DE10325688A1

DE10325688A1 - Verfahren zum Beladen einer Faserstoffsuspension mit Kalziumkarbonat und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE10325688A1
Application number: DE2003125688
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr. Dölle
Original assignee: Voith Paper Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2003-06-06
Filing date: 2003-06-06
Publication date: 2004-12-23

Abstract

Ein Verfahren zum Aufladen einer Faserstoffsuspension mit Zellulosefasern mit Kalziumkarbonat umfasst die folgenden Verfahrensschritte: DOLLAR A - Bildung einer Faserstoffsuspension durch den Einsatz von in Wasser in einem Konzentrationsbereich zwischen 0,01% und 60% gelösten Zellulosefasern als Ausgangsmaterial, DOLLAR A - Einbringen von Kalziumhydroxid in flüssiger oder trockener Form oder von Kalziumoxid in die Faserstoffsuspension (Bereich 44) oder in das Wasser, das der Faserstoffsuspension als Verdünnungswasser zugeführt wird, DOLLAR A - Einmischen von gasförmigem Kohlendioxid in die Faserstoffsuspension oder in das Wasser, das der Faserstoffsuspension als Verdünnungswasser zugeführt wird, wodurch infolge der Reaktion von Kohlendioxid mit Kalziumhydroxid Kalziumkarbonat ausgefällt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beladen einer Faserstoffsuspension mit Kalziumkarbonat.

Es sind bereits mehrere Verfahren zum Beladen von Zellstofffasern mit Kalziumkarbonat bekannt. In der US 5 223 090 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem Fasermaterial mit langgestreckten Fasern mit einer einen Hohlraum umgebenden Zellwand eingesetzt wird, wobei die Fasern eine Feuchtigkeit haben, die ausreicht, um einen entwässerten Brei einer Pulpe zu bilden. Dabei haben die Fasern einen Feuchtegehalt, der einem Anteil von 40 bis 50 % des Gewichts der Fasern entspricht. Das Wasser ist im wesentlichen im Innern der Fasern und innerhalb der Faserwände vorhanden. Anschließend wird alternativ Kalziumoxid oder Kalziumhydroxid zu der Pulpe hinzugefügt, so dass wenigstens ein Teil des eingebrachten Kalziumoxids oder Kalziumhydroxids mit dem in der Pulpe vorhandenen Wasser assoziiert wird. Darauf wird das faserförmige Zellulosematerial mit Kohlendioxid in Verbindung gebracht, wobei es gleichzeitig einem Scher-Mischverfahren unterworfen wird, um ein Fasermaterial mit einer beträchtlichen Menge Kalziumkarbonat in dem hohlen Innern und innerhalb der Faserwände der Zellulosefasern zu erzeugen. Dabei wird durch den Zusatz des Kohlendioxids das Kalziumhydroxid im Wege einer Fällungsreaktion in Kalziumkarbonat umgewandelt, das in Wasser eine noch geringere Löslichkeit hat als das Kalziumhydroxid. In Zellulosefasern nach diesem Verfahren eingebrachtes Kalziumkarbonat wird daher auch als „Fiber Loaded Precipitated Calcium Carbonate" (FLPCC) bezeichnet.

Aus der JP-A-60-297 382 ist es bekannt, Kalziumhydroxid in einer einprozentigen Suspension einer geschlagenen oder ungeschlagenen Pulpe einzubringen. Anschließend wird Kohlendioxid in die Mischung aus der Faserstoffsuspension und dem Kalziumhydroxid eingebracht, um das Kalziumhydroxid in Kalziumkarbonat umzuwandeln.

Für die Herstellung von Zigarettenpapier gilt folgendes: Zigarettenpapier ist ein Papier mit einem Flächengewicht von 16 bis 26 g/m². Es wird oft mit Wasserzeichen versetzt und soll sehr dünn, glimmfähig und geschmacklos sein. Außerdem soll es gute optische Werte bezüglich des Weißgrades aufweisen. Die Glimmfähigkeit wird meistens durch Imprägnierungen erreicht, um eine gut aussehende weiße Asche zu hinterlassen. Zigarettenpapier wird meistens aus Leinen oder Hanffasern, Baumwolle, Sulfatzellstoff, Papiermaschinenausschuss sowie aus anderen Faserquellen hergestellt. Der Füllstoffgehalt von Zigarettenpapier beträgt zwischen 5 und 40 %, wobei 30 % als Standardwert angesehen wird.

Der Mahlgrad von Zigarettenpapier variiert zwischen 100 und 25 CSF (CSF = Canadian Standard Freeness) oder zwischen 68 und 90°SR (°SR = Grad Schopper Riegler), bezogen auf das hergestellte Endprodukt.

Verpackungspapiere und Pappen lassen sich in drei Hauptklassen unterteilen: Kistenpappe für Verpackungsanwendungen, Kistenpappe für Anwendungen im Bereich der Konsumentenverpackungen und Spezialpapiere wie Tapeten, Buchrücken, etc. Verpackungspapiere werden üblicherweise als mehrlagiges Produkt mit Flächengewichten über 150 g/m² hergestellt. Der Mahlgrad variiert von 600 bis 50 CSF oder 20 bis 80 °SR, bezogen auf das hergestellte Endprodukt.

Sackpapiere benötigen eine hohe Porosität und hohe mechanische Festigkeit, um den hohen Anforderungen gerecht zu werden, die durch die raue Behandlung während des Füllvorgangs und während der Dauer der Verwendung entsteht, wie beispielsweise bei Zementsäcken. Das Papier muss stark genug sein, um Schläge zu absorbieren und dementsprechend eine hohe Energieabsorptionsrate auf weisen. Das Sackpapier muss auch porös und genügend luftdurchlässig sein, um eine einfache Befüllung zu gewährleisten. Sackpapiere werden üblicherweise als ein Produkt mit Flächengewichten zwischen 70 und 80 g/m² aus einem Langfaser-Kraftzellstoff und mit einem Mahlgrad zwischen 600 bis 425 CSF oder 20 bis 30 °SR hergestellt. Außerdem wird ein mittlerer Mahlgrad, wie oben beschrieben, angestrebt, der meistens durch eine Hochkonsistenzmahlung erreicht wird, während bei konventionellen Papiersorten, beispielsweise bei graphischen Papieren, eine Niedrigkonsistenzmahlung zum Einsatz kommt. Das Ergebnis der Hochkonsistenzmahlung sind gute Verbindungen der Fasern unter einander sowie eine hohe Porosität. Das Sackkraftpapier wird überwiegend aus gebleichten und ungebleichten Fasern hergestellt, wobei ein Füllstoffgehalt von 5 bis 15 % im hergestellten Sackpapier vorhanden sein kann.

Filterpapier benötigt eine hohe kontrollierte Porosität und Porenverteilung. Es muss eine genügend hohe mechanische Festigkeit aufweisen, um dem Durchfluss des zu filternden Mediums entgegenzuwirken.

Filterpapier wird mit einem Flächengewicht von 12 bis 1200 g/m² produziert. Zum Beispiel beträgt es bei einem Luftfilter zwischen 100 und 200 g/m², bei einem Öl- und Treibstofffilter zwischen 50 und 80 g/m², bei einem Lebensmittelfilter bis zu 1000 g/m², bei einem Kaffeefilter bis zu 100 g/m², bei einem Teebeutel zwischen 12 und 20 g/m² und bei einem Staubsaugerbeutel zwischen 100 und 150 g/m². Alle Filter werden aus einer Vielzahl von Fasern, wie Zellstofffasern, gebleichten und ungebleichten Fasern, Kraftzellstoff, DIP-(Deinked-)-Papier, recycelten Fasern, TMP-(thermomechanischem)-Papier, etc. hergestellt, wobei ein Mahlgrad von 600 bis 350 CSF oder von 20 bis 35 °SR angestrebt wird.

Es ist außerdem bekannt, dass der Mahlvorgang einen sehr hohen Einfluss auf die mechanische Festigkeit des herzustellenden Endprodukts, beispielsweise des Filterpapiers, ausübt und dadurch die Entwässerungs- und Trocknungseigenschaften beeinflusst. Deswegen steht die geforderte Entwässerungseigenschaft oft im Gegensatz zu den gewünschten mechanischen Eigenschaften des Endpro dukts.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein weiteres Verfahren zum Beladen von Zellstofffasern mit Kalziumkarbonat zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Aufladen einer Faserstoffsuspension mit Zellulosefasern mit Kalziumkarbonat, mit den folgenden Verfahrensschritten:

– Bildung einer Faserstoffsuspension durch den Einsatz von in Wasser in einem Konzentrationsbereich zwischen 0,01 % und 60 % gelösten Zellulosefasern als Ausgangsmaterial,
– Einbringen von Kalziumhydroxid in flüssiger oder trockener Form oder von Kalziumoxid in die Faserstoffsuspension (Bereich 44) oder in das Wasser, das der Faserstoffsuspension als Verdünnungswasser zugeführt wird,
– Einmischen von gasförmigem Kohlendioxid in die Faserstoffsuspension oder in das Wasser, das der Faserstoffsuspension als Verdünnungswasser zugeführt wird, wodurch infolge der Reaktion von Kohlendioxid mit Kalziumhydroxid Kalziumkarbonat ausgefällt wird.

Der gemäß der Erfindung einsetzbare Faserrohstoff, der mit Kalziumkarbonat beladen werden soll, enthält beispielsweise Recycling-Papier, DIP-Papier, Sekundärfaserstoff, gebleichten oder ungebleichten Sulfatzellstoff, Fertigungsstoffausschuss, Leinen, Baumwolle und/oder Hanffasern (vorwiegend Zigarettenpapier) und/oder jeglichen Papierrohstoff, der auf einer Papiermaschine Verwendung finden kann. Dies gilt unabhängig davon, ob das Endprodukt Füllstoff enthält, der mit einem Fällungsprozess in einem Batchreaktor oder durch einen Mahlvorgang (GCC = ground calcium carbonate) hergestellt wurde, und/oder zusätzlich oder alternativ Talk, Titandioxid (TiO₂), Silizium oder dergleichen zur Anwendung kommen.

Das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Papier hat im allgemeinen eine höhere Entwässerungseigenschaft mit Werten von 5 bis 100 ml CSF oder von 0,2 bis 15 °R in Abhängigkeit vom geforderten Mahlgrad. Zusätzlich besitzt der beladene Fasern aufweisende Stoff oder die Pulpe ein niedriges Wasserrückhaltevermögen von ca. 1 bis 25 %.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich insbesondere Karton- und Verpackungspapiere aller Art, insbesondere Sackkraftpapier, aber auch andere Papiere, wie Zigarettenpapier, herstellen. Durch die Erfindung wird eine gegenüber dem Stand der Technik effektivere Herstellung von Zigarettenpapieren aller Art, von Karton- und Verpackungspapieren, Sackkraftpapieren und Filterpapieren verschiedener Arten ermöglicht, weil sich das in der Stoffsuspension vorhandene Wasser gegenüber den bekannten anderen Herstellungsverfahren schneller entfernen lässt und der Stoff oder die Pulpe somit schneller trocknet.

Für Papiere aller Art, insbesondere für Papiere mit mit Füllstoff beladenen Fasern, wie beispielsweise Zigarettenpapier, Karton- und Packpapier sowie Sackkraftpapier, welche keine Füllstoffe benötigen, kann der freie Füllstoff mittels eines zusätzlich eingeschalteten Waschvorgangs vor dem Mahlprozess, nach dem Mahlprozess oder in der Papiermaschine vor der Stoffauflaufbütte oder im Bereich vor der Zuführung zur Papiermaschine entfernt werden. Dies betrifft nur den Füllstoff, der nicht an oder in den Fasern abgelagert ist und dementsprechend ausgewaschen werden kann. Die Fasern selber sind in ihrem Innern als auch auf der Außenseite mit Füllstoff versehen, so dass die durch das Beladen hervorgerufenen positiven Effekte bestehen bleiben.

Die auch als „Fiber Loading" bezeichnete Technologie zum Beladen der Zellstofffasern mit einem Füllstoff kann vor oder nach dem Mahlprozess verwendet werden, je nachdem, welche Anforderungen an das Endprodukt gestellt werden.

Mit der Fiber-Loading-Technologie kann ein höherer Mahlgrad energiegünstig erreicht werden, da bis zu 50 % der Mahlenergie eingespart werden. Dies wirkt sich insbesondere auf die Papiersorten aus, die wie beispielsweise Zigarettenpapiere, Karton- oder Verpackungspapiere, Sackkraftpapiere oder Filterpapiere sehr hohe Mahlgrade aufweisen. Es werden Zigarettenpapiere mit 100 bis 25 CSF oder 68 bis 90 °SR, Karton- und Verpackungspapiere mit 600 bis 50 CSF oder 20 bis 80 °SR, Sackkraftpapiere mit 600 bis 425 CSF oder 20 bis 30 °SR und Filterpapiere mit 600 bis 350 CSF oder 20 bis 35 °SR hergestellt. Die durch den hohen Mahlgrad erreichten hohen mechanischen Fertigkeiten wirken sich positiv auf die Herstellung von Zigarettenpapieren, von Karton- oder Verpackungspapieren, von Sackkraftpapieren und Filterpapieren aus, da durch prozessbedingte mechanische Belastungen in den verschiedenen Sektionen der Papiermaschine wie der Pressenpartie, der Trockenpartie und im Aufrollbereich der Papiermaschine das hergestellte Zwischenprodukt und das herzustellende Endprodukt durch die Verwendung in Aufroll-, Wickel-, Umroll- und Konvertierungsmaschinen stark betastet wird. Insbesondere bei der Herstellung von Zigarettenpapier entstehen hohe mechanische Belastungen an dem verwendeten Zigarettenpapier, die teilweise durch das niedrige Flächengewicht als auch durch den Einsatz von Wickelmaschinen im Herstellungsprozess bedingt sind.

Durch eine bessere Trocknung wird die Effizienz der Papierproduktion erhöht und zudem die Bedruckbarkeit des Papiers positiv beeinflusst. Hierdurch wird die Effizienz der Papierproduktion, insbesondere bei Zigarettenpapieren, Karton- und Verpackungspapieren, Sackkraftpapieren und Filterpapier, erhöht. Ein höheres Wasserrückhaltevermögen, beispielsweise zwischen 1 und 25 %, hat einen Einfluss auf die Rückbefeuchtung, welche im Herstellungsprozess geringer ist, sowie auf die Bedruckbarkeit der hergestellten Papiere.

Die Technologie des Fiber Loading führt auch zu einer Verbesserung der optischen Werte des Papiers. Mit den gegenwärtig verfügbaren Rohstoffen wird ein höherwertiges Papier mit einem höheren Weißgrad hergestellt. Dies erweist sich als vorteilhaft bei Papier, bei Pappe oder beim Einsatz von Pappe in Verbindung mit einer weißen Decklage, wie sie vorwiegend im Verpackungssektor, z.B. bei Schachteln und Werbeaufdrucken, Anwendung findet.

Insbesondere bei Sackkraftpapieren und Filterpapieren sowie deren Spezialan wendungen, welche eine höhere Porosität erfordern, besteht im Vergleich zu konventionellen Füllstoffen ein weiterer Vorteil darin, dass durch den Einsatz des Fiber Loading ein um bis zu 50 % geringeres Luftrückhaltevermögen erreicht wird. Dies ist beispielsweise wichtig bei der Befüllung von Säcken, bei welchem während des Befüllens Luft durch die von dem Sackkraftpapier gebildete Hülle des Sacks entweicht.

Insbesondere durch das Anlagern von Kalziumkarbonat-Kristallen im Größenbereich von 0,1 bis 10 μm, insbesondere zwischen 0,4 und 5 μm, an, zwischen und in den Fasern wird ein Papier, beispielsweise ein Filterpapier, hergestellt, das sehr kleine Partikel entsprechend der Papierdichte und der Dicke des Papiers zurückhält. Die angelagerten Füllstoffpartikel fungieren dabei als Rückhaltekörper. Die Füllstoffpartikel vergrößern auch die zur Verfügung stehende Oberfläche des Filtermediums, wobei insbesondere durch die Füllstoffpartikel Hohlräume zwischen den Fasern geschaffen werden, die so klein sind, dass Partikel zurückgehalten werden, die durch auf konventionellem Wege hergestelltes Filterpapier nicht ausgefiltert werden können.

Insbesondere bei Karton- und Verpackungspapieren besteht ein weiterer Anwendungsvorteil der Fiber-Loading-Technologie bezüglich des Wasserrückhaltevermögens darin, dass gegenüber konventionell hergestellten Karton- und Verpackungspapieren weniger Wachs eingesetzt werden muss, um eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber Wasser zu erzielen. Dadurch werden Produktionskosten eingespart. Gleichzeitig wird durch die Verringerung des Wachsanteils die Recycelbarkeit der wasserfesten Karton- und Verpackungspapiere erhöht und somit die Umwelt entlastet, da weniger Chemikalien im Herstellungs- und Entsorgungsprozess verwendet werden bzw. anfallen.

Der Einsatz der Fiber-Loading-Technologie hat auch den zusätzlichen Vorteil einer Verbesserung der optischen Helligkeit um bis zu fünf Prozent bei Papieren aller Art, insbesondere bei Zigarettenpapier, Karton- und Verpackungspapier, Sackkraftpapier und bei Filterpapier.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass, sofern eine Kalandrierung des Papiers vorgesehen ist, das so genannte Blackening (Schwarzsatinage) durch die Einlagerung von Kalziumkarbonat-Partikeln in, um und an den Fasern unterdrückt oder eliminiert wird.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie der Zeichnung.

Gemäß der Erfindung lassen sich die einzelnen Substanzen, die der Faserstoffsuspension hinzugefügt werden müssen, in unterschiedlicher Reihenfolge einbringen. So wird gemäß einer Ausführungsform dem Wasser zunächst Kalziumhydroxid und anschließend Kohlendioxid zugeführt.

In einem anderen Verfahren nach der Erfindung wird dem Wasser zunächst Kohlendioxid und anschließend Kalziumhydroxid zugeführt.

In einem Verfahren wird der Faserstoffsuspension zunächst Kalziumhydroxid und anschließend Kohlendioxid zugeführt. Alternativ wird der Faserstoffsuspension zunächst Kohlendioxid und anschließend Kalziumhydroxid zugeführt.

Weiterhin lässt sich gemäß der Erfindung vorsehen, dass die Zugabe von Verdünnungswasser vor, während oder nach der Zugabe von Kohlendioxid oder Kalziumhydroxid erfolgt.

Mit Vorteil wird das Verfahren gemäß der Erfindung so ausgeführt, dass Kalziumkarbonat mit einem Energieaufwand zwischen 0,3 und 8 kWh/t, insbesondere zwischen 0,5 und 4 kWh/t ausgefällt wird. Dabei lagert es sich in den Fasern der Faserstoffsuspension an.

Von Vorteil ist es, wenn die Prozesstemperatur zwischen 0 und 120 °C, vorzugsweise zwischen 20 und 90 °C, liegt.

Gemäß dem Verfahren nach der Erfindung wird das Kalziumkarbonat mit Vorteil in Form von rhombohedrischen, skalenohedrischen oder kugelförmigen Kristallen gebildet.

Dabei haben mit Vorteil die Kristalle Abmessungen zwischen 0,05 μm und 5 μm, vorzugsweise zwischen 0,3 μm und 2,5 μm.

In einem Verfahren nach der Erfindung wird mit Vorteil die Faserstoffsuspension unter Verwendung von statischen und beweglichen, insbesondere rotierenden, Mischelementen durchmischt.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung dieses Verfahrens wird die Faserstoffsuspension in einer Anordnung mit relativ zueinander drehenden Platten, insbesondere mit einem Stator und einem Rotor, mit niedriger Scherenergie vermischt.

Das Verfahren wird besonders vorteilhaft bei niedrigen Drücken durchgeführt. Geeignet sind hierfür insbesondere Drücke zwischen 0 und 10 bar, vorzugsweise im Bereich zwischen 0 und 6 bar.

Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet es, den pH-Wert, bei dem die Reaktionen ablaufen, in einem sehr breiten Rahmen frei zu wählen. Bevorzugt wird in einem pH-Bereich zwischen 6 und 10, vorzugsweise zwischen 7 und 8,5, operiert.

Auch die Reaktionszeit, innerhalb deren Kalziumhydroxid und Kohlendioxid mit einander reagieren, lässt sich in einem vorgegebenen Rahmen festlegen. Bevorzugt wird eine Reaktionszeit festgelegt, die im Bereich zwischen 0,01 und 60 s, vorzugsweise zwischen 0,1 und 10 s, liegt.

Die Erfindung bezieht sich auch auf Anordnungen zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Verfahrensansprüche.

Dabei umfasst die Anordnung vorzugsweise auch eine Einrichtung zur Herstellung einer Kalziumhydroxid-Suspension.

Ebenso umfasst die Anordnung mit Vorteil auch einen statischen Mischer zum Mischen der Faserstoffsuspension.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Anordnung mit einer Pressvorrichtung zum schraubenförmigen Durchmischen und/oder Verdichten der Faserstoffsuspension ausgestattet.

Von Vorteil ist es ebenfalls, wenn die Anordnung einen Reaktor zum Vergleichmäßigen der Faserstoffsuspension umfasst.

Ebenso ist eine Anordnung vorteilhaft, bei der ein Kristallisator vorgesehen ist, dem Kohlendioxid aus einem Kohlendioxid-Behälter und aus dem Reaktor die Faserstoffsuspension zuführbar sind.

Zusätzlich lässt sich dem Kristallisator mit Vorteil Pressenwasser aus der Pressvorrichtung zuführen.

Vorteilhaft ist es, wenn dem Kristallisator ein Mischkasten nachgeordnet ist.

In einer weiteren vorteilhaften Anordnung ist zwischen dem Kristallisator und dem Mischkasten ein statischer Mischer angeordnet.

Gemäß der Erfindung wird eine Faserstoffsuspension in einem Fiber Loading-Prozess behandelt, bei dem der Füllstoff, insbesondere Kalziumkarbonat, unmittelbar in der Stoffaufbereitung einer Fabrik zur Herstellung von Faserstoffbahnen, insbesondere von Papierbahnen, ausgefällt wird.

Dabei ergeben sich mehrere Möglichkeiten für den Einsatz von Anordnungen; je nach dem prozentualen Faserstoffgehalt in der Faserstoffsuspension werden verschiedene Kombinationen von Geräten und Leitungen zur Herstellung einer mit einem Füllstoff beladenen Faserstoffsuspension eingesetzt: In einem Bereich zwischen 0,01 und 15 % werden ein Mischer und/oder ein Refiner eingesetzt. In einem Bereich zwischen 10 bis 20 % werden ein Refiner und ein Disperger verwendet. In einem Bereich zwischen 15 und 60 % werden ein Fluffer und ein FLPCC-Reaktor benutzt.

Nachstehend wird die Erfindung in Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen näher beschrieben.
Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Beladen von in einer Faserstoffsuspension enthaltenen Fasern mit einem Füllstoff durch eine chemische Fällungsreaktion mit einem Pumpfluffer,
2 eine Ansicht des Pumpfluffers gemäß 1 in Richtung der Pfeile A,
3 eine schematische Ansicht einer weiteren Anordnung zum Beladen einer Faserstoffsuspension und
4 ein Schema, gemäß dem zwischen Reaktoren zur Behandlung der Faserstoffsuspension Stoffe zugesetzt werden.
Eine Faserstoffsuspension wird in einer Vorrichtung 10 (1) einem Pumpfluffer 12 zugeführt und in diesem durch Scherkräfte beaufschlagt, um das Fasermaterial in Individualfasern aufzubrechen, d.h. die Oberflächen der Fasern freizulegen und entsprechend die Kontaktfläche zu vergrößern. Dabei wird der Pumpfluffer 12 gleichzeitig als Reaktor für eine chemische Fällungsreaktion benutzt. Er kann insbesondere so ausgeführt sein, dass sich in einem Reaktionskanal 14 eine Reduktion der Fließgeschwindigkeit der Faserstoffsuspension ergibt. Im vorliegenden Fall ist er so ausgeführt, dass die Faserstoffsuspension ausgehend von einem zentralen, radial inneren Bereich allgemein radial nach. außen transportiert wird.
Der Reaktionskanal 14 des Pumpfluffers 12 ist zumindest teilweise durch strukturierte Oberflächen begrenzt, die beispielsweise durch eine jeweilige Zahn- oder Messergarnitur gebildet sein können. Der Reaktionskanal 14 ist zwischen zwei einander gegenüberliegenden Platten 16 mit strukturierten Oberflächen gebildet, zwischen denen die Faserstoffsuspension radial nach außen transportiert wird.
Dem Pumpfluffer 12 ist eine Pfropfenschnecke 18 vorgeschaltet, um die Faserstoffsuspension unter Bildung eines Pfropfens zu verdichten. Der Pfropfenschnecke 18 ist eine Zuführschnecke 20 vorgeschaltet, die in einem zumindest im wesentlichen zylindrischen Kanal oder Gehäuse 22 angeordnet ist. Der Kanal 22 hat einen Anschluss 24 zum Zuführen eines Gemisches, das beispielsweise zumindest aus der Faserstoffsuspension, Wasser und Kalziumoxid und/oder Kalziumhydroxid besteht.
Die Pfropfenschnecke 18 ist drehbar in einem kegelförmigen Kanal 26 angeordnet, dessen Querschnitt sich in Stoffflussrichtung S verjüngt, um die Faserstoffsuspension unter Bildung eines Pfropfens in einem sich an die Pfropfenschnecke 18 anschließenden, unmittelbar vor dem Pumpfluffer 12 angeordneten Kanal 28 zu verdichten. Dieser unmittelbar vor dem Pumpfluffer 12 angeordnete Kanal 28 ist mit einer Förderschnecke 30 versehen und weist einen Anschluss 32 zum unmittelbaren Einleiten von Kohlendioxid in die nicht mehr flüssige, aber noch feuchte Faserstoffsuspension auf.
Die Schnecken 18, 20, 30 besitzen entweder eine gemeinsame Antriebswelle 34, oder sie sind zumindest teilweise getrennt antreibbar. Durch ein im Zentrum des Pumpfluffers 12 vorgesehenes Drallkreuz 36 wird der Pfropfen aufgelockert, und entsprechend werden die Oberflächen des Fasermaterials vergrößert. Die einander gegenüberliegenden strukturierten Oberflächen der Platten 16 erzeugen Scherkräfte im Faserstoff, wodurch die Kontaktfläche des mit dem an den Fasern angelagerten Kalziumhydroxid reagierenden Kohlendioxids vergrößert und somit eine schnelle und effiziente Reaktion gewährleistet wird.
Der Pumpfluffer 12 hat einen zumindest im wesentlichen tangential zu den Platten 16 angeordneten Auslauf 38 für die eingedickte beladene Faserstoffsuspension.
Optional kann auch in diesem Bereich noch eine Kohlendioxid-Zuführung vorgesehen sein, um den gewünschten pH-Wert einzustellen.
Ferner ist ein Zulauf 40 vorhanden, über den die Faserstoffsuspension durch den Zusatz von Wasser verdünnt werden kann; sie kann jedoch auch eingedickt werden.
Die Faserstoffsuspension wird beispielsweise durch Auflösen von Zellstoff oder Altpapier mit Zuschlagstoffen in einem Stofflöser 42 erzeugt oder als nicht getrockneter Faserstoff dem Beladungsprozess zugeführt.
Anschließend wird in einem Bereich 44 Kalziumoxid oder Kalziumhydroxid, letzteres in trockener oder flüssiger Form, zugeführt und mit der Faserstoffsuspension durchmischt. In einem Bereich 46 wird die Faserstoffsuspension beispielsweise anschließend durch Entwässern soweit eingedickt, bis ein noch feuchter Brei entsteht. Auf diese Weise entsteht eine nicht mehr flüssige, aber noch feuchte Faserstoffsuspension.
Von dem Bereich 46 wird dann die beladene Faserstoffsuspension in den Pumpfluffer 12 geleitet, in dem das Kohlendioxid eingebracht wird.
In einer anderen Ausführungsform einer Anordnung, die vorzugsweise für Faserstoffgehalte von 20 % oder weniger, vorzugsweise bis 15 %, eingesetzt wird (3), ist ein Rohrleitungssystem 48 für eine Faserstoffsuspension vorgesehen, das mit Steuerventilen 50, 52 ausgestattet ist. Das Steuerventil 50 ist in einer Leitung 54 angeordnet, über die das Rohrleitungssystem 48 mit einem statischen Mischer 56 verbunden ist. In dem Mischer 56 lässt sich über ein Ventil 58 Verdünnungswasser zuführen. Ebenso wird über ein weiteres, in einer Leitung 60 angebrachtes Ventil 62 der Zufluss einer Suspension von Kalziumhydroxid gesteuert.
Dieses wird von Zubereitungsvorrichtung 64 zur Verfügung gestellt, in der festes Kalziumoxid oder Kalziumhydroxid in Wasser eingebracht wird. Hierzu wird der Zubereitungsvorrichtung 64 über eine Leitung mit einem Ventil 66 Wasser zugeleitet. Die in der Zubereitungsvorrichtung erzeugte Suspension wird über eine Pumpe 68 in die Leitung 60 eingeleitet.
Aus dem Mischer 56 strömt somit mit Kalziumhydroxid versetzte und verdünnte Faserstoffsuspension heraus in eine Leitung 70 mit einem Ventil 72. Aus dieser gelangt die Faserstoffsuspension in eine Pressvorrichtung 74 (Screw Press), in der sie mechanisch bearbeitet wird. In der Pressvorrichtung sind beispielsweise Rotoren vorhanden, die zwischen Statoren angeordnet sind und der Faserstoffsuspension eine Drehbewegung aufprägen.
In Flussrichtung nach der Pressvorrichtung 74 ist, mit dieser über eine Leitung 76 verbunden, ein Reaktor 78 (Equalizing Reactor) vorgesehen, der zur Vergleichmäßigung der Faserstoffsuspension dient.
Diesem ist in Flussrichtung der Faserstoffsuspension über eine Leitung 80 ein Gefäß 82 (Crystallizer = Kristallisator) nachgeordnet. Dieses ist über eine mit Ventilen 84, 86 und einer Pumpe 88 ausgestattete Leitung 90 zu Zuführung von Kohlendioxid mit einem Kohlendioxid-Vorratsbehälter 92 verbunden. Aus diesem wird Kohlendioxid in das Gefäß 82 eingeleitet, um die gewünschte Fällungsreaktion von Kalziumhydroxid und Kohlendioxid zur Bildung von Kalziumkarbonat als Füllstoff in den Fasern des Faserstoffs zu erzeugen.
Über eine von der Leitung 90 abzweigende weitere Leitung 94, die mit einem Ventil 96 ausgestattet ist, ist der Kohlendioxid-Vorratsbehälter 92 zusätzlich mit dem Reaktor 78 verbunden. Dadurch ist es möglich, auch in diesen Kohlendioxid einzuleiten, um bereits den Fällungsprozess einzuleiten.
Ebenso ist die Leitung 90 über ein weiteres Ventil mit einem statischen Mischer 100 verbunden. Dieser dient dazu, der über eine mit einem Ventil 102 versehene Leitung 104 aus dem Gefäß 82 herausströmenden Faserstoffsuspension weiteres Kohlendioxid zuzusetzen.
Aus dem Mischer 100 strömt die Faserstoffsuspension in einen Mischbehälter 106 (Blend Chest), der mit einem Rotor 108 zum Durchmischen der Faserstoffsuspension ausgestattet ist. Aus dem Mischer 100 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 kann von dem Rohrleitungssystem 48 über das Ventil 52 und eine Leitung 110 ebenfalls Faserstoffsuspension zugeführt werden, die nicht mit Kalziumhydroxid beaufschlagt worden ist.
Ferner ist vorgesehen , dass Behälter 112 über eine Leitung 114 mit einem Ventil 116 Verdünnungswasser als Frischwasser und/oder rückgewonnenes Weißwasser und/oder Prozesswasser von der Maschine zur Herstellung der Faserstoffbahn, insbesondere der Papiermaschine, zugeführt wird.
Darüber hinaus ist der Behälter 112 vorzugsweise auch über eine Leitung 118 mit der Pressvorrichtung 74 verbunden.
Aus dem Behälter 112 strömt mit Prozesswasser gemischtes Verdünnungswasser über eine Leitung 118, eine Pumpe 120 sowie ein Ventil 122 zu dem Gefäß 82. Es ergibt sich somit gemäß dem in 3 dargestellten Aufbau einer Anordnung zum Beladen einer Faserstoffsuspension mit einem Füllstoff, insbesondere mit Kalziumkarbonat, eine Vielzahl von Möglichkeiten, die Zusammensetzung der zu erzeugenden Faserstoffsuspension in verschiedenen Stadien der Herstellung zu beeinflussen.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel (4) ist dargestellt, wie in einer Anlage zur Herstellung einer mit Füllstoff angereicherten Faserstoffsuspension in einer Reihenfolge von Reaktoren 124 und 126 verschiedene Substanzen zugeführt werden.
Die Reaktoren 124 und 126 sind zwischen Leitungen 128, 130 und 132 angeordnet. Über Zufuhrleitungen 134 und 136 wird gelöschter Kalk (Kalziumhydroxid) zugeleitet. Über Leitungen 138 und 140 wird Verdünnungswasser zugeleitet, und über Leitungen 142 und 144 wird Kohlendioxid zugeführt.
Jede der Leitungen 134 bis 144 ist vorzugsweise mit einem Ventil 146, 148, 150, 152, 154, 156 ausgestattet, um das Zuströmen des jeweiligen Mediums einzeln steuern oder regeln zu können.

10: Vorrichtung
12: Pumpfluffer
14: Reaktionskanal
16: Platte
18: Pfropfenschnecke
20: Zuführschnecke
22: Zylindrischer Kanal
24: Anschluss
26: kegelförmiger Kanal
28: Kanal
30: Förderschnecke
32: Anschluss
34: Antriebswelle
36: Drallkreuz
38: Auslauf
40: Zulauf
42: Stofflöser
44: Bereich zum Eindicken
46: Bereich zum Mischen
S: Stofflaufrichtung
48: Rohrleitungssystem
50: Steuerventil
52: Steuerventil
54: Leitung
56: Statischer Mischer
58: Ventil
60: Leitung
62: Ventil
64: Zubereitungsvorrichtung
66: Ventil
68: Pumpe
70: Leitung
72: Ventil
74: Pressvorrichtung (Schneckenpresse, Siebpresse)
76: Leitung
78: Reaktor (Egalisierreaktor)
80: Leitung
82: Gefäß (Kristallisator)
84: Ventil
86: Ventil
88: Pumpe
90: Leitung
92: Kohlendioxid-Vorratsbehälter
94: Abzweigende Leitung
96: Ventil
98: Ventil
100: Statischer Mischer
102: Ventil
104: Leitung
106: Mischbehälter (Mischbütte)
108: Rotor
110: Leitung
112: Behälter
114: Leitung
116: Ventil
118: Leitung
120: Pumpe
122: Ventil
124: Reaktor
126: Reaktor
128: Leitung
130: Leitung
132: Leitung
134: Leitung
136: Leitung
138: Leitung
140: Leitung
142: Leitung
144: Leitung
146: Ventil
148: Ventil
150: Ventil
152: Ventil
154: Ventil
156: Ventil

Claims

Verfahren zum Aufladen einer Faserstoffsuspension mit Zellulosefasern mit Kalziumkarbonat, mit den folgenden Verfahrensschritten: – Bildung einer Faserstoffsuspension durch den Einsatz von in Wasser in einem Konzentrationsbereich zwischen 0,01 % und 60 % gelösten Zellulosefasern als Ausgangsmaterial, – Einbringen von Kalziumhydroxid in flüssiger oder trockener Form oder von Kalziumoxid in die Faserstoffsuspension (Bereich 44) oder in das Wasser, das der Faserstoffsuspension als Verdünnungswasser zugeführt wird, – Einmischen von gasförmigem Kohlendioxid in die Faserstoffsuspension oder in das Wasser, das der Faserstoffsuspension als Verdünnungswasser zugeführt wird, wodurch infolge der Reaktion von Kohlendioxid mit Kalziumhydroxid Kalziumkarbonat ausgefällt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Wasser zunächst Kalziumhydroxid und anschließend Kohlendioxid zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Wasser zunächst Kohlendioxid und anschließend Kalziumhydroxid zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserstoffsuspension zunächst Kalziumhydroxid und anschließend Kohlendioxid zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserstoffsuspension zunächst Kohlendioxid und anschließend Kalziumhydroxid zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass Verdünnungswasser vor, während oder nach der Zugabe von Kohlendioxid oder Kalziumhydroxid zugegeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Kalziumkarbonat mit einem Energieaufwand zwischen 0,3 und 8 kWh/t, insbesondere zwischen 0,5 und 4 kWh/t ausgefällt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozesstemperatur zwischen 0 und 120 °C, vorzugsweise zwischen 20 und 90 °C, liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kalziumkarbonat in Form von rhombohedrischen, skalenohedrischen oder kugelförmigen Kristallen gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kristalle Abmessungen zwischen 0,05 μm und 5 μm, vorzugsweise zwischen 0,3 μm und 2,5 μm, haben.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserstoffsuspension unter Verwendung von statischen und beweglichen, insbesondere rotierenden, Mischelementen durchmischt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserstoffsuspension in einer Anordnung (12) mit relativ zueinander drehenden Platten (16), insbesondere mit einem Stator und einem Rotor (108), mit niedriger Scherenergie vermischt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass es bei einem Druck zwischen 0 und 10 bar, vorzugsweise im Bereich zwischen 0 und 6 bar, durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass es bei einem pH-Bereich zwischen 6 und 10, vorzugsweise zwischen 7 und 8,5, durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionszeit, in der Kalziumhydroxid und Kohlendioxid zu Kalziumkarbonat reagieren, im Bereich zwischen 0,01 und 60 s, vorzugsweise zwischen 0,1 und 10 s, liegt.
Anordnung (10) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 15.
Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Einrichtung zur Herstellung einer Kalziumhydroxid-Suspension umfasst.
Anordnung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen statischen Mischer zum Mischen einer Faserstoffsuspension umfasst.
Anordnung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Pressvorrichtung (74) zum schraubenförmigen Durchmischen und/oder Verdichten der Faserstoffsuspension umfasst.
Anordnung nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Reaktor (78) zum Vergleichmäßigen der Faserstoffsuspension umfasst.
Anordnung nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass sie einem Kristallisator (82) umfasst, dem Kohlendioxid aus einem Kohlendioxid-Behälter (92) und aus dem Reaktor (78) die Faserstoffsuspension zuführbar sind.
Anordnung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kristallisator (82) Pressenwasser aus der Pressvorrichtung zuführbar ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kristallisator (82) ein Mischkasten (106) nachgeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kristallisator (82) und dem Mischkasten (106) ein statischer Mischer (100) angeordnet ist.