Brevet FR2722215A1 — publié le 19960112

PROCEDE DE TRAITEMENT D'UNE SUSPENSION DE FIBRES PAPETIERES Domaine technique L'invention concerne le domaine de la fabrication du papier, plus précisément de l'élaboration de la pâte à papier et notamment l'étape de recyclage des eaux de traitement. Technique antérieure De manière courante, les installations de fabrication de pâte à papier utilisent du papier de récupération qui est recyclé. Ce papier de récupération comprend un certain nombre d'éléments à éliminer avant de le transformer en pâte réutilisable. Ces éléments sont généralement classés en deux catégories à savoir l'encre, que l'on élimine par lavage ou flottation, et les particules collantes dont le traitement est plus particulier. Ces particules collantes, couramment appelées selon l'expression anglaise de "stickies", résultent du broyage des colles de reliures, d'étiquettes autocollantes ou encore de ruban adhésif. Ces "stickies" donnent à la pâte obtenue une cohésion irrégulière et mal adaptée à la fabrication d'un papier de qualité. C'est pourquoi, afin d'éliminer ces particules, les fabricants de colles et autres constituants donnant lieu à des "stickies" les ont rendus solubles dans l'eau ce qui rend leur traitement plus facile. Néanmoins, la dissolution des 'stickies dans la pâte à papier présente un inconvénient majeur. En effet, lors de la phase d'entrée dans la machine à papier, on fixe sur les fibres des charges minérales telles que l'oxyde de titane, le talc ou le kaolin pour conférer au papier une certaine blancheur. Cette fixation se fait grâce à des polymères cationiques qui déstabilisent la suspension, mais qui ont pour effet néfaste de faire précipiter les colles dissoutes anioniques. Ces précipités, communément appelés "stickies secondaires' forment des dépôts que l'on retrouve sur les habillages de la machine à papier. Ces dépôts encrassent non seulement les habillages de la machine mais ont également tendance à s'accumuler en divers endroits de la machine tels que les rouleaux tendeurs des toiles de sécherie par exemple. Au bout d'un certain temps, cette accumulation de dépôts retombe sur le papier et conduit à des taches noires nécessitant l'arrêt de la production. De nombreuses solutions on été envisagées pour pallier à ces dépôts. Une des solutions connues consiste à utiliser des adjuvants tels que du talc par exemple, pour diminuer le pouvoir collant des "stickies". Malheureusement, cela ne fait que diminuer le problème sans l'éliminer complètement. Une deuxième solution envisagée est de faire précipiter les "stickies" par des agents neutralisants de composés anioniques, par exemple des sels d'aluminium ou le chlorure de poly-diallyl-diméthyl-ammonium (polyDADMAC) avant introduction dans la pâte à papier des agents de rétention des charges minérales. Cependant, cette solution n'est pas très efficace et n'élimine pas les précipités obtenus. Il a également été envisagé d'éliminer les précipités obtenus par un traitement de micro-flottation. Nlalheureusement, ce traitement utilisant des bulles de toute petite taille, toutes sortes de matières sont éliminées, les précipités nuisibles mais aussi des particules utiles. C'est une élimination non sélective. Exposé de l'invention L'objet de l'invention est de pallier tous ces différents inconvénients. L'invention consiste en un procédé de traitement d'une suspension de fibres papetières lors de la fabrication du papier en vue de précipiter les polymères collants contenus dans cette suspension par incorporation d'un agent coagulant (C) cationique à cette suspension, caractérisé en ce que la phase de précipitation des polymères collants est suivie d'une épuration centrifuge, de manière à éliminer les particules légères de polymères collants précipités dans la suspension. Dans une première forme de réalisation, le traitement est effectué sur les eaux de recyclage issues de l'épaississeur final du circuit de préparation de pâte à papier et les eaux épurées issues de la phase d'épuration centrifuge sont recvclées en amont dans le circuit de préparation de pâte à papier. En d'autres termes, avant d'être recyclée, l'eau du procédé de préparation de la pâte à papier subit deux traitements consécutifs, à savoir premièrement l'addition d'un agent cationique qui fait précipiter les polymères constituants des "stickies", puis deuxièmement la centrifugation dans un dispositif destiné à éliminer sélectivement les particules légères c'est-à-dire uniquement les précipités. Selon une variante d'exécution, le traitement est effectué sur les eaux du circuit court de la machine à papier, l'agent coagulant cationique étant incorporé dans la pâte avant l'addition du ou des agents de rétention en amont de la caisse de tête de la machine; la phase d'épuration centrifuge est effectuée sur les eaux blanches collectées lors de la formation de la feuille sur la table de la machine, lesquelles eaux sont ensuite réinjectées en amont dans le circuit de la machine. Selon une autre variante, le traitement est effectué sur le circuit de préparation de pâte à papier. L'addition de l'agent coagulant cationique et la phase d'épuration centrifuge sont effectuées en série, sur la pâte diluée en amont de l'épaississeur. Dans une forme plus évoluée de l'invention, entre l'incorporation de l'agent coagulant cationique et la phase d'épuration centrifuge, on ajoute un agent floculant destiné à agglomérer les polymères précipités par l'agent coagulant cationique. L'agent floculant est choisi dans le groupe contenant principalement les copolymères à base d'acrylamide ou de méthacrvlamide, anioniques, cationiques ou non ioniques. Il présente un poids moléculaire supérieur à un million, de préférence supérieur à dix millions et est introduit à des doses comprises entre un et dix ppm. Avantageusement, en pratique, l'agent coagulant cationique présente au moins cinquante pour cent (50%) de charge cationique et un poids moléculaire inférieur à un million, de préférence inférieur à cinq cent mille. Il est introduit avec une concentration comprise entre dix et quatre-vingts ppm. L'agent coagulant cationique est choisi dans le groupe comprenant le polychlorure d'aluminium, le polychlorosulfate d'aluminium, le chlorure de poly-diallyl-diméthyl-ammonium (poly DADMAC), les aluns, les polyamines épichlorohvdrines, les di-cyan-diamines formol, les polyéthylène-imines . De manière préférée, la phase d'épuration centrifuge est effectuée grâce à un épurateur rotatif à corps central de révolution, moyens mobiles de déviation et moyens de sortie du type décrit dans les documents EP-B-0 359 682 OU EP-B-0 037 347 du Demandeur et commercialisé sous la dénomination "GYROCLEAN" Description sommaire des dessins La manière dont l'invention peut être réalisée et les avantages qui en découlent ressortiront mieux de l'exemple de réalisation qui suit à titre indicatif et non limitatif à l'appui des figures annexées. La figure 1 est un schéma décrivant les étapes de fabrication du papier classique. La figure 2 est un schéma des étapes de fabrication incluant la forme préférée du traitement selon l'invention. La figure 3 est un schéma des étapes de fabrication incluant le traitement selon l'invention, dans la variante où le traitement est effectué sur la pâte à papier. La figure 4 est un schéma des étapes de fabrication incluant le traitement selon l'invention, dans la variante où le traitement est effectué sur les eaux blanches de dilution de la machine à papier. La figure 5 est un schéma détaillé décrivant la forme de réalisation préférée. La figure 6 est un ensemble de courbes issues d'essais, montrant l'élimination de stickies en fonction de la quantité de coagulant ajoutée. Manière de réaliser l'invention Une installation de fabrication de papier, comme représentée en figure 1, comporte deux parties principales, à savoir, une unité (P) de fabrication de la pâte à papier et une machine à papier (M) qui sont généralement organisées de la façon suivante. Tout d'abord, la suspension (P0) des matières à recycler (vieux papier, composés chimiques) est introduite dans un pulpeur (10). A la sortie (11) de ce pulpeur, la pâte (P1) en préparation parcourt plusieurs dispositifs classiques (12) de fonctions diverses, tels que classeur, épurateur, flottateur et laveur. A la sortie (13) de ce traitement, la pâte (P2) en préparation pénètre à l'intérieur d'un épaississeur (14). Cet épaississeur (14) sépare la pâte proprement dite (P3) qui sera envoyée vers la machine à papier (M) et les eaux de recyclage (El) qui sont réincorporées par les tuyauteries (15,16) dans le pulpeur (10) et les autres dispositifs (12). Dès son entrée (21) dans la machine à papier (M), les charges minérales présentes dans la pâte doivent être fixées sur les fibres, ce qui est réalisé par addition de polymères cationiques qui destabilisent la suspension et facilitent la rétention des charges sur les fibres. Ensuite cette pâte (P3) arrive dans la caisse de tête (23) sur la table de formation, de manière à extraire (24) l'excédent en eau (E5) et former la feuille. La feuille (P4) est ensuite acheminée vers les autres organes (25) de la machine à papier (NI). Lorsque la pâte (P1) qui sort du pulpeur (10) contient une certaine quantité de "stickies" potentiels dissous dans la pâte sous forme de polymères anioniques. L'addition des polymères cationiques de rétention en tête de machine va précipiter les polymères anioniques formant ainsi des précipités dont certains sont collants. De la sorte, les précipités collants, appelés généralement "stickies secondaires" se retrouvent au sein de la pâte et parcourent les étapes suivantes de la fabrication du papier, en dégradant la qualité du papier et les performances de la machine. Le procédé selon l'invention consiste à faire précipiter ces polymères anioniques potentiellement collants par addition de polymères cationiques (C) et à faire passer la suspension obtenue dans un centrifugateur (1) qui rejette les particules légères, c'est-à-dire, dans cette application les précipités. Ce traitement peut avoir lieu en trois étapes du procédé. Dans la forme préférée de l'invention, la précipitation et l'épuration centrifuge (1) ont lieu sur le circuit de recyclage des eaux de fabrication de la pâte comme représenté en figure 2. Cette implantation du traitement est la plus efficace, la moins consommatrice en énergie et en produits chimiques. Il est également possible d'effectuer ce traitement directement sur la pâte (P2) en préparation comme représenté en figure 3. L'introduction (2) de l'agent coagulant cationique (C) et l'épuration centrifuge (1) se font en amont de l'épaississeur (14) qui constitue la dernière étape du circuit de pâte à papier (P) avant d'entrer dans la machine à papier (M) elle-même. La suspension traitée est beaucoup plus concentrée et donc la réaction de précipitation est moins efficace. En outre, la centrifugation demande une énergie nettement supérieure étant donné la masse de matière à mettre en rotation. Une autre variante du traitement consiste à épurer les eaux de dilution (Es) issue de la table de formation (23) de la machine à papier (M) elle-même, comme représenté en figure 4. Dans ce cas, la précipitation des polymères anioniques est réalisée par les polymères (22) de rétention des charges minérales et il n'est pas forcément nécessaire de rajouter de produit cationique supplémentaire. Il suffit de procéder à l'épuration centrifuge sur les eaux blanches (ES) de dilution du circuit primaire de recyclage de la machine à papier. Dans la forme préférée de l'invention, telle que détaillée en figure 5, le traitement a lieu sur les eaux de recyclage (El) de fabrication de la pâte à papier. A la sortie (15) de l'épaississeur (14), les eaux (El) reçoivent une quantité (53) dosée de coagulant (50). Ce dosage est réalisé en continu par le fonctionnement d'une pompe (52) prélevant dans un bac à coagulant (52) la quantité nécessaire. Dans les eaux de recyclage (El) a donc lieu la précipitation des polymères anioniques, ce qui forme les "stickies" et donne une nouvelle suspension (E2). Il est ensuite nécessaire d'agglomérer les précipités pour qu'ils puissent être convenablement éliminés par centrifugation. C'est pourquoi on procède à l'addition à la suspension (E2) d'une certaine quantité (58) de floculant (F) pour obtenir une suspension (E3). Cette addition d'une quantité de solution (56) issue d'un mélange (55) d'eau et de floculant (F) se fait par dosage grâce à une pompe (57). Ensuite, la suspension (E3) contenant les précipités agglomérés pénètre dans un centrifugateur (1) dans lequel seules les particules de densité inférieure à 1, en l'occurrence les précipités sont rejetés (61). Les autres composants de la suspension (eau, fibres, produits chimiques utiles) (E4) sont reintroduits dans le circuit de fabrication de la pâte. Les dosages sont effectués selon une régulation de la demande cationique sur les eaux de l'épaississeur. Un appareil tel que celui commercialisé par MÜTEK sous la dénomination PATIO, est tout à fait adapté à cette régulation de demande cationique. L'appareil détermine ainsi en temps réel la dose du coagulant à ajouter. Exemple On prépare en laboratoire une pâte contenant 10% en poids d'adhésif connu pour la fabrication des étiquettes (colle acrylique). Cette pâte est ensuite plongée dans un bac agité dans lequel trempe une toile de machine à papier. La pâte est ensuite déstabilisée par addition de quantité croissante de coagulant. Pour chaque addition de coagulant, le comatage de la toile est évalué par analvse d'image. Les courbes rassemblées sur la figure 6, représentent en abscisse le potentiel mesuré par une électrode plongée dans la suspension, ce potentiel étant une image de la demande cationique de la suspension, donc de la quantité d'agent coagulant introduit, et en ordonnée un indice de colmatage de la toile plongée dans la suspension, cet indice étant une image de la concentration de "stickies secondaires" ou précipités collants dans la suspension. Dans le cas de la variante préférée (figure 2), c'est-à-dire lorsque le traitement se fait sur les eaux de recyclage (El) issues de l'épaississeur (14), la courbe (R1) montre le taux de "stickies secondaires" après addition de coagulant et avant l'épuration centrifuge. La courbe (R2) montre le taux de "stickies secondaires" dans la suspension (E4) après l'épuration centrifuge qui suit l'addition de coagulant (C). Dans le cas de la variante dans laquelle le traitement se fait sur la pâte (P2) en amont de l'épaississeur (14) (figure 3), la courbe (R3) montre le taux de "stickies secondaires" après addition de coagulant (C) et avant l'épuration centrifuge. La courbe (R4) montre le taux de "stickies secondaires" dans la suspension (P2") après l'épuration centrifuge qui suit l'addition de coagulant (C). Comme on le voit sur la courbe (R2), l'addition d'agent coagulant (abscisse croissante) se traduit par une augmentation de la concentration de "stickies secondaires" (ordonnée croissante), ceci jusqu'à un point de saturation figuré par la stagnation de la courbe dans la zone (S) correspondant à un excès d'agent coagulant. Il est évident après observation de la courbe (R1), que l'épuration centrifuge réduit considérablement, ici dans un rapport de quatre, le taux de "stickies secondaires". Les résultats observés sur la courbe (R3) sont de deux ordres. D'une part, l'addition de coagulant (C) a bien pour effet de provoquer la précipitation. En effet, on observe que la présence de "stickies secondaires" est maximale lorsque la demande cationique de la suspension a été satisfaite, ce qui correspond au point de potentiel nul. Les résultats de la courbe (R4) montrent la diminution dans un rapport trois, du taux de "stickies secondaires" après épuration centrifuge. Cette diminution est moins importante que dans la forme préférée de l'invention pour laquelle la diminution est de l'ordre de quatre. En conclusion, le procédé selon l'invention permet d'éliminer toutes les matières susceptibles d'entraîner la formation de "stickies secondaires" avant le circuit papier, et plus précisément avant que ces polymères anioniques potentiellement collants ne puissent inter-réagir avec les additifs de rétention qui sont ajoutés avant la caisse de tête. L'élimination des colloides se fait de manière sélective et avec des pertes réduites. De la sorte, en diminuant les incidents sur les machines à papier, on augmente la vitesse de production (de l'ordre de 5%), on diminue les coûts de nettoyage des machines et la consommation en produits de rétention. Autres possibilités d'applications industrielles Le procédé décrit peut s'appliquer à de nombreux type de recyclage, principalement ceux nécessitant l'élimination de "stickies" dans la récupération de papier comme décrit ci dessus. On peut aussi appliquer ce traitement lors de l'élaboration de pâte à partir de résineux pour éliminer la poix ou encore dans le recyclage des cassés-couchés pour l'élimination des white-pitch REVENDICATIONS 1/ Procédé de traitement d'une suspension de fibres papetières (P0) lors de la fabrication de la pâte à papier en vue de précipiter les polymères collants contenus dans cette sus pension par incorporation d'un agent coagulant (C) cationique à cette suspension, caractérisé en ce que la phase de précipitation des polymères collants est suivie d'une épuration centrifuge (1), de manière à éliminer les particules légères de polymères collants précipités dans la suspension. 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la suspension (P0) de fibres papetières est obtenue par recyclage de vieux papiers contenant des rubans ou des étiquettes adhésives. 3/ Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé - en ce que le traitement est effectué sur les eaux de recyclage (El) issues de l'épaississeur final (14) du circuit (P) de préparation de pâte à papier - et que les eaux épurées (E4) issues de la phase d'épuration centrifuge sont recvclées en amont dans le circuit (P) de préparation de pâte à papier. 4/ Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé - en ce que le traitement est effectué sur la machine à papier (M) en incorporant l'agent coagulant cationique (C) dans la pâte (P3) avant l'addition du ou des agents de rétention (22) en amont de la caisse de tête de la machine - et que la phase d'épuration centrifuge (1) est effectuée sur les eaux blanches (E5) collectées lors de la formation de la feuille sur la table (23) de la machine, lesquelles eaux (E5) sont ensuite recydées en amont dans le circuit de la machine (21). 5/ Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé - en ce que le traitement est effectué sur le circuit (P) de préparation de pâte à papier - et que l'addition de l'agent coagulant cationique (C) et la phase d'épuration centrifuge (1) sont effectuées en série, sur la pâte à papier diluée en amont de l'épaississeur (14). 6/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'entre l'incorporation de l'agent coagulant cationique (C) et la phase d'épuration centrifuge, on ajoute un agent floculant (F) destiné à agglomérer les polymères précipités par l'agent coagulant cationique (C). 7/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'agent coagulant cationique (C) présente au moins cinquante pour cent (0g0) de charge cationique et un poids moléculaire inférieur à un million, de préférence inférieur à cinq cent mille et est introduit avec une concentration comprise entre dix et quatre-vingt ppm. 8/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'agent coagulant cationique (C) est choisi dans le groupe comprenant le polychlorure d'aluminium, le polychlorosulfate d'aluminium, le poly-diallyl-diméthyl-ammonium (poly DADMAC), les di-cyan-diamines formol, les polyéthvlène-imines, les aluns et les polvamines épichlorohydrines. 9/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la phase d'épuration centrifuge est effectuée grâce à un épurateur rotatif à corps central de révolution comprenant des moyens mobiles de déviation et des moyens de sortie. 10/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'agent floculant (F) est choisi dans le groupe comprenant principalement les copolymères à base d'acrylamides ou de méthacrylamide, anoinioues, cationiques ou non ioniques, présente un poids moléculaire supérieur à un million, de préférence supérieur à dix millions et est Introduit à des doses comprises entre un et dix ppm.