RAZISKAVE IN RAZVOJ
RAZISKAVE IN RAZVOJ
Papir za notranjost revije PAPIR je prispevala Papirnica Vev~e, Biomatt 115 g/m
2
Papir za notranjost revije PAPIR je prispevala Papirnica Vev~e, Biomatt 115 g/m
2
21
Med mnogimi pristopi za optimizacijo 
tehnolo{kega procesa in zmanj{evanje 
okoljskih onesnaženj proizvodnje kartona 
se je uvajanje CO
2
 v proizvodno linijo 
kartona izkazalo kot perspektiven na~in 
za prilagoditev in nadzor nihanj, kot 
tudi za njihovo stabilizacijo. V okviru 
predstavljene raziskave smo obdelali vpliv 
uvajanja CO
2
 v proizvodno linijo kartona 
na nekatere klju~ne procesne parametre, 
kot so pH vrednost, skupna trdota, 
m-alkaliteta, KPK (kemijska potreba po 
kisiku), retencija in ~as odvodnjavanja. 
Poudarek je na zmanj{anju porabe 
kemikalij (posledi~no zmanj{anje KPK) z 
dodajanjem znane koli~ine CO
2
 v papirno 
snov, pridobljeno iz recikliranih vlaken. 
2 MATERIALI IN METODE
2.1 PROIZVODNA LINIJA 
IZDELAVE KARTONA
Eksperimentalno delo smo izvedli v 
proizvodnji kartona, kjer kot surovino 
uporabljajo tudi reciklirana vlakna. Vzorce 
smo jemali 6 mesecev, enkrat na teden, 
dvakrat dnevno. Po celotni proizvodnji 
liniji je bilo razporejenih 23 odvzemnih 
mest, kjer so bila vzor~evalna mesta od 
1 do 3 na liniji priprave papirne snovi, 
od 4 do 19 pa na papirnem stroju, kjer 
se oblikuje papirni list. Tehnolo{ka voda 
je bila ozna~ena z 21, 22 in 23, kjer smo 
vodo analizirali ob~asno.
CO
2
 se je uvajal v papirno snov za 
me{alno kadjo, kjer so se dodajala 
retencijska sredstva, fiksirna sredstva, 
biocidi, antipenilci, {krob in Al
2
(SO
4
)
2
. 
Koli~ine omenjenih dodatkov in 
pomožnih sredstev niso bile konstantne, 
saj so bile tako kot koli~ina dodanega 
CO
2
 (1,6 do 2,6 kg CO
2
/t snovi) odvisne 
od lastnosti surovin, za~etne pH vrednosti 
in vrste proizvedenega kartona.
2.2 METODE ZA 
KARAKTERIZACIJO PAPIRNE 
SNOVI
Papirno snov smo okarakterizirali na 
osnovi pH vrednosti, m-alkalitete, 
skupne trdote in koncentracije Ca
2
+
 
ionov. Dolo~ili smo {e retencijo, ~as 
odvodnjavanja in kemijsko potrebo po 
kisiku.
pH vrednost snovi smo dolo~ili z uporabo 
konvencionalnega pH metra (SIST ISO 
10523:1996). Nato smo vzorce snovi 
prefiltrirali in izmerili pH vrednost filtrata. 
Filtratu smo izmerili skupno trdoto in 
m-alkaliteto z uporabo hitrih testov 
Aquamerck® 1.08039.00011 (skupna 
trdota) in 1.11109.0001 (m-alkaliteta). 
Alkaliteto smo dolo~evali titrimetri~no 
s klorovodikovo kislino ter porabo 
kisline izrazili v mmol/L H+. Skupno 
trdoto (°dH) smo dolo~ili s titracijo z 
raztopino etilendinitrilotetraocetne kisline 
dinatrijeve soli dihidrata (Titriplex® III).
Za~etno papirno konsistenco, to je delež 
suhih vlaken v dolo~enem volumnu, 
smo izra~unali iz razmerja med maso 
absolutno suhe in mokre papirne 
mase. ~as odvodnjavanja smo dolo~ili 
s Schopper-Rieglerjevim aparatom. 
Ustrezen volumen papirne snovi smo 
prera~unali glede na predpisano 
kon~no vrednost konsistence 2 g/L. ~as 
odvodnjavanja je definiran kot ~as, ko 
dosežemo 30 % vsebnost vode iz papirne 
snovi. Retencijo (%) smo prera~unali kot 
pozitivno razliko v konsistenci med dvema 
to~kama na proizvodni liniji. Kemijsko 
potrebo po kisiku (KPK) smo dolo~ili po 
standardu SIST ISO 6060:1996.
3 REZULTATI Z RAZPRAVO
Namen raziskave je bil preu~iti 
vpliv uvajanja CO
2
 v papirno snov 
na procesne parametre, kot so pH 
vrednost, koncentracija Ca
2
+
 ionov, 
kemijska potreba po kisiku (KPK) ter 
porabo kemikalij in pomožnih sredstev 
(CaCO
3
, retencijska sredstva, fiksirna 
sredstva, biocidi itd.). Optimalna koli~ina 
dodanega CO
2
, ki je bila dolo~ena s 
preliminarnimi testiranji v proizvodni 
liniji, je odvisna od sestave recikliranih 
vlaken, sestave vstopne procesne vode 
in kakovosti proizvodov, ki se razlikujejo 
glede na zahteve strank in kon~ne 
uporabe.
3.1 VPLIV DODAJANJA CO
2
 NA 
pH VREDNOST
Slika 1 predstavlja spremembe v pH 
vrednosti pred in po uvajanju CO
2
 v 
papirno snov.
Po uvajanju 1,9 kg CO
2
/t snovi se je pH 
vrednost znižala za približno eno pH 
enoto v nevtralno podro~je, na okoli 7. 
pH vrednost skozi proizvodno linijo je bolj 
konstantna, odpravljena so bila izrazitej{a 
nihanja. Standardni odklon pH vrednosti 
se je po dodajanju CO
2
 v papirno snov 
zmanj{al za približno 25 %. Vi{je in/
ali nižje pH vrednosti in nihanja okoli 
povpre~ja lahko pripi{emo spremenljivim 
razmeram v (realni) proizvodnji. Velik 
vpliv imajo tudi vstopne surovine, 
reciklirana vlakna razli~ne kakovosti, 
kakor tudi vstopna re~na voda, katere 
kakovost se lahko razlikuje glede na 
sezono, temperaturo, koli~ino padavin …
3.2 VPLIV DODAJANJA CO
2
 V 
PAPIRNO SNOV NA PORABO 
KEMIKALIJ, RETENCIJO IN ~AS 
ODVODNJAVANJA
Glavni namen dodajanja razli~nih koli~in 
CO
2
 je pove~anje retencije (slika 2) in 
zmanj{anje koli~ine pomožnih sredstev 
(slika 3). Rezultati eksperimentov so 
UPORABA CO
2
 V TEHNOLOŠKEM 
PROCESU IZDELAVE KARTONA
the use Of cO
2
 In technOl OGIcal PrOcess
Of P aPerBOard makInG
Branka Viltužnik
1,*
, Helmut Gutenberger
2
, Mojca Poberžnik
1
, Aleksandra Lobnik
3
20
1 UVOD
Industrija papirja je eden izmed ve~jih 
porabnikov vode, ki se ve~inoma 
uporablja za pripravo papirne snovi 
�1�. Vzpostavitev zaprtih vodotokov 
v proizvodnem procesu predstavlja 
gospodarske in ekolo{ke prednosti, 
kljub pove~anju nekaterih ekolo{kih 
parametrov, kot so biolo{ka potreba 
po kisiku (BPK) in kemijska potreba po 
kisiku (KPK) �2�. V papirni industriji je zelo 
pomembno, da so vzpostavljeni optimalni 
tehnolo{ki pogoji, saj se s tem zmanj{ajo 
izgube in obremenitve tehnolo{kih 
vod ter se zagotovi ustrezna kakovost 
kon~nega izdelka, to je papirja ali kartona 
�3�.
Uporaba recikliranih vlaken kot surovine 
v proizvodnji papirja in kartona prinese 
ekonomske in ekolo{ke prednosti, 
kljub potrebi po nekaterih dodatnih 
postopkih ~i{~enja pred uvajanjem 
sekundarne surovine v proces �4, 5�. Po 
drugi strani pa so onesnažena reciklirana 
IZVLE^EK
Raziskava v slovenski proizvodnji kartona je bila izvedena z namenom izbolj{ati tehnolo{ki proces izdelave kartona z uvajanjem 
ogljikovega dioksida (CO
2
) v papirno snov. Nara{~anje uporabe recikliranih vlaken in uvajanje zaprtih krogotokov predstavljata 
priložnost za optimizacijo obratovalnih stro{kov in za zmanj{evanje vplivov na okolje. Reciklirana vlakna in povratne vode 
so namre~ glavni izvor onesnaženja papirne snovi z mikroorganizmi. Prisotnost mikroorganizmov v papirni snovi privede do 
nihanja pH vrednosti, kar vpliva na proces raztapljanja oziroma obarjanja kalcijevega karbonata (CaCO
3
), ki se v papirni industriji 
uporablja kot polnilo.
Raziskava je pokazala, da uvajanje CO
2
 v papirno snov stabilizira tehnolo{ke pogoje, saj ohranja karbonatno ravnotežje v 
mokri fazi izdelave kartona. Poraba kemikalij (aluminijev sulfat, biocidi, fiksirna sredstva in retencijska sredstva) se mora zaradi 
stabilizacije pH vrednosti znižati. Kon~ni rezultat se odraža v zanesljivej{i proizvodnji in znatno bolj{i kakovosti papirnih izdelkov.
Klju~ne besede: papirna snov, karbonatno ravnotežje, CO
2
, karton.
ABSTRACT
Research in the Slovenian paperboard production was carried out in order to improve the cardboard technological process by 
introducing carbon dioxide (CO
2
) into the paper pulp. Usage of an increased share of recycled fibres and implementation of 
closed circular processes can reduce the environmental impacts and operational costs. On the other hand, recycled fibres and 
process-waters are the main source of paper pulp microbiological pollution. The presence of microorganisms in paper pulp leads 
to pH variations and uneven dissolving of CaCO
3
 that is nowadays increasingly used as a filler.
Presented research results indicated that the introduction of CO
2
 into the paper pulp stabilized technological conditions by 
keeping the carbonate equilibrium constant in the wet phases. Consumption of chemicals (aluminium sulphate, biocides, fixing 
and retention agents) was reduced as the pH value was stabilized. Finally, the improved technological process reflected in a more 
reliable production and a significantly better quality of the paper product.
Key words: paper pulp, carbonate equilibrium, CO
2
, paperboard.
vlakna glavni vzrok za razvoj in rast 
mikroorganizmov, kot so bakterije, 
plesni, kvasovke in alge v papirni snovi, 
kar povzro~a neugodne okoli{~ine v 
proizvodnji papirja �3, 6, 7�.
Na kakovost izdelka mo~no vpliva 
raztapljanje kalcijevega karbonata 
(CaCO
3
), ki se pogosto uporablja kot 
polnilo v papirni industriji. Kalcijev 
karbonat (CaCO
3
) se raztaplja pri pH, 
nižjem od 8, ter v vodi razpade na 
kalcijeve ione (Ca
2+
) in ogljikov dioksid 
(CO
2
) �8�. Presežek Ca
2+
 ionov povzro~i 
nastanek sedimentov, umazanije in lukenj 
v izdelku. Kalcijevi ioni (Ca
2+
), ki z vlakni 
v snovi ne reagirajo selektivno, lahko 
pridejo v kontakt z drugimi raztopljenimi 
ioni in kemikalijami ter tvorijo CaCO
3
, 
CaSO
4
, Ca-oksalate in Ca-mila, ki so 
razlog za pojav mikro- in makrolepljivih 
snovi �9, 10�. Razlike v koncentraciji 
Ca
2+
 ionov povzro~ajo videz umazanije 
na kon~nem izdelku �3�. Ve~ja koli~ina 
prostih Ca
2+
 ionov v raztopini zahteva 
ve~ dodatnih kemikalij in polimerov za 
strjevanje papirne snovi v tehnolo{kem 
procesu izdelave papirja ali kartona, kar je 
povezano tako z vi{jimi stro{ki, kot tudi z 
vplivi na okolje.
Ogljikov dioksid (CO
2
) je dobro topen 
v suspenziji papirne snovi; ni toksi~en, 
ob kontroliranem vnosu ni koroziven in 
deluje kot pufer �10�. Namen uporabe 
CO
2
 v proizvodnji papirja in kartona je 
stabilizacija pH vrednosti in vsebnosti 
Ca
2+
 ionov skozi proizvodno linijo. 
Korelacijo med Ca
2+
 ioni in dodajanjem 
CO
2
 je preu~eval Domingo s sodelavci 
�11�.
Z dodatkom CO
2
 v papirno snov 
lahko uspe{no nadomestimo uporabo 
mineralnih kislin, ki se obi~ajno 
uporabljajo v papirni industriji za 
nevtralizacijo �10�. C. Leigraf in sodelavci 
so poro~ali o konvencionalnem procesu 
nevtralizacije z žveplovo kislino, ki so jo 
nadomestili s CO
2
. Z uporabo CO
2
 so se 
izognili slabostim žveplove kisline, kot so 
pojav korozije in nastanek mavca. Sistem 
je postal bolj stabilen, prav tako ni bilo 
ve~jih nihanj pH vrednosti �12�.
6,7
6,9
7,1
7,3
7,5
7,7
7,9
8,1
8,3
8,5
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
vzorec
pH
1,9 CO2 kg/t pulp
brez dodanega CO2
Slika 1: Primerjava pH vrednosti pred in po dodajanju CO
2
 v papirno snov

RAZISKAVE IN RAZVOJ
RAZISKAVE IN RAZVOJ
Papir za notranjost revije PAPIR je prispevala Papirnica Vev~e, Biomatt 115 g/m
2
23
Papir za notranjost revije PAPIR je prispevala Papirnica Vev~e, Biomatt 115 g/m
2
22
pokazali, da se je retencija pove~ala 
za približno 34 %, kljub zmanj{anju 
koli~ine retencijskega sredstva, pri 
konstantni koli~ini dodanega Al
2
(SO
4
)
3
. 
V povpre~ju se je retencija povi{ala s 
24 % na približno 40 %, kar kaže, da 
se z uvajanjem CO
2
 povi{a u~inkovitost 
retencijskega sredstva. ~eprav na 
retencijo vpliva koli~ina dodanega CO
2
, ta 
korelacija ni popolna, saj nanjo vplivata 
tudi sestava recikliranih vlaken in lastnosti 
tehnolo{ke vstopne vode.
Dodatek CO
2
 v papirno snov ugodno 
vpliva na ~as odvodnjavanja (slika 2). 
Ugotovili smo, da se je ~as odvodnjavanja 
z uvajanjem CO
2
 skraj{al za približno 
70 %, s 56 s na 16 s, kljub zmanj{anju 
ali konstantni koli~ini kemikalij, kot so 
aluminijev sulfat (Al
2
(SO
4
)
3
), biocidi, 
fiksirna sredstva in retencijska sredstva 
(slika 3). Kraj{i ~as odvodnjavanja 
izbolj{a produktivnost, kar pomeni, da 
je u~inkovitost proizvodnje direktno 
odvisna od uvajanja CO
2
. Manj{a koli~ina 
dodanih kemikalij se odraža v manj{i 
onesnaženosti odpadne vode. Uvajanje 
CO
2
 izbolj{a u~inkovitost kemikalij 
(retencijskih sredstev, fiksirnih sredstev, 
biocidov, Al
2
(SO
4
)
3
), kar pomeni, da 
LITERATURA
�1�. RUTAR, V., STARE, T. Razvoj in uporaba 
kombiniranih retencijskih sredstev, Zbornik 
gozdarstva in lesarstva, 2003, 70, 53–69.
�2�. POKHREL, D., VIRARAGHAVAN, T. 
Treatment of pulp and paper mill wastewater 
– a review, Science of the Total Environment, 
2004, 37–58.
�3�. IVANUŠ, A., Mikrobiologija v papirni 
industriji, Gospodarjenje z odpadki, 2004, 
letn. 13, št. 49, 7–11.
�4�. NOVAK, G. Papir, karton, lepenka, 
Ljubljana, Naravoslovnotehniška fakulteta, 
1998.
�5�. MONTE, M. C., FUENTE, E., BLANCO, A., 
NEGRO, C. Waste management from pulp 
and paper production in the European Union, 
Waste Management, 2009, 293–308.
�6�. CHLAD, M.; KRAMÁR, F ., RUZICKA, K. 
Microbiological aspects in the paper industry, 
Papir A Celuloza, 2005, 96–97.
�7�. CHAUDHARY , A., GUPTA, L. K., GUPTA, J. 
K., BANERJEE, U. C. Levanases for control of 
slime in paper manufacture, Biotechnology 
advances, 1998, 899–912.
�8�. HOLIK, H. Handbook of Paper and Board, 
Weley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 
Weinheim, Germany, 2006.
�9�. SAUCEDO, V. M., DUARTE, D. Dynamic 
Modelling of the Wet End Using CO2 to 
Control Charge Properties, J. Pulp Pap. Sci, 
2006, 32(2), 66.
�10�. Messer Group GmbH. Weak acid, strong 
effect, WWW: http://www.messergroup.
com/de/Daten/Fachbroschueren/Umwelt/
Weak_acid_stron_effect.pdf. [Accessed 10. 
January 2010].
�11�. DOMINGO, C., LOSTE, E., GÓMEZ-
MORALES, J., GARCIÁ-CARMONA, J., 
FRAILE, J. (2006): Calcite preparation by a 
high-pressure CO2 carbonation route, J. of 
supercritical fluids, 202–215.
�12�. LEIGRAF , C., BESSER, J., KLEEMANN, S. 
(2002): CO2 for pH-stabilization in specialty 
paper production through using of adalka 
process, Wochenblatt fur Papierfabrikation, 
130(11–12), 772.
0
10
20
30
40
50
60
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
CO2 [kg/t pulpe]
retencija 18 [%] 24,14 36,62 32,84 36,12 40 39,87
čas odvodnjavanja [s] 56 17 35 16 36 17
CO
2
 [kg/t pulpe] 0,0 1,8 1,7 2,0 2,3 2,1
1 2 3 4 5 6
0
100
200
300
400
500
600
700
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
CO2 [kg/t pulpe]
retencijski sredstvo [g/t papirja] 540 500 500 500 500 500
fiksirno sredstvo [g/t papirja] 700 700 700 630 580 580
CO2 [kg/t pulpe] 0,0 1,8 1,7 2,0 2,3 2,1
1 2 3 4 5 6
Vzorec 18
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
KPK [mg/L]
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
Ca
2+
 [mg/L]
KPK [mg/L] 7525 4844 5087 5064 5353
CO
2
 [kg/t pulpe] 0 2,4 2,6 2,6 2,1
Ca
2+
 [mg/L] 813 758 729 601 443
1 2 3 4 5
Slika 2: Vpliv dodajanja CO
2
 v papirno snov na retencijo in ~as odvodnjavanja
Slika 3: Vpliv dodajanja CO
2
 v papirno snov na porabo kemikalij
Slika 4: Vpliv dodajanja CO
2
 v papirno snov na KPK vrednost vzorca 18
zadostuje že manj{a koli~ina kemikalij, 
skraj{a pa se tudi ~as odvodnjavanja.
3.3 VPLIV DODAJANJA CO
2
 
V PAPIRNO SNOV NA KPK – 
KEMIJSKO POTREBO PO KISIKU
Na sliki 4 je prikazan u~inek dodatka 
CO
2
 v papirno snov na KPK vrednost za 
izbran vzorec 18, ki predstavlja vzorec 
na papirnem stroju, kjer se formira list. 
Vrednost KPK se zmanj{a za približno 30 
%, s 7.525 mg/L na 5.000 mg/L. Rezultat 
potrjuje, da kemijska stabilizacija papirne 
snovi omogo~a kakovostno produkcijo 
ob dodatku manj kemikalij in pomožnih 
sredstev in posledi~no manj obremenjuje 
odpadno vodo.
4. ZAKLJU^EK
V raziskavi smo preu~evali vpliv dodajanja 
CO
2
 v papirno snov na procesne 
parametre in kakovost izdelka. Izkazalo 
se je, da je uvajanje CO
2
 v papirno 
snov u~inkovito in ima ve~ pozitivnih 
vidikov. pH vrednost je bila v povpre~ju 
zmanj{ana in stabilizirana skozi celotno 
proizvodno linijo, kar je hkrati povzro~ilo 
pove~anje alkalitete. Nihanje pH vrednosti 
okoli povpre~ja se je zmanj{alo za 20 
do 30 %, alkaliteta raztopine pa se je 
posledi~no zvi{ala za 20 do 30 %.
Izmerjene vrednosti so bile nekoliko 
razli~ne od tedna do tedna zaradi 
spremenljivih razmer v realni proizvodnji. 
Kakovost recikliranih vlaken, kot vstopne 
surovine, ni vedno enaka. Tudi tehnolo{ka 
voda ima velik vpliv na proizvodnjo, 
razlikuje pa se glede na sezono, padavine, 
temperaturo …
Koncentracija Ca
2+
 ionov v filtratu se je 
po dodatku CO
2
 zmanj{ala in ustalila. 
Posledi~no se je izbolj{ala u~inkovitost 
kemikalij, vrednosti KPK so bile nižje, enak 
proizvodni u~inek pa je bil dosežen že z 
manj{o koli~ino dodanih kemikalij, kar 
vodi do znižanja proizvodnih stro{kov 
in manj{e obremenjenosti odpadne 
vode. Manj onesnažene vode je možno 
reciklirati in vrniti v proces. Pove~ala se 
je retencija in skraj{al ~as odvodnjavanja. 
Prednost uvajanja CO
2
 v snov je tudi 
v tem, da zreducirana in stabilizirana 
koli~ina Ca
2+
 ionov v papirni snovi ne 
vpliva samo na manj{o porabo kemikalij, 
ampak tudi na bolj{o strukturo kartona. 
Poleg tega se z zmanj{anjem Ca
2+
 ionov 
v filtratu pove~a vsebnost Ca
2+
 ionov v 
papirni snovi in kon~nem izdelku, to je 
kartonu.
Z rezultati raziskave smo dokazali, da 
lahko z dodajanjem ogljikovega dioksida 
(CO
2
) v papirno snov optimiziramo 
proizvodni proces kartona, izbolj{ava pa 
predstavlja u~inkovit pristop k re{evanju 
okoljskih in ekonomskih težav v papirni 
industriji.
1
In{titut za okoljevarstvo in senzorje, d. o. o., Maribor
2
Messer Austria GmbH, Gumpoldskirchen
3
Univerza v Mariboru, Fakulteta za strojni{tvo, Maribor
*E-po{ta: branka.viltuznik�ios.si