EP2038477A1 - Verfahren zum beladen einer faserstoffsuspension mit füllstoff - Google Patents

Verfahren zum beladen einer faserstoffsuspension mit füllstoff

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EP2038477A1
EP2038477A1 EP07723492A EP07723492A EP2038477A1 EP 2038477 A1 EP2038477 A1 EP 2038477A1 EP 07723492 A EP07723492 A EP 07723492A EP 07723492 A EP07723492 A EP 07723492A EP 2038477 A1 EP2038477 A1 EP 2038477A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
loading
pulp
pulp suspension
light fraction
loaded
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07723492A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus Doelle
Joachim Henssler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Voith Patent GmbH
Original Assignee
Voith Patent GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Voith Patent GmbH filed Critical Voith Patent GmbH
Publication of EP2038477A1 publication Critical patent/EP2038477A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H17/00—Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its constitution; Paper-impregnating material characterised by its constitution
    • D21H17/63—Inorganic compounds
    • D21H17/70—Inorganic compounds forming new compounds in situ, e.g. within the pulp or paper, by chemical reaction with other substances added separately
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H17/00—Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its constitution; Paper-impregnating material characterised by its constitution
    • D21H17/63—Inorganic compounds
    • D21H17/67—Water-insoluble compounds, e.g. fillers, pigments
    • D21H17/675—Oxides, hydroxides or carbonates
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H21/00—Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its function, form or properties; Paper-impregnating or coating material, characterised by its function, form or properties
    • D21H21/50—Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its function, form or properties; Paper-impregnating or coating material, characterised by its function, form or properties characterised by form
    • D21H21/52—Additives of definite length or shape

Definitions

  • the invention relates to a method for loading a pulp suspension according to the preamble of claim 1.
  • US 5,223,090 discloses a process employing fibrous material having elongated fibers with a cell wall surrounding a cavity, the fibers having a humidity sufficient to form a dewatered pulp slurry.
  • the fibers have a moisture content corresponding to a proportion of 40 to 50% of the weight of the fibers.
  • the water is essentially present inside the fibers and inside the fiber walls.
  • calcium oxide or calcium hydroxide is added to the pulp so that at least part of the incorporated calcium oxide or calcium hydroxide is associated with the water present in the pulp.
  • the fibrous cellulosic material is contacted with carbon dioxide while simultaneously subjected to a shear mixing process to produce a fibrous material having a substantial amount of calcium carbonate in the hollow interior and within the fibrous walls of the cellulosic fibers by precipitation.
  • a further method for loading a pulp suspension comprises the following steps: introduction of calcium hydroxide in liquid or dry form or of calcium oxide into the pulp suspension, introduction of gaseous carbon dioxide into the pulp suspension, precipitation of calcium carbonate by the carbon dioxide.
  • fiber loaded with calcium carbonate fiber loaded precipitate calcium carbonate
  • the process can be used independently of the fiber raw material to be loaded.
  • the field of application of the invention extends to paper and pulp production and process technology, including the filler produced, and includes applications of all paper grades, including packaging paper grades and production-related rejects, having a filler content between 1% and 60%, and / or a white topcoat having a filler content between 1% and 60%.
  • the filler content may be between 5% and 50%.
  • Treating a pulp suspension in papermaking with fiber-loading technology results in a completely new product that has new and improved properties over the products known in the market. Such a process allows, directly in the stock preparation in one
  • the fractionation may conveniently be carried out with hydrocyclones which produce a high centrifugal field, eg 200 times the gravitational field of the earth.
  • pressure sorters especially if they are designed as fiber fractionators, ie provided with fine screen openings.
  • pressure sorters especially if they are designed as fiber fractionators, ie provided with fine screen openings.
  • multi-stage separation systems and / or combinations of different separation principles are conceivable.
  • the inventive method is carried out with particular advantage so that the different effect of loading the pulp suspension is either used or compensated by appropriate measures partially or completely.
  • a loading method embodying this invention e.g. a pulp suspension composed of different fibers is formed. Due to the different properties, it is possible that the loading is not the same for all participating fibers. In addition, a statistical influence is conceivable such that, due to parameter variations during the precipitation process, whether temporal or local, precipitation is not uniform.
  • the different degree of loading that is to say the amount of precipitated crystals adhering to the fibers, makes it possible to carry out a fractionation subsequent to the loading process in which at least two fractions having different degrees of loading are formed. Since heavier loaded fibers are expected to be heavier than less heavily loaded fibers, the terms heavier fraction for higher load fiber and light fraction for lower load fiber are used herein.
  • the first possibility is to recycle the light fraction into a plant part which is before loading, to perform the loading process again, which is e.g. is particularly advantageous if they are guided in the light fraction
  • Fibers by a re-loading a significantly higher degree of loading reachable The cause may be that, due to the fiber properties, a longer loading time or a higher concentration of the chemicals would be more favorable. In such cases it is more economical not to tune the process to the "most difficult fibers", but to optimize the overall economy.
  • the second possibility is to selectively use the fractions formed in paper or board production.
  • different quality requirements are placed on paper production for the individual grades and possibly also layers on the paper machine. It is therefore possible to improve the overall process of paper production through fractionation.
  • the loading has a positive effect on the production of all types of paper, since by process-related mechanical stresses in the various sections of the paper machine, as in the press section, the dryer section or in the area in which the paper web is rolled, the intermediate product produced and the end product to be produced is mechanically stressed by the use of reeling, winding, reeling and converting machines.
  • Another advantage of using the technology of the invention in the above listed paper types is that they can be further processed in a calender.
  • fiber-loading technology fiber-loading particles are deposited in, around and on the fibers, thus avoiding blackening, ie black satin coating.
  • the starting material used is aqueous fibrous material, in particular aqueous paper stock, of from 0.1 to 20% consistency, preferably between 2 and 8%.
  • Calcium hydroxide in aqueous or in dry form or calcium oxide is mixed in a range between 0.01 and 60% of the existing solids content in the aqueous paper pulp.
  • a static mixer, a receiver chest or a material dissolving system is used; In this case, a pH in the range between 7 and 12, preferably between 9 and 12, is used.
  • the reactivity of the calcium hydroxide is between 0.01 and 10 minutes, preferably between 1 second and 3 minutes. Dilution water is mixed in according to given reaction parameters.
  • Carbon dioxide is mixed in accordance with the reaction parameters in a moist pulp dimension. Calcium carbonate precipitates in the carbon dioxide atmosphere.
  • the process temperature is between -15 ° C and 120 ° C, in particular between 20 ° and 90 ° C.
  • rhombohedral, scalenohedral and spherical crystals are produced, wherein the crystals dimensions between 0.05 and 5 .mu.m, in particular between 0.3 and 2.5 ⁇ m.
  • Static and / or mobile, in particular rotating, mixing elements are used to produce a fibrous suspension laden with calcium carbonate.
  • the process is preferably carried out in a pressure range between 0 and 15 bar, in particular between 0 and 6 bar.
  • the process is advantageously carried out at a pH of between 6 and 10, in particular between 6.5 and 9.5.
  • the reaction time is between 0.03 seconds and 1 minute, in particular between 0.05 and 10 seconds.
  • precipitate product particles of a rhombohedral shape having a respective cube size in a range of about 0.05 to about 2 ⁇ m can be produced.
  • the solids concentration of the pulp suspension provided for precipitation is selected in a range from about 0.1 to about 60% and preferably in a range from about 15 to 35%.
  • the carbon dioxide is added to the pulp suspension at a temperature in a range of about -15 to about 120 ° C and preferably in a range of about 20 to about 9O 0 C.
  • FIG. 1 system diagram to illustrate an example of the invention
  • Fig. 2 shows a variant of the method.
  • FIG. 1 shows by way of example a system with the most important method steps and devices.
  • the pulp P for example, pulp or deinked waste paper
  • a pulper 10 may be conventionally built, ie in its bottom area containing a pulper screen 11 and a pulper rotor 12, which provides for the Umtrieb in the pulper and the pulper screen 11 keeps free of blockages.
  • the pulp thus dissolved is supplied to a plurality of cleaning devices, which are symbolically represented as a fabric cleaner 14 and a fabric sorter 15. It then follows a screw press 16 to raise the consistency of the pulp suspension S again.
  • the press filtrate 18 of the screw press 16 can be recycled for dissolution in the pulper 10.
  • the thickened pulp 19 then passes into a crystallizer 20, which serves to initiate the desired precipitation of calcium carbonate in the form of finely divided filler with the aid of supplied carbon dioxide gas 24.
  • the carbon dioxide gas is provided by a carbon dioxide supply 21 and can be brought in a heat exchanger 22 by means of a cooling or heating means 23 to the desired temperature. But there are other possibilities for temperature control, for example, the direct addition of steam, if an increase in temperature is appropriate.
  • a Vorratsbütte 26 the loaded pulp suspension is collected, possibly diluted with dilution water 27.
  • a fractionation of the loaded pulp suspension S ' It then follows directly or after an intermediate treatment, such as grinding, a fractionation of the loaded pulp suspension S ' .
  • a cleaner system with highly effective hydrocyclones 13 is used here by way of example and with advantage.
  • Fibers that are more heavily loaded with adhesive fillers are specifically heavier than less heavily loaded fibers. They can also be stiffer.
  • the fractionation carried out according to the invention in particular when using sedimentation or centrifugal forces, makes use of these differences. It is therefore to be assumed that the heavy fraction 2 contains fibers loaded with fillers more strongly than the light fraction 1.
  • the light fraction 1 is recirculated here in the loading process, ie guided into the inlet of the screw press 16.
  • the heavy fraction 2 stands as Pulp suspension 28 eg a - not shown - paper machine available.
  • the plant part shown in Fig. 1 for loading with fillers, in particular calcium carbonate, is to be regarded only as a simplified example. In many cases, a bleach can be integrated. More details on the implementation of the load can be seen from the publications mentioned above.
  • the loading process is advantageously operated as an online process in the paper mill.
  • the fractionation of the loaded pulp can also be used to produce different material qualities or to provide different qualities in paper production.
  • Figure 2 shows a plant scheme as an example, in which, however, the resolution and the pre-cleaning of the pulp suspension are no longer shown. This can correspond to that of FIG. 1 or comparable plant components known per se.
  • Heavy fraction 2 to lead the headbox 32 of a paper or board machine separately.
  • the addition of further components 30, 31 to lead the headbox 32 of a paper or board machine separately.
  • the headbox 32 forms three layers in this example.
  • the light fraction 1 is guided into the inner layer and the heavy fraction 2 into the outer layers, in particular if the higher strength and / or the better retention of the higher-loaded fibers are to be utilized.
  • Several layers can also be formed with the help of several headboxes.

Abstract

Das Verfahren dient zum Beladen einer Faserstoffsuspension S mit einem Füllstoff, insbesondere mit Calciumcarbonat (Fiberloading). Die beladene Faserstoffsuspension S' wird erfindungsgemäß in mindestens zwei Fraktionen, eine Leichtfraktion (1) und eine Schwerfraktion (2), aufgeteilt, wozu in einer vorteilhaften Ausführungsform Hydrozyklone (13) verwendet werden. Dabei haben die unterschiedlichen Fraktionen einen unterschiedlichen Beladungsgrad, d.h. die Menge der an den Fasern anhaftenden ausgefällten Füllstoffen ist jeweils unterschiedlich. Es besteht die Möglichkeit, die weniger stark beladenen Fasern in den Beladungsprozess zurückzuführen, um den Beladungsgrad dieser Fraktion weiter zu erhöhen.

Description

Verfahren zum Beladen einer Faserstoffsuspension mit Füllstoff
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beladen einer Faserstoffsuspension gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es sind bereits mehrere Verfahren der Fiber-Loading-Technologie zum Beladen von Zellstofffasern mit Calciumcarbonat bekannt. In der US 5 223 090 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem Fasermaterial mit langgestreckten Fasern mit einer einen Hohlraum umgebenden Zellwand eingesetzt wird, wobei die Fasern eine Feuchtigkeit haben, die ausreicht, um einen entwässerten Brei einer Pulpe zu bilden. Dabei haben die Fasern einen Feuchtegehalt, der einem Anteil von 40 bis 50 % des Gewichts der Fasern entspricht. Das Wasser ist im Wesentlichen im Innern der Fasern und innerhalb der Faserwände vorhanden. Anschließend wird alternativ Calciumoxid oder Calciumhydroxid zu der Pulpe hinzugefügt, so dass wenigstens ein Teil des eingebrachten Calciumoxids oder Calciumhydroxids mit dem in der Pulpe vorhandenen Wasser assoziiert wird. Anschließend wird das faserförmige Zellulosematerial mit Kohlendioxid in Verbindung gebracht, wobei es gleichzeitig einem Scher-Mischverfahren unterworfen wird, um ein Fasermaterial mit einer beträchtlichen Menge Calciumcarbonat in dem hohlen Innern und innerhalb der Faserwände der Zellulosefasern durch Ausfällung zu erzeugen.
Aus der DE 102 04 254 A1 ist ein weiteres Verfahren zum Beladen einer Faserstoffsuspension bekannt. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Einbringen von Calciumhydroxid in flüssiger oder trockener Form oder von Calciumoxid in die Faserstoffsuspension, Einbringen von gasförmigem Kohlendioxid in die Faserstoffsuspension, Ausfällen von Calciumcarbonat durch das Kohlendioxid.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Beladen einer
Faserstoffsuspension zu schaffen, bei dem die Vorteile des Beladungsverfahrens vergrößert werden, eventuell auch ein deutlich höherer Beladungseffekt erreichbar ist. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 genannten Maßnahmen gelöst.
Durch dieses Verfahren ist es möglich, mit Calciumcarbonat beladenen Faserstoff (FLPCC = fiber loaded precipitate calcium carbonate) herzustellen, insbesondere für die Zellstoffherstellung oder für die Zellstoffverwendung bei der Papierherstellung. Der zu beladende Faserrohstoff wird beispielsweise aus Recycling-Papier, aus DIP (= Deinked Paper), aus Sekundärfaserstoff, gebleichtem oder ungebleichtem Zellstoff, Holzstoff jeglicher Art, jeglichem Papierrohzellstoff, gebleichtem oder ungebleichtem Sulfatzellstoff, Fertigstoffausschuss, Leinen-, Baumwoll- und/oder Hanffasern (vorwiegend für Zigarettenpapier eingesetzt) und/oder jeglichem anderen Papierrohstoff hergestellt, der in einer Papiermaschine Verwendung findet. Das Verfahren lässt sich unabhängig vom zu beladenden Faserrohstoff einsetzen.
Das Anwendungsgebiet der Erfindung erstreckt sich auf die Papier- und Zellstoffherstellung und die Prozesstechnologie einschließlich des hergestellten Füllstoffes und umfasst Anwendungsgebiete aller Papiersorten einschließlich Verpackungspapiersorten und den bei der Produktion anfallenden Ausschüssen, die einen Füllstoffgehalt zwischen 1 % und 60 % haben und/oder eine weiße Deckschicht mit einem Füllstoffgehalt zwischen 1 % und 60 % besitzen. Vorzugsweise kann der Füllstoffgehalt zwischen 5 % und 50 % liegen.
Wird eine Faserstoffsuspension bei der Papierherstellung mit der Fiber-Loading- Technologie behandelt, resultiert daraus ein vollkommen neues Produkt, das neue und verbesserte Eigenschaften gegenüber den auf dem Markt bekannten Produkten hat. Ein solcher Prozess erlaubt es, direkt bei der Stoffaufbereitung in einer
Papierfabrik Füllstoff (Calciumcarbonat) auszufällen, der ausschließlich an und in dem Faserstoff, insbesondere der Papierfaser, gleichmäßig verteilt und angelagert ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Fraktionierung günstigerweise mit Hydrozyklonen durchgeführt werden, die ein hohes Zentrifugalfeld erzeugen, das z.B. dem 200-Fachen des Schwerkraftfelds der Erde entspricht.
Eine andere Möglichkeit liegt in der Anwendung von Drucksortierern, insbesondere wenn sie als Faserfraktionatoren ausgelegt, also mit feinen Sieböffnungen versehen sind. Selbstverständlich sind auch mehrstufige Trennanlagen und/oder Kombinationen verschiedener Trennprinzipien denkbar.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird mit besonderem Vorteil so durchgeführt, dass der unterschiedliche Effekt der Beladung der Faserstoffsuspension entweder genutzt oder durch entsprechende Maßnahmen teilweise oder vollständig wieder ausgeglichen wird. Bei einem Beladungsverfahren, von dem diese Erfindung ausgeht, wird z.B. eine aus verschiedenartigen Fasern zusammengesetzte Faserstoffsuspension gebildet. Auf Grund der unterschiedlichen Eigenschaften ist es möglich, dass die Beladung nicht bei allen teilnehmenden Fasern gleich ist. Außerdem ist ein statistischer Einfluss denkbar, derart, dass auf Grund von Parameterschwankungen während des Ausfällungsprozesses, seien sie nun zeitlich oder örtlich, die Ausfällung nicht gleichmäßig ist. Der unterschiedliche Beladungsgrad, also die Menge der an den Fasern anhaftenden ausgefällten Kristallen ermöglicht eine sich an den Beladungsprozess anschließende Fraktionierung, bei der mindestens zwei Fraktionen mit unterschiedlichem Beladungsgrad gebildet werden. Da davon auszugehen ist, dass stärker beladene Fasern schwerer sind als weniger stark beladene, werden hier die Bezeichnungen Schwerfraktion für Fasern mit höherem Beladungsgrad und Leichtfraktion für Fasern mit geringerem Beladungsgrad gewählt.
Je nach Anforderungen an das Verfahren sind zwei Möglichkeiten denkbar, um die unterschiedlichen Fraktionen weiter zu behandeln.
Die erste Möglichkeit liegt darin, durch Rezirkulation der Leichtfraktion in einen Anlagenteil, der vor der Beladung liegt, den Beladungsprozess erneut durchzuführen, was z.B. insbesondere dann von Vorteil ist, wenn diese in der Leichtfraktion geführten
Fasern durch eine nochmalige Beladung einen signifikant höheren Beladungsgrad erreichen können. Die Ursache kann sein, dass auf Grund der Fasereigenschaften eine größere Dauer zur Beladung oder eine höhere Konzentration der Chemikalien günstiger wäre. In solchen Fällen ist es ökonomischer, den Prozess nicht auf die „schwierigsten Fasern" abzustimmen, sondern ökonomisch gesamthaft zu optimieren.
Die zweite Möglichkeit besteht darin, die gebildeten Fraktionen bei der Papier- oder Kartonproduktion gezielt unterschiedlich einzusetzen. Bekanntlich werden bei der Papiererzeugung für die einzelnen Sorten und eventuell auch Lagen auf der Papiermaschine unterschiedliche Qualitätsanforderungen gestellt. Es ist also möglich, durch die Fraktionierung den Gesamtprozess der Papiererzeugung zu verbessern.
Gegenüber herkömmlichen Prozessen zur Herstellung einer Faserstoffsuspension kann durch das Beladen ein höherer Mahlgrad energiegünstig erreicht werden; z.B. können bis zu 50 % der Mahlenergie eingespart werden. Dies wirkt sich insbesondere auf alle Papiersorten aus, die einen Mahlprozess bei ihrer Herstellung durchlaufen, und vor allem bei solchen, die einen hohen oder sehr hohen Mahlgrad haben, wie beispielsweise FL-Zigarettenpapiere (FL = Fiber Loading), FL-B&P-Papiere, FL- Sackkraftpapiere und FL-Filterpapier. Bei diesen Papieren, die keine Füllstoffe benötigen, kann freier Füllstoff, der nicht an oder in den Fasern abgelagert ist, nach dem Mahlprozess oder vor dem Einbringen der Faserstoffsuspension in die Stoffauflaufbütte oder vor der Zuführung zur Papiermaschine entfernt werden. Die Fasern selber sind jedoch außen und/oder innen und außen mit Füllstoff versehen, so dass die positiven Effekte der Fiber-Loading-Technologie bestehen bleiben.
Das Beladen wirkt sich positiv auf die Herstellung aller Papiersorten aus, da durch prozessbedingte mechanische Belastungen in den verschiedenen Sektionen der Papiermaschine, wie in der Pressenpartie, der Trockenpartie oder in dem Bereich, in dem die Papierbahn aufgerollt wird, das hergestellte Zwischenprodukt und das herzustellende Endprodukt durch die Verwendung von Aufroll-, Wickel-, Umroll- und Konvertierungsmaschinen mechanisch hoch belastet wird.
Ein weiterer Vorteil beim Einsatz der erfindungsgemäßen Technologie bei den oben aufgeführten Papiersorten besteht darin, dass diese auch in einem Kalander weiterverarbeitet werden können. Dadurch, dass beim Einsatz der Fiber-Loading- Technologie Fiber-Loading-Partikel in, um und an den Fasern angelagert werden, wird das Blackening, d. h. Schwarzsatinage, vermieden.
Im Folgenden wird ein typisches Beispiel für das Beladen einer Faserstoffsuspension beschrieben:
Als Ausgangsmaterial wird wässriges Faserstoffmaterial, insbesondere wässriger Papierstoff, von 0,1 bis 20 % Konsistenz, vorzugsweise zwischen 2 und 8 %, eingesetzt. Calciumhydroxid in wässriger oder in trockener Form oder Calciumoxid wird in einem Bereich zwischen 0,01 und 60 % des vorhandenen Feststoffanteils in den wässrigen Papierfaserstoff eingemischt. Für den Mischvorgang wird ein statischer Mischer, eine Vorlagebütte oder ein Stoffauflösesystem eingesetzt; hierbei wird ein pH-Wert im Bereich zwischen 7 und 12, vorzugsweise zwischen 9 und 12, eingesetzt. Die Reaktivität des Calciumhydroxids liegt zwischen 0,01 und 10 Minuten, vorzugsweise zwischen 1 Sekunde und 3 Minuten. Gemäß vorgegebenen Reaktionsparametern wird Verdünnungswasser eingemischt.
Kohlendioxid wird entsprechend den Reaktionsparametern in einer feuchten Papierstoffdimension eingemischt. Dabei fällt Calciumcarbonat in der Kohlendioxid- Atmosphäre aus.
Vorzugsweise liegt die Prozesstemperatur zwischen - 15° C und 120° C, insbesondere zwischen 20° und 90° C. Vorzugsweise werden rhomboedrische, skalenohedrische und kugelförmige Kristalle erzeugt, wobei die Kristalle Abmessungen zwischen 0,05 und 5 μm, insbesondere zwischen 0,3 und 2,5 μm, haben.
Zur Herstellung einer mit Calciumcarbonat beladenen Faserstoffsuspension werden statische und/oder bewegliche, insbesondere rotierende, Mischelemente eingesetzt. Das Verfahren wird vorzugsweise in einem Druckbereich zwischen 0 und 15 bar, insbesondere zwischen 0 und 6 bar, durchgeführt. Ebenso wird das Verfahren mit Vorteil bei einem pH-Wert zwischen 6 und 10, insbesondere zwischen 6,5 und 9,5, durchgeführt. Hierbei liegt die Reaktionszeit zwischen 0,03 Sekunden und 1 Minute, insbesondere zwischen 0,05 und 10 Sekunden.
Es können beispielsweise Fällungsproduktteilchen von einer rhomboedrischen Form mit einer jeweiligen Würfelgröße in einem Bereich von etwa 0,05 bis etwa 2 μm erzeugt werden. In bestimmten Fällen ist es auch von Vorteil, Fällungsproduktteilchen von einer skalenoedrischen Form mit einer jeweiligen Länge in einem Bereich von etwa 0,05 bis etwa 2 μm und einem jeweiligen Durchmesser in einem Bereich von etwa 0,01 bis etwa 0,05 μm zu erzeugen.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Feststoffkonzentration der zum Ausfällen bereit gestellten Faserstoffsuspension in einem Bereich von etwa 0,1 bis etwa 60 % und vorzugsweise in einem Bereich von etwa 15 bis 35 % gewählt.
Gemäß einer zweckmäßigen praktischen Ausgestaltung des Beladungsverfahrens wird das Kohlendioxid der Faserstoffsuspension bei einer Temperatur in einem Bereich von etwa -15 bis etwa 120° C und vorzugsweise in einem Bereich von etwa 20 bis etwa 9O0C zugesetzt.
Die Erfindung und ihre Vorteile werden erläutert an Hand von Zeichnungen. Dabei zeigen:
Fig. 1 Anlagenschema zur Darstellung eines Beispiels des erfindungsgemäßen
Verfahrens;
Fig. 2 Eine Variante des Verfahrens.
In Fig. 1 ist exemplarisch eine Anlage mit den wichtigsten Verfahrensschritten und Vorrichtungen dargestellt. Bei dieser Anlage wird der Faserstoff P, z.B. Zellstoff oder deinktes Altpapier, zusammen mit Wasser W in einen Stofflöser 10 eingetragen. Dieser Stoffiöser 10 kann konventionell gebaut sein, also in seinem Bodenbereich ein Stofflösersieb 11 enthalten sowie einen Stofflöserrotor 12, welcher für den Umtrieb im Stofflöser sorgt und das Stofflösersieb 11 von Verstopfungen frei hält. Der so aufgelöste Faserstoff wird bei dem hier gezeigten Beispiel mehreren Reinigungsvorrichtungen zugeführt, die symbolisch als ein Stoffreiniger 14 und ein Stoffsortierer 15 dargestellt ist. Es folgt dann eine Schneckenpresse 16, um die Konsistenz der Faserstoffsuspension S wieder anzuheben. Das Pressenfiltrat 18 der Schneckenpresse 16 kann zur Auflösung im Stofflöser 10 zurückgeführt werden. Der eingedickte Faserstoff 19 gelangt dann in einen Kristallisator 20, der dazu dient, mit Hilfe von zugeführtem Kohlendioxid-Gas 24 die gewünscht Ausfällung von Calciumcarbonat in Form von fein verteiltem Füllstoff auszulösen. Das Kohlendioxid- Gase wird bereit gestellt durch eine Kohlendioxidversorgung 21 und kann in einem Wärmetauscher 22 mit Hilfe eines Kühl- oder Heizmittels 23 auf die gewünschte Temperatur gebracht werden. Es gibt aber auch andere Möglichkeiten zur Temperierung, z.B. die direkte Zugabe von Dampf, wenn eine Erhöhung der Temperatur zweckmäßig ist. In einer Vorratsbütte 26 wird die beladene Faserstoffsuspension gesammelt, eventuell mit Verdünnungswasser 27 verdünnt.
Es folgt dann direkt oder nach einer Zwischenbehandlung, wie z.B. Mahlung, eine Fraktionierung der beladenen Faserstoffsuspension S'. Dazu wird hier exemplarisch und mit Vorteil eine Cleaner-Anlage mit hochwirksamen Hydrozyklonen 13 verwendet. Diese bilden eine Schwerfraktion 2 und eine Leichtfraktion 1. Fasern, die mit anhaftenden Füllstoffen stärker beladen sind, sind spezifisch schwerer als weniger stark beladenen Fasern. Sie können auch steifer sein. Die erfindungsgemäß durchgeführte Fraktionierung, insbesondere bei Verwendung von Sedimentation oder Zentrifugalkräften nutzt diese Unterschiede. Es ist daher davon auszugehen, dass die Schwerfraktion 2 stärker mit Füllstoffen beladene Fasern enthält als die Leichtfraktion 1.
Die Leichtfraktion 1 wird hier in den Beladungsprozess rezirkuliert, d.h. in den Zulauf der Schneckenpresse 16 geführt. Die Schwerfraktion 2 steht als Faserstoffsuspension 28 z.B. einer - nicht gezeigten - Papiermaschin zur Verfügung.
Der in Fig. 1 gezeigte Anlagenteil zur Beladung mit Füllstoffen, insbesondere Calciumcarbonat, ist nur als vereinfachtes Beispiel anzusehen. In vielen Fällen kann auch eine Bleiche integriert sein. Mehr Details zur Durchführung der Beladung sind aus den eingangs genannten Publikationen ersichtlich. Der Beladungsprozess wird mit Vorteil als Online-Prozess in der Papierfabrik betrieben.
Wie bereits erwähnt, kann die Fraktionierung des beladenen Faserstoffs auch dazu verwendet werden, um unterschiedliche Stoffqualitäten zu erzeugen, bzw. unterschiedliche Qualitäten bei der Papiererzeugung zur Verfügung zu stellen. Für diese Vorgehensweise zeigt die Figur 2 ein Anlagenschema als Beispiel, bei dem allerdings die Auflösung und die Vorreinigung der Faserstoffsuspension nicht mehr dargestellt sind. Diese kann der der Figur 1 oder vergleichbaren an sich bekannten Anlagenteilen entsprechen. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es z.B. möglich, die Leichtfraktion 1 , also die mit den weniger beladenen Fasern, von der
Schwerfraktion 2 bis zum Stoffauflauf 32 einer Papier- oder Kartonmaschine getrennt zu führen. Dabei hat in der Regel die Zugabe von weiteren Komponenten 30, 31
(Faserstoffe oder Zuschläge) zu erfolgen. Es ist auch möglich (hier nicht gezeigt), die Fraktionen unterschiedlich zu bearbeiten, z.B. zu mahlen.
Der Stoffauflauf 32 bildet bei diesem Beispiel drei Schichten. Mit Vorteil wird die Leichtfraktion 1 in die Innenlage und die Schwerfraktion 2 in die Außenlagen geführt, insbesondere wenn die höhere Festigkeit und/oder die bessere Retention der höher beladenen Fasern genutzt werden sollen. Mehrere Lagen können auch mit Hilfe mehrerer Stoffaufläufe gebildet werden.
Der Konstante Teil der Papiermaschine ist hier nicht gezeigt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Beladen einer Faserstoffsuspension (S) mit einem Füllstoff, insbesondere mit Calciumcarbonat, wobei Calciumhydroxid in flüssiger oder trockener Form in die Faserstoffsuspension (S) eingebracht und durch eine chemische Reaktion der Füllstoff in der Faserstoffsuspension ausgefällt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die beladene Faserstoffsuspension in (S') mindestens zwei Fraktionen mit unterschiedlichem Beladungsgrad fraktioniert wird und dass diese Fraktionen unterschiedlich behandelt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Fraktionierung durch Anwendung von Zentrifugalkräften durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fraktionierung in Hydrozyklonen (13) durchgeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydrozyklone (13) ein Zentrifugalfeld erzeugen, das mindestens so groß ist wie 200 Mal Erdbeschleunigung.
5. Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Leichtfraktion (1) mit geringerem Beladungsgrad und mindestens eine Schwerfraktion (2) mit höherem Beladungsgrad gebildet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Leichtfraktion (1) erneut beladen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leichtfraktion (1) in denselben Beladungsprozess rezirkuliert wird, in dem sie bereits beladen wurde.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leichtfraktion (1) in einem anderen Beladungsprozess beladen wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Leichtfraktion (1) und Schwerfraktion (2) in unterschiedlicher Weise gemahlen werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Leichtfraktion (1) und Schwerfraktion (2) für unterschiedliche Papier- oder Kartonprodukte verwendet werden.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass Leichtfraktion (1) und Schwerfraktion (2) in unterschiedlichen Lagen bei der Papier- oder Kartonproduktion verwendet werden.
12. Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgangsmaterial wässriges Faserstoffmaterial, insbesondere wässriger Papierstoff, von 0,1 bis 20 % Konsistenz, vorzugsweise zwischen 2 und 8 %, eingesetzt wird.
13. Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozesstemperatur bei der Ausfällung zwischen - 15° C und 120° C, insbesondere zwischen 20° und 90° C, beträgt.
14. Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das chemische Ausfällen der Füllstoffe durch gasförmiges Kohlendioxid durchgeführt wird.
15. Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass rhomboedrische, skalenohedrische und kugelförmige Kristalle erzeugt werden.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kristalle Abmessungen zwischen 0,05 und 5 μm, insbesondere zwischen 0,3 und 2,5 μm, haben.
17. Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beladung in einem Druckbereich zwischen 0 und 15 bar, insbesondere zwischen 0 und 6 bar, durchgeführt wird.
18. Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beladung bei einem pH-Wert zwischen 6 und 10, insbesondere zwischen 6,5 und 9,5, durchgeführt wird.
19. Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beladung bei einem Trockengehalt zwischen 0,1 % und 60 %, vorzugsweise 15 % bis 35 %, durchgeführt wird.
20. Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionszeit der Ausfällung zwischen 0,03 Sekunden und 1 Minute liegt, insbesondere zwischen 0,05 und 10 Sekunden.
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