Käytettävissä oleva veden määrä ja sen jatkuva vähentäminen asettavat paperin raaka-aineena käytettävän massan valmistuksessa rajoitteita, joiden vuoksi koko massanvalmistusprosessin ymmärtäminen vesikiertoineen ja häiriöaineineen on välttämätöntä. Tässä väitöstyössä esitetään, kuinka mekaanisen massan valkaisun kemikaaleja kierrättämällä ja valkaisua häiritsevien metallien hallinnalla voidaan saavuttaa säästöjä mekaanisen massan peroksidivalkaisun kemikaalikustannuksissa. Työn tulokset perustuvat laboratoriokokeisiin, tehdasmittauksiin ja simulointiin.
Tyypillinen mekaanisen massan valmistuksen prosessi sisältää seuraavat vaiheet: Kuidutus, massan lajittelu, kiekkosaostin, valkaisupuristin, korkeasakeusvalkaisu ja pesupuristin. Valkaisun kannalta tehokkain tulos saavutetaan, kun prosessi jaetaan vesikiertojen osalta kahteen osioon. Prosessin alkuosan, kuidutuksesta kiekkosaostimelle, päätarkoituksena on poistaa metallit, erityisesti valkaisun kannalta haitallinen mangaani, mahdollisimman tehokkaasti. Prosessin loppuosan, kiekkosaostimelta pesupuristimelle, tarkoituksena on nostaa massan vaaleutta tehokkaimmalla mahdollisella tavalla.
Vesikierrot tulisi katkaista kiekkosaostimen kohdalta mahdollisimman tehokkaasti, jotta puun mukana prosessiin tulleen ja kelatoimalla vesifaasiin siirretyn mangaanin kulkeutuminen valkaisuun saadaan minimoitua. Käytännössä tämä tarkoittaa sitä, että kiekkosaostimen suodosta ei saisi käyttää kiekkosaostimen jälkeisiin laimennuksiin, esimerkiksi kiekkosaostimen oman massan laimennukseen tai valkaisu- ja pesupuristimien suihkuvesiin. Kuitutappioiden minimoimiseksi mangaani tulisi poistaa prosessista esimerkiksi kiekkosaostimen kirkassuodoksen mukana.
Jäännösperoksidin hyödyntäminen on tehokkainta silloin, kun kaikki pesupuristimen ylijäämäsuodos kierrätetään ns. esivalkaisuvaiheeseen, kiekkosaostimen jälkeiseen laimennukseen keskisakeusalueella. Mitä korkeampi peroksidikonsentraatio jäännösperoksidilla saadaan aikaan, sitä paremmin massan vaaleus nousee ennen varsinaista korkeasakeusvalkaisua, ja sitä vähemmän valkaisukemikaaleja tarvitaan lopullisen vaaleustavoitteen saavuttamiseksi varsinaisessa korkeasakeusvalkaisussa.
Tutkimustyössä mukana olleista tehtaista osa toteuttaa jo kemikaalien kierrätystä jollakin tasolla, mutta pääsääntöisesti lähes kaikissa prosesseissa tehokkaammalla kierrätyksellä ja paremmalla metallien hallinnalla saatiin selvää kustannussäästöä aikaan. Kustannussäästöjen suuruusluokka vaihteli, mutta keskimääräinen säästöpotentiaali 200 000 tonnia valkaistua mekaanista massaa tuottavalla tehtaalla voisi olla noin 400 000 euroa vuodessa. Prosessit ovat kuitenkin yksilöllisiä, eikä samoja ratkaisuja voidaan toteuttaa kaikilla tehtailla. Vesikiertojen muutosten suunnittelu ja toteutus täytyy tehdä prosessikohtaisesti.
Diplomi-insinööri Juha Tamperin paperitekniikan alaan kuuluva väitöskirja Water circulations for effective bleaching of high-brightness mechanical pulps (Vesikierrot korkeavaaleuksisten mekaanisten massojen valkaisuun) tarkastetaan perjantaina 27.11.2009 klo 12.00 Lappeenrannan teknillisessä yliopistossa salissa 1383. Vastaväittäjänä toimii professori emeritus Bruno Lönnberg (Turun yliopisto). Väitöstilaisuuden valvojana toimii professori Jari Käyhkö Lappeenrannan teknillisestä yliopistosta. Väitöskirja on luettavissa Lappeenrannan teknillisen yliopiston LUTPub-tietokannassa osoitteessa https://oa.doria.fi/handle/10024/50326
Väittelijän henkilötiedot:
Juha Tamper
Syntynyt 1.2.1976 Suomenniemellä
Kotikunta Taipalsaari
Ylioppilastutkinto vuonna 1995 Savitaipaleen lukiosta
Diplomi-insinöörin tutkinto Lappeenrannan teknillisestä yliopistosta vuonna 2003
Tutkija, 2003-2007, Lappeenrannan teknillinen yliopisto, kemiantekniikan osasto, paperitekniikan laboratorio (PaPSaT –tutkijakoulun, International Programme in Pulp and Paper Science and Technology, jäsen vuodesta 2005)
Tutkija, 2008 alkaen UPM Tutkimuskeskus, Lappeenranta
Lisätietoja: Juha Tamper, UPM Research Center, puh. 0204 15 4624 ja 040 357 8688, juha.tamper(at)upm-kymmene.com