WO2010069667A1 - Verfahren zur aufbereitung von altpapier enthaltenden rohstoffen zu einer zur erzeugung graphischer papiere geeigneten faserstoffsuspension - Google Patents

Verfahren zur aufbereitung von altpapier enthaltenden rohstoffen zu einer zur erzeugung graphischer papiere geeigneten faserstoffsuspension Download PDF

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WO2010069667A1
WO2010069667A1 PCT/EP2009/064591 EP2009064591W WO2010069667A1 WO 2010069667 A1 WO2010069667 A1 WO 2010069667A1 EP 2009064591 W EP2009064591 W EP 2009064591W WO 2010069667 A1 WO2010069667 A1 WO 2010069667A1
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WO
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grinding
fiber
fraction
fractionation
gentle
Prior art date
Application number
PCT/EP2009/064591
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English (en)
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Inventor
Jonas BERGSTRÖM
Sebastian Schuster
Martin Kemper
Original Assignee
Voith Patent Gmbh
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Publication date
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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
    • D21D5/00—Purification of the pulp suspension by mechanical means; Apparatus therefor
    • D21D5/02—Straining or screening the pulp
    • 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
    • D21D—TREATMENT OF THE MATERIALS BEFORE PASSING TO THE PAPER-MAKING MACHINE
    • D21D99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass

Definitions

  • the invention relates to processes for the treatment of wastepaper containing raw materials according to the preamble of claim 1.
  • Processes of this type are used to process the waste paper fiber raw materials so that they can also be used for the production of graphic papers, that is to say of paper types which can be used for printing or
  • graphic papers are calendered or calendered in order to provide them with a smooth surface.
  • Papers are also called SC papers.
  • Another important type of graphic paper is the LWC papers. Since papers of this type are relatively thin, often only a tenth of a millimeter thick, it is important that the raw materials contain only those fibers that do not interfere with these thin leaf shapes or make the paper look uneven. Even for optimum printability, a flawless leaf surface is crucial. It is also to avoid that soft fibers by hard fibers or hard
  • Fibrous pieces are so compressed during satin or calendering that the opacity is lost ("black satin").
  • From DE 101 16 368 A1 discloses a method is known, obtained from the pulp-containing waste paper by fractionation a hard fraction and this is then subjected to a strong fiberkürzenden grinding. The aim is also to prepare the pulp for high-quality paper grades.
  • the invention is therefore based on the object to provide a method for the treatment of waste paper-containing raw materials, with which a higher proportion of waste paper can also be used for high-quality graphic papers.
  • At least one fraction is ground so that parameters influencing the milling effect are set differently than in the fiber milling of another fraction.
  • the described method steps eliminate the harmfulness of certain fibers for the paper product. Depending on the configuration of the method z. B.
  • Fig.2 Partial view of Mahlgarnituren with small cutting angle
  • FIG. 3 + 4 schematically: two different ways of carrying out the fractionation
  • Fig.5 a simplified illustrated plant scheme with two-stage fractionation
  • Fig.6 a simplified illustrated system scheme with Vollstrom- Nachmahlung
  • Fig.7 + 8 each an example of a combination of screening and Hydrozyklonfr forcing
  • the process diagram shown in FIG. 1 represents the essential process steps of the invention with reference to an example.
  • the substance solution 1 takes place, in which the pulp-containing waste paper M is treated together with water W so that an aqueous pulp suspension S is formed. Often subsequently a more or less expensive purification 2 of the pulp suspension S is necessary. What effort is required to produce a clean pulp is known per se. For cleaning 2 z.
  • sorters hydrocyclones and flotation plants are used (mostly in combination). In cases where a clean raw material (eg paper machine rejects) is used from the outset, it is also impossible to eliminate it.
  • a clean raw material eg paper machine rejects
  • the subsequent fractionation 3 at least two fiber fractions F1 and F2 are formed, the coarser being denoted by F1 and the finer by F2.
  • a third fraction F3, the ultrafine fraction is additionally formed, which is even finer.
  • the fractionation 3 can be one or more stages, which will be discussed later.
  • the coarser fraction F1 in particular, the coarse fibers are concentrated, which are responsible for the problems of calendering or calendering.
  • This fraction 1 is processed by a gentle fiber milling 4. By the gentle fiber milling 4, the fibers are flexible without major loss of fiber length, making them easier to insert into the paper sheet formed later from it.
  • Fiber milling In contrast to “cutting grind,” the fibers are rubbed against each other, hydrated, and their surface is fibrillated. Fiber milling becomes gentler with less secondary edge load (measured, for example, in J / m), oblique cut angles, and increasing consistency
  • High-consistency grinding High-consistency pulp can generally not be pumped with centrifugal pumps ("not pumpable").
  • the grinding devices are operated in such a way that the co-operating grinding sets have a distance greater than that of low-consistency grinding.
  • the finer (middle) fraction F2 formed in the fractionation 3 is subjected to a shortening fiber grinding 5. That is, these fibers of a middle fraction containing only a few long fibers are greatly shortened to form fines.
  • the fines are especially important for graphic papers.
  • the effect of a shortening refining is achieved especially in a knife refiner and especially when the consistency of the suspension is about 4%, not more than 8%, when the cutting angle ⁇ (see Fig. 2) is small or equal to 0 and when a relatively high specific edge load is set. On the order of magnitude more than 1 J / m, better still more than 1.5 J / m can be transferred. In such a shortening fiber grinding 5 z. B.
  • the third fraction F3 (dashed line as an option) can also be ground separately, with preferably a gentle fiber grinding 6 in the low-consistency range (eg consistency 3% to 6%, cutting angle ⁇ about 60 degrees, specific edge load about 0.5 to 0.8 J / m, specific grinding at most 60 kWh / t, preferably at most 40 kWh / t) is performed.
  • the milled fibers are mixed together here.
  • the subsequent production stage 1 0 produces the desired high-grade paper P. from this after further processing steps on a paper machine.
  • Fig. 2 explains the definition of the intersection angle ⁇ . This is known to arise from the fact that the mutually moved Mahlgarnituren 22 and 23 (only partially drawn) with strips 24 and 25 (also called knife) are provided, which are opposite to the radius in each case at certain angles. These angles add up rotor and stator side to the cutting angle ⁇ .
  • FIG. 3 shows how the paper fiber suspension S of a first fractionation stage 7 tapers and d ari nin ei rougher fraction F 1 and a finer fraction F2 'is divided.
  • the finer fraction F2 'of the first fractionation stage 7 is again fractionated in a further fractionation stage 8, in such a way that a middle fraction F2 is formed with fibers of medium length.
  • Fines and fillers are enriched in the ultrafine fraction F3 of the further fractionation stage 8, which means a favorable depletion of these substances in the middle fraction F2.
  • a particularly suitable fractionator for this purpose is a pressure sorter for wet sifting of the sort of a pressure sorter. But even with highly efficient hydrocyclones, so-called cleaners, it is possible to carry out a fractionation. Examples of special fractionation processes with increased separation efficiency are listed in DE 199 60 218 A1.
  • the coarser fraction FV of the first fractionation stage 7 may contain so much stiff fibers that it is worthwhile repeating them in a further fractionation stage 9, e.g. to fractionate for flexibility.
  • the resulting coarser (stiffer) fraction F1 is gently milled, in particular flexibilizing, while the finer (softer) fraction F2 is milled in a shortening, possibly together with the ultrafine fraction F3 of the first fractionation stage 7.
  • the two-stage fractionation shown schematically in Fig. 2 is shown in more detail in Fig. 5 exemplarily using Drucksortieren 1 1 and 12.
  • the coarser fraction F1 of the first fractionating stage 7 is thickened in a screw press 13 or another thickening apparatus and then fed to a high consistency refiner 14 for the first step of gentle fiber milling 4.
  • a careful fiber grinding in the high consistency range (consistency between 8% and 35%) is z.
  • B. a specific grinding work between 50 and 500 kWh / t, preferably between 80 and 350 kWh / t transferred.
  • the so milled fiber to be reground in a subsequent second step in a low consistency refiner 19 for strength enhancement.
  • z. B a specific grinding work between 10 and 60 kWh / t preferably transferred between 10 and 40 kWh / t.
  • the filtrate 16 from the screw press 13 can be used to dilute the high-consistency substance between these two grinding steps.
  • a high-consistency feed screw 15 and, before the low-consistency refiner 19, a centrifugal pump 20 are shown here before the high-consistency refiner 14. Otherwise, pumps and laid paper are usually not indicated in these diagrams.
  • the average fraction F2 produced in the second fractionation stage 8 as an overflow of the pressure sorter 12 is processed for strongly shortening grinding 5 in a low-consistency refiner 17.
  • the processed fractions arrive in another part of the plant 21 in which they can be mixed or further treated separately.
  • the already thickened pulp can be dispersed, in particular in order to flexibilize the fibers and to improve their homogeneity.
  • the dispersion can be designed as a gentle grinding, so that the required flexibilization and hydration of the coarse fibers is already achieved, but then normally a gently working low-consistency refiner 17 must follow.
  • FIG. 6 can also be a combination of the ground fractions F1 and F2 with the - preferably unmilled - ultrafine fraction F3 and subsequent common low consistency milling 19 are performed.
  • the latter would preferably be interpreted with care, since the middle fraction F2 has already been ground in a brief manner.
  • This combination can be particularly economical both economically and technologically.
  • the fractionation stages shown in FIGS. 5 and 6 can be carried out according to the example of FIG. 7 also a combination of Siebmasch inen (pressure sorting 1 1) and hydrocyclones 18 be.
  • the latter are particularly suitable for further dividing a finer fraction F2 ' produced in the first fractionation stage 7: the fine and flexible fibers (second finer fraction F3) fall on the light substance opening and the stiff fibers (fraction F2) on the heavy material opening.
  • the hydrocyclones 18, 18 ' and 18 " can also be switched in multiple stages, by passing the material stream 31 or 32 occurring as heavy material in an upstream hydrocyclone 18 or 18 ' into the inlet of a downstream hydrocyclone 18 ' or 18 " .
  • the material stream 29 or 30 obtained as a lightweight material starting from the second stage can each be returned to the feed to the upstream hydrocyclone stage (FIG. 8). This allows an even better selectivity.
  • the amount of substance passed through the fractionation 3 can be reduced by diverting a partial flow 33 (see FIG. This partial stream can be added again at a later point, ie the fractionation 3 and possibly also this subsequent treatment stages (fiber milling, dispersion, ...) relieve.
  • fractions F1 F2 and F3 can be introduced at least partially separately into different layers or layers L1, L2 and L3 of the paper (FIG. 9).
  • This is z. B. with a multi-layer casserole 27 possible.
  • the interfering fibers, in particular those of the coarse fraction F1 are preferably to be driven into the middle layer L2.
  • the gentle refining 4 of this fraction F1 can then be reduced or completely eliminated.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Das Verfahren dient zur Aufbereitung von Rohstoffen (M), die Altpapier enthalten. Dabei soll eine zur Erzeugung graphischer Papiere geeigneten Faserstoffsuspension gebildet werden. Nach Herstellung einer wässrigen Faserstoffsuspension (S) und ihrer Fraktionierung (3) fallen mindestens zwei faserhaltige Fraktionen (F1, F2, F3) an. Von diesen Fraktionen (F1, F2, F3) wird entweder nur eine gemahlen oder bei Mahlung mehrerer Fraktionen (F1, F2, F3) mindestens eine Fraktion (F1, F2, F3) so gemahlen, dass die die Mahlwirkung beeinflussenden Parameter anders eingestellt sind als bei der Fasermahlung (4, 5, 6) einer anderen Fraktion (F1, F2, F3).

Description

Voith Patent GmbH Akte: RPS14103 WO
89522 Heidenheim „'Fiber Design'"
Verfahren zur Aufbereitung von Altpapier enthaltenden Rohstoffen zu einer zur Erzeugung graphischer Papiere geeigneten Faserstoffsuspension
Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Aufbereitung von Altpapier enthaltenden Rohstoffen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Verfahren dieser Art werden benutzt, um die Altpapierfaser-Rohstoffe so weit aufzubereiten, dass sie auch zur Herstellung von graphischen Papieren verwendet werden können, also von Papiersorten, die zum Bedrucken oder
Beschreiben geeignet sind. Zumeist werden graphische Papiere, um sie mit einer glatten Oberfläche zu versehen, satiniert oder kalandriert. Hochwertige kalandrierte
Papiere werden auch SC-Papiere genannt. Eine andere wichtige graphische Papiersorte sind die LWC-Papiere. Da Papiere dieser Art relativ dünn sind, oft nur ein Zehntel Millimeter dick, ist es wichtig, dass die Rohstoffe nur solche Fasern enthalten, die bei diesen dünnen Blattformen nicht störend hervortreten oder das Papier ungleichmäßig erscheinen lassen. Auch für eine optimale Bedruckbarkeit ist eine einwandfreie Blattoberfläche entscheidend. Es ist außerdem zu vermeiden, dass weiche Fasern durch harte Fasern oder harte
Faserbruchstücke beim Satinieren oder Kalandrieren so sehr zusammengedrückt werden, dass die Opazität verloren geht ("Schwarzsatinage").
Aus der DE 101 16 368 A1 ist ein Verfahren bekannt, mit dem aus holzstoffhaltigem Altpapier durch Fraktionierung eine Hartfraktion gewonnen und diese dann einer stark faserkürzenden Mahlung unterzogen wird. Dabei wird ebenfalls das Ziel verfolgt, den Faserstoff für hochwertige Papiersorten aufzubereiten.
Aus wirtschaftlichen Gründen wird angestrebt, Altpapier in möglichst hohem Maße auch bei hochwertigen graphischen Papiersorten einzusetzen. Durch Deinken erhält bedrucktes Altpapier die notwendige Weiße und Sauberkeit. Dennoch sind für den Einsatz solcher Rohstoffe, die auch „dip" (deinked pulp) genannt werden, Grenzen gesetzt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Aufbereitung von Altpapier enthaltenden Rohstoffen zu schaffen, mit dem ein höherer Anteil von Altpapier auch für hochwertige graphische Papiere eingesetzt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.
Insbesondere wird von den gebildeten Fraktionen entweder nur eine gemahlen oder bei Mahlung mehrerer Fraktionen mindestens eine Fraktion so gemahlen, dass Mahlwirkung beeinflussende Parameter anders eingestellt sind als bei der Fasermahlung einer anderen Fraktion.
Durch die beschriebenen Verfahrensschritte wird die Schädlichkeit bestimmter Fasern für das Papierprodukt beseitigt. Je nach Ausgestaltung des Verfahrens können z. B.
- Grobe/lange Fasern flexibilisiert werden,
- Feinstoffe so erzeugt werden, das das Festigkeitspotential der Fasern möglichst erhalten bleibt und/oder
- Faserfraktionen in ausgesuchten Lagen oder Schichten des erzeugten
Papiers verwendet werden.
Dadurch und insbesondere durch die Kombination dieser erfindungsgemäß erreich ba ren Wi rku ngen l ässt s ich e i n spezieller Ausgangsstoff für die
Papiererzeugung schaffen. Da sich also die aus dem Altpapiereinsatz stammenden Probleme bei Erzeugung einer bedruckbaren Papieroberfläche und beim Glätten lösen lassen, kann durch das Verfahren der Altpapiereinsatz wesentlich erhöht werden. Es ist nun ein Anteil von mindestens 80% möglich.
Die Erfindung und ihre Vorteile werden erläutert an Hand von Zeichnungen. Dabei zeigen:
Fig.1 : ein beispielhaftes Schema zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig.2: Teilansicht von Mahlgarnituren mit kleinem Schnittwinkel
Fig.3+4: schematisch: zwei verschiedene Möglichkeiten zur Durchführung der Fraktionierung;
Fig.5: ein vereinfacht dargestelltes Anlagenschema mit zweistufiger Fraktionierung;
Fig.6: ein vereinfacht dargestelltes Anlagenschema mit Vollstrom- Nachmahlung; Fig.7+8: je ein Beispiel einer Kombination von Sieb- und Hydrozyklonfraktionierung;
Fig.9: eine besonders vorteilhafte Verwendung der Fraktionen bei der Papierherstellung.
Das in der Fig. 1 gezeigte Verfahrensschema stellt die wesentlichen Verfahrensschritte der Erfindung an Hand eines Beispiels dar. Zunächst erfolgt die Stofflösung 1 , bei der das holzstoffhaltige Altpapier M zusammen mit Wasser W so behandelt wird, dass sich eine wässrige Faserstoffsuspension S bildet. Oft ist anschl ießend eine mehr oder weniger aufwendige Reinigung 2 der Faserstoffsuspension S notwendig. Welcher Aufwand zur Herstellung eines sauberen Papierstoffes erforderlich ist, ist an sich bekannt. Zur Reinigung 2 können z. B. Sortierer, Hydrozyklone und Flotationsanlagen verwendet werden (zumeist in Kombination). In Fällen, in denen ein von vorneherein sauberer Rohstoff (z.B. Papiermaschinen-Aussch uss) eingesetzt wird , kan n d ie Rei n ig u ng auch entfal l en . - A -
In der sich anschließenden Fraktionierung 3 werden mindestens zwei Faserfraktionen F1 und F2 gebildet, wobei hier die gröbere mit F1 und die feinere mit F2 bezeichnet werden. Bei dem gezeigten Beispiel wird zusätzlich eine dritte Fraktion F3, die Feinstfraktion, gebildet, die noch feiner ist. Die Fra ktion ierung 3 kann ein- oder mehrstufig sein, worauf später noch eingegangen wird. In der gröberen Fraktion F1 werden insbesondere die groben Fasern aufkonzentriert, die für die Probleme beim Satinieren oder Kalandrieren verantwortlich sind. Diese Fraktion 1 wird durch eine schonende Fasermahlung 4 bearbeitet. Durch die schonende Fasermahlung 4 werden die Fasern ohne größere Einbuße an Faserlänge flexibler, wodurch sie sich leichter in das später daraus gebildete Papierblatt einfügen lassen. Dem Fachmann ist der Begriff „schonende Mahlung" bekannt. Im Gegensatz zur „schneidenden Mahlung" werden die Fasern gegeneinander gerieben, hydratisiert und ihre Oberfläche fibrilliert. Eine Fasermahlung wird schonender mit geringerer sekundlicher Kantenbelastung (gemessen z.B. in J/m), schrägeren Schnittwinkeln, und zunehmender Konsistenz
(Hochkonsistenzmahlung). Hochkonsistenter Faserstoff kann im Allgemeinen nicht mit Kreiselpumpen gefördert werden („nicht pumpfähig"). Zur Hochkonsistenzmahlung werden die Mahlvorrichtungen so betrieben, dass die zusammenwirkenden Mahlgarnituren voneinander einen mehrfach größeren Abstand haben als bei der Niedrigkonsistenzmahlung.
Die in der Fraktionierung 3 gebildete feinere (mittlere) Fraktion F2 gelangt in eine kürzende Fasermahlung 5. Das heißt, diese Fasern einer nur wenig Langfasern enthaltenen Mittelfraktion werden unter Bildung von Feinstoffen stark gekürzt. Die Feinstoffe sind besonders wichtig für graphische Papiere. Die Wirkung einer kürzenden Mahlung wird besonders in einem Messerrefiner und besonders dann erreicht, wenn die Konsistenz der Suspension bei ca. 4 %, nicht über 8 %, liegt, wenn der Schnittwinkel α (s. Fig. 2) klein oder gleich 0 ist und wenn eine relativ hohe spezifische Kantenbelastung eingestellt wird. Größenordnungsmäßig können mehr als 1 J/m, noch besser mehr als 1 ,5 J/m übertragen werden. Bei einer solchen kürzenden Fasermahlung 5 wird z. B. eine spezifische Mahlarbeit zwischen 30 und 120 kWh/t vorzugsweise zwischen 40 und 1 00 kWh/t übertragen . In manchen Fällen gilt eine solche Mahlung, die auch als aggressiv bezeichnet werden kann, als nicht zweckdienlich, weil dadurch das Festigkeitspotential der Fasern nur ungenügend genutzt wird. Es hat sich aber gezeigt, dass sich dadurch im Zuge des erfindungsgemäßen Verfahrens die Oberflächen-Qualität des fertigen Papiers beträchtlich steigern lässt. Der Vorteil des Verfahrens liegt darin, dass diese aggressive Mahlung nur bei einem Teil der eingesetzten Fasern durchgeführt wird und dass d ie eigentl ichen Festigkeitsträger, nämlich die flexiblen, zumeist auch längeren Zellstofffasern nicht geschädigt werden.
Auch die dritte Fraktion F3 (als Option gestrichelt eingezeichnet) kann separat gemahlen werden, wobei vorzugsweise ein schonende Fasermahlung 6 im Niedrigkonsistenzbereich (z. B. Konsistenz 3% bis 6%, Schnittwinkel α ca. 60 Grad, spezifische Kantenbelastung ca. 0,5 bis 0,8 J/m, spezifische Mahlarbeit höchstens 60 kWh/t vorzugsweise höchstens 40 kWh/t) durchgeführt wird. Die gemahlenen Faserstoffe werden hier miteinander vermischt. Die nachfolgende Prod u ktionsan l age 1 0 erzeugt daraus nach weiteren Bearbeitungsschritten auf einer Papiermaschine das gewünschte hochwertige Papier P.
Fig. 2 erläutert die Definition des Schnittwinkels α. Dieser entsteht bekanntlich dadurch, dass die aneinander vorbeibewegten Mahlgarnituren 22 und 23 (nur teilweise gezeichnet) mit Leisten 24 bzw. 25 (Auch Messer genannt) versehen sind, die gegenüber dem Radius jeweils in bestimmten Winkeln stehen. Diese Winkel addieren sich rotor- und statorseitig zum Schnittwinkel α.
Die erwähnte Fraktionierung 3 wird mit mindestens einer Fraktioniermaschine durchgeführt. Wegen der hohen Anforderung an die Trennwirkung sind jedoch mehrere Stufen vorteilhaft, wozu in den Fig. 3 und 4 wichtige Beispiele gezeigt werden. Die Fig. 3 zeigt, wie die Papierfasersuspension S einer ersten Fra ktion ierstufe 7 zugel eitet u nd d ari n i n ei n e g röbere Fra ktion F 1 u nd eine feinere Fraktion F2 ' aufgeteilt wird . Die feinere Fraktion F2 ' der ersten Fraktionierstufe 7 wird in einer weiteren Fraktionierstufe 8 erneut fraktioniert, und zwar in der Weise, dass eine mittlere Fraktion F2 mit Fasern von mittlerer Länge entsteht. Fein- und Füllstoffe werden in der Feinstfraktion F3 der weiteren Fraktionierstufe 8 angereichert, was eine vorteilhafte Verarmung dieser Stoffe in der mittleren Fraktion F2 bedeutet.
Ein zu diesem Zweck besonders geeigneter Fraktionator ist ein Druckapparat zur Nasssiebung von der Art eines Drucksortierers. Aber auch mit hochwirksamen Hydrozyklonen, sogenannten Cleanern, ist es möglich, eine Fraktionierung vorzunehmen. Beispiele für spezielle Fraktionierverfahren mit erhöhter Trennwirkung sind in der DE 199 60 218 A1 aufgeführt.
In anderen Fällen (s. Fig. 4) kann die gröbere Fraktion FV der ersten Fraktionierstufe 7 so viel steife Fasern enthalten, dass es sich lohnt, diese in einer weiteren Fraktionierstufe 9 erneut, z.B. nach Flexibilität zu fraktionieren. Die dabei anfallende gröbere (steifere) Fraktion F1 wird schonend, insbesondere flexibilisierend gemahlen, während die feinere (weichere) Fraktion F2 kürzend gemahlen wird, evt. zusammen mit der Feinstfraktion F3 der ersten Fraktionierstufe 7.
Die in Fig. 2 schematisch gezeigte zweistufige Fraktionierung wird in Fig. 5 etwas ausführlicher dargestellt unter exemplarischer Verwendung von Drucksortieren 1 1 und 12. In diesen wird die gröbere Fraktion an den Sieböffnungen abgewiesen (Überlauf), während die feinere Fraktion das Sieb passiert (Durchlauf). Die gröbere Fraktion F1 der ersten Fraktionierstufe 7 wird in einer Schneckenpresse 13 oder einem anderen Eindickungsapparat eingedickt und danach zum ersten Schritt der schonenden Fasermahlung 4 einem Hochkonsistenzrefiner 14 zugeführt. Bei einer schonenden Fasermahlung im Hochkonsistenzbereich (Konsistenz zwischen 8% und 35%) wird z. B. eine spezifische Mahlarbeit zwischen 50 und 500 kWh/t vorzugsweise zwischen 80 und 350 kWh/t übertragen. Mit Vorteil kann der so gemahlene Faserstoff zur Festigkeitserhöhung in einem nachfolgenden zweiten Schritt in einem Niedrigkonsistenzrefiner 19 nachgemahlen werden. Dabei werden die Fasern wiederum nicht oder nur wenig gekürzt, was ohne weiteres durch Garnituren mit schrägen Messern (z. B. Schnittwinkel α = 30 Grad + 30 Grad) und eine relativ geringe sekundliche Kantenbelastung (z. B. u n ter 1 J/m ) mög l i ch i st . Be i e i n er scho n en d en Fa serm a h l u n g i m Niedrigkonsistenzbereich wird z. B. eine spezifische Mahlarbeit zwischen 10 und 60 kWh/t vorzugsweise zwischen 10 und 40 kWh/t übertragen. Das Filtrat 16 aus der Schneckenpresse 13 kann zur Verdünnung des hochkonsistenten Stoffes zwischen d iesen beiden Mahlschritten eingesetzt werden . Zu r Verdeutlichung der Förderbedingungen sind hier vor dem Hochkonsistenzrefiner 14 eine Hochkonsistenz-Zuführschnecke 15 und vor dem Niedrigkonsistenzrefiner 19 eine Kreiselpumpe 20 eingezeichnet. Ansonsten werden bei diesen Schemazeichnungen Pumpen und Bütten zumeist nicht angegeben.
Die in der zweiten Fraktionierstufe 8 als Überlauf des Drucksortierers 12 erzeugte mittlere Fraktion F2 wird zur stark kürzenden Mahlung 5 in einem Niedrigkonsistenzrefiner 17 bearbeitet. Die bearbeiteten Fraktionen gelangen in einen weiteren Anlagenteil 21 , in dem sie vermischt oder separat weiter behandelt werden können.
Vor dem Hochkonsistenzrefiner 14 kann der bereits eingedickte Faserstoff dispergiert werden, insbesondere um die Fasern zu flexibilisieren und ihre Homogenität zu verbessern. Unter Umständen kann die Dispergierung als schonende Mahlung ausgelegt werden, so dass die benötigte Flexibilisierung und Hydratisierung der groben Fasern bereits erreicht wird, wobei dann aber im Normalfall ein schonend arbeitender Niedrigkonsistenzrefiner 17 folgen muss.
Wie in Fig . 6 gezeigt, kann auch eine Zusammenführung der gemahlenen Fraktionen F1 und F2 mit der - vorzugsweise ungemahlenen - Feinstfraktion F3 und anschließender gemeinsamer Niedrigkonsistenzmahlung 19 durchgeführt werden. Letztere wäre vorzugsweise schonend auszulegen, da die m ittlere Fraktion F2 bereits kürzend gemahlen worden ist. Diese Kombination kann sowohl wirtschaftlich als auch technologisch besonders günstig sein.
Zusätzlich kann im Konstanten Teil der Papiermaschine eine gemeinsame - hier nicht gezeigte - Egal isiermahlung aller Faserstoffe durchgeführt werden. Die Egalisiermahlung dient bekanntlich der Vergleichmäßigung der Fasern.
Die in den Figuren 5 und 6 gezeigten Fraktionierstufen können gemäß Beispiel der Fig . 7 auch eine Kombination von Siebmasch inen (Drucksortieren 1 1 ) und Hydrozyklonen 18 sein. Letztere sind besonders geeignet, eine in der ersten Fraktionierstufe 7 erzeugte feinere Fraktion F2' weiter aufzuteilen: an der Leichtstofföffnung fallen die feinen und flexiblen Fasern (zweite feinere Fraktion F3) und an der Schwerstofföffnung die steifen Fasern (Fraktion F2) an.
Die Hydrozyklone 18, 18' und 18" können auch mehrstufig geschaltet werden, indem der als Schwerstoff bei einem stromaufwärtigen Hydrozyklon 18 oder 18' anfallende Stoffstrom 31 bzw. 32 in den Zulauf eines stromabwärtigen Hydrozyklons 18' bzw. 18" geführt wird. Dabei kann der ab der zweiten Stufe als Leichtstoff anfallende Stoffstrom 29 bzw. 30 jeweils in den Zulauf zur stromaufwärtigen Hydrozyklonstufe zurückgeführt wird (Fig. 8). Dadurch lässt sich eine noch bessere Trennschärfe erreichen.
In bestimmten Fällen kann die über die Fraktionierung 3 geführte Stoffmenge dadurch verkleinert werden, dass vorher ein Teilstrom 33 (s. Fig. 1 ) abgezweigt wird. Dieser Teilstrom kann an späterer Stelle wieder zugegeben werden, also die Fraktionierung 3 und evt. auch dieser nachgeschaltete Behandlungsstufen (Fasermahlung, Dispergierung, ... ) entlasten.
Es ist ein weiterer Vorteil des Verfahrens, dass die gebildeten Fraktionen F1 F2 und F3 zumindest teilweise separat in unterschiedliche Schichten oder Lagen L1 , L2 und L3 des Papiers eingebracht werden können (Fig. 9). Das ist z. B. mit einem Mehrschichtstoffauflauf 27 möglich. Dabei sind die störenden Fasern, insbesondere die der groben Fraktion F1 vorzugsweise in die mittlere Lage L2 zu fahren. In günstigen Fällen kann die schonende Mahlung 4 dieser Fraktion F1 dann reduziert werden oder ganz entfallen.

Claims

Voith Patent GmbH 10 Akte: RPS14103 WO89522 Heidenheim „'Fiber Design'"Patentansprüche
1. Verfahren zur Aufbereitung von Altpapier enthaltenden Rohstoffen (M) zu einer zur Erzeugung graphischer Papiere geeigneten Faserstoffsuspension mit folgenden Schritten:
- Herstellung einer wässrigen Faserstoffsuspension (S);
- Fraktionierung (3) der Faserstoffsuspension (S) in mindestens zwei faserhaltige Fraktionen (F1 , F2, F3), dadurch gekennzeichnet, - dass nur eine der Fraktionen (F1 , F2, F3) gemahlen wird, oder
- dass mindestens eine der Fraktionen (F1 , F2, F3) einer Fasermahlung (4, 5, 6) unterzogen wird, deren die Mahlwirkung beeinflussenden Parameter anders eingestellt sind als bei der Fasermahlung (4, 5, 6) einer anderen Fraktion (F1 , F2, F3).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Fraktionierung (3) in mindestens zwei Fraktionierstufen (7, 8, 9) durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fraktionierung (3) in zwei Fraktionierstufen (7, 8) durchgeführt wird, und dass die Feinfraktion (F2') der stromaufwärtigen Fraktionierstufe (7) in den Zulauf zur stromabwärtigen Fraktionierstufe (8) geführt wird.
4. Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Fraktionierung (3) gebildete gröbere Fraktion (F1 ), vorzugsweise eine mit langen und groben Fasern angereicherte Fraktion , durch mindestens eine schonende Fasermahlung (4) bearbeitet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur schonenden Fasermahlung (4) Mahlgarnituren verwendet werden, die mit einem Schnittwinkel (α) zwischen 40 und 90 Grad, vorzugsweise zwischen 50 und 70 Grad zusammenwirken.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur schonenden Fasermahlung (4) eine sekundliche Kantenbelastung zwischen 0,5 und 1 J/m eingestellt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur schonenden Fasermahlung (4) eine Konsistenz zwischen 2 %, vorzugsweise 4
% und 8 % eingestellt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 4, 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei der schonenden Fasermahlung (4) eine spezifische Mahlarbeit zwischen 10 und 60 kWh/t, vorzugsweise 10 und 40 kWh/t übertragen wird.
9. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die schonende Fasermahlung (4) als Hochkonsistenzmahlung, vorzugsweise mit einer Konsistenz zwischen 8 % und 35 % durchgeführt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei der schonenden Fasermahlung (4) eine spezifische Mahlarbeit zwischen 50 und 500 kWh/t, vorzugsweise 80 und 350 kWh/t übertragen wird.
1 1. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8 in Verbindung mit Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die schonende Fasermahlung (4) als Kombination von Hochkonsistenzmahlung und nachfolgender Niedrigkonsistenzmahlung durchgeführt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass Filtrat (19) aus der zur Vorbereitung der Hochkonsistenzmahlung durchgeführten Eindickung (20) vor oder bei der nachfolgenden Niedrigkonsistenzmahlung wieder zugegeben wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die schonende Fasermahlung (4) so durchgeführt wird, dass die Fasern, insbesondere die Langfasern unter weitgehender Erhaltung ihrer Länge flexibilisiert werden.
14. Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Fraktionierung (3) gebildete feinere Fraktion (F2), vorzugsweise eine mit mittleren und kurzen Fasern angereicherte Fraktion, durch mindestens eine kürzende Fasermahlung (5) bearbeitet wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass durch mindestens zwei Fraktionierstufen (7, 8, 9) mindestens eine Grobfraktion (F1 ), mindestens eine Mittelfraktion (F2) und mindestens eine Feinstfraktion (F3) gebildet werden, und dass die Mittelfraktion (F2) einer kürzenden Fasermahlung (5) unterzogen wird.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass zur kürzenden Fasermahlung (5) Mahlgarnituren verwendet werden, die mit einem
Schnittwinkel (α) zwischen 0 und 30 Grad, vorzugsweise zwischen 4 und 15 Grad zusammenwirken.
17. Verfahren nach Anspruch 14, 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass zur kürzenden Fasermahlung (5) eine sekundliche Kantenbelastung von mindestens 1 J/m, vorzugsweise mindestens 1 ,5 J/m eingestellt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 14, 15, 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass bei der kürzenden Fasermahlung (5) eine spezifische Mahlarbeit zwischen 30 und 120 kWh/t, vorzugsweise 40 und 100 kWh/t übertragen wird.
19. Verfahren nach Anspruch 14, 15, 16, 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass zur kürzenden Fasermahlung (5) eine Konsistenz zwischen 2 % und 8 % eingestellt wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Feinstfraktion (F3), vorzugsweise eine mit kurzen Fasern und Feinstoffen angereicherte Fraktion, einer schonenden Mahlung (6) unterzogen wird.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass zur schonenden Fasermahlung (6) Mahlgarnituren verwendet werden, die mit einem Schnittwinkel (α) zwischen 40 und 90 Grad, vorzugsweise zwischen 50 und 70 Grad zusammenwirken.
22. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21 , dadurch gekennzeichnet, dass zur schonenden Fasermahlung (6) eine sekundliche Kantenbelastung zwischen 0,5 und 1 J/m eingestellt wird.
23. Verfahren nach Anspruch 20, 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass bei der schonenden Fasermahlung (6) eine spezifische Mahlarbeit von höchstens
60 kWh/t, vorzugsweise höchstens 40 kWh/t übertragen wird.
24. Verfahren nach Anspruch 20, 21 , 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass zur schonenden Fasermahlung (6) eine Konsistenz zwischen 2 %, vorzugsweise 4
% und 8 % eingestellt wird.
25. Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fraktionierung (3) in einer Kombination von mindestens einem Drucksortierer (1 1 , 12) und mindestens einem Hydrozyklon (18, 18', 18") durchgeführt wird.
26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchlauf des Drucksortierers (11 , 12) in den Zulauf eines Hydrozyklons (18) eingespeist wird.
27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Hydrozyklone (18, 18', 18") in mindestens zwei Hydrozyklonstufen betrieben werden, bei denen der als Schwerstoff mindestens eines stromaufwärtigen Hydrozyklons (18, 18') anfallende Stoffstrom (31 , 32) in den Zulauf eines stromabwärtigen Hydrozyklons (18', 18") eingespeist wird.
28. Verfahren nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Hydrozyklone (18, 18', 18") in mindestens zwei Hydrozyklonstufen betrieben werden, bei denen der als Leichtstoff mindestens eines stromabwärtigen Hydrozyklons (18', 18") anfallende Stoffstrom (29, 30) in den Zulauf eines stromaufwärtigen Hydrozyklons (18, 18') eingespeist wird.
29. Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu Entfernung von Störstoffen vor der Fraktionierung (3) eine Reinigung (2) der
Fasersuspension (S) durchgeführt wird.
30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Reinigung (2) eine Flotationsanlage verwendet wird.
31. Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Fraktionierung (3) ein Teilstrom (33) abgezweigt und an einer nach der Fraktionierung (3) liegenden Stelle wieder zugegeben wird.
32. Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Verwendung der aufbereiteten Rohstoffe (M) zur Herstellung von graphischem Papier (P) mehrere Lagen (L1 , L2, L3) gebildet werden, und dass die gröbere Fraktion (F1 ) zur Bildung einer mittleren Lage (L2) oder einer unteren Lage (L3) eingesetzt wird.
33. Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Verwendung der der aufbereiteten Rohstoffe (M) zur Herstellung von graphischem Papier (P) das Papier kalandriert oder satiniert wird.
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