Verfahren zur Reinigung einer Mercerisierlauge

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Reinigung einer mindestens 20g/1 NaOH enthaltenden Mercerisierlauge insbesondere von festen Verunreinigungen, wobei eine der Zugabe von mindestens 0,1 Vol.-% an 30 %igem H₂0₂ entsprechende Menge an H₂0₂ der Mercerisierlauge zugemischt und nachfolgend 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 verwendeten 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 das der 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 machen 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. Obwohl DE-A-2 521 157 ebenfalls vorschlägt, auf die Zugabe von Schwermetallkatalysatoren zu verzichten, löst das dort veröffentlichte Verfahren die Aufgabe nicht, da es die Anwendung von Elektroflotation, also Flotation unter Verwendung von elektrolytisch erzeugtem Wasserstoff und Sauerstoff, voraussetzt. Demgegenüber sieht die Erfindung zur Lösung der Aufgabe vor, daß die Mischung von Mercerisierlauge und H₂0₂ im wesentlichen von Schwermetallkatalysatoren freigehalten und die Flotation allein mit Sauerstoff, der durch Selbstzerfall des zugesetzten H₂0₂ erzeugt wird, durchgeführt wird, wobei eine Mindestdauer von 15 Minuten eingehalten wird.

[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/l. welche einem pH-Wert 14 entspricht, an. In Hinblick auf die Kosten des eingesetzten H₂0₂ ist es nun günstig, die Lauge zu verdicken, da das Eindampfen der Lauge billiger kommt als der Einsatz großer Mengen H₂0₂. 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/i oder - häufiger - zwischen 400 und 420 g/I.

[0008] Im Zusammenhang mit der Frage, welche Menge an H₂0₂ 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 H₂0₂ 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 H₂0₂, um eine weitgehende Abtrennung der Verunreinigungen durch Flotation zu bewirken. Es zeigt sich überdies, daß bei an sich möglichen Konzentrationen von H₂0₂ von über 5 Vol.-% an 30%igem H₂0₂ zwar eine verstärkte Sauerstoffentwicklung auftritt, die höhere Flotationsgeschwindigkeit und die Vergrößerung der auftretenden Gasblasen jedoch zu keiner Steigerung des flotativen Reinigungseffektes führen. 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 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 H202-Konzeritration vergleichbar: erhöht man die Temperatur, folgt eine raschere Zersetzung des H₂0₂. Hierdurch 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 für 10 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 H₂0₂-Lösung kann zur leichteren Zudosierung eine entsprechend verdünnte Lösung verwendet werden. Nach der H₂0₂-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 H₂0₂-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 flotative Entfernung gelöster Verunreinigungen möglich.

[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 großer Bedeutung 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.

[0020] Anwendungsbeispiel 1 (diskontinuierlich):

. Als ungereinigte Lauge wurde eine durch Eindampfen aufkonzentrierte Mercerisierablauge verwendet. Die Lauge enthielt 402 g/I NaOH und 37,5 g/I Na₂C0₂. 50 ml Lauge wurden bei 20 °C mit 0,5 ml 13 %igem H₂0₂ 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 C0₂ und Wasser) beurteilt.

[0022] Die dispergierten Verunreinigungen wurden entfernt, der verbleibende COD-Wert wurde durch gelöste Verunreinigungen hervorgerufen.

Anwendungsbeispiel 2

[0023] Verwendet wurde eine wiedereingedampfte Mercerisierlauge mit folgenden Daten :

NaOH 438,8 g/I

Na₂C0₃ 20,1 g/I

COD 49,9 g/I trüb, dunkel

[0024] Die Lauge wurde in einer kontinuierlich arbeitenden Apparatur, wie sie in der Zeichnung dargestellt ist, gereinigt. H₂0₂ und NaOH wurden durch eine Dosierpumpe in den Mischbehälter gefördert und gelangten von dort in den Flotationsbehälter (Vol. ca. 2 I). Die gereinigte Lauge wurde dem Behälter laufend entnommen.

[0025] 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/I NaOH enthaltenden Mercerisierlauge insbesondere von festen Verunreinigungen, wobei eine der zugabe von mindestens 0,1 Vol.-% an 30 %igem H₂0₂ entsprechende Menge an H₂0₂ der Mercerisierlauge zugemischt und nachfolgend die Verunreinigungen durch Flotation abgetrennt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung von Mercerisierlauge und H₂0₂ im wesentlichen von Schwermetallkatalysatoren freigehalten und die Flotation allein mit Sauerstoff, der durch Selbstzerfall des zugesetzten H₂0₂ erzeugt wird, durchgeführt wird, wobei eine Mindestdauer von 15 Minuten eingehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mercerisierlauge vor der Mischung mit H₂0₂ auf einen Gehalt von 140-475 g/l NaOH, vorzugsweise 400-420 g/I 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.-% H₂0₂, bezogen auf 30 %iges H₂0₂, 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 Flotation mindestens eine Stunde lang durchgeführt wird.

Claims

1. A process for cleaning a mercerizing lye containing at least 20 g/I NaOH, in particular in respect of solid impurities, wherein an amount of H₂0₂ corresponding to the addition of at least 0.1 % by volume of 30 % H₂0₂ is mixed with the mercerizing lye and then the impurities are separated off by flotation characterised in that the mixture of mercerizing lye and H₂0₂ is kept substantially free of heavy metal catalysts and the flotation operation is performed solely with oxygen which is produced by self- decomposition of the added H₂0₂, wherein a minimum duration of 15 minutes is used.

2. A process according to claim 1 characterised in that prior to the mixing operation with H₂0₂, the mercerizing lye is thickened to a content of 140-475 g/I NaOH, preferably 400-420 g/I NaOH.

3. A process according to claim 1 or claim 2 characterised in that from 0.1-5.0% by volume, preferably 0.25-0.5 % by volume H₂0₂, with respect to 30 % H₂0₂ is mixed with the mercerizing lye.

4. A process according to one of claims 1 to 3 characterised in that the flotation operation is effected at temperatures of between 20 °C and 80 °C, preferably between 20 °C and 40 °C.

5. A process according to one of claims 1 to 4 characterised in that the flotation operation is carried out for at least 1 hour.

Revendications

1. Procédé de nettoyage d'une lessive de mercerisage, contenant au moins 20 g/1 de NaOH, notamment de nettoyage des impuretés solides, dans lequel une quantité correspondant à l'addition d'au moins 0,1 % en volume de H₂0₂ à 30 %, est mélangé à la lessive de mercerisage et les impuretés sont ensuite séparées par flottation, caractérisé en ce que le mélange de lessive de mercerisage et de H₂O₂ est essentiellement maintenu exempt de catalyseurs à métaux lourds et que la flottation seule est mise en oeuvre avec de l'oxygène, produit par l'auto-décomposition de l'appoint de H₂0₂, une durée minimale de 15 minutes étant respectée. .

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la lessive de mercerisage est concentrée avant le mélange avec H₂0₂, à une teneur de 140 à 475 g/l de NaOH, de préférence 400 à 420 g/I de NaOH.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que H₂0₂ concentré à 30 % est mélangé à la lessive de mercerisage, à concurrence de 0,1 à 5,0 % en volume, de préférence 0,25 à 0,5 % en volume.

4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la flottation s'effectue à des températures comprises entre 20 °C et 80 °C, de préférence entre 20 °C et 40 °C.

5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la flottation est mise en œuvre pendant au moins une heure.

Zeichnung