DE19626200C2 - Verfahren zur Erhöhung des Weißgrades von Altpapierfaserstoff - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erhöhung des Weißgrades von Altpapierfasern gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein ähnliches Verfahren ist z. B. aus der EP 0 557 651 A1 bekannt. Altpapier wird eingedickt und bei erhöhter Temperatur mit molekularem Sauerstoff und Peroxid behandelt. Dadurch werden die an sich bekannten chemischen Umsetzungen veranlaßt, bei denen insbesondere das Lignin von den Fasern gelöst wird. Nach dem Ausblasen aus dem Druckraum wird dann der gebleichte Stoff gewaschen. Das in Lösung gebrachte Lignin wird mit dem Waschwasser entfernt. Mit Hilfe eines solchen Verfahrens soll und kann der Weißgrad des Papierstoffes gesteigert werden, d. h., daß das später daraus erzeugte Papier möglichst weiß sein soll.

Aus einer anderen Patentschrift, der US 5,211,809, ist ein Altpapierbleichverfahren bekannt, bei dem ebenfalls elementarer Sauerstoff eingesetzt wird. Das Verfahren arbeitet jedoch ausschließlich mit intensiver chemischer Einwirkung auf den Stoff, und zwar einer gezielt herbeigeführten chemischen Reaktion zwischen den enthaltenen Farbstoffen und dem Sauerstoff. Das heißt, daß es sich hier um eine Entfernung bzw. Reduzierung von Farbstoffen handelt.

In der DE AS 19 54 267 wird ein Verfahren zur Delignifizierung von zellulosehaltigem Material beschrieben, bei dem durch Abbau und Herauslösen von Lignin Zellstoff hergestellt werden soll. Damit sind jedoch Ausbeuteverluste und verstärkte Abwasserprobleme verbunden. Konkret wird eine Delignifizierungsstufe mit einer alkalischen Extraktion vorgeschlagen, deren Wirkung durch O₂ oder Luft verbessert wird. Weiterhin wird eine Mg-Verbindung zugegeben, die die Kohlenhydrate, also die Zellulose vor dem Kettenabbau schützt und dadurch Festigkeitseinbußen des erzeugten Zellstoffes verhindert. Ein signifikanter Weißgradanstieg ist durch dieses Verfahren nicht erzielbar. Allenfalls ist es eine Vorbereitung für eine nachfolgend durchzuführende weißgraderhöhende Bleiche. Bekanntlich sind Bleichen und Delignifizieren unterschiedliche chemische Prozesse mit unterschiedlichen Wirkungen und Parametern.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, mit dem der Weißgrad mit relativ geringem Aufwand gesteigert werden kann. Dabei soll die Aufbereitung von bedrucktem, gemischten Altpapier zu weißem und melierungsfreien Papier verbessert werden. Es sollen keine nennenswerten Stoffverluste durch Delignifizieren mit den dann durch alkalische Waschstufen bedingten Abwasserproblemen entstehen. Die Betriebssicherheit soll möglichst hoch.

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

Weil zum Bleichen kein reiner gasförmiger Sauerstoff benötigt wird und die Kosten für den Sauerstoff praktisch entfallen, kann das Verfahren erheblich verbilligt werden. Es ist lediglich ein Kompressor für die Komprimierung der Luft erforderlich. Neben den deutlich geringeren Kosten ist bei der Verwendung eines solchen Gasgemisches auch die Explosionsgefahr geringer als mit reinem Sauerstoff. Gerade dieser letztgenannte Vorteil kann bei Altpapieranlagen mit dem bekanntlich rauhen Betrieb, der vom Umgang mit dem heterogenen Rohstoff geprägt wird, von großem Nutzen sein.

Die Unteransprüche beschreiben besonders vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens. Dabei können verschiedene Richtungen verfolgt werden. Bekanntlich ändern sich in dem Stoffdichtebereich oberhalb von 5% die Fließeigenschaften des Faserstoffs beträchtlich, je nach dem wie die Stoffdichte für den Bearbeitungsprozeß gewählt wird. Dabei wird z. B. der Bereich zwischen ca. 5 und 12% oft als Mittelstoffdichtebereich und der darüber als Hochstoffdichte oder Hochkonsistenzbereich bezeichnet. Es gibt einige Hinweise, daß der Mittelstoffdichtebereich für das erfindungsgemäße Verfahren besondere Vorteile bringt, da die Fließeigenschaften noch relativ gut sind, wobei bereits eine hohe Massenkonzentration im Bleichgefäß möglich ist. Mit Bleichgefäß ist der Reaktor gemeint, in dem der unter Druck stehende Faserstoff mit den Bleich-Chemikalien und dem o. g. Gasgemisch reagiert.

Auch die Verweilzeit, in der der Bleichvorgang abläuft, hat Einfluß auf den Effekt des Verfahrens. Bei welcher konkreten Zeit das Verfahren optimal abläuft, hängt selbstverständlich von einer Vielzahl von Randbedingungen ab. Oft ist es auch ein wirtschaftlicher Kompromiß, da lange Verweilzeiten zwar den Effekt verbessern können, aber auch große Reaktionsgefäße erfordern.

Die Erfindung wird erläutert anhand einer Zeichnung, die eine einfache Anlage zur Durchführung des Verfahrens schematisch darstellt. Dieses Schema und die Versuchsparameter, nach denen das Verfahren sehr gut und effektiv durchgeführt werden kann, werden im folgenden beispielhaft erklärt:

Altpapier P wird in heißem Wasser W suspendiert und bei einer Stoffdichte von ca. 12 % in einem Mischgerät 1 mit Chemikalien CH, das sind hier 1% Peroxid, 1% NaOH und weitere Hilfschemikalien, vermischt. Anschließend wird die Suspension mit einer Mittelstoffdichtepumpe 2 in das unter Druck stehende Reaktionsgefäß 3 gefördert. Werden die Chemikalien CH' unmittelbar vor der Mittelstoffdichtepumpe 2 zugegeben, kann diese auch als Mischpumpe fungieren. Das Reaktionsgefäß 3, in dem der Stoff etwa 15 Minuten verweilen kann, ist als abwärts durchflossener Reaktionsturm ausgeführt. In dieses Gefäß wird erhitzte Raumluft A bei 80° Celsius mit einem Druck von 1,4 bar absolut durch ein Gebläse 4 eingeblasen, und zwar in einer solchen Menge, daß auch innerhalb des Reaktionsturms dieser Druck aufrechterhalten wird. Durch eine Ausblasöffnung 5 gelangt der so behandelte Faserstoff nach der bereits erwähnten Verweilzeit von ca. 15 Minuten in ein Auffanggefäß 6, wobei er mit Wasser W' verdünnt wird.

Das Anlagenschema zeigt nur den eigentlichen Bleichabschnitt. Je nach eingesetztem Rohstoff und Anforderungen ist eine Vielzahl von weiteren Verfahrensschritten davor und danach notwendig, z. B. um bedrucktes und/oder gefärbtes Altpapier zu einer weißen Qualität aufzubereiten. Zudem müssen in vielen Fällen Störstoffe entfernt werden, die nicht gebleicht werden können oder sollen.

Selbstverständlich ist bei der Vielzahl möglicher Anwendungsfälle und unterschiedlicher ökonomischen Betrachtungen auch eine andere Ausgestaltung des Bleichverfahrens selbst denkbar. Dabei kann die allgemein bekannte Tatsache eine Rolle spielen, daß erhöhte Temperaturen den chemischen Effekt beträchtlich beschleunigen. Ähnliches gilt für den Druck, da sich dadurch der Partialdruck des Gasgemisches und des darin befindlichen Sauerstoffes und somit das Angebot an Sauerstoff-Molekülen erhöhen läßt. Im allgemeinen kann auch eine angehobene Alkalität, etwa pH 12 und mehr, den Effekt positiv beeinflussen, wobei allerdings auch berücksichtigt werden muß, daß einige Papierfasern durch zu hohe Alkalität vergilben können.

Wird der Bleichprozeß bei einem Trockengehalt über 15% durchgeführt, muß in der Regel eine davorliegende Eindickstufe verwendet werden.

Beispiel

Ein experimentelles Beispiel mit fünf Vergleichsversuchen erläutert die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens:

Ein Altpapier-Rohstoff, bestehend aus 60% Magazinen und 40% Zeitungen, wurde zunächst in der üblichen Weise auf die Bleichbehandlung vorbereitet. Anfangs wurde ein Weißgrad von 64,1% ISO sowie eine Kappa-Zahl von 63,8 gemessen.

• 1. Durch Zugabe von molekularem reinen Sauerstoff sank die Kappa-Zahl um 30%, was eine beträchtliche Lignin-Reduzierung bedeutet. Auch der Weißgrad nahm ab, und zwar um über einen Punkt.
• 2. Wurde die Behandlung mit reinem molekularen Sauerstoff durchgeführt und mit einer chemischen Bleiche (1% Peroxid und 1,2% NaOH) kombiniert, so konnte der Weißgrad um ca. drei Punkte gesteigert werden, während die Kappa-Zahl ähnlich stark absank, nämlich um 32%.
• 3. Alternativ dazu und unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens konnte mit Luft in Kombination mit Peroxid fast der gleiche Weißgrad erreicht werden, die Kappa-Zahl sank aber nur unwesentlich.
• 4. Vergleicht man diese Ergebnisse mit der ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannten drucklosen Peroxid-Bleiche, so erzielt diese eine deutlich geringere Weiße bei etwa der gleichen Kappa-Zahl. Damit geht ein geringerer Verbrauch von Peroxid einher im Vergleich zu den Versuchen 2 und 3.
• 5. Eine extreme Anwendung ist die Verwendung von Inertgas, wie z. B. Stickstoff unter Überdruck. Die Ergebnisse liegen ähnlich wie im Versuch 3, allerdings mit leicht erhöhtem Weißgrad und etwas geringerem Peroxid-Verbrauch.

Die einzelnen Werte können aus der folgenden Tabelle entnommen werden.

Claims (9)

1. Verfahren zur Erhöhung des Weißgrades von sich in wässriger Suspension mit mindestens 5% Trockengehalt befindendem Altpapierfaserstoff (P) unter Verwendung von oxidierenden Bleich-Chemikalien (CH, CH'), bei dem die Bleichwirkung durch molekularen Sauerstoff weiter erhöht wird und der Bleichprozeß bei einem Absolutdruck von mindestens 1,4 bar stattfindet, dadurch gekennzeichnet, daß der molekulare Sauerstoff aus einem dem Papierstoff zugeführten Gas (A) stammt, das zu höchstens 50% aus Sauerstoff besteht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zugeführte Gas (A) Luft ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bleich-Chemikalien (CH, CH') Peroxid enthalten.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bleichdauer, bei der der Papierfaserstoff (P) unter Überdruck steht, mindestens 10 Minuten beträgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Papierfaserstoff (P) während des Bleichprozesses einen Trockengehalt zwischen 5 und 12% aufweist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Papierfaserstoff (P) während des Bleichprozesses einen Trockengehalt zwischen 12 und 40% aufweist.

7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur während des Bleichprozesses mehr als 60° Celsius beträgt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur während des Bleichprozesses mehr als 100° Celsius beträgt.

9. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Milieu während des Bleichprozesses mindestens pH = 10 ist.