BRPI0712858A2 - mÉtodo para carregar uma suspensço de material fibroso com carga - Google Patents

Abstract

MÉTODO PARA CARREGAR UMA SUSPENSçO DE MATERIAL FIBROSO COM CARGA. O processo serve para se carregar uma suspensão de polpa S com uma carga, especialmente com carbonato de cálcio ("Fiberloading"). A suspensão de polpa S é dividida, de acordo com a presente invenção, em pelo menos duas frações, uma fração leve (1) e uma fração pesada (2), sendo para tal empregado, em uma modalidade vantajosa da invenção, um hidrociclone (13) . Neste caso as diferentes frações têm um grau de carregamento diferente, isto é, a quantidade das cargas precipitadas que aderem às fibras é diferente. Ocorre a possibilidade das fibras menos intensamente carregadas, serem reconduzidas ao processo de carregamento, para elevar ainda mais o grau de carregamento desta fração.

Description

MÉTODO PARA CARREGAR UMA SUSPENSÃO DE MATERIAL FIBROSO COM CARGA

A presente invenção se refere a um processo para se carregar uma suspensão de material fibroso de acordo com o conceito geral da reivindicação 1.

Já se conhecem muitos processos de tecnologia de carregamento de fibras ("fiber-loading") para se carregar fibras celulósicas com carbonato de cálcio. Na patente U.S. No. 5.223.090 é descrito um processo em que é empregado o material fibroso com fibras estendidas longitudinalmente com uma parede celular que envolve um espaço oco, tendo as fibras uma umidade que é suficiente para formar uma pasta drenada de uma polpa. Neste caso as fibras têm um teor de umidade que corresponde a uma proporção de 40 a 50% do peso das fibras. A água se encontra substancialmente no interior das fibras e no interior das paredes das fibras. Em seguida, acrescenta-se à polpa alternativamente ou óxido de cálcio ou hidróxido de cálcio, de modo tal, que pelo menos uma parte do óxido de cálcio ou do hidróxido de cálcio introduzido se ligue à água contida na polpa. Em seguida o material celulósico em forma de fibras é colocado em contato com dióxido de carbono, sendo simultaneamente submetido a um processo de mistura com cisalhamento, a fim de produzir um material fibroso com uma quantidade considerável de carbonato de cálcio no interior oco e no interior das paredes das fibras das fibras de celulose por precipitação.

Conhece-se de DE 102 04 254 Al um outro processo para se carregar uma suspensão de material fibroso. 0 processo abrange as seguintes etapas: introdução de hidróxido de cálcio na forma fluida ou seca ou de óxido de cálcio na suspensão de material fibroso. Introdução de dióxido de carbono em forma de gás na suspensão de material fibroso, precipitando-se o carbonato de cálcio por meio do dióxido de carbono.

0 objetivo da presente invenção consiste na criação de um processo para se carregar uma suspensão de material fibroso em que se aumentam as vantagens do processo de carregamento, podendo ser eventualmente também atingido um efeito de carregamento nitidamente mais elevado.

De acordo com a presente invenção este objetivo é atingido com as medidas citadas na reivindicação 1.

Com este processo é possível se produzir material fibroso carregado com carbonato de cálcio (FLPCC = fiber loaded precipitate calcium carbonate), especialmente para a produção de celulose ou para o emprego de celulose na produção de papel. O material fibroso a ser carregado é produzido, por exemplo, de papel reciclado, de DIP (= deinked paper = papel destintado), de material fibroso secundário, celulose alvejada ou não alvejada, material lenhoso de qualquer tipo, qualquer matéria prima celulósica para papel, celulose sulfatada alvejada ou não alvejada, resíduo de material manufaturado, fibras de linho, de algodão e/ou de cânhamo (predominantemente empregado para papel para cigarros) e/ou qualquer outro material que é matéria prima para papel e que é empregado em uma máquina de fabricação de papel. 0 processo pode ser empregado independentemente da matéria prima fibrosa a ser carregada.

O campo de emprego da presente invenção se estende à produção de papel e de celulose e à tecnologia de processo, incluindo a carga produzida, e abrange as áreas de emprego de todos os tipos de papel incluindo tipos de papel de embalagem e os refugos que ocorrem durante a produção, e que têm um teor de carga entre 1% e 60% e/ou possuem uma camada branca com um teor de carga entre 1% e 60%. É preferível que o teor de carga se encontre entre 5% e 50%.

Se uma suspensão de material fibroso na produção de papel foi tratada com tecnologia de carregamento de fibras com carga ("fiber-loading") resulta disso um produto totalmente novo, que tem qualidades novas e melhoradas em comparação com os produtos conhecidos no mercado. Um tal processo permite que se produza diretamente, durante uma preparação do material em uma fabrica de papel, a precipitação da carga (carbonato de cálcio), que é depositada exclusivamente sobre o material em fibras e dentro dele, especialmente nas fibras de papel, sendo uniformemente distribuída e depositada.

No processo de acordo com a presente invenção, o fracionamento pode ser conduzido com vantagem com hidrociclones, que produzem um campo centrífugo alto, que corresponde, por exemplo, a 200 vezes o do campo de força da gravidade terrestre.

Uma outra possibilidade consiste no emprego de separadores por pressão, especialmente quando eles são projetados como fracionadores de fibras, sendo então dotados com orifícios de peneiramento finos. Naturalmente pode se cogitar também em instalações de separação de muitas etapas e/ou combinações de diferentes princípios de separação.

0 processo de acordo com a presente invenção é conduzido com uma especial vantagem de tal modo que é utilizado o efeito do carregamento diferente da suspensão de material fibroso ou então é parcial ou totalmente novamente equilibrado com medidas adequadas. Em um processo de carregamento, do qual esta invenção se origina, é formada, por exemplo, uma suspensão de material fibroso constituída por diferentes tipos de fibras. Devido às qualidades variáveis, é possível que o carregamento não se produza igualmente em todas as fibras componentes. Além disso, é possível uma influência estática, de tal modo, que devido às oscilações dos parâmetros durante o processo de precipitação, sejam elas no tempo ou no espaço, a precipitação não se produz uniformemente. O grau de carregamento diferente, portanto a quantidade dos cristais que se precipitam e aderem às fibras, permite um fracionamento subseqüente ao processo de carregamento, em que se produzem pelo menos duas frações com diferentes graus de carregamento. Como as fibras carregadas com mais intensidade são mais pesadas do que as fibras que foram pouco carregadas, escolheu-se aqui a denominação de fração pesada para as fibras com um grau de carregamento mais alto e fração leve para fibras com grau de carregamento mais baixo.

Dependendo das exigências do processo existem duas possibilidades de se tratar subseqüentemente as diferentes frações.

A primeira possibilidade consiste em se reconduzir a fração leve novamente ao processo de carregamento, por recirculação da fração leve a uma parte da instalação que precede o carregamento, o que é vantajoso especialmente, por exemplo, quando estas fibras conduzidas na fração leve podem atingir, através de um novo carregamento, um grau de carregamento significativamente mais alto. A causa pode ser que, devido às qualidades das fibras, seria mais vantajoso um período de tempo maior para o carregamento ou uma concentração mais alta das substâncias químicas. Em tais casos é mais econômico não se ajustar o processo a "fibras mais pesadas", mas economicamente otimizar como um todo.

A segunda possibilidade consiste em se empregar de modo diferentemente direcionado as frações que se formam na produção de papel ou cartão. É conhecida a prática de se ajustar diferentes exigências de qualidade na produção de papel para os tipos individuais e eventualmente também a situações na máquina de produção de papel. É, portanto, possível com o fracionamento se melhorar o processo global de produção de papel.

Em comparação com processos convencionais para a produção de uma suspensão de material fibroso, pode se atingir com o carregamento, de modo vantajoso do ponto de vista energético, um grau de moagem mais elevado; podem ser economizados até 50% da energia com a trituração, por exemplo. Isto tem efeito especialmente sobre todos os tipos de papel que passam por um processo de trituração para a sua produção e especialmente sobre tais que têm um grau de trituração alto ou muito alto, tais com, por exemplo, papéis para cigarros FL (FL = "Fiber Loading" Carregamento de Fibra), Papéis FL-B&P, papéis kraft para embalagem FL e papel para filtro FL. No caso destes papéis, que não precisam de nenhuma carga, a carga livre, que não está depositada sobre as fibras ou dentro delas, pode ser eliminada depois do processo de moagem ou antes da introdução da suspensão de material fibroso na cuba de flutuação de material ou antes de ser conduzido à máquina de fabricação de papel. As fibras propriamente ditas são, no entanto, dotadas por fora e/ou por dentro e por fora com carga, de modo que permaneçam os efeitos positivos da tecnologia de carregamento de fibra ("fiber loading").

0 carregamento tem também um efeito positivo sobre a produção de todos os tipos de papel, uma vez que pelas cargas mecânicas exigidas pelo processo nas diversas seções da máquina de produção de papel, tal como na seção de prensagem, na seção de secagem ou na região em que a folha de papel é enrolada, o produto intermediário produzido e o produto final a ser produzido é submetido a cargas mecânicas grandes pelo emprego das máquinas de enrolamento, embobinamento, desenrolamento e conversão.

Uma outra vantagem no emprego da tecnologia de acordo com a presente invenção, no caso dos tipos de papel citados acima, consiste no fato de que estes também podem ser ainda mais processados em uma calandra. Deste modo, tal como com o emprego da tecnologia de carregamento de fibra ("fiber loading"), as partículas do carregamento de fibras são depositadas no interior das fibras e sobre elas, evitando-se o efeito de escurecimento.

Será descrito abaixo um exemplo típico para o carregamento de uma suspensão de material fibroso.

Como material de partida é empregado um material fibroso úmido, especialmente uma polpa de papel úmida com uma consistência de 0,1 a 20%, de preferência entre 2 e 8%. Mistura-se à polpa de papel úmida hidróxido de cálcio em forma aquosa ou em forma seca, ou óxido de cálcio, numa faixa de 0,01 e 60% com base na quantidade de material fibroso. Para o processo de mistura é empregado um misturador estático, uma cuba de alimentação ou um sistema de dissolução de material; neste caso é empregado um pH na faixa entre 7 e 12, de preferência entre 9 e 12. A reatividade do hidróxido de cálcio se encontra entre 0,01 e 10 minutos, de preferência entre 1 segundo e 3 minutos. Dependendo dos parâmetros de reação predeterminados, mistura-se com água de diluição.

Mistura-se, dependendo dos parâmetros de reação, em uma dimensão úmida de polpa de papel. Neste caso o carbonato de cálcio se precipita da atmosfera de dióxido de carbono.

É preferível que a temperatura de processo se encontre entre -15°C e 120°C, especialmente entre 20°C e 90°C. É preferível que se produzam cristais romboédricos, escalenédricos e esféricos, tendo os cristais tamanhos de partícula entre 0,05 e 5 μm, especialmente entre 0,3 e 2,4 μm.

Para a produção de uma suspensão de material fibroso carregado com carbonato de cálcio são empregados elementos de mistura estáticos e/ou móveis, especialmente rotativos.

O processo é conduzido, de preferência, em uma faixa de pressão entre 0 e 15 bar (0 a 1500 kPa), especialmente entre 0 e 6 bar (0 e 600 kPa). Além disso, o processo é conduzido com vantagem a um pH entre 6 e 10, especialmente entre 6,5 e 9,5. Neste caso o tempo de reação se encontra entre 0,03 segundo e 1 minuto, especialmente entre 0,05 e 10 segundos. Podem ser produzidos partículas de produto precipitado com um formato romboédricos, por exemplo, com um tamanho de partícula na faixa entre aproximadamente 0,05 e aproximadamente 2 μπι. Em determinados casos é vantajoso que as partículas do produto de precipitação tenham um formato escalenédrico com um comprimento na faixa de aproximadamente 0,05 a aproximadamente 2 μm e um diâmetro na faixa de aproximadamente 0,01 a aproximadamente 0,05 μm

Consoante uma outra modalidade preferida do processo de acordo com a presente invenção, seleciona-se a concentração de material sólido da suspensão de material fibroso já preparado para a precipitação na faixa de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 60% e de preferência em uma faixa de aproximadamente 15 a 35%.

Consoante uma modalidade prática vantajosa do processo de carregamento, o dióxido de carbono é acrescentado à suspensão de material fibroso a uma temperatura na faixa de aproximadamente -15 a aproximadamente 120°C, e de preferência numa faixa de aproximadamente 2 a aproximadamente 90°C.

A presente invenção e suas vantagens serão esclarecidas com recurso aos desenhos. Neles:

a Figura 1 mostra um esquema de instalação para a ilustração de um exemplo do processo de acordo com a presente invenção;

a Figura 2 mostra uma variante do processo.

Na Figura 1 é ilustrada, a título de exemplo, uma instalação com as etapas de processo mais importantes e seus dispositivos. Nesta instalação o material fibroso P, celulose ou papel velho destintado, por exemplo, juntamente com água W é introduzido em um desintegrador de material 10. Este desintegrador de material 10 pode ser de construção convencional, contendo, portanto, na sua região de fundo uma peneira de desintegrador de material 11 assim como um rotor de desintegrador de material 12 que é responsável pelo movimento no desintegrador de material e mantém a peneira de desintegrador de material 11 livre de obstrução. O material fibroso deste modo desintegrado é levado no exemplo mostrado aqui a muitos dispositivos de depuração que são simbolicamente ilustrados como um depurador de material 14 e um triador de material 15. Vem em seguida uma prensa helicoidal 16 para novamente elevar a consistência do material fibroso S. 0 filtrado da prensa 18 da prensa helicoidal 16 pode ser novamente conduzido para o desintegrador de material 10 para ser desintegrado. O material fibroso espessado 19 atinge então um cristalizador 20 que, com a ajuda de dióxido de carbono gás 24 acrescentado, serve para separar o precipitado desejado do carbonato de cálcio na forma de uma carga finamente dividida. O dióxido de carbono gás já foi ajustado por meio de um dispensador de dióxido de carbono 21 e pode, em um trocador de calor 22, com a ajuda de um meio de resfriamento ou aquecimento 23, ser levado à temperatura desejada. Podem ocorre, no entanto, outras possibilidades para este ajuste da temperatura, por meio de adição direta de vapor d'água, por exemplo, quando é vantajosa uma elevação da temperatura. Em uma cuba de estoque 26 a suspensão de material fibroso carregada é armazenada, eventualmente diluída com água de diluição 27.

Este material segue diretamente, ou depois de um tratamento intermediário, tal com de moagem, por exemplo, para o fracionamento da suspensão de material fibroso carregado S'. Para tal fim, a título de exemplo, é vantajoso se empregar uma instalação de depuração com hidrociclones 13 de alto efeito. Estes ciclones produzem uma fração pesada 2 e uma fração leve 1. As fibras que são carregadas com uma quantidade maior de cargas aderentes têm um peso específico maior do que as fibras que receberam menos carga. Elas também podem ser mais rígidas. 0 fracionamento conduzido de acordo com a presente invenção, especialmente quando se emprega a sedimentação ou forças de centrifugação, utiliza estas diferenças. Disso resulta que a fração pesada 2 contém fibras mais carregadas com cargas do que a fração leve 1.

A fração leve 1 neste caso é reciclada ao processo de carregamento, isto é conduzida na corrente para a prensa helicoidal 16. A fração pesada 2 está disponível em forma de suspensão de material fibroso 28 para uma máquina de fabricação de papel, não mostrada, por exemplo.

A seção da instalação mostrado na Figura 1 para o carregamento com cargas, especialmente com carbonato de cálcio, deve ser considerada somente como um exemplo simplificado. Em mitos casos pode ser também integrada uma unidade de alvejamento. Mais detalhes para a condução do carregamento podem ser obtidos nas publicações já citadas acima. O processo de carregamento é utilizado com vantagem como processo em linha de produção na fabrica de papel.

Conforme já citado, o fracionamento do material fibroso carregado pode também ser empregado para produzir qualidades de material diferentes, sendo colocado a disposição qualidades diferentes na produção de papel, por exemplo. Para este modo de procedimento serve como exemplo um esquema de instalação da Figura 2, em que a desintegração e a depuração prévia da suspensão do material fibroso não são ilustradas. Estas etapas podem corresponder a etapas de instalação comparáveis ás da Figura 1 ou são conhecidas por si mesmas. Com a ajuda do processo de acordo com a presente invenção é possível se conduzir, por exemplo, a fração leve 1, portanto as fibras com uma quantidade menor de carga, até uma cuba de flutuação de material 32 de uma máquina de papel ou de cartão separadamente da fração pesada 2. Neste caso, em geral deve se produzir o acréscimo de outros componentes 30, 31 (materiais fibrosos ou aditivos de processo). Também é possível (não mostrado), se processar as frações de modo diferente, triturando-se as mesmas de modo diferente, por exemplo.

O material flutuante 32 forma neste exemplo três camadas. É vantajoso que a fração leve 1 seja conduzida na camada interna e a fração pesada 2 nas camadas externas, especialmente quando deve ser utilizada a rigidez maior e/ou a retenção melhor das fibras mais carregadas. Muitas camadas podem também ser formadas com muitas flutuações de material.

A parte constante da máquina de papel não é mostrada aqui.

Claims (20)

1. Processo para carregar uma suspensão de material fibroso (S) com uma carga, especialmente com carbonato de cálcio, sendo empregado o hidróxido de cálcio na forma fluida ou seca na suspensão de material fibroso (S) e sendo ele precipitado por meio de uma reação química da carga na suspensão de material fibroso, caracterizado pelo fato de que a suspensão de material fibroso carregada (S') é dividida em pelo menos duas frações com grau de carregamento diferente e pelo fato de que estas frações são tratadas de modo diferente.

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o fracionamento é conduzido com o emprego de forças centrífugas.

3. Processo, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o fracionamento é conduzido em um hidrociclone (13).

4. Processo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o hidrociclone (13) produz um campo centrífugo que corresponde a pelo menos 200 vezes a aceleração da gravidade.

5. Processo, de acordo com uma das reivindicações precedente, caracterizado pelo fato de que é formada pelo menos uma fração leve (1) com um grau de carregamento menor e uma fração pesada (2) com um grau de carregamento mais elevado.

6. Processo, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a fração leve (1) é novamente carregada.

7. Processo, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a fração leve (1) é reciclada ao mesmo processo de carregamento em que já foi carregada.

8. Processo, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a fração leve (1) é carregada em um outro processo de carregamento.

9. Processo de acordo com uma das reivindicações 5, - 6, 7 ou 8, caracterizado pelo fato de que a fração leve (1) e a fração pesada (2) são trituradas de modos diferentes.

10. Processo, de acordo com uma das reivindicações - 5, 6, 7, 8 ou 9, caracterizado pelo fato de que a fração leve (1) e a fração pesada (2) são empregadas para produtos de papel ou cartão diferentes.

11. Processo, de acordo com uma das reivindicações - 5, 6, 7, 8, 9 ou 10, caracterizado pelo fato de que a fração leve (1) e a fração pesada (2) são empregadas em situações diferentes na produção de papel ou cartão.

12. Processo, de acordo com uma das reivindicações - 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 ou 11, caracterizado pelo fato de que como material de partida é empregado material fibroso úmido, especialmente polpa de papel úmido com uma consistência de 0,1 a 20%, de preferência entre 2 e 8%.

13. Processo, de acordo com uma das reivindicações - 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 ou 12, caracterizado pelo fato de que a temperatura de processo durante a precipitação se encontra entre -15°C de 120°C, especialmente entre 20°C e 90°C.

14. Processo, de acordo com uma das reivindicações - 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 ou 13, caracterizado pelo fato de que a precipitação química das cargas é produzida por dióxido de carbono em forma de gás.

15. Processo, de acordo com uma das reivindicações - 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 ou 14, caracterizado pelo fato de que são produzidos cristais romboédricos, escalenédricos e esféricos.

16. Processo, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que os cristais têm as dimensões de 0,05 a 5 pm, especialmente entre 0,3 e 2,5 pm.

17. Processo, de acordo com uma das reivindicações - 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 ou 16, caracterizado pelo fato de que o carregamento é conduzido numa faixa de pressão entre 0 e 15 bar (entre 0 e 1500 kPa), especialmente entre 0 e 6 bar (entre 0 e 600 kPa).

18. Processo, de acordo com uma das reivindicações - 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 ou - 17, caracterizado pelo fato de que o carregamento é conduzido a um pH entre 6 e 10, especialmente entre 6,5 e 9,5.

19. Processo, de acordo com uma das reivindicações - 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 ou 18, caracterizado pelo fato de que o carregamento é conduzido a um teor de desidratação entre 0,1% e 60%, de preferência de 15% e 35%.

20. Processo, de acordo com uma das reivindicações - 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, caracterizado pelo fato de que o tempo de reação da precipitação se encontra entre 0,03 segundos e 1 minuto, especialmente entre 0,05 e 10 segundos.