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Verfahren zur Aufbereitung von füllstoffhaltigem Papier, insbesondere von Trockenausschuss - Dokument DE102006020450A1
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102006020450A1 06.12.2007
Titel Verfahren zur Aufbereitung von füllstoffhaltigem Papier, insbesondere von Trockenausschuss
Anmelder Voith Patent GmbH, 89522 Heidenheim, DE
Erfinder Dockal-Baur, Jürgen, 88273 Fronreute, DE;
Selder, Harald, 88281 Schlier, DE
DE-Anmeldedatum 03.05.2006
DE-Aktenzeichen 102006020450
Offenlegungstag 06.12.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 06.12.2007
IPC-Hauptklasse D21C 5/02(2006.01)A, F, I, 20061121, B, H, DE
IPC-Nebenklasse D21B 1/32(2006.01)A, L, I, 20061121, B, H, DE   
Zusammenfassung Das Verfahren dient insbesondere zur Aufbereitung von stark füllstoffhaltigem Trockenausschuss (1) einer Papier-, Karton- oder Streichmaschine. Erfindungsgemäß wird ein Waschprozess durchgeführt, bei dem ein füllstoffhaltiges Waschfiltrat (7) anfällt. Der beim Waschprozess gebildete Dickstoff (8) wird so bearbeitet, dass die Füllstoffagglomerate zerkleinert werden.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von füllstoffhaltigem Papier, insbesondere von Trockenausschuss, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bekanntlich können bei einer Papier- oder Kartonmaschine Betriebszustände auftreten, bei denen während der Papierproduktion das erzeugte Papier nicht als fertige Bahn aufgewickelt werden kann, sondern bereits vorher aus dem Bereich der Papiermaschine als sogenannter Ausschuss abgeführt werden muss. Ähnliches kann auch an Streichmaschinen geschehen, bei denen das bereits erzeugte und getrocknete Papier mit einer als Strich bezeichneten Schicht versehen wird. Auch bei störungsfreiem Betrieb fällt in Form von Randstreifen ständig Material an, das wieder aufgelöst und dem Papiererzeugungsprozess wieder zugeführt werden muss. Große Mengen von Trockenausschuss können auch beim Aufwickeln entstehen oder dadurch, dass bestimmte Qualitätsanforderungen des fertigen Papiers nicht erreicht wurden. Das als Ausschuss vorliegende Material enthält in der Regel qualitativ hochwertige Fasern und ist sortenrein. Es wird üblicherweise zerkleinert und mit Wasser suspendiert.

Trockenausschuss ist in der Regel nur sehr wenig verschmutzt und sortenrein. Aus diesen Gründen steht im Stand der Technik die mechanische Zerkleinerung der bereits verfestigten Papierbahn sowie ihre Suspension in Wasser im Vordergrund der Verfahren zu ihrer Wiederaufbereitung. Neben der eigentlichen Papierfaser enthält der im Rahmen dieses Verfahrens bearbeitete Trockenausschuss auch relativ viele mineralische Füllstoffe. Wird der Trockenausschuss aus gestrichenem Papier aufgelöst, stammen sie zu einem beträchtlichen Anteil aus dem als Streichmasse aufgetragenen Stoff. Im Allgemeinen sollen diese Füllstoffe zur Papiererzeugung wieder eingesetzt werden. Daher können sie zumindest teilweise im rezirkulierten Ausschuss verbleiben. Wegen ihrer Neigung, Agglomerate (Strichgries) zu bilden, sind sie aber problematisch und können zu Produktionsstörungen führen.

Aus der EP 0 711 369 B1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem füllstoffhaltiges Papier-Material in mehreren Stufen aufwändig fraktioniert wird, um die Füllstoffe aufzukonzentrieren. Anschließend werden sie dispergiert und zumindest teilweise wieder verwendet.

Die DE 195 32 301 A1 beschreibt ein Verfahren, bei dem gestrichener Trockenausschuss zunächst aufgelöst und eventuell gereinigt und entstippt wird. Nach erneuter Eindickung wird in einer bestimmten Ausführungsform des Verfahrens ebenfalls dispergiert. Das Verfahren ist aufwändig und im Wesentlichen auf die Behandlung der beim Eindicken anfallenden Filtrate gerichtet.

Aus der DE 102 56 519 ist ein Verfahren zur Aufbereitung von bedrucktem Papier bekannt: Nach einer Faserfraktionierung wird die dabei gebildete Langfaserfraktion dispergiert.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, mit dem es gelingt, die Aufbereitung von füllstoffhaltigem Papier, insbesondere Trockenausschuss, ohne zu hohen Aufwand durchzuführen und dabei Probleme, die sich durch die vorhandenen Füllstoffe ergeben könnten, zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 in vollem Umfang gelöst.

Es ist bekannt, dass Papierfaserstoff durch mechanische Bearbeitung, insbesondere Dispergieren homogenisiert und dadurch wesentlich verbessert werden kann. Dazu wird in vielen Fällen ein Faserkrümelstoff hergestellt, der einen Trockengehalt zwischen 15 und 35 % aufweist und auf eine Temperatur gebracht worden ist, die weit über der Umgebungstemperatur, z.B. bei 90° C, liegt. Durch den hohen Trockengehalt wird erreicht, dass erstens die Viskosität bei der Dispergierung wesentlich ansteigt und zweitens weniger Wasser mit erwärmt werden muss. Um mechanische Arbeit dieser Art auf den Faserstoff zu übertragen, können, vorzugsweise z.B. Disperger oder Kneter verwendet werden oder auch eine Vorrichtung zur Kompressionsmahlung, wie sie in der DE 102 36 962 beschrieben ist. Bei einer solchen mechanischen Bearbeitung werden durch intensive Faser-Faser-Reibung Scherkräfte erzeugt, die groß genug sind, um die Füllstoffagglomerate (Strichgries) aufzubrechen und in feine Bruchstücke zu zerkleinern. Es wird ein Feinheitsgrad erreicht, der für das später daraus hergestellte Papier erforderlich ist. Im Allgemeinen ist das eine Korngröße von höchstens 60, möglichst nicht über 40 Mikrometer. Werden bei der Weiterverarbeitung z.B. im Konstanten Teil vor der Papiermaschine hoch wirksame Hydrozyklone, sogenannte Cleaner, eingesetzt, so werden durch das Verfahren Störungen in der Rejektabfuhr durch Strichgries vermieden.

Wenn füllstoffhaltiges Papier, insbesondere Trockenausschuss, durch das erfindungsgemäße Verfahren behandelt wird, führt der beschriebene Waschprozess zu einer wesentlichen Entlastung beim Dispergieren. Zunächst einmal ist es ohnehin erforderlich, das aufgelöste Papier einzudicken, um die beim Dispergieren günstige Konsistenz zu erreichen. Erfindungsgemäß wird bei der Eindickung nicht wie üblich mit einem Filter oder einer Presse gearbeitet, welches zu einer ausgeprägten Trennung zwischen Flüssigkeit und Feststoff führt, sondern in einem Waschprozess. So können die beabsichtigten Vorteile des Verfahrens mit relativ geringem Mehraufwand erreicht werden. Das bei dem Waschprozess gebildete Filtrat enthält einen größeren Anteil von Feststoffen, also von Feinstoffen und bereits zerkleinerten Füllstoffen, die dann am Dispergierprozess vorbeigeführt werden. Bekanntlich sind gerade solche Stoffe beim Dispergieren von Nachteil, da sie zumeist schmierig sind, also die Viskosität und damit auch die übertragbaren Scherkräfte reduzieren.

Die Erfindung und ihre Vorteile werden erläutert an Hand einer Zeichnung, die eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt.

In diesem Anlagenschema erkennt man, dass der z.B. an einer – nicht gezeigten – Papiermaschine angefallene Trockenausschuss 1 in einem Stoffloser 2 mit Wasser W vermischt und aufgelöst wird. Auf diese Weise wird die Faserstoffsuspension S gebildet, die nicht nur die eigentlichen Papier- oder Zellstofffasern, sondern auch eine größere Menge von mineralischen Füllstoffen enthält. So ist der Gehalt an mineralischen Füllstoffen z.B. mindestens 10 %, 20 % oder 30 %, liegt also dann deutlich über dem vom üblichen Altpapier. Es ist nicht unbedingt erforderlich, dass ein Stoffloser der hier gezeigten Art verwendet wird. Es könnte z.B. auch die Auflösung in einer Auflösetrommel erfolgt sein. Die Faserstoffsuspension S wird in einer Ableerbütte 3 gesammelt und dann über einen Drucksortierer 4 von eventuell vorhandenen Verunreinigungen befreit. Notwendigkeit und Größe eines solchen Drucksortierers oder auch anderer Reinigungsgeräte, wie z.B. Hydrozyklonen, richten sich danach, ob es sich um einen sauberen Papiermaschinenausschuss handelt oder z.B. um spezielle gefüllte Papiersorten, die verunreinigt sein können.

Das aufgelöste Papier in Form der Faserstoffsuspension S wird anschließend dem Waschprozess zugeführt, wozu hier eine besonders geeignete Waschvorrichtung 5 dargestellt ist. Charakteristisch für die gewählte Vorrichtung ist die Zugabe mit Hilfe eines einen turbulenten Flachstrahl bildenden Stoffauflaufes 6 in einen zwischen einem Sieb und einem Zylinder gebildeten Entwässerungsspalt. Dabei wird die Konsistenz, also der Trockengehalt der Suspension z.B. von 1,5 % auf 10 % angehoben. Eine solche Vorrichtung ist in der DE 30 05 681 beschrieben. Es kann aber auch ein Bogensieb oder ein Waschsortierer (Drucksortierer mit sehr feinen Sieböffnungen) verwendet werden. Das bei diesem Waschprozess durch das Sieb hindurch gelangte Waschfiltrat 7 und der am Sieb zurückgehaltene Dickstoff 8 erfüllen die in den Ansprüchen genannten Eigenschaften. Die Wäsche wird so durchgeführt, dass Feinstoffe, die eine mittlere Ausdehnung von höchstens 50 &mgr;m haben, in einem überwiegenden Anteil, vorzugsweise mindestens 70 Massen-%, in das Waschfiltrat 7 gelangen.

Die volumetrische Mengenaufteilung der Suspensionsströme in Dickstoff 8 und Waschfiltrat 7 kann mit Vorteil so eingestellt werden, dass mindestens 50 Vol-%, vorzugsweise mindestens 70 Vol-%, mit dem Waschfiltrat 7 abgeführt werden. Der Waschprozess kann so gesteuert werden, dass die in der zugeführten Suspension enthaltenen Feststoffe zu mindestens 30 Massen-%, vorzugsweise mindestens 50 Massen-%, mit dem Waschfiltrat 7 abfließen. Wenn die Konsistenz des Dickstoffes 8 für die mechanische Bearbeitung nicht hoch genug ist, kann – wie hier gezeigt – eine weitere Eindickung, vorzugsweise mit Hilfe einer Schneckenpresse 9 erfolgen. Diese kann in Folge der relativ hohen Zulaufkonsistenz klein gehalten werden. Das dabei gebildete Filtrat 12 hat vorzugsweise sehr wenig Feststoffe, ist dann also kein Waschfiltrat. Es ist gut geeignet zur Auflösung oder Verdünnung an einer Stelle vor dem Waschprozess. Bei diesem Beispiel wird die mechanische Bearbeitung in einem Disperger 10 durchgeführt, der den Hochkonsistenzstoff 11 verarbeitet. Dabei kann eine Erhitzung des Faserstoffes durch direkte Zugabe von Dampf D von Vorteil sein. Es gibt aber auch die Möglichkeit, eine Heizschnecke vorzuschalten.

Der dispergierte Stoff 11' wird in der Bütte 13 verdünnt, wozu mit Vorteil das Waschfiltrat 7 des in der Waschvorrichtung 5 durchgeführten Waschprozesses verwendet werden kann. Dadurch werden die darin enthaltenen Feststoffe wieder ins Papier gebracht, ohne dass sie im Disperger 10 behandelt wurden.


Anspruch[de]
Verfahren zur Aufbereitung von füllstoffhaltigem Papier, insbesondere von Trockenausschuss (1) einer Papier-, Karton- oder Streichmaschine, bei dem das füllstoffhaltige Papier in Wasser aufgelöst wird dadurch gekennzeichnet, dass das aufgelöste Papier in einem Waschprozess so behandelt wird, dass im dabei eingedickten Dickstoff (8) der Gehalt von Feinstoffen bis zu einer Größe von 50 &mgr;m um mindestens 50 %, vorzugsweise mindestens 70 %, reduziert wird und dass der Dickstoff (8) danach durch Scherkräfte mechanisch so bearbeitet wird, dass die darin enthaltenen Füllstoffpartikel zerkleinert werden. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Bearbeitung durch Dispergieren oder Kneten erfolgt. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Bearbeitung in einem Disperger (10) erfolgt. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Bearbeitung bei einer Konsistenz von mindestens 15 % und höchstens 60 % erfolgt Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Bearbeitung bei einer Temperatur von mindestens 80° C durchgeführt wird. Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Waschprozess ein Waschfiltrat (7) gebildet wird, dessen Menge von mindestens 50 %, vorzugsweise mindestens 70 %, der dem Waschprozess zugeführten Menge, jeweils volumetrisch betrachtet, abgeführt wird. Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im beim Waschprozess gebildeten Waschfiltrat (7) mindestens 30 %, vorzugsweise mindestens 50 %, jeweils gewichtsmäßig betrachtet, der dem Waschprozess zugeführten Feststoffe enthalten ist. Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das beim Waschprozess gebildeten Waschfiltrat (7) dem Dickstoff (8) nach dessen mechanischer Bearbeitung wieder zugeführt wird. Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Faserstoffsuspension (S) mit einer Konsistenz zwischen 0,8 % und 3 %, vorzugsweise zwischen 1 und 2 %, dem Waschprozess zugeführt wird. Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Waschprozess so eingestellt wird, dass der dabei gebildete Dickstoff (8) eine Konsistenz zwischen 5 % und 20 % aufweist, vorzugsweise zwischen 7,5 % und 15 %. Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Waschprozess und mechanischer Bearbeitung eine weitere Eindickung vorgenommen wird. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Eindickung kein Waschprozess ist. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Eindickung in einer Schneckenpresse (9) durchgeführt wird. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Eindickung in einer Siebpresse durchgeführt wird. Verfahren nach Anspruch 11, 12, 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtrat (12) der weiteren Eindickung vor dem Waschprozess zur Auflösung oder zur Verdünnung des aufgelösten Papiers verwendet wird. Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein füllstoffhaltiges Papier aufgelöst wird, das einen gewichtsbezogenen Anteil an mineralischen Füllstoffen von mindestens 10 %, insbesondere mindestens 20 %, aufweist. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein füllstoffhaltiges Papier aufgelöst wird, das einen gewichtsbezogenen Anteil an mineralischen Füllstoffen von mindestens 30 % aufweist.






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