Brevet FR2762624A1 — publié le 19981030

PROCEDE POUR DESENCRER DES VIEUX PAPIERS IMPRIMES. Domaine Technique L'invention concerne un procédé de désencrage des vieux papiers imprimés en vue de leur recyclage, et ce quel que soit leur procédé initial d'impression et la nature de l'encre utilisée. Techniques antérieures Le recyclage des vieux papiers imprimés est bien connu. I1 n'y a donc pas lieu de le décrire ici en détail (voir notamment EP-B-0 172 118, 0 284 526 et 0 466 615 du Demandeur). Sommairement, le recyclage des vieux papiers consiste à effectuer deux opérations essentielles distinctes, à savoir une première opération de désencrage et une seconde opération de blanchiment. Pour l'essentiel, les procédés de désencrage de vieux papiers imprimés, tels que notamment les papiers de bureaux, visent à augmenter le plus possible la blancheur tout en obtenant le moins possible de points noirs, provoqués notamment par les encres dites En revanche, dans les papiers d'édition, les encres correspondantes présentent seulement des dimensions de l'ordre de 5 à 10 micromètres et la température de transition du premier ordre voisine de 80"C; leur présence affecte essentiellement la blancheur. En pratique, comme on mélange les vieux papiers d'origines les plus diverses, il faut pouvoir traiter à la fois les impuretés de contraste provoqués par les contaminants résiduels de grandes dimensions provoquant les points noirs, ainsi que les inconvénients provoqués par les contaminants de faible dimension qui, comme dit, affectent la blancheur. Une chaîne classique de désencrage montrée en schéma sommaire à la figure 1, comprend essentiellement tout d'abord un pulpeur (1) dans lequel on met les vieux papiers en suspension après les avoir broyés, afin de séparer l'encre des fibres défibrées, sans casser toutefois les contaminants. A ce stade, la concentration de la pâte est de l'ordre de 15 %. Après dilution à 5 % (2), la pâte obtenue est ensuite envoyée dans un préclasseur (3), généralement formé d'un tamis, destiné à séparer les grosses particules contaminantes, c'est-à-dire celles dont une dimension est supérieure à cinq millimètres environ. On passe ensuite cette pâte dans un épurateur (4) destiné à recueillir les éléments lourds, tels que les agrafes ou analogues. La pâte obtenue (5) est ensuite diluée à environ 1 % (6), puis est à nouveau épurée (7). Cette pâte est ensuite soumise à une opération d'élimination de l'encre dans une cellule de flottation (8), dans laquelle l'encre est flottée pour être concentrée dans des mousses surnageantes (9) que l'on récupère par débordement ou par aspiration. La pâte obtenue est ensuite épaissie en (9') par passage dans un filtre à disque pour amener la concentration de 1 à 12 % environ. Dans une variante, cette pâte peut subir une seconde opération d'épaississage plus poussée, par exemple dans une presse à vis, pour amener la concentration à 30 %. On obtient alors une pâte Po que l'on envoie dans la machine à papier. Les qualités de cette pâte Po sont généralement satisfaisantes pour la fabrication du papier journal si l'on a pris soin dans le pulpeur (1) d'introduire pour moitié des magazines et de vieux journaux pas trop âgés. Malheureusement, de plus en plus, les encres sont fortement fixées sur les fibres et sont donc très difficiles à décrocher pendant l'opération de pulpage (1), notamment lorsqu'il s'agit d'encre d'impressions offset vieillie. Les encres à base d'huile végétale, dont l'usage est de plus en plus recommandé, s'oxydent facilement et s'accrochent fortement aux fibres. C'estaussi le cas des encres dénommées offtset heat-set . Par ailleurs, les encres tonner (pour imprimantes laser ou pour photocopieuses) sont difficiles à décrocher, car elles ont été fixées à chaud. C'est la raison pour laquelle ces encres s'éliminent mal et conduisent à des impuretés visuelles rédhibitoires. Pour pallier ces inconvénients, deux principaux types de traitement de dispersion ont été proposés. Comme déjà dit, ce traitement de dispersion vise à fragmenter les contaminants de grande dimension qui forment les points noirs et provoquent des impuretés de contraste dans la pâte. Dans un premier type de traitement connu sous le nom de dispersion rapide , dont le fonctionnement est proche de celui d'un raffineur, la pâte Po dont la concentration est voisine de 30 %, passe entre deux disques, respectivement un disque rotatif garni de dents internes et un disque fixe. Ainsi, l'impact des garnitures de disques sur les flocs de la pâte concentrée, provoque un cisaillement, et l'énergie dissipée lors des impacts permet de fragmenter les points noirs. Ce traitement, dont l'énergie consommée est de l'ordre de 60 à 150 kw/h/tonne, donne de bons résultats pour la fragmentation des grosses particules (100 à 500 micromètres), mais n'affecte pas les fines particules (de l'ordre de 5 à 10 micromètres) dont on sait qu'elles affectent la blancheur. En pratique, le disperseur rapide fragmente essentiellement les gros contaminants à une taille qui permet de les flotter, et cette fragmentation est d'autant plus efficace que les particules à fragmenter sont les plus rigides. Il faut donc préserver cette rigidité. C'est la raison pour laquelle on opère de préférence à froid, c'est-à-dire à température ambiante, voire à température un peu plus basse, par exemple de 10"C par refroidissement, et à forte énergie. En revanche, le disperseur rapide n'induit pas une fragmentation sensible des petites particules et n'induit pas ainsi de réversion de blancheur. En outre, le disperseur rapide provoque une certaine fragilisation des fibres, donc un risque de diminuer les propriétés mécaniques de la pâte. Dans un autre type de procédé de dispersion dit triturateur , on a proposé de soumettre la pâte concentrée à environ 30 %, à une trituration lente, c'est-à-dire à faire passer la pâte dans une succession de chicanes tout en l'écrasant avec des doigts métalliques rotatifs. L'énergie ainsi dissipée permet d'obtenir un grand nombre de frictions qui fragmentent les points noirs et donnent ainsi une pâte d'aspect uniforme. Le triturateur lent, du fait de son mode d'action par friction, provoque une forte fragmentation des grosses particules et améliore le décrochage des encres résiduelles. Cette fragmentation et ce décrochage seront d'autant plus efficaces que les contaminants à décrocher et à fragmenter seront rendus mous. Parallèlement à cette action de fragmentation, la friction permet dont également de décrocher les encres huileuses résiduelles non décrochées lors du pulpage (1). On obtient de meilleurs résultats lorsque les particules en présence sont relativement souples, ce qui est favorisé en opérant à une forte température (90-100 C), en présence d'alcali et à forte énergie. Ainsi, le ramollissement des constituants mous, conjointement à une forte énergie, provoque un décrochage des encres résiduelles et une fragmentation des encres et des contaminants. Cette technique du triturateur lent présente toutefois l'inconvénient de nécessiter beaucoup d'énergie et de provoquer une fragmentation des petites particules d'encres résiduelles qui vont ainsi diminuer la blancheur. De même, impérativement, le traitement doit être effectué en présence de soude ou d'autres agents anti-redéposition-décrochage, ce qui permet d'améliorer particulièrement le décrochage de l'encre résiduelle fixée sur les éléments fins, ce que ne fait pas une dispersion rapide. Enfin, si on opère sans agent anti-redéposition, tel que par exemple de la soude, on décroche l'encre, mais celle-ci reste en suspension et enrobe les fibres et les fines. En d'autres termes, on n'arrive plus à éliminer l'encre résiduelle. L'invention pallie ces inconvénients. Elle vise un procédé de désencrage qui permette de traiter efficacement aussi bien la fragmentation et l'élimination des gros contaminants (100 à 400 micromètres) qui affectent le contraste, que les contaminants fins (5 à 10 micromètres) qui, comme on le sait, affectent la blancheur. Description sommaire de l'invention L'invention concerne un procédé pour désencrer des vieux papiers imprimés, dans lequel: tout d'abord, on transforme lesdits papiers en une suspension pâteuse; on élimine partie essentielle des contaminants de cette suspension; puis, on épaissit la suspension partiellement désencrée; puis, on effectue une dispersion rapide sur la suspension ainsi épaissie; et enfin, on envoie la pâte ainsi désencrée dans le circuit machine d'utilisation de la pâte, caractérisé en ce que après le traitement de dispersion rapide effectué au plus à température ambiante de la pâte: - tout d'abord, on soumet la pâte épaissie à un traitement de trituration lente à chaud en présence d'un agent anti-redéposition-décrochage; - puis, après dilution, on élimine l'encre résiduelle; - enfin, de manière connue, après épaississage, on soumet cette pâte à un traitement de blanchiment, avant de l'envoyer dans le circuit machine. En d'autres termes, l'invention consiste à effectuer à forte concentration (25 % et plus) un traitement de dispersion rapide à froid à un traitement de trituration lente à chaud combiné à un blanchiment alcalin. De manière inattendue, cette combinaison permet de traiter efficacement à la fois les contaminants maintenus durs de grande dimension (100 à 500 micromètres), puis les contaminants rendus souples de petite dimension (5 à 10 micromètres), et par là de décrocher toute l'encre résiduelle fixée sur les fibres et les fines. Comme cette combinaison, non enseignée par l'état de la technique, permet d'améliorer considérablement l'efficacité du désencrage et d'obtenir des niveaux de contraste et de blancheur nettement améliorés, elle procède donc bien de l'activité inventive. Avantageusement, en pratique, la dispersion rapide est effectuée en milieu neutre et à une température au plus égale à la température ambiante de la pâte, avantageusement comprise entre 10 et 200C, pendant une durée de l'ordre de la minute. On opère en tous cas à une température inférieure à la température de ramollissement (transition du premier ordre) des contaminants à fragmenter. On fragmente ainsi avec succès les points noirs (contaminants maintenus rigides) dont on sait qu'ils affectent essentiellement le contraste (impuretés visibles). En revanche, le traitement au triturateur lent qui permet de décrocher avec succès les particules souples et fines qui sont présentes sur les éléments fins de la suspension, est effectué avantageusement en présence d'un agent anti-redépositiondécrochage, tel que de la soude ou des agents tensioactifs, à une température d'au moins 60"C, de préférence voisine de 100"C. La température optimale de ce traitement à chaud dépend essentiellement de la nature des encres. I1 suffit d'atteindre la température de ramollissement de ces encres qui, on le sait, sont pour les encres toner de l'ordre de 65"C, alors que pour les encres offset, elles sont de l'ordre de 80 à 85"C. Avantageusement, le traitement de trituration lent est effectué conjointement à un blanchiment alcalin pour éviter la redéposition en présence de la soude nécessaire au blanchiment au peroxyde d'hydrogène, ajouté pour éviter le jaunissement. Si on effectue le traitement de trituration lente avant le traitement de dispersion, et non pas après comme l'exige l'invention, il faudrait opérer pendant la trituration lente à une température élevée, ce qui entraînerait des frais et en outre ramollirait les contaminants qui ne seraient donc plus aussi bien fragmentés lors de la dispersion rapide. De la sorte, les contaminants ne pourraient plus être éliminés, ce qui provoquerait une contamination visuelle de la pâte. Il s'ensuit que l'ordre du traitement, à savoir: étape de dispersion rapide, puis étape de trituration lente, est critique, donc inventif. En d'autres termes, l'invention consiste sur une pâte concentrée (concentration comprise entre 25 % et 35 %, de préférence à 30 %), dans un premier temps, par la dispersion rapide, à fragmenter et à décrocher les contaminants maintenus durs en opérant à froid et en milieu neutre avec apport d'énergie, puis, dans un deuxième temps, par la trituration lente, à fragmenter et à décrocher les contaminants rendus mous en opérant à chaud pour préalablement les ramollir également avec apport d'énergie, en présence de soude ou d'autre agent anti-redéposition. Les contaminants fragmentés sont alors éliminées soit entre la phase de dispersion rapide et la phase de trituration lente, soit encore mieux en bloc après la phase de trituration lente. Avantageusement, entre la phase de dispersion rapide et la phase de trituration lente, on effectue un chauffage intermédiaire avec addition de soude et de peroxyde pour accentuer le ramollissement des contaminants (avec la soude) tout en évitant la jaunissement. La pâte traitée est ensuite soumise à une seconde élimination de l'encre résiduelle, soit par flottation notamment sous forme de mousse, soit par lavage éventuellement après classage. Avantageusement, en pratique: - le traitement au pulpeur est effectué en milieu neutre plutôt qu'alcalin, ce qui permet de mieux maintenir une dureté aux contaminants, et ce qui permet également de désencrer les papiers imprimés avec des encres à l'eau; - préalablement au traitement de dispersion, on effectue un pré-désencrage soit par flottation, auquel cas la dispersion rapide est effectuée sur l'ensemble de la suspension, soit par lavage, auquel cas la dispersion rapide n'est appliquée que sur la fraction longue; pour limiter les pertes, les eaux de lavage récupérées peuvent alors ensuite être flottées pour enlever l'encre et réintroduites avant le triturateur lent; le procédé comprendra donc après dés encrage préalable un passage en dispersion rapide, un passage en trituration lente à chaud, et un post-désencrage soit par flottation soit par lavage; - on effectue une flottation intermédiaire entre la dispersion rapide et la trituration lente, de manière à éliminer les points fragmentés lors de la dispersion rapide avant d'envoyer la pâte à la trituration lente; après un pré-désencrage par lavage, la flottation est effectuée sur le mélange pâte lavée et dispersée et les eaux de lavage flottées sélectivement; ainsi, le procédé consistera donc essentiellement à un pré-désencrage suivi d'une dispersion rapide, puis d'une flottation, d'une trituration lente à chaud et enfin un post-désencrage. Dans une variante, la dispersion rapide généralement effectuée à forte concentration (25 % et plus, voire 30 %), peut se faire à concentration moyenne, c'est-à-dire à une concentration de l'ordre de 10 à 12 %, ce qui évite un passage en presse-à-vis avant dispersion et par lâ réduit le coût d'investissement, voire à basse concentration (3,5 %) comme on le propose de plus en plus. Dans ce dernier cas, le traitement de dispersion rapide peut être avantageusement effectué avant tout dés encrage. La manière dont l'invention peut être réalisée et les avantages qui en découlent ressortiront mieux des exemples de réalisation qui suivent, à l'appui des figures annexées. Brève description des figures Comme déjà dit, la figure 1 est une représentation schématique d'un procédé classique de désencrage rapide selon l'art antérieur avec dispersion. La figure 2 est une représentation schématique du procédé selon l'invention montrée dans une variante en figure 3. Les figures 4 et 5 sont deux autres formes d'exécution de l'invention. Les figures 2 à 5 ci-annexées font partie intégrante de la description. Manières de réaliser l'invention Dans les figures, dans un souci de simplification, on utilisera les mêmes références pour désigner les mêmes moyens. Les chiffres en pourcentage portés sur le côté gauche des figures 2 à 5 ndiquent la concentration de la pâte au niveau des moyens considérés. Les références suivantes désignent les moyens ci-après: (10) un pulpeur, par exemple du type hélico ou tambour ou basse concentration, (11) un pré-classeur, (12) un épurateur concentré, (13) une cellule de flottation, par exemple du type LAMORT marque MACELL (14,15) un moyen pour épaissir, par exemple un filtre à disques (14) et une presse à vis (15) pour amener la concentration à 30 %, (16) un moyen de dispersion rapide, comme déjà dit constitué de deux disques en regard entre lesquels passe la pâte, respectivement un disque rotatif garni de dents internes, l'autre fixe pour cisailler les flocs; on utilise par exemple avantageusement un disperseur connu sous la référence DISPERGER (marque de VOITH); au niveau du disperseur (16), la concentration de la pâte est voisine de 30 %, (17) une vis chauffante, (20) un triturateur lent constitué de chicanes et de doigts métalliques rotatifs permettant de faire circuler la pâte (par exemple le triturateur lent de LAMORT), (21) un épurateur, (22) une cellule de flottation analogue à (13) (23) un ensemble d'épurateurs centrifuges, (24) un épaississeur pour amener la concentration de 1 à 12 %, par exemple un filtre à disques, (25) un second épaississeur pour amener cette concentration à 30 %, par exemple une presse à vis, (26) une tour de blanchiment réducteur, par exemple à l'hydrosulfite, (27) le circuit machine pour la fabrication du papier, (28) une amenée d'eau fraîche. Selon la caractéristique de l'invention, le disperseur rapide D (16) permet de fragmenter par impact les contaminants maintenus durs et rigides, puis de décrocher l'encre résiduelle fixée sur les fibres. Pour améliorer la fragmentation de ces points noirs et la dureté de ceux-ci, on travaille en milieu neutre et à froid, c'est-à-dire à une température d'au plus égale à la température ambiante de la pâte. On améliore l'efficacité en diminuant cette température par des moyens appropriés, par exemple entre 10 et 150C. Le triturateur lent T (20) vise à fragmenter et à décrocher les particules rendues molles et souples, notamment celles qui comme l'encre résiduelle, sont présentes sur les éléments fins de la suspension. Le caractère mou et souple des encres sera accentué par addition de soude et par augmentation de la température (entre 60 et 900C), la soude servant également d'agent d'anti- redépositiondécrochage. Dan le mode de réalisation montré à la figure 2, entre le disperseur rapide D et le triturateur T, on effectue un chauffage intermédiaire (16) avec macération, pour préparer le ramollissement des contaminants mous, et par là favoriser leur fragmentation et leur décrochage, et également améliorer le blanchiment au peroxyde. Dans ce procédé, partie essentielle de l'encre est éliminée lors de la première flottation (13). L'encre récupérée dans la presse à boues (traitant les mousses de flottation) (40) est mise en décharge (41), voire valorisée. La référence (50) désigne une première cellule de flottation par air dissous dans laquelle on recueille les contaminants en surface. Les références (51) et (52) désignent d'autres cellules de flottation analogues à (50). La référence (55) désigne un compacteur relié aux effluents (56). Sur les figures 2 à 5, les tirets schématisent le circuit de l'encre, les petits pointillés des rejets (de classage, de cyclonage...), les traits continus entre 10 et 15 schématisent le circuit des eaux de recyclage de la première boucle et ceux entre 20 et 25 des eaux de recyclage de la seconde boucle. Les traits pleins entre 27 et 25 représentent les circuits d'eau de la machine à papier servant également à diluer la pâte en fin de désencrage. Les traits pleins entre 40, 50 et 55 représentent les eaux d'épaississage des rejets recirculés vers la première boucle ou envoyés à la station d'épuration (56). L'installation montrée à la figure 2 se caractérise essentiellement par la présence de deux boucles de désencrage. Dans la première boucle (10-15), on vise à conserver une rigidité suffisante aux contaminants maintenus durs, de façon à ce qu'ils soient d'abord éliminés plus facilement lors de l'épuration, puis fragmentés plus efficacement par le disperseur D. Pour cela, on effectue la désintégration dans le pulpeur (10) en milieu neutre et à froid. On élimine l'encre par flottation en ligne avant épaississage, puis on effectue la dispersion D en (16) à forte énergie et également à froid. Cette solution évite d'investir dans un épaississeur supplémentaire et la dispersion rapide à froid D et la trituration lente T à chaud sont effectuées en série. Dans le cas de production de pâtes désencrées pour impression et écriture, les éléments fins cellulosiques sont recherchés. Dans la mesure où ces éléments sont particulièrement chargés en encres accrochées, il est nécessaire de les réintroduire dans le procédé de façon à décrocher l'encre résiduelle par trituration lente à chaud T avec énergie en présence de peroxyde. Dans la variante illustrée à la figure 3, on élimine l'encre tout d'abord par lavage (60). Il s'ensuit que l'on sépare ainsi les fibres des éléments fins qui contiennent l'encre. Après lavage (60) et classage (61) éventuels, on élimine l'encre par flottation (62) sur les eaux et non pas sur la pâte. Le traitement de dispersion D est effectué que sur la fraction fibreuse contenant les gros points noirs, fraction qui est obtenue après lavage dynamique de la pâte. Les encres dans les eaux de lavage sont éliminées sélectivement par flottation avec éventuellement un classage (21) à trous de petites tailles préalables pour récupérer les fibres. Les charges et fibres cellulosiques sont ensuite réintroduites après décendrage total ou partiel réalisé par flottation par air dissous. Ensuite, après la dispersion rapide D où la dispersion est effectuée seulement sur la fraction fibres, on dilue avec des eaux de la première boucle et enfin une seconde flottation (65) pour éliminer l'encre décrochée en D en profitant de la dilution. On épaissit à nouveau (15') avant d'amener la pâte au triturateur lent (20) à chaud T. On élimine alors l'encre résiduelle décrochée par une troisième flottation (22). Cette solution est plus efficace, car on fait appel à trois étapes distinctes d'élimination (65,62,22) de l'encre, donc on a une élimination d'encre plus sélective. Dans le mode de réalisation montré à la figure 4, il n'est pas indispensable d'être aussi concentré dans le disperseur (D), ce qui permet alors de courcircuiter la première presse à vis (15) de la première boucle. Dans le mode de réalisation de la figure 5, on effectue la dispersion (D) à basse concentration (3,5 %) avant toute élimination de l'encre, ce qui n'est pas gênant, car cette dernière ne fragmente pas les petites particules d'encre nuisibles à la blancheur. Dans le disperseur rapide D, on fragment les gros contaminants et on décroche l'encre sur la fraction fibres avant de flotter. Comme on dilue moins, on consomme moins d'eau et moins d'énergie. L'investissement est donc encore plus réduit pour une efficacité comparable. Le procédé selon l'invention permet d'optimiser les étapes de fragmentation et d'élimination des contaminants, de manière à obtenir une pâte désencrée de meilleure qualité, aussi bien en termes de blancheur que de propreté. Les variantes proposées permettent en outre d'obtenir les meilleures qualités possibles pour chaque type de procédé. NDlEXTlONE 1/ Procédé pour désencrer des vieux papiers imprimés, dans lequel: on transforme (10) lesdits papiers en une suspension pâteuse; on élimine (13) partie essentielle des contaminants de cette suspension; puis, on épaissit (14,15) la suspension partiellement désencrée; puis, on effectue une dispersion rapide (D) sur la suspension ainsi épaissie; et enfin, on envoie la pâte ainsi désencrée (Po) dans le circuit machine (27) d'utilisation de la pâte, caractérisé en ce que, après le traitement de dispersion rapide(D) effectué au plus à température ambiante de la pâte: - tout d'abord, on soumet la pâte épaissie à un traitement de trituration lente (T) à chaud en présence d'un agent anti-redéposition décrochage; - puis, après dilution (21), on élimine (22) l'encre résiduelle; - puis, de manière connue, après épaississage (24,25), on soumet cette pâte à un traitement de blanchiment (26), avant de l'envoyer dans le circuit machine (27). 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la dispersion rapide (D) est effectuée en milieu neutre à concentration comprise entre 25 % et 35 /O, de préférence 30 %, à une température au plus égale à la température ambiante, avantageusement comprise entre 10 et 20"C, pendant une durée de l'ordre de la minute. 3/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la trituration lente (T) à chaud est effectuée une température comprise entre 60 et 1000C, en présence d'un agent anti-redéposition-décrochage. 4/ Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la trituration lente est effectuée en présence de soude et de peroxyde d'hydrogène. 5/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caratérisé en ce que entre la dispersion rapide (D) et la trituration lente (T) à chaud, on effectue un chauffage intermédiaire (17) avec addition de soude et de peroxyde d'hydrogène. 6/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que préalablement à la dispersion rapide à froid (D), on effectue un pré-désencrage, et en ce que après la trituration lente (T) à chaud, on effectue un post-désencrage. 7/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que entre la dispersion rapide à froid (D) et la trituration lente (T) à chaud, on effectue une flottation intermédiaire (65).