WO2002079568A1 - Verfahren zur aufbereitung von faserstoff - Google Patents

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WO2002079568A1
WO2002079568A1 PCT/EP2002/001621 EP0201621W WO02079568A1 WO 2002079568 A1 WO2002079568 A1 WO 2002079568A1 EP 0201621 W EP0201621 W EP 0201621W WO 02079568 A1 WO02079568 A1 WO 02079568A1
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grinding
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fibers
fiber
approximately
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PCT/EP2002/001621
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Joerg Rheims
Oliver Heise
Klaus Doelle
Ronald Sigl
Werner Witek
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Voith Paper Patent Gmbh
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21D—TREATMENT OF THE MATERIALS BEFORE PASSING TO THE PAPER-MAKING MACHINE
    • D21D1/00—Methods of beating or refining; Beaters of the Hollander type
    • D21D1/20—Methods of refining
    • 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
    • D21H23/00—Processes or apparatus for adding material to the pulp or to the paper
    • D21H23/02—Processes or apparatus for adding material to the pulp or to the paper characterised by the manner in which substances are added
    • D21H23/04—Addition to the pulp; After-treatment of added substances in the pulp
    • D21H23/06—Controlling the addition
    • D21H23/14—Controlling the addition by selecting point of addition or time of contact between components
    • D21H23/16—Addition before or during pulp beating or refining
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a process for the preparation of fibrous material for the production of paper or cardboard.
  • Pulp for the production of paper and cardboard is processed in the stock preparation upstream of the paper machine in such a way that the desired paper properties, e.g. mechanical properties, optical properties, etc. can be achieved.
  • the mechanical properties are influenced by the so-called freeness of the fiber suspension.
  • This degree of grinding is a measure of how easily the fiber suspension can be dewatered.
  • a certain degree of grinding can be achieved by grinding the fibers to a greater or lesser extent in refiners.
  • the fibers are shortened, fibrillated and squeezed. This process makes the fibers more flexible and their specific surface area is increased, so that the number of possible binding points between the fibers during sheet formation increases. This leads to an increase in the mechanical strength of the paper or cardboard produced from these fibers.
  • the grinding work required consumes considerable amounts of energy. Depending on the type of pulp or fiber, the degree of grinding and the grinding parameters, 120 to 200 kWh per ton of fiber material and more are necessary. It is known to remove the fibrous material before or after the direct addition of conventional fillers, e.g. Calcium carbonate, titanium dioxide, etc. to grind. The above-mentioned high amounts of energy have to be used for this.
  • conventional fillers e.g. Calcium carbonate, titanium dioxide, etc.
  • a precipitation product for example filler
  • the wetted at least one additive, in particular filler is embedded in the fiber surfaces of the fiber material.
  • the fibers can be loaded with calcium carbonate, for example.
  • calcium oxide and / or calcium hydroxide is added to the moist, disintegrated fiber material in such a way that at least a part thereof is associated with the water present in the fiber material.
  • the fiber material treated in this way is then subjected to carbon dioxide.
  • the "Fiber Loading TM" process can take place within a refiner.
  • the aim of the invention is to provide a method of the type mentioned at the outset, which makes it possible to drastically reduce the grinding energy for fibrous materials without significantly impairing the properties of the paper made from these fibers.
  • the solids concentration is preferably selected in a range from approximately 25% to approximately 40%, in particular in a range from approximately 30% to approximately 40% and preferably in a range from approximately 30% to approximately 35%.
  • the precipitation product with which the fibers are loaded in process step c) can be, for example, filler. In principle, however, any other precipitation products are also conceivable.
  • calcium carbonate (CaCO 3 ) can be embedded on the wetted fiber surfaces by adding calcium oxide (CaO) and / or calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ) to the moist fiber material, at least some of which coexist can associate the water with the amount of fiber.
  • the fiber material treated in this way can then be exposed to carbon dioxide (CO 2 ).
  • the calcium carbonate formed can form a suspension around and between the fibers.
  • the calcium oxide and / or the calcium hydroxide medium is added to the fiber suspension, a chemical reaction with an exothermic property takes place, the calcium hydroxide preferably being added in liquid form (milk of lime). This means that not necessarily the Water stored in or on the fibers of the fiber suspension is necessary for the start and the end of the chemical reaction.
  • dry fiber surfaces can encompass all wetted surfaces of the individual fibers. This also includes in particular the case in which the fibers are loaded with calcium carbonate or any other precipitation product both on their outer surface and in their interior (lumen).
  • the fibers can e.g. are loaded with the filler calcium carbonate, the attachment to the wetted fiber surfaces being carried out by a so-called “Fiber Loading TM” process, as is described as such in US Pat. No. 5,223,090.
  • this "Fiber Loading TM” process e.g. the carbon dioxide with the calcium hydroxide to water and calcium carbonate.
  • the pulp suspension before grinding to a solid mass concentration in a range from about 3% to about 7%, in particular in a range from about 4% to about 6% and preferably in a range of diluted from about 4.5% to about 5.5%.
  • optimal strength values to be achieved.
  • the grinding process can be done in several steps.
  • concentration of the fiber suspension in the different grinding steps can be different or the same.
  • Optimal grinding conditions can be achieved in particular if the fibers are ground in at least one refiner whose grinding gap is delimited by structured surfaces, the fibers in the grinding gap with a specific edge load on the surface structures in a range from approximately 0.5 J / m to about 5 J / m, in particular in a range from about 0.5 J / m to about 2 J / m and preferably in the range from 1.5 J / m.
  • the specific edge load is a common international term. It results from the division of the net power (watts) by the secondary total edge length (m / s).
  • intersection angles of the surface structures are expediently in a range from approximately 10 ° to approximately 80 °, in particular in a range from approximately 40 ° to approximately 60 ° and preferably in the range from 40 ° for short fibers and 60 ° range for long fibers.
  • the method according to the invention results in a saving of 5 to 70%, in most cases 20 to 40%, of the grinding energy, based on the pure fiber mass.
  • the strengths, optical properties, the specific volume, the porosity and the formation of the paper produced are retained, or they are even used in comparison to pulp grinding without filler or with filler calcium carbonate directly added in a conventional manner. repaired.
  • the process according to the invention can be used with particular advantage in the production of papers with higher filler contents, since here the filler no longer has to be washed out.
  • the partial refining before the "Fiber Loading TM" process can preferably be gentle, i.e. be carried out with a smaller specific edge load. This will fibrillate the fibers and make the loading process more efficient.
  • FIG. 3 shows an enlarged section of a tooth or knife set of a refiner
  • FIG. 4 shows a purely schematic representation of a segment of a tooth or knife set to explain the relevant angles
  • Fig. 5 is a schematic representation of a purely exemplary embodiment of a refiner.
  • the following process steps are carried out to prepare fibrous material for the production of paper or cardboard: a) providing fibers in the form of a suspension with a predeterminable solids concentration, b) loading the fibers with a precipitation product without grinding the material, c) grinding the fibers after the loading process has been completed to increase the degree of grinding and / or to change the fiber properties , and d) continuing the fiber suspension treated in accordance with steps a) to c) in the direction of the paper machine, it being possible for further process steps to follow.
  • the solids concentration is preferably selected in a range from approximately 25% to approximately 40%, in particular in a range from approximately 30% to approximately 40% and preferably in a range from approximately 30% to approximately 35%.
  • the fibers can be loaded with any precipitation product.
  • a filler can be loaded.
  • the pulp suspension can e.g. to a solid mass concentration (fiber and precipitation product mass based on the total volume) in a range from approximately 3% to approximately 7%, in particular in a range from approximately 4% to approximately 6% and preferably in a range from approximately 4.5% to approximately 5.5% can be diluted.
  • the grinding process can take place in one or in several steps.
  • the concentration of the fiber suspension in the different grinding steps can be different or the same. For example, it is a partial grinding before loading the precipitate, e.g. Filler, possible. For papers in which little precipitate or filler is desired, at least part of the precipitate can be washed out after grinding.
  • the fibers are ground in a refiner, the grinding gap of which is limited by structured surfaces rotating relative to one another, for example can be formed by a respective set of teeth or knives 12 (see FIGS. 1 and 2).
  • FIG. 1 shows a segment of a preferred embodiment of a tooth or knife set 12 of a refiner, which can be used for grinding the fibers. Another possible embodiment of such a tooth or knife assembly 12 is shown in FIG.
  • the fibers in the grinding gap can e.g. with an edge load on the surface structures which are expediently in a range from approximately 0.5 J / m to approximately 5 J / m, in particular in a range from approximately 0.5 J / m to approximately 2 J / m and preferably in the range of 1.5 J / m.
  • the cutting angle of the teeth or knives of the relevant tooth or knife set 12 can e.g. in a range from approximately 10 ° to approximately 80 °, in particular in a range from approximately 40 ° to approximately 60 ° and preferably in the range of 40 ° for short fibers and in the range of 60 ° for long fibers. As can be seen in particular from FIG. 4, the following applies to this cutting angle ⁇ :
  • the knife width b 3 mm (see also FIG. 3) and the cutting angle ⁇ (see also FIG. 4) is 60 °.
  • the groove width g is 4 mm.
  • FIG. 4 shows the sector angle ⁇ and the tooth or knife angle (bar angle) ⁇ .
  • calcium oxide and / or calcium hydroxide can be added to the fiber material in such a way that at least some of them coincide with that in the fiber material, i.e. water can associate between the fibers, in the hollow fibers and in their walls, the following chemical reaction occurring:
  • Fiber Loading TM Ca (OH) 2 + CO 2 ⁇ CaCO 3 + H 2 O
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a purely exemplary embodiment of a refiner 10, which can be equipped with a corresponding grinding gap.
  • the refiner 10 comprises an inlet 14 and an outlet 16 for the fibers to be ground.
  • a spindle bearing 18 takes one Spindle on which the grinding gap can be adjusted (see gap adjustment 20).
  • a rotor 22 is axially movable on the spindle shaft. The rotor 22 is driven via an axially fixed shaft 24 which is mounted in bearings 26.
  • a corresponding oil lubrication 28 can also be seen in FIG. 5.

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Abstract

Ein Verfahren zur Aufbereitung von Faserstoff zur Herstellung von Papier oder Karton umfasst die folgenden Schritte: a) Bereitstellen von Fasern in Form einer Suspension mit einer vorgebbaren Feststoffkonzentration, b) Beladen der Fasern mit einem Fällungsprodukt, ohne den Stoff dabei zu mahlen, c) Mahlen der Fasern nach Abschluss des Beladungsprozesses zur Erhöhung des Mahlgrades und/oder zur Veränderung der Fasereigenschaften, und d) Weiterführen der entsprecehnd den Schritten a) bis c) behandelten Faserstoffsuspension in Richtung Papiermaschine.

Description

Verfahren zur Aufbereitung von Faserstoff
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von Faserstoff zur Herstellung von Papier oder Karton.
Faserstoff zur Herstellung von Papier und Karton wird in der der Papiermaschine vorgelagerten Stoffaufbereitung so aufbereitet, daß die gewünschten Papiereigenschaften, wie z.B. mechanische Eigenschaften, optische Eigenschaften usw., erreicht werden. Insbesondere die mechanischen Eigenschaften (Festigkeitseigenschaften) werden durch den sog. Mahlgrad der Fasersuspension beeinflußt. Dieser Mahlgrad ist ein Maß dafür, wie leicht sich die Fasersuspension ent- wässern läßt. Ein bestimmter Mahlgrad läßt sich durch mehr oder weniger starkes Mahlen der Fasern in Mahlmaschinen, sog. Refinem, erreichen. Dabei werden die Fasern gekürzt, fibrilliert und gequetscht. Durch diesen Vorgang werden die Fasern flexibilisiert, und deren spezifische Oberfläche wird erhöht, so daß sich die Anzahl der möglichen Bindungspunkte zwischen den Fasern bei der Blattbildung erhöht. Dies führt zu einer Erhöhung der mechanischen Festigkeit des aus diesen Fasern hergestellten Papiers bzw. Kartons. Die erforderliche Mahlarbeit verbraucht erhebliche Energiemengen. Abhängig von der Zellstoff- bzw. Faserart, dem Mahlgrad sowie den Mahlparametern sind 120 bis 200 kWh pro Tonne Fasermaterial und mehr notwendig. Es ist bekannt, den Faserstoff vor oder auch nach der direkten Zugabe von üblichen Füllstoffen, wie z.B. Calciumcarbonat, Titandioxid usw., zu mahlen. Hierfür sind die oben genannten hohen Energiemengen aufzuwenden.
Das Beladen mit einem Fällungsprodukt, z.B. Füllstoff, kann beispielsweise durch einen sog. Fiber Loading™-Prozeß erfolgen, wie er u.a. in der US-A-5 223 090 beschrieben ist. Bei einem solchen "Fiber Loading™"-Prozeß wird an die benetz- ten Faseroberflächen des Fasermaterials wenigstens ein Zusatzstoff, insbesondere Füllstoff, eingelagert. Dabei können die Fasern beispielsweise mit Calciumcar- bonat beladen werden. Hierzu wird dem feuchten, desintegrierten Fasermaterial Calciumoxid und/oder Calciumhydroxid so zugesetzt, daß zumindest ein Teil davon sich mit dem im Fasermaterial vorhandenen Wasser assoziiert. Das so behandelte Fasermaterial wird anschließend mit Kohlendioxid beaufschlagt. Beim aus dieser US-A-5 223 090 bekannten Verfahren kann der "Fiber Loading™"- Prozeß innerhalb eines Refiners stattfinden.
Es ist somit zwar bekannt, den Stoff oder Pulp einem Ladungsprozeß zu unterziehen, mit dem Calciumcarbonat erzeugt wird. Es bleibt jedoch offen, wie dieser behandelte Stoff bezüglich seiner mechanischen, chemischen und physikalischen Eigenschaften optimal zu behandeln, d.h. zu "refinen" ist. Es werden auch keinerlei Angaben zum Aspekt der Wirtschaftlichkeit des Mahlprozesses gemacht.
Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das es ermöglicht, die Mahlenergie für Faserstoffe drastisch zu senken, ohne die Eigenschaften des aus diesen Fasern hergestellten Papieres wesentlich zu verschlechtern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Aufbereitung von Faserstoff zur Herstellung von Papier oder Karton, das die folgenden Schritte umfaßt:
a) Bereitstellen von Fasern in Form einer Suspension mit einer vorgebbaren Feststoffkonzentration, b) Beladen der Fasern mit einem Fällungsprodukt, ohne den Stoff dabei zu mahlen, c) Mahlen der Fasern nach Abschluß des Beladungsprozesses zur Erhöhung des Mahlgrades und/oder zur Veränderung der Fasereigenschaften, und d) Weiterführen der entsprechend den Schritten a) bis c) behandelten Faserstoffsuspension in Richtung Papiermaschine.
it diesem Verfahren kann die Mahlenergie für Faserstoffe unter nahezu vollständiger Aufrechterhaltung der gewünschten Eigenschaften des aus diesen Fasern hergestellten Papieres deutlich gesenkt werden.
Dabei wird im Verfahrensschritt a) die Feststoffkonzentration vorzugsweise in einem Bereich von etwa 25 % bis etwa 40 %, insbesondere in einem Bereich von etwa 30 % bis etwa 40 % und vorzugsweise in einem Bereich von etwa 30 % bis etwa 35 % gewählt.
Bei dem Fällungsprodukt, mit dem die Fasern im Verfahrensschritt c) beladen werden, kann es sich beispielsweise um Füllstoff handeln. Grundsätzlich sind jedoch auch beliebige andere Fällungsprodukte denkbar.
Beim Beladen der Fasern z.B. mit Füllstoff kann beispielsweise Caiciumcarbonat (CaCO3) an die benetzen Faseroberflächen eingelagert werden, indem dem feuchten Fasermaterial Calciumoxid (CaO) und/oder Calciumhydroxid (Ca(OH)2) zugesetzt wird, wobei zumindest ein Teil davon sich mit dem Wasser der Faserstoffmenge assoziieren kann. Das so behandelte Fasermaterial kann dann mit Kohlendioxid (CO2) beaufschlagt werden. Überdies kann das entstandene Caiciumcarbonat um und zwischen den Fasern eine Suspension bilden. Bei Zusetzung des Calciumoxids und/oder des Calciumhydroxids enthaltenen Mediums an die Faserstoffsuspension läuft eine chemische Reaktion mit exothermer Eigenschaft ab, wobei das Calciumhydroxid vorzugsweise in flüssiger Form (Kalkmilch) zugesetzt wird. Dies bedeutet, daß nicht unbedingt das mögli- cherweise in bzw. an den Faserstoffen der Faserstoffsuspension ein- bzw. angelagerte Wasser zum Start und Ablauf der chemischen Reaktion notwendig ist.
Der Begriff "benetzte Faseroberflächen" kann alle benetzten Oberflächen der ein- zelnen Fasern umfassen. Damit ist insbesondere auch der Fall mit erfaßt, bei dem die Fasern sowohl an ihrer Außenfläche als auch in ihrem Innern (Lumen) mit Caiciumcarbonat bzw. einem beliebigen anderen Fällungsprodukt beladen werden.
Demnach können die Fasern z.B. mit dem Füllstoff Caiciumcarbonat beladen werden, wobei die Anlagerung an die benetzten Faseroberflächen durch einen sog. "Fiber Loading™"-Prozeß erfolgt, wie er als solcher in der US-A- 5 223 090 beschrieben ist. In diesem "Fiber Loading™"-Prozeß reagiert z.B. das Kohlendioxid mit dem Calciumhydroxid zu Wasser und Caiciumcarbonat.
Zweckmäßigerweise wird die Faserstoffsuspension vor dem Mahlen auf eine Feststoffmassenkonzentration (Faser- und Fällungsproduktmasse bezogen auf das Gesamtvolumen) in einem Bereich von etwa 3 % bis etwa 7 %, insbesondere in einem Bereich von etwa 4 % bis etwa 6 % und vorzugsweise in einem Bereich von etwa 4,5 % bis etwa 5,5 % verdünnt. Bei diesen Konzentrationen während des Mahlprozesses (low consistency refining) werden optimale Festigkeitswerte (Tear- oder Durchreißfestigkeit, Berstfestigkeit, Tensile- oder Zugfestigkeit) der hergestellten Papierbahn erreicht.
Damit ergeben sich auch die optimalen Parameter für die Mahlung von reinem Zellstoff (ohne Füllstoffanteil) zur Erzielung hoher mechanischer Festigkeiten.
Der Mahlprozeß kann in mehreren Schritten erfolgen. Dabei kann die Konzentration der Faserstoffsuspension bei den verschiedenen Mahlschritten unterschiedlich oder auch gleich sein. In bestimmten Fällen ist es von Vorteil, wenn eine Teilmahlung vor dem Beladen mit Füllstoff erfolgt. Dabei wird vorzugsweise höchstens die Hälfte der Gesamtmahlenergie vor dem Beladungsprozeß zum Mahlen aufgewendet.
Für Papiere, bei denen wenig Fällungs- bzw. Füllstoff erwünscht ist, kann nach dem Mahlen zumindest ein Teil des Fällungsproduktes ausgewaschen werden. Der dafür notwendige Aufwand wird durch die Energieeinsparung beim Mahlen zumindest kompensiert.
Optimale Mahlbedingungen lassen sich insbesondere dann erzielen, wenn die Fasern in wenigstens einem Refiner gemahlen werden, dessen Mahlspalt durch strukturierte Oberflächen begrenzt ist, wobei die Fasern in dem Mahlspalt bei einer spezifischen Kantenbelastung der Oberflächenstrukturen in einem Bereich von etwa 0,5 J/m bis etwa 5 J/m, insbesondere in einem Bereich von etwa 0,5 J/m bis etwa 2 J/m und vorzugsweise im Bereich von 1 ,5 J/m gemahlen werden. Die spezifische Kantenbelastung ist ein international üblicher Begriff. Sie ergibt sich aus der Division der Netto-Leistung (Watt) durch die sekundliche Gesamtkantenlänge (m/s).
Die Schnittwinkel der vorzugsweise durch eine jeweilige Zahn- oder Messergarnitur gebildeten Oberflächenstrukturen liegen zweckmäßigerweise in einem Bereich von etwa 10° bis etwa 80°, insbesondere in einem Bereich von etwa 40° bis etwa 60° und vorzugsweise im Bereich von 40° bei Kurzfasern und im Bereich von 60° bei Langfasern.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ergibt sich eine Einsparung von 5 bis 70%, in den meisten Fällen von 20 bis 40% der Mahlenergie, bezogen auf die reine Fasermasse. Die Festigkeiten, optischen Eigenschaften, das spezifische Volumen, die Porosität und die Formation des erzeugten Papieres bleibt erhalten, oder sie werden im Vergleich zur Mahlung von Zellstoff ohne Füllstoff oder mit auf konventionellem Wege direkt zugegebener Füllstoff Caiciumcarbonat sogar ver- bessert. Das erfindungsgemäße Verfahren ist mit besonderem Vorteil bei der Herstellung von Papieren mit höheren Füllstoffgehalten anwendbar, da hier der Füllstoff nicht mehr ausgewaschen werden muß.
Es sind insbesondere die folgenden Prozesssequenzen möglich:
- Partielles Refining (Teilmahlung) → "Fiber Loading™" (Beladen mit Füllstoff) - Fertigrefinen (Fertigmahlen)
- Partielles Refinen (Mahlen) → "Fiber Loading™" (Beladen mit Füllstoff) und partielles Refinen (Mahlen) → Fertigrefinen (Mahlen)
Das partielle Refinen vor dem "Fiber Loading™" - Prozeß kann vorzugsweise schonend, d.h. mit kleinerer spezifischer Kantenbelastung durchgeführt werden. Die Fasern werden dadurch fibrilliert, und der Beladungsprozeß wird effizienter.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigen:
Fig. 1 ein Segment einer bevorzugten Ausführungsform einer Zahn- oder Messergarnitur eines Refiners,
Fig. 2 ein Segment einer weiteren möglichen Ausführungsform einer Zahnoder Messergarnitur eines Refiners,
Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt einer Zahn- oder Messergarnitur eines Refiners, Fig. 4 eine rein schematische Darstellung eines Segments einer Zahnoder Messergarnitur zur Erläuterung der betreffenden Winkel und
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer rein beispielhaften Ausführungsform eines Refiners.
Zur Aufbereitung von Faserstoff zur Herstellung von Papier oder Karton, werden die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt: a) Bereitstellen von Fasern in Form einer Suspension mit einer vorgebbaren Feststoffkonzentration, b) Beladen der Fasern mit einem Fällungsprodukt, ohne den Stoff dabei zu mahlen, c) Mahlen der Fasern nach Abschluß des Beladungsprozesses zur Erhöhung des Mahlgrades und/oder zur Veränderung der Fasereigenschaften, und d) Weiterführen der entsprechend den Schritten a) bis c) behandelten Faserstoffsuspension in Richtung Papiermaschine, wobei sich ggf. weitere Verfahrensschritte anschließen können.
Dabei wird im Verfahrensschritt a) die Feststoffkonzentration vorzugsweise in einem Bereich von etwa 25 % bis etwa 40 %, insbesondere in einem Bereich von etwa 30 % bis etwa 40 % und vorzugsweise in einem Bereich von etwa 30 % bis etwa 35 % gewählt. Im Verfahrensschritt c) können die Fasern mit einem beliebigen Fällungsprodukt beladen werden. So kann beispielsweise ein Beladen mit Füllstoff erfolgen. Vor dem Mahlen kann die Faserstoffsuspension z.B. auf eine Feststoffmassenkonzentation (Faser- und Fällungsproduktmasse bezogen auf das Gesamtvolumen) in einem Bereich von etwa 3 % bis etwa 7 %, insbesondere in einem Bereich von etwa 4 % bis etwa 6 % und vorzugsweise in einem Bereich von etwa 4,5 % bis etwa 5,5 % verdünnt werden. Der Mahlprozeß kann in einem oder auch in mehreren Schritten erfolgen. Die Konzentration der Faserstoffsuspension bei den verschiedenen Mahlschritten kann unterschiedlich oder gleich sein. Es ist beispielsweise eine Teilmahlung vor dem Beladen mit dem Fällungs- produkt, z.B. Füllstoff, möglich. Für Papiere, bei denen wenig Fällungsprodukt bzw. Füllstoff erwünscht ist, kann nach dem Mahlen zumindest ein Teil des Fällungsproduktes ausgewaschen werden.
Die Fasern werden in einem Refiner gemahlen, dessen Mahlspalt durch relativ zueinander rotierende strukturierte Oberflächen begrenzt sind, die beispielsweise durch eine jeweilige Zahn- oder Messergarnitur 12 (vgl. die beiden Fig. 1 und 2) gebildet sein können.
Figur 1 zeigt ein Segment einer bevorzugten Ausführungsform einer Zahn- oder Messergarnitur 12 eines Refiners, die zum Mahlen der Fasern verwendet werden kann. In der Figur 2 ist eine weitere mögliche Ausführungsform einer solchen Zahn- oder Messergarnitur 12 gezeigt.
Dabei können die Fasern in dem Mahlspalt z.B. bei einer Kantenbelastung der Oberflächenstrukturen gemahlen werden, die zweckmäßigerweise in einem Bereich von etwa 0,5 J/m bis etwa 5 J/m, insbesondere in einem Bereich von etwa 0,5 J/m bis etwa 2 J/m und vorzugsweise im Bereich von 1 ,5 J/m liegt.
Der Schnittwinkel der Zähne bzw. Messer der betreffenden Zahn- bzw. Messer- garnitur 12 kann z.B. in einem Bereich von etwa 10° bis etwa 80°, insbesondere in einem Bereich von etwa 40° bis etwa 60° und vorzugsweise im Bereich von 40° bei Kurzfasern und im Bereich von 60° bei Langfasern liegen. Wie sich insbesondere auch aus der Fig. 4 ergibt, gilt für diesen Schnittwinkel γ:
γ = αs + αR,
mit αs = Messerwinkel am Stator αR= Messerwinkel am Rotor; oder γ = 2 x α, für αs = αR
Bei der in der Fig. 1 dargestellten bevorzugten Messergarnitur 12 beträgt die Messerbreite b = 3 mm (vgl. auch Fig. 3) und der Schnittwinkel γ (vgl. auch Fig.4) 60°. Die Nutbreite g beträgt 4 mm.
Bei der in der Fig. 2 dargestellten Messergarnitur 12 beträgt die Messerbreite 2 mm und der Schnittwinkel 40°. Die Nutbreite g ist hier 3 mm. In der Fig. 4 sind außer dem Segmentwinkel θ auch der Sektorwinkel ß und der Zahn- bzw. Messerwinkel (bar angle) α zu erkennen.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel beschrieben, bei dem das Fasermaterial beispielsweise mit Caiciumcarbonat beladen wird, bei dem es sich um einen Füllstoff handelt.
Dabei kann dem Fasermaterial insbesondere Calciumoxid und/oder Calciumhy- droxid (gelöschter Kalk) so zugesetzt werden, daß zumindest ein Teil davon sich mit dem im Fasermaterial, d.h. zwischen den Fasern, in den Hohlfasern und in deren Wänden, vorhandenen Wasser assoziieren kann, wobei sich die folgende chemische Reaktion einstellt:
CaO + H2O -> Ca(OH)2
Löschen von gebranntem Kalk Löschkalk
In dem betreffenden Reaktor wird das Fasermaterial dann derart mit Kohlendioxid (CO2) beaufschlagt, daß Caiciumcarbonat (CaCO3) an die benetzten Faserober- flächen weitestgehend angelagert wird. Dabei stellt sich die folgende chemische Reaktion ein:
"Fiber Loading™": Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O
(Caiciumcarbonat + Wasser)
Figur 5 zeigt in schematischer Darstellung eine rein beispielhafte Ausführungsform eines Refiners 10, der mit einem entsprechenden Mahlspalt ausgestattet sein kann.
Wie anhand der Fig. 5 zu erkennen ist, umfaßt der Refiner 10 einen Einlaß 14 und einen Auslaß 16 für die zu mahlenden Fasern. Ein Spindellager 18 nimmt eine Spindel auf, über die der Mahlspalt verstellbar ist (siehe Spaltverstellung 20). Ein Rotor 22 ist auf dem Spindelschaft axial beweglich. Der Rotor 22 wird über eine axial feststehende Welle 24 angetrieben, die in Lagern 26 gelagert ist. In der Fig. 5 ist auch eine entsprechende Ölschmierung 28 zu erkennen.
Es sind insbesondere die folgenden Prozesssequenzen möglich:
- Partielles Refining (Teilmahlung) → "Fiber Loading™" (Beladen mit Füllstoff) → Fertigrefinen (Fertigmahlen) - Partielles Refinen (Mahlen) → "Fiber Loading™" (Beladen mit Füllstoff) und partielles Refinen (Mahlen) -» Fertigrefinen (Mahlen)
Bezugszeichenliste
10 Refiner, Mahlmaschine
12 Strukturierte Oberfläche, Zahn- oder Messergarnitur
14 Einlaß
16 Auslaß
18 Spindelgetriebe 0 Spaltverstellung 2 Rotor
24 Welle
26 Lager
28 Ölschmierung b Messerbreite g Nutbreite
Zahn- bzw. Messerwinkel ß Sektorwinkel
Y Schnittwinkel θ Segmentwinkel αs Messerwinkel des Stators αR Messerwinkel des Rotors

Claims

Verfahren zur Aufbereitung von FaserstoffAnsprüche
1. Verfahren zur Aufbereitung von Faserstoff zur Herstellung von Papier oder Karton, mit den folgenden Schritten: a) Bereitstellen von Fasern in Form einer Suspension mit einer vorgebbaren Feststoffkonzentration, b) Beladen der Fasern mit einem Fällungsprodukt, ohne den Stoff dabei zu mahlen, c) Mahlen der Fasern nach Abschluß des Beladungsprozesses zur Erhöhung des Mahlgrades und/oder zur Veränderung der Fasereigenschaften, und d) Weiterführen der entsprechend den Schritten a) bis c) behandelten Faserstoffsuspension in Richtung Papiermaschine.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß im Verfahrensschritt a) die Feststoffkonzentration in einem Bereich von etwa 25 % bis etwa 40 %, insbesondere in einem Bereich von etwa 30 % bis etwa 40 % und vorzugsweise in einem Bereich von etwa 30 % bis etwa 35 % gewählt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern im Verfahrensschritt c) mit Füllstoff beladen werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserstoffsuspension vor dem Mahlen auf eine Feststoffmassen- konzentation (Faser- und Fällungsproduktmasse bezogen auf das Gesamtvolumen) in einem Bereich von etwa 3 % bis etwa 7 %, insbesondere in einem Bereich von etwa 4 % bis etwa 6 % und vorzugsweise in einem Bereich von etwa 4,5 % bis etwa 5,5 % verdünnt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mahlprozeß in mehreren Schritten erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration der Faserstoffsuspension bei den verschiedenen Mahlschritten unterschiedlich ist.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration der Faserstoffsuspension bei den verschiedenen Mahlschritten gleich ist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Teilmahlung vor dem Beladen mit dem Fällungsprodukt erfolgt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß höchstens die Hälfte der Gesamtmahlenergie vor dem Beladungsprozeß zum Mahlen aufgewendet wird.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Mahlen zumindest ein Teil des Fällungsproduktes ausgewaschen wird.
11. Verfahren zur Aufbereitung von Faserstoff zur Herstellung von Papier oder Karton, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Fasern in wenigstens einem Refiner (10) gemahlen werden, dessen Mahlspalt durch strukturierte Oberflächen (12) begrenzt ist, wobei die Fasern in dem Mahlspalt bei einer Kantenbelastung der Oberflächenstrukturen (12) in einem Bereich von etwa 0,5 J/m bis etwa 5 J/m, insbesondere in einem Bereich von etwa 0,5 J/m bis etwa 2 J/m und vorzugsweise im Bereich von 1 ,5 J/m gemahlen werden.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittwinkel (γ) der vorzugsweise durch eine jeweilige Zahn- oder
Messergarnitur (12) gebildeten Oberflächenstrukturen in einem Bereich von etwa 10 ° bis etwa 80°, insbesondere in einem Bereich von etwa 40° bis etwa 60° und vorzugsweise im Bereich von 40° bei Kurzfasern und im Bereich von 60° bei Langfasern liegen.
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