Verfahren zur Reinigung einer Mercerisierlauge

Abstract

 Beschrieben wird ein Verfahren zur Reinigung einer mindestens 20 g/l NaOH enthaltenden Mercerisierlauge insbesondere von festen Verunreinigungen, wobei eine der Zugabe von mindestens 0,1 Vol.-% an 30%igem H₂O₂ der Mercerisierlauge zugemischt wird. Die Mischung von Mercerisierlauge und H₂O₂ wird im wesentlichen von Schwermetallkatalysatoren freigehalten und mindestens 15 Minuten lang stehen gelassen, damit der bei der Zersetzung des H₂0₂ freiwerdende Sauerstoff eine Flotation bewirkt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Reinigung einer mindestens 20g/l NaOH enthaltenden Mercerisierlauge insbesondere von festen Verunreinigungen, wobei eine der Zugabe von mindestens O,1 Vol.-% an 30%igem H₂0₂ entsprechende Menge an H₂O₂ der Mercerisierlauge zugemischt und die Verunreinigungen durch Flotation abgetrennt werden.

[0002] CH-A- 604 815 beschreibt ein derartiges Verfahren, welches darauf gerichtet ist, Rußteilchen, welche durch das Wegbrennen freistehender Fasern vor dem Mercerisieren entstanden und beim Mercerisieren in die Lauge gelangt sind, entweder zu oxidieren oder so weit zu koagulieren, daß sie aus der Lauge abgetrennt werden können. Im Sinne dieser speziellen Aufgabenstellung wird der Zerfall des H₂0₂ mit Mangandioxid katalysiert, da sowohl die Oxidation wie die Koagulation von einem hinreichenden Angebot an naszierendem Sauerstoff abhängen. Die Abtrennung der koagulierten Teilchen erfolgt in einem gesonderten Verfahrensschritt, wobei als Trennmethode u.a. die Flotation genannt ist.

[0003] In der Praxis stehen feindispergierte Rußteilchen keineswegs an erster Stelle der Verunreinigungen, die aus einer vewendeten Mercerisierlauge entfernt werden müssen, insbesondere tritt das Problem des Rußstaubes überhaupt nicht auf, wenn ein Sengen der Baumwolle vor dem Mercerisieren unterbleibt. Ein Verfahren zur Reinigung von Mercerisierlaugen wird vor allem dann einen weiten Anwendungsbereich vorfinden, wenn es damit gelingt, nicht nur Fasern und dispergierte Schmutzteilchen, sondern vor allem Farbstoffe, insbesondere Küpenfarbstoffe, aus der Lauge zu entfernen.

[0004] Im Gegensatz zu der Situation, welche CH-PS 604 815 zugrundeliegt, bildet im allgemeinen nicht die mangelnde Koagulation feindisperser Teilchen dasder wirksamen Reinigung von Mercerisierlaugen im Wege stehende Problem, sondern das Fehlen einfacher und preiswerter Abtrennverfahren, insbesondere Flotationsverfahren. Selbst wenn außerdem die nach dem Stand der Technik erzielte Koagulation der Verunreinigungen deren Abtrennung durch einfaches Filtrieren möglich ".achen sollte, hat das bekannte Verfahren den Nachteil, daß das eingesetzte Schwermetalloxid bei einer späteren Peroxid-Bleiche, welche an sich das bevorzugte Bleichverfahren darstellt, als Bleichgift wirkt und überdies einen Kostenfaktor darstellt.

[0005] Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß auch bei Verzicht auf Katalysatoren und damit einem Verzicht auf die rasche Zersetzung von H₂0₂, welche dem Verfahren nach CH-A- 604 815 zugrundeliegt, eine Reinigung von Mercerisierlaugen mittels H₂0₂ möglich ist. Der Reinigungseffekt beruht in diesem Falle jedoch primär auf der chemischen Flotation, welche der bei der H₂0₂-Zersetzung frei werdende Sauerstoff bewirkt. Daß unter Anwendung von Peroxid-Verbindungen die jedem Flotationsprozeß zugrundeliegenden Gasblasen erzeugt werden können, ist zwar prinzipiell bekannt, wurde aber noch 1969 (vgl. Reinhold Köhler in "Wasser, Luft und Betrieb", Seite 324) als nur von theoretischem Interesse bezeichnet. Insbesondere gab es keinen Hinweis darauf, daß die langsame Gasfreisetzung, welche in Mercerisierlaugen mit hohem pH-Wert bei Verzicht auf Katalysatoren erzielbar ist, ausreichen könnte, die Lauge durch Flotation zu reinigen, wogegen die bei Verwendung von Katalysatoren auftretende stürmische Gasentwicklung einen gesonderten Abtrennvorgang nicht überflüssig macht.

[0006] Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der in CH-A- 604 815 skizzierten Art so zu modifizieren, daß einerseits auf die Verwendung von Bleichgiften verzichtet werden kann und andererseits ein zusätzlicher Abtrennvorgang überflüssig wird. Dies wird dadurch erreicht, daß die Mischung von Mercerisierlauge und H₂Ö₂ im wesentlichen von Schwermetallkatalysatoren freigehalten und mindestens 15 Minuten lang stehen gelassen wird, damit der bei der Zersetzung des H₂O₂ freiwerdende Sauerstoff die Flotation bewirkt.

[0007] Die Dichte der behandelten Lauge ist für das Verfahren nur insoweit kritisch, als die Zersetzung des H₂0₂ ohne Katalysatoren nur im hinreichend basischen Bereich, etwa ab einem pH-Wert von 13,7 hinreichend schnell vor sich geht. In der Praxis fällt die Mercerisierlauge ohnedies mit einer Konzentration von 40g/1, welche einem pH-Wert 14 entspricht, an. In Hinblick auf die Kosten des eingesetzten H₂ O₂ ist es nun günstig, die Lauge zu verdicken, da das Eindampfen der Lauge billiger kommt als der Einsatz großer Mengen H₂O₂. Das Eindicken der Lauge hat überdies den Vorteil, daß die Verunreinigungen leichter aufschwimmen, wogegen eine allzu dicke Lauge aufgrund ihrer hohen Viskosität das Aufschwimmen wieder behindert. Übliche Reinigungsverfahren, wie Zentrifugieren, Filtration, Druckluftflotation oder Elektroflotation, sind dem beschriebenen Verfahren insbesondere bei höheren Viskositäten unterlegen. Der optimale Wert der Konzentration liegt je nach der Art der hauptsächlich anfallenden Verunreinigungen bei 300g/1 oder - häufiger - zwischen 400 und 420 g/1.

[0008] Im Zusammenhang mit der Frage, welche Menge an H₂O₂ der Lauge zuzugeben ist, zeigt sich am deutlichsten der Unterschied zwischen der Erfindung und bekannten Verfahren: kommt es primär auf Oxidation und Koagulation an, so verbessert jede Vermehrung des Angebots an H₂O₂ das Ergebnis und eine obere Grenze der eingesetzten Menge ergibt sich nur aus der Abwägung der Kosten, die für eine weitere Verbesserung aufzuwenden wären. Erfindungsgemäß hingegen genügen nicht nur an sich schon geringe Mengen von H₂O₂, um eine weitgehende Abtrennung der Verunreinigungen durch Flotation zu bewirken. Es zeigt sich überdies, daß bei an sich möglichen Konzentrationen von H₂O₂ von über 5 Vol.-% an 30%igem H₂0₂ zwar eine verstärkte Sauerstoffentwicklung auftritt, die höhere Flotationsgeschwindigkeit und die Vergrößerung der auftretenden Gasblasen jedoch mit einer Verminderung des Reinigungseffektes einhergeht. Während bei bekannten technischen Flotationsverfahren Turbulenzen zum Teil absichtlich erzeugt werden, um die Gasblasen zu verteilen, können solche den Reinigungsgrad verschlechternde Turbulenzen erfindungsgemäß vermieden werden.

[0009] Nicht nur aus Kostengründen, sondern vor allem auch um das erzielte Ergebnis zu verbessern, empfiehlt es sich also, den Zusatz an H₂0₂ so niedrig zu halten, wie dies möglich ist, ohne die Flotationsdauer allzu sehr zu verlängern. Konzentrationen von 0,25 - 0,5 Vol.-% an 30%igem H₂0₂ haben sich in diesem Sinn als optimal herausgestellt.

[0010] Der Einfluß der Temperatur auf den Verfahrensablauf ist jenem der H₂O₂ -Konzentration vergleichbar.: erhöht man die Temperatur, folgt eine raschere Zersetzung des HzOz. Hiedurch kommt es jedoch zu Turbulenzen in der Flüssigkeit und zu einem verschlechterten Reinigungsgrad. Man wird die Temperatur somit hoch genug wählen, um nicht auf unzumutbar lange Behandlungsdauern zu kommen, andererseits aber nicht höher als nötig, um das Verfahrensergebnis nicht zu verschlechtern. Temperaturen im Bereich zwischen 20°C und 40°C haben sich in den meisten Fällen als günstig herausgestellt. Bei verschiedenen Rohmercerisationslaugen hat es sich als günstig erwiesen, die Lauge fürlO min auf Temperaturen bis zu 80°C, vorzugsweise 40 - 60°C zu erwärmen und anschließend innerhalb von 1 - 2 Stunden auf Raumtemperatur abkühlen zu lassen. Die Flotation der Verunreinigungen tritt insbesondere während der Abkühlphase ein.

[0011] Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anschließend anhand der Zeichnung beschrieben, in welcher eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens schematisch dargestellt ist.

[0012] Wie in der Zeichnung angedeutet, wird in einem Mischbehälter 3, der einen Mischer 6 enthält, ungereinigte Lauge aus dem Behälter 2 und H₂0₂ aus dem Behälter 1 gemischt. Die Mischdauer sollte 30 Minuten, vorzugsweise 15 Minuten, besonders vorteilhaft 5 Minuten, nicht überschreiten. Ansonsten beginnt die H₂0₂ Zersetzung bereits in merklichem Ausmaß. Die Mischtemperatur wird vorteilhaft zwischen 15° und 30°C eingestellt. Auch höhere Temperaturen bis 90°C sind verwendbar. Die Mischungszeit sollte dann aber so kurz wie möglich gewählt werden. Anstelle einer 30%igen HzOz-Lösung kann zur leichteren Zudosierung eine entsprechend verdünnte Lösung verwendet werden. Nach der H₂O₂-Zudosierung wird die Mischung in den Flotationsbehälter 4 geleitet. Eine Geschwindigkeitssteuerung der Flotation ist durch Einstellung einer bestimmten Temperatur der Lauge möglich. Eine Erwärmung der Lauge könnte an sich vor der HzGz-Zumischung, zwischen Mischbehälter 3 und Flotationsbehälter 4 oder im Flotationsbehälter 4 erfolgen. Im vorliegenden Fall wird zu diesem Zweck die Mischung durch einen Wärmetauscher 5 geführt, welcher in bekannter Weise nach dem Gegenstromprinzip funktionieren kann.

[0013] Der Betrieb der dargestellten Einrichtung kann kontinuierlich oder chargenweise erfolgen. Zur Steuerung des Verfahrens dienen dabei Ventile 7 - 14 und Schlauchpumpen 15 - 18.

[0014] Im Flotationsbehälter 4 findet neben einer teilweisen Oxidation der Laugenverunreinigungen eine Flockung derselben und vor allem eine Flotation der ungelösten Verunreinigungen statt. Neben einer Entfernung der dispergierten Verunreinigungen werden auch gelöste gefärbte Verbindungen gebleicht, sodaß eine Reinigung nicht nur in Hinblick auf die dispergierten Verunreinigungen eintritt.

[0015] Insbesondere für die Entfernung von Küpenfarbstoffen ist der Einsatz eines oxidierenden Flotationsmittels vorteilhaft, da diese durch Oxidation wasserunlöslich werden und so durch Flotation vollständig entfernt werden. Besonders bemerkenswert ist, daß das Flotationsverfahren auch in der Lage ist, bestimmte gelöste Verbindungen,wie z.B. Stärke, Polyethylenglykole, Fettsäuren, in der Schaumschicht anzureichern. Es ist daher nicht nur eine oxidative Entfernung sondern auch eine flctative Entfernung gelöster Verunreinigungen moglich.

[0016] Die bei der Flotation von Mercerisierlaugen bzw. eingedampften Mercerisierlaugen entstehende Schaumschicht ist ausreichend stabil, um durch übliche Verfahren zur Abtrennung von Flotationsschäumen entfernt zu werden. Die Entfernung erfolgt, indem über die Pumpe 19 und Ventile 9 und 12 Luft abgesaugt wird, wodurch der Schaum in den Behälter 20 abgelagert wird.

[0017] Die Reinlauge wird mittels der Schlauchpumpe 18 über das Ventil 10 in den Behälter 21 gepumpt, ein verbleibender Bodensatz gelangt unter dem Einfluß der Vakuumpumpe 19 über das Ventil 11 in den Behälter 22.

[0018] Ein Zusatz von speziellen Sammlern oder Schäumern erübrigt sich, was besonders für eine Wiederverwertung der Lauge von grcßer Eedeutung ist, da alle zugesetzten Hilfsmittel potentielle Störungsfaktoren darstellen. Durch den Zusatz anionischer Tenside, wie Dodecylhydrogensulfat-Na-Salz, kationischer Tenside, wie Hyamin 1622, oder nichtionischer Tenside, wie Nonylphenolpolyethylenglokolether kann jedoch eine deutliche Verbesserung der Flotierbarkeit erzielt werden. Auch die Flotationsgeschwindigkeit steigt in bemerkenswerten Maße an.

[0019] Der apparative Aufwand der dargestellten Einrichtung ist im Vergleich zur Elektroflotation zur Laugenreinigung gering. Im Vergleich zur Druckentspannungsflotation führt die chemische Gasblasenerzeugung nach der Erfindung zu ungleich höheren verfügbaren Gasmengen.

Anwendungsbeispiel 1 (diskontinuierlich):

[0020] Als ungereinigte Lauge wurde eine durch Eindampfen aufkonzentrierte Mercerisierablauge verwendet. Die Lauge enthielt 402 g/l NaOH und 37,5 g/1 Na₂CO₃ . 50 ml Lauge wurden bei 20°C mit 0,5 ml und 13% igem H₂O₂ eine Minute lang heftig vermischt. Die Mischung wurde in einem Wasserbad ohne Rühren langsam auf 30°C erwärmt. Der zeitliche Verlauf der Grenze zwischen Schaum und gereinigter Lauge ist in Tabelle 1 dargestellt.

[0021] Die Schaumschicht wurde durch Absaugen entfernt. Der Reinigungseffekt wurde durch Bestimmung des COD-Wertes (chem. Sauerstoffbedarf für den Abbau der Verunreinigungen zu CO₂ und Wasser) beurteilt.

[0022] COD ungereinigte Lauge 70,4 g/1 K₂Cr₂O₇ - 100 % COD gereinigte Lauge 31,3 g/1 -"- - 44,5 %

[0023] Die dispergierten Verunreinigungen wurden entfernt, der verbleibende COD-Wert wurde durch gelöste Verunreinigungen hervorgerufen.

Anwendungsbeispiel 2

[0024] Verwendet wurde eine wiedereingedampfte Mercerisierlauge mit folgenden Daten:

NaOH 438,8 g/1

Na₂C0₃ 20,1 g/l

COD 49,9 g/1 trüb, dunkel

[0025] Die Lauge wurde in einer kontinuierlich arbeitenden Apparatur, wie sie in der Zeichnung dargestellt ist, gereinigt. H₂O₂ und NaOH wurden durch eine Dosierpumpe in den Mischbehälter gefördert und gelangten von dort in den Flotationsbehälter (Vol. ca. 2 1). Die gereinigte Lauge wurde dem Behälter laufend entnommen.

[0026] Exp. Daten des Versuchs: Gereinigte Laugenmenge: 3500 ml zudos. H₂O₂ Volumen : 1 Vol.-% Laugentemperatur: 30°C Ausbeute: 88% COD-Reinlauge: 32 g/1 COD-Schaum: 142 g/1 Leistung der Apparatur: 4,3 1/h Behandlungsdauer: 30 min

[0027] Die in der Reinlauge verbleibenden Fremdstoffe machten diese farblos bis leicht gelblich und stellten somit kein Hindernis für deren Wiederverwendung dar.

Ansprüche

1. Verfahren zur Reinigung einer mindestens 20 g/1 NaOH enthaltenden Mercerisierlauge insbesondere von festen Verunreinigungen, wobei eine der Zugabe von mindestens 0,1 Vol.-% an 30%igem H₂0₂ entsprechende Menge an H₂O₂ der Mercerisierlauge zugemischt und die Verunreinigungen durch Flotation abgetrennt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung von Mercerisierlauge und H₂0₂ im wesentlichen von Schwermetallkatalysatoren freigehalten und mindestens 15 Minuten lang stehen gelassen wird, damit der bei der Zersetzung des H₂O₂ freiwerdende Sauerstoff die Flotation bewirkt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mercerisierlauge vor der Mischung mit H₂0₂ auf einen Gehalt von 140 - 475 g/1 NaOH, vorzugsweise 400 - 420 g/1 NaOH, eingedickt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mercerisierlauge von 0,1 - 5,0 Vol.-%, vorzugsweise von 0,25 - 0,5 Vol.-% HzOz, bezogen auf 30%iges H₂O₂, zugemischt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Flotation bei Temperaturen zwischen 20°C und 80°C, vorzugsweise zwischen 20°C und 40°C erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung von Mercerisierlauge und H₂O₂ mindestens eine Stunde lang stehen gelassen wird.

Zeichnung