DE69628277T2

DE69628277T2 - Behandlung von feststoff enthaltenden materialien erhalten aus abwässern

Info

Publication number: DE69628277T2
Application number: DE69628277T
Authority: DE
Inventors: Stuart Jonathan Par Moor Road PHIPPS; Michael John Par Moor Road ADAMS
Original assignee: Imerys Minerals Ltd
Current assignee: Imerys Minerals Ltd
Priority date: 1995-04-11
Filing date: 1996-04-11
Publication date: 2004-05-13
Anticipated expiration: 2016-04-12
Also published as: WO1996032354A1; DE69628277D1; AU5284596A; ATE240907T1; TW311107B; EP0789670B1; JPH10505055A; EP0789670A1; CA2192540A1; CA2192540C; AU689715B2

Description

Die Erfindung betrifft die Behandlung eines feststoffhaltigen, aus einem Abstrom stammenden Materials, insbesondere um daraus nützliche Materialien zu gewinnen.
Die Erfindung betrifft genauer gesagt ein Verfahren zur Gewinnung nützlicher Materialien aus einem bisher als Abfallmaterial betrachteten Material, das durch eine industrielle Papierbehandlungsanlage, insbesondere zum Deinken von Altpapier, hergestellt wird.
Papier und Pappeprodukte stellt man gewöhnlich her mittels Herstellung einer verdünnten wässrigen Suspension, die aus Holz oder einem anderen geeigneten Fasermaterial stammende Zellulosefasern enthält, und Entwässern der Suspension auf einem Drahtgeflecht-Fließband unter Herstellung eines Flächengebildes. Die Suspension kann zudem einen Anteil von einem mineralischen Füllmaterial enthalten, das die Helligkeit und Opazität des fertigen Papiers oder der fertigen Pappe verbessert. Natürliche Zellulosefasermaterialien sind in der Regel teuer, und die Bäume oder anderen Pflanzen, aus denen sie gewonnen werden, müssen ersetzt werden, damit das Umweltgleichgewicht nicht gestört wird. Daher wird wünschenswerterweise in die wässrige Suspension zum Herstellen des Flächengebildes ein erheblicher Anteil Zellulosefasermaterial eingebracht, das aus Altpapier gewonnen wird. Das meiste wiederverwertete Altpapier ist auf mindestens einer seiner Oberflächen bedruckt. Daher muss der Druckfarbenrückstand von den Zellulosefasern abgetrennt werden, damit sich das gewonnene Material als Ausgangsmaterial für ein Papierherstellungsverfahren eignet. Wird die Farbe nicht abgetrennt, hat das Fasermaterial gewöhnlich eine unannehmbar dunkle Farbe. Druckfarbe enthält gewöhnlich elementaren Kohlenstoff (Ruß), der die dunkle Färbung hervorruft.
Kommerziell betriebene Verfahren zum Deinken von Altpapier umfassen gewöhnlich einen Aufschlussschritt, bei dem das Altpapier in Wasser mechanisch gerührt wird. Das Wasser enthält zudem Natriumhydroxid, wodurch die Fasern quellen und die meisten Farbenbindemittel mittels Verseifung oder Hydrolyse abgebaut werden, Natriumsilikat, das als pH-Puffer wirkt und abgelöste Farbpartikel auf eine geeignete Größe verklumpt, sowie ein Tensid, das die Farbteilchen benetzt und in Suspension hält. Die im Pulper hergestellte Suspension wird durch ein erstes Siebsystem geleitet, in dem schwere Fremdkörper, wie Heftklammern, Büroklammern und Grobteilchen entfernt werden. Die durch die Siebe geleitete Suspension wird dann in eine Behandlungsanlage eingeleitet, die eine oder mehrere Schaumflotationszellen oder eine oder mehrere Wascheinrichtungen oder eine Kombination von Wascheinrichtungen und Flotationszellen umfasst. Die Schaumflotationszellen befinden sich jeweils nahe dem Boden und besitzen einen Kreiselmischer sowie Einrichtungen zum Einleiten von Luft unter Druck in Form feiner Blasen im Bereich des Kreiselmischers. Es kann zudem vorteilhaft sein, der Suspension vor dem Eintritt in die Flotationszelle ein Reagenz hinzuzufügen, das man als Sammler kennt. Es heftet sich vorzugsweise an die Farbteilchen und steigert deren Affinität zu Luft im Vergleich zu Wasser. Dadurch werden die Farbteilchen bevorzugt durch die Luftblasen zur Oberfläche der Suspension in der Flotationszelle angehoben und dort in einem Schaumprodukt entfernt.
In den Wascheinrichtungen wird der Papierbrei in frischem oder umlaufendem Wasser gerührt, das vorzugsweise ein Dispersionsmittel enthält. Der gewaschene Papierbrei wird dann auf einem Sieb mit Maschenweite abgetropft, wobei die relativ langen Zellulosefasern zurückgehalten werden und die mineralischen und organischen Teilchen sowie die feinen Faserfragmente hindurchlaufen.
Die vom Boden der Flotationszelle entnommene Suspension und/oder die in den Waschschritten durch die Siebe laufende Suspension wird entwässert. Das entwässerte Material besteht im Wesentlichen aus entfärbtem Zellulosefasermaterial und kann weiteren Reinigungsschritten unterworfen werden, bevor es abschließend für die Wiederverwendung in einem Papierbahnherstellungsverfahren entwässert und getrocknet wird.
Der Ausschuss der Behandlungsanlage hat oft die Form einer Abstromsuspension, die das Schaumprodukt aus einem Flotationsschritt und/oder die Suspension umfasst, die durch die Siebe einer Wascheinrichtung hindurchläuft. Die Abstromsuspension enthält gewöhnlich außer den Farbteilchen einen erheblichen Anteil an anorganischen Füllstoffteilchen, die ursprünglich im Altpapier zugegen waren. Diese Füllstoffteilchen bestehen gewöhnlich hauptsächlich aus einem Gemisch von Kaolinton und Calciumcarbonat in verschiedenen Anteilen. Es können in kleineren Anteilen auch andere anorganische Füllstoffteilchen zugegen sein, wie Talk, Calciumsulfat oder Titandioxid. Bisher muss man diesen Ausschuss der Behandlungsanlage als Abfall beseitigen, weil er aufgrund seines hohen Anteils an Druckfarbenrückständen eine sehr dunkle Farbe hat. Daher besteht für den Papierhersteller ein Verlust an potenziell nützlichem anorganischem Füllmaterial. Der Papierhersteller muss zudem die Unkosten dafür tragen, dass der Ausschuss der Behandlungsanlage ohne unerwünschte Umweltauswirkungen entsorgt wird.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem der Ausschuss aus einer Altpapierverarbeitungs- oder -Deinkinganlage auf ökonomische Weise behandelt und gleichzeitig der Gehalt an anorganischen Teilchen im Ausschuss für die Verwendung in einem Papierherstellungsverfahren oder anderen geeigneten Anwendungen wiederverwertet werden kann.
Verfahren des Standes der Technik zur Wärmebehandlung von Deinkingschlammabfall sind in den U.S.-Patenten 3 320 076 und 3 765 921 beschrieben. Bei beiden Verfahren ist die aus dem Wärmebehandlungsverfahren erhaltene Asche im Wesentlichen gebrannter Ton. Beide Verfahren sind ungeeignet für die Wärmebehandlung von Material, das umfasst oder erhalten wird aus Papier-Deinkingabfall, der eine erhebliche Menge Calciumcarbonat umfasst.
Die internationale Patentanmeldung WO 95/18885 (F.L. Smidth & Co.) beschreibt ein Verfahren, bei dem ein Füll stoff zur Papierherstellung aus Papierschlamm rückgewonnen wird.
Weil das in WO 95/18885 beschriebene Verfahren auf die Behandlung von Papierabfallstoffen angewendet wird, die Calciumcarbonat enthalten, hat das dadurch hergestellte Produkt Abriebeigenschaften, wie im folgenden beschrieben wird. Daher ist es für Anwendungen ungeeignet, bei denen das Produkt keine Abriebeigenschaften haben darf.
Es ist das Ziel der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, das sich zur Wärmebehandlung eines Materials eignet, das umfasst oder erhalten wird aus einer Anlage zur Behandlung von Papierabfallstoffen, z.B. einer Anlage zum Deinken von Abfallstoffen, wobei der anorganische Inhalt des Materials in eine Form umgewandelt wird, die sich zur Wiederverwendung als anorganisches Teilchenmaterial eignet, z.B. zur Beschichtung oder zum Füllen von Papier oder anderen Produkten. Das Verfahren eignet sich zur Herstellung eines teilchenförmigen Produkts ohne übermäßige Basizität und übermäßige Abriebeigenschaften, wie im folgenden beschrieben, das sich damit für zahlreiche Anwendungen eignet, insbesondere für solche, bei denen das Produkt keine Abriebeigenschaften aufweisen darf.
Erfindungsgemäß wird unter einem ersten Aspekt ein Verfahren bereitgestellt zur Behandlung und zum Einsatz eines feststoffhaltigen Materials, das enthalten ist oder das hergestellt wird aus einem Abstrom oder den Abfallstoffen eines Verfahrens zur Behandlung von Altpapier, wobei das feststoffhaltige Material Bestandteile des Altpapiers sowie ein organisches Material enthält, das Zellulosefasern und anorganisches Teilchenmaterial umfasst, einschließlich im Altpapier enthaltenes Calciumcarbonat, Kaolin oder gebranntes Kaolin. Das Verfahren umfasst das Unterwerfen des feststoffhaltigen Materials einer Wärmebehandlung, in der das vorhandene organische Material verascht wird und in der aus dem vorhandenen anorganischen Teilchenmaterial ein gebranntes Produkt hergestellt wird, das Calciumoxid durch die thermische Zersetzung von Calciumcarbonat enthält, Zufügen des gebrannten Produkts zu ei nem wässrigen Medium unter Herstellung einer wässrigen Suspension, wobei das Calciumoxid in Calciumhydroxid umgewandelt wird, Zerkleinern der Teilchen der wässrigen Suspension, Zufügen eines Reagens zu der wässrigen Suspension, das eine salzbildende anionische Spezies bereitstellt und in der Suspension ein unlösliches Calciumsalz-Präzipitat bildet, vermischt oder verklumpt mit anderem anorganischen Teilchenmaterial, das aus den Altpapierbestandteilen stammt, und Zufügen der Suspension von Teilchenmaterial, einschließlich des Präzipitats, zu einer Zusammensetzung zur Herstellung oder zum Beschichten von Papier.
Das gebrannte Produkt enthält u.a. basische Bestandteile, die beim Brennverfahren entstehen. Calciumoxid wird durch Zersetzung von Calciumcarbonat hergestellt, das in dem anorganischen Teilchenmaterial des feststoffhaltigen Materials zugegen ist. Das basische Material liefert beim Suspendieren in Wasser eine kationische salzbildende Spezies, z.B. Calciumionen. Zudem kann zu der Suspension auch eine Reagenz zugefügt werden, das eine kationische salzbildende Spezies bereitstellt, z.B. ein Erdalkalimetallhydroxid, beispielsweise Calcium- oder Magnesiumhydroxid.
Das Reagens, das bereitstellt oder umgewandelt werden kann in eine anionische salzbildende Spezies ist geeigneterweise ein kohlendioxidhaltiges Fluid, kann aber auch ein geeignetes lösliches Salz umfassen, z.B. Natriumcarbonat. Dieses liefert ein unlösliches Salz durch Präzipitation mit der kationischen salzbildenden Spezies.
Der gebildete Niederschlag umfasst Calciumcarbonat und kann zudem ein oder mehr andere Erdalkalimetallcarbonate umfassen. Es kann auch ein oder mehr Verbindungen aus Aluminiumphosphat, Magnesiumphosphat, Calciumphosphat, Calciumsilikat und Aluminiumsilikat umfassen. Diese lassen sich jeweils durch Umsetzung mit geeigneten Reagenzien ausfällen.
Das hergestellte Präzipitat lässt sich in der Form gewinnen, dass es gemischt oder verklumpt ist zusammen mit anderem anorganischem Teilchenmaterial, das nach der Brennbehandlung erhalten wird. Zum Beispiel kann das Teilchenmaterial des feststoffhaltigen Materials, das mit dem Verfahren behandelt wird, jedes anorganische Teilchenmaterial enthalten, das zur Papierherstellung eingesetzt wird, z.B. Ton, beispielsweise Kaolin oder Meta-Kaolin, Calciumcarbonat, Calciumsulfat, Glimmer, Titandioxid, Talk und dgl. Kaolin und Calciumcarbonat sind wahrscheinlich die hauptsächlichen Inhaltsstoffe. Calciumcarbonat kann durch die Brennbehandlung zu Calciumoxid umgewandelt werden. Wie im folgenden beschrieben, lassen sich Schritte unternehmen, damit nur ein kleiner Anteil des vorhandenen Calciumcarbonats in Calciumoxid umgewandelt wird.
Das bei dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte gebrannte Produkt kann nach und/oder vor, vorzugsweise zumindest vor, der Präzipitatherstellung mittels Zerkleinern, z.B. Schleifen behandelt werden. Zerkleinern vor der Präzipitation führt zur Herstellung von Teilchen, die dann beim Mischen oder Verklumpen oder Mitreißen mit den Teilchen des Präzipitats ein Produkt liefern, das mit oder ohne weitere Verarbeitung und/oder mit oder ohne Zugabe anderer Materialien für die Verwendung bei einer Anwendung geeignet ist, bei der man feines anorganisches Teilchenmaterial kennt, z.B. einer der im folgenden beschriebenen Anwendungen.
Die Erfindung lässt sich anwenden auf die Behandlung von Material, das enthalten ist in oder hergestellt wird aus Altpapier, z.B. Abschnitte oder Ausschuss aus Papiereinsatzverfahren, oder ersatzweise auf die Behandlung eines Abstroms einer Anlage zum Deinken von Altpapier, wobei das zu behandelnde Material insbesondere eine erhebliche Menge Calciumcarbonat enthält. "Eine erhebliche Menge" bedeutet mindestens 5 Gew.% und bis zu 100 Gew.% Calciumcarbonat, bezogen auf das Gesamtgewicht der anorganischen Inhaltsstoffe des festen Materials im Behandlungsmaterial.
Wird ein calciumcarbonathaltiges Material bei einer Temperatur wärmebehandelt von erheblich mehr als 800°C, erfolgt eine beträchtliche Zersetzung des vorhandenen Calciumcarbonats zu Calciumoxid. Ist Calciumoxid im Gemisch mit Tonen und anderen anorganischen Materialien bei hohen Temperaturen zugegen, bildet es glasartige Verbundstoffe und/oder -teilchen mit starken Abriebeigenschaften. Unseren Befunden zufolge ist daher das Vorhandensein von Calciumoxid in Materialien nicht wünschenswert, die in Produkte für die Verwendung als teilchenförmige Pigment-, Beschichtungs-, Füllstoff- und Streckungsmaterialien umgewandelt werden sollen, insbesondere wenn das Teilchenmaterial für die Verwendung in Papierbeschichtungen, -füllstoffen und dgl. dienen soll, wobei ein Material ohne Abriebeigenschaften gefordert ist, damit z.B. die zur Verarbeitung oder zum Aufbringen der Materialien eingesetzten Maschinen nicht beschädigt werden.
Enthalten zudem Teilchenmaterialien für die Verwendung in den zuvor genannten Anwendungen erhebliche Mengen basische Materialien, wie Erdalkalimetalloxide, z.B. Calciumoxid, hat dies eine abträgliche Wirkung auf den pH des Materials, wenn es in einem wässrigen Medium verarbeitet wird. Zudem werden auch die gewöhnlich bei der Verarbeitung eingesetzten Dispersionssalze beeinträchtigt. Daher wird wünschenswerterweise das Vorhandensein basischer Materialien in dem Produkt minimiert, das man mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellt. Dies lässt sich erreichen, indem man die Menge basisches Material minimiert, das bei der Wärmebehandlung hergestellt wird, und/oder indem man gewährleistet, dass das basische Material in ein Präzipitat umgewandelt wird, wie Calciumcarbonat, das nicht die gleichen Probleme bereitet wie das basische Material und zudem überraschenderweise vorteilhafte Eigenschaften liefern kann.
Die Herstellung von Erdalkalimetalloxiden, z.B. Calciumoxid, durch die Wärmebehandlung bei dem Verfahren unter einem ersten Aspekt der Erfindung kann daher minimiert werden. Dies lässt sich durch Regeln der Temperatur erreichen, wie im folgenden beschrieben und durch die Anmelder in einer gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung (EP-A-798 268) beansprucht wird. Lässt man jedoch einen Teil oder das gesamte im Behandlungsmaterial vorhandene Calcium carbonat sich zu Calciumoxid zersetzen, kann das zersetzte Material erfindungsgemäß nach einem Zerkleinerungsschritt in einem wässrigen Medium in Calciumhydroxid und anschließend durch Zugabe eines geeigneten Anionen bildenden Reagenzes, z.B. Kohlendioxid, in ein Präzipitat umgewandelt werden, z.B. in Calciumcarbonat.
Aufgrund dieser Umwandlungen lässt sich ein nützlicheres Material ohne Abriebeigenschaften herstellen, d.h. gefälltes Calciumcarbonat, dessen Basizität kleiner ist, zusammen mit anderen vorhandenen nützlichen anorganischen Teilchenmaterialien, z.B. Meta-Kaolin und andere, oben angegebene Materialien.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren lässt sich das Behandlungsmaterial erhalten durch Entwässern einer wässrigen Suspension, die als Abstrom aus einer Anlage zum Deinken von Altpapier erhalten wird, wobei das Trockengewicht des in der Suspension vorhandenen festen Materials mindestens 20 Gew.% des zu behandelnden Materials ausmacht. Das zu behandelnde Material kann jeden beliebigen Feststoffgehalt oberhalb dieser Konzentration aufweisen. Da aber das zum Erreichen hoher Feststoffkonzentrationen erforderliche Entwässern zeitraubend und teuer ist, sind Feststoffkonzentrationen mit einem Trockengewicht des festen Materials im Bereich von 20 bis 50 Gew.% bevorzugt (wobei die übrigen Bestandteile des Materials Wasser und möglicherweise geringe Mengen flüssige Additive ausmachen).
Das Entwässern kann mit einem oder mehreren bekannten Verfahren erfolgen, z.B. Verdampfen, Filtration oder Zentrifugieren.
Das Wärmebehandlungsverfahren erfolgt beim erfindungsgemäßen Verfahren auf eine von mehreren verschiedenen Weisen, z.B. unter Verwendung von einem oder mehreren geeigneten Behältern, z.B. einem Ofen und/oder einem Brennofen. Ein Fließbettofen ist für mindestens einen Teil des Verfahrens bevorzugt. Umfasst das Verfahren ein Zweischrittverfahren, wie im folgenden beschrieben, können die verschiedenen Schritte in dem gleichen oder verschiedenen Behältern erfolgen. Wird bei einer oder mehreren Stufen der gleiche Behälter eingesetzt, kann das Behandlungsmaterial mithilfe eines geeigneten Umlaufverfahrens mehreren Durchgängen durch den Behälter unterworfen werden.
Bei einer bevorzugten Form der Durchführung des Verfahrens nach dem ersten Aspekt der Erfindung zur Behandlung von Ausschussschlamm, der von einer Deinkinganlage produziert wird, wobei der Schlamm organisches Material und kohlenstoffhaltiges Material enthält (z.B. Ruß) sowie Calciumcarbonat und anderes Teilchenmaterial, wie Kaolin oder eines der anderen zuvor genannten Materialien, wird die Temperatur bei der Wärmebehandlung so geregelt, dass sie im Bereich von 600°C bis 750°C liegt, damit beim Brennen des organischen Materials und des kohlenstoffhaltigen Materials nicht mehr als 25 Gew.%, vorzugsweise weniger als 10 Gew.% des vorhandenen Calciumcarbonats zersetzt werden und ein teilchenförmiges calciumcarbonathaltiges anorganisches Material hergestellt wird, das im Wesentlichen frei von organischem Material und kohlenstoffhaltigem Material ist.
Als Abfallstoff aus einer Papierverarbeitungs- oder – Deinkinganlage erhaltenes Material enthält beträchtliche Mengen organische Materie, die leicht brennbar ist. Es ist (aus den zuvor genannten Gründen) wünschenswert, dass beim erfindungsgemäßen Verfahren die Temperatur durch die Wärme, die durch Verbrennen der organischen Materie erzeugt wird, nicht wesentlich über 750°C erhöht wird. Dies lässt sich erreichen, indem man entweder ein Verfahren mit derartigen Betriebsbedingungen wählt, dass die Temperatur nicht über 750°C steigt, oder durch Überwachen der Verfahrenstemperaturen und Regeln der Verfahrensbedingungen derart, dass die erzeugte Wärme verringert wird, wenn die Temperatur einen sicheren Grenzwert in der Nähe von 750°C überschreitet.
Das Wärmebehandlungsverfahren beim erfindungsgemäßen Verfahren kann ein Verfahren umfassen mit zwei oder mehreren Wärmebehandlungsschritten, hier als "Zweischrittverfahren" bezeichnet. Es umfasst einen ersten Schritt, bei dem organische Verbindungen verbrannt werden, wobei man Maßnahmen ergreift, dass lokale Temperaturen über 750°C verhindert werden, und einen zweiten Schritt, nachdem die vorhandenen organischen Verbindungen verbrannt sind (oder zumindest genügend von ihnen verbrannt sind, dass ihre Wärmeerzeugungsfähigkeit im Wesentlichen beseitigt ist), wobei das gesamte restliche kohlenstoffhaltige Material verbrannt wird.
Im zweiten Schritt müssen lokal durch Verbrennungswärme auftretende Temperaturerhöhungen nicht vermieden werden. Zum Beispiel kann das Zweischrittverfahren einen ersten Schritt umfassen, bei dem die Zuleitungsrate und die Temperatur von Luft, die zum Verbrennen der vorhandenen organischen Verbindungen eingeleitet wird, ausreichen, dass die Temperatur unter 750°C bleibt. Ersatzweise kann das Zweischrittverfahren eine erste Stufen umfassen, wobei das behandelte Material in einer begrenzten Sauerstoff zufuhr erhitzt wird und vorhandene organische Verbindungen verbrannt werden: Darauf kann ein zweiter Schritt folgen, bei dem das behandelte Material in einem Sauerstoffüberschuss erhitzt wird und das gesamte übrige kohlenstoffhaltige Material verbrannt wird.
Im ersten Schritt bei diesem Zweischrittverfahren werden die im Behandlungsmaterial vorhandenen organischen Verbindungen auf geregelte Weise verbrannt, und das Wärmeerzeugungspotenzial der Verbindungen wird ohne Temperaturerhöhung aufgrund von Durchgehen entfernt. Der zweite Schritt dient der Verbrennung von restlichem, möglicherweise vorhandenem kohlenstoffhaltigem Material und damit der Entfernung der schwarzen Färbung aus dem behandelten Material. Das nach der Wärmebehandlung erhaltene Material ist wünschenswerterweise ein weißes Pulver oder Teilchenmaterial.
Es folgt ein erstes Beispiel für ein Verfahren nach einer Ausgestaltung der Erfindung, das sich zur Durchführung des ersten Schritts beim Zweischritt-Wärmebehandlungsverfahren einsetzen lässt.
Ein Kuchen von feuchtem festem Material wird in einen Brennofen oder Ofen mit begrenzter Zufuhr eines sauer stoffhaltigen Gases eingebracht. Der Brennofen oder Ofen wird aufgeheizt auf eine Temperatur, die auf den Bereich von 600°C bis 750°C, vorzugsweise von etwa 650°C bis etwa 750°C und am stärksten bevorzugt von etwa 680°C bis 720°C geregelt wird, für eine Dauer, dass sich die organischen Bestandteile zu flüchtigen Gasen zersetzen und entfernt werden, wobei die mineralischen Bestandteile des festen Materials, gemischt mit einer kleinen Menge kohlenstoffhaltigen Materials, verbleiben.
Bei dem ersten Verfahren können flüchtige Gase aus dem festen Material aufsteigen, die schädliche Verbindungen enthalten, wie Teere und Kohlenmonoxid. Diese werden vorteilhafterweise zerstört mittels Hindurchleiten der flüchtigen Gase durch einen zweiten Brennofen oder Ofen bei einer Temperatur von mindestens 900°C, die gerade ausreicht, dass alle übelriechenden oder ansonsten ungewünschten Verbindungen zersetzt werden.
Es folgt ein zweites Beispiel für ein Verfahren nach einer Ausgestaltung der Erfindung, das sich zur Durchführung des ersten Schritts bei einem Zweischritt-Wärmebehandlungsverfahren einsetzen lässt.
Ein Kuchen von feuchtem festem Material wird in einem Fließbettofen bei einer Temperatur verbrannt, die auf den Bereich von 600°C bis 800°C, vorzugsweise von etwa 600°C bis etwa 750°C und am stärksten bevorzugt von etwa 680°C bis 720°C geregelt wird. Dabei werden die organischen Bestandteile des festen Materials im Wesentlichen vollständig zu harmlosen Verbindungen verbrannt und die mineralischen Bestandteile des festen Materials verbleiben, gemischt mit einer kleinen Menge kohlenstoffhaltigen Materials. Die Temperatur des Ofens lässt sich beim Verbrennungsverfahren durch angemessenes Einstellen der Luftzufuhrrate regeln.
Das zweite Verfahren zur Durchführung des ersten Schritts lässt sich geeigneterweise in einem Fließbettofen des Typs durchführen, bei dem man ein Fließbett der Dreh- oder Torus-Art herstellt, d.h. mit einer ringförmigen Kammer, die einen festen Ring aus winkeligen Flügeln besitzt, und einem Gas, das zwischen die Flügel eingeleitet wird, sodass die Teilchen einer wirbelnden ringförmigen Bewegung unterliegen. Dieses Bett ist beispielsweise beschrieben in der US-Patentbeschreibung 4479920.
Der zweite Schritt des Zweischrittwärmebehandlungsverfahrens lässt sich am besten mit einem Drehofen durchführen. Die Temperatur liegt bei diesem Schritt vorzugsweise im Bereich von etwa 650°C bis etwa 750°C und am stärksten bevorzugt von 680°C bis etwa 720°C.
Die beim erfindungsgemäßen Verfahren in dem Wärmebehandlungsverfahren oder in dem ersten Schritt des Zweischrittwärmebehandlungsverfahrens aufrechterhaltene Temperatur wird so gewählt, dass sich die organischen Bestandteile mit einer annehmbaren Rate zersetzen, die Zersetzung von jeglichem vorhandenem Calciumcarbonat zu Calciumoxid vorzugsweise aber minimiert wird, wie oben erwähnt.
Das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelte Material kann nach dem Wärmebehandlungsverfahren abkühlen. In der Regel umfasst das abgekühlte Produkt ein Pulver oder ein Teilchenmaterial, das Calciumcarbonat und Ton, z.B. Kaolin, umfassen kann, möglicherweise mit einem oder mehreren aus Calciumsulfat, Talk, Glimmer, Titandioxid und anderen mineralischen oder anorganischen Teilchenmaterialien. Einige der vorhandenen Materialien, z.B. Tone, können durch das Wärmebehandlungsverfahren in eine gebrannte Form umgewandelt werden.
Das Produkt wird mittels Resuspendieren in einer wässrigen Lösung behandelt. Es wird ein Präzipitationsschritt in der Suspension durchgeführt, dem ein Zerkleinerungsschritt vorausgeht. Nach der Präzipitation kann ein weiterer Zerkleinerungsschritt erfolgen. Das nach dem Präzipitationsschritt hergestellte Produkt kann sich mit oder ohne weitere Verarbeitung und mit oder ohne Zugabe zu anderen Materialien für eine der verschiedenen Anwendungen eignen, bei denen teilchenförmiges Calciumcarbonat und/oder Tonzusammensetzungen bekanntlich nützlich sind, z.B. als Zusammensetzungen zum Zusatz als Pigmente, Füllstoffe oder Streckmittel, die man zu Papier, Papierbe schichtungen, Polymeren, Kunststoffen, Anstrichfarben und dgl. zugibt.
Wie erwähnt, reichen die beim Wärmebehandlungsschritt im erfindungsgemäßen Verfahren aufrechterhalten Temperaturen vorzugsweise nicht aus, dass erhebliche Mengen vorhandener Erdalkalimetallverbindungen zersetzt werden. Sollte eine Zersetzung von Erdalkalimetallverbindungen auftreten, zeigt sie sich in einem ungewünscht hohen pH-Wert der wässrigen Suspension beim Resuspendieren des Produkts, z.B. in einem pH in der Größenordnung von etwa 10 bis 11. Durch Zugabe eines geeigneten präzipitatbildenden Reagenzes, z.B. einer kleinen Menge einer verdünnten Mineralsäure, die ein unlösliches Erdalkalimetallsalz bilden kann, wobei ein Präzipitat hergestellt wird, lässt sich der pH der Suspension, wenn nötig, auf unter etwa 9, vorzugsweise auf unter etwa 8 senken. Ersatzweise lässt sich ein kohlendioxidhaltiges Fluid durch eine wässrige Suspension des Produkts leiten, bis im Wesentlichen die gesamten in der Suspension vorhandenen Erdalkalimetallhydroxide in Erdalkalimetallcarbonate umgewandelt sind und der pH auf unter etwa 9, vorzugsweise unter etwa 8 gesunken ist.
Wird das nach Wärmebehandlung und Abkühlen erhaltene Produkt in einem wässrigen Medium resuspendiert, kann dieses ein oder mehrere Additive enthalten, z.B. Dispersionsmittel, Antioxidantien und dgl., die man gewöhnlich in Zusammensetzungen für die obengenannten Anwendungen oder in Materialien einsetzt, die unter Herstellung solcher Zusammensetzungen verarbeitet werden.
Nach Resuspendieren des gebrannten Produkts in einem wässrigen Medium und vorzugsweise vor dem Präzipitationsschritt, wird es zerkleinert, z.B. auf dem Fachmann bekannte Weise vor dem Präzipitationsschritt geschliffen. Der Zerkleinerungsschritt kann auf bekannte Weise, wie im folgenden beschrieben, durchgeführt werden und ist wünschenswert, wenn das Produkt eine erhebliche Menge basisches Material enthält, z.B. Calciumoxid, oder Material, das durch Umsetzung mit Calciumoxid entsteht. Die Zerkleinerung verringert die Abriebeigenschaften des Produkts und macht ba sische Materialien, z.B. Calciumoxid und -hydroxid, für Wasser zugänglich, sodass die anschließende Präzipitation leichter erfolgt. Die Zerkleinerung steigert zudem den Lichtstreuungskoeffizienten und somit die Helligkeit des herzustellenden Teilchenprodukts. Zudem wird durch die Zerkleinerung eine im Wesentlichen gleichmäßige Teilchengrößenverteilung erzielt, wodurch die Produktqualität weniger beeinträchtigt wird durch Schwankungen in der Teilchengröße von Mineralien, die im ursprünglichen Schlamm vorhanden sind. Ohne Zerkleinerungsschritt erfolgt keine zufriedenstellende Präzipitation. Man muss mehr von der anionischen Spezies, z.B. dem mittels Kohlendioxid hergestellten Carbonat, einsetzen, damit der gewünschte pH-Wert erreicht wird. Ohne Zerkleinerung erhöht sich zudem der pH des Produkts bei der Lagerung aufgrund von nicht umgesetztem basischem Material, einschließlich Calciumoxid, das in den Resuspendier- und Präzipitationsschritten nicht mit Wasser und Kohlendioxid in Kontakt gekommen ist. Calciumoxid wird in Aggregaten mit dem Ton gebunden und ist für Wasser und Kohlendioxid nicht leicht zugänglich. Wie oben erwähnt, wird diese Zugänglichkeit durch die Zerkleinerung gefördert.
Das mittels Resuspension, Zerkleinerung und Präzipitation hergestellte Produkt wird zu einer Zusammensetzung verarbeitet, die sich für die Verwendung bei der ausgewählten Anwendung eignet, d.h. zu einer Zusammensetzung für die Beschichtung oder zum Füllen von Papier. Dies kann auf bekannte Weise erfolgen. Das auf diese Weise zu verwendende Produkt umfasst gewöhnlich Präzipitatteilchen, die im Präzipitationsschritt hergestellt werden, gemischt oder verklumpt zusammen mit andere (m/n) anorganische (m/n) Teilchenmaterial(ien), z.B. Kaolin, gebranntem Kaolin, Glimmer, Titandioxid und nicht umgewandeltem Calciumcarbonat.
Eine Papierbeschichtungszusammensetzung lässt sich herstellen durch Mischen einer wässrigen Suspension von Pigmentmaterial, das das Produkt des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst, gegebenenfalls zusammen mit anderen Pigmenten und mit einem Klebstoff. Das in der Zusammensetzung eingesetzte Produkt kann mit einem oder mehreren Pigmenten gemischt werden, die beispielsweise aus den obengenannten ausgewählt sind. Der Klebstoff kann 4 Gew.% bis 20 Gew.% ausmachen, bezogen auf das Gesamttrockengewicht des vorhandenen Pigments oder der vorhandenen Pigmente. Der Klebstoff kann ein bekannter, im Stand der Technik verwendeter Papierbeschichtungsklebstoff sein, der z.B. ausgewählt ist aus der Gruppe mit Stärken, proteinhaltigen Klebstoffen, wie Casein, und Gittern aus z.B. Styrolbutadien-Gummis und Acrylpolymeren. Die Papierbeschichtungszusammensetzung kann zudem einen Verdicker enthalten, z.B. in einer Menge von bis zu 2 Gew.%, bezogen auf das Gesamttrockengewicht des vorhandenen Pigments oder der vorhandenen Pigmente. Der Verdicker kann eine oder mehrere Substanzen umfassen, die man als Verdicker im Stand der Technik einsetzt, z.B. Natriumcarboxymethylcellulose oder synthetische Acrylverdicker.
Die Papierbeschichtungszusammensetzung lässt sich herstellen durch Mischen von einer wässrigen dispergierten Suspension des Produkts des erfindungsgemäßen Verfahrens, gegebenenfalls mit einer oder mehreren weiteren wässrigen dispergierten Suspensionen, die andere Pigmente enthalten, mit dem Klebstoff sowie anderen wahlfreien Bestandteilen, z.B. Verdickern, auf dem Fachmann bekannte Weise.
Durch Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich organische Materialien und dunkelfärbende Bestandteile in Druckfarbe, hauptsächlich elementarer Kohlenstoff (Ruß), aus Papier-Deinkingabfallstoffen entfernen. Anorganisches Teilchenmaterial lässt sich gewinnen mit derartigen Eigenschaften, dass es für die Verwendung als Pigment bei der Papierbeschichtung oder als Füllstoff in Papier oder anderen Materialien geeignet ist. Insbesondere lässt sich ein Produkt erhalten mit annehmbarem pH in wässriger Suspension, annehmbarer Helligkeit und Teilchengröße, ohne Abriebeigenschaften, das eine geeignete oder sogar bessere Lichtstreuung zeigt, z.B. für die Verwendung zur Papierbeschichtung.
Enthält das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zu behandelnde Ausschussmaterial nur eine kleine Menge Erdalkalicarbonat-Material, kann es vorteilhaft sein, eine weitere Quelle für Erdalkalimetallionen zu der Suspension zuzufügen, die man durch Resuspendieren des Produkts aus der Wärmebehandlung in einer wässrigen Lösung herstellt. Eine geeignete Quelle von Erdalkalimetallionen ist Calciumhydroxid, das als solches hinzugefügt oder durch Löschen von gebranntem Kalk in der Suspension hergestellt werden kann. Das Herstellen eines Präzipitats in einer wässrigen Suspension des Produkt-Teilchenmaterials anstelle von anschließendem Einmischen durch trockene Zugabe von präzipitiertem Material, z.B. präzipitiertem Calciumcarbonat, ist aus den folgenden Gründen vorteilhaft. Erstens erzeugt der Präzipitationsschritt beim erfindungsgemäßen Verfahren zusammen mit den bereits vorhandenen Feinteilchen kleine Aggregate mit besseren Lichtstreuungseigenschaften verglichen mit den freien Teilchen, aus denen die Aggregate bestehen. Ein Beispiel für diese Verbesserung wird im folgenden gegeben. Zweitens führt die Herstellung des Präzipitats beim erfindungsgemäßen Verfahren zu geringeren Herstellungs- und Transportkosten, weil zur Herstellung von präzipitiertem Calciumcarbonat eine Kohlendioxid-Saturationsapparatur benötigt wird und beim erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden kann, bei dem das Präzipitat Calciumcarbonat ist. Kalk, der in Calciumcarbonat umgewandelt werden soll, ist billiger im Transport als präzipitiertes Calciumcarbonat. Trotzdem kann anschließend weiteres präzipitiertes trockenes Material eingemischt werden, wenn erforderlich.
Wird das zu behandelnde Ausschussmaterial bei der Wärmebehandlung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Fließbettofen erhitzt, am besten in Form eines Kuchens von feuchtem festem Material, kann der Kuchen aus feuchtem festem Material in kleinere Stücke zerbrochen werden, die in ein Fließbett eingebracht werden, das zudem ein wärmebeständiges teilchenförmiges Feststoffmaterial enthalten kann. Dieses Material sollte bevorzugt aus Teilchen beste hen, die nicht größer als etwa 5 mm und nicht kleiner als etwa 0,5 mm sind. Es kann vorteilhafterweise Quarzsand, Aluminiumoxid oder ein feuerfestes Aluminosilikatmaterial, das sich beispielsweise durch Brennen von Kaolinitton bei einer Temperatur über 1150°C herstellen lässt, oder ein Gemisch davon umfassen.
Wird bei dem Verfahren unter dem ersten Aspekt der Erfindung das veraschte anorganische Material in Wasser resuspendiert unter Herstellung einer Suspension, enthält diese bevorzugt etwa 5 Gew.% bis etwa 50 Gew.% anorganisches Material, bezogen auf das Trockengewicht.
Der Zerkleinerungsschritt, dem eine wässrige Suspension aus dem Produkt der Wärmebehandlung bei dem Verfahren unter dem ersten Aspekt unterworfen wird, kann ein Mahl- oder Schleifverfahren sein, zum Beispiel ein Zerreibschliff mit einem teilchenförmigen Schleifmedium, wobei ein Feinprodukt hergestellt wird. Das anorganische Material in der Suspension wird vorzugsweise geschliffen, bis das geschliffene anorganische Material eine derartige Teilchengrößenverteilung hat, dass mindestens 50 Gew.% der Teilchen einen Kugeläquivalentdurchmesser unter 2 μm besitzen. Wird beim Wärmebehandlungsverfahren ein wärmebeständiges Teilchenmaterial zur Herstellung eines Fließbetts eingesetzt, wird dieses Material vorzugsweise als teilchenförmiges Schleifmedium eingesetzt.
Umfasst das eine anionische salzbildende Spezies bereitstellende Reagens ein kohlendioxidhaltiges Gas, kann dieses im Wesentlichen reines Kohlendioxid sein oder als Gasgemisch zugegen sein, wie Ab- oder Rauchgas aus einem Kalkbrennofen oder einem Kraftwerk, oder Kohlendioxid, das mit Luft oder Stickstoff gemischt ist. Die Suspension von fein zerriebenem anorganischem Material, auf die das Kohlendioxid angewendet wird, kann Umgebungstemperatur haben. Ist Calciumhydroxid in der Suspension zugegen, wird die Herstellung von Calciumcarbonat in Skalenoederform gefördert, wenn man die Temperatur der Suspension im Bereich von 20°C bis 65°C hält. Die Menge kohlendioxidhaltiges Gas, die durch die Suspension geleitet wird, ist vorzugs weise derart, dass sich der pH der Suspension auf etwa 7 verringert.
Im folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:
1 eine Schemazeichnung einer Anordnung von Vorrichtungen für die Durchführung des Wärmebehandlungsverfahrens, das im Verfahren nach einer Ausgestaltung der Erfindung verwendet wird;
2 eine Schemazeichnung einer zweiten Anordnung von Vorrichtungen für die Durchführung des Wärmebehandlungsverfahrens, das im Verfahren nach einer Ausgestaltung der Erfindung verwendet wird.
Siehe 1: Entwässerter Schlamm aus einer Altpapier-Deinkinganlage von wird in einer Konzentration von etwa 50 Gew.%, bezogen auf die trockenen Feststoffe, in den Beschickungstrichter 1 eines ersten Drehofens 2 eingeleitet, dem durch die Leitung 3 Luft mit geregelter Rate zugeführt wird. Die Temperatur im Ofen wird zu Beginn in einem geeigneten Bereich gehalten, z.B. 650°C–750°C, indem durch indirekte Heizeinrichtungen 4 Wärme zugeführt wird. Danach wird durch die chemische Zersetzung der im Schlamm vorhandenen organischen Bestandteile Wärme erzeugt. Die Temperatur wird im gleichen Bereich gehalten, indem die Zufuhrraten von entwässertem Schlamm und Luft geregelt werden. Im Wesentlichen die gesamten organischen Bestandteile werden in gasförmige Produkte umgewandelt, die durch eine Leitung 5 zu einem direkt geheizten Nachbrenner 6 strömen. Die Mineralbestandteile des Schlamms sind im wesentlichen unbeeinträchtigt und werden zusammen mit einer kleinen Menge kohlenstoffhaltiges Material aus dem Brennofen durch eine Auslassleitung 7 entlassen, die mit einem zweiten Drehofen 8 verbunden ist. Diesem Ofen wird durch eine Leitung 9 ein Überschuss Luft zugeleitet. Die Temperatur im zweiten Drehofen wird mittels Wärmeregelvorrichtungen 10 auf der gleichen Temperatur gehalten, wie im Ofen 2. Die Gase werden durch eine Leitung 11 zum Nachbrenner 6 entlassen. Das wärmebehandelte Produkt wird durch eine Auslassleitung 12 entnommen. Die Temperatur im Nachbrenner 6 wird bei mindestens 900°C gehalten, indem die Zufuhr von Brennstoff zu einem Brenner 13 geregelt wird. Die im Nachbrenner aufrechterhaltene Temperatur reicht aus, dass sämtlich schädlichen Verbindungen in dem Gasen, die durch die Leitungen 5 und 11 strömen, wie Kohlenmonoxid und Teere, in harmlose Substanzen umgewandelt werden. Die Gase werden aus dem Nachbrenner durch eine Leitung 14 zu Vorrichtungen entlassen, in denen Wärmeenergie für die Wiederverwendung rückgewonnen wird.
Siehe 2: Entwässerter Schlamm aus einer Altpapier-Deinkinganlage von wird in einer Konzentration von etwa 50 Gew.%, bezogen auf die trockenen Feststoffe, durch eine Leitung 15 in einen Fließbettofen 16 eingeleitet, dem Wirbelluft durch eine Leitung 17 zugeführt wird. Die Temperatur im Fließbett wird zu Beginn in einem ausgewählten Bereich gehalten, z.B. 650°C–750°C, indem die Wirbelluft durch eine Brennervorrichtung 18 erhitzt wird. Danach erzeugt die chemische Zersetzung der organischen Bestandteile des Schlamms ausreichend Wärme, dass die erforderliche Temperatur beibehalten wird, oder es kann über die Wirbelluft Wärme zugeführt werden, wenn nötig. Dabei werden die Zufuhrraten von Schlamm und Wirbelluft derart geregelt, dass die Temperatur auf dem gewünschten Niveau gehalten wird. Die Gase und mitgerissene Mineralbestandteile des Schlamms werden aus dem Fließbett durch eine Leitung 19 zu einem Zyklonabscheider 20 entlassen. Die Mineralbestandteile werden zusammen mit einer kleinen Menge kohlenstoffhaltiges Material von den Gasen abgetrennt und von der Basis des Zyklons durch eine Leitung 21 in einen Drehofen 22 entlassen. Die durch den Zyklonabscheider 20 abgetrennten Gase werden durch eine Leitung 23 zu Vorrichtungen entlassen, in denen Wärmeenergie für die Wiederverwendung rückgewonnen wird. Die Effizienz der Verbrennung organischer Bestandteile im Fließbett bei einer Temperatur im Bereich von 650°C bis 750°C war derart, dass diese Gase im Wesentlichen frei von schädlichen Verbindungen sind. Die Temperatur im Drehofen 22 wird mittels Wärmeregelvorrichtungen 24 im gleichen Bereich gehalten, wie in dem Fließbett im Ofen 16. Die wärmebehandelten Mineralbestandteile sind im Wesentlichen frei von kohlenstoffhaltigen Materialien und werden schließlich durch eine Leitung 25 entnommen.
Das nach der Wärmebehandlung unter Verwendung der Vorrichtung von 1 oder 2 erhaltene Produkt wird abgekühlt und dann wie in den folgenden Beispielen Schleif- und Präzipitationsverfahren unterworfen.
BEISPIELE
Es folgen Beispiele für die oben anhand der 1 und 2 beschriebenen Behandlungsverfahren und die weitere Behandlung und Untersuchung der dadurch erhaltenen Produkte.
Beispiel 1:
Schlamm aus einer Deinkinganlage, die an eine Tissuepapiermühle angeschlossen war, wurde mit einer Bandpresse unter Herstellung eines Kuchens entwässert, der etwa 50 Gew.% Feststoffe enthielt. Die Zusammensetzung der Feststoffe war ungefähr 45 Gew.% Calciumcarbonat, 25 Gew.% andere Mineralien, hauptsächlich Kaolinton, und 30 Gew.% brennbare organische Materie. Der Kuchen wurde getrocknet und in einer Raymond-Mühle zu einem groben Pulver gemahlen.
Das grobe Pulver wurde in einen Fließbett-Brennofen des Typs eingeleitet, der in der britischen Patentbeschreibung 1361402 beschrieben ist. In dem Ofen wurde zuerst ein Fließbett hergestellt unter Verwendung von Quarzsandteilchen mit einem Durchmesser im Bereich von 1 mm bis 2 mm als Fließmedium. Eine Temperatur von 900°C wurde im Ofen aufrechterhalten. Ein Teil des Produkts aus der Veraschung im Fließbett verblieb im Bett. Ein Teil wurde durch das Wirbelgas aus dem Bett entfernt und mit einem Zyklon vom Gas abgetrennt. Nach Veraschen einer Menge des Abfallstoffpulvers, wurde das Bettmaterial, das veraschtes Produkt enthielt, aus dem Bett geharkt und abgekühlt. Dieses Material wurde dann mit dem Feststoffmaterial ge mischt, das durch den Zyklon vom Wirbelgasstrom abgetrennt wurde. Das Gemisch wurde in Wasser unter Herstellung einer Suspension suspendiert, die 30 Gew.% Gesamt-Feststoffmaterial enthielt. Die Suspension wurde dann einem Zerreibschliff in einem Behälter unterworfen, der mit einem Kreiselmischer ausgestattet war, wobei die Sandteilchen aus dem Fließbett als Zerreibschliffmedium wirkten. Der Zerreibschliffschritt wurde für einer genügende Zeit durchgeführt, dass in der Suspension 250 kWh Energie pro Tonne trockenes Feststoffmaterial (900 kJ kg^l) in die Suspension abgeben wurden. Nach Beendigung des Schleifens wurden die Aluminiumoxidteilchen aus der Suspension des geschliffenen Produkts auf einem Sieb mit einer Maschenweite von 0,25 mm abgetrennt. Ein Gasgemisch, das 25 Vol.% Kohlendioxid und im übrigen Luft enthielt, wurde durch die Suspension geleitet, bis ihr pH auf 7,0 fiel. Die erhaltene Suspension, die ein verklumptes kristallines Präzipitat enthielt, wurde durch einen hydraulischen Zyklon gepumpt, in dem eine kleine Teilchenfraktion mit einem Durchmesser über 10 μm abgetrennt wurde. Die übrigen Feinteilchen wurden mittels Filtration aus dem wässrigen Medium abgetrennt und getrocknet. Das trockene Material lässt sich zu einer Papiermühle rezyklieren und als Füllstoff verwenden.
Beispiel 2:
Der in Beispiel 1 beschriebene Schlamm aus einer Tissuepapiermühle wurde unter Herstellung eines Kuchens mit 50 Gew.% Feststoffmaterial entwässert, in Stücke von etwa 0,5 cm Durchmesser zerkleinert und getrocknet. Dieses Material wurde dann in einen Torus-Fließbettofen eingeleitet, der bei 750°C betrieben wurde. Nach der Veraschung des Materials wurde das Bett entnommen. Das Material wurde in Wasser unter Herstellung einer Aufschlämmung mit 20 Gew.% Feststoffen suspendiert. Die Analyse des Materials ergab, dass etwa 40% des ursprünglichen Calciumcarbonats zu Calciumoxid zersetzt waren. Sandteilchen mit Durchmessern von 1 mm bis 2 mm wurden dann zur Aufschlämmung gegeben. Das erhaltene Gemisch wurde einem Zerreibschliff in einem Behälter unterworfen, der mit einem Kreiselmischer ausgestattet war. Der Zerreibschliff schritt dauerte ausreichend lange, dass in der Suspension 250 kWh Energie pro Tonne trockenes Feststoffmaterial (900 kJ kg^l) in die Suspension abgeben wurden. Nach Beendigung des Schleifens wurden die Sandteilchen von der Suspension des geschliffenen Materials auf einem Sieb mit einer Maschenweite von 0,25 mm abgetrennt. Ein Gasgemisch, das 25 Vol.% Kohlendioxid und im übrigen Luft enthielt, wurde durch die Suspension geleitet, bis ihr pH auf 7,0 fiel. Die Suspension wurde dann entwässert und getrocknet. Die Analyse des erhaltenen Materials zeigte, dass es aus etwa 80 Gew.% Teilchen mit einem Kugeläquivalentdurchmesser unter 2 μm bestand. Der gemessene Einlehner-Abrieb des Materials betrug 26 g^–2.
Beispiel 3:
Schlamm wurde nach dem im Beispiel 2 beschriebenen Verfahren verarbeitet, wobei aber der Fließbettofen bei 850°C betrieben wurde. Das im ursprünglichen Schlammmaterial enthaltene Calciumcarbonat wurde im Verbrennungsschritt vollständig in Calciumoxid umgewandelt. Die Analyse des hergestellten Endmaterials zeigte, dass es aus etwa 70 Gew.% Teilchen mit einem Kugeläquivalentdurchmesser unter 2 μm bestand. Der gemessene Einlehner-Abrieb des Materials betrug 52 g^–2.
Beispiel 4:
Schlamm wurde nach dem im Beispiel 2 beschriebenen Verfahren verarbeitet, wobei aber der Fließbettofen bei 950°C betrieben wurde. Das im ursprünglichen Schlammmaterial enthaltene Calciumcarbonat wurde im Verbrennungsschritt vollständig in Calciumoxid umgewandelt. Die Analyse des hergestellten Materials zeigte, dass es aus etwa 90 Gew.% Teilchen mit einem Kugeläquivalentdurchmesser unter 2 μm bestand. Der gemessene Einlehner-Abrieb des Materials betrug 70 g^–2.
Beispiel 5:
Der in Beispiel 1 beschriebene Schlamm aus der Tissuepapiermühle wurde unter Herstellung eines Kuchens mit 50 Gew.% Feststoffmaterial entwässert und in Stücke von etwa 0,5 cm Durchmesser zerkleinert. Das Material wurde dann in einen Torus-Fließbettofen eingeleitet, der bei 650°C betrieben wurde. Material wurde aus einem Zyklon gewonnen, der sich in der Luftauslassleitung des Ofens befand, und dann bei 650°C in einem Drehofen weiter gebrannt, wobei eine kleine Menge restlicher Kohlenstoffkoks entfernt und seine Farbe verbessert wurden. Die Analyse des in diesem Schritt gewonnenen Materials ergab, dass 10% des im ursprünglichen Schlammmaterial vorhandenen Calciumcarbonats in Calciumoxid umgewandelt waren. Das Material wurde dann in Wasser unter Herstellung einer Aufschlämmung mit 20 Gew.% Feststoffen suspendiert und wie im Beispiel 2 verarbeitet, wobei aber der Zerreibschliff beendet wurde, nachdem 100 kWh Reibenergie pro Tonne in die Aufschlämmung abgeben wurden. Die Analyse des erhaltenen Materials zeigte, dass es aus etwa 90 Gew.% Teilchen mit einem Kugeläquivalentdurchmesser unter 2 μm bestand. Der gemessene Einlehner-Abrieb des Materials betrug 31 g^–2.
Beispiel 6:
Ein vereinigter Schlamm aus Deinking- und Zerfaserungsanlagen, die an eine Zeitungspapiermühle angeschlossen waren, wurde mit einer Bandpresse unter Herstellung eines Kuchens mit etwa 50 Gew.% Feststoffen entwässert und in Stücke mit etwa 0,5 cm Durchmesser zerkleinert. Die Zusammensetzung der Feststoffe war ungefähr 14 Gew.% Calciumcarbonat, 26 Gew.% andere Mineralien, hauptsächlich Kaolinton, und 60 Gew.% brennbare organische Materie. Das Material wurde in einen Fließbettofen der oben beschriebenen Torus-Art eingeleitet, der bei 700°C betrieben wurde. Das Produkt dieses Schritts wurde dann weiter bei 700°C gebrannt, wobei restlicher Kohlenstoffkoks entfernt wurde. Die Analyse des in diesem Schritt hergestellten Materials ergab, dass 25% des ursprünglichen Calciumcarbonats zu Calciumoxid zersetzt Calciumoxid zersetzt worden war. Das Material wurde dann in Wasser aufgeschlämmt und wie im Beispiel 5 verarbeitet. Die Analyse des hergestellten Materials zeigte, dass es aus etwa 90 Gew.% Teilchen mit einem Kugeläquivalentdurchmesser unter 2 μm bestand. Der gemessene Einlehner-Abrieb des Materials betrug 52 g^–2. Der ISO-Helligkeitswert des Materials war 70,6%.
Das Material wurde zu Papierfaserbrei gegeben, der mit dem Sulfitverfahren hergestellt wurde. Aus dem erhaltenen Gemisch wurden Bahnen mit 25 Gew.% anorganischem Material hergestellt. Ein Vergleich mit Bahnen, die nur aus Faserbrei bestanden, ergab, dass der Kubelka-Munk-Lichtstreuungskoeffizient (der in der Papierindustrie gewöhnlich verwendet wird) bei den Verbundbahnen von 250 cm²/g auf 800 cm²/g erhöht war. Der wirksame Lichtstreuungskoeffizient des anorganischen Materials lässt sich somit zu etwa 2500 cm²/g berechnen. Verglichen damit hat ein übliches Ton- oder Kreidepigment, das als Papierfüllstoff eingesetzt wird, einen Lichtstreuungskoeffizienten von etwa 1500 cm²/g. Ein feinerer Ton oder ein gemahlenes Marmorpigment, wie sie zur Papierbeschichtung eingesetzt werden, haben unter den gleichen Bedingungen einen Lichtstreuungskoeffizienten von etwa 2000 cm²/g. Dies zeigt die unerwartet vorteilhafte Lichtstreuung, die der Präzipitationsschritt beim erfindungsgemäßen Verfahren erzielt.
Beispiel 7:
Schlamm wurde wie in Beispiel 6 verarbeitet, wobei aber zu der Probe Calciumhydroxid zugegeben wurde, bevor man das kohlendioxidhaltige Gas durch die Aufschlämmung leitete. Die Menge an Calciumhydroxid genügte, dass sich die Masse des Endprodukts verglichen mit der Situation ohne Zugabe von Calciumhydroxid verdoppelte. Die Analyse des hergestellten Materials zeigte, dass es aus etwa 70 Gew.% Teilchen mit einem Kugeläquivalentdurchmesser unter 2 μm bestand. Der ISO-Helligkeitswert des Materials war 75,5%.

Claims

Verfahren zur Behandlung und zum Einsatz eines feststoffhaltigen Materials, das enthalten ist in oder das hergestellt wird aus einem Abstrom oder den Abfallstoffen eines Verfahrens zur Behandlung von Papierabfallstoffen, wobei das feststoffhaltige Material Bestandteile der Papierabfallstoffe sowie ein organisches Material enthält, das Zellulosefasern und ein anorganisches Teilchenmaterial umfasst, einschließlich Calciumcarbonat und Kaolin oder Meta-Kaolin, umfassend Unterwerfen des feststoffhaltigen Materials einer Wärmebehandlung, in der das vorhandene organische Material verascht und in der aus dem vorhandenen anorganischen Teilchenmaterial ein gebranntes Produkt hergestellt wird, das Calciumoxid durch die thermische Zersetzung von Calciumcarbonat enthält; Zufügen des gebrannten Produkts zu einem wässrigen Medium unter Herstellung einer wässrigen Suspension, wobei die Teilchen der wässrigen Suspension zerkleinert werden und das im Teilchenmaterial vorhandene Calciumoxid vom wässrigen Medium in Calciumhydroxid umgewandelt wird, und Zufügen eines Reagens, das in der wässrigen Lösung eine salzbildende anionische Spezies erzeugt, so dass sich ein unlöslichen Calciumsalz-Präzipitat darin bildet, vermischt oder verklumpt mit anderem anorganischen Teilchenmaterial, das aus den Papierabfallbestandteilen stammt, und Zufügen der Suspension von Teilchenmaterial, einschließlich des Präzipitats, zu einer Zusammensetzung zur Herstellung oder zum Beschichten von Papier.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Zerkleinerungsschritt einen Mahl- oder Schleifprozess umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Schleifprozess einen Zerreibschliff mit einem teilchenförmigen Schleifmedium umfasst, wobei ein Feinprodukt hergestellt wird, das mindestens 50 Gew.% Teilchen mit einem Kugeläquivalentdurchmesser von weniger als 2 μm enthält.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Reagens, das eine salzbildende Ionenspezies erzeugt, Kohlendioxid enthält, und die Zufuhr von Kohlendioxid fortgeführt wird, bis im Wesentlichen das gesamte in der wässrigen Lösung vorhandene Calciumhydroxid in Calciumcarbonat umgewandelt ist.
Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das in einer Wärmebehandlung behandelte Material bis auf eine Feststoffkonzentration von mindestens 20 Gew.% entwässert wird, bezogen auf das Material, das auch Wasser und möglicherweise geringe Mengen flüssige Additive enthält.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das in einer Wärmebehandlung behandelte Material eine Feststoffkonzentration von 20 bis 50 Gew.% besitzt.
Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Temperatur bei der Wärmebehandlung so geregelt wird, dass sie im Bereich von 600 bis 750°C liegt, und nicht mehr als 25 Gew.% des mit dem feststoffhaltigen Material behandelten Calciumcarbonats durch die Wärmebehandlung zersetzt wird.
Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, wobei das feststoffhaltige Behandlungsmaterial ein Material umfasst, erhalten als Abfallstoffe, oder hergestellt aus derartigen Abfallstoffen, einer Papier-Deinkinganlage und wobei das organische Material und das im Behandlungsmaterial enthaltene kohlenstoffhaltige Material im wesent lichen insgesamt durch die Wärmebehandlung verbrannt wird, so dass man ein gebranntes Produkt erhält, das im Wesentlichen weiß ist.
Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Wärmebehandlungsverfahren in zwei oder mehreren Stufen erfolgt, wobei in der ersten Stufe die organischen Verbindungen derart verbrannt werden, dass die Temperatur nicht 750°C übersteigt.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei in einer direkt oder indirekt nach der ersten Stufe erfolgenden zweiten Stufe noch kohlenstoffhaltige Materialreste verbrannt werden.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei die erste Stufe in einem Behälter erfolgt, in dem eine begrenzte Luftzufuhr besteht.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die gasförmigen Verbindungen, die beim Verbrennen der im Behandlungsmaterial vorhandenen organischen Verbindungen entstehen, zu einem weiteren Behälter transportiert werden, in dem derartige gasförmige Verbindungen bei einer höheren Temperatur zersetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei die erste Stufe in einem Behälter mit einem fluidisierten Bett erfolgt, wobei die Zufuhr von Luft begrenzt wird, um die Temperatur der Wärmebehandlung zu regeln.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das fluidisierte Bett von der Dreh- oder Torus-Art ist.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 9 bis 14, wobei die zweite Stufe in dem Drehofen mit einem Überschuss an Sauerstoff erfolgt.
Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Behandlungsmaterial hergestellt wird durch Entwässern einer wässrigen Suspension, erhalten als Abstrom einer Anlage zu Deinken von Papierabfall.
Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zum gebrannten Produkt ein Erdalkalimetallhydroxid zugesetzt wird und durch Zufuhr von Kohlendioxid zum zugefügten Hydroxid ein Präzipitat hergestellt wird.