DE102006021656A1

DE102006021656A1 - Verfahren zur Dispergierung von Papierfaserstoff

Info

Publication number: DE102006021656A1
Application number: DE200610021656
Authority: DE
Inventors: Michael Kramer
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2005-12-17
Filing date: 2006-05-10
Publication date: 2007-06-21

Abstract

Das Verfahren dient zur Dispergierung eines Papierfaserstoffes, bei dem vor der Dispergierung mit Hilfe einer Fraktioniervorrichtung (2) eine Grobfraktion (G) und eine Feinfraktion (F) gebildet wird. Speziell kann die Fraktionierung so durchgeführt werden, dass in der Grobfraktion (G) möglichst alle Fasern und in der Feinfraktion (F) die Feinstoffe enthalten sind. Die Grobfraktion (G) wird durch Kompressionsmahlung dispergiert. Das Gesamtverfahren kann insgesamt weniger aufwändig gestaltet werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dispergierung von Papierfaserstoff gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Verfahren der o.g. Art werden z.B. zur Qualitätsverbesserung von Faserstoff eingesetzt, der aus Altpapier gewonnen wurde. Es ist bekannt, dass Papierfaserstoffe durch Dispergieren homogenisiert und dadurch wesentlich verbessert werden können. Restliche (resistente) Faserstippen können aufgelöst werden. An den Fasern anhaftende harte Störstoffe, insbesondere Druckfarben-Partikel, werden abgetrennt. Weiche Störstoff-Partikel werden so weit zerkleinert, dass sie im fertigen Papier nicht mehr sichtbar sind. Außerdem können sie an der Faser fixiert werden, was die Papierherstellung verbessert. Die für den jeweiligen Zweck optimale Wirkung des Verfahrens lässt sich durch Wahl der Parameter, insbesondere Konsistenz, Temperatur und spezifische Arbeit einstellen.
Zur Dispergierung wird bisher ein hochkonsistenter Papierfaserstoff hergestellt, der zumeist einen Trockengehalt zwischen 15 und 35% aufweist. In vielen Fällen wird bei einer Temperatur dispergiert, die weit über der Umgebungstemperatur liegt. Disperger, die für solche Verfahren eingesetzt werden, haben eine hohe Energiedichte. Die Energie für die auf den Papierfaserstoff übertragene spezifische Arbeit mit 30 bis 200 kWh/t stellt einen wesentlichen Kostenfaktor für das Verfahren dar.
Durch das Eindicken wird ein beträchtlicher Teil des vorher noch im Faserstoff vorhandenen Wassers ausgepresst, wodurch erstens seine Viskosität bei der Dispergierung wesentlich ansteigt und zweitens gegebenenfalls weniger Wasser mit erwärmt werden muss. Eine verwendbare Maschine für die Eindickung ist die Schneckenpresse. Bei einer Schneckenpresse wird die Faserstoffsuspension zwischen einer Förderschnecke und einem diese umgebenden gelochten Mantel ausgepresst, wobei das Wasser durch die Löcher des Mantels austritt. Der dabei entstehende hochkonsistente Papierfaserstoff wird axial aus der Maschine ausgedrückt. Es kann aber auch mit einer Siebpresse entwässert werden, die bekanntlich ein oder zwei umlaufende Endlossiebe aufweist, durch die ein Filtrat hindurch tritt.

Aus der Publikation „Wochenblatt für Papierfabrikation", Heft 7/1978, Seiten 275 bis 277, ist ein Dispergierverfahren dieser Art bekannt.

Aus der DE 102 56 519 ist ein anderes Verfahren bekannt, bei dem eine Fraktionierung vor einer Dispergierung stattfindet. Dabei teilt die Fraktionierung in Kurzfasern und Langfasern auf. Die Langfaserfraktion wird eingedickt und z.B. in einem Scheibendisperger dispergiert.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, bei dem die Dispergierung so durchgeführt wird, dass das Gesamtverfahren besonders effektiv und wirtschaftlich ist. Das Verfahren soll zu einem homogenen und sauberen Faserstoff führen.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 genannten Merkmale vollständig gelöst.

Der besondere Vorteil der Erfindung ergibt sich daraus, dass die Dispergierung der Grobfraktion unter Verwendung eines Kompressionsrefiners erfolgt, der nach einem Verfahren arbeitet, das z.B. in der DE-A-102 36 962 beschrieben wird, das also an sich schon bekannt ist. Es wird bisher zur Mahlung, also Veränderung der Fasern, verwendet und/oder zur Zerkleinerung von Druckfarbenpartikeln. Dieses Verfahren bringt eine sehr gute Dispergierung ohne Faserschädigung. Klebende Verunreinigungen (stickies) werden so zerkleinert, dass sie sich leichter flotieren oder auswaschen lassen. Diese Bearbeitung kann im Vergleich zum Scheibendisperger oder Kneter bei bedeutend geringerer Konsistenz, z.B. 6 bis 12%, durchgeführt werden, was apparativen und energetischen Aufwand einspart. Die spezifische Arbeit für diesen Zweck liegt dann z.B. bei etwa 20 bis 60 kWh/t.

Mit Vorteil kann die Fraktionierung so durchgeführt werden, dass möglichst alle Fasern in die Grobfraktion gelangen. Die Feinfraktion enthält dann wenig Fasern (auch wenig Kurzfasern), aber einen großen Teil der organischen und anorganischen Feinstoffe. Dabei wird der Anteil der Fasern in der Regel als Rückstand des Siebes R 100 nach Bauer McNett ermittelt (Labor-Methode nach TAPPI Standard T 233). Feinstoffe fallen in derselben Analyse als Durchlauf des 100-mesh-Siebes an. Vorteilhaft ist eine Fraktionierung mit einer Waschvorrichtung oder einem entsprechend ausgestalteten und betriebenen Drucksortierer.

Die Erfindung wird erläutert an Hand von Zeichnungen. Dabei zeigen:
1: Schema mit einer Anlage zur Durchführung des Verfahrens;
2: Schema mit einer anderen Anlage zur Durchführung des Verfahrens.
In einer vereinfachten Darstellung zeigt die 1 ein Ausführungsbeispiel mit den wichtigsten Apparaturen, die man bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwenden kann. Die z.B. in einem hier nicht gezeigten Stofflöser erzeugte Papierfaserstoffsuspension S1 wird durch Dickstoffreiniger 7 und Drucksortierer 13 geführt, wodurch grobe Störstoffe des Altpapiers entfernt werden. Die genannten Trennvorrichtungen sind exemplarisch zu verstehen. Es sind diverse Möglichkeiten bekannt, um eine verschmutzte Papierfasersuspension so weit zu reinigen, dass sie in den hier beschriebenen folgenden Apparaten verarbeitet werden kann. Die gereinigte Papierfaserstoffsuspension S2 gelangt als nächstes in eine Fraktioniervorrichtung 2 zur Bildung einer Grobfraktion G und Feinfraktion F.
Durch Art der Fraktioniervorrichtung 2 und die Betriebsbedingungen bei der Fraktionierung lässt sich die Aufteilung des Faserstoffes in Grob- und Feinfraktion einstellen. Dabei sollen z.B. die in der Papierfasersuspension S2 enthaltenen Fasern in Kurzfasern und Langfasern aufgeteilt werden, wobei es sich dann um die klassische Faserfraktionierung handelt. Bei einer anderen vorteilhaften Ausführung des Verfahrenssollen sollen möglichst viele Fasern, seien sie nun kurz oder lang, in die Grobfraktion G gelangen und die Feinfraktion F im Wesentlichen organische und anorganische Feinstoffe enthalten, das sind insbesondere Faserfeinstoff, Füllstoffe sowie die auszusortierenden Schmutzstoffe. Eine solche spezielle Fraktionierung wird bei einer Verfahrensausführungsform gemäß 1 mit Hilfe einer Waschvorrichtung besonders wirksam erreicht. Das Filtrat der Waschvorrichtung ist dann die Feinfraktion F. Solche Waschvorrichtungen für Faserstoffe sind bekannt. Sie dienen dazu, nicht nur das Wasser vom Feststoff zu trennen (Filter), sondern sollen auch den Feststoff selbst fraktionieren. Eine besonders geeignete technische Ausführungsform und die bevorzugten Parameter sind z.B. in der Patentschrift DE 30 05 681 beschrieben. Bei einer solchen Waschvorrichtung wird die auszuwaschende Suspension S mit Hilfe eines unter Druck stehenden Stoffauflaufes 11 zwischen einen undurchlässigen Zylinder 9 und ein durchlässiges umlaufendes Siebband 10 mit geringer Konsistenz turbulent eingespritzt. Der zwischen Siebband 10 und Zylinder 9 entwässerte und gewaschene Faserstoff wird anschließend als Grobfraktion G zur Eindickung und Dispergierung geführt. Es sind auch Vorrichtungen mit zwei umlaufenden Siebbändern bekannt, die ebenfalls zur Fraktionierung benutzbar sind. Ein Beispiel zeigt die EP 0 341 913 .
Die Fraktionierung 2' der Papierfaserstoffsuspension S2 lässt sich auch mit Hilfe eines Drucksortierers betreiben, was in dem Anlagenschema der 2 gezeigt ist. Die spezielle Wirkung als Fraktionator wird durch relativ geringe Konsistenz begünstigt und dadurch, dass für die Sieböffnungen relativ kleine Werte, also z.B. ca. 0,3 bis 1 mm Loch oder 0,1 bis 0,15 mm Schlitz, gewählt werden. Anders als bei Störstoffausscheidung („Sortierung") ist im Allgemeinen ein Sieb günstiger, das außer den Sieböffnungen keine Vorsprünge oder Rillen aufweist. Die Überlaufrate wäre relativ hoch, z.B. ca. 50%, wobei sich solche Werte auf den jeweiligen Feststoffgehalt der Suspension beziehen.
Bekanntlich kann man Fasern aber auch in Hydrozyklonen fraktionieren, wobei eine Konsistenz zwischen 0,3% und 0,7% besonders günstig ist.
Die Grobfraktion G kann in dem in 1 gezeigten Fall ohne vorherige Eindickung einer Dispergierung 1 zugeführt werden. Hierzu wird eine rotierende Trommel 3 verwendet, die hier innen eine Verzahnung aufweist, die eine Mahlfläche 5 bildet. Auf diese wälzen sich eine oder mehrere Mahltrommeln 6 ab, die vorzugsweise mit raumfesten Drehachsen gelagert sind. Ihre außen liegenden Mahlflächen 4 wirken mit den innen liegenden Mahlflächen 5 der Trommel 3 zusammen. Es ist auch möglich, eine Trommel 3 mit unverzahnter Mahlfläche zu verwenden. Die zu dispergierende Suspension S3 wird auf die Mahlfläche 5 aufgetragen, auf der sie sich in Folge der Fliehkräfte anlegt. Verschiedene Vorrichtungen zur Kompressionsmahlung sind z.B. aus den Anmeldungen DE 103 37 921 , DE 103 37 922 , DE 103 56 377 und DE 103 58 217 bekannt.
In einem anderen Beispiel gemäß 2 wird aus der Grobfraktion G vor der Dispergierung in einer Eindickvorrichtung 8 – hier einer Schneckenpresse – ein Papierfaserstoff S3 mit erhöhter Konsistenz gebildet. Das abgepresste Wasser W1 kann mit Vorteil wieder zum Auflösen verwendet werden. Je nach Anforderungen an die Dispergierung kann diese bei erhöhten Temperaturen stattfinden. In Fällen, in denen es insbesondere hauptsächlich auf die Ablösung der Druckfarben von den Fasern ankommt, können die Temperaturen im mittleren Bereich, z.B. bei 40° C liegen, also in einem Bereich, der keine zusätzliche Erwärmung erforderlich macht.
Im Beispiel der in 2 gezeigten Anlage wird der höherkonsistente Papierfaserstoff S3 erhitzt, wozu hier als Beispiel eine Heizschnecke 12 gezeigt ist. Anschließend erfolgt die Dispergierung 1 des erhitzten Papierfaserstoffes S3' durch Kompressionsmahlung.
Die spezifische Arbeit, die bei der Dispergierung 1 auf den Faserstoff übertragen wird, wird üblicherweise auf einen Wert zwischen 20 und 100 kWh/t, vorzugsweise ca. 20 kWh/t, eingestellt.
Der dispergierte Faserstoff S4 kann mit besonderem Vorteil nach einer entsprechenden Verdünnung 14 mit Wasser W in einer Flotationsvorrichtung 15 (s. 1) nach Zugabe von Luft L oder einer Wäsche (nicht gezeichnet) von feinen abgelösten Verunreinigungen gereinigt werden. Je nach Anforderungen kann dieser Trennschritt vor oder nach Vermischung mit der Feinfraktion F der Fraktionierung 2 vorgenommen werden.

Claims

Verfahren zur Dispergierung eines insbesondere aus Altpapier gewonnenen Papierfaserstoffes, welches von einer wässrigen Faserstoffsuspension (S) ausgeht, die durch Fraktionierung (2, 2') in eine Feinfraktion (F) und eine Grobfraktion (G) aufgeteilt wird, wonach die Grobfraktion (G) ohne die Feinfraktion (F) in einer Dispergierung (1) behandelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Dispergierung durch Kompressionsmahlung durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dispergierung (1) in einem Verfahren durchgeführt wird, bei dem die Grobfraktion (G) in einer zwischen zwei zusammenwirkenden Mahlflächen (4, 5) gebildeten Mahlzone dispergiert wird, deren Relativbewegung zueinander eine Abwälzbewegung ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dispergierung (1) in einem Verfahren durchgeführt wird, bei dem die Grobfraktion (G) in einer zwischen zwei zusammenwirkenden Mahlflächen gebildeten Mahlzone dispergiert wird und dass die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Faserstoff und den Mahlflächen, in Haupt-Bewegungsrichtung der Mahlflächen gesehen, an der Stelle, an der sich zwei Mahlflächen (4, 5) in der Mahlzone am nächsten sind, kleiner als 10% der Absolutgeschwindigkeit der schneller angetriebenen Mahlfläche ist.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Feinfraktion (F) bei der Fraktionierung (2, 2') mit Kurzfasern und die Grobfraktion (G) mit Langfasern angereichert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Feinfraktion (F) bei der Fraktionierung (2, 2') mit Feinstoffen und die Grobfraktion (G) mit Lang- und Kurzfasern angereichert wird.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dispergierung (1) bei einer Konsistenz zwischen 5 und 20%, vorzugsweise zwischen 7 und 10%, erfolgt.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die bei der Dispergierung (1) übertragene spezifische Arbeit zwischen 20 und 100 kWh/t, vorzugsweise ca. 30 kWh/t, liegt.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fraktionierung (2, 2') bei einer Konsistenz zwischen 0,6 und 3 durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fraktionierung (2, 2') mit einem Drucksortierer durchgeführt wird, der mit mindestens einem Siebkorb (16) ausgestattet ist.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen im Sieb Schlitze sind, die eine Schlitzweite zwischen 0,08 und 0,2 mm, vorzugsweise 0,1 bis 0,15 mm, haben.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen im Siebkorb (16) Löcher sind.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen im Siebkorb (16) Rundlöcher sind, die einen Durchmesser zwischen 0,1 mm und 2 mm haben, vorzugsweise 0,3 mm bis 1,0 mm.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Fraktionierung zumindest teilweise in Hydrozyklonen bei einer Konsistenz zwischen 0,1 und 2%, vorzugsweise 0,3 bis 0,7%, durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Fraktionierung (2) in einer Waschvorrichtung durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Fraktionierung in einer Schneckenpresse durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Fraktionierung (2, 2') und Dispergierung (1) keine Eindickung erfolgt.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fraktionierung (2, 2') so eingestellt wird, dass eine Feinfraktion (F) gebildet wird, deren Feststoffanteil höchstens 50% des Feststoffanteils der der Fraktionierung (2) zugeführten Faserstoffsuspension (S) beträgt.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Fraktionierung (2, 2') so eingestellt wird, dass eine Feinfraktion (F) gebildet wird, deren Feststoffanteil höchstens 40% des Feststoffanteils der der Fraktionierung (2) zugeführten Faserstoffsuspension (S) beträgt.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Fraktionierung (2, 2') so eingestellt wird, dass eine Feinfraktion (F) gebildet wird, deren Feststoffanteil höchstens 30% des Feststoffanteils der der Fraktionierung (2) zugeführten Faserstoffsuspension (S) beträgt.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Fraktionierung (2, 2') so eingestellt wird, dass eine Feinfraktion (F) gebildet wird, deren Feststoffanteil höchstens 20% des Feststoffanteils der der Fraktionierung (2) zugeführten Faserstoffsuspension (S) beträgt.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fraktionierung (2, 2') so eingestellt wird, dass eine Feinfraktion (F) gebildet wird, deren Feststoffanteil mindestens 20% des Feststoffanteils der der Fraktionierung (2) zugeführten Faserstoffsuspension (S) beträgt.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der Fasern in der Feinfraktion (F) kleiner ist als 20%.
Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der Fasern in der Feinfraktion (F) kleiner ist als 10%.
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der Fasern in der Feinfraktion (F) kleiner ist als 5%.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dispergierung (1) bei einer Temperatur unter 80°C durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Dispergierung (1) bei einer Temperatur unter 50°C durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dispergierung (1) so durchgeführt wird, dass Druckfarben-Partikel von den Fasern abgetrennt werden.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aus der dispergierten Grobfraktion (G) gebildete Suspension (S5) in einer Flotationsvorrichtung (15) flotiert wird.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aus der dispergierten Grobfraktion (G) gebildete Suspension (S5) gebleicht wird.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dispergierung (1) so durchgeführt wird, dass im Papierstoff enthaltene Störstoffe unter die Sichtbarkeitsgrenze gebracht werden.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feinfraktion (F) dem in der Dispergierung (1) behandelten Faserstoff (S4) wieder zugeführt wird.