WO2003066962A1 - Method for preparing fibres contained in a pulp suspension - Google Patents

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WO2003066962A1
WO2003066962A1 PCT/EP2003/001019 EP0301019W WO03066962A1 WO 2003066962 A1 WO2003066962 A1 WO 2003066962A1 EP 0301019 W EP0301019 W EP 0301019W WO 03066962 A1 WO03066962 A1 WO 03066962A1
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fiber
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Klaus Doelle
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Voith Paper Patent Gmbh
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    • D21H17/63—Inorganic compounds
    • D21H17/67—Water-insoluble compounds, e.g. fillers, pigments
    • D21H17/675—Oxides, hydroxides or carbonates

Definitions

  • the invention relates to a method for the preparation of fibers contained in a fiber suspension and / or for the preparation of coating color for coated papers.
  • PCC precipitated calcium carbonate
  • GCC ground calcium carbonate
  • PCC or GCC fillers are mass-produced goods that are produced in special manufacturing companies that can be assigned to a paper mill as a satellite system.
  • online production of PCC has never been considered in the paper industry due to the particular process properties required to produce PCC. Instead, PCC or GCC is transported to the paper mills in bulk or in the form of a suspension.
  • PCC and GCC fillers are used as coating pigments in sizes of 0.3 m and above. Since the small particles of GCC fillers do not have the required optical properties, Ti0 2 is added.
  • Ti0 2 can be achieved, which, however, is a very expensive and abrasive pigment that is up to 10 times as expensive as the PCC or GCC pigments can be. Since the optical properties of the currently used GCC and PCC pigments are limited due to the manufacturing process, Ti0 2 has been used to improve these properties.
  • Fiber Loading with an additive e.g. Filler
  • an additive e.g. Filler
  • a chemical precipitation reaction i.e. in particular by means of a so-called "Fiber Loading TM” process, as described, inter alia, in US Pat. No. 5,223,090.
  • at least one additive, in particular filler is embedded on the wetted 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 calcium hydroxide medium When 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 the water which is possibly stored in or on the fibers of the fiber suspension is not absolutely necessary for the start and completion of the chemical reaction.
  • the aim of the invention is to provide an improved method of the type mentioned in the introduction.
  • At least one of the following devices and / or means can be used for the online process: cleaning device, in particular HC cleaner, co-cleaning device, in particular static mixer, lime quenching device, press, in particular screw press or belt press, compensating reactor, crystallizer, further mixing device, in particular static Mixer, C0 2 supply device or additional C0 2 recovery device, optional C ⁇ 2 heater, optional chemical bleach additive, pressurized water tank.
  • cleaning device in particular HC cleaner, co-cleaning device, in particular static mixer, lime quenching device, press, in particular screw press or belt press, compensating reactor, crystallizer, further mixing device, in particular static Mixer, C0 2 supply device or additional C0 2 recovery device, optional C ⁇ 2 heater, optional chemical bleach additive, pressurized water tank.
  • crystalline precipitation product particles has the advantage, among other things, that, if necessary, higher gloss values can be achieved for the end product.
  • the coating color is usually not ground, but it can be ground. In general, this depends on the respective definition, but also on the respective crystallization process. If CaCO crystals are produced in the coating kitchen, there are no fibers in the suspension, which means that the pump crystallizer only works as a highly efficient chemical reactor or mixer. Of course, you could also see a grinding component in the mixing and reaction process, especially due to the friction of the particles in the suspension, supported by the rotor and the stator.
  • the first mixing device is preferably used for mixing the milk of lime into the fiber suspension.
  • the cleaning device is used to prevent contamination by heavier materials such as, in particular, sand, stones and pieces of metal occurring during the process.
  • At least part of the required CO 2 is provided by a CO 2 recovery system.
  • a CO 2 recovery system can be recovered from the flue gas from boilers or the flue gas from power plants.
  • milk of lime the calcium hydroxide preferably being added in liquid form
  • fall product particles of a rhombohedral shape with a respective cube size in a range from approximately 0.05 to approximately 2 ⁇ m can be produced.
  • the solids concentration of the fiber suspension provided is selected in a range from approximately 5 to approximately 60% and preferably in a range from approximately 10 to approximately 35%.
  • calcium carbonate (CaC0 3 ) can be stored on the wetted fiber surfaces by using the moist fiber material calcium oxide (CaO) and / or calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ) is added, at least a part of which can be associated with the water of the amount of fiber.
  • the fiber material treated in this way can then be subjected to carbon dioxide (C0 2 ).
  • dry fiber surfaces can encompass all wetted surfaces of the individual fibers.
  • the case is also included 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 may 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 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 calcium hydroxide can be added to the fiber suspension in liquid form or in dry form.
  • the carbon dioxide is added to the fiber suspension at a temperature in a range from approximately -15 to approximately 120 ° C. and preferably in a range from approximately 20 to approximately 90 ° C.
  • the paper produced can therefore contain fillers in a range from about 0.05 to about 5 ⁇ , which increases the optical properties of the end product.
  • the filler can in particular be calcium carbonate, which occurs in nature, for example, as caicit or calcite, aragonite and in the rarer form fatherite.
  • the filler can mainly consist of the form of caicit, of which over 300 different crystal forms are said to exist.
  • the shape of the filler particles used can be, for example, rhombohedral with a respective cube size in a range from about 0.05 to about 2 ⁇ m or for example, be scalenohedral with a respective length in a range from approximately 0.05 to approximately 2 ⁇ m and a respective diameter in a range from approximately 0.01 to approximately 0.05 m, depending on the type of paper to be produced in each case.
  • the filler is well distributed on, around and within the fibers, which means that there is no agglomeration of crystals in bundles.
  • the respective filler particle namely the crystal, is individually spaced or isolated on the fiber.
  • the filler particle covers the fiber by being attached to the fiber, which improves the optical properties of the end product.
  • the particle size is therefore essential for achieving optimal opacity. A high opacity is achieved when the color spectrum of the visible light is well scattered. If the color spectrum is absorbed, the color is black. If the size of the filler particles falls below 0.2 to 0.5 ⁇ m, there is a tendency towards transparency and higher gloss.
  • the manufacturing process in question for producing the filler crystals can be designed, for example, as follows and have the following variables:
  • the fiber suspension previously mixed with Ca (OH) 2 is placed in a fluffer, refiner, disperser or the like at a consistency or solids concentration in a range from about 5 to about 60%, preferably in a range from about 10 to about 35%.
  • the Ca (OH) 2 can be added in liquid or dry form.
  • the fiber suspension is loaded with C0 2 .
  • the C0 2 can e.g. B. at temperatures in a range between about - 15 and about 120 ° C and preferably at temperatures in a range between about 20 and about 90 ° C.
  • the fibrous suspension enters the gas zone, where each individual fiber is exposed to a gas atmosphere, followed by the precipitation reaction, which immediately results in the CaC0 3 .
  • the shape of the CaC0 3 crystals can be, for example, rhombohedral, scalenohedral or spherical, the amount of crystal in particular being dependent on the temperature range selected for the fiber suspension and on the C0 2 and the Ca (OH) 2 content in the fiber suspension.
  • a shear distribution occurs which brings about a size distribution of the crystals of about 0.05 to about 0.5 ⁇ m and preferably from about 0.3 to about 2.5 ⁇ m.
  • the shape of the filler particles used is, for example, rhombohedral with a respective cube size in a range from about 0.05 to about 2 / ⁇ m or scalenohedral with a respective length in a range from about 0.05 to about 2 ⁇ m and a respective diameter in one Range from about 0.01 to about 0.5 ⁇ m, depending on the type of paper to be made.
  • the concentration of the fibrous suspension passing through the rotor disk is about 0.1 to about 50% and preferably about 35 to about 50% ,
  • the pressure acting on the CO 2 supply line is in particular in a range from approximately 0.1 to approximately 6 bar, and preferably in a range from approximately 0.5 to approximately 3 bar, in order to provide a constant CO 2 supply to the gas ring for the desired one to ensure chemical reaction.
  • the pressure must be increased when there is a high water requirement in order to pump more through the hose.
  • the C0 2 is a compressible gas, the amount required can also be increased to ensure a complete reaction.
  • the C0 2 supply and thus the CaC0 3 producing precipitation reaction can be controlled and / or regulated via the pH.
  • pH values in a range from 6.0 to approximately 10.0 pH, preferably in a range from approximately 7.0 to approximately 8.5 pH, can be envisaged for the final reaction of the CaCO 3 crystals.
  • the energy used for this process can in particular be in a range between approximately 0.3 and approximately 8 kWh / t and preferably in a range between approximately 0.5 and approximately 4 kWh / t.
  • Dilution water can be added and mixed with the pulp suspension to obtain a final dilution in which the pulp suspension produced with filler has a consistency or solids concentration in a range from, for example, about 0.1 to about 16%, preferably in a range from about 2 to owns about 6%.
  • the pulp suspension is then exposed to the atmosphere in a machine, a container or the next process machine.
  • the rotational speed of the rotor disk can be on the outside diameter, in particular in a range from approximately 20 to 100 m / s and preferably in a range from approximately 40 to approximately 60 m / s.
  • the gap between the rotor and the stator is, for example, approximately 0.5 to approximately 100 mm and preferably approximately 25 to approximately 75 mm.
  • the diameter of the rotor and the stator can in particular be in a range from approximately 0.5 to approximately 2 m.
  • the reaction time is preferably in a range from approximately 0.001 to 1 min, preferably in a range from approximately 0.1 to approximately 10 seconds.
  • the method described above enables individual particles to be produced which are equally spaced apart and attached to the fibers, covering the fibers in the manner required to meet the requirements for the desired high level of white or glossy paper.
  • the particle size is preferably in a range from about 0.05 to about 5 ⁇ m, the preferred size for the rhombohedral shape of a cube in one Range from about 0.05 to about 2 ⁇ m or for a scalenohedral shape with respect to the length in a range from about 0.05 to about 2 ⁇ m and with respect to the diameter in a range from about 0.01 to about 0.5 ⁇ m lies.
  • the particle size should expediently be below 0.2 to 0.5 ⁇ m.
  • a new way of storing pigments is created in order to achieve the desired optical properties and the desired printability in and on the paper sheet directly during the paper production and not during the coating process.
  • the coating process can therefore only be provided for fine adjustment of the properties of the paper surface.
  • a corresponding influencing in the coating process is also conceivable.
  • Ti0 2 can be reduced after a higher degree of whiteness and better optical properties can be achieved.
  • the method according to the invention can also be used in particular for coating color for coated papers.
  • PCC production can be part of the coating process, and the crystal forms mentioned can be formed again.
  • the wear in the coating device and in the paper machine is reduced if there is an online deletion. Accordingly, the method according to the invention can in particular also be used in combination in a coating machine and a paper machine.
  • Wood-containing or wood-free coated printing and writing papers - Uncoated wood-containing or wood-free printing and writing papers.
  • Types of paper determined by wood pulp or cellulose are known in the art.
  • woody paper with wood or pulp in a range from 25% to 100%.
  • Chemical pulp is added to increase the strength and runnability of coating and paper machines, etc.
  • TMP Thermomechanical Pulp
  • SC paper This is a type of paper that is determined by the use of chemical pulp and can have a filler content of up to 30%.
  • Chemical pulp types - These contain mechanical pulp up to 10%. Both hardwood and softwood chemical pulps are used.
  • This consists of up to 90 to 100% of new chemical pulp fibers, but can contain recycled fibers up to 100%, whereby a filler content up to about 30% can be provided.
  • Cardboard types - These contain a top layer made from a mixture of bleached
  • Hardwood up to 90%
  • bleached softwood up to 30%
  • the middle layer contains, for example, a mixture of waste and production waste
  • the base layer can contain unbleached softwood and production waste as well as OCC.
  • the method according to the invention can be implemented, for example, in a "Fiber Loading TM" system of the type shown in the single figure of the drawing.
  • cleaning device 10 in particular HC cleaner (high consistency cleaner), mixing device 12, in particular static mixer, lime quenching device 14, press 16, in particular screw press or belt press, compensating reactor 18, crystallizer 20, further mixing device 22, in particular static mixer, CO 2 supply device 24 or additional CO 2 recovery device, optional CO 2 heater 26, optional chemical bleach additives, pressurized water tank 28.
  • the cleaning device 10 or an equivalent device preferably equipped with at least one mechanism that effects a protective function.
  • the mixing device 10 and the further mixing device 22 can also be designed in accordance with the devices for mixing suspended fibrous material disclosed in German Offenlegungsschrift DE 41 25 513 A1.
  • a device comprises an introduction line for a suspended fibrous material ("thick material") which opens into the wall of a pipe section, in particular a curved one, which carries a thin material.
  • the outflow velocity of the thick matter from the inlet line is preferably at least three times the velocity of the thin matter flowing in the mouth area.
  • the inlet line preferably opens into the central area of the pipe section.
  • the mixing device 10 and / or the further mixing device 22 can be equipped with or without a known indwelling chest.
  • control valve 28 provided in a line to the cleaning device 10, one between the lime quenching device 14 and the
  • the first mixing device 12 provided lime pump 30, a press water pump 32 provided between the press water tank 28 and the crystallizer 20, a mixing tank 34 as well as a C0 2 pump 36 provided between the C0 2 supply 24 and the C0 2 heater 26.

Abstract

The invention relates to a method for preparing fibres contained in a pulp suspension, comprising the following steps: provision of the fibres in the form of a suspension with a predeterminable solid concentration; loading of the fibres with a precipitation product; grinding of the fibres loaded with the precipitation product to produce precipitation product particles with maximum dimensions ranging between approximately 0.05 and 5 νm. The invention is characterised in that crystalline precipitation product particles are produced and said production of the latter takes place in an online process directly in the stock preparation line.

Description

Verfahren zur Aufbereitung von in einer Faserstoffsuspension enthaltenen Fasern Process for the preparation of fibers contained in a fiber suspension
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von in einer Faserstoffsuspension enthaltenen Fasern und/oder zur Aufbereitung von Streichfarbe für gestrichene Papiere.The invention relates to a method for the preparation of fibers contained in a fiber suspension and / or for the preparation of coating color for coated papers.
Bei der Papierherstellung sind Füllstoffe wie insbesondere gefälltes Calciumcar- bonat (PCC = precipitated calcium carbonate) oder zerkleinertes oder gemahlenes Calciumcarbonat (GCC = ground calcium carbonate) übliche Substanzen, die dazu verwendet werden, den Fasergehalt zu reduzieren sowie die optischen Eigenschaften des Papiers zu verbessern.In papermaking, fillers such as, in particular, precipitated calcium carbonate (PCC = precipitated calcium carbonate) or comminuted or ground calcium carbonate (GCC = ground calcium carbonate) are common substances which are used to reduce the fiber content and to improve the optical properties of the paper ,
Bei den handelsüblichen PCC- oder GCC-Füllstoffen handelt es sich um Massenware, die in speziellen Herstellungsbetrieben erzeugt wird, die einer Papierfabrik als Satellitenanlage zugeordnet sein können. Eine Online-Herstellung von PCC wurde oder wird in der Papierindustrie jedoch niemals erwogen, was auf die besonderen Prozesseigenschaften zurückzuführen ist, die zur Herstellung von PCC erforderlich sind. Stattdessen wird PCC oder GCC als Schüttgut oder in Form einer Suspension zu den Papierfabriken transportiert.The commercially available PCC or GCC fillers are mass-produced goods that are produced in special manufacturing companies that can be assigned to a paper mill as a satellite system. However, online production of PCC has never been considered in the paper industry due to the particular process properties required to produce PCC. Instead, PCC or GCC is transported to the paper mills in bulk or in the form of a suspension.
Überdies werden PCC- und GCC-Füllstoffe als Streichpigmente in Größen von 0,3 m und darüber eingesetzt. Da die kleinen Teilchen von GCC-Füllstoffen nicht die erforderlichen optischen Eigenschaften mit sich bringen, wird Ti02 zugesetzt.In addition, PCC and GCC fillers are used as coating pigments in sizes of 0.3 m and above. Since the small particles of GCC fillers do not have the required optical properties, Ti0 2 is added.
Beim Bestreichen können die erforderlichen optischen Eigenschaften durch denWhen painting, the required optical properties can be achieved through the
Einsatz von Ti02 erreicht werden, bei dem es sich allerdings um ein sehr teures und schleifendes Pigment handelt, das bis zu 10 mal so teuer wie die PCC- oder GCC-Pigmente sein kann. Da die optischen Eigenschaften der derzeit gebräuchlichen GCC- und PCC-Pigmente bedingt durch das Herstellungsverfahren begrenzt sind, wird bisher Ti02 eingesetzt, um diese Eigenschaften zu verbessern.Use of Ti0 2 can be achieved, which, however, is a very expensive and abrasive pigment that is up to 10 times as expensive as the PCC or GCC pigments can be. Since the optical properties of the currently used GCC and PCC pigments are limited due to the manufacturing process, Ti0 2 has been used to improve these properties.
Das Beladen mit einem Zusatzstoff, z.B. Füllstoff, kann beispielsweise durch eine chemische Fällungsreaktion, d.h. insbesondere durch einen so genannten "Fiber Loading™"-Prozess erfolgen, wie er unter anderem in der US-A-5 223 090 beschrieben ist. Bei einem solchen "Fiber Loading™"-Prozess wird an die benetzten Faseroberflächen des Fasermaterials wenigstens ein Zusatzstoff, insbesondere Füllstoff, eingelagert. Dabei können die Fasern beispielsweise mit Calciumcarbo- nat 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. Bei Zusetzung des Caiciumoxids und/oder des Caiciumhydroxids 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 möglicherweise in bzw. an den Faserstoffen der Faserstoffsuspension ein- bzw. angelagerte Wasser zum Start und Ablauf der chemischen Reaktion notwendig ist.Loading with an additive, e.g. Filler, for example by a chemical precipitation reaction, i.e. in particular by means of a so-called "Fiber Loading ™" process, as described, inter alia, in US Pat. No. 5,223,090. In such a "Fiber Loading ™" process, at least one additive, in particular filler, is embedded on the wetted fiber surfaces of the fiber material. The fibers can be loaded with calcium carbonate, for example. For this purpose, 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. When 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 the water which is possibly stored in or on the fibers of the fiber suspension is not absolutely necessary for the start and completion of the chemical reaction.
Ziel der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen.The aim of the invention is to provide an improved method of the type mentioned in the introduction.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Aufbereitung von in einer Faserstoffsuspension enthaltenen Fasern und/oder zur Aufbereitung von Streichfarbe für gestrichene Papiere mit den folgenden Schritten:This object is achieved according to the invention by a process for the preparation of fibers contained in a fiber suspension and / or for the preparation of coating color for coated papers with the following steps:
- Bereitstellen von Fasern in Form einer Suspension mit einer vorgebbaren Feststoffkonzentration, - Beladen der Fasern mit einem Fällungsprodukt, - Mahlen der mit dem Fällungsprodukt beladenen Fasern zur Erzeugung von maximalen Abmessungen der Fällungsprodukteilchen in einem Bereich von etwa 0,05 bis etwa 5 / m,Provision of fibers in the form of a suspension with a predeterminable solids concentration, loading of the fibers with a precipitation product, Grinding the fibers loaded with the precipitate to produce maximum dimensions of the precipitate in a range from about 0.05 to about 5 / m,
- wobei kristalline Fallungsproduktteilchen erzeugt werden und die Erzeugung der kristallinen Fallungsproduktteilchen in einem Online-Prozess direkt in der- whereby crystalline fall product particles are generated and the generation of the crystalline fall product particles in an online process directly in the
Stoffaufbereitungslinie erfolgt.Stock preparation line takes place.
Dabei kann für den Online-Prozess zumindest eine der folgenden Einrichtungen und/oder Mittel eingesetzt werden: Reinigungseinrichtung, insbesondere HC- Reiniger, Mitscheinrichtung, insbesondere statischer Mischer, Kalklöscheinrichtung, Presse, insbesondere Schraubenpresse oder Riemenpresse, Ausgleichsreaktor, Kristallisator, weitere Mischeinrichtung, insbesondere statischer Mischer, C02-Versorgungseinrichtung oder zusätzliche C02-Wiedergewinnungs- einrichtung, optionaler Cθ2-Erhitzer, optionaler chemischer Bleichmittelzusatz, Presswassertank.At least one of the following devices and / or means can be used for the online process: cleaning device, in particular HC cleaner, co-cleaning device, in particular static mixer, lime quenching device, press, in particular screw press or belt press, compensating reactor, crystallizer, further mixing device, in particular static Mixer, C0 2 supply device or additional C0 2 recovery device, optional Cθ 2 heater, optional chemical bleach additive, pressurized water tank.
Die Bildung kristalliner Fallungsproduktteilchen bringt unter anderem den Vorteil mit sich, dass, soweit erforderlich, für das Endprodukt höhere Glanzwerte erreicht werden können. Anzumerken ist, dass im Regelfall nur beladene Fasern gemahlen werden. Die Streichfarbe wird im Regelfall nicht gemahlen, sie kann aber gemahlen werden. Generell hängt dies von der jeweiligen Definition, aber auch vom jeweiligen Kristallisierungsvorgang ab. Werden CaCO-Kristalle in der Streichküche hergestellt, so sind keine Fasern in der Suspension vorhanden, das heißt der Pumpchrystallizer arbeitet nur als hocheffizienter chemischer Reaktor oder Mixer. Natürlich könnte man in dem Mix- und Reaktionsprozess auch eine Mahlkomponente sehen, speziell durch die Reibung der Partikel in der Suspension, unterstützt durch den Rotor und den Stator.The formation of crystalline precipitation product particles has the advantage, among other things, that, if necessary, higher gloss values can be achieved for the end product. It should be noted that, as a rule, only loaded fibers are ground. The coating color is usually not ground, but it can be ground. In general, this depends on the respective definition, but also on the respective crystallization process. If CaCO crystals are produced in the coating kitchen, there are no fibers in the suspension, which means that the pump crystallizer only works as a highly efficient chemical reactor or mixer. Of course, you could also see a grinding component in the mixing and reaction process, especially due to the friction of the particles in the suspension, supported by the rotor and the stator.
Gemäß einer bevorzugten praktischen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Presswasser auf der Kristallisatorseite als Verdünnungswasser verwendet. Die weitere Mischeinrichtung kann insbesondere zur Feineinstellung des pH- Wertes der Faserstoffsuspension, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 6 und 8, verwendet werden.According to a preferred practical embodiment of the method according to the invention, the press water on the crystallizer side is used as the dilution water. The further mixing device can in particular be used for fine adjustment of the pH of the fiber suspension, preferably in a range between 6 and 8.
Die erste Mischeinrichtung wird vorzugsweise zum Einmischen der Kalkmilch in die Faserstoffsuspension verwendet.The first mixing device is preferably used for mixing the milk of lime into the fiber suspension.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Reinigungseinrichtung zur Verhinderung einer während des Prozesses auftretenden Verunreinigung durch schwerere Materialien wie insbesondere Sand, Steine und Metallstücke eingesetzt.According to a further expedient embodiment of the method according to the invention, the cleaning device is used to prevent contamination by heavier materials such as, in particular, sand, stones and pieces of metal occurring during the process.
Vorteilhafterweise wird zumindest ein Teil des benötigten C02 durch ein C02- Wiedergewinnungssystem bereitgestellt. So kann es beispielsweise aus dem Rauchgas von Boilern oder dem Rauchgas von Kraftwerken wiedergewonnen werden.Advantageously, at least part of the required CO 2 is provided by a CO 2 recovery system. For example, it can be recovered from the flue gas from boilers or the flue gas from power plants.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Fällungsprodukt Calciumcarbonat. According to a preferred embodiment of the method according to the invention, the precipitation product is calcium carbonate.
Bei Zusetzung des Caiciumoxids und/oder des Caiciumhydroxids 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 möglicher- weise in bzw. an den Faserstoffen der Faserstoffsuspension ein- bzw. angelagerte Wasser zum Start und Ablauf der chemischen Reaktion notwendig ist. Bei Zusetzung des Caiciumoxids und/oder des Caiciumhydroxids 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 möglicherweise in bzw. an den Faserstoffen der Faserstoffsuspension ein- bzw. angelagerte Wasser zum Start und Ablauf der chemischen Reaktion notwendig ist.When 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 the water that is possibly stored in or on the fibers of the fiber suspension is not absolutely necessary for the start and completion of the chemical reaction. When 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 the water which is possibly stored in or on the fibers of the fiber suspension is not absolutely necessary for the start and completion of the chemical reaction.
Es können beispielsweise Fallungsproduktteilchen von einer rhomboedrischen Form mit einer jeweiligen Würfelgröße in einem Bereich von etwa 0,05 bis etwa 2 μ m erzeugt werden. In bestimmten Fällen ist es auch von Vorteil, Fallungsproduktteilchen von einer skalenoedrischen Form mit einer jeweiligen Länge in einem Bereich von etwa 0,05 bis etwa 2 μ m und einem jeweiligen Durchmesser in einem Bereich von etwa 0,01 bis etwa 0,05 μ m zu erzeugen.For example, fall product particles of a rhombohedral shape with a respective cube size in a range from approximately 0.05 to approximately 2 μm can be produced. In certain cases, it is also advantageous to have falling product particles of a scalenohedral shape with a respective length in a range from approximately 0.05 to approximately 2 μm and a respective diameter in a range from approximately 0.01 to approximately 0.05 μm to create.
Gemäß einer bevorzugten praktischen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Feststoffkonzentration der bereitgestellten Faserstoffsuspension in einem Bereich von etwa 5 bis etwa 60 % und vorzugsweise in einem Bereich von etwa 10 bis etwa 35 % gewählt.According to a preferred practical embodiment of the method according to the invention, the solids concentration of the fiber suspension provided is selected in a range from approximately 5 to approximately 60% and preferably in a range from approximately 10 to approximately 35%.
Von Vorteil ist insbesondere auch, wenn zum Beladen der Fasern mit Calciumcar- bonat der Faserstoffsuspension Calciumoxid und/oder Calciumhydroxid zugesetzt und die Fällung durch Beaufschlagen der Faserstoffsuspension mit Kohlendioxid ausgelöst wird.It is also particularly advantageous if calcium oxide and / or calcium hydroxide is added to the fiber suspension to load the fibers with calcium carbonate and the precipitation is triggered by exposure to the fiber suspension with carbon dioxide.
Beim Beladen z.B. der Fasern mit Füllstoff kann also beispielsweise Calciumcar- bonat (CaC03) an die benetzten 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 (C02) beaufschlagt werden.For example, when loading the fibers with filler, calcium carbonate (CaC0 3 ) can be stored on the wetted fiber surfaces by using the moist fiber material calcium oxide (CaO) and / or calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ) is added, at least a part of which can be associated with the water of the amount of fiber. The fiber material treated in this way can then be subjected to carbon dioxide (C0 2 ).
Der Begriff "benetzte Faseroberflächen" kann alle benetzten Oberflächen der einzelnen Fasern umfassen. Dabei ist insbesondere auch der Fall mit erfasst, bei dem die Fasern sowohl an ihrer Außenfläche als auch in ihrem Innern (Lumen) mit Calciumcarbonat bzw. einem beliebigen anderen Fällungsprodukt beladen wer- den.The term "wetted fiber surfaces" can encompass all wetted surfaces of the individual fibers. In particular, the case is also included in which the fibers are loaded with calcium carbonate or any other precipitation product both on their outer surface and in their interior (lumen).
Demnach können beispielsweise die Fasern z.B. mit dem Füllstoff Calciumcarbonat beladen werden, wobei die Anlagerung an die benetzten Faseroberflächen durch einen so genannten "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 Calciumcarbonat.For example, the fibers may 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 ™" process as described as such in US Pat. No. 5,223,090. In this "Fiber Loading ™" process e.g. the carbon dioxide with the calcium hydroxide to water and calcium carbonate.
Das Calciumhydroxid kann der Faserstoffsuspension in Flüssigform oder in Trockenform zugeführt werden.The calcium hydroxide can be added to the fiber suspension in liquid form or in dry form.
Gemäß einer zweckmäßigen praktischen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens 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 90 °C zugesetzt. Das hergestellte Papier kann also Füllstoffe in einer Größenordnung von etwa 0,05 bis etwa 5 μ enthalten, wodurch die optischen Eigenschaften des Endproduktes erhöht werden. Bei dem Füllstoff kann es sich insbesondere um Calciumcarbonat handeln, das in der Natur z.B. als Caicit oder Kalkspat, Aragonit und in der selteneren Form Vaterit vorkommt. Der Füllstoff kann hauptsächlich aus der Form Caicit bestehen, von der über 300 verschiedene Kristallformen existieren sollen. Die Form der eingesetzten Füllstoffteilchen kann z.B. rhomboedrisch mit einer jeweiligen Würfelgröße in einem Bereich von etwa 0,05 bis etwa 2 μ m oder beispielsweise skalenoedrisch mit einer jeweiligen Länge in einem Bereich von etwa 0,05 bis etwa 2 μ m und einem jeweiligen Durchmesser in einem Bereich von etwa 0,01 bis etwa 0,05 m sein, in Abhängigkeit von der jeweils herzustellenden Papiersorte.According to an expedient practical embodiment of the method according to the invention, the carbon dioxide is added to the fiber suspension at a temperature in a range from approximately -15 to approximately 120 ° C. and preferably in a range from approximately 20 to approximately 90 ° C. The paper produced can therefore contain fillers in a range from about 0.05 to about 5 μ, which increases the optical properties of the end product. The filler can in particular be calcium carbonate, which occurs in nature, for example, as caicit or calcite, aragonite and in the rarer form fatherite. The filler can mainly consist of the form of caicit, of which over 300 different crystal forms are said to exist. The shape of the filler particles used can be, for example, rhombohedral with a respective cube size in a range from about 0.05 to about 2 μm or for example, be scalenohedral with a respective length in a range from approximately 0.05 to approximately 2 μm and a respective diameter in a range from approximately 0.01 to approximately 0.05 m, depending on the type of paper to be produced in each case.
Der Füllstoff ist gut auf, um und innerhalb der Fasern verteilt, was bedeutet, dass keine Agglomeration von Kristallen in Bündeln anzutreffen ist. Das jeweilige Füllstoffteilchen, nämlich das Kristall, ist individuell beabstandet oder vereinzelt auf der Faser vorgesehen. Das Füllstoffteilchen bedeckt die Faser durch Anlagerung an der Faser, wodurch die optischen Eigenschaften des Endproduktes verbessert werden. Die Teilchengröße ist daher wesentlich zur Erzielung einer optimalen Opazität. Eine hohe Opazität wird dann erreicht, wenn das Farbspektrum des sichtbaren Lichtes gut gestreut ist. Wird das Farbspektrum absorbiert, so ergibt sich die Farbe schwarz. Fällt die Größe der Füllstoffteilchen unter 0,2 bis 0,5 μ m, do ergibt sich eine Tendenz zur Transparenz und höherem Glanz.The filler is well distributed on, around and within the fibers, which means that there is no agglomeration of crystals in bundles. The respective filler particle, namely the crystal, is individually spaced or isolated on the fiber. The filler particle covers the fiber by being attached to the fiber, which improves the optical properties of the end product. The particle size is therefore essential for achieving optimal opacity. A high opacity is achieved when the color spectrum of the visible light is well scattered. If the color spectrum is absorbed, the color is black. If the size of the filler particles falls below 0.2 to 0.5 μm, there is a tendency towards transparency and higher gloss.
Zur Erzielung der zuvor genannten Ergebnisse kann der betreffende Herstellungs- prozess zur Erzeugung der Füllstoffkristalle beispielsweise wie folgt ausgestaltet sein und die folgenden Variablen besitzen:In order to achieve the above-mentioned results, the manufacturing process in question for producing the filler crystals can be designed, for example, as follows and have the following variables:
- Feuchter, d.h. noch nicht getrockneter Pulp oder Stoff- wetter, i.e. not yet dried pulp or fabric
- Calciumhydroxid in Flüssig- oder Trockenform- Calcium hydroxide in liquid or dry form
- C02 - C0 2
- Gaszone - Rotor- gas zone - rotor
- Stator- stator
- Erzeugen von Kristallen in einer Gasatmosphäre ohne Einbringen von Mischenergie- Generation of crystals in a gas atmosphere without introducing mixing energy
- Mischen bei geringer Scherung - kein Druckbehälter Die zuvor mit Ca(OH)2 gemischte Faserstoffsuspension wird in einen Fluffer, Refiner, Disperger oder dergleichen bei einer Konsistenz oder Feststoffkonzentration in einem Bereich von etwa 5 bis etwa 60 %, vorzugsweise in einem Bereich von etwa 10 bis etwa 35 %, gegeben. Das Ca(OH)2 kann in Flüssig- oder in Trockenform zugesetzt werden. Die Faserstoffsuspension wird mit C02 beaufschlagt. Das C02 kann z. B. bei Temperaturen in einem Bereich zwischen etwa - 15 und etwa 120 °C und vorzugsweise bei Temperaturen in einem Bereich zwischen etwa 20 und etwa 90 °C zugesetzt werden.- Mix with low shear - no pressure vessel The fiber suspension previously mixed with Ca (OH) 2 is placed in a fluffer, refiner, disperser or the like at a consistency or solids concentration in a range from about 5 to about 60%, preferably in a range from about 10 to about 35%. The Ca (OH) 2 can be added in liquid or dry form. The fiber suspension is loaded with C0 2 . The C0 2 can e.g. B. at temperatures in a range between about - 15 and about 120 ° C and preferably at temperatures in a range between about 20 and about 90 ° C.
Die Faserstoffsuspension gelangt in die Gaszone, wo jede einzelne Faser einer Gasatmosphäre ausgesetzt ist, gefolgt von der Fällungsreaktion, mit der sich unmittelbar das CaC03 ergibt. Die Form der CaC03-Kristalle kann z.B. rhom- boedrisch, skalenoedrisch oder kugelförmig sein, wobei insbesondere die Kristallmenge vom gewählten Temperaturbereich für die Faserstoffsuspension und vom C02- sowie vom Ca(OH)2-Gehalt in der Faserstoffsuspension abhängig ist. Nachdem die Faserstoffsuspension mit den gebildeten Kristallen die Gaszone passiert hat, wird das gebildete PCC oder die Faserstoffsuspension mit den Kristallen im Lumen, auf der Faser und zwischen den Fasern durch einen Rotor und einen Stator geführt, wo die Verteilung der Kristalle in der Faserstoffsuspension unter Mischen mit geringer Scherung abgeschlossen wird.The fibrous suspension enters the gas zone, where each individual fiber is exposed to a gas atmosphere, followed by the precipitation reaction, which immediately results in the CaC0 3 . The shape of the CaC0 3 crystals can be, for example, rhombohedral, scalenohedral or spherical, the amount of crystal in particular being dependent on the temperature range selected for the fiber suspension and on the C0 2 and the Ca (OH) 2 content in the fiber suspension. After the pulp suspension with the crystals formed has passed the gas zone, the PCC or the pulp suspension formed with the crystals in the lumen, on the fiber and between the fibers is passed through a rotor and a stator, where the distribution of the crystals in the pulp suspension with mixing is completed with low shear.
Während die Faserstoff/Kristallsuspension den Rotor passiert, tritt eine Scherverteilung auf, die eine Größenverteilung der Kristalle von etwa 0,05 bis etwa 0,5 μ m und vorzugsweise von etwa 0,3 bis etwa 2,5 μ m mit sich bringt.As the fiber / crystal suspension passes the rotor, a shear distribution occurs which brings about a size distribution of the crystals of about 0.05 to about 0.5 μm and preferably from about 0.3 to about 2.5 μm.
Die Form der verwendeten Füllstoffteilchen ist beispielsweise rhomboedrisch mit einer jeweiligen Würfelgröße in einem Bereich von etwa 0,05 bis etwa 2 /j m oder skalenoedrisch mit einer jeweiligen Länge in einem Bereich von etwa 0,05 bis etwa 2 μ m und einem jeweiligen Durchmesser in einem Bereich von etwa 0,01 bis etwa 0,5 μ m, abhängig von der herzustellenden Papiersorte. Je weiter die Faserstoffsuspension auf der Rotorscheibe anzutreffen ist, umso geringer ist die Scherung, abhängig von dem zur Verdünnung zugesetzten H20. Die Konzentration der die Rotorscheibe passierenden Faserstoffsuspension beträgt etwa 0,1 bis etwa 50 % und vorzugsweise etwa 35 bis etwa 50 %.The shape of the filler particles used is, for example, rhombohedral with a respective cube size in a range from about 0.05 to about 2 / μm or scalenohedral with a respective length in a range from about 0.05 to about 2 μm and a respective diameter in one Range from about 0.01 to about 0.5 μm, depending on the type of paper to be made. The further the fibrous suspension is found on the rotor disk, the lower the shear, depending on the H 2 0 added for dilution. The concentration of the fibrous suspension passing through the rotor disk is about 0.1 to about 50% and preferably about 35 to about 50% ,
Der die C02-Zufuhrieitung beaufschlagende Druck liegt insbesondere in einem Bereich von etwa 0,1 bis etwa 6 bar, und vorzugsweise in einem Bereich von etwa 0,5 bis etwa 3 bar, um eine konstante C02-Versorgung zum Gasring für die erwünschte chemische Reaktion sicher zu stellen. Wie bei der Wasserversorgung über einen Gartenschlauch ist bei hohem Wasserbedarf der Druck zu erhöhen, um mehr durch den Schlauch zu fördern. Da es sich bei dem C02 um ein kompres- sibles Gas handelt, kann die erforderliche Menge auch dazu erhöht werden, eine vollständige Reaktion sicherzustellen. Die C02-Versorgung und damit die das CaC03 hervorbringende Fällungsreaktion kann über den pH-Wert gesteuert und/oder geregelt werden. The pressure acting on the CO 2 supply line is in particular in a range from approximately 0.1 to approximately 6 bar, and preferably in a range from approximately 0.5 to approximately 3 bar, in order to provide a constant CO 2 supply to the gas ring for the desired one to ensure chemical reaction. As with water supply via a garden hose, the pressure must be increased when there is a high water requirement in order to pump more through the hose. Since the C0 2 is a compressible gas, the amount required can also be increased to ensure a complete reaction. The C0 2 supply and thus the CaC0 3 producing precipitation reaction can be controlled and / or regulated via the pH.
Es können beispielsweise pH-Werte in einem Bereich von 6,0 bis etwa 10,0 pH, vorzugsweise in einem Bereich von etwa 7,0 bis etwa 8,5 pH für die abschließende Reaktion der CaC03-Kristalle ins Auge gefasst werden. Die für diesen Prozess eingesetzte Energie kann insbesondere in einem Bereich zwischen etwa 0,3 und etwa 8 kWh/t und vorzugsweise in einem Bereich zwischen etwa 0,5 und etwa 4 kWh/t liegen. Verdünnungswasser kann zugesetzt und mit der Faserstoffsuspension vermischt werden, um eine abschließende Verdünnung zu erhalten, in der die erzeugte Faserstoffsuspension mit Füllstoff eine Konsistenz oder Feststoffkonzentration in einem Bereich von beispielsweise etwa 0,1 bis etwa 16 %, vorzugsweise in einem Bereich von etwa 2 bis etwa 6 % besitzt. Die Faserstoffsuspension wird dann in einer Maschine, einem Behälter oder der nächsten Prozessmaschine der Atmosphäre ausgesetzt.For example, pH values in a range from 6.0 to approximately 10.0 pH, preferably in a range from approximately 7.0 to approximately 8.5 pH, can be envisaged for the final reaction of the CaCO 3 crystals. The energy used for this process can in particular be in a range between approximately 0.3 and approximately 8 kWh / t and preferably in a range between approximately 0.5 and approximately 4 kWh / t. Dilution water can be added and mixed with the pulp suspension to obtain a final dilution in which the pulp suspension produced with filler has a consistency or solids concentration in a range from, for example, about 0.1 to about 16%, preferably in a range from about 2 to owns about 6%. The pulp suspension is then exposed to the atmosphere in a machine, a container or the next process machine.
Die Rotationsgeschwindigkeit der Rotorscheibe kann am Außendurchmesser, insbesondere in einem Bereich von etwa 20 bis 100 m/s und vorzugsweise in einem Bereich von etwa 40 bis etwa 60 m/s liegen.The rotational speed of the rotor disk can be on the outside diameter, in particular in a range from approximately 20 to 100 m / s and preferably in a range from approximately 40 to approximately 60 m / s.
Der Spalt zwischen Rotor und Stator beträgt beispielsweise etwa 0,5 bis etwa 100 mm und vorzugsweise etwa 25 bis etwa 75 mm.The gap between the rotor and the stator is, for example, approximately 0.5 to approximately 100 mm and preferably approximately 25 to approximately 75 mm.
Der Durchmesser des Rotors und des Stators kann insbesondere in einem Bereich von etwa 0,5 bis etwa 2 m liegen.The diameter of the rotor and the stator can in particular be in a range from approximately 0.5 to approximately 2 m.
Die Reaktionszeit liegt vorzugsweise in einem Bereich von etwa 0,001 bis 1 min, vorzugsweise in einem Bereich von etwa 0,1 bis etwa 10 sec.The reaction time is preferably in a range from approximately 0.001 to 1 min, preferably in a range from approximately 0.1 to approximately 10 seconds.
Das oben beschriebene Verfahren ermöglicht die Herstellung einzelner Teilchen, die gleich voneinander beabstandet und an die Fasern angelagert sind, wobei sie die Fasern in der erforderlichen Art und Weise bedecken, um die Erfordernisse für den gewünschten hohen Grad an weißem oder Glanzpapier zu erfüllen. Die Teilchengröße liegt vorzugsweise in einem Bereich von etwa 0,05 bis etwa 5 μ m, wobei die bevorzugte Größe für die rhomboedrische Form eines Würfels in einem Bereich von etwa 0,05 bis etwa 2 μ m oder für eine skalenoedrische Form bezüglich der Länge in einem Bereich von etwa 0,05 bis etwa 2 /ι m und bezüglich des Durchmessers in einem Bereich von etwa 0,01 bis etwa 0,5 μ m liegt. Für Hochglanzanwendungen sollte die Teilchengröße zweckmäßigerweise unterhalb von 0,2 bis 0,5 μ m liegen.The method described above enables individual particles to be produced which are equally spaced apart and attached to the fibers, covering the fibers in the manner required to meet the requirements for the desired high level of white or glossy paper. The particle size is preferably in a range from about 0.05 to about 5 μm, the preferred size for the rhombohedral shape of a cube in one Range from about 0.05 to about 2 μm or for a scalenohedral shape with respect to the length in a range from about 0.05 to about 2 μm and with respect to the diameter in a range from about 0.01 to about 0.5 μ m lies. For high-gloss applications, the particle size should expediently be below 0.2 to 0.5 μm.
Es wird also insbesondere auch ein Online-Prozess zur Herstellung von aus gefälltem Calciumcarbonat bestehenden Füllstoffteilchen direkt in der Stoffaufbereitungslinie angegeben.In particular, an online process for the production of filler particles consisting of precipitated calcium carbonate is also specified directly in the stock preparation line.
Die Vorteile der erhaltenen Füllstoffteilchen bestehen unter anderem in folgendem:The advantages of the filler particles obtained include the following:
- Es ist nunmehr möglich, die erforderlichen Füllstoffteilchen gleichmäßig über die Faseroberfläche zu verteilen, wodurch die besten optischen Eigenschaften online in der Stoff auf bereitung erzielt werden, wobei das erreichte Füllstoffniveau unterhalb oder oberhalb 40 % liegen kann.- It is now possible to distribute the required filler particles evenly over the fiber surface, whereby the best optical properties are achieved online in the fabric preparation, whereby the filler level achieved can be below or above 40%.
- Da auch innerhalb des Faserlumens Füllstoffteilchen eingebettet sind, wird die Tendenz einer Schwärzung durch Kalandrieren deutlich reduziert.- Since filler particles are also embedded within the fiber lumen, the tendency towards blackening due to calendering is significantly reduced.
- Es wird ein neuer Weg zur Einlagerung von Pigmenten geschaffen, um die gewünschten optischen Eigenschaften und die gewünschte Bedruckbarkeit in und auf dem Papierblatt direkt bei der Papierherstellung und nicht während des Streichprozesses zu erreichen. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel kann der Streichprozess also nur zur Feineinstellung der Eigenschaften der Papieroberfläche vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich ist jedoch auch eine entsprechende Beeinflussung im Streichprozess denkbar. - Da die Füllstoffteilchen an die Fasern eingelagert sind, können sie in der- A new way of storing pigments is created in order to achieve the desired optical properties and the desired printability in and on the paper sheet directly during the paper production and not during the coating process. In the present exemplary embodiment, the coating process can therefore only be provided for fine adjustment of the properties of the paper surface. Alternatively or additionally, however, a corresponding influencing in the coating process is also conceivable. - Since the filler particles are embedded in the fibers, they can in the
Sieb- oder Langsiebpartie einer Papiermaschine nicht mehr ausgewaschen werden, so dass es nicht erforderlich ist, sich mit diesen Teilchen wie im Zusammenhang mit den üblicherweise verwendeten GCC- oder PCC Teilchen durch den Streichprozess hindurch zu befassen, was bedeutet, dass Streich- partikel eingespart werden können, was zu höheren Maschinengeschwindigkeiten führen kann, da eine geringere Streichfarbenmenge aufgebracht werden muss. - Da die Füllstoffteilchen an die Fasern in einem Online-Prozess eingelagert, d.h. in dem Faserstoffaufbereitungssystem kristallisiert werden, können wirtschaftliche Vorteile durch Einsparungen von Retentionsmitteln, Fasern und Sludge, die Verringerung der Siebwasserverunreinigung sowie die Ein- sparung von Energie und Rohmaterial erzielt werden.Sieve or Fourdrinier sections of a paper machine can no longer be washed out, so that it is not necessary to deal with these particles as in connection with the commonly used GCC or PCC particles through the coating process, which means that coating particles are saved can, which can lead to higher machine speeds, since a smaller amount of coating color has to be applied. - Since the filler particles are stored on the fibers in an online process, ie they are crystallized in the fiber preparation system, economic advantages can be achieved by saving retention agents, fibers and sludge, reducing white water contamination and saving energy and raw material.
- Mit den gebildeten Füllstoffteilchen ist die Erzeugung von Hochglanzpapier möglich.- With the filler particles formed, the production of glossy paper is possible.
- Da die gefällten Füllstoffteilchen in geringerem Maße scheuernd oder schleifend sind, kann von einer längeren Lebensdauer der Streichausrüstung sowie der Papiermaschinenfilze und- siebe ausgegangen werden.- Since the precipitated filler particles are less abrasive or abrasive, it can be assumed that the coating equipment and the paper machine felts and sieves will last longer.
- Der Einsatz von Ti02 kann verringert werden, nachdem ein höherer Weißgrad und bessere optische Eigenschaften erreicht werden können.- The use of Ti0 2 can be reduced after a higher degree of whiteness and better optical properties can be achieved.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere auch für Streichfarbe für gestrichene Papiere anwendbar. Die PCC-Herstellung kann Teil des Streichprozesses sein, wobei wieder die genannten Kristallformen gebildet werden können.The method according to the invention can also be used in particular for coating color for coated papers. PCC production can be part of the coating process, and the crystal forms mentioned can be formed again.
Dabei ist es insbesondere möglich, eine Online-Streichmaschine zwischen der Vor- und Nachtrocknung sowie die Verwendung einer Streicheinrichtung bzw. Veredelungsmaschine unabhängig von der Papiermaschine in der folgenden Weise zu beeinflussen:In particular, it is possible to influence an online coating machine between pre-drying and post-drying and the use of a coating device or finishing machine independently of the paper machine in the following way:
- Es muss weniger Ti0 verwendet werden.- Less Ti0 has to be used.
- Die Papieroberfläche wird durch kleine Kristalle verbessert. Es wird weniger Streichslurry benötigt. - Es ergibt sich eine bessere Bedruckbarkeit, da die Fasern gleichmäßig mit- The paper surface is improved by small crystals. Less spread slurry is required. - There is better printability because the fibers are even with
Kristallen überzogen sind.Crystals are coated.
- Da die Fasern gleichmäßig mit Kristallen überzogen sind, wird auch die Wasseraufnahme und die Ölaufnahme verringert.- Since the fibers are evenly coated with crystals, water absorption and oil absorption are also reduced.
- Zudem wird der Verschleiß in der Streicheinrichtung sowie in der Papier- maschine verringert, wenn eine Online-Streichung erfolgt. Demzufolge ist das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere auch kombiniert bei einer Streichmaschine und einer Papiermaschine anwendbar.- In addition, the wear in the coating device and in the paper machine is reduced if there is an online deletion. Accordingly, the method according to the invention can in particular also be used in combination in a coating machine and a paper machine.
Grundsätzlich sind sowohl ein Offline- als auch ein Online-Betrieb denkbar.In principle, both offline and online operation are conceivable.
Im Unterschied zu den herkömmlichen PCC-Füllstoffen werden erfindungsgemäß besondere Kristallformen hergestellt, die unter anderem beispielsweise auch während des Streichprozesses in der gewünschten Weise änderbar sind.In contrast to the conventional PCC fillers, special crystal shapes are produced according to the invention which, among other things, can also be changed in the desired manner during the coating process, for example.
Zu den in Frage kommenden möglichen Papiersorten zählen unter anderem:Possible paper types include:
Druck- und Schreibpapiere:Printing and writing papers:
- Diese können aus Zeitungspapier hergestellt sein.- These can be made from newsprint.
- Holzhaltige oder holzfreie gestrichene Druck- und Schreibpapiere - nicht gestrichene holzhaltige oder holzfreie Druck- und Schreibpapiere.- Wood-containing or wood-free coated printing and writing papers - Uncoated wood-containing or wood-free printing and writing papers.
Durch Holzstoff oder Zellstoff bestimmte Papiersorten:Types of paper determined by wood pulp or cellulose:
- Bekannt als holzhaltige Papiersorten mit Holz- oder Zellstoff in einem Bereich von 25 % bis 100 %. Chemiepulpe wird hinzugefügt, um die Festigkeit und die Runnability von Streichmaschinen und Papiermaschinen zu erhöhen, etc.- Known as woody paper with wood or pulp in a range from 25% to 100%. Chemical pulp is added to increase the strength and runnability of coating and paper machines, etc.
Zeitungspapiersorten:Newsprint grades:
- Kann bis zu 100 % recycelte Fasern oder bis zu 100 % Holz- oder Zellstoff enthalten, bei dem es sich entweder um mechanischen Holzschliff, thermo- mechanischen Pulp (TMP = Thermomechanical Pulp), Druckschleifpulp- Can contain up to 100% recycled fibers or up to 100% wood or pulp, which can either be mechanical wood pulp, thermomechanical pulp (TMP = Thermomechanical Pulp), pressure sanding pulp
(PGB = Pressure Ground Wood Pulp), oder um CTMP (Chemithermome- chanical Pulp) handeln kann. Der Einsatz von chemischem Pulp kann bis zu 30 % reichen. Der Einsatz von recycelten Fasern (RCF - Recycled Fibers) kann den Füllstoffgehalt anheben.(PGB = Pressure Ground Wood Pulp), or can be CTMP (Chemithermomechanical Pulp). The use of chemical pulp can range up to 30%. The use of recycled fibers (RCF - Recycled Fibers) can increase the filler content.
SC-Papiere: - Hierbei handelt es sich um eine Papiersorte, die durch den Einsatz von chemischem Pulp bestimmt ist und einen Füllstoffgehalt bis zu 30 % aufweisen kann.SC paper: - This is a type of paper that is determined by the use of chemical pulp and can have a filler content of up to 30%.
Gestrichene Papiersorten:Coated paper types:
- Diese Papiersorten sind durch mechanischen Pulp, d.h. mechanischen Holzstoff oder Zellstoff, bestimmt, bis zu 100 %.- These types of paper are made by mechanical pulp, i.e. mechanical wood pulp or cellulose, determined, up to 100%.
Chemiepulpsorten: - Diese enthalten mechanischen Pulp bis zu 10 %. Es werden sowohl Hartholz- als auch Weichholz-Chemiepulps eingesetzt.Chemical pulp types: - These contain mechanical pulp up to 10%. Both hardwood and softwood chemical pulps are used.
Kopierpapier:Copy paper:
- Dieses besteht aus bis zu 90 bis 100 % aus Neuchemiepulp-Fasern, kann jedoch recycelte Fasern bis zu 100 % enthalten, wobei ein Füllstoffgehalt bis zu etwa 30 % vorgesehen sein kann.- This consists of up to 90 to 100% of new chemical pulp fibers, but can contain recycled fibers up to 100%, whereby a filler content up to about 30% can be provided.
Druck- und Schreibpapiere:Printing and writing papers:
- Diese können aus Zeitungspapier hergestellt sein. - Holzhaltige oder nicht holzhaltige gestrichene Druck- und Schreibpapiere.- These can be made from newsprint. - Wood-containing or non-wood-containing coated printing and writing papers.
- Holzhaltige und nicht holzhaltige nicht gestrichene Druck- und Schreibpapiere.- Wood-containing and non-wood-containing not coated printing and writing papers.
Kartonsorten: - Diese enthalten eine Deckschicht aus einer Mischung aus gebleichtemCardboard types: - These contain a top layer made from a mixture of bleached
Hartholz (bis zu 90 %) und gebleichtem Weichholz (bis zu 30 %), wobei die Deckschicht oder die Bodenschicht gestrichen wird. Es kann auch in der Unterschicht eingesetzt werden, die Mischungen aus entfärbtem Pulp (de- inked pulp), OCC und Computerausdrucken enthalten kann. Die mittlere Lage enthält beispielsweise eine Mischung aus Abfall und Fertigungsaus- schuss, während die Basisschicht ungebleichtes Weichholz und Fertigungs- ausschuss sowie OCC enthalten kann. Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich beispielsweise in einem "Fiber Loading™"-System der in der einzigen Figur der Zeichnung wiedergegebenen Art verwirklichen.Hardwood (up to 90%) and bleached softwood (up to 30%), with the top or bottom layer being painted. It can also be used in the lower layer, which can contain mixtures of decolored pulp, OCC and computer printouts. The middle layer contains, for example, a mixture of waste and production waste, while the base layer can contain unbleached softwood and production waste as well as OCC. The method according to the invention can be implemented, for example, in a "Fiber Loading ™" system of the type shown in the single figure of the drawing.
Danach kann für den Online-Prozess zumindest eine der folgenden Einrichtungen und/oder Mittel eingesetzt werden: Reinigungseinrichtung 10, insbesondere HC- Reiniger (High Consistency-Reiniger), Mischeinrichtung 12, insbesondere statischer Mischer, Kalklöscheinrichtung 14, Presse 16, insbesondere Schrauben- presse oder Riemenpresse, Ausgleichsreaktor 18, Kristallisator 20, weitere Mischeinrichtung 22, insbesondere statischer Mischer, Cθ2-Versorgungseinrichtung 24 oder zusätzliche C02-Wiedergewinnungseinrichtung, optionaler Cθ2-Erhitzer 26, optionale chemische Bleichmittelzusätze, Presswassertank 28. Die Reinigungseinrichtung 10 oder eine gleichwertige Einrichtung ist in bevor- zugter Weise mit mindestens einem Mechanismus, der eine Schutzfunktion bewirkt, ausgestattet.Thereafter, at least one of the following devices and / or means can be used for the online process: cleaning device 10, in particular HC cleaner (high consistency cleaner), mixing device 12, in particular static mixer, lime quenching device 14, press 16, in particular screw press or belt press, compensating reactor 18, crystallizer 20, further mixing device 22, in particular static mixer, CO 2 supply device 24 or additional CO 2 recovery device, optional CO 2 heater 26, optional chemical bleach additives, pressurized water tank 28. The cleaning device 10 or an equivalent device preferably equipped with at least one mechanism that effects a protective function.
Die Mischeinrichtung 10 und die weitere Mischeinrichtung 22 können in weiterer Ausgestaltung auch gemäß den in der deutschen Offenlegungsschrift DE 41 25 513 A1 offenbarten Vorrichtungen zum vermischen von suspendiertem Faserstoff ausgebildet sein. Eine derartige Vorrichtung umfasst eine Einführungsleitung für einen suspendierten Faserstoff ("Dickstoff"), die in die Wandung eines insbesondere gebogenen Rohrstücks, welches einen Dünnstoff führt, mündet. Die Ausströmungsgeschwindigkeit des Dickstoffs aus der Einführungsleitung ist dabei vorzugsweise mindestens das Dreifache der Geschwindigkeit des im Mündungs- bereich fließenden Dünnstoffs. Weiterhin mündet die Einführungsleitung vorzugsweise im mittleren Bereich des Rohrstücks.In a further embodiment, the mixing device 10 and the further mixing device 22 can also be designed in accordance with the devices for mixing suspended fibrous material disclosed in German Offenlegungsschrift DE 41 25 513 A1. Such a device comprises an introduction line for a suspended fibrous material ("thick material") which opens into the wall of a pipe section, in particular a curved one, which carries a thin material. The outflow velocity of the thick matter from the inlet line is preferably at least three times the velocity of the thin matter flowing in the mouth area. Furthermore, the inlet line preferably opens into the central area of the pipe section.
In weiterer Ausgestaltung können die Mischeinrichtung 10 und/oder die weitere Mischeinrichtung 22 mit oder ohne einer bekannten Verweilbütte ausgestattet sein.In a further embodiment, the mixing device 10 and / or the further mixing device 22 can be equipped with or without a known indwelling chest.
In der Figur ist überdies ein in einer Leitung zur Reinigungseinrichtung 10 vorgesehenes Steuerventil 28, eine zwischen der Kalklöscheinrichtung 14 und der ersten Mischeinrichtung 12 vorgesehene Kalkpumpe 30, eine zwischen dem Presswasserbehälter 28 und dem Kristallisator 20 vorgesehene Presswasserpumpe 32, ein Mischbehälter 34 sowie eine zwischen der C02-Versorgung 24 und dem C02-Erhitzer 26 vorgesehene C02-Pumpe 36 zu erkennen. In the figure there is also a control valve 28 provided in a line to the cleaning device 10, one between the lime quenching device 14 and the The first mixing device 12 provided lime pump 30, a press water pump 32 provided between the press water tank 28 and the crystallizer 20, a mixing tank 34 as well as a C0 2 pump 36 provided between the C0 2 supply 24 and the C0 2 heater 26.
BezuqszeichenlisteLIST OF REFERENCES
10 Reinigungseinrichtung10 cleaning device
12 Erste Mischeinrichtung12 First mixing device
14 Kalklöscheinrichtung14 lime quenching device
16 Presse16 press
18 Ausgleichsreaktor18 compensating reactor
20 Kristallisator20 crystallizer
22 Weitere Mischeinrichtung22 Additional mixing device
24 C02-Versorguπgseinrichtung oder zusätzliche24 C0 2 -Versorguπgseinrichtung or additional
G02-WiedergewinnungseinrichtungG0 2 recovery device
26 Optionaler C02-Erhitzer26 Optional C0 2 heater
28 Presswassertank28 press water tank
30 Kalkpumpe30 lime pump
32 Presswasserpumpe32 Press water pump
34 Mischbehälter34 mixing container
36 C02-Pumpe 36 C0 2 pump

Claims

Verfahren zur Aufbereitung von in einer Faserstoffsuspension enthaltenen FasernAnsprüche Process for processing fibers contained in a fiber suspension
1. Verfahren zur Aufbereitung von in einer Faserstoffsuspension enthaltenen Fasern und/oder zur Aufbereitung von Streichfarbe für gestrichene Papiere mit den folgenden Schritten:1. A process for the preparation of fibers contained in a fiber suspension and / or for the preparation of coating color for coated papers with the following steps:
- Bereitstellen von Fasern in Form einer Suspension mit einer vorgebbaren Feststoff konzentration,Provision of fibers in the form of a suspension with a predeterminable solid concentration,
- Beladen der Fasern mit einem Fällungsprodukt,Loading the fibers with a precipitation product,
- Mahlen der mit dem Fällungsprodukt beladenen Fasern zur Erzeugung von maximalen Abmessungen der Fällungsprodukteilchen in einem Bereich von etwa 0,05 bis etwa 5 μ m,Grinding the fibers loaded with the precipitate to produce maximum dimensions of the precipitate particles in a range from about 0.05 to about 5 μm,
- wobei kristalline Fallungsproduktteilchen erzeugt werden und die Erzeugung der kristallinen Fallungsproduktteilchen in einem Online-Prozess direkt in der Stoffaufbereitungslinie erfolgt.- wherein crystalline precipitate product particles are generated and the crystalline precipitate product particles are generated in an online process directly in the stock preparation line.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass für den Online-Prozess zumindest eine der folgenden Einrichtungen und/oder Mittel eingesetzt wird: Reinigungseinrichtung (10), insbesondere HC-Reiniger, Mischeinrichtung (12), insbesondere statischer Mischer,2. The method according to claim 1, characterized in that at least one of the following devices and / or means is used for the online process: cleaning device (10), in particular HC cleaner, mixing device (12), in particular static mixer,
Kalklöscheinrichtung (14), Presse (16), insbesondere Schraubenpresse oder Riemenpresse, Ausgleichsreaktor (18), Kristallisator (20), weitere Mischeinrichtung (22), insbesondere statischer Mischer, C02-Versorgungs- einrichtung (24) oder zusätzliche C02-Wiedergewinnungseinrichtung, optio- naler C02-Erhitzer (26), optionaler chemischer Bleichmittelzusatz, Presswassertank (28).Lime quenching device (14), press (16), in particular screw press or belt press, compensating reactor (18), crystallizer (20), further mixing device (22), in particular static mixer, C0 2 supply device (24) or additional C0 2 recovery device optional natural C0 2 heater (26), optional chemical bleach additive, pressurized water tank (28).
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Presswasser auf der Kristallisatorseite als Verdünnungswasser verwendet wird.3. The method according to claim 2, characterized in that the press water on the crystallizer side is used as dilution water.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Mischeinrichtung (22) zur Feineinstellung des pH-Wertes der Faserstoffsuspension, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 6 und 8, verwendet wird.4. The method according to claim 2 or 3, characterized in that the further mixing device (22) for fine adjustment of the pH of the fiber suspension, preferably in a range between 6 and 8, is used.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Mischeinrichtung (12) zum Einmischen der Kalkmilch in die Faserstoffsuspension verwendet wird.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the first mixing device (12) is used for mixing the lime milk into the fiber suspension.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungseinrichtung (10) zur Verhinderung einer während des Prozesses auftretenden Verunreinigung durch schwerere Materialien wie insbesondere Sand, Steine und Metallstücke eingesetzt wird. 6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the cleaning device (10) is used to prevent contamination occurring during the process by heavier materials such as in particular sand, stones and pieces of metal.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des benötigten CO2 durch ein Cθ2-Wiedergewin- nungssystem bereitgestellt wird.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that at least part of the required CO 2 is provided by a CO 2 recovery system.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fällungsprodukt Calciumcarbonat ist.8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the precipitation product is calcium carbonate.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Fällungsprodukteilchen von einer rhomboedrisch Form mit einer jeweiligen Würfelgröße in einem Bereich von etwa 0,05 bis etwa 2 μ m erzeugt werden.9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that precipitation product particles of a rhombohedral shape with a respective cube size in a range from about 0.05 to about 2 microns are generated.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Fällungsprodukteilchen von einer skalenoedrischen Form mit einer jeweiligen Länge in einem Bereich von etwa 0,05 bis etwa 2 // m und einem jeweiligen Durchmesser in einem Bereich von etwa 0,01 bis etwa 0,5 μ m erzeugt werden.10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that precipitation product particles of a scalenohedral shape with a respective length in a range from about 0.05 to about 2 // m and a respective diameter in a range from about 0.01 to about 0.5 μ m can be generated.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feststoffkonzentration der bereitgestellten Faserstoffsuspension in einem Bereich von etwa 5 bis etwa 60 % und vorzugsweise in einem Bereich von etwa 10 bis etwa 35 % gewählt wird.11. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the solids concentration of the fiber suspension provided is selected in a range from about 5 to about 60% and preferably in a range from about 10 to about 35%.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Beladen der Fasern mit Calciumcarbonat der Faserstoffsuspension Calciumoxid und/oder Calciumhydroxid zugesetzt und die Fällung durch Beaufschlagen der Faserstoffsuspension mit Kohlendioxid ausgelöst wird.12. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that for loading the fibers with calcium carbonate calcium oxide and / or calcium hydroxide are added to the fiber suspension and the precipitation is triggered by exposing the fiber suspension to carbon dioxide.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Calciumhydroxid der Faserstoffsuspension in Flüssigform zugesetzt wird.13. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the calcium hydroxide is added to the fiber suspension in liquid form.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Calciumhydroxid der Faserstoffsuspension in Trockenform zugesetzt wird.14. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the calcium hydroxide is added to the fiber suspension in dry form.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 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 90 °C zugesetzt wird. 15. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the carbon dioxide is added to the fiber suspension at a temperature in a range from about -15 to about 120 ° C and preferably in a range from about 20 to about 90 ° C.
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