Analyser - processkemikalier & material

I processvattnet från cellulosaindustrin är det viktigt att analysera flera parametrar för att kunna bedöma dess påverkan på processens stabilitet, effektivitet och slutproduktens kvalitet. Exempel på viktiga analyspunkter inkluderar:

• Anjonhalt och katjonkrav: För att förstå laddningsbalansen och möjlig påverkan på fällningar och flockningsprocesser.
• Karboxylsyra- och uronsyrahalt: Dessa organiska syror påverkar jonbalansen och kan påverka kemikalieförbrukningen i efterföljande steg.
• ASA (alkenylsuccinsyraanhydrid, totalhalt): Viktigt för att utvärdera användningen av sizing-agenter och deras effektivitet.
• Kolhydrater (totalhalt): Ger en bild av det organiska innehållet och eventuella förluster av värdefulla komponenter.
• Ligninhalt: Påverkar färg, renhet och nedströms reningsbehov.
• Mängd optiskt vitmedel: Avgör hur mycket optiska blekmedel som förekommer och påverkar den optiska ljusheten.

En hög koncentration av extraktivämnen ökar risken för inkrustation på processutrustningen, vilket kan leda till driftstörningar, minskad värmeöverföringseffektivitet och kostsamt underhåll. Därför är det viktigt att analysera nyckelparametrar som karbonatinnehåll, sulfatinnehåll, oxalatinnehåll, kalcium (totalt och löst), natrium, aluminium, kisel och torrsubstansinnehåll för att optimera processförhållandena och förhindra skalningsproblem.

Bakvatten: Anjonhalt, katjonbehov, karboxylsyrorhalt, uronsyrahalt, ASA (totalhalt), kolhydrater (totalhalt), ligninhalt, mängd optiskt vitmedel och stärkelsehalt.

Kalk: Mängd fri kalk, metallhalt (natrium, magnesium, kalcium, mangan, järn, aluminium, kisel, fosfor, svavel) och surt lösligt natrium.

Tallolja: Syratal, neutralämnen (oförtvålbara ämnen), sammansättning av fett- och hartssyror, vattenhalt, askhalt, totalt svavel och totalt natrium.

Såpa: Tallolja (maximalt teoretiskt utbyte i såpa), luthalt, kalcium (viktigt för exempelvis inkrustbildning), torrhalt och värmevärde.

Svartlut

Svartlut är en central biprodukt från kokningsprocessen i sulfatmassatillverkning och innehåller både organiska och oorganiska komponenter som är viktiga att analysera för att optimera återvinning, energiutvinning och processbalans. Följande parametrar är särskilt relevanta att följa upp:

• Fiberinnehåll (totalt): Visar på mängden kvarvarande fasta partiklar, vilket kan påverka filtrering, förbränning och pannbelastning.
• Kvarvarande alkali: Innefattar hydroxid- och karbonatjoner, som tillsammans ger ett mått på lutens återstående alkalinitet och dess potential att återanvändas i vitlutsberedningen.
• Sulfidjon, sulfitjon, sulfatjon och tiosulfatjon: Dessa svavelbärande joner är nyckelkomponenter i kemikalieåtervinningen. Deras halter används för att bedöma processens svavelbalans, miljöprestanda samt påverkan på kokningen.
• Total svavelhalt: Ett viktigt mått för att följa svavelkretsloppet och för att säkerställa att utsläppsnivåer och arbetsmiljökrav hålls inom tillåtna gränser.
• Oxalatinnehåll: Oxalat kan orsaka inkrustation i indunstnings- och återvinningssystemen och är därför en viktig parameter vid riskbedömning.
• Kloridinnehåll: Höga kloridhalter ökar korrosionsrisken i återvinningssystemet och påverkar val av material och underhållsstrategier.
• Metallinnehåll: Analyser av metaller (t.ex. järn, mangan, koppar) är viktiga både för att förstå katalytiska effekter i processen och för att bedöma potentiella skador på utrustning.
• Kolhydrater (totalt, polymera och fria monomerer): Dessa organiska föreningar utgör en energikälla vid förbränning, men kan också bidra till skumning och luktproblem.
• Lignin (totalt och molekylviktsfördelning): Eftersom lignin är en av huvudkomponenterna i svartlut, används dessa data för att optimera förbränning och eventuellt för att återvinna lignin som biprodukt.
• Mängd tallolja och terpeninnehåll: Tallolja är en värdefull biprodukt som kan utvinnas och säljas vidare. Terpener påverkar lukt och emissionsprofil och behöver därför övervakas.
• Hydroxisyror och flyktiga syror: Dessa syror (vanligtvis analyserade av specialiserade laboratorier) påverkar lukt, korrosion och kokningens effektivitet.
• Torrsubstans och askhalt: Torrsubstansen är central för energiberäkningar och pannstyrning, medan askhalten ger indikation på oorganiskt restinnehåll.

Vitlut och grönlut

Vitlut används direkt i kokningsprocessen medan grönlut är ett mellansteg i återvinningscykeln. Båda luttyperna kräver noggranna analyser för att upprätthålla en stabil och effektiv kemikaliebalans:

• Alkalihalt (total, aktiv och effektiv): Dessa värden beskriver lutens förmåga att bidra till kokreaktionen. Den totala alkalin ger en helhetsbild, medan aktiv och effektiv alkali visar på den kemiskt tillgängliga och reaktivt användbara delen.
• Karbonatinnehåll: Påverkar återvinningsbalansen och är viktig att övervaka för att styra kausticeringens effektivitet.
• Sulfid, sulfit, sulfat och tiosulfat: Svavelbärande komponenter som styr kokningens reduktionspotential och påverkar massakvaliteten. Deras koncentration är också avgörande för miljö- och processkontroll.
• Total svavelhalt: Används för att bedöma svavelcirkulationens balans och för att uppfylla miljökrav och processoptimering.
• Kalium- och natriumhalt: Dessa basiska metaller påverkar saltbalansen i återvinningssystemet och risken för beläggningar eller korrosion.
• Kloridhalt: Viktig för att bedöma korrosionsrisk i värmeväxlare och pannor.
• Metallhalt: Övervakning av metaller kan avslöja föroreningar från utrustning eller insatskemikalier och påverka reaktionsförloppet vid kausticering och kokning.

Utöver de vanliga processparametrarna är en omfattande analys av olika kemiska föreningar nödvändig för att förstå och optimera massaprocessen. Viktiga faktorer är bland annat metanolhalt, vattenhalt, ammoniumkoncentration, total kvävehalt och halterna av TRS (Total Reduced Sulfur), inklusive vätesulfid, metylmerkaptan, dimetylsulfid och dimetyldisulfid. Det är lika viktigt att övervaka den totala svavelhalten, eftersom den påverkar både processeffektiviteten och miljöutsläppen.

Ytterligare analys av terpenoidföreningar är avgörande, med fokus på koncentrationen av monoterpener (t.ex. α-pinen, β-pinen, 3-karen och limonen), samt den totala halten av monoterpenoider, sesquiterpenoider och diterpenoider. Dessa föreningar kan påverka produkternas lukt och kemiska egenskaper samt det totala miljöavtrycket. För att komplettera den kemiska profilen genomförs även GC-MS-screening av andra organiska föreningar för att identifiera och kvantifiera eventuella ytterligare flyktiga ämnen som kan påverka produktkvaliteten eller processens prestanda.

RISE kan analysera gaser som svavel och föroreningar. Vi kan analysera och identifiera:

• Gasanalyser:
  Vi har möjlighet att analysera gasformiga komponenter såsom svavelväte (H₂S), koldioxid (CO₂), svaveldioxid (SO₂), samt andra flyktiga organiska och oorganiska ämnen. Dessa analyser är viktiga för att övervaka emissioner, säkerställa processkontroll och uppfylla miljökrav.
• Oorganiska molekyler och föreningar:
  Identifiering och kvantifiering av oorganiska komponenter sker genom metoder med hög känslighet, vilket möjliggör analys av bland annat salter, metaller, oxider och anjoner även vid mycket låga koncentrationer.
• Kvalitativa och kvantitativa analyser:
  Vi erbjuder både kvalitativ analys (identifiering av ämnen) och kvantitativ analys (exakt bestämning av koncentrationer), beroende på frågeställning och krav från process eller produkt.
• Låga detektionsgränser:
  Våra instrumentella metoder – inklusive GC-MS, HPLC, ICP-MS och FTIR – möjliggör detektion och mätning av ämnen ner till mycket låga nivåer (ppm, ppb eller lägre), vilket är avgörande vid spåranalys eller kontroll av restämnen.
• Mikroanalys av prickar och avlagringar:
  Med hjälp av SEM-EDS (svepelektronmikroskopi med energidispersiv röntgenanalys) kan vi utföra mikroanalyser av fasta partiklar, prickar och inkrustationer för att identifiera deras sammansättning och ursprung.

Organiska föreningar och naturliga extraktivämnen

RISE har även lång erfarenhet av analys av organiska komponenter som förekommer i skogsråvara, processvätskor och biprodukter. Exempel på vanliga analysämnen inkluderar:

• Lignaner:
  Fenolföreningar med antioxidantiska egenskaper, ofta förekommande i träbaserade material. Analyseras för både struktur- och innehållsbestämning.
• Extraktivämnen:
  Vi analyserar fett- och hartssyror, steroler (inklusive betulinol), sterylestrar och triglycerider. Dessa ämnen har betydelse både som biprodukter och som potentiella föroreningar i processflöden.
• Antrakinon:
  En vanligt förekommande processkemikalie i kokprocesser. Vi kan identifiera och kvantifiera antrakinon samt dess nedbrytningsprodukter.
• Kolofonium:
  Ett komplext harts som förekommer i vissa pappersprodukter. Vi erbjuder analys av kolofonium för att bedöma dess inverkan på limning, tryckbarhet och lukt.
• Kolföreningar och svavelföreningar:
  Inbegriper ett brett spektrum av organiska och oorganiska ämnen med betydelse för både process- och miljöaspekter. Inkluderar t.ex. metanoler, aldehyder, tiofener och disulfider.

Organiska syror och processrelaterade ämnen

Vi har specifika analysmetoder för organiska syror, som ofta förekommer som nedbrytningsprodukter eller naturliga komponenter i biomassabaserade processer:

• Vanliga organiska syror:
  Levulinsyra, etanol, glycerol, mjölksyra, myrsyra och ättiksyra – alla relevanta i massaprocesser, särskilt vid termisk nedbrytning av kolhydrater.
• Furanderivat:
  Hydroxymetylfurfural (HMF) och furfural är viktiga indikatorer på nedbrytning av hexoser och pentoser i processvätskor.
• Analys i svartlut:
  Organiska syror och andra komponenter kan även kvantifieras direkt i svartlut, vilket ger värdefull information om kokprocessens effektivitet och sammansättning.
• HPLC-analys:
  Högupplösningsvätskekromatografi (HPLC) används för separation och kvantifiering av enskilda organiska föreningar med hög precision.

Metaller analyser

• Kalcium (Ca), koppar (Cu), järn (Fe), magnesium (Mg) och mangan (Mn)
  Dessa analyser genomförs enligt SCAN-CM 38. Metallerna förekommer naturligt i vedråvara eller tillförs via processkemikalier.
• Kalium (K) och natrium (Na)
  Analys enligt SCAN-CM 63. Dessa alkaliska metaller spelar en central roll i lutbalans och pannsystemets saltbelastning.
• Kadmium (Cd) och bly (Pb)
  Analys enligt SCAN-CM 54. Dessa tungmetaller förekommer normalt i mycket låga halter men är strikt reglerade på grund av sin toxicitet och miljöpåverkan.

Metaller analyserade med ICP-OES

Vid behov av bredare eller mer känslig multielementanalys tillämpar vi ICP-OES, en mycket känslig teknik som möjliggör samtidig kvantifiering av flera metaller i ett enda prov. Metoden lämpar sig för analys av både processvätskor, fast material, extrakt och askfraktioner.

Metaller vi rutinmässigt analyserar med ICP-OES inkluderar:

• Aluminium (Al) – kan indikera påverkan från kemikalier, filtermedier eller utrustning.
• Barium (Ba) – förekommer i vissa processer och kan bidra till fällningar tillsammans med sulfatjoner.
• Kobolt (Co) och krom (Cr) – relevanta för processövervakning och utrustningsslitage.
• Fosfor (P) – central vid analys av vissa tillsatser, t.ex. i dispersionslim eller biologiska restprodukter.
• Kisel (Si) – viktiga i analyser av fyllmedel, askinnehåll eller kiselrelaterade fällningar.
• Zink (Zn) – kan förekomma som förorening från beläggningar eller kemikalier och påverkar mikrobiologisk tillväxt samt ytegenskaper.

Viskositetsmätning av textilmaterial

Viskositet är en avgörande parameter för att bedöma molekylvikten och degraderingstillståndet hos cellulosabaserade textilier, särskilt vid återvinningsprocesser eller i regenererade fiberflöden.

Fiberanalyser med mikroskopi

För att karakterisera fiberstruktur, identifiera fiberblandningar eller undersöka defekter och degradering, använder vi avancerad mikroskopi.

• Ljusmikroskopi och polarisationsmikroskopi används för att identifiera fibertyper, mäta fiberdiameter, ytråhet och längdfördelning.
• Svepelektronmikroskopi (SEM) ger högupplösta bilder av fibrernas morfologi och kan avslöja ytstrukturer, sprickor, avlagringar eller kontaminanter.
• Dessa metoder är särskilt värdefulla vid jämförande materialstudier, felanalys, eller produktutveckling av tekniska textilier.

Metallanalyser i textil

Textilier kan innehålla metaller av flera skäl – som färgämneskomponenter, funktionella tillsatser (t.ex. antibakteriella medel), eller som restprodukter från tillverknings- och beredningsprocesser.

• Med ICP-OES eller ICP-MS kan vi kvantifiera metallinnehåll i textila prover med mycket hög känslighet.
• Vanliga analyter inkluderar koppar, zink, krom, bly, nickel, kadmium, järn, aluminium, natrium och kalium, beroende på material och tillverkningsmetod.
• Metaller i textilmaterial är av särskilt intresse ur ett miljö- och hälsoperspektiv, särskilt i konsumentprodukter eller vid bedömning av återvinningsbarhet och cirkularitet.