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Technisches
Gebiet
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung
eines Faserstoffs für
die Papierherstellung, der neben Fasern zumindest auch Wasser und
Füllstoff
enthält,
insbesondere eines Sekundärfaserstoffs.
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Bei
der Herstellung von Faserprodukten wie Papier und dergleichen fallen
in großem
Umfang sogenannte Sekundärfaserstoffe
an, die beispielsweise als Ausschuss von Papier- und Streichmaschinen oder
ggf. aus Altpapier gewonnen werden. Derartige Sekundärfaserstoffe
enthalten neben Fasern verschiedene Abfall- bzw. Störstoffe,
die vor einer Weiterverwendung der Sekundärfaserstoffe in der Papierherstellung
beseitigt werden müssen.
Ferner enthalten die Sekundärfaserstoffe
in der Regel Füllstoffe wie
Calciumcarbonat (CaCO3), Kaolin, Talkum,
Gips oder dergleichen, die in der Papierherstellung gezielt bzw.
genau dosiert eingesetzt werden, um verschiedene Papiereigenschaften
wie Helligkeit, Opazität, Glattheit
etc. zu beeinflussen.
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Zum
Aufbereiten von Sekundärfaserstoffen haben
sich sogenannte Zentrifugalsortierer bewährt, die auch als Zentrifugalcleaner
oder Vortexcleaner bezeichnet werden. Diese bestehen aus einem konischen
oder zylindrisch-konischen Druckbehälter, innerhalb dessen ein
freier Strudel in dem zu behandelnden Faserstoff erzeugt wird. Im
dem Strudel erhält
man durch die wirkenden Zentrifugalkräfte und Fluidscherkräfte eine
Sortierung des Sekundärfaserstoffs
in sogenannten Gutstoff (Accept) und Spuckstoff (Reject). Dabei
hängt die
Einstufung von Partikeln als Gutstoff bzw.
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Spuckstoff
primär
von deren Abmessungen und Form, aber auch von deren Dichte ab.
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Dementsprechend
werden in Zentrifugalsortierern üblicherweise
Fasern mit bestimmten Abmessungen und Formen als Gutstoff gewonnen,
während die übrigen Fasern
sowie Abfallstoffe, Füllstoffe
und dergleichen als Spuckstoff abgeführt werden.
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Ein
der Anmelderin bekanntes Beispiel für den Aufbau einer Zentrifugalsortieranlage 10 mit mehreren
Zentrifugalsortierern 11, 12, 13, 14, 15 ist in 2 schematisch dargestellt.
Dabei werden die von einem Siebwasserbehälter 2 bei der Papierherstellung
ausgestoßenen
Sekundärfaserstoffe
in die fünfstufige
Zentrifugalsortieranlage 10 geführt und dort jeweils in Gutstoff
G und Spuckstoff S sortiert. Anschließend wird der die erste Stufe
verlassende Gutstoff zu der Papierherstellung (dem Stoffauflauf) zurückgeführt und
der die letzte Stufe verlassende Spuckstoff S in einen Abwasserkanal
K geleitet.
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Bei
diesem Vorgang werden entsprechend dem Wirkprinzip von Zentrifugalsortierern
auch beträchtliche
Mengen von Fasern und insbesondere Füllstoff in den Abwasserkanal
abgeleitet, was hinsichtlich des Umweltschutzes und der Abwasserkosten
unerwünscht
ist und ferner einen Verlust von an sich brauchbaren Rohstoffen
darstellt.
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Darstellung
der Erfindung
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung der
eingangs genannten Art bereitzustellen, die ein effizienteres Wiedergewinnen von
Rohstoffen, wie insbesondere Fasern und Füllstoffen, aus dem zu behandelnden
Faserstoff ermöglichen.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung
eines Faserstoffs für
die Papierherstellung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche 1 bzw.
8 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Effizienz von
Zentrifugalsortierern aufgrund ihres einseitigen Wirkprinzips begrenzt
ist, so dass selbst bei Zentrifugalsortieranlagen mit fünf oder mehr
Zentrifugalsortierern nur ein teilweises Wiedergewinnen von Rohstoffen
wie insbesondere Fasern und Füllstoffen
möglich
ist. Daher ist erfindungsgemäß vorgesehen,
eine bekannte Zentrifugalsortieranlage mit einer Trenneinrichtung
und einer zusätzlichen,
zweiten Zentrifugalsortieranlage zu kombinieren.
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Auf
diese Weise werden Synergieeffekte bei der Behandlung der Faser-
bzw. Sekundärstoffe
erzielt. So haben die Erfinder einerseits festgestellt, dass sich
in der Trenneinrichtung (bzw. dem entsprechenden Verfahrensschritt),
welche der ersten Zentrifugalsortieranlage nachgeschaltet ist, auf
einfache Weise und mit einer einfachen Trenneinrichtung ein Großteil des
in dem Faserstoff enthaltenen, wertvollen Füllstoffs wiedergewinnen lässt. Dieser
Füllstoff besitzt
bereits eine ausreichende Reinheit, um zumindest ohne weitere Reinigungsbehandlung
zur Papierherstellung wiederverwendet werden.
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Andererseits
hat sich gezeigt, dass sich dank der zwischengeschalteten Trenneinrichtung
(bzw. dem entsprechenden Trennschritt) eine deutlich gesteigerte
Effizienz in der nachgeschalteten Zentrifugalsortieranlage (bzw.
dem entsprechenden Sortierschritt) ergibt. So lassen sich Fasern überraschenderweise
deutlich wirksamer aus dem Faserstoff wiedergewinnen, wenn der Faserstoff
zuvor bereits weitgehend von Füllstoffen
befreit worden ist. Vor diesem Hintergrund ist es ggf. möglich und
sinnvoll, die Anzahl der Stufen der ersten Zentrifugalsortieranlage zugunsten
derjenigen der zweiten Zentrifugalsortieranlage zu vermindern.
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Im
Ergebnis müssen
bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
und der erfindungsgemäßen Vorrichtung
nur noch deutlich weniger Rohstoffe wie Fasern oder Füllstoffe
in den Abwasserkanal geleitet werden, ohne dass hierfür aufwändige Verfahrensschritte
oder Vorrichtungen erforderlich wären, wie beispielsweise Dispergierer
oder dergleichen, die mit hohen Investitions- und Betriebskosten
verbunden sind. Hierdurch wird nicht nur die Umwelt geschont, sondern
es lassen sich auch erhebliche Kosteneinsparungen erzielen, insbesondere
hinsichtlich der Kosten für
Abwasserbeseitigung und Rohstoffbeschaffung.
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Gemäß einer
Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist das Trennelement durch mindestens ein Sieb gebildet, wodurch
sich ein besonders einfaches Trennen einer feinen Fraktion aus dem
Spuckstoff der ersten Zentrifugalsortieranlage erzielen lässt. Dabei
ist es unter Berücksichtigung des
weiteren Einsatzes der feinen Fraktion besonders bevorzugt, dass
das Sieb eine Maschenweite von höchstens
250 μm,
besonders bevorzugt etwa 140 μm
besitzt. Hierdurch ergibt sich eine besonders vorteilhafte Kombination
zwischen einer ausreichenden Reinheit des getrennten Füllstoffs
und eines zufriedenstellenden Grades der Wiedergewinnung von Füllstoff.
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Im
Hinblick auf eine einfache und wirksame Konstruktion der Trenneinrichtung
ist es gemäß einer Weiterbildung
der vorliegenden Erfindung bevorzugt, dass die Trenneinrichtung
unter Einsatz von Vibration und/oder im Wesentlichen drucklos arbeitet.
Dabei weist die Trenneinrichtung bevorzugt eine Spülvorrichtung
auf, um ein Verstopfen der Trenneinrichtung zu verhindern und die
Trenneffizienz zu erhöhen.
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Die
Ableitung für
die feine Fraktion der Trenneinrichtung ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung
mit einem stromaufwärts
der ersten Zentrifugalsortieranlage vorgesehenen Stoffauflauf verbunden, vorzugsweise über ein
Stoffentlüftungssystem.
Hierdurch kann der wiedergewonnene Füllstoff mittelbar oder unmittelbar
in den Prozess der Papierherstellung zurückgeführt werden, was einen geschlossenen
Stoffkreislauf ergibt.
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Um
eine möglichst
störungsfreie
und wirksame Weiterverwendung des in der Trenneinrichtung gewonnenen
Füllstoffs
bzw. der feinen Fraktion zu gewährleisten,
ist gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass stromabwärts der
Ableitung für
die feinen Fraktionen der Trenneinrichtung ein Füllstoffdosierbehälter vorgesehen
ist. In diesem Füllstoffosierbehälter kann
die Konsistenz der feinen Fraktion bzw. der Füllstoff-Wassersuspension derart eingestellt
werden, wie es für
die weitere Verwendung des Füllstoffs
bei der Papierherstellung vorteilhaft bzw. gewünscht ist.
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Stromabwärts der
Ableitung für
die grobe Fraktion der Trenneinrichtung ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung
ein Verdünnungsstufe
vorgesehen, die es ermöglicht,
die zumindest teilweise von Wasser befreite, grobe Fraktion auf
eine Konsistenz einzustellen, die eine optimale Weiterbehandlung
der groben Fraktion in der nachgeschalteten, zweiten Zentrifugalsortieranlage
sicherstellt. Dabei ist es erfindungsgemäß besonders bevorzugt, dass die
grobe Fraktion vor dem Sortieren in der zweiten Zentrifugalsortieranlage
auf eine Konsistenz von 0,8% bis 1,5%, besonders bevorzugt auf eine
Konsistenz von näherungsweise
1% verdünnt
wird, da sich in diesem Bereich eine besonders effiziente Sortierung
in der zweiten Zentrifugalsortieranlage ergibt.
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Die
zweite Zentrifugalsortieranlage kann prinzipiell eine beliebige
Anzahl an Stufen aufweisen. In der Praxis hat sich jedoch gezeigt,
dass es vorteilhaft und ausreichend ist, wenn die zweite Zentrifugalsortieranlage
zwei Stufen aufweist, die jeweils eine Ableitung für Gutstoff
und eine Ableitung für
Spuckstoff besitzen. Hierdurch wird bei begrenztem Aufwand eine
ausgezeichnete Sortiereffizienz erzielt. Dabei ist es besonders
bevorzugt, dass die Ableitung für
Gutstoff der ersten Stufe der zweiten Zentrifugalsortieranlage zumindest
mittelbar mit der ersten Zentrifugalsortieranlage in Verbindung
steht. Hierdurch können
die in der ersten Stufe der zweiten Zentrifugalsortieranlage wiedergewonnenen
Fasern unmittelbar in den Kreislauf der ersten Zentrifugalsortieranlage
zurückgeführt werden,
um dort gegebenenfalls nach Durchlaufen einer weiteren Stufe in
den Papierherstellungsprozess zurückgeführt zu werden.
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Ferner
ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass
die Ableitung für
Gutstoff der zweiten Stufe der zweiten Zentrifugalsortieranlage
mit der ersten Stufe der zweiten Zentrifugalsortieranlage in Verbindung stehen.
Hierdurch wird ermöglicht,
Fasern, die in der zweiten Stufe der zweiten Zentrifugalsortieranlage als
Gutstoff eingestuft wurden, in der ersten Stufe nochmals zu sortieren
und anschließend
einer Wiederverwendung zuzuführen.
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Kurze Beschreibung
der Figuren
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1 zeigt
schematisch den Aufbau einer Vorrichtung zur Behandlung eines Faserstoffs
für die Papierherstellung
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung;
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2 zeigt
schematisch den Aufbau einer der Anmelderin bekannten Vorrichtung
zur Behandlung eines Faserstoffs für die Papierherstellung;
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Beschreibung
einer bevorzugten Ausführungsform
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend ausführlich unter Bezugnahme auf 1 beschrieben,
die schematisch den Aufbau einer Vorrichtung 1 zur Behandlung eines
Faserstoffs für
die Papierherstellung zeigt. Dabei bezeichnen identische Bezugszeichen
in 1 gleiche oder entsprechende Bauteile in 2.
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Die
in 1 gezeigte Vorrichtung 1 umfasst eine
erste Zentrifugalsortieranlage 10, die in der vorliegenden
Ausführungsform
fünf Zentrifugalsortierstufen 11, 12, 13, 14, 15 aufweist,
die jeweils eine Ableitung für
Gutstoff G und eine Ableitung für
Spuckstoff S besitzen. Es ist selbstverständlich, dass die Erfindung
nicht auf die gezeigte Anzahl von Stufen oder Ableitungen für Gutstoff
G bzw. Spuckstoff S beschränkt
ist. Entscheidend ist lediglich, dass eine letzte Stufe vorgesehen
ist, die eine Ableitung für Gutstoff
G und eine Ableitung für
Spuckstoff S besitzt.
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Die
erste Zentrifugalsortieranlage 10 wird in der gezeigten
Ausführungsform
mit einer Mischung aus Primär-
und Sekundärfaserstoff
aus einem Siebwasserbehälter 2 gespeist,
der neben Fasern verschiedene Abfall- bzw. Störstoffe und darüber hinaus Wasser-
und Füllstoffe
wie Calciumcarbonat, Carolin, Talkum, Gips oder dergleichen enthält. Der
Siebwasserbehälter 2 wird
wiederum von einem stromaufwärts
gelegenen Stoffauflauf 40, wo der Sekundärfaserstoff
ausgesiebt wird, gespeist. Darüber
hinaus wird der Siebwasserbehälter 2 in
der vorliegenden Ausführungsform
von einer Maschinenbütte 44 gespeist,
die Teil einer nicht dargestellten Papiermaschine ist und ihrerseits
von einer Mischbütte 42 gespeist
wird.
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Ferner
umfasst die Vorrichtung 1 eine Trenneinrichtung 20 mit
einem Trennelement 21, das in der vorliegenden Ausführungsform
durch ein Sieb oder gegebenenfalls mehrere Siebe gebildet ist. Die
Maschenweite des Siebes wird anhand des zu trennenden Füllstoffs
festgelegt, beträgt
jedoch bevorzugt höchstens
250 μm,
besonders bevorzugt höchstens 140 μm, ohne dass
die vorliegende Erfindung hierauf beschränkt wäre. Auch ist es prinzipiell
möglich,
gegebenenfalls mehrere Siebe mit unterschiedlichen Maschenweiten
einzusetzen. Ferner handelt es sich bei dem Sieb 21 in
der vorliegenden Ausführungsform
um ein Vibrationssieb, das im Wesentlichen drucklos arbeitet, obgleich
andere Ausführungsformen
ebenso möglich
sind.
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Die
Trenneinrichtung 20 steht mit der Ableitung für Spuckstoff
S der ersten Zentrifugalsortieranlage 10 in Verbindung
und besitzt stromabwärts
des Trennelements 21 eine Ableitung für eine feine Fraktion F, die
dem Siebdurchgang entspricht und im Wesentlichen Füllstoff
und Wasser enthält,
und eine Ableitung für
eine grobe Fraktion C, die das Sieb 21 nicht passiert hat.
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In
diesem Zusammenhang ist festzuhalten, dass der Begriff „Trennen" im Rahmen der vorliegenden
Anmeldung als Aufteilen eines Stoffes in zumindest zwei Fraktionen
mit unterschiedlichen Abmessungen, insbesondere eine feine und eine
grobe Fraktion, verwendet wird. Demgegenüber beschreibt der Begriff „Sortieren" das Aufteilen eines
Stoffes in mindestens zwei Fraktionen nicht nur anhand der Abmessungen,
sondern auch anhand der Dichte, wie dies beispielsweise in einem
Zentrifugalsortierer erfolgt. Diese sortierten Fraktionen werden
als Gutstoff bzw. Spuckstoff bezeichnet.
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Die
Ableitung für
die feine Fraktion F der Trenneinrichtung 20 ist über Leitungen
mit dem stromabwärts
der ersten Zentrifugalsortieranlage 10 vorgesehenen Stoffauflauf 40 verbunden,
sodass die feine Fraktion zumindest mittelbar, d.h. über gegebenenfalls
zwischengeschaltete Zusatzvorrichtungen, zu dem Stoffauflauf 40 zugeführt werden
kann. Dabei ist stromabwärts
der Ableitung für
die feine Fraktion F der Trenneinrichtung 20 ein Füllstoffdosierbehälter 23 vorgesehen,
mittels dessen die Konsistenz der die Trenneinrichtung 20 verlassenden
feinen Fraktion F eingestellt werden kann.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur
Behandlung eines Faserstoffs für
die Papierherstellung umfasst ferner eine zweite Zentrifugalsortieranlage 30,
die mit der Ableitung für
die grobe Fraktion C der Trenneinrichtung 20 in Verbindung
steht und in der vorliegenden Ausführungsform zwei Zentrifugalsortierstufen 31, 32 aufweist,
die jeweils eine Ableitung für
Gutstoff G und eine Ableitung für
Spuckstoff S besitzen. Wie in Zusammenhang mit der ersten Zentrifugalsortieranlage
ausgeführt,
ist die vorliegende Erfindung jedoch selbstverständlich nicht auf die dargestellte
Anzahl und Ausbildung der Zentrifugalsortierstufen 31, 32 beschränkt.
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Zwischen
der zweiten Zentrifugalsortieranlage 30 und der Ableitung
für die
grobe Fraktion C der Trenneinrichtung 20 ist eine Verdünnungsstufe 24 vorgesehen,
mittels der die Konsistenz der groben Fraktion C einstellbar ist.
Diese Verdünnungsstufe 24 ist
insbesondere erforderlich, da dem Faserstoff in der Trenneinrichtung 20 ein
Großteil
des Wassers entzogen wird, sodass die grobe Fraktion eine vergleichsweise
hohe (steife) Konsistenz besitzt. In der Verdünnungsstufe 24 kann
die Konsistenz der groben Fraktion derart eingestellt werden, dass
sich in der nachgelagerten, zweiten Zentrifugalsortieranlage 30 ein
optimaler Sortiervorgang ergibt.
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Innerhalb
der zweiten Zentrifugalsortieranlage 30 ist die Ableitung
für Gutstoff
G der zweiten Stufe 32 mit der ersten Stufe 31 der
zweiten Zentrifugalsortieranlage 30 verbunden.
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Darüber hinaus
ist die Ableitung für
Gutstoff der ersten Stufe zumindest mittelbar mit der ersten Zentrifugalsortieranlage 10 verbunden,
um den Gutstoff in den Sortierkreislauf zurückzuführen. Dabei durchläuft der
aus der ersten Stufe 31 austretende Gutstoff in der vorliegenden
Ausführungsform
zunächst
einen Faserstoffbehälter 40 sowie
die Mischbütte 42 und
die Maschinenbütte 44,
bevor er über den
Siebwasserbehälter 2 in
die erste Zentrifugalsortieranlage 10 gelangt. Alternativ
ist es ebenso möglich,
dass die Ableitung direkt in die erste Zentrifugalsortieranlage 10 erfolgt,
beispielsweise stromaufwärts
des zweiten Zentrifugalsortierers 12 der ersten Zentrifugalsortieranlage 10.
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Nachfolgend
wird der Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur
Behandlung eines Faserstoffs für
die Papierherstellung unter Bezugnahme auf 1 beschrieben.
Die Mischung aus Primär- und
Sekundärfaserstoff
aus der Mischbütte 44 wird im
Siebwasserbehälter
verdünnt
mit Siebwasser aus dem Stoffauflauf 40 (über zugehöriges Formiersieb) und
von dort in die erste Zentrifugalsortieranlage 10 eingespeist.
In der Anlage 10 durchläuft
die Mischung aus Primär-
und Sekundärfaserstoff
bis zu fünf
Zentrifugalsortierstufen, in denen jeweils ein Gutstoff G bzw. ein
Spuckstoff S gebildet wird. Dabei wird der Gutstoff jeweils zu der
vorhergehenden Stufe bzw. einem Entlüftungsbehälter 4 zurückgeführt, während der
Spuckstoff jeweils an die nachfolgende Stufe weitergegeben wird.
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Nach
Durchlaufen der fünften
Stufe 15 wird der Spuckstoff S an die Trennanrichtung 20 ausgegeben,
wo der Spuckstoff S mittels der Trenneinrichtung 21 in
eine feine Fraktion F und eine grobe Faktion C getrennt wird. Die
feine Fraktion F, die im Wesentlichen Wasser und Füllstoff
enthält,
wird aus der Trenneinrichtung 20 abgeleitet und in einen
Füllstoffdosierbehälter 23 gegeben,
wo die Konsistenz der Füllstoff-Wassersuspension
auf einen Wert eingestellt wird, der für die Weiterverwendung der
Füllstoff-Wassersuspension
in der Papierherstellung geeignet ist. Danach wird die Füllstoff-Wassersuspension über eine
Leitung stromabwärts
des Siebwasserbehälters 2 in
den Papierherstellungsprozess zurückgeführt, um schließlich über den
Entlüftungsbehälter 4 wieder zum
Stoffauflauf 40 zu gelangen.
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Die
in der Trenneinrichtung 20 gebildete grobe Fraktion C wird
einer Verdünnungsstufe 24 zugeführt, wo
die Konsistenz der weitgehend entwässerten, groben Fraktion C
auf einen Wert eingestellt wird, der für die nachfolgende Behandlung
in der zweiten Zentrifugalsortieranlage 30 geeignet ist.
Dabei liegt die Konsistenz, d.h. der Fasergewichtsanteil der groben
Fraktion, bevorzugt im Bereich von 0,8 bis 1,5 %, insbesondere im
Bereich von näherungsweise 1%.
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Anschließend wird
die verdünnte,
grobe Fraktion C der zweiten Zentrifugalsortieranlage 30 zugeführt, um
dort einem erneuten Sortierkreislauf unterworfen zu werden. Dabei
wird der Gutstoff der ersten Zentrifugalsortierstufe 30,
d.h. der Faseranteil der groben Fraktion C, der zur Papierherstellung
geeignet ist, direkt über
eine Leitung oder indirekt über den
Faserstoffbehälter 40,
die Mischbütte 42,
die Maschinenbütte 44 und
den Siebwasserbehälter 2 in
die erste Zentrifugalsortieranlage 10 zurückgeführt, um von
dort gegebenenfalls zumindest teilweise in den Papierherstellungsprozess
zurückgeführt zu werden. Lediglich
ein kleiner, überwiegend
Abfallstoffe und unbrauchbare Fasern enthaltender Anteil des ursprünglichen
Sekundärfaserstoffs
wird schließlich
in der zweiten Stufe 32 der zweiten Zentrifugalsortieranlage 30 als
Spuckstoff 5 in einen Kanal K ausgestoßen. Dieser Ausschuss besitzt
einen erheblich geringeren Faser- und Füllstoffanteil als der bei der
Vorrichtung gemäß 2 gebildete
Ausschuss, sodass sich neben einer erheblichen Entlastung der Umwelt deutliche
Kosteneinsparungen hinsichtlich der Abwasser- und Abfallentsorgung
und der Rohstoffbeschaffung ergeben.