CN101072912A - 用离心净化器使回用纸脱墨的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及回用纤维素纸的脱墨方法，其包括以下步骤：获得在纸浆液体中含有纸纤维和的纸纤维束以及凝结剂的纸浆，将所述纸浆进行过筛处理，在容器中将来自过筛处理且包括残留的制浆化学品的滤液储存一段足以使滤液中各个油墨颗粒的形状或其它性质(除尺寸以外)改变的时间，然后将由容器中取出的纸浆进行旋风净化器处理以从纸浆中除去改性的油墨颗粒并获得含有纸纤维和基本比存在于过筛滤液中的油墨颗粒量更少的油墨颗粒的纸浆，并且收集该除去油墨颗粒内容物的纸浆以用于造纸操作。

Description

用离心净化器使回用纸脱墨的方法

相关应用的交叉参考

无

关于联邦赞助的研究或开发的陈述

无

技术领域

本发明涉及回用纤维素纸的脱墨，并且具体涉及使油墨颗粒与纤维素纤维分离且从纤维浆和分离的油墨颗粒中除去分离的油墨颗粒的方法。

背景技术

纤维素纸的回用是造纸工业中的主要活动。在某些废纸如“办公室废品”中，回用方法的主要问题是纸纤维或小块纸纤维与已经从回用纸中驱出的油墨颗粒的分离。办公室纸或“办公室废品”是在指明纸废品源自办公室等时使用的术语。办公室废品通常包括较大量的来自例如用于复印机、计算机打印机以及其它将油墨物理施用到纤维素纸上的装置的调色剂等源的油墨。

通常油墨呈黑色或其它有色颗粒形式，并且一旦施用到纸上，颗粒会强有力地与纸纤维结合(有时为“熔合”)。因此，对打印过的纸的回用的最初努力是从纸纤维中驱出油墨颗粒。在纸的回用中，这通常通过将打印过的纸分成非常小的片，或者同时或者在随后将所述非常小的片转变为含有纸浆液体、纤维及小纤维束的纸浆，并且将油墨颗粒驱出。驱出的油墨颗粒可以比各个纸纤维大或小。

在某些情况下，将附聚化学品加入纸浆中以使较小的油墨颗粒合并为较大的油墨颗粒。然后将如此处理的纸浆进行过筛处理，其中纤维和较小的油墨颗粒随载体液体一起通过网筛。然后使用旋风净化器处理来自过筛的含有纤维和较小油墨颗粒的滤液，其中将小的油墨颗粒与纤维分离以获得载体液体和纤维的输出料流，其中的一些保留了吸附的油墨颗粒。该输出料流含有纤维和小的油墨颗粒的浆液。

过筛的废品包括较大的纤维束、各种污染物如塑料、没有通过筛孔的油墨颗粒以及残留的与纤维束中的纤维结合的油墨。

其整体内容在此并入本文作为参考的美国专利5,512,133中提供了脱墨方法的说明书，其包括限定“油墨”，结合有油墨的回用纸的源，使纸脱墨的现有技术方法，以及使用凝结剂、过筛、旋风净化器和浮选步骤的脱墨方法。

其整体内容在此并入本文作为参考的美国专利3,635,788中提供了在回用纸的脱墨中使用旋风离心机的说明书。

从上面所述发现传统的脱墨系统使用多步的纸浆处理以改进纸浆的质量和清洁度，其包括使用用于过筛、离心净化、浮选、洗涤、压制、分散和漂白的设备的步骤。在浮选步骤的实例中，通常需要在高浓分散器中预分散油墨以彻底使油墨从纤维中分离并将其分解成可通过浮选步骤而成功地除去的微细颗粒。该分散操作包括将纸浆增浓至稠度为25-35％，然后用水蒸气将其加热，然后在精炼机类装置中将其分散。随后为了在浮选步骤中除去油墨而将纸浆稠度降至约1％。

浮选之后分散具有用于大设备的高资本成本，而且对脱墨装置具有大的空间要求。它也包括由于在增稠和浮选步骤中的实质纤维损失所致的高操作成本，高度的马力和水蒸气的使用，以及高的设备维护费用。然而，分散/浮选是通常所使用的，这因为它对改进脱墨纸浆的清洁度非常有效。针对办公室废品操作的最现代的脱墨系统实际上在脱墨系统的两个分开的点上使用分散/浮选以实现足够的纸浆清洁度。明显地，这种双重安排具有特别高的资本成本和高的操作成本。

浮选之后分散也可以加到附聚脱墨方法中以改进油墨颗粒的去除。因此明显的是需要一种使用附聚系统而不使用分散/浮选概念的使回用纤维纸脱墨的替代方法。

发明内容

在本申请中，术语“污物”包括油墨和“粘性物”，以及任何其它类型的在由回用纸浆所形成的纸张中作为黑色颗粒可见的污染物。

根据本发明的一个方面，提供了一种使回用纤维素纸脱墨的方法，其包括以下步骤：形成在纸浆液体中含有纸纤维和纸纤维束以及凝结剂的纸浆，将所述纸浆进行过筛处理，在容器中将来自过筛处理且包括残留的制浆化学品和/或凝结剂的滤液储存一段足以使滤液中各个油墨颗粒的形状或其它性质(除尺寸以外)改变的时间，然后将由容器中取出的纸浆进行旋风净化器处理以从纸浆中除去改性的以及其它的油墨颗粒并形成含有纸纤维和基本比过筛滤液中存在的油墨颗粒量更少的油墨颗粒的纸浆，并且收集该除去油墨颗粒内容物的纸浆以用于造纸操作。在本发明中，所述油墨颗粒的改性不需要外部添加剂如化学品且不需要搅动储存容器而实现。

根据本发明的另一个方面，发明者们使用了直径小于5英寸的旋风净化器，并且优选直径约为3英寸的旋风净化器。

具体实施方式

在本发明方法中，将一定量的回用纸如办公室废品与常规制浆液体及凝结剂一起加入碎浆机中，所有均在现有技术中为公知的。在碎浆机中，将油墨颗粒从纸的纤维素纤维中驱出并且将纸分解为纤维和纤维块，其中的某些可能包括残留的油墨颗粒。可以使用制浆方法的常规操作参数。

纸浆形成/油墨附聚操作之后，使用常规网筛在常规操作参数下将所得的纸浆过筛。

根据本发明的一个方面，将留在网筛上的那些纤维块和油墨附聚体除去并且将它们转移到任何用于远距离储存、回收操作、再引入随后的制浆操作等的几个场所。来自过筛的滤液包含纤维、可能的某些小纤维块以及通过网筛的油墨颗粒。某些纤维或纤维块可能包括吸附于纤维的残留油墨颗粒。用于本方法的合适网筛为具有通过网筛的槽孔型筛孔的网筛。已经发现宽度为约0.004英寸至0.006英寸的槽孔适于分离来自回用办公室废品的纤维素纤维。来自其它结合有油墨的回用纸源的纤维素纤维可以使用如制浆和过筛操作进行加工。过筛之后，可以使用离心净化或多个串联的离心净化步骤而进一步净化纸浆。希望在这些过筛及离心净化步骤之后生产出TAPPI污物数小于200ppm，优选小于100ppm的纸浆。

在本发明方法中，将来自过筛或离心净化操作的滤液转移到储存容器中，例如在制浆操作中常用类型的塔中。在滤液于储存容器的储存过程中，将滤液中处置的各个油墨颗粒曝于纸浆中的任何残留的制浆化学品、任何残留的凝结剂等。然而，进一步发现在储存的滤液中处置的所述各个油墨颗粒不会进行材料附聚。该因素通过检测各油墨颗粒在进入储存容器和在其于储存容器中的停留时间后的物理尺寸而得以证实。相反，已经发现各油墨颗粒至少进行了形状改变，具体为在其于储存容器中的停留过程中采取更类似球形的形状。然而不确切地已知，据信在纸浆于储存容器的停留过程中可以使吸附于纸纤维的油墨颗粒间的键接(物理或化学)变弱，结果使该油墨颗粒与它们的纤维主体分离。无论可以为何种机理，本发明发现那些已经与其纤维主体分离的油墨颗粒和/或与其主体纤维变松的油墨颗粒的形态，在它们于储存容器的停留过程中有利地进行了变化，这可通过在纸浆后期储存的旋风分离器加工中增强了它们与纸浆的分离而得以证实。

滤液在储存容器中的储存期间可在约30分钟至约24小时内变化。在储存容器中更少的停留时间对增强滤液的后处理没有效果，而长于约24小时的停留时间对实现由本方法得到的纸浆中污物数的增强降低是不必要的，并且无论如何，该较长的停留时间趋于提供无法接受的成本与效益比。在储存容器中搅动纸浆是不必要的。

在所需的储存期间结束时，将滤液供入并通过旋风分离器，在此将纤维与油墨颗粒通过离心作用分离。实际上，除其它因素外，基于来自储存容器的纸浆的设计流速，可以使用平行操作的多个、甚至几百个旋风分离器。

对于合适的旋风分离器及其操作方法的说明参见美国专利3,635,788。基本上，在本发明中将由储存塔供出的纸浆由该塔供入到旋风分离器中，在此使固体(主要为污物和油墨颗粒)朝出口向下螺旋涡旋地迁移并且经由分离器容器的底部排出。将含有保留在其中的无论何种固体(纤维)的来自分离器内涡旋的剩余纸浆通过上喷嘴排出，所有这些在现有技术中均是公知的。

根据本发明的一个方面，所用的每个旋风分离器的最大直径小于5英寸，优选最大直径约为3英寸。已经发现较小直径的分离器显示出比较大分离器大数倍的重力，因此提供了增强的分离器分离效率。

不管该分离器本身的增强效率，发明者们已经发现在加工含有结合有油墨的回用纸时，与直接由过筛操作或其它旋风净化操作进入旋风分离操作的纸浆的加工相反，当相同纸浆在静态下在储存容器中储存约30分钟至约24小时时，通过TAPPI污物数测量的油墨净化的效率显著增加。应注意的是该效率增加据信是那些各个已与其纤维主体分离的油墨颗粒曝于同脱墨方法有关且保留在纸浆中的加工化学品的时间的函数，和/或据信是由于某些其它未知因素如纸纤维的膨胀、那些油墨颗粒(在过筛和净化操作后继续与其纸纤维主体键接并持续进入储存容器的油墨颗粒)变弱的键接(物理和/或化学)、或这些的组合和/或其它因素。不管在储存容器中进行了何种机理，已经确认的是由于它们在储存容器中的停留时间，存在于储存容器且进入分离器的各油墨颗粒的形状没有显示出任何材料尺寸的改变。在纸浆于储存容器的停留过程中没有注意到油墨颗粒的附聚。

实施例I

脱墨纸浆由将办公室废品用作原料的市售附聚脱墨装置得到。该装置使用0.004英寸的槽孔网筛并在加工步骤中使用离心净化器。第一套离心净化器的直径为6英寸且污物除去效率为85％。第二套离心净化器的直径为2.5英寸且污物除去效率为70％。第三套离心净化器的直径为2.5英寸且污物除去效率为55％。然后将脱墨纸浆在储存塔中储存2小时，然后通过3英寸直径的离心净化器加工。净化之前的纸浆中污物数为28.4ppm。该净化器为在31psi的压力降和4.7％的水力去除率(reject rate)下操作的Black Clawson Ultra-Clone净化器。供入净化器的纸浆稠度为0.99％且净化器接受的纸浆稠度为0.81％。由净化器所接受的纸浆具有4.2ppm的污物数。由该净化器得到的污物除去效率为85％。该非常高的污物除去效率生产了用于高质量打印及书写纸的具有足够低污物数的纸浆。

实施例II

脱墨纸浆由使用0.006英寸的槽孔网筛和在加工步骤中的2步骤串联离心净化器的附聚脱墨装置得到。第一套离心净化器的直径为6英寸且第二套离心净化器的直径为2.5英寸。将脱墨纸浆储存6小时，然后通过使用2.5英寸直径的离心净化器净化而进一步加工。净化之前的纸浆污物数为79ppm。该净化器在18psi的压力降和4.0％的水力去除率下操作。该净化器接受的纸浆具有9ppm的污物数。污物除去效率为89％。

实施例III

脱墨纸浆由与实施例II中相同的附聚脱墨装置得到。然后使用与实施例II中相同的储存和净化方法加工该脱墨纸浆，不同之处在于净化器在21psi的压力降和8％的水力去除率下操作。净化之前的纸浆污物数为86ppm且净化之后的污物数为18ppm。该净化器中的污物除去效率为79％。

实施例IV

脱墨纸浆由使用0.004英寸的槽孔网筛和在加工步骤中的3步骤串联离心净化的附聚脱墨装置得到。将纸浆储存3小时，然后在18psi的压力降和6％的水力去除率下使用2.5英寸直径的离心净化器净化而将其加工。供入净化器的纸浆污物数为15ppm，并且该净化器接受的纸浆污物数为0ppm。由在该离心净化器中加工的污物除去效率为100％。

实施例V

脱墨纸浆由与实施例IV中相同的附聚脱墨装置得到。然后使用与实施例IV中相同的储存和净化方法加工该纸浆，不同之处在于水力去除率为4％。通过经由该净化器加工而将污物除去效率为93％的污物数由15ppm降低至1ppm。

如在以上所示的实施例中注意到，常规的制浆装置和加工参数可用于获得纸浆，包括油墨颗粒的附聚。此外，也可以使用符合上文所述的槽孔尺寸限制的常规纸浆网筛和操作参数。虽然在实施例中已经指定了特殊的旋风分离器，应理解的是需要的话可以用适于实现本方法操作条件的其它市购品牌的旋风分离器。

在以上实施例中，凝结剂为本领域公知的一种或多种C5-C20链烷醇与非离子表面活性剂的混合物。表面活性剂的用量是制浆开始时干纤维的0.3-0.5重量％。

在本发明中，可以将纸浆以任何常用稠度在储存容器中储存，例如通常的储存稠度为约5％至30％，优选约10％至15％。低于约5％的纸浆稠度对于给定的纸浆体积需要异常大的储存容器。大于约30％的纸浆稠度需要特殊的处理设备。

来自本发明过筛操作的滤液的储存可以在用于制浆加工设备的常用类型的塔中。例如在以上实施例I、IV和V中，储存容器为高度为75英尺且直径为30英尺的塔。在以上的实施例II和III中，塔的高度为90英尺并且直径为35英尺。

Claims (16)

1.一种使结合有油墨的回用纤维素纤维脱墨的方法，其包括以下步骤：

a.由回用纤维素纤维生产纸浆，所述纸浆包含纤维素纤维、油墨颗粒和凝结剂，

b.将所述纸浆进行过筛处理，形成包括平均粒度小于该网筛孔尺寸的纸纤维和油墨颗粒的滤液，

c.将所述滤液在容器中储存一段足以改变所述滤液中油墨颗粒形状的预定时间，以及，

d.将所述滤液由所述容器中取出并将所述滤液转移以进行旋风净化处理，其中将所述滤液除去油墨颗粒以生产有用的造纸纸浆。

2.权利要求1的方法，其中将所述纸浆进行过筛处理的所述步骤包括将所述纸浆沉积到网筛上，所述网筛具有穿过其中的多个孔，所述孔的尺寸足以使纸纤维和尺寸近似于所述纸纤维尺寸的油墨颗粒经其通过，形成含有纸纤维和油墨颗粒的滤液。

3.权利要求2的方法，其中所述穿过所述网筛的多个孔中的每个包含宽度不大于约0.006英寸的槽孔。

4.权利要求2的方法，其中将所述滤液收集并在容器中储存足以使各个所述油墨颗粒的形状发生改变的时间。

5.权利要求4的方法，其中在所述滤液停留于所述容器的过程中，所述油墨颗粒在各个所述油墨颗粒的尺寸上基本上没有显示出变化。

6.权利要求1的方法，其中将所述滤液进行旋风净化操作的步骤包括通过直径不大于约3英寸的旋风净化器来加工所述滤液。

7.权利要求1的方法，其中在所述旋风净化步骤之前所述纸浆显示出第一个TAPPI污物数，并且所述旋风净化步骤接受的所述纸浆显示出代表净化效率为79％或以上的第二个TAPPI污物数。

8.权利要求1的方法，其中所述回用纸为办公室废品类。

9.权利要求1的纸浆，其中在储存之前所述纸浆显示出小于约200ppm的过筛滤液的TAPPI污物数。

10.权利要求7的纸浆，其中在旋风净化之后所述纸浆的TAPPI污物数为0至约18ppm。

11.权利要求1的方法，其包括在将所述滤液储存在所述储存容器中之前将所述滤液进行净化处理的步骤。

12.权利要求11的方法，其中所述净化处理为旋风净化处理。

13.权利要求1的方法，其中所述纸浆在所述储存容器中的停留时间为约0.5小时至约24小时。

14.权利要求1的方法，其中所述滤液的稠度基于将所述滤液引入所述储存容器时滤液中的干纤维重量为约5％至15％。

15.权利要求1的方法，其中存在于所述纸浆中的所述凝结剂基于所述纸浆中的干纤维重量为约0.1％至约0.2％。

16.一种使结合有油墨的回用纤维素纸脱墨的系统，其包括：

碎浆机，该碎浆机包括含有用于所述油墨的凝结剂的纸浆液体，并且用于接收所述结合有油墨的纸，以及将所述纸转化为各个纤维素纤维，

网筛，该网筛具有穿过其中的孔，用于使各纤维素纤维及相当尺寸油的墨颗粒通过以限定含有纤维素和油墨颗粒的滤液，

储存容器，该储存容器用于接收且保留所述滤液足以至少使所述油墨颗粒的形状在所述储存滤液中改变的时间，

旋风分离器，该旋风分离器用于从所述储存容器接收所述滤液并且将所述改变了形状的油墨颗粒与所述纤维素纤维分离。