальна точка G у порівнянні з експериментальною точкою H). Відповідно, зневоднювання за допомогою кислотної води з тільки катіоноактивним поліакриламідом (експериментальна точка J) відбувається швидше, ніж без неї (експериментальна точка I). У свою чергу, на фіг. 8А показано, наскільки кращим є використання кислотної води (експериментальні точки D, E і F) для втримання наповнювача. Відповідно, кислотна вода поліпшує втримання наповнювача в системі втримання мікрочастинки (експериментальна точка H), так само, як з катіоноактивним поліакриламідом (експериментальна точка J). У цілому, цей приклад демонструє, що використовувати кислотну воду краще з коагулянтами та флокулянтами. Приклад 6. Звичайно метод тестування, заснований на вакуумному всмоктуванні, більш достовірний, ніж метод, заснований на силі ваги, особливо, для тестування дренування в картоноробних машинах. В експерименті цього прикладу воду відсмоктують від стандартного об'єму целюлози, використовуючи вакуумний насос, через фільтрувальний папір у лійці, що всмоктує. Виміряли час, витрачений на зневоднювання (час дренування) і вміст твердої речовини сформованого осаду на фільтрі. У цьому випадку використовували лійку Бюхнера, у яку був щільно встановлений зволожений фільтрувальний папір (Whatman 541). Лійку встановили щільно в відсмоктувальній склянці, до якої згодом приєднали вакуумний насос (Edwards Speedivac 2/Едвардс Спідівек 2) за допомогою трубки. Для кожного випробування зважували 750 грамів сировини. Сировину брали із серединного шару машини, що робить хвилястий картон. Сировина складалася з деревної маси та невеликої кількості крейдованого листового браку. Сировина була зібрана після змішувального резервуара машини, що робить хвилястий картон. Осади на фільтрі сушилися при температурі 105 °C протягом двох годин. Експеримент з дренування, заснований на усмоктуванні із всмоктувальним насосом, надає додаткову інформацію, особливо для машин з обмеженим сушінням, щодо того, як можна зменшити потреби енергії на сушіння шляхом поліпшення зневоднювання і як функцію закріплення можна зробити більш ефективною (Таблиця 7 і фіг. 9). 10 UA 104599 C2 Таблиця 7. Використані експериментальних точок Експериментальна точка AA BB CC DD ЕЕ FF 5 Water без кислотної води з кислотною водою без кислотної води з кислотною водою без кислотної води з кислотною водою A159 0,5 0,5 0 0 0 0 A169 0 0 0,5 0,5 0 0 Raifix 0 0 0 0 0,5 0,5 SH 2 2 2 2 2 2 На фіг. 9 чітко показано, що так звана кислотна вода значно прискорює зневоднювання. У цілому, цей приклад демонструє, наскільки кращим є ефект кислотної води, коли використовуються коагулянти разом з мікрочастинкою (бентоніт). ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 10 15 20 25 30 35 40 45 1. Водна композиція із рН в діапазоні 6,0-9,0, яка містить солі або ефіри вугільної кислоти або їхню суміш із концентрацією, що складає принаймні 0,01 % від загальної маси водної композиції, яка відрізняється тим, що додатково містить флокулянти, коагулянти або мікрочастинки, або їхню суміш як утримуючі речовини. 2. Композиція за п. 1, яка відрізняється тим, що солями вугільної кислоти є карбонатні або бікарбонатні солі при нормальному тиску, краще із середнім розміром часток менш 0,3 мкм. 3. Композиція за п. 1 або 2, яка відрізняється тим, що карбонатна або бікарбонатна сіль або їхня суміш, утворені з відповідного гідроокису, є неорганічною або органічною сіллю або їхньою сумішшю, краще сіллю кальцію, магнію, марганцю, заліза, міді, цинку, натрію, калію, літію, барію, стронцію або нікелю, найкраще сіллю кальцію. 4. Композиція за будь-яким з пп. 1-3, яка відрізняється тим, що в композиції присутні флокулянти, коагулянти або мікрочастинки, або їхні суміші при концентрації принаймні 0,01 %, краще від 0,01 до 5 % від загальної маси водної композиції. 5. Спосіб одержання водної композиції, який характеризується тим, що до водного розчину додають гідроксидний шлам та знижують рН розчину до значень у діапазоні 6,0-9,0 шляхом пропускання діоксиду вуглецю в розчин таким чином, щоб сумарна концентрація солей або ефірів вугільної кислоти або і тих, і інших, отриманих з діоксиду вуглецю та гідроксидного шламу, становила принаймні 0,01 % від загальної маси водної композиції, причому у водну композицію додають флокулянти, коагулянти або мікрочастинки, або їхні суміші як утримуючу речовину. 6. Спосіб за п. 5, який відрізняється тим, що кількість флокулянтів, коагулянтів або мікрочастинок або їхніх сумішей, які додають у водну композицію як утримуючу суміш, краще будь-якої з них або їх співполімерів, становить принаймні 0,01 %, зокрема приблизно 0,01-3 % від загальної маси водної композиції. 7. Спосіб за п. 5 або 6, який відрізняється тим, що водну композицію одержують із карбонатів шляхом додавання гідроксидного шламу у водний розчин і пропускання діоксиду вуглецю через розчин. 8. Спосіб за будь-яким з пп. 5-7, який відрізняється тим, що водною композицією є неочищена вода, хімічно очищена вода, дренажна вода з різним ступенем очищення, технічна вода або механічно очищена вода, або інший тип води, що використовують на паперових фабриках, або їхня суміш, або щільна або розведена паперова маса, краще дренажна вода або технічна вода, з якої були вилучені зважені тверді частки. 9. Спосіб за п. 8, який відрізняється тим, що із водного розчину спочатку одержують паперову масу, причому зважені тверді частки змішують із водою, після чого здійснюють спосіб згідно з будь-яким із пп. 5-7. 10. Спосіб виробництва паперу, який характеризується тим, що до паперової маси додають флокулянт, коагулянт або мікрочастинки, або їхню суміш у кількості принаймні 0,01 % від загальної маси водної композиції як утримуючу речовину, а також залишок водної композиції згідно з будь-яким із пп. 1-4, причому загальна концентрація отриманих солей вугільної кислоти або ефірів вугільної кислоти, або їхньої суміші складає принаймні 0,01 % від загальної маси 11 UA 104599 C2 5 10 15 20 25 водної композиції, а інгредієнти мають можливість вступати в реакцію, після чого папір видавлюють із композиції. 11. Спосіб за п. 10, який відрізняється тим, що флокулянтом є катіоноактивний поліакриламід, поліетиленімін або крохмаль, краще будь-який з них або їхня суміш. 12. Спосіб за п. 10, який відрізняється тим, що як мікрочастинки використовують кремній, який містить мікрочастинки, який у кращому випадку є бентонітом або колоїдною речовиною, що містить діоксид кремнію, найкраще будь-який з них або їхню суміш. 13. Спосіб за п. 10, який відрізняється тим, що коагулянтом є водорозчинна речовина, що містить алюміній, амін або хлорид діалілдиметиламонію (DADMAC), краще будь-який з них або їхню суміш. 14. Застосування водної композиції за будь-яким з пп. 1-4 як засобу для очищення неочищеної води, хімічно очищеної води, стічної води, дренажної води з різним ступенем очищення, технічної води або їхньої суміші, для очищення стічних вод, видалення надлишкового шламу або для поліпшення фільтрації. 15. Застосування водної композиції за п. 14 як джерела утримуючих речовин при фільтруванні органічних або неорганічних речовин, краще мінеральних наповнювачів або пігментів, або полісахаридів, або їхніх сумішей. 16. Застосування водної композиції за будь-яким з пп. 1-4 як джерела утримуючих речовин при зневоднюванні, утриманні суспендованих твердих часток і формуванні в паперовому виробництві. 17. Застосування способу за будь-яким з пп. 5-9 для виробництва водної композиції згідно з будь-яким з пп. 1-4 на паперовій фабриці. 18. Застосування способу за будь-яким з пп. 5-9 для виробництва водної композиції згідно з будь-яким з пп. 1-4 на водоочисній станції, установці для очищення стічних вод, очисній станції видалення надлишкового шламу або при фільтрації. 12 UA 104599 C2 13 UA 104599 C2 14 UA 104599 C2 15 UA 104599 C2 16 UA 104599 C2 17 UA 104599 C2 Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 18