DE19614947A1 - Verfahren zur Erhöhung des Weißgrades von Papierfaserstoff - Google Patents
Verfahren zur Erhöhung des Weißgrades von PapierfaserstoffInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erhöhung des Weißgrades von
Papierfasern gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein solches Verfahren ist z. B. aus der EP 0 557 651 A1 bekannt. In dieser Publikation
findet es bei der Aufbereitung von gemischtem Altpapier Anwendung. Dabei wird das
Altpapier unter Verwendung von NaOH und NaOCl aufgelöst und anschließend üblichen,
an sich bekannten Reinigungsschritten unterzogen. Nach weiterer Eindickung wird es
bei erhöhter Temperatur mit molekularem Sauerstoff und Peroxid behandelt, wobei
sauerstoffhaltige Radikale freigesetzt werden. Dadurch werden die an sich bekannten
chemischen Umsetzungen veranlaßt, bei denen insbesondere das Lignin von den Fasern
gelöst wird. Nach dem Ausblasen aus dem Druckraum wird dann der Stoff ausgewaschen.
Das in Lösung gebrachte Lignin wird mit dem Waschwasser entfernt. Mit Hilfe eines
solchen Verfahrens kann und soll der Weißgrad des Papierstoffes gesteigert werden, d. h.
daß das später daraus erzeugte Papier möglichst weiß sein soll, auch wenn es z. B. aus
bedrucktem Altpapier gewonnen wurde.
Aus einer anderen Patentschrift, der US 5,211,809, ist ein Altpapierbleichverfahren
bekannt, bei dem ebenfalls elementarer Sauerstoff eingesetzt wird. Das Verfahren
arbeitet jedoch ausschließlich mit intensiver chemischer Einwirkung auf den Stoff, und
zwar einer gezielt herbeigeführten chemischen Reaktion zwischen den enthaltenen
Farbstoffen und dem Sauerstoff. In einem rein chemischen Angriff soll also der
Weißgrad durch Farbstoffzerstörung gesteigert werden, wobei offenbar hohe Alkalität
bevorzugt wird.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, mit dem der Weißgrad
beträchtlich gesteigert werden kann. Insbesondere soll die Aufbereitung von
bedrucktem, gemischten Altpapier zu weißem und melierungsfreien Papier verbessert
werden. Die Ausbeute an Faserstoff soll möglichst hoch und die Abwasserbelastung
möglichst niedrig sein.
Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen genannten Verfahrensschritte gelöst.
Beispiele für oxidierende Bleichchemikalien sind Peroxid, Sauerstoff-Gas und
sauerstoffhaltige Luft. Als Bleichhilfsmittel können NaOH, MgSO₄, Na₂Si O₃ dienen.
Sowohl Bleichmittel als auch Bleichhilfsmittel werden oft kombiniert eingesetzt, z. B.
Peroxid und molekularer Sauerstoff zum Bleichen. Bei Bleichhilfsmittel können
stabilisierende Chemikalien wie Na₂Si O₃ zuerst und später NaOH zugesetzt werden.
Die Kombination der intensiven mechanischen Behandlung des Faserstoffes mit
oxidierender Bleiche unter den angegebenen Parametern hat sich als besonders
vorteilhaft erwiesen. Offenbar wird durch eine solche mechanische Vorbehandlung (ein-
oder zweistufig) der Faserstoff optimal für diesen Einsatz von oxidierenden Reagenzien
vorbereitet. Die mechanische Vorbehandlung kann auch die Vermischung des Faserstoffes
mit den Bleichhilfsmitteln und gegebenenfalls mit den Bleich-Chemikalien verbessern.
Durch Kombination von Dispergierung und O₂- bzw. O₂ + Peroxid-Bleiche wird
erhöhter Weißgrad und verbesserte Sauberkeit erzielt; insbesondere dann, wenn
anschließend Flotation oder Wäsche erfolgt. Daher können Chemikalien eingespart und
die Bleichprozeßbedingungen faserschonend eingestellt werden, ohne daß eine
ungenügende Weiße in Kauf genommen werden müßte. Auch die Wasserbelastung wird
geringer, da weniger gelöste Stoffe aus dem Bleichprozeß bzw. den ihm nachgeschalteten
Trennstufen anfallen. Dabei bringt der Einsatz von reinem Sauerstoff ausgezeichnete
Ergebnisse, aber auch ein Gasgemisch von Inertgas und Sauerstoff - wie z. B. Luft -,
insbesondere unter erhöhtem Druck, kann die gestellte Aufgabe lösen und ist ein
besonders wirtschaftlicher Kompromiß. Neben den deutlich geringeren Kosten des
Gasgemisches ist bei seiner Verwendung auch die Explosionsgefahr geringer als mit
reinem Sauerstoff.
Die Erfindung und ihre Vorteile werden erläutert anhand von Zeichnungen. Dabei zeigen:
Fig. 1 grundsätzliches Verfahrensschema der Erfindung;
Fig. 2 und 3 besondere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens als
Verfahrensschemata;
Fig. 4 ein Anlagenschema.
Fig. 1 zeigt zunächst die vier Grundschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens, nämlich
die Herstellung 1 einer den Papierstoff P und Wasser W enthaltenden Suspension S, die
intensive mechanische Bearbeitung 2, das Bleichen 3 sowie die Entfernung 4 des
überwiegenden Anteils der von den Fasern abgetrennten Druckfarbenpartikel, also das
sogenannte Deinking. Dabei fallen die Druckfarbenpartikel als Rejekt R an und werden
aus dem Prozeß entfernt. Bei der intensiven mechanischen Bearbeitung 2 wird eine
spezifische Arbeit von mindestens 20 kwh/to übertragen, wozu z. B. ein
Hochkonsistenzkneter oder Disperger verwendbar ist. In vielen Fällen ist auch eine
höhere spezifische Arbeit, etwa 40 kwh/to von Vorteil. Die Zumischung der
Bleichhilfsmittel CH erfolgt am besten vor der intensiven mechanischen Bearbeitung 2,
weil so eine sehr gute Einmischung möglich ist. Besonders wirtschaftlich ist ihre
Zugabe zum bereits für die mechanische Bearbeitung eingedickten Stoff. Wenn der
eingedickte Stoff ohnehin aufgeheizt wird, ist die Zugabe in den heißen Stoff von
besonderem Vorteil. Es ist aber ebenso denkbar, die Bleichhilfsmittel bereits bei der
Auflösung des Papierstoffs P zuzugeben, um eine längere Verweilzeit zu ermöglichen.
Bekanntlich sind einige der als Bleich-Chemikalien verwendbaren Stoffe chemisch nicht
sehr stabil, weshalb eine möglichst kurze Zeit zwischen Zugabe und dem eigentlichen
Bleichvorgang angestrebt wird. Andererseits ist eine Vermischung der
Bleich-Chemikalien mit dem Stoff in einer mechanischen Bearbeitungsmaschine
besonders wirksam. Hier ist es dem Fachmann überlassen, wo unter Berücksichtigung
aller Gesichtspunkte die Zugabe optimal erfolgen soll. Peroxid kann als Bleichmittel z. B.
auch vor dem Dispergierprozeß zugegeben werden. Wird dagegen molekularer Sauerstoff
verwendet, empfiehlt sich seine Zugabe direkt in die Bleichapparatur, z. B. einen
Bleichturm. Ein solcher Bleichturm ist eine Vorrichtung, in der der zu bleichende Stoff
mit einer bestimmten Verweilzeit unter Einhaltung der Bleichbedingungen gestapelt
wird. Zum Bleichen kann sowohl reiner Sauerstoff verwendet werden als auch ein
sauerstoffhaltiges Gas, wie z. B. Luft. Die Druck- und Temperaturbedingungen bei der
Bleiche 3 richten sich u. a. danach, in welcher Konzentration das Gas vorhanden ist.
Nachdem der Papierstoff bzw. die aus ihm gebildete Suspension diese vier
Verfahrensschritte durchlaufen hat, wird sie als gebleichte und gereinigte Suspension S′
der weiteren Verarbeitung zugeführt.
Der wesentliche Unterschied einer in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform des Verfahrens
gegenüber Fig. 1 liegt darin, daß nach der Herstellung 1 der Suspension S ihre
Vorreinigung 5 erfolgt, der sich dann eine zusätzliche mechanische Vorbehandlung 6
anschließt. Diese Vorbehandlung 6 erfolgt mit einer spezifischen Arbeit von mindestens
10 kwh/to und dient im wesentlichen der Homogenisierung des Papierstoffes. Sie geht
der eigentlichen intensiven mechanischen Bearbeitung 2 voraus, bei der mindestens 20
kwh/to übertragen werden. Als weiterer Unterschied ist die zweistufige Entfernung 4
und 4′ der Druckfarbenpartikel anzusehen. Das können z. B. zwei hintereinander
geschaltete Flotationsverfahren sein oder Kombinationen aus Flotation und Wäsche.
Bezüglich der Zugabe der Chemikalien gilt im Prinzip das bereits zu Fig. 1 Gesagte.
Ferner ist angedeutet, daß aus den Trennstufen 5, 4, 4′ jeweils die Rejekte R, R′, R′′
abgeführt werden. Die so behandelte Suspension S 2′′ kann in einer weiteren,
vorzugsweise reduzierenden Bleichbehandlung 7 noch weiter verbessert werden, wozu
reduzierende Bleich-Chemikalien RX erforderlich sind. Am Ende dieser Stufe liegt in
der Suspension S′′′ ein hochwertiger Papierstoff vor. Selbstverständlich richtet sich
der Aufwand für das Verfahren nach den Anforderungen an den Fertigstoff und nach der
Qualität des eingetragenen Altpapiers.
In der Variante gemäß Fig. 3 findet nach der Bleiche 3 eine Dispergierbehandlung in
einem Disperger 8 statt. Ein solcher Disperger arbeitet bekanntlich mit sehr hohen
Scherkräften und kann dadurch den gebleichten Stoff homogenisieren. Für eine
nachfolgende Entfernung der Druckfarbenpartikel wird er dadurch sehr gut vorbereitet.
Dabei wird genutzt, daß durch die Behandlung beim Bleichen 3 die Bindemittel zwischen
Farbpartikel und Faser, welche die intensive mechanische Behandlung 2 vor der Bleiche
3 noch überstehen konnten, nunmehr durch einen chemischen Angriff destabilisiert
sind. Die Scherkräfte im Disperger sind geeignet, nunmehr auch die ursprünglich
besonders gut anhaftenden Farbpartikel von den Fasern zu lösen.
Eine Anlage, wie sie zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet
werden kann, zeigt schematisch die Fig. 4. Papierstoff P und Wasser W werden in einem
Hochkonsistenzstofflöser 10 aufgelöst und verdünnt, so daß eine pumpfähige Suspension
S entsteht, die anschließend über einen Hydrozyklon 11 und einen Entstipper 12 weiter
behandelt wird. Danach wird wiederum Wasser W zugegeben, um die für die
Flotationsvorrichtung 13 erforderliche Konsistenz zu erhalten. In der
Flotationsvorrichtung 13 werden abgelöste Druckfarben und weitere partikelförmige
Verunreinigungen abgeschieden, also ein Deinking-Verfahrensschritt durchgeführt. Der
gesäuberte Gutstoff gelangt in eine Eindickvorrichtung 14, in der eine Stoffdichte von
mindestens 15% erreicht wird. Der so erzeugte Hochkonsistenzstoff wird dann in der
Heizvorrichtung 15 mit Dampfeinblasung auf die gewünschte Temperatur gebracht und
so in einen Kneter 16 eingegeben, der hier eine mechanische Vorbehandlung an dem
Papierstoff vornimmt. Die Bleichhilfsmittel CH werden mit Vorteil unmittelbar vor
dem Kneter 16 zugemischt. Die hier gezeigte Ausführung des Kneters ist drucklos; daher
wird der Stoff anschließend über eine Komprimiervorrichtung 17 in die unter
Oberdruck stehende Dispergiervorrichtung 18 geführt.
Die Kombination druckloser Kneter 16 und Hochdruck-Dispergiervorrichtung 18 ist
zwar aufwendig, aber zur Durchführung des Verfahrens besonders wirksam. In anderen
Anlagen kann die mechanische Vorbehandlung im Kneter entfallen. Auch muß die
Dispergiervorrichtung 18 nicht unbedingt unter Oberdruck stehen. Die
Bleich-Chemikalien OX werden hier zumindest teilweise dem Stoff zugegeben, bevor er
in die Dispergiervorrichtung 18 gelangt. Unter Umständen kann an dieser Stelle auch
zumindest ein Teil der Bleich-Hilfsmittel CH zugemischt werden. Die eigentliche
Bleiche findet in dem Bleichgefäß 19 statt. Dieses steht erfindungsgemäß unter
Überdruck. Auch in dieses Bleichgefäß 19 kann zumindest ein Teil der Bleich-
Chemikalien OX eingegeben werden, was sich besonders anbietet, wenn diese gasförmig
sind. Nachdem der Stoff mindestens 10 Minuten im Bleichgefäß 19 verblieben ist, kann
er über eine Schleuse in ein Verdünnungsgefäß 20 ausgeblasen werden. Anschließend
findet eine weitere Deinking-Flotation in einer Flotationsvorrichtung 13′ statt, wobei
der Stoff noch einmal von den freigelegten Verunreinigungen durch Flotation gereinigt
wird. Danach gelangt er in die Vorratsbütte 21. Wie bereits erwähnt, handelt es sich bei
dieser Anlagenbeschreibung lediglich um eine Möglichkeit, das Verfahren auszuführen.
Dem Fachmann sind auch andere Apparate bekannt, um die in den Ansprüchen
formulierten Verfahrensschritte auszuführen.
Claims (31)
1. Verfahren zur Erhöhung des Weißgrades von zumindest teilweise aus bedrucktem
Altpapier gewonnenem Papierstoff (P) unter Anwendung folgender Schritte:
- 1.1 Herstellung (1) einer den Papierstoff (P) und Wasser (W) enthaltenden Suspension (S),
- 1.2 Zumischung von Bleichhilfsmitteln (CH) zu der Suspension (S),
- 1.3 Zugabe von Bleich-Chemikalien (OX), gekennzeichnet durch
- 1.4 intensive mechanische Bearbeitung (2) des Papierstoffes mit einer spezifischen
Arbeit von mindestens 20 kwh/to unter folgenden Dispergierbedingungen:
1.4.1 Stoffdichte über 15%,
1.4.2 Stofftemperatur über 40 Grad C,
1.5 Bleichen (3) unter Bleichbedingungen, die neben den genannten Dispergierbedingungen
1.5.1 einen Gesamtdruck von über einem bar enthalten sowie
1.5.2 ihre Erhaltung über eine Bleichdauer von mindestens 10 Minuten.
1.6 Nachfolgend Entfernung (4) des überwiegenden Anteils der von den Fasern abgetrennten Druckfarbenpartikel.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß zu den Bleichbedingungen ein Feststoffgehalt von 15-40% gehört.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei der intensiven mechanischen Bearbeitung (2) eine spezifische Arbeit von
mindestens 40 kwh/to übertragen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß zu den Bleichbedingungen ein Sauerstoffpartialdruck von mindestens 20% des
Gesamtdruckes gehört.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß zu den Bleichbedingungen ein Gesamtdruck von mindestens 2,5 bar gehört.
6. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß zu den Bleichbedingungen ein Sauerstoffpartialdruck von mindestens 90% des
Gesamtdruckes gehört.
7. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß zu den Bleichbedingungen eine Temperatur von 40 bis 140 Grad C gehört.
8. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß zu den Dispergierbedingungen ein Gesamtdruck von über einem bar gehört.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß zu den Dispergierbedingungen eine Stofftemperatur von über 100 Grad gehört.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß zu den Dispergierbedingungen ein Gesamtdruck von mindestens 2,5 bar
gehört.
11. Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß zu den Dispergierbedingungen eine Stofftemperatur von mindestens 120 Grad
C gehört.
12. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Dispergierbedingungen im wesentlichen den Bleichbedingungen
entsprechen.
13. Verfahren nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß sowohl die intensive mechanische Bearbeitung (2) des Papierstoffes als auch
das Bleichen (3) innerhalb desselben Maschinen-Gehäuses erfolgen.
14. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Einstellung und Erhaltung der Bleichbedingungen Luft zugegeben wird, die
mindestens 20% molekularen Sauerstoff enthält.
15. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Einstellung und Erhaltung der Bleichbedingungen ein Gas zugegeben wird,
das mindestens 90% molekularen Sauerstoff enthält.
16. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein erster Teil der Bleichchemikalien (OX) zwischen den Schritten
Herstellung (1) der Suspension (S) und intensive mechanische Bearbeitung (2)
des Papierstoffes zugegeben wird und ein zweiter Teil der Bleich-Chemikalien
während der Bleiche (3).
17. Verfahren nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet,
daß der erste Teil der Bleich-Chemikalien Peroxid enthält.
18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17,
dadurch gekennzeichnet,
daß der zweite Teil der Bleich-Chemikalien gasförmigen Sauerstoff enthält.
19. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Bleichhilfsmittel (CH) in den bereits auf mindestens 10% Stoffdichte
eingedickten Faserstoff zugegeben werden.
20. Verfahren nach Anspruch 19,
dadurch gekennzeichnet,
daß die intensive mechanische Bearbeitung (2) des Papierstoffes in einem
Disperger erfolgt und daß Bleichhilfsmittel (CH) unmittelbar vor Eintritt des
Papierstoffes (P) in die Garnitur zugegeben werden oder innerhalb der Garnitur,
so daß der Disperger (8) als Chemikalienmischer wirkt.
21. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß unmittelbar nach der Herstellung (1) einer den Papierstoff (P) und Wasser
(W) enthaltenden Suspension (S) eine Vorreinigung (5) der Suspension mit
Mitteln erfolgt, die auf unterschiedlicher Größe, unterschiedlicher Dichte oder
unterschiedlicher Benetzbarkeit der Bestandteile basieren.
22. Verfahren nach Anspruch 21,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei der Vorreinigung (5) der Suspension (S) ein Teil der Farbpartikel
entfernt wird.
23. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine mechanische Vorbehandlung (6) des Papierstoffes (P) erfolgt, die im
Verfahrensablauf vor der intensiven mechanischen Bearbeitung (2) liegt und bei
der eine spezifische Arbeit von wenigstens 10 kwh/to übertragen wird.
24. Verfahren nach Anspruch 23,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei oder unmittelbar vor der mechanischen Vorbehandlung (6)
Bleichhilfsmittel (CH) zugemischt werden.
25. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22,
dadurch gekennzeichnet,
daß mechanische Vorbehandlung (6) des Papierstoffes bei etwa Umgebungsdruck
erfolgt und die intensive mechanische Bearbeitung (2) bei einem Druck von
mindestens 2,5 bar.
26. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine mechanische Nachbehandlung (8) des Papierstoffes (P) erfolgt, die im
Verfahrensablauf nach der intensiven mechanischen Bearbeitung (2) liegt und bei
der eine spezifische Arbeit von wenigstens 20 kwh/to übertragen wird.
27. Verfahren nach Anspruch 26,
dadurch gekennzeichnet,
daß die intensive mechanische Bearbeitung (2) bei einem Druck von mindestens
2,5 bar und die mechanische Nachbehandlung (8) des Papierstoffes bei etwa
Umgebungsdruck erfolgt.
28. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Druckfarbenpartikel nach dem Bleichen (3) durch Deinking-Flotation
(4′), bei einer Stoffdichte unter 2,5% entfernt werden.
29. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Druckfarbenpartikel nach dem Bleichen (3) zusammen mit einem Teil des
Wassers in einer Deinking-Wäsche (4′) aus der Suspension entfernt werden.
30. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Papierstoff nach Entfernung (4) des überwiegenden Anteils der von den
Fasern abgetrennten Druckfarbenpartikel mindestens einer weiteren
Bleichbehandlung (7, 7′) unterzogen wird.
31. Verfahren nach Anspruch 30,
dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens eine weitere Bleichbehandlung (7, 7′) mit reduktiv wirkenden
Chemikalien (RX) durchgeführt wird.
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