DE19520494C2 - Verfahren zum Wiedergewinnen von Fasern und Fraktionieranlage für eine Papierfabrik - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Fraktionieranlage für eine Papierfabrik zur Durchführung des vorgenannten Verfah­ rens.

Die Papierherstellung in einer Papierfabrik erfolgt üblicherweise derart, daß in einer der Papiermaschine vorgeschalteten Stoffaufbereitungsanlage der Papierfabrik aus Frisch- oder Altpapierfasern oder einer Mischung der genannten Fasern ein für die jeweilige Papierproduktion geeigneter Papierrohstoff hergestellt wird. Dieser Papier­ rohstoff besteht in Abhängigkeit der Qualität des Endproduktes aus einer Mischung von Fasern unterschiedlichster Qualität. Bei der Stoffaufbereitung fällt in der Stoff­ aufbereitungsanlage und während der Papierherstellung in der Papiermaschine ein Rest- oder Fangstoff im Przeßwasserstrom an, der, unter anderem Grobschmutz, wie Kunststoff- und Metallteile, Fasermaterial, Schwarzpartikel, wie Ruß und Druckfar­ benreste, sowie Füllstoffe mit einem großen Anteil an Kaolin, Pigmente, Calciumcar­ bonat und Titandioxid enthält. Der den Rest- oder Fangstoff enthaltene und von der Papierfabrik abgeführte Prozeßwasserstrom, der im folgenden als Rest- oder Fang­ stoffstrom bezeichnet wird, ist bisher üblicherweise einer Wasseraufbereitung zuge­ führt worden. Das dabei gewonnene Filtrat wurde dann zur Papierfabrik zurückge­ führt, während der aus der Wasseraufbereitung abgezogene Schlamm entsorgt wer­ den mußte. Bei der vorliegenden Erfindung geht es ausschließlich um den von der Papierfabrik abgeführten Rest- oder Fangstoffstrom.

Bei dem aus der DE 40 34 054 C1 bekannten Verfahren wird der gesamte Rest- oder Fangstoff als Abwasserstrom einer Restabwasserkläranlage zugeführt und gegebe­ nenfalls unter Zuhilfenahme von Flockungsmitteln einer Sedimentation unterzogen. Aus dem Schlammsammelraum der Kläranlage wird dann ein Dünnschlamm abgezo­ gen. Dem Dünnschlamm wird zur Erzielung einer genau bestimmten Konsistenz Rest­ abwasser zugemischt. Anschließend wird der im Rest- oder Fangstoffstrom enthaltene Grobschmutz abgesiebt. Der Siebdurchgang wird zur Abscheidung von Schwarzpar­ tikeln einer Zentrifugieranlage mit einer Vielzahl von Hydrozyklonen zugeführt. Der von den Hydrozyklonen abgegebene Stoffstrom wird sodann einer Siebung zuge­ führt, in der die Fraktionen Fasern, Agglomerate sowie Pigmente und Füllstoffe ge­ wonnen werden. Die Pigmente und Füllstoffe werden in einem anschließenden Ver­ fahrensschritt voneinander getrennt. Schließlich werden die Fasern, Pigmente und Füllstoffe wieder der Stoffaufbereitung der Papierfabrik zugeführt.

Das bekannte Verfahren hat verschiedene wesentliche Nachteile. Die Kläranlage und die Zentifugieranlage mit den Hydrozyklonen sind sehr aufwendig und kosteninten­ siv. Darüberhinaus ist der Energiebedarf zum Betrieb der Klär- und insbesondere der Zentrifugieranlage sehr hoch, da sich in den Hydrozyklonen beim Betrieb ein ver­ gleichsweise hoher Druckverlust ergibt. Außerdem ist die genaue Einstellung des den Hydrozyklonen zugeführten Dünnschlammstromes einerseits aufwendig, andererseits aber unerläßlich, da die Hydrozyklone bei von der optimalen Konsistenz abweichen­ der Dünnschlammkonzentration nicht mehr oder nur mit einem geringen Wirkungs­ grad betrieben werden können. Die bekannte Anlage ist maßgeblich zum Einsatz in der zellstoffverarbeitenden Industrie ausgelegt, da es sich bei den aus dem Abwasser­ schlamm gewonnenen Fasern im wesentlichen um Zellstoffasern handelt. Die bekann­ te Anlage ist nicht zum Einsatz in der auch Altpapier verarbeitenden Industrie ausge­ legt, wo die aus dem Rest- oder Fangstoff gewonnene Faserfraktion sehr viel Kurz- und Bruchfasern enthält, was den Einsatz dieser Faserfraktion sehr erschwert und für die meisten Papierfabriken unmöglich macht.

Aus der DE 31 39 989 C2 geht ein Verfahren zur Herstellung von Papier aus stark verschmutzten Faserrohstoffen sowie eine Anlage zur Ausführung des Verfahrens hervor. Ziel dieses bekannten Verfahrens ist es, eine wesentliche Vereinfachung der bekannten Anlage und des bekannten Verfahrens durch Wegfall von Scheibenfiltern oder ähnlichen Geräten mit komplizierten Kreisläufen bei gleichzeitiger Verbesserung der Arbeitsweise der Anlage zu erzielen, so daß diese auch zur Aufbereitung stark verschmutzter Faserrohstoffe, insbesondere Altpapier geeignet sind. Mit der Aufbe­ reitung des aus der Papierfabrik abgeführten Rest- oder Fangstoffs beschäftigt sich dieser Stand der Technik nicht. Der anfallende Schlamm wird hier bei einem Eindicker zugeführt, wobei die gewonnenen Feststoffe dann einer Ablagerungsstätte zugeführt werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, ein Verfahren zum Wiedergewinnen von Fasern der vorgenannten Art zur Verfügung zu stellen, das einfach und kosten­ günstig durchgeführt werden kann und insbesondere zum Einsatz in der auch Alt­ papier verarbeitetenden Industrie ausgelegt ist.

Diese Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art mit den im Patent­ anspruch 1 angegebenen kennzeichnenden Merkmalen gelöst.

Bei der Erfindung ist zunächst einmal erkannt worden, daß die Schwarzpartikel zum Teil nur mit sehr geringen Adhäsionskräften an den Fasern und dem Grobschmutz haften. Die Schwarzpartikel können während des Abscheidens der Faserfraktion teilweise sehr leicht von dem Grobschmutz und den Fasern durch auftretende Turbu­ lenzen und den Siebvorgang abgetrennt werden. Es ist daher nicht erforderlich, die Schwarzpartikel in aufwendiger Weise insgesamt vorab abzuscheiden. Durch das Abscheiden der Schwarzpartikel beim Sieben der Fasern wird zum Teil sogar ein hö­ herer Weißheitsgrad der Fasern erreicht als beim Zentrifugieren. Die aufwendige An­ lagentechnik beim Stand der Technik zum Vorabscheiden der Schwarzpartikel ist bei der Erfindung nicht erforderlich.

Weiterhin ist bei der Erfindung erkannt worden, daß die Faserfraktion, auch wenn sie hohe Anteile an Kurz- und Bruchfasern enthält, ohne weiteres in besonders wirt­ schaftlicher Weise genutzt werden kann, wenn die Faser-Fraktion je nach gewünsch­ ter Fasergröße in unterschiedliche Faserklassen, beispielsweise in Langfasern, Kurzfa­ sern und/oder Bruchfasern über entsprechende Siebe klassiert wird. Hierdurch ent­ steht die Möglichkeit, auch in der altpapierverarbeitenden Industrie die gewonnenen Fasern ganz gezielt je nach den Anforderungen des zu erzeugenden Produktes wie­ der der Produktion zuzuführen. Die von der jeweiligen Papierfabrik nicht zu verwen­ denden Faserqualitäten und -klassen können zur Herstellung von Papierqualitäten mit anderen Anforderungen an das Endprodukt anderen Papierfabriken oder sonsti­ gen Industriezweigen zugeführt, d. h. verkauft werden.

Ein wesentliche verfahrensmäßige Vereinfachung ergibt sich dann, wenn der von der Stoffaufbereitungsanlage und/oder der Papiermaschine abgeführte Rest- oder Fang­ stoffstrom direkt bzw. unmittelbar - d. h. ohne Zwischenschaltung einer Klär- oder Wasseraufbereitungsanlage - und insbesondere ohne Voreinstellung der Konsistenz der Anlage zugeführt wird. Darüberhinaus ist nur eine vergleichsweise einfache An­ lagentechnik erforderlich.

Verfahrensmäßig bietet es sich außerdem an, wenn aus dem Rest- oder Fangstoffstrom vor der Klassierung der Faser-Fraktion zunächst eine beispielsweise Kunststoffe und/oder Metall enthaltende Grobschmutz-Fraktion durch eine Siebung abgeschie­ den, wird. Anschließend wird die Faser-Fraktion in die gewünschten Faserklassen klassiert. Schließlich kann auch die Abscheidung der Asche-Fraktion ebenfalls über eine Siebung erfolgen. Durch die Verwendung der Siebtechnik zumindest zur Ab­ scheidung oder Klassierung des Grobschmutzes und der Faserklassen ist es bei kas­ kadenartiger Anordnung der entsprechenden Siebe möglich, die Abscheidung oder Klassierung und damit die Gewinnung der unterschiedlichsten Faserklassen im we­ sentlichen unter dem Einfluß der Schwerkraft durchzuführen. Der erforderliche En­ ergieaufwand zur Gewinnung der unterschiedlichen Faserqualitäten wird so auf ein Minimum beschränkt.

Durch die umfassende Behandlung des Rest- oder Fangstoffstroms wird außerdem ein Filtrat mit einer derart hohen Qualität gewonnen, daß eine weitere Wasseraufbe­ reitung nicht erforderlich ist. Das Filtrat, dessen Qualität den jeweiligen Erfordernis­ sen entsprechend einstellbar ist, kann ohne weiteres der Stoffaufbereitungsanlage und/oder der Papiermaschine und/oder dem Rest- oder Fangstoffstrom vor und/oder in der Anlage wieder zugeführt wird.

Die einzige Figur zeigt schematisch eine Papierfabrik 1. Die Papierfabrik 1 weist vor­ liegend eine Stoffaufbereitungsanlage 2 und Papiermaschine 3 auf. Ganz wesentlich ist nun, daß der Papierfabrik 1 eine Anlage 4 zugeordnet, die der Stoffaufbereitungs­ anlage 2 und auch der Papiermaschine 3 direkt oder unmittelbar nachgeschaltet ist. In dieser Anlage 4 erfolgt eine Behandlung eines von der Stoffaufbereitungsanlage 2 und der Papierherstellungsanlage 3 abgeführten Rest- oder Fangstoffstroms R, wobei unterschiedliche im Rest- oder Fangstoffstrom R enthaltene Stoffe abgeschieden und zumindest zum Teil wiedergewonnen werden.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Papierfabrik 1. Die Papierfabrik 1 weist vorliegend eine Stoffaufbereitungsanlage 2 und die eigentliche Papierherstellungsanlage 3 auf. Ganz wesentlich ist nun, daß die Papierfabrik 1 weiterhin noch eine Fraktionsanlage 4 auf­ weist, die der Stoffaufbereitungsanlage 2 und auch der Papierherstellungsanlage 3, nachgeschaltet ist. In dieser Fraktionieranlage 4 erfolgt eine Fraktionierung eines von der Stoffaufbereitungsanlage 2 und der Papierherstellungsanlage 3 abgeführten Rest- oder Fangstoffs R. Die Fraktionieranlage 4 weist vorliegend vier Fraktionierstufen 5, 6, 7, 8 auf. In diesen werden jeweils Vibrationssiebe verwendet, über die der Rest- oder Fangstoff R geführt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren läuft nun wie folgt ab:

Der Stoffaufbereitungsanlage 2 der Papierfabrik 1 wird ein Ausgangs-Papierrohstoff G zugeführt. Hierbei handelt es sich um Altpapier, Zellulose und weitere Mate­ rialien. Den Erfordernissen des jeweils herzustellenden Papiers entsprechend wird der Ausgangs-Papierrohstoff G in der Stoffaufbereitungsanlage 2 in einen Papierrohstoff PR und in den Rest- oder Fangstoff R aufgeteilt. Der Papierrohstoff PR wird der Pa­ pierherstellungsanlage 3 zugeführt und dort zu Papier P verarbeitet, das dann, wie in der Zeichnung angedeutet, als Produkt die Papierfabrik 1 verläßt. Der Rest- oder Fangstoff R verläßt ebenfalls die Stoffaufbereitungsanlage 2 und wird der Fraktio­ nieranlage 4 zugeführt. Auch in der Papierherstellungsanlage 3 kommt es zum Anfall von Rest- oder Fangstoff R, der der Fraktionsanlage 4 zugeführt wird.

Es darf an dieser Stelle darauf hingewiesen werden, daß es zwar besonders zweck­ mäßig ist, den gesamten Rest- oder Fangstoff R im Anschluß an die Stoffaufberei­ tung/Papierherstellung der Fraktionieranlage zuzuführen. Allerdings versteht es sich, daß natürlich auch etwaige Teilströme oder -mengen des Rest- oder Fangstoffs R, die noch nicht den gesamten Prozeß der Stoffaufbereitung/Papierherstellung durchlaufen haben, jedoch mehrere Fraktionen von unterschiedlichen Stoffen enthal­ ten, ohne weiteres der Fraktionieranlage 4 zugeführt werden können. Die dargestellte Anordnung hat sich jedoch als die Zweckmäßigste erwiesen, wobei der Rest- der Fangstoff R insgesamt im Anschluß an die Stoffaufbereitungsanlage 2 und die Pa­ pierherstellungsanlage 3 nicht - wie beim Stand der Technik - einem Absetzbecken zur Eindickung und zur anschließenden Verbringung des Rest- oder Fangstoffs R zugeführt wird, sondern der Fraktionieranlage 4.

Bei der dargestellten Ausführungsform ist bei der Papierherstellung eine erhebliche Menge an Prozeßwasser erforderlich. Die Papierherstellung erfolgt also "naß". Dementsprechend wird der Rest- oder Fangstoff R auch im von der Stoffaufberei­ tungsanlage 2 abgeführten Prozeßwasser mitgeführt und es erfolgt eine Naß-Frak­ tionierung in der Fraktionieranlage 4. Den jeweils gewünschten Anforderungen ent­ sprechend kann in der Fraktionieranlage 4, eine Dünnstoff-, Mittelstoff- oder Dick­ stoff-Fraktionierung durchgeführt werden. Bei der Dünnstoff-Fraktionierung liegt der Stoffanteil im Prozeßwasser zwischen 0 und 1%, bei der Mittelstoff-Fraktionie­ rung zwischen 1 bis 6% und bei der Dickstoff-Fraktionierung zwischen 6 und 18%. Bei Versuchen hat sich herausgestellt, daß es zur Fraktionierung der Fasern und/oder des Kaolins besonders vorteilhaft ist, die Fraktionierung in einem Dünnstoffstrom durchzuführen, da in einem Dünnstoffstrom eine leichtere Trennung der einzelnen Fraktionen möglich ist.

Bei der Naß-Fraktionierung bietet sich eine kaskardenartige Anordnung mehrerer Fraktionierstufen an. Zunächst wird der Rest- oder Fangstoff R einer ersten Fraktio­ nierstufe 5 zugeführt, wobei Kunststoffe K und Metalle M fraktioniert werden. In der sich daran anschließenden zweiten Fraktionierstufe 6 werden Langfasern LF, in der dritten Fraktionierstufe 7 Kurzfasern KF fraktioniert. Die Unterteilung von Lang- und Kurzfasern erfolgt in der Papierindustrie in Abhängigkeit des sogenannten Schopper- Riegler-Indexes (SR). 16°-20° Schopper-Riegler-Index SR entspricht einer Langfa­ ser, 25°-30° Schopper-Riegler-Index SR einer Kurzfaser. Natürlich sind auch andere Definitionen möglich.

In vierten Fraktionierstufe 8 wird schließlich Kaolin K fraktioniert. Das die vierte Fraktionierstufe 8 verlassende Filtrat F wird wieder der Stoffaufbereitungsanlage 2 direkt zugeführt. Der Filtratstrom kann zumindest teilweise auch zur Einstellung der gewünschten Konzentration (Dünnstoff) des Rest- oder Fangstoff R dienen, wenn dieser der Fraktionieranlage 4 zugeführt wird.

Obwohl vorliegend in den einzelnen Fraktionierstufen 5, 6, 7, 8 jeweils Vibrations­ siebe eingesetzt werden, um die einzelnen Fraktionen voneinander zu trennen, ver­ steht es sich, daß selbstverständlich auch andere Geräte zum Fraktionieren oder Sor­ tieren verwendet werden können, beispielsweise Zentrifugen, Zyklone. Völlig unab­ hängig davon, wie die Naß-Fraktionierung in den Fraktionierstufen 5, 6, 7, 8 abläuft, bietet es sich an, noch eine weitere Bearbeitung bzw. Behandlung des bei der Frak­ tionierung erhaltenen Produkts durchzuführen. So kann beispielsweise die von der Fraktionierstufe 5 abgeführte oder erhaltene Fraktion KM aus Kunststoffen und Me­ tallen nochmals einer Sortierung auf einerseits Kunststoffe und andererseits Metalle unterworfen werden oder aber direkt entsorgt werden. Die in den Fraktionierstufen 6 und 7 erhaltenen Langfasern LF und Kurzfasern KF können beispielsweise mit einer Presse eingedickt und/oder getrocknet werden. Anschließend können diese einzel­ nen Fraktionen wieder als Teil des Ausgangs-Papierrohrstoffs G der Stoffaufberei­ tungsanlage 2 oder auch einer anderen industriellen Nutzung zugeführt werden. Das von der vierten Fraktionierstufe 8 abgeführte Kaolin K wird vorzugsweise flotiert, um den Reinheitsgrad zu erhöhen. Bei der Flotation wird das Kaolin K von Farbpigmen­ ten getrennt. Das Kaolin K kann anschließend als Rohstoff zur Herstellung von Glas oder Baustoff verwendet werden.

Es versteht sich, daß die Fraktionierung des Rest- oder Fangstoff R nicht notwendi­ gerweise naß erfolgen muß. Natürlich ist auch eine Trocken-Fraktionierung möglich. Diese bietet sich insbesondere dann an, wenn der Rest- oder Fangstoff R trocken aus, der Stoffaufbereitungsanlage und/oder der Papierherstellungsanlage anfällt, was be­ deutet, daß die Stoffaufbereitung und/oder die Papierherstellung selbst trocken er­ folgt. Es ist natürlich auch möglich, den Rest- oder Fangstoff R vor dem Zuführen zur Fraktionieranlage 4 zu trocknen, wobei er also vom Prozeßwasser aus der Stoffaufbe­ reitungsanlage oder der Papierherstellungsanlage getrennt wird.

Um die Trocken-Fraktionierung in der Fraktionieranlage 4 durchführen zu können, ist es erforderlich, daß der Rest- oder Fangstoff R pulverisiert wird. Dies kann beispiels­ weise in einer entsprechenden Mühle geschehen. Der dann pulverisierte Rest- oder Fangstoff R wird anschließend sortiert, wobei die einzelnen zuvor erwähnten Frak­ tionen anfallen. Die Sortierung kann beispielsweise über Windsichter, Zentrifugie­ rung, Zyklone, Siebe erfolgen. Da die Fraktionierung trocken erfolgt, versteht es sich, daß die Fraktionen KM, LF und KF nicht notwendigerweise einer Nachbehandlung bedürfen. Lediglich bei der Fraktion K mag eine Flotierung angebracht sein.

Claims (12)

1. Verfahren zum Wiedergewinnen von Fasern aus einem mehrere unterschiedliche Fraktionen aufweisenden Rest- oder Fangstoff (R), der bei der Herstellung von Papier (P) in einer Papierfabrik (1), insbesondere einer Stoffaufbereitungsanlage (2) und/oder einer Papierherstellungsanlage (3) anfällt, wobei der Rest- oder Fangstoff (R) einer Fraktionieranlage (4) zur Fraktionierung zumindest einer im Rest- oder Fangstoff (R) enthaltenen Faser-Fraktion über eine Siebung und einer Kaolin (K) enthaltenden Fraktion zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern in Langfasern (LF) und Kurzfasern (KF) fraktioniert werden, wobei für die Langfasern (LF) und die Kurzfasern (KF) jeweils eine eigene Sieb-Faser-Fraktionierstufe (6, 7) vorgesehen ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Rest- oder Fangstoff (R) Kunststoffe und/oder Metall fraktioniert werden.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rest- oder Fangstoff (R) im von der Stoffaufbereitungsanlage (2) und/oder der Papierherstellungsanlage (3) abgeführten Prozeßwasser mitgeführt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rest- oder Fangstoff (R) naß fraktioniert wird und daß der Rest- oder Fang­ stoff (R) mit einem Stoffanteil im Prozeßwasser bei der Dünnstoff-Fraktionierung zwi­ schen 0 bis 1%, bei der Mittelstoff-Fraktionierung zwischen 1 bis 6% und bei der Dickstofffraktionierung zwischen 6 und 18% fraktioniert wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fraktionierung des Kaolins (K) und/oder der Kunststoffe/Metalle (KM) über eine Siebung im Flüssigkeitsstrom, vorzugsweise unter Vibrationen von entsprechen­ den Sieben, erfolgt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem aus der Stoffaufbereitungsanlage (2) und/oder der Papierherstellungsan­ lage (3) abgeführten Rest- oder Fangstoff (R) in einer ersten Fraktionierstufe (5) Kunststoffe/Metalle (K/M), in einer zweiten Fraktionierstufe (6) Langfasern (LF), in einer dritten Fraktionierstufe (7) Kurzfasern (KF) und in einer vierten Fraktionierstufe (8) Kaolin (K) fraktioniert werden.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Faser-Fraktion nach der Fraktionierung eingedickt und/oder getrocknet wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kaolin-Fraktion nach der Fraktionierung flotiert wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtrat nach der Fraktionierung der Stoffaufbereitungsanlage (2) und/oder dem Rest- oder Fangstoff (R) vor oder bei der Fraktionierung wieder zugeführt wird.

10. Fraktionieranlage zur Durchführung des Verfahrens nach ei­ nem der vorhergehenden Ansprüche bestehend aus Fraktionierstufen für Kunststoffe/Metalle, Fasern und Kaolin, dadurch gekennzeichnet, daß die Faser- Fraktionierstufe eine Sieb-Langfaser-Klassierstufe (6) und eine Sieb-Kurzfaser-Klas­ sierstufe (7) aufweist.

11. Fraktionieranlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Sieb-Fa­ ser-Fraktionierstufe sich direkt an die Kunststoff/Metall-Fraktionierstufe (5) an­ schließt und daß die Fraktionieranlage (4) direkt der Stoffaufbereitungsanlage (2) und/oder der Papierherstellungsanlage (3) nachgeschaltet ist.

12. Fraktionieranlage nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Fraktionieranlage (4) vier Fraktionierstufen (5, 6, 7, 8) aufweist.