DE102004028045A1

DE102004028045A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Aufbereitung einer Faserstoffsuspension

Info

Publication number: DE102004028045A1
Application number: DE102004028045A
Authority: DE
Inventors: Holger Humberg; Volker Niggl; Klaus Dr. Dölle; Bernd Dr. Güldenberg
Original assignee: Voith Paper Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2004-06-09
Filing date: 2004-06-09
Publication date: 2005-12-29
Also published as: CN1961117A; WO2005121448A1; EP1759059A1; RU2006146682A; BRPI0511518A; US20070119561A1

Abstract

SC-Papier, das unter Einsatz einer teilweise mit Asche beladene Fasern enthaltenden Faserstoffsuspension hergestellt ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Aschegehalt in der aus der Faserstoffsuspension erzeugten Faserstoffbahn des SC-Papiers höher als 35%, vorzugsweise höher als 39%, liegt. Zeitungspapier, das unter Einsatz einer teilweise mit Asche beladene Fasern enthaltenden Faserstoffsuspension hergestellt ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Aschegehalt in der aus der Faserstoffsuspension erzeugten Faserstoffbahn des Zeitungspapiers höher als 15%, vorzugsweise höher als 19%, liegt. Holzfreies ungestrichenes Papier, das unter Einsatz einer teilweise mit Asche beladene Fasern enthaltenden Faserstoffsuspension hergestellt ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Aschegehalt in der aus der Faserstoffsuspension erzeugten Faserstoffbahn des holzfreien, ungestrichenen Papiers höher als 15%, vorzugsweise höher als 19%, liegt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf SC-Papier, das unter Einsatz einer teilweise mit Asche beladene Fasern enthaltenden Faserstoffsuspension hergestellt ist. Ebenso bezieht sich die Erfindung auch auf Zeitungspapier und auf holzfreies ungestrichenes Papier (WFU-(=woodfree uncoated)-Papier), die ebenfalls unter Einsatz einer teilweise mit Asche beladene Fasern enthaltenden Faserstoffsuspension hergestellt sind.
Bei nach dem Stand der Technik hergestellten Papieren wird festgestellt, dass die Ascheretention in der Siebpartie mit steigendem Aschegehalt deutlich abfällt. Dadurch entsteht eine unerwünschte Verschmutzung der Wasserkreisläufe innerhalb der Maschine, und der Retentionsmittelbedarf steigt, was Auswirkungen auf die Formation des Papiers hat. Ferner sinkt die initiale Nassfestigkeit mit steigendem Aschegehalt, was die Geschwindigkeit limitiert, mit der die Faserstoffbahn hergestellt werden kann.
Ein weiterer nachteiliger Aspekt ist das Stauben von Papier im Offset- oder Laserdruck, insbesondere bei ungestrichenen Papieren (SC-Papier, Zeitungs(Newsprint-)-Papier, WFU-Papier). Dies führt zu einer Verschmutzung der Druckwerke. Dadurch werden regelmäßige Reinigungen und Stillstandszeiten der Druckmaschine bzw. der Kopiermaschine erforderlich.

Aus der DE 101 13 998 A1 und der DE 102 04 254 A1 sind Verfahren zur Behandlung einer Faserstoffsuspension nach der Fiber-Loading-Technologie bekannt.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, den Aschegehalt bei den oben genannten Papieren zu erhöhen, ohne dass die oben beschriebenen nachteiligen Eigenschaften des Papiers entstehen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem SC-Papier der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der Aschegehalt in der aus der Faserstoffsuspension erzeugten Faserstoffbahn des SC-Papiers höher als 35 %, vorzugsweise höher als 39 %, liegt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Zeitungspapier der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der Aschegehalt in der aus der Faserstoffsuspension erzeugten Faserstoffbahn des Zeitungspapiers höher als 15 %, vorzugsweise höher als 19 %, liegt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem holzfreien Papier der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der Aschegehalt in der aus der Faserstoffsuspension erzeugten Faserstoffbahn des holzfreien, ungestrichenen Papiers höher als 15 %, vorzugsweise höher als 19 %, liegt.

Durch die Erfindung lässt sich der Aschegehalt in einem Papier maximieren, was wirtschaftliche und qualitative Vorzüge hat. Asche ist nämlich kostengünstiger als Faserstoff und gleichzeitig vorteilhaft bei den optischen Eigenschaften Weiße und Opazität.

Es hat sich nämlich gezeigt, dass die Ascheretention durch die bessere Anbindung der Asche an die Fasern bei gleichen Retentionsmitteldosierungen um bis zu zwanzig Prozentpunkte höher ist als nach dem Stand der Technik. Ebenso wird auch die initiale Nassfestigkeit bei gleichem Aschegehalt um bis zu 20 % gesteigert. Die Staubneigung des Papiers wird um mehr als die Hälfte gesenkt. Hierdurch wird es möglich, den Aschegehalt im Papier deutlich zu erhöhen. Alternativ kann ein gleichwertiges Papier mit geringerem Flächengewicht hergestellt werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei den oben aufgeführten Papieren auch durch ein Verfahren mit den folgenden Verfahrensschritten gelöst:

– Einbringen von Calciumhydroxid in flüssiger oder trockener Form oder von Calciumoxid in die Faserstoffsuspension,
– Einbringen von gasförmigem Kohlendioxid in die Faserstoffsuspension,
– Ausfällen von Calciumcarbonat durch das Kohlendioxid,
– Mahlen der Faserstoffsuspension während des Beladungsvorgangs und
– Waschen der Faserstoffsuspension vor dem Kristallisationsprozess und/oder dem Mahlprozess und/oder während des Mahlprozesses und/oder nach dem Mahlprozess.

Alternativ wird diese Aufgabe auch durch ein Verfahren mit den folgenden Verfahrensschritten gelöst:

– Einbringen von Calciumhydroxid in flüssiger oder trockener Form oder von Calciumoxid in die Faserstoffsuspension,
– Einbringen von gasförmigem Kohlendioxid in die Faserstoffsuspension,
– Ausfällen von Calciumcarbonat durch das Kohlendioxid und
– Waschen der Faserstoffsuspension vor dem Einbringen der Faserstoffsuspension in eine in Flussrichtung der Faserstoffsuspension nachgeordnete Stoffauflaufbütte und/oder in eine Maschine zur weiteren Verarbeitung der Faserstoffsuspension. Je nach den Anforderungen, die an das Endprodukt gestellt werden, wird die Fiber-Loading-Technologie vor oder nach dem Mahlprozess eingesetzt.

Durch die Erfindung wird ein Verfahren beschrieben, um gefälltes, mit Faserstoff beladenes Calciumcarbonat (FLPCC = fiber loaded precipitate calcium carbonate) herzustellen, insbesondere für die Zellstoffherstellung oder für die Zellstoffverwendung bei der Papierherstellung. Der zu beladende Faserrohstoff wird beispielsweise aus Recycling-Papier, aus DIP (= Deinked Paper), aus Sekundärfaserstoff, gebleichtem oder ungebleichtem Zellstoff, Holzstoff jeglicher Art, jeglichem Papierrohzellstoff, gebleichtem oder ungebleichtem Sulfatzellstoff, Fertigstoffausschuss, Leinen-, Baumwoll- und/oder Hanffasern (vorwiegend für Ziga rettenpapier eingesetzt) und/oder jeglichem anderen Papierrohstoff hergestellt, der in einer Papiermaschine Verwendung findet.

Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich unabhängig davon einsetzen, ob das Endprodukt Füllstoff enthält, der durch einen Fällungsprozess in einem Batchreaktor oder durch einen Mahlprozess (GCC = ground calcium carbonate) hergestellt wurde, oder bei dem Talk, Silicium, Titandioxid (TiO₂) zum Einsatz kommen.

Bei dem nachfolgend beschriebenen FLPCC-Prozess wird das bei anderen Herstellungsverfahren eingesetzte Füllstoffmaterial durch das mit der Fiber-Loading-Prozesstechnologie hergestellte Füllstoffmaterial ersetzt. Das Anwendungsgebiet des mit der Fiber-Loading-Prozesstechnologie hergestellten Füllstoffs erstreckt sich auf die Papierherstellung und auf die Anwendungsgebiete aller Papiersorten, einschließlich Verpackungspapieren, die einen Füllstoffgehalt zwischen 1 und 60 % besitzen oder die eine weiße Deckschicht mit einem Füllstoffgehalt zwischen 1 und 60 % aufweisen.

Das Einsatzgebiet der Erfindung ist nicht auf die Verwendung dieser Füllstoffe in papiererzeugenden Prozessen beschränkt; die Erfindung kann in jedem papiererzeugenden Prozess oder Hilfsprozess einschließlich der Zellstoffherstellung verwendet werden. Wird eine Faserstoffsuspension bei der Papierherstellung mit der Fiber-Loading-Technologie behandelt, resultiert ein vollkommen neues Produkt, das neue und verbesserte Eigenschaften gegenüber den auf dem Markt bekannten Produkten hat. Der nachfolgend beschriebene Prozess erlaubt es, direkt bei der Stoffaufbereitung in einer Papierfabrik Füllstoff (Calciumcarbonat) auszufällen, der ausschließlich an und in dem Faserstoff, insbesondere der Papierfaser, gleichmäßig verteilt und angelagert ist.

Durch eine Kombination oder eine Einzelanwendung der nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung wird erreicht, dass ausschließlich mit gefälltem Calciumcarbonat beladener Faserstoff hergestellt wird, wobei das Calciumcarbonat an oder in den Fasern angelagert bzw. in ihnen eingelagert ist; hierbei wird die Ausbildung von freiem gefällten Calciumcarbonat (PCC) unterbunden: Durch den Einsatz eines zusätzlichen Waschvorgangs vor einem Mahlprozess und/oder nach dem Mahlprozess und/oder vor dem Kristallisationsvorgang in einem Kristallisator und/oder vor der Stoffauflaufbütte oder vor der Zuführung zur Papiermaschine oder durch die Rückführung des Pressenfiltrates zu einer Vorlagebütte oder einer anderen eingangsseitigen Speicheranordnung wird erreicht, dass ein konstanter Gehalt an Calciumhydroxid im Zuführsystem der Fiber-Loading-Einrichtung eingestellt oder eingeregelt wird. Das Calciumhydroxid kann unmittelbar in einem Faserstoffauflöser zugeführt werden. Das Pressenfiltrat lässt sich in das Stoffauflösesystem zurückführen. Calciumhydroxid, das sich nicht an oder in den Fasern anlagert, wird den vorgeschalteten Prozessen wieder zugeführt.

Nur der Füllstoff, der nicht an oder in den Fasern abgelagert ist, d. h. freies gefälltes Calciumcarbonat, wird ausgewaschen. Die Fasern selber, die innen und außen mit Füllstoff versehen sind, verlieren diesen durch den Waschvorgang und die Rückführung des Pressenfiltrates nicht, so dass die positiven Effekte der Fiber-Loading-Technologie bestehen bleiben.

In Ergänzung zu den nachstehend näher beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung wird auf die in der US 6 413 365 , der DE 101 07 448 A1 und der DE 101 13 998 A1 näher beschriebenen Ausführungsbeispiele verwiesen, mit denen sich die erfindungsgemäßen Verfahren ebenfalls ausführen lassen.

Insbesondere umfasst die Erfindung ein Verfahren, gemäß dem die Faserstoffsuspension in eine Pressenanordnung zum Auspressen eines Filtrates eingebracht wird. Anschließend wird das Filtrat wenigstens teilweise in eine Anordnung zum Auflösen der Faserstoffsuspension zurückgeführt, d. h., in ein eingangsseitiges Speichergefäß, beispielsweise in eine Vorlagebütte. Das Calciumhydroxid wird wenigstens teilweise in der Anordnung zum Auflösen des Faserstoffs zugefügt. Im kompletten Stoffauflösesystem, d. h., in der Anordnung zum Auflösen des Faserstoffs, wird ein pH-Wert zwischen 7 und 12, insbesondere zwischen 9 und 12, aufrechterhalten.

Gemäß der Erfindung lässt sich als Ausgangsmaterial wässriges Faserstoffmaterial, insbesondere wässriger Papierstoff, von 0,1 bis 20 % Konsistenz, vorzugsweise zwischen 2 und 8 %, einsetzen.

Calciumhydroxid in wässriger oder in trockener Form oder Calciumoxid wird in einem Bereich zwischen 0,01 und 60 % des vorhandenen Feststoffanteils in den wässrigen Papierfaserstoff eingemischt. Für den Mischvorgang wird ein statischer Mischer, eine Vorlagebütte oder ein Stoffauflösesystem eingesetzt; hierbei wird ein pH-Wert im Bereich zwischen 7 und 12, vorzugsweise zwischen 9 und 12, eingesetzt. Die Reaktivität des Calciumhydroxids liegt zwischen 0,01 Sekunden und 10 Minuten, vorzugsweise zwischen 1 Sekunde und 3 Minuten. Gemäß vorgegebenen Reaktionsparametern wird Verdünnngswasser eingemischt.

Kohlendioxid wird entsprechend den Reaktionsparametern in einer feuchten Papierstoffdimension eingemischt. Dabei fällt Calciumcarbonat in der Kohlendioxid-Atmosphäre aus.

Gleichzeitig wird Mahlenergie im Bereich zwischen 0,1 und 300 kWh je Tonne Papiertrockenstoff eingebracht. Gegenüber herkömmlichen Prozessen zur Herstellung einer Faserstoffsuspension kann erfindungsgemäß ein höherer Mahlgrad energiegünstig erreicht werden; gemäß der Erfindung können bis zu 50 % der Mahlenergie eingespart werden. Dies wirkt sich insbesondere auf alle Papiersorten aus, die einen Mahlprozess bei ihrer Herstellung durchlaufen, und vor allem bei solchen, die einen hohen oder sehr hohen Mahlgrad haben, wie beispielsweise FL-Zigarettenpapiere (FL = Fiber Loading), FL-B&P-Papiere, FL-Sackkraftpapiere und FL-Filterpapier. Bei diesen Papieren, die keine Füllstoffe benötigen, kann freier Füllstoff, der nicht an oder in den Fasern abgelagert ist, nach dem Mahlprozess oder vor dem Einbringen der Faserstoffsuspension in die Stoffauflaufbütte oder vor der Zuführung zur Papiermaschine entfernt werden. Die Fasern selber sind jedoch innen und außen mit Füllstoff versehen, so dass die positiven Effekte der Fiber-Loading-Technologie bestehen bleiben.

Die durch den hohen Mahlgrad erreichten hohen mechanischen Festigkeiten des Endproduktes wirken sich positiv auf die Herstellung aller Papiersorten aus, da durch prozessbedingte mechanische Belastungen in den verschiedenen Sektionen der Papiermaschine, wie in der Pressenpartie, der Trockenpartie oder in dem Bereich, in dem die Papierbahn aufgerollt wird, das hergestellte Zwischenprodukt und das herzustellende Endprodukt durch die Verwendung von Aufroll-, Wickel-, Umroll- und Konvertierungsmaschinen mechanisch hoch belastet wird.

Durch die erfindungsgemäße Vorbehandlung der Faserstoffsuspension wird auch die Voraussetzung für eine bessere Trocknung geschaffen, durch die die Effizienz bei der Herstellung aller Papiersorten erhöht wird. Von Vorteil sind Restfeuchtigkeiten im Bereich zwischen 1 und 20 %.

Durch die Erfindung werden auch höhere Weißgrade und/oder höhere optische Werte mit einer um bis zu 15 Helligkeitspunkte besseren Helligkeit bei der Herstellung aller Arten von Papier, Pappe oder bei verschiedenen Einsatzformen von Pappe, einschließlich der weißen Decklage auf einer Pappschicht, erreicht.

Die Energieeinbringung beim Mahlprozess, d. h. die Wärmemenge und die daraus resultierende Aufheizung, wird gesteuert. Entsprechend der Steuerung lassen sich Kristalle verschiedenster Form herstellen.

Die Erfindung bezieht sich in einer weiteren Ausgestaltung auf ein Verfahren, bei dem als Reaktor ein statischer Mischer, ein Refiner, ein Disperger und/oder ein Fluffer-FLPCC-Reaktor zum Einsatz kommt, wobei der Faserstoffgehalt, insbesondere der Papiergehalt, bei einem statischen Mischer zwischen 0,01 und 15 %; bei einem Refiner und bei einem Disperger zwischen 2 und 40 %, insbesondere bei einer LC-Mahlung zwischen 2 und 8 % und bei einer HC-Mahlung zwischen 20 und 35 %, sowie bei einem Fluffer-FLPCC-Reaktor zwischen 15 und 60 % beträgt.

Ebenso betrifft die Erfindung ein Verfahren, gemäß dem für die Fällungsreaktion ein Energieaufwand zwischen 0,3 und 8 kWh/t, insbesondere zwischen 0,5 und 4 kWh/t, verwendet wird, insbesondere, wenn kein Mahlprozess zum Einsatz kommt.

Vorzugsweise liegt die Prozesstemperatur zwischen – 15 und 120 °C, insbesondere zwischen 20 und 90 °C. Vorzugsweise werden rhomboedrische, skalenohedrische und kugelförmige Kristalle erzeugt, wobei die Kristalle Abmessungen zwischen 0,05 und 5 μm, insbesondere zwischen 0,3 und 2,5 μm, haben.

Zur Herstellung einer mit Calciumcarbonat beladenen Faserstoffsuspension werden statische und/oder bewegliche, insbesondere rotierende, Mischelemente eingesetzt.

Das Verfahren wird vorzugsweise in einem Druckbereich zwischen 0 und 15 bar, insbesondere zwischen 0 und 6 bar, durchgeführt. Ebenso wird das Verfahren mit Vorteil bei einem pH-Wert zwischen 6 und 10, insbesondere zwischen 6,5 und 9,0, durchgeführt. Hierbei liegt die Reaktionszeit zwischen 0,01 Sekunden und 1 Minute, insbesondere zwischen 0,05 und 10 Sekunden.

Ein weiterer Vorteil beim Einsatz der erfindungsgemäßen Technologie bei den oben aufgeführten Papiersorten besteht darin, dass diese auch in einem Kalander weiter verarbeitet werden können. Dadurch, dass beim Einsatz der Fiber-Loading-Technologie Fiber-Loading-Partikel in, um und an den Fasern angelagert werden, wird das Blackening, d. h. Schwarzsatinage, vermieden.

Der mit der erfindungsgemäßen Fiber-Loading-Kombinationsprozess-Technologie hergestellte Faserstoff hat gegenüber herkömmlich hergestelltem Faserstoff eine höhere Entwässerungsfähigkeit, die im Bereich zwischen 5 und 100 ml CSF oder von 0,2 bis 15 °SR liegt und vom geforderten Mahlgrad und Füllstoffgehalt abhängig ist. Dieser Faserstoff besitzt ein niedrigeres Wasserrückhaltevermögen von etwa 2 bis 25 %, das von dem Rohstoff abhängt, der für die Papierherstellung verwendet wird. Gegenüber herkömmlichem Faserstoff lässt sich das Wasser aus der Faserstoffsuspension schneller entfernen, und entsprechend schneller trocknet der Faserstoff. Dies hat auch einen positiven Einfluss auf die Rückbefeuchtung, die dadurch im Papierherstellungsprozess geringer ist, und auf die Bedruckbarkeit der hergestellten Papiersorten.

Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zur Durchführung eines der oben beschriebenen Verfahren.

Erfindungsgemäß ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass sie einen statischen Mischer, eine Zubereitungsvorrichtung zum Einbringen von Calciumoxid oder Calciumhydroxid, eine Presse oder Entwässerungsschnecke, einen Ausgleichsreaktor oder eine Egalisierschnecke, ein als Kristallisator dienendes Gefäß, einen weiteren statischen Mischer, einen Kohlendioxid-Vorratsbehälter oder eine zusätzliche Einrichtung zur Wiedergewinnung von Kohlendioxid umfasst.

Von Vorteil ist eine Ausgestaltung, bei der ein High-Consistency-Reiniger und/oder ein Kohlendioxid-Erhitzer und/oder ein Vorratsbehälter für Presswasser oder für in der Entwässerungsschnecke entzogenes Wasser vorgesehen sind.

Von Vorteil ist es ebenfalls, wenn in der Entwässerungsschnecke gewonnenes Filtrat der Faserstoffsuspension über eine Leitung zu einer Vorlagebütte oder eine andere vorgelagerte Einrichtung zur Aufbereitung der Faserstoffsuspension zurückgeführt wird.

Auch der Einsatz einer nach dem Kristallisator eingesetzten, zusätzlichen Wascheinrichtung zur Reinigung der Faserstoffsuspension ist vorteilhaft.

Nachstehend wird die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Schema die Aufbereitung einer Faserstoffsuspension zum Ein satz in einer Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn und
2 – 4 Ausgestaltungen von Papiermaschinen zur Herstellung von SC-Papier, Zeitungspapier bzw. holzfreiem ungestrichenen Papier.
Für eine Faserstoffsuspension ist ein Rohrleitungssystem 1 (1) vorgesehen, das mit Steuerventilen 2, 3 ausgestattet ist. Das Steuerventil 2 ist in einer Leitung 4 angeordnet, über die das Rohrleitungssystem 1 mit einem statischen Mischer 5 verbunden ist. In den Mischer 5 wird über ein Ventil 6 Verdünnungswasser zugeführt. Dem Mischer 5 ist in Fließrichtung der Faserstoffsuspension eine Bütte 7 oder ein Behälter zur Bevorratung der Faserstoffsuspension nachgeordnet. Aus der Bütte 7 wird die Faserstoffsuspension über eine Pumpe 8 zu einem weiteren statischen Mischer 9 gepumpt. Auch dem Mischer 9 wird über ein Ventil 10 Verdünnungswasser zugeführt. Ebenso wird über ein Ventil 11, das in einer Leitung 12 angebracht ist, der Zufluss einer Suspension von Calciumhydroxid gesteuert.
Dieses wird von einer Zubereitungsvorrichtung 13 zur Verfügung gestellt, in der festes Calciumoxid oder Calciumhydroxid in Wasser eingebracht wird. Hierzu wird der Zubereitungsvorrichtung 13 über eine Leitung 14 mit einem Ventil 15 Wasser zugeleitet. Die in der Zubereitungsvorrichtung 13 erzeugte Suspension wird über eine Pumpe 16 in die Leitung 12 eingeleitet.
Aus dem Mischer 9 strömt somit eine mit Calciumhydroxid versetzte Faserstoffsuspension in eine Leitung 17 mit einem Ventil 18 zu einer Entwässerungsschnecke 19, in der der Faserstoffsuspension Wasser entzogen wird, das beispielsweise über eine Leitung 20 zu dem Mischer 5 als Verdünnungswasser zurückgeführt wird. Alternativ oder zusätzlich kann das in der Entwässerungsschnecke 19 entzogene Wasser auch zu einem Vorratsbehälter 21 für die Faserstoffsuspension geleitet werden, oder es wird zu dem Mischer 9 zurückgeleitet. In allen Fällen lässt sich in den der Entwässerungsschnecke 19 vorgelagerten Aggregaten der pH-Wert durch den Rückfluss an Calciumhydroxid-haltigem Wasser erhöhen und einregeln.
Aus der Entwässerungsschnecke 19 gelangt die Faserstoffsuspension über eine Leitung 22 zu einer Egalisierschnecke 23, um die Faserstoffsuspension zu vergleichmäßigen. Dieser ist in Flußrichtung über eine Leitung 24 ein Gefäß 25 (Kristallisator) nachgeordnet. Dieses ist über eine mit Ventilen 26, 27 und einer Pumpe 28 ausgestattete Leitung 29 zur Zuführung von Kohlendioxid mit einem Kohlendioxid-Vorratsbehälter 30 verbunden. Aus diesem wird Kohlendioxid in den Kristallisator 25 eingeleitet, um die gewünschte Fällungsreaktion von Calciumhydroxid und Kohlendioxid zur Bildung von Calciumcarbonat als Füllstoff in den Fasern des Faserstoffs zu erzeugen.
Über eine von der Leitung 29 abzweigende weitere Leitung 31, die mit einem Ventil 32 ausgestattet ist, ist der Kohlendioxid-Vorratsbehälter 30 zusätzlich mit der Egalisierschnecke 23 verbunden. Dadurch lässt sich auch in diese Kohlendioxid einleiten, um bereits dort wenigstens teilweise die Fällungsreaktion auszuführen.
Ebenso ist die Leitung 29 über ein weiteres Ventil 33 mit einem statischen Mischer 34 verbunden. Dieser dient dazu, der über eine mit einem Ventil 35 versehene Leitung 36 aus dem Kristallisator 25 herausströmende Faserstoffsuspension weiteres Kohlendioxid zuzusetzen.
Aus dem Mischer 34 strömt die Faserstoffsuspension in einen Mischbehälter 37. Zwischen dem Mischer 34 und dem Mischbehälter 37 kann ein Vorratsbehälter 38 angeordnet sein, der zusätzlich als Filtrationsvorrichtung dient. Von dem Vorratsbehälter 38 aus wird mit Calciumcarbonat angereichertes Filtrat in die Vorlagebütte 7 oder in ein anderes vorgelagertes Aggregat zur Aufbereitung des Verdünnungswassers oder der Faserstoffsuspension zurückgeführt. Der Mischbehälter 37 ist mit einem Rotor 39 zum Durchmischen der Faserstoffsuspension ausgestattet. Aus dem Mischer 34 fließt die Faserstoffsuspension entweder unmittelbar zu einem Stoffauflauf einer Papiermaschine oder wird einer weiteren mechanischen Behandlung unterzogen, beispielsweise in einem Refiner Feed Chest.
Dem Mischer 34 kann von dem Rohrleitungssystem 1 über das Ventil 3 und eine Leitung 40, in der dieses angebracht ist, ebenfalls Faserstoffsuspension zugeführt werden, die noch nicht Calciumhydroxid beaufschlagt ist.
Ferner ist vorgesehen, dass aus der Maschine zur Herstellung der Faserstoffbahn, insbesondere der Papiermaschine, Weißwasser oder Prozesswasser, das beispielsweise im Siebbereich der Papiermaschine zurückgewonnen wurde, oder, wie oben bereits dargestellt, Faserstoffsuspension aus der Entwässerungsschnecke 19, dem Behälter 21 zugeführt wird. Diesem wird beispielsweise über eine Leitung 41 mit einem Ventil 42 Verdünnungswasser zugeleitet.
Aus dem Behälter 21 strömt mit Prozesswasser vermischtes Verdünnungswasser über eine Leitung 43, eine Pumpe 44 sowie ein Ventil 45 zu dem Kristallisator 25. Es ergibt sich somit gemäß dem in 1 dargestellten Aufbau einer Anordnung zum Beladen der Faserstoffsuspension mit Füllstoff, insbesondere mit Calciumcarbonat, eine Vielzahl von Möglichkeiten, die Zusammensetzung der zu erzeugenden Faserstoffsuspension in verschiedenen Stadien der Herstellung zu beeinflussen.
Mit Vorteil ist innerhalb der Leitung 4 ein High-Consistency-Refiner 46 angeordnet. Optional ist auch ein Erhitzer 47 für das von dem Vorratsbehälter 30 zugeführte Kohlendioxid. Der Erhitzer 47 arbeitet mit Heißdampf, der über einen Einlass 48 zu- und über einen Auslass 49 wieder abgeführt wird.
Zur Herstellung einer Bahn von SC-Papier (SC = super calendered) oder Magazinpapier ist eine Maschine geeignet, die in 2 dargestellt ist. Die Maschine umfasst einen Doppelsiebformer 50, eine Pressenpartie 51 mit zwei hintereinander angeordneten Pressnips, eine einreihige Trockenpartie 52, Kalander 53 mit einer Mehrzahl von weichen und harten Walzen sowie eine Wickeleinrichtung 54.
Zur Produktion von Zeitungspapier ist eine Maschine (3) vorgesehen, die einen Doppelsiebformer 55, eine Pressenpartie 56 mit zwei hintereinander angeordneten Pressnips, eine einreihige Trockenpartie 57 und zwei, jeweils eine weiche und eine harte Walze umfassenden Kalander 58, 59 umfasst. Die Papierbahn wird durch eine Wickeleinrichtung 60 aufgewickelt.
Eine Maschine (4) zur Herstellung von WFU-Papier umfasst einen Doppelsiebformer 61, eine Pressenpartie 62 mit zwei hintereinander angeordneten Pressnips, eine einreihige Trockenpartie 63, innerhalb deren eine Auftrageinrichtung 64 angeordnet ist, eine zweireihige Trockenpartie 65, zwei, jeweils ein Walzenpaar aufweisende Kalander 66, 67 und eine Wickeleinrichtung 68.

1: Rohrleitungssystem
2: Steuerventil
3: Steuerventil
4: Leitung
5: Statischer Mischer
6: Ventil
7: Bütte
8: Pumpe
9: Statischer Mischer
10: Ventil
11: Ventil
12: Leitung
13: Zubereitungsvorrichtung
14: Leitung
15: Ventil
16: Pumpe
17: Leitung
18: Ventil
19: Entwässerungsschnecke
20: Leitung
21: Vorratsbehälter
22: Leitung
23: Egalisierschnecke
24: Leitung
25: Gefäß
26: Ventil
27: Ventil
28: Pumpe
29: Leitung
30: Kohlendioxid-Vorratsbehälter
31: Leitung
32: Ventil
33: Ventil
34: Statischer Mischer
35: Ventil
36: Leitung
37: Mischbehälter
38: Vorratsbehälter
39: Rotor
40: Leitung
41: Leitung
42: Ventil
43: Leitung
44: Pumpe
45: Ventil
46: High-Consistency-Refiner
47: Erhitzer
48: Einlass
49: Auslass
50: Doppelsiebformer
51: Pressenpartie
52: Trockenpartie
53: Kalander
54: Wickeleinrichtung
55: Doppelsiebformer
56: Pressenpartie
57: Trockenpartie
58: Kalander
59: Kalander
60: Wickeleinrichtung
61: Doppelsiebformer
62: Pressenpartie
63: Einreihige Trockenpartie
64: Auftrageinrichtung
65: Zweireihige Trockenpartie
66: Kalander
67: Kalander
68: Wickeleinrichtung

Claims

SC-Papier, das unter Einsatz einer teilweise mit Asche beladene Fasern enthaltenden Faserstoffsuspension hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Aschegehalt in der aus der Faserstoffsuspension erzeugten Faserstoffbahn des SC-Papiers höher als 35 %, vorzugsweise höher als 39 %, liegt.
Zeitungspapier, das unter Einsatz einer teilweise mit Asche beladene Fasern enthaltenden Faserstoffsuspension hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Aschegehalt in der aus der Faserstoffsuspension erzeugten Faserstoffbahn des Zeitungspapiers höher als 15 %, vorzugsweise höher als 19 %, liegt.
Holzfreies ungestrichenes Papier, das unter Einsatz einer teilweise mit Asche beladene Fasern enthaltenden Faserstoffsuspension hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Aschegehalt in der aus der Faserstoffsuspension erzeugten Faserstoffbahn des holzfreien, ungestrichenen Papiers höher als 15 %, vorzugsweise höher als 19 %, liegt.
Verfahren zum Herstellen einer Faserstoffbahn aus Papier nach einem der Ansprüche 1 bis 3 unter Einsatz einer mit Calciumcarbonat beladene Zellulosefasern enthaltenden Faserstoffsuspension mit den folgenden Verfahrensschritten: – Einbringen von Calciumhydroxid in flüssiger oder trockener Form oder von Calciumoxid in die Faserstoffsuspension, – Einbringen von gasförmigem Kohlendioxid in die Faserstoffsuspension, – Ausfällen von Calciumcarbonat durch das Kohlendioxid, - Mahlen der Faserstoffsuspension während des Beladungsvorgangs und – Waschen der Faserstoffsuspension vor dem Kristallisationsprozess und/oder vor dem Mahlprozess und/oder während des Mahlprozesses und/oder nach dem Mahlprozess.
Verfahren zum Herstellen einer Faserstoffbahn aus Papier nach einem der Ansprüche 1 bis 3 unter Einsatz einer mit Calciumcarbonat beladene Zellulosefasern enthaltenden Faserstoffsuspension, insbesondere nach Anspruch 4, mit den folgenden Verfahrensschritten: – Einbringen von Calciumhydroxid in flüssiger oder trockener Form oder von Calciumoxid in die Faserstoffsuspension, – Einbringen von gasförmigem Kohlendioxid in die Faserstoffsuspension, – Ausfällen von Calciumcarbonat durch das Kohlendioxid und – Waschen der Faserstoffsuspension vor dem Einbringen der Faserstoffsuspension in eine in Flussrichtung der Faserstoffsuspension nachgeordnete Stoffauflaufbütte und/oder in eine Maschine zur weiteren Verarbeitung der Faserstoffsuspension.
Verfahren zum Beladen einer Faserstoffsuspension mit Calciumcarbonat nach Anspruch 4 oder 5 mit den folgenden Verfahrensschritten: – Einbringen in eine Pressenanordnung (19) zum Auspressen eines Filtrates der Faserstoffsuspension und – wenigstens teilweises Rückführen des Filtrates in eine Anordnung zum Auflösen der Faserstoffsuspension.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtrat in ein eingangsseitiges Speichergefäß, insbesondere in eine Vorlagebütte (7), zurückgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Calciumhydroxid wenigstens teilweise in der Anordnung zum Auflösen des Faserstoffs zugefügt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens in der Anordnung zum Auflösen des Faserstoffs ein pH-Wert zwischen 7 und 12, insbesondere zwischen 9 und 12, aufrechterhalten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgangsmaterial wässriges Faserstoffmaterial, insbesondere wässriger Papierstoff, von 0,1 bis 20 % Konsistenz, vorzugsweise zwischen 2 und 8 %, eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Calciumhydroxid in das wässrige Faserstoffmaterial, insbesondere den Papierfaserstoff, eingemischt wird, wobei dieses einen Feststoffanteil zwischen 0,01 und 60 % hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Calciumhydroxid durch einen statischen Mischer (5, 9) oder durch eine Vorlagebütte eingemischt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Calciumhydroxid im Bereich zwischen 0,01 Sekunden und 10 Minuten, insbesondere zwischen 1 Sekunde und 3 Minuten, reagiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass Verdünnungswasser in die Faserstoffsuspension eingemischt wird, insbesondere vor, während oder nach der Zugabe von Kohlendioxid und/oder Calciumhydroxid oder Calciumoxid.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlendioxid in eine feuchte Faserstoffsuspension eingemischt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mahlenergie im Bereich zwischen 0,1 und 300 kWh je Tonne Papiertrockenstoff eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbringung von Energie durch den Mahlprozess gesteuert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass als Reaktor ein statischer Mischer, ein Refiner, ein Disperger und/oder ein Fluffer-FLPCC-Reaktor zum Einsatz kommt, wobei der Faserstoffgehalt, insbesondere der Papiergehalt, bei einem statischen Mischer zwischen 0,01 und 15 %; bei einem Refiner und bei einem Disperger zwischen 2 und 40 %, insbesondere bei einer LC-Mahlung zwischen 2 und 8 % und bei einer HC- Mahlung zwischen 20 und 35 %, sowie bei einem Fluffer-FLPCC-Reaktor zwischen 15 und 60 % beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass für die Fällungsreaktion ein Energieaufwand zwischen 0,3 und 8 kWh/t, insbesondere zwischen 0,5 und 4 kWh/t, verwendet wird, insbesondere, wenn kein Mahlprozess zum Einsatz kommt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozesstemperatur zwischen – 15 und 120° C, insbesondere zwischen 20 und 90° C, beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass rhomboedrische, skalenohedrische und kugelförmige Kristalle erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Kristalle Abmessungen zwischen 0,05 und 5 μm, insbesondere zwischen 0,3 und 2,5 μm, haben.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass statische und/oder bewegliche, insbesondere rotierende, Mischelemente eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass es in einem Druckbereich zwischen 0 und 15 bar, insbesondere zwischen 0 und 6 bar, durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass es bei einem pH-Wert zwischen 6 und 10, insbesondere zwischen 6,5 und 9,0, durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionszeit zwischen 0,01 Sekunden und 1 Minute liegt, insbesondere zwischen 0,05 und 10 Sekunden.
Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 4 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen statischen Mischer (5, 9), eine Zubereitungsvorrichtung (13) zum Einbringen von Calciumoxid oder Calciumhydroxid, eine Presse oder Entwässerungsschnecke (19), einen Ausgleichsreaktor oder eine Egalisierschnecke (23), ein als Kristallisator dienendes Gefäß (25), einen weiteren statischen Mischer (34), einen Kohlendioxid-Vorratsbehälter (30) oder eine zusätzliche Einrichtung zur Wiedergewinnung von Kohlendioxid umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen High-Consistency-Reiniger (46) und/oder einen Kohlendioxid-Erhitzer (47) und/oder einen Vorratsbehälter (21) für Presswasser oder für in der Entwässerungsschnecke (19) entzogene Wasser umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass in der Entwässerungsschnecke (19) gewonnenes Filtrat der Faserstoffsuspension über eine Leitung (20) zu einer Vorlagebütte (7) oder eine andere vorgelagerte Einrichtung zur Aufbereitung der Faserstoffsuspension zurückführbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem als Kristallisator dienenden Gefäß (25) eine zusätzliche Wascheinrichtung zur Reinigung der Faserstoffsuspension angeordnet ist.