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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entwässerung einer zumindest teilweise aus recyceltem Faserstoff hergestellten und zur Herstellung einer Papier-, Karton- Tissue- oder einer anderen Faserstoffbahn geeigneten Faserstoffsuspension, wobei wenigstens ein Teil des bei der Entwässerung anfallenden Filtrats der Faserstoffsuspension wieder beigemischt wird.
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Der zunehmende Einsatz von Ausschuss und Altpapier in der Papierherstellung und die verstärkte Reduzierung des Frischwassereinsatzes haben zu einem Zuwachs an für den Herstellungsprozess schädlichen oder störenden Substanzen in den Wasserkreisläufen geführt. Auch chemische Additive, wie beispielsweise Öle, Lösungsmittel, Harzleime, synthetische Leimungsmittel, Klebstoffe, Nassfestmittel, Retentionsmittel, Stärke, Biozidformulierungen, Dispergiermittel, Bleichchemikalien, Reinigungsmittel, Farbstoffe, Komplexbildner und Lösungsvermittler, die dem Prozess gezielt zugeführt werden, tragen durch Anreicherung in den Kreisläufen zu einer Erhöhung der Konzentration an kolloidal gelösten Störstoffen direkt oder aus der Wechselwirkung untereinander bei. Andere Quellen sind Extrakte aus den Faserstoffen, Lignin und Ligninderivate, Hemicellulosen und Kohlehydrate. Die wachsende Konzentration an Störstoffen führt zu einer reduzierten Effizienz der meist kationischen Funktionschemikalien, wie beispielsweise Fixiermittel, Retentionspolymere. Die bei hohen Prozesstemperaturen vorliegende Sättigung des Prozesswassers mit kolloidal gelösten, anionischen Störstoffen führt in den kühleren Zonen zu Ausfällungen und Ablagerungen. Bereits geringe Temperaturgradienten reichen aus, um klebrige Ablagerungen an hydrophoben oder besonders adhäsiven Flächen, wie beispielsweise Siebmaterial, Filzmaterial, Walzenoberflächen, strömungsarmen Zonen, entstehen zu lassen. Diese können den Prozess empfindlich durch die Bildung von Löchern im Papier, Abrisse, Reinigungsstillstände oder dergleichen beeinträchtigen.
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Papiereigenschaften wie Weiße, Opazität, Färbung und Festigkeit sind durch die Anwesenheit von kolloidalen Störstoffen ebenfalls beeinträchtigt. Außerdem kann eine verstärkte Neigung zur Geruchsbildung im Papier auftreten. Die Störstoffe können des Weiteren durch Absenkung der Oberflächenspannung zu vermehrtem Schaum führen, was sich negativ auf die Papierqualität auswirkt oder den vermehrten Einsatz von Schaumregulierern erforderlich macht. Die Anreicherung von Störstoffen im gesamten Wasserkreislaufsystem ist abhängig von der Menge an zugeführten Rohmaterialien, der Prozesstemperatur, der Extrahierbarkeit, der Wasserumlaufrate, der mit dem Abwasser abgeführten Menge, dem Austrag an Störstoffen mit dem produzierten Papier und der Zuführung von Frischwasser. Insbesondere für die Einengung der Wasserkreisläufe, d. h. die verringerte Zufuhr an Frischwasser und die entsprechend verringerte Abfuhr an Abwasser, stellt sich eine erhöhte Konzentration an kolloidal gelösten Störstoffen in den Kreislaufwässern ein.
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Neben dem hohen Konzentrationsniveau stellen auch dynamische Schwankungen der Störstofffrachten eine Limitierung für eine zielgenaue chemisch-technologische Führung des Prozesses dar. Dabei kommt es zu dauernden Fehldosierungen von Funktionschemikalien mit den oben beschriebenen Auswirkungen.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es daher die Qualität des wieder in die Faserstoffsuspension zurückzuführenden Filtrats bei minimalem Einsatz von Funktionschemikalien zu verbessern.
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Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe dadurch gelöst, dass zumindest einem Teil des zur Faserstoffsuspension geleiteten Filtrats Aluminium-Ionen zugeführt werden.
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Die Aluminium-Ionen führen zur Auslösung von Flockungsprozessen und zu einer Fixierung der Fein- und Füllstoffe auf anwesende Faserstoffe. Im Ergebnis kann die Retention ohne zusätzliche Funktionschemikalien gesteigert werden.
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Um den Faserstoffverlust bei der Entwässerung möglichst klein zu halten, wird zumindest ein Teil des Filtrats der Entwässerung wieder in eine zu entwässernde Faserstoffsuspension zugemischt. Über die genannte Wirkung der Aluminium-Ionen kann dabei der Übergang von Fasern, aber auch Fein- und Füllstoffen in das Accept der Entwässerung unterstützt werden, so dass es zu keiner Anreicherung von Fein- und Füllstoffen in einem Kreislauf kommt.
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Daher sollte wenigstens dem Teil des Filtrats, der einer zu entwässernden Faserstoffsuspension beigemischt wird, vor der Vermischung Aluminium-Ionen zugeführt werden. In Abhängigkeit von der Beschaffenheit der Faserstoffsuspension und den geforderten Qualitätsparametern kann es dabei von Vorteil sein, wenn das Filtrat der Faserstoffsuspension vor dem Einlauf der bereits durchlaufenen Entwässerungseinheit und/oder einer, der bereits durchlaufenden Entwässerungseinheit folgenden Entwässerungseinheit beigemischt wird.
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Außerdem kann es zur umfassenden Nutzung des Filtrats vorteilhaft sein, wenn ein Teil des Filtrats der Faserstoffsuspension vor dem Einlauf einer, vor der bereits durchlaufenen Entwässerungseinheit liegenden Prozesseinheit beigemischt wird.
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Die Menge der dem Filtrat zugeführten Aluminium-Ionen sollte hierbei in Abhängigkeit vom Anteil an Füll- und Feinstoffen im Filtrat und/oder in Abhängigkeit von der Menge des Filtrats gesteuert werden. Für die Erfassung des Anteils an Füll- und Feinstoffen stehen bereits Sensoren zur Verfügung, die dies auch online ermöglichen.
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Üblicherweise erfolgt die Zugabe von Aluminium-Ionen bei derartigen Filtraten durch die Zugabe von Kali-Alaun bzw. Kaliumaluminiumsulfat, Ammoniumaluminiumsulfat oder Polyaluminiumchlorid.
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Allerdings ist es hierbei von Vorteil, wenn die Aluminium-Ionen ganz oder teilweise im Filtrat selbst elektrolytisch erzeugt werden. Unabhängig von der Art der Bereitstellung ist das Al3+-Ion besonders effektiv.
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Eine einfache und gleichmäßige Zugabe der Aluminium-Ionen wird insbesondere dann möglich, wenn die Aluminium-Ionen einem Hilfsfluid, vorzugsweise Prozess-, Ab- oder Frischwasser zugegeben werden, welches anschließend dem Filtrat beigemischt wird. Da das Hilfsfluid keine oder nur wenig Störstoffe enthält, kommt es auch nur zu einer geringen Vorreaktion mit den Aluminium-Ionen. Des Weiteren wird es über eine Durchmischung von Filtrat und Hilfsfluid beispielsweise über eine Pumpe oder eine andere Mischvorrichtung möglich, die Aluminium-Ionen möglichst gleichmäßig in dem Filtrat zu verteilen.
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Durch die Elektrolyse werden die Aluminium-Ionen frisch in Lösung gebracht und können so rasch abreagieren, bevor sie eventuell durch Nebenreaktionen anderweitig gebunden werden. Dies gewährleistet die Wirksamkeit der Aluminium-Ionen über einen großen pH-Bereich, insbesondere auch bei neutraler Fahrweise, was weiterhin den Einsatz von Calciumcarbonat als Füllstoff erlaubt. Des Weiteren werden so eine Aufsalzung der Wasserkreisläufe, eine Geruchsbelästigung sowie ein Bakterienwachstum vermieden.
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Aus der
DE 10/2010 001 769 A1 , der
DE 10/2010 001 801 A1 , der
DE 10/2010 001 808 A1 und der
DE 10/2010 030 996 A1 , sind beispielsweise Vorrichtungen und/oder Verfahren bekannt, bei der Elektrolysevorrichtungen von einem Fluid durchströmt werden, währenddessen elektrochemisch erzeugte Aluminium-Ionen durch die Elektrolysevorrichtung an das jeweilige Fluid abgegeben werden.
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Bei der elektrolytischen Erzeugung lässt sich die Menge an zugegebenen Aluminium-Ionen außerdem leicht über die Variation der Stromstärke oder der Spannung steuern. Auch die Zu- oder Abschaltung einzelner Elektrolyse-Reaktoren kann hier nützlich sein. Durch die gesteuerte oder geregelte Zugabe von Aluminium-Ionen kann eine Überdosierung an Aluminium-Ionen effektiv vermieden werden, insbesondere dann wenn beispielsweise die Konzentration an Störstoffen absinkt. Dies wiederum verhindert, dass überschüssige Aluminium-Ionen unterschiedlichste Teilprozesse in der Maschine negativ beeinflussen. Besonders wichtig ist dies wegen der vermehrt in Papiermaschinen realisierten, geschlossenen und teilweise miteinander verbundenen Fluid-Kreisläufen. Auch ein Durchschlagen von Aluminium-Ionen zum Beispiel durch Prozesswasserrückführung bis zur Deinking-Stufe wird so verhindert. Ein derartiges Durchschlagen von Aluminium-Ionen beeinflusst nämlich den Deinking-Schritt negativ, so dass ein erhöhter Einsatz an Deinking-Chemikalien notwendig werden kann. Wird eine Erhöhung der Deinking-Chemikalien nicht durchgeführt, so kann der Wirkungsgrad des Deinking-Schrittes abnehmen und die Faserstoffbahn-Qualität auf ein nicht mehr tolerierbares Maß absinken.
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Zur Unterstützung der Elektrolyse sollten im entsprechenden Hilfsfluid bzw. im Filtrat Leitsalze gelöst sein.
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Nachfolgend soll die Erfindung an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In der beigefügten Zeichnung zeigen die 1 und 2 unterschiedliche Anlageschemata zur Realisierung der Erfindung.
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In der, in beiden Figuren teilweise dargestellten Stoffaufbereitung, wird die Faserstoffsuspension 1 für eine Papiermaschine zur Herstellung einer Papierbahn zur Verfügung stellt. Dabei durchläuft die Faserstoffsuspension 1 mehrere Prozesseinheiten 3, wie Auflösung, Reinigung, Mahlung usw., aber auch Entwässerungseinheiten 4, 5 zur Erhöhung des Feststoffgehaltes der Faserstoffsuspension 1. Als Entwässerungseinheiten 4, 5 eignen sich Scheibenfilter, Siebbandpressen, Schneckenpressen, Schrägsiebe, Sedimentationsstufen, Mikroflotation o.ä.
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Dabei können bspw. Holzfasern, Stofffasern, Metallfasern, Kunststofffasern, Glasfasern, Hilfsstoffe, Additive, Füllstoffe oder eine Mischung derselben als Faserstoff verwendet werden. Demzufolge kann einer Faserstoffbahn bspw. eine Papierbahn, ein Flies, oder dergleichen darstellen.
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Wegen der zunehmenden Verwendung von Altpapier bei der Herstellung der Faserstoffsuspension 1 hat diese einen hohen und schwankenden Anteil an Störstoffen. Zwar wird versucht, die Störstoffe in den Prozesseinheiten 3 zu entfernen, jedoch gelingt dies nur zum Teil. Bei der Eindickung in den Entwässerungseinheiten 4, 5 enthält das dabei anfallende Filtrat 2 noch einen erheblichen Anteil an Fasern sowie Fein- und Füllstoffen. Um den Faserverlust zu minimieren, wird daher zumindest ein Teil des Filtrats 2 vor die Entwässerungseinheiten 4, 5 zurückgeführt. Damit dies nicht zu einer zu starken Anreicherung mit Fein- und Füllstoffen im Kreislauf führt, werden zumindest einem Teil des Filtrats 2 Aluminium-Ionen zugeführt.
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Diese Aluminium-Ionen werden in einem Elektrolyse-Reaktor 7 erzeugt, durch den ein Hilfsfluid 6 in Form von Prozesswasser geleitet wird. Die Aluminium-Ionen der Elektroden des Elektrolyse-Reaktors 7 gelangen so frisch in das Hilfsfluid 6. Wegen der im Verhältnis zum Filtrat 2 geringen Belastung des Hilfsfluids 6 mit Störstoffen kommt es lediglich zu geringen Vorreaktionen der Aluminium-Ionen im Hilfsfluid 6. Zur Unterstützung der Elektrolyse werden dem Hilfsfluid 6 Leitsalze zugemischt.
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Zwischen den Elektroden des Elektrolyse-Reaktors 7 liegt eine konstante Spannung an. Allerdings wird die Stromstärke zur Steuerung der Menge an zugeführten Aluminium-Ionen von einer Steuereinheit vorgegeben.
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Zur Erfassung des Bedarfs an Aluminium-Ionen wird die Menge des entsprechenden Filtrats 2 sowie deren Belastung mit Fein- und Füllstoffen über bekannte Sensoren erfasst und an eine Steuereinheit übermittelt. Die Steuereinheit kann dann über die Veränderung der Stromstärke die Menge an zugeführten Aluminium-Ionen entsprechend verändern.
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Die in dem Hilfsfluid 6 vorhandenen Aluminium-Ionen werden über eine Mischvorrichtung 8 dem entsprechenden Filtrat 2 beigemischt. Dies gewährleistet eine gleichmäßige Verteilung der Aluminium-Ionen in dem Filtrat 2, wobei als Mischvorrichtung 8 beispielsweise Pumpen oder statische Mischer genutzt werden können.
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Im Ergebnis kann so der Bedarf an Funktionschemikalien erheblich reduziert werden.
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Bei der in 1 dargestellten Ausführung wird das bei der Entwässerungseinheit 4 anfallende Filtrat über Ventile 9 in zwei Teilströme aufgeteilt. Während ein Teilstrom des Filtrats 2 der Faserstoffsuspension 1 vor einer Prozesseinheit 3 unbehandelt beigemischt wird, die vor der Entwässerungseinheit 4 liegt, werden dem anderen Teilstrom in der Mischvorrichtung 8 Aluminium-Ionen zugeführt. Danach wird der, mit den Aluminium-Ionen versehene Teilstrom des Filtrats 2 der Faserstoffsuspension 1 unmittelbar vor der bereits durchlaufenen Entwässerungseinheit 4 zugeleitet.
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Im Unterschied dazu durchläuft die Faserstoffsuspension 1 bei 2 zur Eindickung nacheinander zumindest zwei Entwässerungseinheiten 4, 5. Das dabei anfallende Filtrat 2 beider Entwässerungseinheiten 4, 5 wird gemischt und wie bei 1 in zwei Teilströme aufgeteilt. Nach der Zuführung der Aluminium-Ionen in einen Teilstrom erfolgt allerdings über entsprechende Ventile 10 eine weitere Aufteilung dieses Teilstroms des Filtrats 2 in zwei weitere Teilströme. Während ein Teilstrom der Faserstoffsuspension 1 unmittelbar vor der ersten Entwässerungseinheit 4 zugemischt wird, erfolgt dies bei dem zweiten Teilstrom unmittelbar vor der zweiten Entwässerungseinheit 5.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10/2010001769 A1 [0016]
- DE 10/2010001801 A1 [0016]
- DE 10/2010001808 A1 [0016]
- DE 10/2010030996 A1 [0016]
