KR19990063542A - 이산화탄소를 사용하는 섬유 재생 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 액체상에서 현탁된 물질로부터 펄프 섬유를 분리하고 부유 단계에서 현탁된 물질로부터 펄프 섬유를 회수하는 방법에 있어서, 부유 단계에 유도되는 공기 스트림내로 이산화탄소의 일부 또는 전부를 함유하는 기체를 도입시켜 공기 기포를 형성시킴으로써, 공기 기포가 섬유에 부착되어 액체상의 표면으로 상승하는 동안, 현탁된 물질이 액체상에 가라앉는 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 제지 방법에서 펄프 섬유를 재생하고 회수하는 방법, 특히 이산화탄소를 사용하는 섬유 재생 방법에 관한 것이다.
목재 공급이 감소하고, 매립지 공간이 줄어들며, 산림 개간에 대한 사회적 관심 및 종이에 대한 전체적인 요구가 증가함에 따라 재생된 섬유를 사용하려는 움직임이 일고 있다. 섬유를 회수/재사용하려는 재생 방법이 천연 자원을 보존시킬 수 있는 예상되는 기여도가 건조 톤수를 기준으로 하여 비교하는 경우 예시될 수 있다. 예를 들어, 폐지 100 톤은 약 68톤의 건조 퍼니시를 제공한다. 똑같은 68톤의 건조 퍼니시에 있어서, 약 69 코드(cord)(247m3)의 목재가 처리되어야 같은 수율을 제공한다. 이러한 이유에 있어서, 펄프 및 종이 공업에서 섬유 재생 방법을 개선시키는 것이 중요하다.
섬유 재생 방법에서, 부유법은 액체상으로부터 고체 또는 액체 입자를 분리하는데 사용되는 단위 조작법이다. 분리는 액체상으로 미세한 기체(일반적으로 공기) 기포를 도입시킴으로써 이루어진다. 기체 기포는 입자에 부착하여 입자가 표면으로 상승하게 한다. 액체보다 밀도가 더 큰 입자가 또한 촉진될 수 있다(예를 들어, 물중의 오일 현탁액).
일반적으로, 부유 시스템에서 압축된 공기와 함께 이산화탄소를 사용하는 것은 방법의 효율을 증가시켜서 결과적으로 섬유 재생 방법에서 섬유 손실을 감소시킨다. 섬유는 종이 제조에 사용되어, 펄프 및 목재 소비를 감소시킨다.
섬유 부유법에서, 기체 및 액체상이 서로 친화도가 강하여 효율을 양호하게 하고, 정화된 물에 수반되는 섬유의 손실을 회피하는 것은 매우 중요하다. 일반적으로, 친화도, 양호한 효율 및 섬유 손실과 관련된 문제는 단지 압축된 공기가 담체 기체로서 사용되는 경우에 발생한다. 이산화탄소는 압축된 공기보다 액체상에 대한 친화도가 더 크기 때문에, 이산화탄소는 압축된 공기 대신에 사용될 수 있거나, 공기의 일부를 이산화탄소로 대체하거나, 표준량의 공기에 이산화탄소를 첨가하여, 섬유 재생을 증가시킬 수 있다.
폐수 처리와 같은 유사한 시스템에서, 부유법은 이론적으로 현탁된 물질을 제거하고 생물학적 슬러지를 농축시키는데 사용된다. 침강에 대한 부유법의 이론적인 장점은 느리게 가라앉는 매우 작거나 가벼운 입자가 짧은 시간 동안 더욱 완전하게 제거될 수 있는 것이다. 입자가 표면으로 부유하는 경우, 입자들은 떠냄으로써 수집될 수 있다.
공기 부유 시스템에서, 공기 기포는 회전 임펠러 또는 확산기를 통해 액체상내로 기체상을 직접 도입시킴으로서 형성되고, 짧은 기간 동안에 통기만을 시키는 것은 고체를 부유시키는데 그다지 효과적이지 않다. 부유법은 펄프 슬러리내로 기체(공기)를 주입시키는 것과 관련된다. 이것은 탱크의 상부에서 기체가 부유함에 따라 섬유가 기체내에 동반되게 할 것이다. 정화된 물이 탱크의 중간부로부터 제거된다.
부유 시스템에서 이산화탄소의 사용은 하기 문헌에 기재되어 있다 [참고문헌: L. Marchildon et al., Evaluation of Carbon Dioxide as a Carrier Gas in Flotation System, Tappi Journal, Vol. 76, No.3, 155-159, March 1993]. 이 문헌에는 이산화탄소를 사용하여 잉크 제거를 개선시킴으로써 더욱 양호한 품질의 펄프를 제공하는 것이 기재되어 있다. 그러나, 섬유 재생의 개선에 대해서는 어떠한 교시 또는 제안도 없었다.
그러므로, 당해 기술 분야에서는 환경적으로 안전하고 귀중한 천연 자원을 보존하는, 종이 펄프의 재생 및 회수 방법을 제공하는 것이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 제지 방법에 펄프 섬유를 재생시키는 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 제지와 관련된 원하지 않는 물질을 제거하는 방법을 제공하고, 고효율로 재생된 펄프 섬유를 회수하여 섬유 손실을 최소화시키는 것이다.
도 1은 본 발명의 방법에 대한 구체예를 개략적으로 도시한 것이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10: 섬유 재생 시스템 25: 펌프 수단
32: 확산기 50: 반응기
70: 조절 밸브 80: 부유 시스템
본 발명은 액체상에서 현탁된 물질로부터 펄프 섬유를 분리하고 부유 단계에서 이들로부터 펄프 섬유를 회수하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 부유 단계에 유도되는 공기 스트림내로 이산화탄소의 일부 또는 전부를 함유하는 기체를 도입시켜 공기 기포를 형성시킴으로써, 공기 기포가 섬유에 부착되어 액체상의 표면으로 상승하는 동안, 현탁된 물질이 액체상에 가라앉는 단계를 포함한다. 바람직하게, 이산화탄소가 통과함으로써 공기 기포를 발생시키는 확산기가 사용된다.
일반적으로, 현탁된 물질은 펄프 슬러리중에 현탁될 수 있는 잉크 입자, 섬유 및 충전제로 이루어진 군으로부터 선택되는 소수성 물질로 이루어진 고체 입자이다.
공기 스트림은 현탁된 물질을 동반하기 위해, 부유 단계에서 공기 기포의 형성을 유도한다. 이온성 중합체가 첨가되어 액체상에 전기적 전하를 부여한다. 중합체는 약 5.0 내지 약 8.0의 pH 범위에서 활성인 유기 중합체이다.
이산화탄소는 부유 단계 이전에 섬유를 함유하는 액체와 혼합된다. 공기 스트림은 섬유 1kg당 이산화탄소 함유 기체 약 18.0 내지 약 25.0ℓ, 바람직하게는 섬유 1kg당 이산화탄소 함유 기체 약 21.5ℓ로 이루어진다.
특정 구체예에서, 본 발명은 섬유가 오염물로부터 분리하는 재생 제지 방법에 관한 것이며, 이 방법은 확산기를 통해, 이산화탄소 함유 기체를 펄프 섬유로 통과시켜 공기 기포를 형성함으로써, 공기 기포를 섬유에 부착시키는 단계를 포함한다. 현탁된 오염물은 잉크 입자, 섬유 및 충전제로 이루어진 군으로부터 선택되는 소수성 물질로 이루어진 고체 입자이며, 현탁액은 펄프 슬러리중에 존재할 수 있다. 약 5.0 내지 약 8.0의 pH 범위에서 활성인 유기 중합체가 첨가되어 부유되는 것을 돕는다.
그러나 본 발명의 또 다른 구체예는 액체상에 함유된 현탁된 물질로부터 펄프 섬유를 제거하는 방법에 관한 것이며, 이 방법은 이산화탄소의 일부 또는 전부를 함유하는 기체를 액체상내로 도입시키는 단계, 기체로부터 기체 기포를 발생시켜 펄프 섬유에 부착시키는 단계, 및 액체상의 표면으로 상승하는 펄프 섬유를 제거하는 단계를 포함한다.
본 발명의 목적, 특징 및 장점들은 하기의 바람직한 구체예의 상세한 설명 및 첨부되는 도면으로부터 당업자들에게 자명해질 것이다.
본 발명은 액체상에서 현탁된 물질로부터 펄프 섬유를 분리하고 부유 단계에서 이들로부터 펄프 섬유를 회수하는 것에 관한 것이다.
담체 기체로서 이산화탄소를 사용하면 기체 및 액체상 사이의 친화도로 인해 더 작은 기포를 형성시킬 것이다. 기포 표면상에 침착된 층 계면활성제는 또한 기체 및 액체상의 계면에서 발생하는 물질 이동으로 인해 더 불안정해질 것이다.
일반적으로, 부유는 약 pH 8 내지 약 pH 10의 알칼리성 조건하에서 수행된다. 그러나, 압축된 공기와 함께 담체 기체로서 이산화탄소를 사용하는 것은 공정을 산성화시킨다. 이산화탄소는 물에 상당히 용해될 수 있는데, 물 1ℓ에 용해될 수 있는 이산화탄소의 양은 80℃에서의 15mg 내지 30℃에서의 75mg 이다.
부유시키는데 사용되는 압축 공기의 일부를 이산화탄소로 대체시키거나, 표준량의 공기와 함께 이산화탄소를 사용하거나 일부 경우에는 모든 공기를 이산화탄소로 대체하는 것이 본 발명의 착안이다.
본 발명의 방법은 부유 단계에 유도되는 공기 스트림내로, 이산화탄소의 일부 또는 전부를 함유하는 기체를 도입시켜 공기 기포를 형성시킴으로써 진행된다. 공기 기포는 섬유에 부착하고 액체상의 표면으로 상승하는 반면에, 현탁된 물질은 액체상에 가라앉는다.
현탁된 물질은 일반적으로 고체 입자이다. 이들 현탁된 물질은 잉크 입자, 섬유 및 충전제와 같은 소수성 물질일 수 있다. 현탁된 물질은 펄프 슬러리의 형태로 존재할 수 있다.
공기 스트림은 현탁된 물질을 동반하기 위해, 부유 단계에서 공기 기포의 형성을 유도한다. 이온성 중합체가 첨가되어 액체상에 전기적 전하를 부여한다. 중합체는 약 5.0 내지 약 8.0의 pH 범위에서 활성인 유기 중합체이다.
이산화탄소는 부유 단계 이전에 섬유를 함유하는 액체와 혼합된다. 부유 단계에 유도되는 공기 스트림은 섬유 1kg당 이산화탄소 함유 기체 약 18.0 내지 약 25.0ℓ로 이루어진다. 이산화탄소 함유 기체가 액체상내로 통과함에 따라 공기 기포를 발생시키는데 확산기가 사용된다.
첨부된 도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 펌프 배출물에 이산화탄소를 주입하기 위한 가장 좋은 위치는 반응기 앞쪽이다. 이러한 라인에서, 발명자들은 액체상에서의 이산화탄소에 대한 용해 시간 및 고압을 포함하여, 기체를 주입시키는 최상의 조건을 갖는다.
도 1은 본 발명의 섬유 재생 시스템(10)의 구체예를 개략적으로 도시한 것이다. 본 발명의 방법에서 처리하려는 폐기물(20)은 펌프 수단(25)에 의해 반응기(50)으로 유입된다. 이산화탄소(30)은 확산기(32)를 통해 펌프 배출물(35)에 주입된다. 이산화탄소는 약 8.0 내지 약 9.0 kg/cm2의 압력에서 주입된다. 압축된 공기(40)은 이산화탄소 함유 폐기물을 형성하는 기체 함유 스트림(45)내로 주입된다. 압축된 공기는 약 7.0 kg/cm2의 압력에서 주입된다. 이산화탄소-공기 함유 폐기물 스트림(45)는 반응기(50)을 통과하고 반응한 폐기물 스트림(55)로서 나온다. 부유 방법을 보조하는데 통상적으로 사용되는 중합체(60)은 반응한 폐기물 스트림(55)에 첨가되어 중합체가 처리된 반응한 폐기물 스트림(65)를 형성한다. 압력 조절 밸브(70)는 스트림(65)가 부유 시스템(80)내로 통과하는 것을 조절한다. 압력 조절 밸브는 폐기물 흐름을 약 6.0 kg/cm2으로 조절한다. 섬유(90) 및 정화된 물(95)의 분리는 부유 시스템(80)의 배출구에서 이루어진다.
하기 표는 이산화탄소를 사용한 경우와 사용하지 않은 공업적 규모의 시험 결과를 요약한 것이다.
| CO2를 사용하지 않음 | CO2를 사용 | |
| 폐기물 흐름 (m3/h) | 325 | 345 |
| 공기 흐름 (l/min) | 2,000 | 2,000 |
| CO2흐름 (l/min) | × | 150 |
| 공기 압력 (Kgf/cm2) | 6 | 6 |
| CO2압력 (Kgf/cm2) | × | 9 |
| pH | 7.0/7.5 | 6.0/6.5 |
| 효율 (%) | 61 | 85 |
최종 폐기물로부터 섬유를 제거하기 위해 단지 1차 처리 시스템만을 갖는 분쇄기에서, 이산화탄소는 처리하려는 폐기물을 반응기로 보내는 펌프의 배출관에서 주입되며, 반응기에서 압축된 공기가 상기 시스템에 첨가된다. 바람직하게, 압축된 공기의 압력은 약 4 내지 약 7 kg/cm2이고, 바람직하게는 약 5 내지 약 6 kg/cm2이다. 이산화탄소의 압력은 시스템의 압력(일반적으로 약 4.0 내지 약 6.0 kg/cm2)에 따라 달라진다. 바람직한 이산화탄소의 압력은 약 5 내지 약 10 kg/cm2이고, 더욱 바람직하게는 약 7 내지 약 9 kg/cm2이다. 폐기물은 반응기를 통과하고 압력 조절 밸브 작동 바로 전에 중합체가 폐기물에 첨가된다. 밸브 작동 후에, 압력은 감소하고, 부유 시스템에서 섬유는 서로 유지하면서 부유된다. 중합체는 통상적으로 부유 과정을 보조하기 위해 사용된다. 대부분의 경우에, 이러한 화학 물질은 공기 기포를 용이하게 흡수하거나 포획할 수 있는 표면 또는 구조를 형성시킨다. 알루미늄과 제 2철 염 및 활성화된 실리카와 같은 무기 화학 물질은 미립 물질을 함께 결합시키는데 사용되고, 이렇게 하는 경우, 공기 기포를 용이하게 포획할 수 있는 구조를 형성시킨다. 다양한 유기 중합체는 공기-액체 계면 또는 고체-액체 계면, 또는 이 둘 모두의 특성을 변화시키는데 사용될 수 있다. 유기 중합체는 중합체 함유 아크릴아미드 및 아크릴레이트기를 포함할 수 있다. 바람직하게, 이들 중합체는 상기 2개의 화학기의 결합체이다. 이들 화합물은 일반적으로 원하는 변화를 수행하기 위해 계면상에서 수집된다. 펄프 분쇄기의 경우에 중합체는 무기 화합물보다 더 많이 사용된다.
앞서 언급한 바와 같이, 이산화탄소를 사용하면 부유 시스템내의 폐기물의 pH를 조금 감소시킨다. 이러한 이유로, 중합체가 작업에 사용되는데 있어서 적합한 범위의 pH가 매우 중요하다. 약 pH 5.0 내지 약 pH 8.0과 같은 약한 산성/염기성 조건하에서 작업하지 않는 중합체는 일반적으로 본 발명의 방법에 적합하지 않다. 즉, 이러한 경우에 중합체가 변하지 않는 한, 이산화탄소는 사용될 수 없다.
부유화 전에 반응기가 없는 방법에서, 이산화탄소는 처리하려는 폐기물을 부유 시스템으로 보내는 펌프의 배출관내에 주입되어야 한다. 압력은 이산화탄소 주입에 매우 중요하며, 압력이 감소되는 경우, 방법의 효율은 감소할 것이다.
본 발명의 구체적인 특징은 단지 편의상 첨부된 하나 이상의 도면에 도시되어 있으며, 본 발명에 따라 각각의 특징이 다른 특징들과 결부될 수 있다. 또 다른 구체예가 당업자들에게 인지될 것이며 청구항의 범위내에 포함되어야 한다.
본 발명에 따라, 이산화탄소를 사용함으로써, 제지와 관련된 원하지 않는 물질을 제거하는 방법을 제공하고, 고효율로 재생된 펄프 섬유를 회수하여 섬유 손실을 최소화시킬 수 있다.
Claims (10)
- 액체상에서 현탁된 물질로부터 펄프 섬유를 분리하고 부유 단계에서 현탁된 물질로부터 펄프 섬유를 회수하는 방법에 있어서,부유 단계에 유도되는 공기 스트림내로 이산화탄소의 일부 또는 전부를 함유하는 기체를 도입시켜 공기 기포를 형성시킴으로써, 공기 기포가 섬유에 부착되어 액체상의 표면으로 상승하는 동안, 현탁된 물질이 액체상에 가라앉는 단계를 포함하는 방법.
- 제 1항에 있어서, 현탁된 물질이 고체 입자인 방법.
- 제 2항에 있어서, 현탁된 물질이 잉크 입자, 섬유 및 충전제로 이루어진 군으로부터 선택되는 소수성 물질을 포함하는 방법.
- 제 1항에 있어서, 공기 스트림이 현탁된 물질을 동반하기 위해, 부유 단계에서 공기 기포의 형성을 유도하는 방법.
- 제 1항에 있어서, 공기 기포가 확산기를 통해, 이산화탄소 함유 기체를 액체상내로 통과시킴으로써 형성되는 방법.
- 섬유를 오염물로부터 분리하는 재생 제지 방법에 있어서, 이산화탄소 함유 기체를 펄프 섬유로 통과시켜 공기 기포를 형성시킴으로써, 공기 기포를 섬유에 부착시키는 단계를 포함하는 방법.
- 제 6항에 있어서, 공기 기포가 확산기를 통해 이산화탄소 함유 기체를 통과시킴으로써 형성되는 방법.
- 제 7항에 있어서, 현탁된 오염물이 잉크 입자, 섬유 및 충전제로 이루어진 군으로부터 선택되는 소수성 물질을 포함하는 방법.
- 액체상에 함유된 현탁된 물질로부터 펄프 섬유를 제거하는 방법에 있어서,액체상내로 이산화탄소의 일부 또는 전부를 함유하는 기체를 도입시키는 단계,상기 기체로부터 기체 기포를 형성시켜 펄프 섬유에 부착시키는 단계, 및액체상의 표면으로 상승하는 펄프 섬유를 제거하는 단계를 포함하는 방법.
- 제 9항에 있어서, 공기 기포가 확산기를 통해 기체를 액체상으로 도입시킴으로써 형성되는 방법.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 19981229 |
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| PG1501 | Laying open of application | ||
| PC1203 | Withdrawal of no request for examination | ||
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