CN1867732A

CN1867732A - 加载纤维材料悬浮液的方法以及实施该方法的设备

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Publication number: CN1867732A
Application number: CNA2004800300091A
Authority: CN
Inventors: 洛撒·法尔泽; 克劳斯·多尔
Original assignee: Voith Paper Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2003-10-31
Filing date: 2004-09-28
Publication date: 2006-11-22
Also published as: US20070068640A1; BRPI0416090A; EP1682722A1; DE10351292A1; WO2005042841A1

Abstract

用碳酸钙加载含纤维素纤维的纤维材料悬浮液的方法有以下步骤：将以液态或干态形式氢氧化钙或氧化钙加入纤维材料悬浮液中，将气态二氧化碳引入纤维材料悬浮液，用二氧化碳沉淀碳酸钙，当加载过程时研磨纤维材料悬浮液并在结晶过程后和/或在研磨过程之前和/或在研磨过程中和/或在研磨过程后洗涤纤维材料悬浮液。

Description

加载纤维材料悬浮液的方法以及实施该方法的设备

本发明涉及以碳酸钙加载含有纤维素纤维的纤维材料悬浮液的方法。

如果纤维材料悬浮液按纤维一加载一工艺处理时，碳酸钙沉淀出来，此工艺例如已在DE101 13 998 A1中有描述。

本发明的任务是建立一种用于制备以碳酸钙加载纤维的另一方法：

按本发明通过以下工序的方法实施本任务：

●使呈液态或干态的氢氧化钙或氧化钙加入纤维材料悬浮液中；

●将气态二氧化碳加入纤维材料悬浮液中；

●用二氧化碳沉淀碳酸钙；

●在加载过程中研磨纤维材料悬浮液并在结晶过程后和/或在研磨过程前和/或在研磨过程中和/或在研磨过程后洗涤纤维物质悬浮液。

此任务也可选择具有下列工序的方法予以完成：

●使呈液态或干燥形式的氢氧化钙或氧化钙加入纤维材料悬浮液；

●将气态二氧化碳引入纤维材料悬浮液；

●用二氧化碳沉淀碳酸钙；

●将纤维悬浮液引入纤维材料悬浮液流动方向下游安装的料槽，和/或引入用于再加工纤维材料悬浮液的机器中之前，洗涤纤维悬浮液。各按最终产品所提出的要求在研磨工序之前或之后采用纤维-加载-工艺。

通过本发明描述的方法，为制备沉淀的用纤维加载的碳酸钙(FLPCC＝纤维加载沉淀的碳酸钙)，特别是在造纸中用于纤维素制造或用于纤维应用。要加载的纤维材料，例如由回收纸，由DIP(脱墨纸)，由二次纤维材料，漂白的或未漂白的纤维物质、各类木质素、各种纸原料纤维(papierrohzellstoff)，漂白的或未漂白的硫酸纤维，加工材料的废品(Fertigstoff ausschuss)亚麻-、棉花-和/或***纤维(主要用于香烟)和/或所有在造纸机上使用的其它的纸的纸原料来制备。

按本发明方法可不受限制的应用，不管最终产品中是否含有填料，该产品是用沉淀工艺在间歇反应器或用研磨工艺制备(GCC＝研磨碳酸钙)或其中共同使用滑石粉、硅、二氧化钛(TiO₂)。

在下面描述的FLPCC-工艺，是其它制备方法使用的填料，其用纤维—加载—工艺制备的填料代替。用纤维—加载—工艺制备的填料延伸到造纸和所有纸品种的应用领域，包括包装纸，它的填料的含量在1％～60％之间，或者它是填料含量在1％～60％之间的白色的遮盖层。

本发明的应用领域不局限于在造纸工艺中应用这种填料，本发明可在各种造纸过程或辅助过程包括纤维制造中应用。如果纤维悬浮液在造纸中用纤维-加载-工艺处理，结果得到一种完全新的产品，它比市场上已知的产品具有新的更好的性能。下面描述的工艺可直接在造纸厂的材料准备中沉淀出填料(碳酸钙)，这种填料最终均匀地分布并沉积在纤维物质，特别是纸纤维上或在其中。

通过下列描述的本发明的实施形式的组合或单独应用可达到制备单独有沉淀的碳酸钙加载的纤维物质，在此碳酸钙沉积在纤维上或纤维中或沉积在其中，在此中断自由沉淀的碳酸钙(PCC)的形成。在研磨过程后和/或在研磨过程中和/或在结晶器的结晶过程后和/或在物料聚集槽前，或在送入造纸机前或通过压滤液送回到贮槽或送回到其它入口侧的贮罐通过采用附加的洗涤过程，可使在纤维-加载-设备的供料***中氢氧化钙的含量校准到恒定或调整到恒定。氢氧化钙可直接加入纤维溶解器，压滤液返回到物料溶解***。未转化成碳酸钙的氢氧化钙或它尚未沉积在纤维上或纤维中的氢氧化钙再送回到前面连接的工序。

只有未沉积在纤维上或纤维中的填料，亦即自由沉降的碳酸钙将其洗涤出，纤维外面和内部带有填料的纤维本身，通过洗涤过程除去并压滤液不循环，这样纤维—加载-工艺可保留其有利影响。

在补充下面详细描述的本发明的实施形式中，参考US 6413 365，DE10107448 A1和DE101 13 998 A1进一步描述的实施例，用此实施例同样实施按本发明的方法。

本发明特别包括一种方法，按此方法纤维悬浮液注入一压制设备中以压出滤液。最终将滤液至少部分送回流程中以溶解纤维材料悬浮液，即送到入口侧的贮罐中，例如送到料槽中，氢氧化钙至少部分送入流程中以溶解纤维物质。在整个物料溶解体系中，即在流程中用于纤维材料的溶解的装置，PH值维持在7～12之间，特别是8～12之间。

按本发明采用含水的纤维材料，特别是稠度为0.1％～20％，最好是2％～8％含水的纸材料作为原料。

将含水或干燥形式的氢氧化钙或氧化钙在现有的固体材料含量在0.01％～60％范围混合入含水的纸纤维物质。混合过程采用静态混合器，料槽或一个物质溶液体系，在此采用PH值在7～12范围，优选在9～12之间。氢氧化钙的反应性在0.01～180秒之间，优选在0.05～60秒之间。按预先设定的反应参数混入稀释水，以便制得含水的原料。

二氧化碳以相应的反应参数混入湿的纸物质悬浮液中。在此碳酸钙在二氧化碳气氛中沉淀出来。

同时每吨纸干料使用0.1～300kwh范围的研磨能量，与传统的生产纤维物质悬浮液工艺相比，本发明方法以更合理的能耗达到更高的研磨度。按本发明可节约至少50％研磨能量。这特别对所有在其生产中进行研磨工艺的纸都是有效果，这些纸张品种中尤其是对具有高的或非常高的研磨度的品种，例如，FL-香烟纸(FL＝纤维加载)、FL-B&P-纸，FL-纸袋用牛皮纸和FL-过滤纸。对这些纸不需要填料，游离的填料不沉积在纤维上或纤维中，可在研磨工序或在纤维材料悬浮液引入原料供料槽之前或在送入造纸机之前除去。但纤维本身内部和外部还带有填料，这样纤维—加载—工艺还存在有利效果。

通过高研磨度达到的最终产品的高机械强度，对所有的纸品种的生产都产生有利效果，特别是FL-香烟纸，FL-B&P-纸，FL-纸袋用牛皮纸和FL-过滤纸，因由于工艺决定的机械负荷在造纸机的不同工段，例如在压制工段，干燥工段或在纸幅卷起的区域内，生产的中间产物和要生产的最终产品由于应用滚压机(Aufroll-)，缠绕机(Wickel-)、复卷机(Umroll-)，转换机(Konvertierung)。特别是在生产香烟纸时在香烟纸上形成高的机械负荷。

这在其它情况下由于在制造香烟时采用缠绕机和由于低的面重所限制的。

通过按本发明纤维材料悬浮液的预处理也创造了较好干燥的先决条件，通过它在所有纸品种的生产中提高了效率，其优点使剩余湿度在1％～20％范围内。

用本发明方法在生产所有品种的纸，或纸板或各种使用形式的纸板，包括在纸板层上的白色遮盖层都可达到较高的白度和/或较高的具有高至15个亮度点的较好的亮度的较高的光学值。

在研磨过程中控制能量的引入，即热量和由其造成的加热，相应的控制可制得不同形式的晶体。

本发明涉及在一种方法上的其它的布置，在其中作为反应器采用静态混合器，精炼器、分散器和/或Fluffer-FLPCC反应器，其中纤维含量，尤其是纸含量，在静态混合器含0.01％～15％之间，在精炼器和分散器含2％～40％，尤其是在LC-研磨器含2％～8％并在HC-研磨器含20％～35％，以及在Fluff-FLPCC反应器含15％～60％。

本发明同样涉及一种方法，特别是在不用研磨工艺时按此方法沉淀反应采用能耗在0.3～8kwh/t之间，特别是0.5～4kwh/t之间。

工艺温度优选在-15℃～120℃之间，特别是在20℃～90℃。优选是生成菱形晶体(Rhomboedrische)，三角形(skalenohedrische)、和球状晶体，其中晶体尺寸在0.05μm～5μm之间，特别是在0.3μm～2.5μm之间。

为生产一种具有碳酸钙加载的纤维悬浮液，采用静态的和/或动态的，特别是转动的混合元件。

本方法优选在压力范围在0bar～15bar，特别是在0～6bar之间进行。同样此方法优选PH值在6～10之间，特别是在6.5～9.5之间进行。在此反应时间在0.01～180秒之间，特别是在0.05～60秒之间。

在按上述进行的纸品种时，本发明工艺的其它优点是其也可以在压光机上继续加工，因此在采用纤维—加载—工艺，使纤维—加载—粒子沉积在纤维中或纤维周围或在纤维上，可避免其变黑即黑色釉光整理(Schwarzsatinage)。

用按本发明的纤维—加载—组合工艺—技术生产的纤维与传统生产的纤维材料相比具有较高的脱水能力，它在5～100ml CSF之间或在0.2～150SR之间并取决于所需的研磨度和填充料的含量。这纤维具有较低的约2～25％持水能力，这是取决于用于生产纸的原料。与传统的纤维材料相比水会较快地从纤维悬浮液中除去，并相对使纤维材料更快干燥。这也是一种对回潮率的正面影响。因此回潮率在造纸过程是很小的，并对所生产的纸的品种的可印刷性也具有正面影响。

本发明也涉及实施上述方法之一的设备。此处在脱水螺杆前面加有一个其中洗涤纤维悬浮液的静态混合器。

本发明的另外一个布置是，在脱水螺杆中获得的纤维悬浮液的滤液通过管道送回到料槽或者送到另外贮存设备中以用于纤维悬浮液的准备处理。

优选的是，在结晶器前面装有一个在其中洗涤纤维悬浮液的附加的静态混合器。

同样具有优点的是，在结晶器后面安排一个附加的洗涤装置以用于洗涤纤维悬浮液。

在装置的另一种布置是在结晶器前面有一附加的静态混合器，在其中纤维悬浮液与滤液和/或与氢氧化钙悬浮液进行混合。

下面是本发明在实施中更详细地进行说明，它们是：

●图1是用于在机器中生产纤维材料幅面(Fasertoffbahn)的纤维悬浮液的准备。

●图2是第二种方案

用于纤维悬浮液是一管线***(图1)，该管线配有调节阀2，3。调节阀2装在管线4上，通过管线4管线***1与一静态混合器5相连接。通过阀门6将稀释水和/或优选与氢氧化钙连接的滤液送入混合器5。在纤维悬浮液的流动方向上混合器5后面连接一个用于贮存纤维悬浮液的槽7或一容器。由槽7用泵8将纤维悬浮液泵入另一静态混合器9。混合器9也通过阀门10送入稀释水。同样通过装在管线12上的阀门11控制氢氧化钙悬浮液的流入。

这由配制装置13进行调节，在其中将固体氧化钙或氢氧化钙放入水中，在此配制装置13通过管线14用阀门15导入水。在配制装置13制得的悬浮液用泵16导入管线12。

因此由混合器9流出与氢氧化钙混合的纤维悬浮液在管线17中用阀门18送至脱水螺杆19，在其中从纤维悬浮液中抽出水，例如此水通过管线20返回到混合器5作为稀释水。另一种方式或另外在脱水螺杆19抽出的水也可导入原料贮罐21以用于纤维悬浮液，或它可送回到混合器9，在任何情况下，在脱水螺杆19贮存的聚集体其PH值由于含氢氧化钙的水的回流而提高并进行调节。

由脱水螺杆19流出的纤维悬浮液通过管线22到均化螺杆23，以使纤维悬浮液变得均匀。在管线24在其流动方向下游再安装一个容器(结晶器)。这结晶器通过一条配备有阀门26、27和泵28的管线29与二氧化碳—贮罐30相连接用于二氧化碳的进料。由此贮罐将二氧化碳导入结晶器25，以使所需的氢氧化钙和二氧化碳的沉淀反应形成碳酸钙以在纤维材料的纤维中作为填料。

通过一个由管道29分支出的另一管线31，它配有一个阀门32，使二氧化碳-贮罐30另外与均化螺杆23相连接。因此在此可导入二氧化碳，以便在那里至少部分发生沉淀反应。

同样管线29通过另一个阀门33与一静态混合器34相连，它用于通过一个配有阀门35的管线36从结晶器25流出的纤维悬浮液再添加二氧化碳。

从混合器34流出纤维悬浮液在混合贮罐37中。在混合器34和混合罐37之间安装一过滤装置38，从过滤装置38出来富集碳酸钙的滤液送回到贮槽7或其它贮存设备中以配制稀释水或纤维悬浮液。混合贮罐37装配有转子39用于纤维材料悬浮液的完全混合。从混合器34流出的纤维悬浮液再直接流到造纸机的物料罐或进行进一步的机械处理。例如进入精练器-进料-箱中。

可从管线***1通过阀门3和其中安装管线40的阀门3，输送纤维材料悬浮液到混合器34，其尚未加入氢氧化钙。

此外，由制备纤维材料幅面(Faserstoffbahn)的机器。特别是由造纸机的白水(Weiβwasser)或工艺水，例如在造机器筛网区回收的工艺水，或如上述来自脱水蜗杆19的纤维悬浮液，送回到容器21。这例如可通过管线41用阀门42输送稀释水。

从容器21流出与工艺水混合的稀释水通过管线43，泵44以及阀门45输到结晶器25。它是按图1描述的用于以填料加载纤维悬浮液工序的结构。特别是用碳酸钙，有许多可能性使要生产的纤维悬浮液的组成在生产的不同阶段受到影响。

在另一种实施形式种中，将纤维悬浮液在装置48(图2)输送到一个用调节阀49、50装配的管线***以用碳酸钙加载。调节阀49是安装在管线51上，通过它这管线***与一静态混合器52相连接。通过阀门53将稀释水输入静态混合器。同样通过另一个在管线54安装的阀门55来控制氢氧化钙悬浮液的流入。这由配备装置56提供调节，在其中固体氧化钙或氢氧化钙置于水中。在此配制装置56通过管道用阀门57加入水。在配制装置56中制备的悬浮液用泵58送入管线55。

由混合器52流出而与氢氧化钙混合并将稀释的纤维悬浮液用阀门60由此送到管线59。由管线59将悬浮液直接送到容器61(结晶器)。这容器通过一个设置有阀门62、63和与泵64的管线65与二氧化碳的原料贮罐66相连以输入二氧化碳。由此将二氧化碳送入结晶器61，为使在那里产生所需的氢氧化钙和二氧化碳沉淀反应以形成碳酸钙而在纤维材料的纤维中作为填料。代替使用混合器52氢氧化钙也可由原料槽混入。

管线65通过另一个阀门67与一静态混合器68相连，它用于通过一个配有阀门69的管线70使从结晶器61流出的纤维材料悬浮液再加入二氧化碳。

从混合器68流出纤维悬浮液到混合罐71(掺合箱)，它配备有一个转子以完全混合纤维悬浮液。由混合罐71流出纤维材料悬浮液或直接到造纸机的物料贮罐或进行进一步的机械处理，例如在一精练器的进料箱中处理。

此外，通过阀门50和管线73将纤维材料悬浮液送到混合器71，此悬浮液不加氢氧化钙。

此外也可在管线***安装一个精练器74用于通过附加的研磨过程精练纤维材料悬浮液。通过一个管线59分支出来的管线75将纤维材料悬浮液送入此精练器。从精练器74将再一次研磨的纤维材料悬浮液通过管线76进入管线70并从那儿，如上述，进入原料贮罐。

此外预先考虑到，精练器74通过管线65分支的一根管线77和通过一个与管线75相连的静态混合器78从二氧化碳—原料罐66中导入二氧化碳。

在用于纤维材料悬浮液配制的结构中，容器74承担附加的研磨过程，这样创造一个用于纤维材料配料装置的简单结构。研磨过程同时用作搅拌过程，以便通过剪切过程使碳酸钙沉积在纤维中。

在混合器68和混合罐71之间可存在一个过滤装置79，它类似于过滤装置38，从其中将与碳酸钙富集的过滤液送回原料罐或用于配制稀释水或纤维材料悬浮液的其它的贮存设备中。

有关附号表

1.管线***

2.调节阀

3.调节阀

4.管线

5.静态混合器

6.阀门

7.槽

8.泵

9.静态混合器

10.阀门

11.阀门

12.管线

13.配料装置

14.管线

15.阀门

16.泵

17.管线

18.阀门

19.脱水螺杆

20.管线

21.贮罐

22.管线

23.均化螺杆

24.管线

25.容器

26.阀门

27.阀门

28.泵

29.管线

30.二氧化碳-贮罐

31.管线

32.阀门

33.阀门

34.静态混合器

35.阀门

36.管线

37.混合罐

38.过滤装置

39.转子

40.管线

41.管线

42.阀门

43.管线

44.泵

45.阀门

46.-

47.-

48.装置

49.调节阀

50.调节阀

51.管线

52.混合器

53.阀门

54.管线

55.阀门

56.配料装置

57.阀门

58.泵

59.管线

60.阀门

61.容器

62.阀门

63.阀门

64.泵

65.管线

66.二氧化碳贮罐

67.阀门

68.混合器

69.阀门

70.管线

71.混合贮罐

72.转子

73.管线

74.精练器

75.管线

76.管线

77.管线

78.静态混合器

79.过滤装置

Claims

1.用碳酸钙加载含有纤维素纤维的纤维材料悬浮液的方法，具有以下工艺步骤：

●将液体或干燥形式的氢氧化钙或氧化钙加入纤维材料悬浮液中，

●将气态的二氧化碳加入纤维材料悬浮液中，

●用二氧化碳沉淀碳酸钙，

●在加载过程中研磨纤维材料悬浮液，

●在结晶过程后和/或在研磨过程前和/或研磨过程时和/或在研磨过程后洗涤纤维材料悬浮液。

2.特别是按权利要求1用碳酸钙加载含纤维素纤维的纤维材料悬浮液的方法，具有以下工艺步骤：

●将液体或干燥形式的氢氧化钙或氧化钙加入纤维材料悬浮液液中，

●将气态的二氧化碳加入纤维材料悬浮液中，

●用二氧化碳沉淀碳酸钙，

●在将纤维材料悬浮液引入纤维材料悬浮液流动方向下游安装的物料槽和/或引入用于再加工纤维材料悬浮液的机器中之前洗涤纤维材料悬浮液。

3.特别是按权利要求1和2的用碳酸钙加载纤维材料悬浮液的方法，具有下列的工艺步骤：

●引入压制装置(19、38、79)用于压出纤维材料悬浮液的过滤液，

●至少部分滤液送回到工序中用于溶解纤维材料悬浮液。

4.按权利要求3的方法，其特征是

滤液送回到进口侧的贮罐，特别是原料槽(7)中。

5.按权利要求3或4的方法，其特征是，

氢氧化钙至少部分送回到工序中以溶解纤维材料。

6.按权利要求5的方法，其特征是，

在工序中用于纤维材料的溶解，PH值至少要维持在7～12之间，特别是在8～12之间。

7.按上述权利要求之一的方法，其特征是，

作为原料使用含水的纤维材料，特别是稠度为0.1～20％，优选在2％～8％之间的含水的纸材料。

8.按上述权利要求之一的方法，其特征是，

将氢氧化钙混入含水的纤维材料中，特别是其中固体物含量在0.01％～60％之间的纸纤维。

9.按上述权利要求之一的方法，其特征是，

氢氧化钙是用静态混合器(9、16)或用贮槽进行混合。

10.按上述的权利要求之一的方法，其特征是，

氢氧化钙在0.01～180秒之间特别是在0.05～60秒之间的范围内反应。

11.按上述的权利要求之一的方法，其特征是，

将稀释水混入纤维材料悬浮液中，特别是在加入二氧化碳和/或氢氧化钙或氧化钙之前、期间或之后。

12.按上述的权利要求之一的方法，其特征是，

将二氧化碳混入潮湿的纤维材料悬浮液中。

13.按上述的权利要求之一的方法，其特征是，

每吨纸干料使用0.1～300kwh之间的研磨能量。

14.按权利要求13的方法，其特征是，

能量的引入是通过研磨工艺来控制。

15.按上述权利要求之一的方法，其特征是，

使用静态混合器，精练器(80)，分散器和/或松散器-FLPCC-反应器作为反应器，其中纤维材料含量，特别是纸含量，在静态混合器为0.01～15％之间，精练器和分散器为2～40％之间，特别是在LC-研磨时在2～8％之间和在HC-研磨时在20％～35％之间，以及在松散器-FLPCC-反应器在15％～60％之间。

16.按上述的权利要求之一的方法，其特征是，

对沉淀反使用能耗在0.3～8kwh/t，特别是在0.5～4kwh/t之间，特别是当不采用研磨工艺时。

17.按上述的权利要求之一的方法，其特征是，

工艺温度为-15～120℃之间，特别是在20～90℃之间。

18.按上述的权利要求之一的方法，其特征是，

形成菱形的(rhombedrische)三角形的(Skalcnohedrische)和球状晶体。

19.按权利要求18的方法，其特征是，

结晶尺寸在0.05～5μm之间，特别是在0.3～3.5μm之间。

20.按上述权利要求之一的方法，其特征是，

采用静态的和动态的，特别是转动的混合元件(68)。

21.上述的权利要求之一的方法，其特征是，

本方法在压力范围0～15bar，特别是在0～6bar之间进行。

22.按上述的权利要求之一的方法，其特征是，

本方法在PH值6～10之间，特别是在6.5～9.5之间进行。

23.按上述的权利要求之一的方法，其特征是，

本方法的反应的时间在0.01～180秒之间，特别是在0.05～40秒之间进行。

24.用于实施按权利要求1～23方法的装置，其特征是，

在脱水螺杆(19)之前有一附加的静态混合器(9)，在其中纤维材料悬浮液与滤液和/或氢氧化钙悬浮液进行混合。

25.按权利要求24的装置，其特征是，

在脱水蛔杆(19)获得的纤维材料悬浮液的滤液通过管线(20)返回到贮槽(7)或另外一个用于纤维材料悬浮液配制的贮存设备。

26.按权利要求24或25，其特征是

在结晶器(61)前有一附加的静态混合器(52)，在其中洗涤纤维材料悬浮液。

27.按权利要求26的装置，其特征是，

在结晶器(25、61)后安装一附加洗涤装置(38、79)用于清洗纤维材料悬浮液。

28.按权利要求26或27，其特征是

在结晶器(61)前有一附加的静态混合器(52)，其中可返回纤维材料悬浮液。