CN1568387A - 从回收纤维材料中分离着色剂尤其是印刷油墨的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种从回收纤维材料中分离着色剂尤其是印刷油墨的方法，其中，用液体使回收纤维材料离解成纤维，从而使着色剂在纤维离解过程中从回收纤维中分离出来。在该方法中，预先粉碎的回收纤维被引入到双动冲击磨中，并在此经受连续冲击，从而使处理时间最多几秒。

Description

从回收纤维材料中分离着色剂尤其是印刷油墨的方法

技术领域

本发明涉及一种从回收纤维材料中分离着色剂尤其是印刷油墨的方法，其中，用液体尤其是含有化学助剂的水使含有着色剂的回收纤维材料离解成纤维，从而使包含在回收纤维材料中的着色剂在纤维离解过程中从回收纤维中分离出来。

背景技术

回收纤维材料通常含有各种印刷品和其它包含着着色剂(印刷油墨或调色剂)的材料，这些着色剂附着在回收纤维材料上。在处理这些回收纤维材料时，一方面必须将其离解成纤维，另一方面必须从中分离出妨碍回收纤维再利用的着色剂、各种填料、蜡和胶粘剂，以便之后将其除去。这些着色剂在纸或纸板的制造过程中添加到纸幅的表面，要么是在制造纸幅时、在印刷过程中或者在另一个整饰(finishing)步骤中，要么是在复印机或打印机中。

在现有技术中，用水将回收纤维材料制成纤维纸浆，同时，通过在水和回收材料的混合物中产生机械脉冲，将着色剂和其它助剂从中分离出来。除了机械处理，还要使用化学品以及或多或少的热量以除去杂质并影响某些杂质的分离，在制浆之后的操作步骤中还会影响已分离的杂质的脱除。

现有技术存在的问题是着色剂非常难于从纤维中分离出来，这使得在纤维离解中所得到的纸浆的白度变小。由于已经发现长的制浆时间(长于15min)和分离着色剂所需的化学条件减小了纸浆的白度，因此也不能用延长处理时间的办法来显著改善分离效果。白度变小部分是因为着色剂颗粒变得太小并且渗入纤维之中。添加称之为捕捉剂(collector)的化学品能使白度在制浆几分钟之后增加，捕捉剂的作用在于使着色剂颗粒形成絮聚体。随着制浆时间的增加，纸浆的白度继续进一步增加，但制浆时间长会使着色剂絮聚体变得太大，从而变得可见。在脱墨过程的不同阶段中未被除去的可见的着色剂絮聚体一般必须再次粉碎成不可见的小颗粒。

现有技术的另一个缺点是有相当多的纤维材料在浮选中流失，在浮选过程中，印刷油墨和其它杂质从实际的纸浆中除去。这至少部分是由于纤维中的印刷油墨、蜡等具有天然的憎水性，尽管纤维本身是亲水性的。由于这些助剂是憎水性的，因此附着在其上的纤维在浮选过程中易于从纸浆混合物中除去，从而引起纤维流失，采用好的分离方法至少可以部分地避免这一点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于实现比以前更高效地分离着色剂，并且使回收的纸浆在去除杂质之后白度比以前更高的方法。本发明的方法的特征在于回收纤维材料和液体首先被引到一台独立的预碎浆机，例如用于预先粉碎回收纤维材料的打浆机或类似机械；预先粉碎的回收纤维材料与液体和气体或气体混合物(例如空气)一起被引到双动冲击磨，双动冲击磨包括至少两个同轴旋转的环，所述环具有冲击表面和径向开口，因此相邻的环沿彼此相反的方向旋转；回收纤维材料、所述液体、气体或气体混合物被引到所述环的中部，从这里它们被从一个冲击表面抛到另一个冲击表面，并且在离心力的作用下从环的中部径向向外抛出，从而使引入到双动冲击磨的基本连续的物料流在气体里被分成几小股物料流，这几小股物料流通过冲击面之间的开口最终被抛到双动冲击磨的外面；回收纤维材料在双动冲击磨中的有效处理时间最多2s，当它冲击所述环的冲击表面时，附着在回收纤维材料上的着色剂从回收纤维材料中分离出来，使着色剂能够在进一步的处理中从由双动冲击磨产生并排放的纸浆悬浮液中脱除。

本发明的基本思想在于将预粉碎的回收纤维材料引入到双动冲击磨中，双动冲击磨包括至少两个彼此同时、同轴地相对旋转的环，所述环包括冲击表面和径向开口，回收纤维材料从所述环的中部通过径向开口沿径向输送到所述设备的外部。本发明的另一个基本思想是回收纤维材料在所述设备中的整个处理时间仅几秒，最多2s，最好少于1s。本发明的又一个基本思想是将气体或气体混合物(例如空气)引入到双动冲击磨中，这样引入到双动冲击磨中的物料流就被分成几个独立的部分，而不是连续的浆料流，从而使所述物料流能自由且松散地从一个冲击表面被高速抛向另一个冲击表面，因此纤维会受到非常强烈的冲击脉冲和剪切力以及超压脉冲和负压脉冲，在这样的震荡下，着色剂颗粒高效地从纤维中分离出来。另外，本发明的优选实施例的基本思想是在双动冲击磨中使用最多4个共轴设置的环，所述环具有冲击表面和开口，这样所述设备的性质确保处理时间保持足够短。根据本发明的另一优选实施例，用于强化着色剂和/或其残余分离物的分离和/或用于强化进一步处理的化学品(例如氢氧化钠、皂、水玻璃和过氧化氢等碱性物质)与回收纤维材料以及所述的液体和气体同时被引入到双动冲击磨中。

本发明的方法的优点在于虽然用于从实际纤维中分离着色剂颗粒的大量的所述强脉冲在短时间内直接作用在回收纤维材料上，但由于处理时间短且所述设备是开放式的，因此着色剂颗粒被研磨或粉碎得不是太小，这样它们就不能轻易地渗入纤维中。本发明的方法的另一个优点在于，在快速分离步骤之后，着色剂和纤维没有经受长时间的混合和粉碎，而这会发生在现有技术的打浆机中，而且它们也未被液压压进紧密的间隙中，因此它们仍能很好地保持彼此分离，从而使着色剂能够在双动冲击磨之后的分离步骤中通过浮选或其它合适的方法而被高效脱除。另外，本发明的方法的优选实施例的优点在于，当合适的化学品与回收纤维材料同时被引入双动冲击磨时，它们立即极其高效地与其余的材料和液体混合，从而立即影响着色剂的分离和分离后的着色剂颗粒絮聚成较大的絮聚体。这避免了分离后的印刷油墨在处理中过分分解，但另一方面，由于双动冲击磨中产生的纸浆悬浮液及其组分立即进入双动冲击磨之后的下一个处理步骤，因此不会产生过大的絮聚体，过大的絮聚体通常是由于长时间处理而产生的。另一个优点在于使用本发明的方法允许以与现有技术相比远远要小的化学品用量来实现着色剂的分离及其保持分离，并且效果相同甚至更好。本发明的方法的又一个优点在于，在这种方法下，供给双动冲击磨的能量可以高效地且在短时间内被引入到分解的物料流中，特料流因此而经受瞬时的强能量脉冲，这样着色剂就高效地与纤维分离。由于处理时间短，因此着色剂不会经受长时间的能量影响，从而易于保持与纤维分开。

附图说明

下面将参照附图详细说明本发明，其中图1和图2分别是适于实现本发明的方法的双动冲击磨的侧视图和剖面俯视图，

图3-5给出了实验室试验所获得的结果，

图6给出了使用本发明的方法来处理回收纤维材料的示意性的过程。

具体实施方式

图1是用在本发明的方法中的双动冲击磨20的纵剖面，包括其中设置有转子11的外壳10，转子11具有冲击表面1a、1b…、3a、3b…等。图2详细给出了各个冲击表面。外壳内还设置有与第一转子11同轴的第二转子12。第二转子12也具有冲击表面2a、2b…、4a、4b…等。第一转子11和第二转子12的冲击表面1a、1b…、2a、2b…、3a、3b…被设置在同轴环1、2和3…上，因此第一转子11的环1、3、5和第二转子12的环2、4相互重叠。这使转子11和12及其冲击表面能够沿不同的方向自由地同轴旋转。

外壳的端部有一个通向转子11和12的中心的孔14，孔14是预粉碎的回收纤维材料的进料口。外壳的壁上具有开孔15，开孔15是出料口，沿切线方向朝向最外侧的冲击表面环。

第二转子12也可以由具有冲击表面的定子代替，但优选具有两个转子的方案。沿相反方向旋转的转子产生强大的离心力，从而有效地保持物料流运转，而定子/转子系统不能等效地实现这一点。

图2是图1中的那种类型的设备的水平剖视图(改进之处在于两个转子11、12都比图1中的设备多一个环)，给出了各转子的旋转方向。自然，两个转子也可以沿相反的方向旋转，只要最外侧的环沿成切线设置的出料口的方向旋转。

根据图2的方案，环1、2、3…之间的水平距离L约为3mm，且所有环之间的距离都相同。根据图中未示的一个优选实施例，所述设备制造或调节成相邻的环之间的距离L朝着所述设备的最外侧环7的方向逐渐下降。最外侧的两个环6和7之间的距离优选约为0.2mm。

根据一个优选实施例，所述设备在制造时最外侧的环的冲击表面之间的距离S小于内侧的环的冲击表面之间的距离。

上述尺寸确保较粗的纤维材料也可以被引入到所述设备中，并且仍能得到纤维充分分离的纸浆。主要的优点在于转子环上冲击表面的数目以及各环之间的距离(密封性)可根据需要选择。各环之间的距离以及各环上的冲击表面之间的距离可以设置成朝向外环逐渐变小。这样，分散的粗的回收纤维材料在被粉碎时优选在从所述设备中排出之前结束于较紧的空间。但是，本发明的基本思想不是为了迫使回收纤维材料进入非常紧的间隙而压缩，而是为了使双动冲击磨基本上以这样的方式操作，即，使回收纤维材料冲击所述冲击表面并从径向开口向前抛，并最终抛出所述设备。双动冲击磨的外壳的环壁不必紧靠转子对或相应的转子/定子，而是可以位于远离那儿的地方，即所述外壳可以非常宽松。在这种情况下，外壳的作用就主要是做接收器，用于接收所产生的纸浆悬浮液。

当回收纤维材料和液体作为在双动冲击磨的中部、在旋转的转子环的内部基本连续的物料流被引入到双动冲击磨中时，它冲击内转子环的冲击表面。通过他们的冲击作用，它被分解成几股较小的纸浆流，这几股较小的浆料流在圆周上沿环的旋转方向被抛出，但与之同时，这几股较小的浆料流也通过离心力的作用沿径向向上抛出，从而结束于下一个环的冲击表面之前，因此沿相反的方向被抛出。将回收纤维材料流分成几小股，并在双动冲击磨中从一个冲击表面抛到另一个冲击表面，从而造成能量高效地影响纤维和着色剂颗粒，因此当全部的回收纤维材料从双动冲击磨的一个冲击表面抛到另一个冲击表面进而抛出双动冲击磨时，它要经受基本等量的能量和相似的处理。与现有技术相比，这是个相当大的区别，在现有技术中，在大容器内循环的纸浆混合物中的能量脉冲非常不均匀并随机地作用到正在进行纤维离解的材料上，因此着色剂分离不彻底并且被分解成不必要的小颗粒，从而影响所得纸浆的白度。回收纤维材料在双动冲击磨中的处理时间最多2s，优选为最多1s。处理时间是指从材料进入双动冲击磨的时间到材料从最外侧的转子环被抛到双动冲击磨的外部的时间。

图3到图5给出了由本发明的方法所得到的试验结果，使用Lamort型实验室打浆机做对比。在试验中，用Lamort型打浆机将17天的旧报纸打成纸浆，从中得到参考值，并且第二天用本发明的方法进行试验运行。在试验运行中，浓度起初为8％，然后降低到4％，这是为了泵送纸浆，因为第一次处理使得纸浆强烈润涨。试验温度为55℃，pH值为10.3。试验运行包括两个试验系列，在第一试验系列中，预粉碎的纸浆混合物通过有4个环的双动冲击磨以几乎最快的旋转速度运行7次，在第二试验系列中，速度为第一试验系列的1/4(40 1/s)，而且双动冲击磨没有最外侧的环。用所述纸浆抄纸：首先将纸浆按1∶30的比例稀释，然后在Biihner漏斗中将其过滤在网上制成滤纸。滤得的纸页在压光板(gloss plate)上用辊子辗一下，从而允许测定油墨颗粒的粒度分布。纸页的ISO白度用Elepho2000装置测定。

图3给出了经过超级洗涤的纸浆的白度，它是处理时间的函数，并且分别用本发明的方法和对照打浆机(Lamort型)进行处理。在图中，菱形代表由本发明的方法用双动冲击磨所得到的结果，而圆圈代表的是用对照打浆机所得到的平均结果。在这个试验中，双动冲击磨在高操作速度(约160 1/s)下使用，包括所有的转子，即沿相反方向旋转的两对转子或相邻的转子。双动冲击磨的处理时间用处理次数表示，由于每次处理经过的时间相等，因此总处理时间与处理次数成正比。相比之下，对照打浆机(Lamort型)的处理时间直接表示在时间线段上。

如图所示，由本发明的方法所获得的经过超级洗涤的纸页的白度高于由对照打浆机所获得的任何白度值。但是，也不难发现最高的白度值是由本发明的方法用最短的时间获得的，即约1s的一次处理时间。在接下来的几次处理中，即随着处理时间变长，由本发明的方法所得到的白度值下降，尽管它仍明显高于由对照打浆机所得到的任何值。

图4给出了由本发明的方法所得到的白度值和由对照打浆机所得到的白度值，此时本发明方法使用低操作速度(40 1/s)且没有最外侧环。这么做的原因是第一次试验表明能量消耗太大，因此目的在于寻找合适的条件，在该条件下试验结果的缺陷很小。该过程再次涉及使试验材料重复通过双动冲击磨，因此每个制浆单元使用的能量每次增加的量为一次通过所需的能量。在这种情况下，需要指出在第一和第二次处理之后，回收纤维材料仍未充分被离解成纤维，仍能在其中发现小块。残余的小块直到第三和第四次处理期间才被离解成纤维。但是由于脱墨的效率很高，因此在这种情况下使用四次处理仍能获得与对照打浆机处理32min相同的白度，如图5所示。实际上，在现有技术中，正常的打浆时间约为l0min，而也是在这个例子中，用本发明的方法仅需少于5s的处理时间即可实现相似的脱墨。还需要指出的是，使用本发明的方法和已知的打浆方法所得到的白度和纤维离解之间有明显的差异，由于在本发明的方法中，尽管第一次处理(即少于2s的处理时间)之后仅有部分纤维离解，但白度却高于对照打浆机在正常打浆期间所得到的结果，此时由对照打浆机处理的材料纤维已完全离解。

图6示意性给出了使用本发明的方法处理回收纤维材料的过程。该图给出了一个流程图，其中回收纤维材料、水和空气、最好还包括化学品按箭头31所示的方式被引入打浆机32中。打浆机32本身可以是已知的任何打浆机，在这个例子中是示意性给出的辊式打浆机(drum pulper)。预粉碎的回收纤维材料和其中含有某些成分的液体从打浆机32被输送到双动冲击磨33，在双动冲击磨33处，着色剂从回收纤维材料中分离出来。回收纤维材料从双动冲击磨33被输送到絮聚设备34，絮聚设备可以是辊式或用于处理所产生的纸浆悬浮液的任何其它合适的设备，其目的是为了将着色剂絮聚成尺寸合适的颗粒。纸浆悬浮液从絮聚设备34向前输送到浮选设备35，油墨在浮选设备35中借助于空气或某种气体以一种完全已知的方式从纸浆悬浮液中分离并除去，之后，所获得的纸浆悬浮液沿箭头36所示的方式向前输送，准备以某种合适的方式被利用。

通过向双动冲击磨中添加合适的化学助剂可以改善本发明的方法，化学助剂与回收纤维材料一起加入，当回收纤维材料在双动冲击磨中经受机械分离的同时，这些化学助剂作用在回收纤维材料和其中所含的着色剂上。当引入到双动冲击磨中的基本连续的纸浆流冲击在第一转子环的冲击表面上并且从那里向前抛以冲击后续环的冲击表面时，它被分解成几小股流体，这也会造成同时引入到双动冲击磨中的化学品也有效作用在小股的纸浆流上，从而增强了化学品的效果。向回收纤维材料中添加作为助剂的碱性物质会在纤维上产生某些作用，例如润涨或脱墨，这些作用尽可能有利地发生。与之相似，使用化学捕捉剂(例如皂)作助剂来增强软水中的脱墨效果，但是在硬水中添加皂会引起相反的反应，因此皂的使用总是取决于具体的条件。另外，水玻璃或双氧水可以优选作为助剂，在它们的作用下，分离出来的着色剂可以更好地保持与纤维分离。这些化学品自然也可以包括通常用在整饰中的以及浮选所需的各种化学品，因此使用这些化学品所需要的能量在分离着色颗粒时被同时获得。因此，在某些实施例中，在双动冲击磨中产生的纸浆悬浮液可以以泡沫的形式被排出，从而更好地适于整饰。为了使当回收纤维材料从双动冲击磨的一个冲击表面抛到另一个冲击表面时，这些助剂对所述过程的影响尽可能地有效，使所述助剂与分散在水中的预粉碎的回收纤维材料一起使用是有益的。

另外，当应用本发明时，显然当预粉碎的回收纤维材料和优选的助剂被引入到双动冲击磨中时，气体和/或蒸汽也可以被引入以保持双动冲击磨内有足够的气体/蒸汽，从而将连续的流体分解成几小股不连续的纸浆流，其中分离出来的着色剂颗粒也更好地保持与纤维分离。

在上述的说明和附图中，仅仅是通过例子来说明本发明，但本发明并不局限于此。本发明的本质是将预粉碎的回收纤维材料引入到包括至少两个环且含有气体或蒸汽的双动冲击磨中，所述环具有冲击表面和径向开口，并且沿相反的方向旋转，从而使得回收纤维材料冲击所述冲击表面，并沿径向向外抛，进而从双动冲击磨中排出，以便使它在双动冲击磨中的总处理时间最多有2s。

Claims (8)

1.一种从回收纤维材料中分离着色剂尤其是印刷油墨的方法，在该方法中，用液体，尤其是含有化学助剂的水使含有着色剂的回收纤维材料离解成纤维，从而使包含在回收纤维材料中的着色剂在纤维离解过程中从回收纤维中分离出来，其特征在于：回收纤维材料和液体首先被引到一台独立的预碎浆机，例如用于预先粉碎回收纤维材料的打浆机或类似机械；预先粉碎的回收纤维材料与液体和气体或气体混合物，例如空气，一起被引到所述双动冲击磨，所述双动冲击磨包括至少两个同轴旋转的环，所述环具有冲击表面和径向开口，因此相邻的环沿彼此相反的方向旋转；回收纤维材料、所述液体和气体或气体混合物被引到所述环的中部，从这里它们从一个冲击表面被抛到另一个冲击表面，并且在离心力的作用下从环的中部沿径向向外抛出，以至于引入到双动冲击磨的基本连续的物料流在气体中被分成几小股物料流，这几小股物料流通过冲击面之间的开口最终被抛到双动冲击磨的外面；回收纤维材料在双动冲击磨中的有效处理时间最多2s，当它冲击所述环的冲击表面时，附着在回收纤维材料上的着色剂从回收纤维材料中分离出来，使着色剂能够在进一步的处理中从由双动冲击磨产生并排放的纸浆悬浮液中脱除。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于回收纤维材料在双动冲击磨中的有效处理时间最多1s。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于双动冲击磨包括至少4个同轴设置的环。

4.如上述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于用于强化着色剂和/或其残余分离物的分离和/或用于强化进一步处理的化学品与回收纤维材料同时被引入到双动冲击磨中。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于引入的化学品中有一种是例如氢氧化钠之类的碱性物质。

6.如权利要求4或5所述的方法，其特征在于引入的化学品中至少一种是化学捕捉剂，例如皂。

7.如权利要求4-6中任意一项所述的方法，其特征在于引入的化学品中有一种是水玻璃。

8.如权利要求4-7中任意一项所述的方法，其特征在于引入的化学品中有一种是双氧水。

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