Dépannage chimique des parties humides : formation de mousse, dépôts et mauvais drainage dans les usines de papier

La partie humide d’une machine à papier est le point de convergence de la chimie, de la physique et du génie mécanique sous une pression constante du temps. C’est également de là que proviennent la majorité des problèmes de maniabilité. Mousse dans la caisse d'arrivée, dépôts collants sur les toiles de formage et les feutres de presse et drainage lent sur le fil : ces trois problèmes représentent une part disproportionnée des temps d'arrêt imprévus, des ruptures de tôles et de la production de mauvaise qualité dans les usines du monde entier. Chacun a un profil de cause profonde distinct et chacun nécessite une approche diagnostique ciblée plutôt qu’une augmentation réflexive du dosage chimique. Ce guide présente les mécanismes à l'origine des trois modes de défaillance et fournit des cadres de dépannage pratiques fondés sur les principes chimiques de la partie humide.

▶Mousse : sources, mécanismes et stratégies de contrôle chimique

La mousse dans la partie humide n’est pas un problème unique : c’est le symptôme d’une matière tensioactive qui s’accumule plus rapidement que le système ne peut la dissiper. Les principales sources de tensioactifs générateurs de mousse dans la fabrication du papier moderne comprennent les extraits du bois (acides gras, acides résiniques, stérols), les contaminants des fibres recyclées, la réintégration des bris, la recirculation de l'eau de traitement et les additifs polymères en excès ou mal dissous. Lorsque ces composés tensioactifs se concentrent à l’interface air-eau, ils stabilisent les bulles d’air en structures de mousse persistantes qui perturbent l’uniformité de l’écoulement des tranches, provoquent des barres dans la feuille et introduisent un piégeage d’air qui affaiblit la liaison des fibres.

Une contribution critique et souvent négligée au moussage dans la partie humide est le surdosage ou la dissolution inappropriée des agents de rétention et de drainage à base de polyacrylamide. Lorsque la poudre de PAM est ajoutée au système sans pré-dissolution adéquate — en particulier si la concentration de la solution dépasse 0,3 % ou si la température de l'eau de dissolution est trop basse — les particules de gel non dissoutes et les fragments de polymère partiellement hydrolysés peuvent augmenter la viscosité de surface de l'interface air-eau. Cela stabilise la mousse au lieu de la supprimer. Le protocole de préparation correct pour les additifs à base de PAM est une solution aqueuse à 0,1-0,2 %, dissoute dans de l'eau propre à 20-40°C avec une légère agitation pendant au moins 60 minutes avant le dosage.

Le dépannage de la formation de mousse nécessite d'isoler si la source est chimique (charge de tensioactif) ou mécanique (ingestion d'air par les joints de la pompe, vortex dans le coffre de la machine ou désaération insuffisante dans la caisse d'arrivée). Une première étape pratique est le test de mousse Ross-Miles utilisant des échantillons prélevés sur l'aspiration de la pompe à ventilateur et le système d'approche de la caisse d'arrivée. Si la persistance de la mousse augmente fortement entre ces deux points, l'ingestion d'air dans le système d'approche en est le principal contributeur. Si les niveaux de mousse sont déjà élevés au niveau du coffre de la machine, le problème se situe en amont dans la gestion des bris, la recirculation ou la chimie additive.

Contrôle de la mousse : compatibilité des antimousses avec les systèmes PAM

Les antimousses à base d'huile minérale et de silicone sont efficaces pour briser la mousse établie, mais leur point d'addition et leur dosage doivent être soigneusement gérés dans les usines utilisant également des aides à la rétention du PAM. Un surdosage d'antimousse – en particulier avec des produits à base d'huile – peut déposer un matériau hydrophobe sur les tissus en formation, réduisant ainsi les taux de drainage et créant un problème secondaire. L'approche la plus robuste consiste à s'attaquer à la cause profonde en contrôlant la charge de tensioactifs via une clarification des eaux blanches, un lavage des bris et des nettoyages périodiques du système, en utilisant l'antimousse uniquement comme outil de coupe plutôt que comme mécanisme de contrôle principal. Lorsque le PAM est correctement sélectionné et dosé, son action de pontage et de floculation peut en fait réduire la concentration de tensioactifs libres dans les eaux blanches en co-floculant des colloïdes tensioactifs avec des fibres fines, contribuant ainsi indirectement à la réduction de la mousse.

▶Poix et dépôts collants : diagnostiquer la chimie derrière l'aveuglement des tissus

Les problèmes de dépôts au niveau de la partie humide se manifestent sous deux formes très différentes : le tartre inorganique (carbonate de calcium, sulfate de calcium, silice) et les substances collantes ou brai organiques. Les deux peuvent masquer les tissus de formage et les pores du feutre, réduire le drainage, provoquer des défauts de tôle et, dans les cas graves, déclencher des ruptures incontrôlées de tôle. La distinction est importante car la chimie requise pour traiter chacun est fondamentalement différente.

Formation de tartre inorganique

Le tartre inorganique se forme lorsque la concentration de sels peu solubles dépasse leur produit de solubilité dans la boucle d’eau blanche. Dans la fabrication du papier alcalin – le système dominant à l’échelle mondiale depuis la transition de l’encollage acide à l’encollage neutre/alcalin – le tartre de carbonate de calcium est le dépôt inorganique le plus courant. Il est favorisé par une fermeture élevée du système (dilution réduite de l'eau douce), des températures élevées et l'élimination du CO₂ de l'eau blanche, qui déplacent tous l'équilibre du CaCO₃ vers les précipitations. L'entartrage de la silice est une préoccupation secondaire dans les usines utilisant de l'eau de traitement contenant du silicate ou des fragments contenant du silicate de sodium provenant d'emballages recyclés.

La première étape de diagnostic en cas de suspicion de tartre inorganique consiste à tester la perte par inflammation des dépôts de tissus ou de feutres : les dépôts inorganiques laissent un résidu de cendres important, tandis que les matières collantes organiques brûlent proprement. L'identification des espèces d'ions spécifiques via l'analyse ICP des solides dissous dans des échantillons d'eau blanche oriente le choix de la chimie des inhibiteurs de tartre. Le polyacrylamide anionique de très faible poids moléculaire (inférieur à 500 000 g/mol) peut fonctionner comme un modificateur de croissance cristalline qui empêche les cristaux de CaCO₃ d'atteindre la taille critique nécessaire à l'adhésion de surface – une fonction distincte de son rôle d'aide à la floculation à haut MW. La sélection d’un mauvais grade de poids moléculaire d’APAM pour le contrôle du tartre est une erreur courante qui conduit à un traitement inefficace et à un gaspillage de produits chimiques.

Stickies organiques et contrôle du pitch

Les collants organiques proviennent de deux sources : le brai primaire provenant de la résine de bois (acides gras estérifiés et acides résiniques libérés lors de la réduction en pâte mécanique et du raffinage à haute température) et les collants secondaires provenant de contaminants de fibres recyclées (adhésifs sensibles à la pression, adhésifs thermofusibles, revêtements en latex, cire et résidus d'encre). Les deux deviennent problématiques lorsque la stabilité colloïdale du système d'eau blanche est perturbée - généralement lors de changements de pH, de température, de conductivité ou de programme d'additifs - provoquant l'agglomération et le dépôt de particules de brai colloïdales précédemment dispersées sur des surfaces hydrophobes.

L'approche chimique la plus efficace pour contrôler la poix et les substances collantes est la fixation : utiliser un polymère cationique pour s'adsorber sur les particules colloïdales de poix chargées négativement, inverser leur charge et les attacher à la surface des fibres avant qu'elles ne puissent se déposer sur les tissus. C'est là que le polyacrylamide cationique joue un rôle décisif. Produits PAM cationiques de Hengfeng pour la fabrication du papier sont spécifiquement formulés avec des profils de densité de charge et de poids moléculaire contrôlés pour obtenir simultanément une fixation de la poix, une rétention des fines de fibres et une amélioration du drainage — évitant ainsi le compromis entre le contrôle des substances collantes et les performances de drainage qui se produit souvent lors de l'utilisation de polymères cationiques génériques non optimisés pour les systèmes de pâte à papier.

Étapes clés du diagnostic lorsque des dépôts collants sont suspectés :

• Mesurez le potentiel zêta de l'eau blanche au niveau de la pompe du ventilateur : une valeur supérieure à -15 mV indique une couverture insuffisante de la demande cationique et une mobilité élevée du brai colloïdal ;
• Effectuer un titrage à la demande cationique (titrage colloïdal) sur des échantillons d'eau blanche pour quantifier la charge anionique qui doit être neutralisée par des additifs cationiques ;
• Vérifiez la séquence d'ajout des additifs : le PAM cationique doit être ajouté en aval des déchets anioniques (dispersants anioniques, amidon, CMC) pour éviter une neutralisation prématurée de la charge et une précipitation du polymère avant qu'il n'entre en contact avec le tapis de fibres ;
• Inspectez les programmes de conditionnement des tissus : les dépôts déjà présents sur les tissus de formage nécessitent un nettoyage enzymatique ou alcalin avant que les changements chimiques puissent restaurer les performances de drainage.

▶Mauvais drainage : diagnostic systématique au-delà de la simple addition de polymère

Un mauvais drainage est le problème le plus important au niveau de la partie humide, car ses effets se répercutent directement sur les coûts énergétiques de séchage, les limitations de vitesse de la machine et la non-uniformité du profil d'humidité dans la feuille finie. Lorsque le drainage se détériore, de nombreuses usines réagissent instinctivement en augmentant le dosage de l'agent de rétention du PAM, mais cela aggrave souvent le problème. Comprendre pourquoi nécessite un modèle clair de ce que le PAM de drainage fait réellement et de ce qu'il ne peut pas faire.

Le taux de drainage sur le fil de formage est régi par trois résistances : la résistance du matelas de fibres lui-même, la résistance du tissu de drainage et la résistance hydrodynamique de l'eau déplacée à travers les deux. Les aides à la rétention, y compris le PAM, influencent principalement le premier facteur en agrégeant les fines fibres et les charges en structures de flocs plus grandes qui sont moins susceptibles de migrer dans les pores du tissu et de les bloquer. Cependant, si la cause première d'un mauvais drainage est un tissu déjà aveuglé, un système d'eau blanche surchargé avec une concentration excessive de fines ou une pâte contenant trop de fibres secondaires réduisant l'égouttage, l'ajout de PAM ne résoudra pas le problème sous-jacent et peut aggraver la formation de mat en créant une rétention excessive de fines qui augmente encore la résistance du mat.

Protocole de dépannage de drainage étape par étape

Une approche structurée du dépannage du drainage doit commencer par la mesure, et non par un ajustement chimique. Les valeurs Schopper-Riegler (SR) ou Canadian Standard Freeness (CSF) du stock entrant fournissent l'indice d'égouttage de base sans aucun traitement chimique. Si l'indice d'égouttage a diminué par rapport aux références historiques pour la même composition de composition, la cause est soit un changement dans la qualité des fibres (degré de raffinage, rapport des fibres secondaires, distribution de la longueur des fibres), soit un changement dans la chimie de l'eau blanche (conductivité, pH, charge de charge colloïdale). Les deux doivent être quantifiés avant que la chimie ne soit modifiée.

La contribution au drainage du programme PAM peut être isolée à l'aide d'un pot de drainage dynamique (DDJ) ou d'un test de pot Britt : analysez des échantillons avec et sans ajouts de polymères actuels aux points d'addition actuels, puis testez l'effet de séquence en faisant varier l'ordre des composants cationiques et anioniques. Dans un système de rétention à microparticules ou à double polymère fonctionnant correctement, une amélioration du drainage de 10 à 25 % d'unités SR par rapport à la ligne de base non traitée est réalisable. Si les tests en pot ne montrent aucune réponse mesurable au drainage aux ajouts de PAM, le problème se situe en dehors du programme de chimie : dans l'état du tissu, la fermeture du système ou la préparation du stock.

Produits PAM dispersants de Hengfeng pour les usines de papier sont conçus pour réduire la viscosité de la pâte à papier et améliorer l'uniformité de la dispersion des fibres en tant qu'étape préalable permettant aux aides à la rétention et au drainage de fonctionner plus efficacement. En réduisant l'agrégation des fibres dans le système d'approche, le dispersant PAM crée une composition plus homogène qui forme un tapis plus uniforme et moins résistant sur le fil, améliorant directement le taux de drainage sans augmenter le dosage d'aide à la rétention. Il s'agit d'une stratégie particulièrement efficace dans les usines qui utilisent des compositions de fibres secondaires hautement raffinées ou à forte perte d'indice d'égouttage.

Scénarios courants de problèmes de drainage et leurs principales causes :

• Diminution progressive du drainage sur plusieurs semaines : généralement aveuglement du tissu par des dépôts – à résoudre avec un nettoyage du tissu avant l'ajustement chimique ;
• Perte soudaine de drainage suite à un changement de fourniture ou à une poussée de réintégration interrompue : déséquilibre de la charge colloïdale – mesurer la demande cationique et le potentiel zêta avant d'ajuster le dosage de PAM ;
• Amélioration du drainage qui s'inverse quelques heures après l'augmentation du dosage de PAM : rétention excessive provoquant une densification du tapis – réduire le dosage de PAM et évaluer la qualité du poids moléculaire ;
• Mauvais drainage au démarrage après un arrêt prolongé : déséquilibre chimique du système dû à une réintégration interrompue – rincer et rééquilibrer l'eau blanche avant de fonctionner à grande vitesse ;
• Déclin saisonnier du drainage en corrélation avec les changements de température de l'eau : effets de la viscosité sur le taux de drainage – envisager des programmes de dosage compensés par la température.

▶ Intégration de la chimie PAM dans un programme de contrôle stable des parties humides

Les trois problèmes de partie humide décrits ci-dessus (mousse, dépôts et mauvais drainage) sont interconnectés par la chimie colloïdale du système d'eau blanche. Une usine qui gère rigoureusement l’équilibre de charge de son système (potentiel zêta), la charge de déchets anioniques et la séquence d’ajout de polymères rencontrera ces trois problèmes moins fréquemment et les résoudra plus rapidement lorsqu’ils se produiront. Le fil conducteur est que la chimie basée sur le PAM est plus efficace lorsqu’elle est appliquée à un système bien caractérisé, et non utilisée de manière réactive pour masquer les symptômes de déséquilibres plus profonds.

Jiangsu Hengfeng fournit une gamme complète de produits PAM pour la fabrication du papier, notamment des aides à la rétention, des aides au drainage, des dispersants et des agents de fixation cationiques, avec des services d'assistance technique conçus pour aider les usines à élaborer des programmes de parties humides stables et basés sur des mesures. Pour les usines confrontées à des problèmes persistants de formation de mousse, de dépôt ou de drainage, les ingénieurs d'application de Hengfeng peuvent effectuer une analyse de l'eau sur site, des tests de jarre et une optimisation de la séquence d'additifs afin d'identifier le programme chimique efficace minimum pour votre configuration spécifique de fourniture et de machine. Contactez notre équipe avec vos données d'analyse d'eau blanche et votre programme d'additifs actuel pour une évaluation technique sans engagement.