Brevet FR2500858A1 — publié le 19820903

L'invention concerne un procédé pour éliminer la silice (SiO2) contenue dans ce que l'on appelle la lessive noire, produite dans le procédé de lessivage alcalin lors de la fabrication de la pâte à papier, la silice étant condensée sous la forme d'un gel par neutralisation au dioxyde de carbone, et en particulier à l'aide d'un gaz résiduaire d'un four de calcination de la chaux, contenant Cl2 | Selon un procédé connu (brevet DE-522 730), dans lequel la silice précipitée était obtenue sous une forme gélatineuse, c'est-à-dire sous la forme d'un gel, il n'était pas possible de séparer ce dernier de la lessive dans des conditions réalisables d'une manière économique, par exemple par filtration.Le gel devait donc être transformé en une masse cristalline filtrable, par des procédés supplémentaires, onéreux et longs, tels qu'une cuisson, ou par chauffage sous pression. Pour améliorer ce procédé, on avait déjà proposé de maintenir la lessive résiduaire, pendant l'addi- tion du dioxyde de carbone, à des températures inférieures au point d'ébullition et sous la pression ordinaire, soumise à un mouvement mécanique continu, obtenu par exemple par pompage ou agitation, jusqu'à la précipitation de silice finement divisée, et de séparer cette dernière, avantageusement après une décantation préalable, de préférence par filtration (brevet DE-1 119 645). Cette amélioration ne permettait cependant pas d'éliminer d'une manière satisfaisante les difficultés relatives à la séparation, et surtout à la précipitation convenant à cette dernière, car il fallait respecter des conditions qu'il n'était pas possible de réaliser à grande échelle d'une manière économique. L'invention a donc pour but de créer un procédé pour éliminer la silice d'une lessive noire, procédé applicable, selon les critères actuels, d'une manière économique à l'échelle industrielle, c'est-àdire un procédé dont les investissements et les frais d'exploitation soient faibles, et dans lequel les substances obtenues, c'est-à-dire en particulier, la lessive résiduaire débarrassée de sa silice et la silice séparée, puissent être réutilisées ou subir une utilisation ultérieure. Le procédé selon l'invention comprend les étapes consistant a) à concentrer la lessive noire jusqu'à une concentration de Si02 d'au oins 5 g/l; b) à neutraliser la lessive noire avec du CO2 jusqu'à une alcalinité inférieure à 0,4 g/l; et c) à séparer par centrifugation la boue de Si02 déposée par sédimentation. Dans le procédé selon l'invention, on élimine la silice de la lessive noire jusqu a un pourcentage relative ment élevé jusqu a 95y). La lessive noire débarrassée de sa silice peut être renvoyée en recyclage dans le procédé, ce qui permet de récupérer des produits chimiques et d'utiliser le pouvoir calorifique de la lessive noire. Par ailleurs, on diminue la pollution de l'environnement, car, jusqu'à maintenant, on envoyait dans de nombreux cas dans le milieu récepteur la lessive noire riche en silice, car sa régénération ne pouvait être envisagée, en raison de la formation de croûtes dans les évaporateurs, ainsi que de 11 influence négative des conditions d'exploitation régnant dans la cuve de macération et dans l'installation de recaustification. La silice, obtenue sous forme de boue de Si02, peut en outre être convertie par calcination en une substance solide à fine granulométrie, laquelle, pour sa part, peut, pour améliorer la séparation, ou bien être partiellement renvoyée en recyclage au procédé, ou bien être utilisée en totalité en tant que charge lors de la fabrication du papier. Une condition préalable à une condensation efficace de la silice et à sa précipitation sous une forme colloïdale réticule consiste à avoir une concentration en SiOz d'au moins 5 g de SiO7 par litre, de préférence 10 g par litre, et à neutraliser 1a lessive noire avec C02 jusqu'à obtention d'une alcalinité inférieure à 0,4 g de NaOH par litre, de préférence inférieure à 0,1 g par litre. Grâce au recyclage, dans la lessive noire, de la boue de SiS2 déjà sépare, il est possible d'obtenir cette concentration, même dans le cas des lessives plus diluées, et, dans le cas des lessives concentrées, d'accélérer la floculation de la boue de SiO2. I1 s'est par ailleurs avéré que la floculation est d'autant plus rapide, et que le floculat peut d'autant mieux être séparé, que la neutralisation est effectuée plus rapidement. Il s'est à ce propos avéré particulièrement avantageux d'utiliser des brûleurs immergés, car ces derniers permettent de réaliser simultanément une concentration de la lessive et une introduction du C02 sous la forme de bulles finement divisées. I1 est alors possible, dans une autre forme de réalisation de l'invention, d'éviter la sulfitation, gênante lors de la réutilisation de la lessive noire débarrassée de la silice (pour le lessivage du support de la pâte), en chauffant à l'aide de brûleurs immergés alimentés en un combustible ne contenant pas de soufre, par exemple du gaz naturel ou d'autres combustibles. C'est d'une manière particulièrement avantageuse que la neutralisation de la lessive noire par le CO2 peut être combinée à l'évaporation qui précède la combustion de la lessive et/ou sa recaustification. L'on a alors en général plusieurs évaporateurs sous vide disposés les uns derrière les autres, évaporateurs dans lesquels la lessive noire est concentrée par étapes. On peut alors ou bien procéder à l'introduction des fumées riches en CO2 en aval de l'un de ses étages d'évaporation, selon le taux de concentration s'avérant particulièrement avantageux du point de vue de l'exploitation, ou bien on peut aussi remplacer l'un de ses étages en effectuant l'évaporation et la neutralisation au moyen des brûleurs immergés. Comme, lors de sa dissolution devant nécessairement précéder la neutralisation, la solubilité du gaz carbonique, CO2, dans la lessive, augmente proportionnellement à la pression, il est avantageux, en particulier en raison de la corrosion due aux sulfites et sulfates, d'utiliser, à la place des fumées, du OG2 pur, lequel est introduit à une pression supérieure à 1 bar dans la lessive noire que l'on veut débarrasser de sa silice. I1 en résulte non seulement une augmentation, proportionnelle à la pression, de la vitesse de neutralisation, mais encore une économie de l'énergie, qui, dans le premier cas, devait être utilisée pour mettre les fumées en contact intime avec la lessive.Comme leur volume ne contient au maximum qu'un tiers de C02, il faut mettre en contact intime avec la lessive une quantité de gaz inerte de plusieurs fois supérieure, par exemple à l'aide d'un agitateur d'aération lors de la pulvérisation de la lessive dans les fumées, par exemple à l'aide d'un laveur à venturi, puis séparer de nouveau ces dernières. On peut alors éviter aussi une accumulation des ions sulfite dans la lessive, accumulation particulièrement dangereuse en raison de leur effet de corrosion dans les processus en circuit ferme. Au contraire des procédés de désiliciation mentionnés précédemment, dans lesquels on devait s'efforcer, dans tous les cas, d'obtenir une silice sous forme cristalline, de façon à pouvoir réaliser sa séparation à l'aide d'appareillages techniques et à des frais raisonnables, le procédé selon l'invention se fonde sur la séparation de deux phases liquides, sous l'effet de la force centrifuge. Dans ce but, conviennent tout particulièrement des séparateurs. Par contre, Si le gel de silice se transforme en une substance solide sous l'effet d'un vieillisse- ment, ou bien se convertit, par renvoi dans une phase mixte d'une boue de Si02 déjà séparée et altérée, volontairement ou non, ou bien sous l'effet ae l'addition de substances étrangères, on peut aussi utiliser pour la séparation des centrifugeuses à sédimentation et à décantation, et, dans chaque cas, des centrifugeuses présentant une accélération élevée, dépassant 2000 g (g = accélération de la pesanteur). La nature et la séparabilité de la boue de Si02, destinée à se condenser lors de la neutralisation et à se coaguler, subissent d'une manière avantageuse l'influence des caractéristiques et de la quantité des floculants. On peut utiliser d'une manière particulièrement économique la boue de SiO2 déjà séparée, en particulier quand elle a été soumise à un vIeillissement. On améliore encore ie rendement de séparation d'un sparateur si l'on réalise une maturation du condensat de silice dans un environnement fixe. il se produit alors une concentration de la boue colloïdale, ce qui facilite sa séparation, diminue le pourcentage de substance organique séparée et réduit la teneur de la lessive claire en silice non séparée.On peut pour cela utiliser d'une manière avantayeuse, dans une forme de réalisation de l'invention, un épaississeur à sédimentation. Cependant, on peut obtenir une accélération de la condensation et une amélioration de la séparabilité grâce à d'autres formes de silice réticulée, telles que le verre soluble, la poudre de verre, la boue de silice séchée et calcinée, et aussi des silicates feuilletés présentant une activité d'échange d'ions, comme la montmorillonite, de même que des floculants organiques cationiques.Dans ces cas, il peut être éventuellement plus avantageux d'effectuer la séparation de la boue de SiO2 à l'aide d'une centri- fugeuse à sédimentation et décantation, en particulier quand on accélère la sédimentation de la boue àe Si02 en répandant des substances solides de fine granulométrie, et de masse volumique supérieure à celle de la boue de Si02. Conviennent dans ce but tant des substances naturelles, comme le loess ou le kaolin, que des poudres minérales, comme la poudre de calcaire, la farine de baryte et autres poudres de roche, mais en particulier aussi la boue de Si02 séchée et calcinée. Dans une forme de réalisation particulière de l'invention, on envoie donc la lessive noire neutralisée, pour provoquer le dépôt de sédimentation de la boue de Si02, dans un épaississeur à sédimentation garni d'un racleurs, dans lequel on répand la poudre mentionnée ci-dessus et dont on extrait la boue à l'aide d'une pompe à boue, pour l'envoyer dans un décanteur, pour séparation. Globalement, le procédé selon l'invention présente par rapport aux procédés de l'état actuel de la technique, les avantages économiques et théoriques suivants Le procédé selon l'invention peut être réalisé sans difficulté à l'échelle industrielle, et est particuliè- rement rentable du fait des caractéristiques suivantes Recyclage de la lessive noire débarrassée de sa silice dans le procédé, ce qui conduit à une économie de produits chimiques et à la possibilité d'utiliser le pouvoir calorifique de cette lessive. Simultanément, le recyclage de l'ensemble des autres substances contenues dans la lessive noire, à l'exception de SiO2 et de H20, dans le circuit, supprime l'envoi, dans l'environnement, des déchets que l'on avait jusqu'à maintenant. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé pour éliminer la silice (SiO2) contenue dans ce que l'on appelle la lessive noire, produite lors de la fabrication de la pâte de papier par le procédé de lessivage alcalin, procédé dans lequel la silice est condensée sous la forme d'un gel par neutralisation au dioxyde de carbone (C02), en particulier par un gaz résiduaire d'un four de calcination de chaux contenant du C02, procédé caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant: a) à concentrer la lessive noire jusqu'à une concentration de SiO2 d'au moins 5 g/l; b) à neutraliser la lessive noire avec du C02 jusqu'à une alcalinité inférieure à 0,4 g/l; et c) à séparer par centrifugation la boue de SiO2 déposée par sédimentation. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la lessive noire est concentrée jusqu'à une concentration de Si02 de 10 g/l de Si02. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la lessive noire est neutralisée jusqu'à une alcalinité inférieure à 0,1 g/l de NaOH. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise pour la neutralisation du C02 gazeux presque pur, sous une pression supérieure à 1 bar. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on utilise des brûleurs immergés pour assurer simultanément la concentration et la neutralisation. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que les brûleurs immergés sont, pour le chauffage, alimentés en un combustible exempt de soufre. 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la séparation de la boue de SiO2 s'effectue sous la forme d'une séparation de deux phases liquides à l'aide d'un séparateur. 8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise, pour la séparation de la boue de Si02, des centrifugeuses à sédimentation et décantation. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 7 et 8, caractérisé en ce que l'accélération des centrifugeuses est d'au moins 2000 g. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 7 et 8, caractérisé en ce que l'on rèpand dans la boue de SiO2, pour accélérer la sédimentation et anèlierer la séparabilité, une substance solide à fine granulenêtrie et de masse volumique supérieure à celle de façon à provoquer le dépôt de la boue de SiO2, 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'on utilise, en tant que substance solâde @ fine granulométrie, de la boue de SiO2 séchées ou calcinêe. 12. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'on utilise, en tant que substance solide e à fine granulométrie, des poudres minérales, telles que de la poudre de calcaire ou de la farine de baryte. 13. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'on utilise, en tant que substance solid à Fine granulométrie, des poudres naturelles, telles que le loess 14. Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 9, caractérisé en ce que la maturation de la boue de SiO2 et son dépôt 'effectuent dans un épaississeur à sédimentation,garni d'un racleur 15.Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé on ce que, pour assurer la sédimentation de la boue de SiO2, on envoie la lessive noire, neutralisée, dans un épaississeur à sédimentation garni d'un racleur, dans lequel on répand une substance solide à fine granul@- métrie et de masse volumique supérieure à celle de la boue de SiO2, pour provoquer le dépôt de la boue de SiO2, que l'on soutire à l'aide d'une pompe à boue et achemine à une fugeuse à décantation, pour en assurer la séparation. 16. Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 15, caractérisé en ce que la neutralisation de la lessive noire par le C02 est combinée à une évaporation qui précède le recaustification. 17. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que l'on utilise un laveur à venturi pour mélanger à la lessive les fumées contenant le