Några undersökningar av sulfitlut

(1)

S T A T E N S V Ä G I N S T I T U T

S T O C K H O L M

R A P P O R T 1 4

N Å G R A U N D E R S Ö K N I N G A R

AV S U L F IT L U T

AV H A R R Y A R N F E L T 1 9 4 x

(2)

F Ö R T E C K N I N G

Ö V E R

R A P P O R T E R FRÅN SVENSKA VÄGINSTITUTET

O C H

STATENS VÄGINSTITUT

1. Erfarenheter från provvägen vid Bålsta under åren 1932 och 1933, av N . von Matern

och S. H allberg ... 1933

2. Vägbeläggningar på landsbygdens allmänna vägar i Sverige den 1 januari 1 9 3 4 ... 1934

4. H yvelblandning på kustvägen norr om K alm ar år 1935, av N . von M a t e r n ... 1936

6. Vägbeläggningar på landsbygdens allmänna vägar i Sverige den 1 januari 1 9 3 7 ... I 937 7. Vägbeläggningar på landsbygdens allmänna vägar i Sverige den 1 januari 1 9 3 8 ... 1938

9. Maskinblandning av grusvägbana Södra Åsbo 19 38— 1939, av G. B e s k o w ... 1939

10. Vägbeläggningar på landsbygdens allmänna vägar i Sverige den 1 januari 1 9 4 0 . *94° 1 1 . M öjligheter till ökad användning av sulfitlut i Sverige ... 1940

12. Bom ullsväv som inlägg i bituminösa beläggningar av S. H allberg och A . H jelm ér . . . . 1941

(3)

IN L E D N IN G .

SuLFITLUT erhålles såsom biprodukt vid fabrikation av cellulosa ur trä enligt

den s. k. sulfitmetoden. Vid fabrikationen frigöres cellulosan i veden från övriga vedämnen, vilka i löslig form bortgå med sulfitluten.

Mängden av de sistnämnda ämnena är ungefär lika stor som mängden utvunnen cellulosa. Under det sista förkrigsåret, 1939, tillverkade sulfitindustrin i Sverige 1 700 000 ton sulfitcellulosa. Samtidigt erhölls sulfitlut inne hållande ungefär lika många ton av vedens övriga beståndsdelar. Emedan sul fitluten endast i ringa mängd brukar tillvaratagas, betyder detta, att omkring hälften av den vid sulfitindustrin använda veden försvann, och fortfarande försvinner, som avfallsprodukt. Det är alltså ett stort nationalekonomiskt intresse att kunna nyttiggöra sulfitluten. Det har icke felats försök att utnyttja sulfit lut för skilda ändamål. Substanserna, som förekomma i luten, äro av sådan art, att de kunna bli till stor betydelse för vår folkförsörjning, om man någon gång i framtiden kan finna ekonomiskt bärkraftiga metoder att tillgodogöra sig dem.

Under senare år har sulfitlut i allt större utsträckning kommit till använd ning som dammbindningsmedel på grusvägar. Luten tränger vid utspridningen ner i vägbanan, där den så småningom vid torr väderlek torkar, varvid de lösta substanserna bliva kvar och kitta ihop mineralkornen i vägbanan. En stor olägenhet är emellertid, att dessa substanser vid regnig väderlek lösa sig i det genomrinnande vattnet och så småningom spolas bort. Det vore av stort värde, om någon ekonomiskt möjlig metod kunde utfinnas, varmed man kunde göra lutsubstanserna olösliga i vatten, sedan de en gång utskilts i vägbanan. Ett annat alternativ att råda bot för lutämnenas uttvättning vore, att, innan de spridas ut på vägen med lämpliga medel omvandla dem i vattenolösliga pro dukter, som verka bindande på dammet. Hittills har tyvärr ingen av dessa utvägar varit framkomlig.

Kunde man driva förändringen av lutsubstanserna därhän, att de kunde an vändas på samma sätt som bituminösa ämnen, vore mycket vunnet. Det torde dock inte vara mycket hopp om, att man med enkla medel kan åstadkomma sådana omvandlingar som de nu nämnda.

(4)

SULFITLUTENS SAMMANSÄTTNING.

(jTENOM behandling av trä med vissa lösningsmedel löser man upp alla i

träet befintliga ämnen utom cellulosan, som på lämpligt sätt avskiljes och vi dare bearbetas till färdiga produkter såsom papper, konstsilke o. d.

Trä består, förutom av vatten, huvudsakligen av tre ämnesgrupper, cellu losa, hemicellulosor och lignin1.

Cellulosa är uppbyggt av den enkla sockerarten glykos, vars molekyler äro

förenade med varandra till långa kedjor. Den kemiska bruttosammansättningen är C 6H 10O5.

Hemicellulosorna (grek. hemi, halv) äro uppbyggda av ett mindre antal mole

kyler av olika sockerarter. Den kemiska bruttoformeln är nära densamma som cellulosans.

Ligninet, vedämnet, är ännu icke så väl utforskat, att man till alla delar

känner dess kemiska konstitution. Det innehåller bensolkärnor2, vidare metoxyl- grupper, O C H 3, och hydroxylgrupper, OH, samt något mera komplicerade grupper innehållande kol, väte och syre. Dessa senare komplex äro förenade med varandra med syreatomer bildande mycket stora molekyler.

Som exempel på sammansättning av trä anföres den genomsnittliga samman sättningen av granved, enligt Hägglund:

Cellulosa . . . . < ... 47 % L ig n in ...28 % Hemicellulosa...2 1 % Övriga äm n en ... 4 %

Vid vedens kokning vid sulfitcellulosafabrikationen med koksyra — en lös ning av surt kalciumsulfit och svavelsyrlighet, erhållen av kalk, svavelsyrlighet och vatten — genomgå alla ämnena utom cellulosan en mer eller mindre

*) I mindre mängder förekomma hartser, fetter, garvämnen, äggviteartade ämnen, färgämnen och oorganiska ämnen.

(5)

genomgripande omvandling och gå i lösning i koksyran. Då ett kok är av slutat, tömmes kokaren på sulfitlösningen, som nu går under namn av avfalls

lut eller avlut. Denna får antingen rinna ut i ett vattendrag eller tillvaratages.

I det senare fallet försäljes den utan vidare förarbetning som dammbindande ämne, ofta under benämningen rålut, eller också går den vidare till indunst- ningsanläggningar eller spritfabriker.

Avfallsluten innehåller ligninet i form av lösliga, svavelhaltiga syror, lig- no-(eller lignin-)sulfonsyror, med den ungefärliga kemiska sammansättningen C 26H 2909 • S03H. Gruppen SO sH är karakteristisk för sulfon syrorna. En del av syrorna äro lösta i form av kalciumsalt. Lignosulfonsyrornas kemiska kon stitution är icke med säkerhet känd. Dessa syrors egenskaper variera med lu tens förhistoria. En del av sulfonsyrorna förekomma i lösning med relativt liten molekylarvikt och äro dialyserbara, en del åter synas vara kolloidalt lösta. Vad den kemiska konstitutionen beträffar, innehålla lignosulfonsyrorna utom gruppen SOsH i huvudsak samma atomgrupper som ligninet.

I avfallsluten förekomma även sockerarter, kolhydrat. Sockret stammar från hemicellulosorna, som vid kokningen taga upp vatten, hydrolyseras1 under bildning av enkla sockerarter. Dessa bestå till stor del av hexoser2, socker arter innehållande sex kolatomer med den kemiska bruttoformeln C 6H 1206. Huvuddelen består av glykos och mannos, båda med konstitutionsformeln:

Skillnaden mellan dessa sockerarter beror endast på OH-gruppernas ställning i rymden. Till en mindre del förekomma sockerarter innehållande 5 kolato mer, pentoser.3 I ringa mängd förekomma en del syror, där C H 2OH-gruppen är ersatt med en C02H-grupp.

Några av sockerarterna kunna tjäna som näringsämnen åt jästsvampar, vilka tillgodogöra sig en del av sockerarternas energiinnehåll, genom att sönderdela dem i alkohol och kolsyra. Denna omständighet ligger till grund för fram ställning av alkohol vid sulfitindustrins spritfabriker. Där jäses lutens jäsbara sockerarter, den bildade alkoholen bortdrives genom kokning och tillvarata ges. Den på detta sätt behandlade luten kallas slemp (tyska, Schlempe), även

drank. De i slempen kvarblivande lösta substanserna äga fortfarande förmågan

att kitta ihop dammkorn.

De i avfallsluten ingående enkla sockerarterna lösa sig alla lätt i vatten. Genom upphettning omvandlas de i vattenolösliga, kolartade ämnen, vilka sakna förmåga att kitta eller klibba ihop främmande partiklar.

*) av grek. hydor, vatten och lysis, upplösning, sönderdelning. 2) » » hexa, sex.

(6)

Slutligen bör nämnas, att i luten förekomma gips, CaS04, som bildats vid kokningen, samt varierande mindre mängder av metylalkohol, myrsyra och ättiksyra.

Rålutens ungefärliga sammansättning:

Lignosulfonsyror och deras kalciumsalter 9.0 % Sockerarter... . ... 1.8 %

G ip s... 0.6 % Övriga ämnen...•... 0.6 % V a tte n ... 88.0 %

(7)

OLIKA LUTSORTER.

Den obehandlade avfallsluten, råluten, användes som dammbindningsmedel på vägar i fabrikens närhet. Detta synes vara dess huvudsakliga tekniska an vändning i Sverige. Råluten kan underkastas neutralisering med kalksten, varvid den delvis förlorar sin sura reaktion. Den kallas nu neutraliserad lut. Denna är lämpligare som dammbindningsmedel än rålut.

Neutraliserad lut kan ytterligare bearbetas. Efter neutraliseringen föres luten i så fall till en fabrik för framställning av sprit eller till en indunstningsan- läggning. I den senare kokas lutens vatten bort. Luten blir då mera koncen trerad. Den uppkommande produkten kallas indunstad lut. Om indunstningen gått tillräckligt långt, blir luten tjockflytande och går då under namnet tjocklut.

Den indunstade luten underkastas ibland en procedur, som ytterligare tager bort vatten. Då vattenhalten uppgår till ca io % uppstår en massa, som vid vanlig temperatur är fast. Färgen varierar från ljusgult över brunt till svart. Denna massa kallas torrlut. Utom halten av vatten, som kan variera mellan o och io %, innehåller torrluten avfallslutens alla beståndsdelar.

Indunstad lut och torrlut användas även som dammbindningsmedel, vilka på grund av lägre vattenhalt än råluten kunna transporteras längre och med större ekonomi användas på större avstånd från tillverkningsplatsen.

Eventuell vidarebehandling av luten för att göra den

mera ägnad som dammbindningsmedel

.

Som i inledningen framhölls, är lutens löslighet i vatten en olägenhet, som nedsätter dess värde. En behandling av luten, som omvandlar den till för dammbindning ägnade, vattenolösliga ämnen, måste för att vara ekonomisk, ske på ett enkelt sätt. Inga dyrbara eller svåråtkomliga ämnen kunna därvid användas.

Lignosulfonsyror äro lätt omvandlingsbara i olösliga ämnen genom att man låter starka syror, såsom saltsyra eller svavelsyra, inverka på luten. Genom deras inverkan polymeriseras lignosulfonsyrorna, d. v. s. de i luten förekom mande molekylerna av dessa syror förena sig till större molekyler. Denna polymerisering kan fortsätta, tills en fällning av lignosulfonsyra uppstår. Man kan låta inverkan gå vidare, varvid kolartade, olösliga produkter uppstå. Alla dessa omvandlingsprodukter kunna tyvärr ej användas ,i vägbanan som damm bindningsmedel, enär de sakna erforderlig bindkraft.

Konsthartser, av vilka en del troligtvis skulle vara tekniskt användbara till inblandning i vägmassor, kunna framställas av sulfitlut genom behandling med

(8)

fenoler, aminer, formaldehyd och andra ämnen. A v ekonomiska skäl är en dylik användning dock utesluten.

Vid upphettning av sulfitlutens torrsubstans avgå tjärartade substanser. Kol och kolartade ämnen samt aska återstå. Ingen av dessa produkter synes vara användbar för vägändamål. Efter vad man nu kan sluta av lutämnenas ke miska byggnad, med deras kombination av kol-, väte- och syreatomer samt sulfonsyregrupper, synes det tyvärr vara osannolikt, att de utan en genom gripande behandling kunna omvandlas till dammbindande, i vatten olösliga substanser eller till ämnen, som till sina egenskaper likna bitumen.

Det torde emellertid icke dröja länge, förrän man är i stånd, att ur sul fitlut för andra ändamål vinna värdefulla ämnen. Kanhända uppstå vid denna tillverkning i sin tur biprodukter, som direkt eller efter en enkel bearbetning låta sig användas för vägändamål, sålunda bidragande till möjligheterna att ekonomiskt utnyttja sulfitluten.

Bestämning av halt av torrsubstans och specifik vikt av lutsorter

,

som

producerades av sulfitfabrikerna i Sverige hösten 1939.

Vid statens väginstituts undersökning av möjligheterna för ökad användning av sulfitlut, var det av värde att få kännedom om, vilka lutsorter, som stodo till förfogande vid de olika fabrikerna i Sverige. Statens väginstitut anmodade för den skull landets sulfitfabriker att insända prov på lut till väginstitutet för undersökning, vilken anmodan flertalet av dem beredvilligt efterkommit.

Dammbindningsförmågan hos en sulfitlut är dels en kvantitets-, dels en kva litetsfråga. Ju mer torrsubstans en lut innehåller, ju större vägytor kan be handlas med densamma. Ju bättre torrsubstansens bindkraft är, desto bättre är givetvis luten. När det gällde en första orientering om de svenska sulfitlutarnas egenskaper, kom naturligtvis bestämningen av lutarnas halt av torr substans i första rummet. En sådan bestämning har gjorts på alla till vägin stitutet inkomna lutar. Att anställa kvalitetsprov är för närvarande ganska svårt, emedan det ej finns någon provningsmetod, som är tillräckligt entydig. Sådana prov anställdes därför endast på några få lutar. I samband med halt bestämningarna utfördes även bestämning av den specifika vikten.

Vid haltbestämning genom indunstning uppvägdes en viss mängd av ett lutprov och indunstades på vattenbad i en rundbottnad porslinsskål, varefter återstoden torkades i torkskåp, tills vikten blev konstant. Det visade sig vara nödvän digt att täcka skålen med ett täckglas för att hindra bortsprättning av sub stansen, som blev spröd och fick krymp spännin gar vid torkningen. Täck glaset var ett »Speedyvap»-glas.

Konstant vikt uppnåddes i allmänhet på mindre än 6 timmar. Försök gjordes för att utröna längre upphettningstids inverkan på torrsubstansens vikt. Några prov av sulfitlut indunstades till torrlut på nämnt sätt. De upphettades sedan i torkskåp vid n o °. Efter loppet av en viss tid vägdes proven och inställ des ånyo i torkskåpet. Resultatet framgår av nedanstående tabell:

(9)

S. V . nr

Provets vikt i gram efter

6 timmar

Viktändring i gram efter

2 1 ₂₇ 42 59 timmar 81 1 3 1 . 2 8 — O.o 1 O. 00 O. 0 0 O . 0 0 8 1 1 4 1-34 O . 0 0 O .0 0 — O . o i 0 . 0 0 81 1 5 1 *44 — O.o 1 O .0 0 — O.o 1 O . 0 0 8 1 1 7 I . I3 — O.o 1 O .0 0 — O.o 1 O .0 0 81 1 8 1. 1 0 O . 0 0 O .0 0 — O.o T O . 0 0 81 1 9 I . 2 0 — O.o 1 O . 0 0 — 0 . 0 1 O. 0 0

Viktminskningen vid längre upphettnings tid än ca 6 timmar är såsom synes tämligen obetydlig, eller ungefär lika med vägnoggrannheten, som var om kring i %.

På grundval av erfarenheten vid dessa bestämningar av sulfitlutens halt av torrsubstans1) har för framtida behov av en enhetlig bestämningsmetod gjorts följande förslag till

Metod för bestämning av torrsubstans hos sulfitlut.

Ca io ml lut (av indunstad lut tages ca 3 ml) väges i ett vägglas med inslipad propp, om kring 50 mm högt och med en diameter på 40 mm. Luten hälles i en porslinsskål med rund botten med 7 cm diameter. Vägglaset väges ånyo. Differensen är lutmängden. Porslinsskålen värmes på vattenbad, tills luten dunstat in till torrhet. På skålen lägges ett täckglas försett med balkar2) eller med en annan anordning för att åstadkomma, att luften har fritt tillträde. Efter indunstningen ställes provet in i ett torkskåp och upphettas till en temperatur av n o ° under c:a 6 timmar. Skålen får svalna i ecksickator över fosforpentoxidasbest under 1 timme, varefter den väges. Torkning och vägning upprepas tills konstant vikt uppnåtts.

Resultatet uttryckes i viktsprocent.

I de flesta fall torde man genom bestämning av den specifika vikten kunna bestämma halten torrsubstans med för vägändamål nöjaktig noggrannhet. I lit teraturen finnas en del uppgifter om den specifika vikten, vilka emellertid icke stämma väl överens. Detta torde bero på variationer i torrsubstansens kemiska sammansättning. För att erhålla ytterligare värden gjordes en bestämning av den specifika vikten på ovannämnda lutar med hjälp av en areometer. Resul tatet av halt- och specifika viktbestämningar finnas sammanställda i tabell 1. Namnen på sulfitfabrikerna äro de, som användes i Brusewitz, Nordisk pap- perskalender 1939/1940. Fabrikernas lägen finnas angivna i väginstitutets rap port nr 1 1 .

Vid noggrann bestämning av specifika vikten med areometer på annan vätska än vatten, måste man taga hänsyn till kapillaritetskonstanten. Denna bestämdes för ett antal lutar och befanns vara omkring 5 mg/mm.

Detta medför, att man måste subtrahera 0.002-enheter från det funna areo- metervärdet. Tabellen innehåller de korrigerade värdena.

*) Torrsubstans, bestämd enligt denna metod, innehåller emellertid fortfarande något vatten, som med andra metoder kan avlägsnas. Med begreppet torrsubstans avses i fortsättningen den mängd, som erhålles genom den föreslagna metoden och som för vägändamål är tillräckligt att känna.

(10)

Sammanhanget mellan halt torrsubstans och specifik vikt anges i fig. i. Man ser därav, att spridningen av de olika värdena är tämligen stor, vilket är att tillskriva skillnaden i sammansättning av lutar från olika fabriker. Kurvan i fig. i överensstämmer icke helt med tabell och nomogram i väginstitutets rapport nr i i. Vid upprättande av de senare användes en del litteraturvär den, som senare visade sig icke helt stämma överens med de vid väginstitutet funna värdena. För lutar, som äro mindre än 6o-procentiga, synes ett linjärt

Fig. i. Samband mellan halten av torrsubstans och den spec, vikten hos sulfitlutar.

samband bestå mellan halt av torrsubstans och specifik vikt. Betecknas den specifika vikten med s och halten av torrsubstans med x, så finner man ur kurvan i fig. i :

x = 19 6 (s — 1) % torrsubstans.

A v haltbestämningarna enligt nu beskriven metod framgår, att halten torr substans i lut från olika fabriker varierar mellan 7.7 och 15.1 %. Lut från samma fabrik kan vid olika tidpunkter ha skiljaktig sammansättning, beroende på arten av den sulfitmassa, som för tillfället produceras.

För vägändamål är det i allmänhet tillräckligt att känna lucens ungefärliga halt. Med användning av ovan meddelade data kan man med hjälp av den

(11)

Tabell i.

Specifik vikt vid 1 5 ° och halt torrsubstans hos sulfitlutar, som producerades av nedanstående fabriker hösten 1939.

S. V . nr F a b r i k Viktsprocent torrsubstans Spec, vikt (areometer) 8 110 Ben gtsfors... 12.6 1 . 0 5 9 8136 Billerud N e u traliserad ... 1 0 . 0 I . O 5 T 8 137 » S le m p ... 1 0 . 9 I . O 5 4 8138 B r u s a f o r s ... 9.1 I . O 4 8 7 3 3 3 B ö k s h o lm ... 1 1 . 6 1 . 0 5 5 7 3 3 2 » Indunstad lu t ... 4 8 . 3 1 . 2 2 7 7 3 3 0 » » » ... 49.6 _{1 . 2 3 5} 8 114 D o m s jö ... I I . 7 I . O 5 6 8132 E m s fo r s ... 12 .1 I . 0 6 7 8122 Essvik S le m p ... 7* 7 I . 0 4 0 8126 F i s k e b y ... _9-4 I . 0 5 I 8102 Forshaga... 10.0 I . O 5 O 8120 G r y c k s b o ... I I . 4 1 . 0 5 7 7236 G ö t a ... _9-5 I . O 4 I 7237 » I T i. 1 • 4A 8IO9 » Indunstad l u t ... 51.0 1 . 2 6 8 8 l O O H allsta... 10.9 I . O 5 2 8IO4 H is s m o fo r s ... 7-9 I . O 4 2 8l30 H y l t e ... I I . 3 1 . 0 5 9 8 l 3 I » 1 1 , 8 I , o 6 l 8 l I 2 Iggesund S le m p ... I I . 5 1 . 0 55 8 l 2 9 Jössefors... 8 . 5 I . 0 4 0 8 l I 3 Konga S le m p ... I I . i I . O 5 6 8 I O 3 K o r s n ä s ... 1 2 .x I . 0 6 3 8 l 2 I Köpm anholm en... 12.0 _{1 . 0 5 9} 7 3 2 9 L e s s e b o ... _{1 5 - 3} I . 0 6 6 7328 » Indunstad l u t ... 5 4 - 7 1 . 2 5 9 8 l I 9 Loddby ... 10.6 1 . 0 5 I 8145 Långed ... _14-5 I . 0 6 9 8 l 0 8 Mack m y ra ... 1 5 . 1 I . O 7 8 8 I O 7 M u n k e d a l... ... 13.2 I . O Ö 2 8 1 1 7 M unksjö... I O . i I.O52 8 l 2 7 Nyhamn S le m p ...•... 7.8 I.04O 8 l 2 4 O h s ... _12.3 I . O Ö 2 8 1 3 3 O r t v ik e n ... 12.7 I . 0 6 4 8 l I I P a p y r u s ... 13.0 I . O Ö 2 8 1 2 3 R o b e r tsfo rs ... 12.8 I . 0 6 7 8 1 2 5 Skärblacka... ... I O . 5 1 . 0 5 5 8 1 3 5 Slottsbron S le m p ... 9 - 5 1 . 0 4 7 8 1 3 4 » Indunstad l u t ... 54.2 I . 2 7 7 8 1 4 4 Ström sn äs... I I . 5 I . 0 6 3 8l l8 Svanö S le m p ... 9 - 9 1 . 0 5 0 8 1 2 8 S v a r tv ik ... _7-7 1 . 0 3 9 8IO5 S ö rs ta fo rs ... 13.0 I . 0 6 5 810 6 T h u r b o ... 1 .2 . 6 I . 0 6 7 8139 Uddeholm S le m p ... 9 - 5 1 . 0 4 7 8 14 1 » N eu traliserad... I O . 9 1 . 0 5 3 8140 » O n eu traliserad ... 1 2 . 0 1.056 7 3 7 6 Wargön N eutraliserad... 13 .1 I . 0 6 7 7 3 7 7 R å lu t* ... I3.8 1 . 0 7 i 7 3 7 5 » Indunstad lut ... 2 6 . 7 I . 0 3 2

7 2 9 4 A sen sbruk... I I . 9 I.056 8 10 1 » ... _49.8 I . 2 7 2

7 2 9 5 » Indunstad lu t ... 5 5 - 9 I . 2 9 4 8143 Ö h r v ik e n ... 12.3 I . 0 6 2 8 115 Ö sta n fo r s ... 12.4 I . 0 6 3

(12)

specifika vikten beräkna lutens halt. På grund av den ovannämnda variationen av torrsubstansens sammansättning, blir som synes av kurvan sambandet mellan specifik vikt och torr substanshalt dock icke fullt säker. Osäkerheten uppgår till ca io %\ om sålunda den genom specifik viktbestämning funna torrsub stanshalten är 15 viktsprocent, kan halten torrsubstans vara från 13.5 till 16.5 viktsprocent. Specifik viktbestämning med tillhjälp av en areometer är väl lämpad för praktisk kontroll av leveranser (kan lämpligen anskaffas av väg- distrikten). På grund av osäkerheten ifråga om lutens sammansättning behöver ingen hänsyn tagas till specifika viktens ändring med temperaturen. Om man vill ha bättre kännedom om halten, är man hänvisad till att utföra en torr- viktsbestämning.

Handelns areometrar bestå av en ihålig sänkkropp av glas, på vilken är fastsatt ett smalt rör, spindeln. Areometern sänkes ner i luten. Spindeln är graderad och det gradtal, som är i nivå med •’vätskeytan anger den specifika vikten. Vissa areometrar angiva icke direkt den specifika vikten, utan grader Baumé (mindre vanligt grader Twaddel). Alla sådana graderingar få numera anses vara föråldrade, ehuru de fortfarande användas inom en del industrigrenar. På sidan 6 i väginstitutets rapport nr n finnes angivet hur många grader Baumé som motsvaras av en viss specifik vikt.

Areometerspindeln bör lämpligen vara graderad för specifik vikt mellan 1,00 och 1,30. Fig. 2. Areometer.

(13)

SULFITLUTENS BINDKRAFT.

Sulfitlutens användning för vägändamål grundar sig på, att den kittar ihop de olika kornen i väggrus eller makadam. A v en viss betydelse är kunskapen om, hur stor denna bindförmåga är, bl. a. för bedömande av viss lutsorts egenskaper. Någon direkt mätning av bindkraften torde vara svår att utföra. En indirekt metod är bestämning av hållfastheten på kroppar av given form, sammansatta av stenmaterial, bundet med intorkad sulfitlut. En del sådana försök ha utförts av väginstitutet. Avsikten med dessa var att få en uppfatt ning om storleken av lutens bindkraft jämfört med andra bindemedel.

Fint stenmaterial blandades med olika mängder sulfitlut. Blandningen for mades till provkroppar s. k. åttor, avsedda att prövas på draghållfasthet enligt Michaelis. Provkropparna fingo torka, dels vid 90° under 1 V2 dygn, dels vid rumstemperatur under 7, 14 och 28 dygn.

Instampningen av provkropparna skedde i en Böhme-Martens hammarappa rat med 450 slag, vilket en del orienterande försök hade visat vara lämpligt. Mängden lut och utspädnings graden avpassades så, att torrsubstansen i det tor kade provet blev den önskade och att luten i det färdiga komprimerade pro vet utfyllde hålrummen så när som på 2 %.

Till provningarna användes, dels normalsand för betong uppfyllande de tyska DIN-normerna, dels stenmjöl från Bromma. Den förra hade ett hålrum av 35.2 volymprocent, den senare 17.6 volymprocent vid instampning enligt ricinolj emetoden.

Stenmjölets kornstorleksfördelning framgår av diagrammet i fig. 3.

Fig. 3. Siktkurva för stenmjöl använt vid framställning av provkroppar för prövning av sulfitluts bindkraft.

(14)

Provkropparna av normalsanden hade en hållfasthet, som understeg Michae- lisapparatens lägsta angivelse, 3.8 kg/cm2, varför försöken med dessa icke fullföljdes.

De provkroppar, som bestodo av stenmjöl och sulfitlut, gåvo resultat, som framgå av nedanstående tabell.

Tabell 2. L u t s o r t T o r k n i n g % torr substans i prov kroppar Draghåll fasthet i Michaelis- apparat: kg/cm2 Temp. Tid. Dygn. 50 % lut från Vargön . . ... 90° I 7-2 2 _37-9 D:o Rumstemp. 7 2 13-3 D:o ... » 14 2 37-5 D:o . . ... » 28 2 ₄_i_-3

Torrlut enligt Leksell . . . ... ₉_°° _1V2 2 28.8 D:o ... Rumstemp. 7 2 28.1

D:o . . . ... » 14 2 29.0

D :o . . . . . . » 28 2 31.6

Torrlut från Storvik sulfit A. B. ₇ 2 27.6

D:o » 14 2 27.0

D:o ... » 28 2 29.1

Oneutraliserad lut från Skoghallsverken... » ₇ 1 12.5

D:o _» ₁₄ 1 1 5 . 0

D:o » 28 1 1 2 . 3

Neutraliserad lut från Sk ogh allsverken ... » 7 1 1 0 . 4

D:o » ₁₄ ₁ 12.4

D:o » 28 1 I I . 3

Slemp från S k o g h allsverk en ... » ₇ 1 8.7

D:o ... » 14 1 9.8

D:o ... » 28 1 8.2

A v de tre olika lutsorterna från Skoghallsverken kunde provkroppar ej be redas med högre halt av torrsubstans än 1 % på grund av deras relativt låga halt av torrsubstans. Ett försök gjordes att bestämma bindkraften hos glykos. Ett antal provkroppar, innehållande 2 % glykos, bereddes på samma sätt, som ovan beskrivits. Draghållfastheten var i medeltal 19.5 kg/cm2. Vidare be reddes några provkroppar, vilkas bindemedel bestod av 10 % glykos och 90 % torrsubstans från Skoghallsverkens slemp. Totalhalten bindemedel i provkrop parna var 1 %. Draghållfastheten var < 9 . 8 kg/cm2.

Som jämförelse med ovanstående hållfasthetsvärden kan nämnas, att en prov kropp av bästa cementbruk beredd av normalsand enligt normerna skall ha en lägsta draghållfasthet av 35 kg/cm2. Med graderat stenmaterial blir håll fastheten avsevärt högre.

(15)

Provkropparna med lut hade alltså betydligt lägre hållfasthet än betong kroppar. Hållfastheten var dock förvånansvärt god.

Provningen av lutarna från Skoghallsverken är särskilt intressant, emedan den ger upplysning om den relativa bindförmågan hos rålut, neutraliserad lut och slemp av samma ursprung. Slempen binder därvid sämst. Detta kan bero på, att de förjäsbara sockerarterna äro försvunna i slempen.

För närvarande pågå vid väginstitutet fortsatta undersökningar över sulfit lutens inflytande på egenskaperna hos det bindande materialet (lera) i grus vägbanor.

Torrsubstansens hygroskopiska egenskaper

.

I handeln förekommande produkter av torrlut få förmågan att binda damm först, sedan de lösts i vatten och tillförts vägbanan på samma sätt som vanlig sulfitlut. Strör man först ut torrluten och sedan vattnar vägen är detta prin cipiellt samma sak, som behandling med flytande lut.

Det borde underlätta dammbindningen vid användning av torrlut, om denna vore hygroskopisk. Med hygroskopiska ämnen menas ämnen, som ha för mågan att taga upp vatten ur luften, även när den relativa luftfuktigheten är låg.

För att överhuvud taget kunna indela ämnen i hygroskopiska och icke hygro skopiska har vid försök vid väginstitutet ansetts, att de ämnen, som flyta sön der vid 50 % relativ fuktighet vid 2 5°C äro hygroskopiska. Det lämpligaste är att icke använda ordet hygroskopisk utan i stället angiva den relativa fuk tighet, vid vilken ämnet flyter sönder.

Torrlut, framställd enligt Leksells metod visade sig icke taga upp vatten vid 15 0 och 65 % relativ fuktighet.^ I med vattenånga mättad luft tog denna torr lut upp vatten, vilket den på grund av sin vattenlöslighet måste göra.

Försök gjordes även för att bestämma vattenupptagningen hos torrsubstans, erhållen vid bestämning av torrhalten, vid 100 % relativ fuktighet. Resultatet framgår av tabellerna 3, 4 och 5.

Tabell j .

Vattenupptagning av på laboratoriet indunstade sulfitlutar

vid 100 % relativ fuktighet.

S. V.

nr Tillverkare

Provets vikt gram

Vikt i cg av upptaget vatten under

20 64 68 98 140

154

188 2 12 260 VyJ O OO 356 428 476 dm. 8120 Grycksbo . . . . 1.25 _{27 46}

56

₆₅

78

84 88 92 100 118 124 136 142 8 12 1 Köpmanholmen 1-35 21 4i 68 84 89 93 99 109 129 136 149 152 8123 Robertsfors . . . I.42 38 53 64 74 91 96 IOI 106 116 137 146 161 173

(16)

Tabell 4.

Vattenupptagning av torrlut enl. Leksell vid 100 %

relativ fuktighet.

Provets vikt gram

V ikt i cg av upptaget vatten under

20 44 68 116 140 164 188 236 284 332 404 452 tim.

1*39 ... 23 38 68 76 81 87 98 120 123 135 144

Tabell 5.

T otalt upptaget vatten under 450 tim m ar i procent av torrsubstansen. T i l l v e r k a r e % vatten Medelupptagnings- hastighet; % vatten/timme G r y c k s b o ... i n 0 . 2 5 Köpm anholm en... _{1 1 3} 0 . 2 5 R o b e r tsfo rs ... 122 0 .2 7

(17)

SULFITLUTARNAS ANGREPP PÅ METALLER.

På grund av sin surhetsgrad och sin elektriska ledningsförmåga måste sulfitlut i närvaro av luft utöva en frätande inverkan på oskyddade metalldelar.

En vattenlösnings förstörande inverkan på metaller är väsentligen beroende på tre faktorer, dess elektriska ledningsförmåga, surhetsgrad och oxidations- potential (oxidationsförmåga). Varje saltlösning t. ex. koksalt, äger en bestämd elektrisk ledningsförmåga. I närvaro av luft verkar en saltlösning snabbare frätande på en metall än rent vatten. Detta anses bero på, att metallen och elektronegativa föroreningar i densamma bilda små elektriska element, i vilka elektrolys kommer till stånd. Den strömgivande processen är metallens upp lösning och går fortare, ju bättre strömmen ledes av lösningen. Processen är även beroende på halten av oxiderande ämnen. I lösningar, som innehålla tämligen stark syra, verkar syran som oxidationsmedel under vätgasutveckling. I mindre starkt sura lösningar kan, när det gäller vanliga bruksmetaller, på grund av reaktionshämningar intet angrepp komma till stånd, för så vitt icke andra oxiderande substanser finnas i lösningen. Ä r ett oxidationsmedel av något slag närvarande, löser sig metallen. Det oxidationsmedel, som kommer i fråga, när det gäller lösningar av dammbindande ämnen, är luftens syre. Vid upplösning av metaller bildas löslig metallsalt, om den angripande lösningen är tillräckligt sur. I svagt sura, neutrala eller alkaliska lösningar, kan det inträffa, att metallen bildar olösliga föreningar.

En lösning av kalciumklorid innehållande löst syre från luften angriper så lunda järn enligt formeln:

4 Fe + 3 02 + 6 H aO = 4 Fe (OH)3

Järnet angripes av luftsyret och vattnet under bildning av vattenhaltiga järn oxider av varierande sammansättning. I formeln härovan är den idealiserad till Fe(OH)3. Den bruttoreaktion, formeln återger, är resultatet av flera delreak tioner, varav en av dem, som sagts, är av elektrolytisk art och sålunda är be roende på den elektriska ledningsförmågan hos lösningen.

Rostningshastigheten bestämmes alltså dels av denna och dels av den hastig het, varmed luftsyret oxiderar de vid elektrolysen uppkomna produkterna.

Sulftlutarnas elektriska ledningsförmåga och surhetsgrad.

I samband med nedan beskrivna rostningsförsök gjordes bestämningar av ledningsförmågan och surhetsgraden hos lutarna. Ledningsförmågan i de olika lutarna varierar icke mycket. Ledningsförmågebestämningar utfördes för den skull endast på de lutar, som kommo till användning vid nedan beskrivna rostningsförsök.

(18)

Tabell 6.

Tabell över sulfitlutars pH.

S. V . nr F a b r i k Rålut Slemp Ind. el. neutr. lut 81 io Bengtsfors... 2.1 8136 B ille ru d ... 4.9 8 137 » ... 4-7 8138 B ru s a fo rs ... 1.9 7333 B öksholm ... 3.6 7332 » ... 3-3 7330 * ... 3-4 8 114 D o m s jö ... 2.2 8132 E m sfo rs... 1-7 8122 E s s v ik ... 4.8 8126 F is k e b y ... 2.4 8102 F o r s h a g a ... 2.4 8120 G r y c k s b o ... 2.1 7 1 36 G ö t a ... 5.6 7237 » ... 2.8 8100 H a lls t a ... " . . . 2-7 8104 H issm o fo rs... I.9 8130 H y l t e ... 3-1 8 13 1 » ... 3-i 8 112 Ig g e s u n d ... 5-1 8129 J ö s s e f o r s ... 2.0 8 113 Konga ... 4.6 8103 K o rsn ä s... 2.5 8 12 1 K ö p m a n h o lm e n ... 3.0 7329 L e sse b o ... 2.6 7328 » 3*° 8 119 Loddby . . ... 2.5 8145 Långed ... ... 2.1 8108 M a c k m y r a ... 2.8 8107 Munked a l ... 1.8 8 1 17 M u n k s jö ... 3.0 8127 N y h a m n ... 4-7 8124 O h s ... 2.4 8133 O r t v ik e n ... 2.2 8 1 1 1 Papyrus ... 2.1 8123 R o b ertsfo rs... 2.3 8125 S k ä r b la c k a ... 2.3 8135 Slottsbron... 4.6 8134 » 3-3 8144 Ström snäs... 4 .1 1) 8 118 Svanö ... 4 6 8128 Svartvik ... 4.61) 8IO5 Sörst a fo r s ... 2.1 8l06 T h u r b o ... 4-81) 8139 U d d e h o lm ... 4.8 814 I » ... 4.8 814O » ... 2.2 737^ W arg ö n ... 5-5 7377 » ... 5-7 7375 » ... 5.2 7294 Åsensbruk... 5.6 7295 » ... 5.0 810 1 » ... 5*9 8 i 43 Ö h rv ik e n ... 2 . 7 81 1 5 Ö stan fors... 2 . 3 *) Möjligen neutraliserade.

(19)

Surhetsgraden bestämdes i alla till väginstitutet inkomna lutar med en elektro- metrisk metod under användning av glaselektrod.

För att få en talmässig angivelse av surhetsgraden, brukar man använda ett uttryck, betecknat pH och kallat vätejonexponenten. Symbolen pH betyder den negativa logaritmen för koncentra tionen i syran av bydromiumjonen, H30 + , vilken är bäraren av de sura egenskaperna hos en syra. Ju mindre pH är, desto surare är lösningen. pH för rent vatten är 7. N är pH är mindre än 7 säges lösningen vara sur, när pH är större än 7 säges lösningen vara alkalisk. En lösning med pH = 7 säges vara neutral. Dessa begrepp äro rent konventionella. En lösning kan t. ex. visa neutrala egenskaper inom ett tämligen brett pH-intervall.

Resultaten av pH-bestämningarna på de till väginstitutet inkomna lutarna finnas samlade i tabell 6. Rålutarnas reaktionstal ligger oftast mellan 2 och 3. Slemp, neutraliserad och indunstad lut ha reaktionstal i närheten av 5.

Rostningsförsök med sulfitlut.

Fig. 4. Apparat för rostningsförsök.

Försök över sulfitluts angreppsförmåga på metaller ha tidigare utförts vid väginstitutet och äro publicerade i väginstitutets meddelande nr 27.

Dessa försök voro av mera kvalitativ art, varför det ansågs lämpligt, att även anställa en del kvantitativa försök. Det gällde vid dessa försök, att låta det atmosfäriska syret inverka på ett regelbundet sätt.

Försöken utfördes så, att skivor av pressplåt av järn 1 0 0 X 5 0 X 1 mm med analysen:

C o.03 % C r o.03 % Si<Co.oi % N i o.07 % Mn 0.26 % Cu o. 12 %

doppades ned i bägare innehållande försökslösningarna och drogos upp igen med jämn hastighet i en för ändamålet konstruerad apparat (fig. 4). Tiden mellan två på varandra följande fullständiga neddoppningar av plåtarna var 4 min. Detta fortsatte under en halvtimme, varefter plåtarna under en halv

(20)

timmes tid fingo hänga i luften ovan lösningarna. Därefter fortsattes neddopp- ningarna under närmast följande halvtimme. Nästa halvtimme fingo plåtarna ånyo torka o. s. v. i regelbunden följd. Försökstiden uppgick i regel till 1 6 dagar.

För att erhålla ett mått på angreppet bestämdes plåtarnas viktsförlust under försöket. Före väg ningen avlägsnades eventuell oxid genom borstning med stålborste.

Vid försöket användes några sulfitlutar av olika härkomst och med olika pH. För jämförelses skull gjordes även försök med vattenledningsvatten, med 3 % N aC l lösning, som i det närmaste motsvarar havsvatten, samt med en 3.5 % lösning av kalciumklorid.

På de plåtar, som doppades ner i vattnet och saltlösningarna, avskildes rost, som till stora delar föll av och sjönk till bägarens botten. Sulfitlutlösningarna angrepo järnet på annat sätt. Ingen rost uppstod, utan järnets yta blev miss färgad, men behöll sin karaktär av metallyta. Etsgropar bildade sig, som för storades och fördjupades under försökets gång. Den primärt bildade järn- hydroxiden reagerar med ämnen i luten under bildning av lösliga reaktions produkter. Reaktionsformeln är:

F e + 0.7 5 O 2 + 1 . 5 H20 + lutämnen = [Fe (OH)3-lutämnekomplex.]

Resultaten av rostningsförsöken äro sammanfattade i tabell 8. A v särskilt intresse äro lutarna från Skoghall. Den oneutraliserade och den neutraliserade luten böra på grund av sitt ursprung ha samma sammansättning, så när som på halten av kalciumsalt, varmed följer en skillnad i pH. I slempen äro de jäsbara sockerarterna avlägsnade. En del i mindre mängd under jäsningen och destil- lationen bildade substanser ha tillkommit. I övrigt bör slempen innehålla samma ämnen som den neutraliserade luten. Ledningsförmågan för de olika Skoghalls- lutarna är ungefär densamma. Den oneutraliserade luten är betydligt surare och angriper betydligt snabbare än de två andra. Detta kan bero på inverkan av pH, som vid försökets slut är praktiskt taget detsamma i de tre lutarna.

Då det kunde vara av intresse att veta, hur pH ändrade sig under försökets lopp, så upprepades försöket med den oneutraliserade luten från Skoghall, varvid viktminskningen och pH bestämdes med vissa tidsmellanrum, som fram går av nedanstående tabell.

Tabell 7. Korrosions för sök med oneutraliserad lut jr ån Skoghallsverken.

E f t e r

o 18 ₂₄ 42 48 66 timmar

p H ... Järnplåtens viktminskning i gram . . . .

1.90 2 . 7 5 3*3° 0.4 0 4-°5 4.0s 0.9 0 4-So I.08 Järnplåtens dimensioner: 100 X 50 X 1 mm.

(21)

De slutsatser, man kan dra ur försöken, är, att sulfitluts angreppsförmåga är av samma storleksordning, som kalciumkloridens, vidare att den minskas vid neutralisering. Det största angreppet av sulfitlut svarar mot en avfrätning av ett ca o.o5 mm tjockt metallskikt på 16 dagar, det minsta angreppet mot ca 0.017 mm på samma tid, under antagande av ett likformigt angrepp över plåtarnas hela yta. I det första fallet skulle plåten ha fullständigt försvunnit, om försöket varat något mindre än ett år, i det andra fallet måste försöks- tiden ha utsträckts till att vara ca 2.5 år för att plåten fullständigt skulle ha försvunnit. I verkligheten är angreppet icke likformigt, utan på vissa ställen är det större, på andra mindre. Detta medför att plåtarna falla sönder, innan de äro fullständigt upplösta.

Tabell 8.

R esultat av rostningsförsöket.

De använda järnplåtarnas dimensioner: ico X 50 X 1 mm. Analys: Se texten.

L ö s n i n g Halt torr substans % Lösningens lednings förmåga Lösningens pH Järnplåtar nas vikt minskning efter 16 dagar i gram per 1 0 0 cm2 vid för sökets slut ohm—1-cm—1 vid för sökets början vid för sökets slut Vattenledningsvatten . . . . ... 0 . 3 1 1 — — 0 . 0 8 | — — 0 . 0 4 3 % natriumkloridlösning . ... ₃₅ 1 — 6.1 2 . 2 3 6.1 2 - 3 7 3.5 % kalcium kloridlösning... ₄₂ J — 5*° I . 6 0 1 5*° I . 6 3 Neutraliserad sulfitlut från W a rg ö n ... 13 .1 8 . 6 { 5*5 l 5*5 5 . 8 5 . 8 I . 1 7 0 . 9 6 Oneutraliserad » » » 1 ... 13.8 9 - 3 1 5' 7 6.0 I . 7 4 1 5-7 6.0 I . 8 7 Sulfitlut 1 6 0 Bé från W a r g ö n ... 26.7 1 0 . 5 ! 5,2 l 5-2 6.0 6.0 1 - 9 5 I . 7 7

Oneutraliserad sulfitlut från Skoghallsverken 1 2 . 0 7 - 4 ! 2,2 ₁ _2.2 5*9

5*9 3.87 3-63 Neutraliserad » » » 1 0 . 9 8 . 4 -h -f OO 0 0 6.5 6.5 2 . 0 5 2 . 1 7 Slemp från Sk o gh allsverk en ... Oneutraliserad lut från Skoghallsverken,

9-5 9 1 1₁ 4-8 _4-3 6.0_6.0 I . 7 0 1 - 5 9 neutraliserad på v ä g in stitu te t... — 8 . 0 1 6 . 9 1 6 . 9 6-s2 6.5 1 * 3 3 1 - 5 5

(22)

S A M M A N F A T T N I N G .

Utsikterna att ur sulfitlut framställa ämnen, som äro mera lämpade för an vändning som dammbindningsmedel än sulfitluten själv, diskuteras i korthet, ävensom möjligheten att genom bearbetning av luten erhålla substanser med liknande egenskaper som de bituminösa. Det torde för närvarande icke vara tekniskt-ekonomiskt möjligt att ur luten erhålla ämnen med nämnda egenskaper.

Trä består huvudsakligen av cellulosa, hemicellulosa och lignin. Sulfitlutens huvudbeståndsdelar äro lignosulfonsyror och sockerarter lösta i vatten. Avfallslut förarbetas till neutraliserad lut och indunstad lut och torrlut. Avfallsluten från spritfabriker kallas slemp eller drank. Alla dessa produkter äro utan vidare eller efter utspädning användbara som dammbindningsmedel. Den råa avfallsluten bör dock först neutraliseras.

Statens väginstitut har bestämt halten av torrsubstans och den specifika vikten på lutar från flertalet svenska sulfitfabriker. På dessa har också vätejonexpo nenten, pH, bestämts. För bestämningarna av torrsubstanshalten i lutar, avsedda för vägändamål, utarbetades en enkel metod. Sambandet mellan specifika vikten och halten av torrsubstans kunde återgivas med relationen:

x = 196 (s — 1) (x = % torrsubstans, s = spec, vikt)

Torrsubstanshalten hos de undersökta lutarna varierade mellan 7.7 % och 15.1 %. Enär lutens bindeförmåga beror av halten torrsubstans, som varierar betydligt, bör denna kontrolleras före spridningen, vilket lätt kan ske med areometer.

Sulfitlutens bindkraft bestämdes medelst dragprov å provkroppar, bestående av stenmjöl, ihopkittat med sulfitlut. Draghållfastheten uppgick högst till ca 40 kg/cm2.

Vattenupptagningshastigheten vid t o o % relativ fuktighet bestämdes för några

olika till torrhet indunstade lutar.

En apparat konstruerades för kvantitativ bestämning av rostningshastigheten hos metaller utsatta för inverkan av sulfitlut och luft. Som jämförelse gjordes försök under samma betingelser med natriumklorid- och kalciumkloridlösningar. Sura lutar angripa snabbare, neutraliserade mindre snabbt. Saltlösningarna angrepo med en hastighet, som var jämförbar med sulfitlutarnas. Rostningsunder- sökningarna visade betydelsen av, att luten neutraliseras före utspridningen.

Stockholm i maj 19 4 1.

Stoc kh olm 194 1. I v a r Hasggströms B o k t ry c k e ri A . B.

(23)