DE102006003721A1

DE102006003721A1 - Verfahren zum Beladen von in einer Faserstoffsuspension enthaltenen Fasern

Info

Publication number: DE102006003721A1
Application number: DE102006003721A
Authority: DE
Inventors: Lothar Dr. Pfalzer; Klaus Dr. Dölle
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2005-07-12
Filing date: 2006-01-26
Publication date: 2007-01-18

Abstract

Das Verfahren dient zum Beladen einer Faserstoffsuspension (S) mit Calciumcarbonat. Dazu wird z. B. flüssiges Calciumhydroxid als Kalkmilch (7) bei oder vor der zur Bildung des Faserstoffs durchgeführten Auflösung (1) zugegeben. Durch Einbringen von gasförmigem Kohlendioxid (8) in die so behandelte Faserstoffsuspension wird in dieser eine chemische Reaktion ausgelöst, bei der fein verteiltes Calciumcarbonat ausgefällt wird. Das Verfahren ist durch die frühzeitige Zugabe von Calciumoxid oder Calciumhydroxid besonders wirtschaftlich und effektiv.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beladen von in einer Faserstoffsuspension enthaltenen Fasern, insbesondere Zellulosefasern zur Papier- oder Kartonerzeugung.

Bei der Papierherstellung sind Füllstoffe wie insbesondere gefälltes Calciumcarbonat (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.

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.

Das Beladen mit einem Zusatzstoff, z.B. Füllstoff, kann beispielsweise durch eine chemische Fällungsreaktion, d.h. insbesondere durch einen so genannten "Fiber Loading^TM"-Prozess erfolgen, wie er unter anderem in der US-A-5 223 090 beschrieben ist. Bei einem solchen "Fiber Loading^TM"-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 Calciumoxids und/oder des Calciumhydroxids 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.

Ein weiteres Verfahren zum Beladen mit Füllstoff zeigt die WO 03/066962. Dabei wird das Ergebnis z.B. durch einen speziellen Mahlvorgang weiter verbessert.

Beim Beladen z.B. der Fasern mit Füllstoff kann also beispielsweise Calciumcarbonat (CaCO₃) 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 (CO₂) beaufschlagt werden.

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 werden.

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^TM"-Prozess erfolgt, wie er als solcher in der US-A-5 223 090 beschrieben ist. In diesem "Fiber Loading^TM"-Prozess reagiert z.B. das Kohlendioxid mit dem Calciumhydroxid zu Wasser und Calciumcarbonat.

Das Calciumhydroxid kann den Fasern in Flüssigform oder in Trockenform zugeführt werden.

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das wirtschaftlicher ist als die bekannten Verfahren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem im Anspruch 1 angegebenen Verfahren gelöst durch die im Kennzeichen genannten Merkmale.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet die Möglichkeit, das Calciumoxid (CAO) und/oder Calciumhydroxid (CAOH₂) dem Fasermaterial in einem Zustand zugegeben, in dem er relativ hochkonsistent ist, z.B. lutfttrocken oder angefeuchtet. Vor dem Eintragen in die Stofflöseapparatur und darin ist der Faserstoff relativ saugfähig, d.h. die dort zugegebenen Chemikalien gelangen leichter und schneller an die benetzte Oberfläche der Fasern. Auch das Eindringen in die Hohlräume der Fasern läuft entsprechend schneller und günstiger ab. Da in der Auflöseapparatur. z.B. einem Stofflöser oder einer Auflösetrommel, ohnehin Flüssigkeit, insbesondere Wasser, zugegeben wird, bleibt dieser Prozessschritt weiterhin einfach und übersichtlich. Lediglich eine Dosierung des Calciumoxids oder -hydroxids ist im Allgemeinen erforderlich. Es ist auch möglich, die Auflöseapparatur so zu gestalten, dass in ihr bereits die Ausfällung von Calciumcarbonat ausgelöst werden kann, indem zumindest ein Teil des Kohlendioxids in den Apparat gegeben wird. Er kann z.B. im Wasser gelöst sein. Oder der Auflöseapparat wird zeitweise geschlossen und mit gasförmigem Kohlendioxid beschickt. In solchen Fällen ist eine Einweichstrecke vor dem Auflöseapparat zu erwägen, in der das Calciumhydroxid (Kalkmilch) aufgesprüht oder in einer Einweichtrommel zugesetzt wird.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass sich unter Umständen eine Maschine zur Eindickung einsparen lässt, d.h. dass der aufgelöste Papierstoff beim Auflösevorgang nur so weit verdünnt wird, dass sich die nachfolgende Beladung durchführen lässt. In anderen Fällen, insbesondere wenn höhere Anforderungen an die Reinigung des Stoffes erforderlich sein sollten (Altpapier) oder wenn sich eine Vereinzelung der Fasern sonst nicht ausreichend erreichen lässt, kann natürlich auch wiederum eine Eindickung z.B. in Form einer Schneckenpresse erforderlich sein. Das Filtrat einer solchen Eindickung würde in einem kurzen Kreislauf direkt in die Auflöseapparatur zurückgeführt werden können, also dort zur Verdünnung dienen. Das hat den entscheidenden Vorteil, dass das Calciumhydroxid oder Calciumoxid optimal verwendet wird, also dass nicht nur das Wasser, sondern auch die Chemikalien rezirkuliert werden können.

Bekanntlich wird in vielen Fällen der Auflösevorgang nicht nur mit Wasser, sondern unter Zugabe von Auflösechemikalien, insbesondere Natronlauge, durchgeführt, um ein basisches Milieu zu schaffen. Auch hier hat das Verfahren Vorteile, da die Natronlauge durch Calciumhydroxid ersetzt werden kann, welches für den später durchgeführten Ausfällvorgang von Calciumcarbonat ohnehin benötigt wird.

Die Erfindung und ihre Vorteile werden erläutert an Hand von Zeichnungen. Dabei zeigen:
1 das erfindungsgemäße Verfahren in schematischer Form;
2 ein vereinfacht dargestelltes Anlagenschema zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die 1 zeigt, dass bei Durchführung des Verfahrens der Faserstoff P, der z.B. Altpapier oder auch Frischzellstoff sein kann, in der Auflösung 1 bearbeitet wird. Dabei entsteht unter Zumischung von Wasser W mit Hilfe von mechanischer Arbeit in an sich bekannter Weise eine Faserstoffsuspension S. Das Calciumhydroxid wird bei diesem Beispiel als Kalkmilch 7 bei der Auflösung zugegeben, welche z.B. durch Löschen von Kalk in der Kalkmilcherzeugung 5 bereit gestellt wird. Gegebenenfalls kann die Faserstoffsuspension S durch ein hier nicht gezeigtes Reinigungssystem geführt werden, in dem z.B. Schwerteile und Plastik oder sonstiger Unrat entfernt wird. Ob das erforderlich ist, hängt überwiegend von der Qualität des Rohstoffes ab. Eventuell kann anschließend eine Eindickung 2 erfolgen, die aber nicht immer erforderlich ist und daher gestrichelt eingezeichnet wurde. Das Filtrat 9 der Eindickung 2 wird zur Auflösung 1 verwendet. Der Prozessschritt des Ausfällens von Feinstoff, insbesondere Calciumcarbonat, wird ausgelöst durch Zugabe von gasförmigem Kohlendioxid 8, welches aus einer Kohlendioxiderzeugung 6 stammt.
Die so aufbereitete Faserstoffsuspension kann dann zur Papiererzeugung 4 herangezogen werden, wobei im Allgemeinen noch eine Reihe weiterer hier nicht gezeigter Aufbereitungsschritte erforderlich sind. Bei der Papiererzeugung 4 kann Rückwasser anfallen, das sich eignet, bei der Auflösung 1 wieder eingesetzt zu werden.
In 2 ist exemplarisch eine Anlage mit den wichtigsten Verfahrensschritten und Vorrichtungen dargestellt. Bei dieser Anlage wird der Faserstoff P zusammen mit Wasser W in einen Stofflöser 10 eingetragen. Dieser Stofflöser 10 kann konventionell aufgebaut sein, also in seinem Bodenbereich ein Stofflösersieb 11 enthalten, sowie einen Stofflöserrotor 12, welcher für den Umtrieb im Stofflöser sorgt und das Stofflösersieb 11 von Verstopfungen frei hält. Der so aufgelöste Faserstoff wird bei dem hier gezeigten Beispiel mehreren Reinigungsvorrichtungen zugeführt, die symbolisch als ein Stoffreiniger 14 und ein Stoffsortierer 15 dargestellt ist. Es folgt dann eine Schneckenpresse 16, um die Konsistenz der Faserstoffsuspension wieder anzuheben. Das Pressenfiltrat 18 der Schneckenpresse 16 kann mit Vorteil zur Auflösung im Stofflöser 10 zurückgeführt werden. Der eingedickte Faserstoff 19 gelangt dann in einen Kristallisator 20, der dazu dient, mit Hilfe von zugeführtem Kohlendioxid-Gas 24 die gewünschte Ausfällung von Calciumcarbonat in Form von fein verteiltem Füllstoff auszulösen. Das Kohlendioxid-Gas wird bereit gestellt durch eine Kohlendioxidversorgung 21 und kann in einem Wärmetauscher 22 mit Hilfe eines Kühl- oder Heizmittels 23 auf die gewünschte Temperatur gebracht werden. Es gibt aber auch andere Möglichkeiten zur Temperierung, z.B. die direkte Zugabe von Dampf, wenn eine Erhöhung der Temperatur zweckmäßig ist. Erforderlichenfalls kann ein Teil des Kohlendioxid-Gases 24' auch nach dem Kristallisator 20 mit Hilfe einer Mischvorrichtung 25 zugegeben werden, um den Beladungsvorgang zu vervollständigen. In einer Vorratsbütte 26 wird die beladene Faserstoffsuspension gesammelt, eventuell mit Verdünnungswasser 27 verdünnt und steht dann als Faserstoffsuspension 28 einer Papiermaschine 29 zur Verfügung.
Der in 2 gezeigte Anlagenteil zur Beladung mit Füllstoffen, insbesondere Calciumcarbonat, ist nur als vereinfachtes Beispiel anzusehen. In vielen Fällen kann auch eine Bleiche integriert sein. Mehr Details zur Durchführung der Beladung sind aus den eingangs genannten Publikationen ersichtlich. Der Beladungsprozess wird mit Vorteil als Online-Prozess in der Papierfabrik betrieben.
Dabei kann für den Online-Prozess zumindest eine der folgenden Einrichtungen und/oder Mittel eingesetzt werden: HC-Reiniger, statischer Mischer, Kalklöscheinrichtung, Presse, insbesondere Schraubenpresse oder Riemenpresse, Ausgleichsreaktor, Kristallisator, weiterer statischer Mischer, CO₂-Versorgungseinrichtung oder zusätzliche CO₂-Wiedergewinnungseinrichtung, optionaler CO₂-Erhitzer, optionaler chemischer Bleichmittelzusatz, Presswassertank.
Die Bildung kristalliner Fällungsproduktteilchen bringt unter anderem den Vorteil mit sich, dass, soweit erforderlich, für das Endprodukt höhere Glanzwerte erreicht werden können.
Gemäß einer praktischen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Pressfiltrat 9 zumindest teilweise im Kristallisator 20 als Verdünnungswasser verwendet.
Die Mischvorrichtung 25 kann ein statischer Mischer sein und insbesondere zur Feineinstellung des pH-Wertes der Faserstoffsuspension, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 6 und 8, verwendet werden.
Vorteilhafterweise wird zumindest ein Teil des benötigten CO₂ durch ein CO₂-Wiedergewinnungssystem bereitgestellt. So kann es beispielsweise aus dem Rauchgas von Boilern oder dem Rauchgas von Kraftwerken wiedergewonnen werden.
Es können beispielsweise Fällungsproduktteilchen von einer rhomboedrischen Form mit einer jeweiligen Würfelgröße in einem Bereich von etwa 0,05 bis etwa 2 μm erzeugt werden. In bestimmten Fällen ist es auch von Vorteil, Fällungsproduktteilchen von einer skalenoedrischen Form mit einer jeweiligen Länge in einem Bereich von etwa 0,05 bis etwa 2 μm und einem jeweiligen Durchmesser in einem Bereich von etwa 0,01 bis etwa 0,05 μm zu erzeugen.
Gemäß einer bevorzugten praktischen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Feststoffkonzentration der zum Ausfällen bereitgestellten Faserstoffsuspension in einem Bereich von etwa 5 bis etwa 60 % und vorzugsweise in einem Bereich von etwa 10 bis etwa 35 % gewählt.
Gemäß einer zweckmäßigen praktischen Ausgestaltung des Beladungsverfahrens 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 μm 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 Calcit oder Kalkspat, Aragonit und in der selteneren Form Vaterit vorkommt. Der Füllstoff kann hauptsächlich aus der Form Calcit 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 μm oder beispielsweise skalenoedrisch mit einer jeweiligen Länge in einem Bereich von etwa 0,05 bis etwa 2 μm und einem jeweiligen Durchmesser in einem Bereich von etwa 0,01 bis etwa 0,05 μm sein, in Abhängigkeit von der jeweils herzustellenden Papiersorte.
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 μm, do ergibt sich eine Tendenz zur Transparenz und höherem Glanz.
Zur Erzielung guter Beladungsergebnisse kann der betreffende Prozess zur Erzeugung der Füllstoffkristalle beispielsweise wie folgt ausgestaltet sein und die folgenden Variablen besitzen:

– Feuchter oder in Auflösung befindlicher Faserstoff
– Calciumhydroxid in Flüssig- oder Trockenform
– CO₂
– Gaszone
– Rotor (Kristallisator)
– Stator (Kristallisator)
– Erzeugen von Kristallen in einer Gasatmosphäre ohne Einbringen von Mischenergie
– Mischen bei geringer Scherung
– kein Druckbehälter

Die zuvor mit Ca(OH)₂ gemischte Faserstoffsuspension wird den Kristallisator 20, z.B. 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. Die Faserstoffsuspension wird mit CO₂ beaufschlagt. Das CO₂ 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.
Die Faserstoffsuspension gelangt in die Gaszone des Kristallisators 20, wo jede einzelne Faser einer Gasatmosphäre ausgesetzt ist, gefolgt von der Fällungsreaktion, mit der sich unmittelbar das CaCO₃ ergibt. Die Form der CaCO₃-Kristalle kann z.B. rhomboedrisch, skalenoedrisch oder kugelförmig sein, wobei insbesondere die Kristallmenge vom gewählten Temperaturbereich für die Faserstoffsuspension und vom CO₂- 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.
Während die Faserstoff/Kristallsuspension den Rotor passiert, tritt eine Scherverteilung auf, die eine Größenverteilung der Kristalle von etwa 0,05 bis etwa 0,5 μm und vorzugsweise von etwa 0,3 bis etwa 2,5 μm mit sich bringt.
Die Form der verwendeten Füllstoffteilchen ist beispielsweise rhomboedrisch mit einer jeweiligen Würfelgröße in einem Bereich von etwa 0,05 bis etwa 2 μm oder skalenoedrisch mit einer jeweiligen Länge in einem Bereich von etwa 0,05 bis etwa 2 μm und einem jeweiligen Durchmesser in einem Bereich von etwa 0,01 bis etwa 0,5 μm, 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 H₂O. Die Konzentration der die Rotorscheibe passierenden Faserstoffsuspension beträgt etwa 0,1 bis etwa 50 % und vorzugsweise etwa 35 bis etwa 50 %.
Der die CO₂-Zufuhrleitung 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 CO₂-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 CO₂ um ein kompressibles Gas handelt, kann die erforderliche Menge auch dazu erhöht werden, eine vollständige Reaktion sicherzustellen. Die CO₂-Versorgung und damit die das CaCO₃ hervorbringende Fällungsreaktion kann über den pH-Wert gesteuert und/oder geregelt werden.
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 CaCO₃-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.
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.
Der Spalt zwischen Rotor und Stator beträgt beispielsweise etwa 0,5 bis etwa 100 mm und vorzugsweise etwa 25 bis etwa 75 mm.
Der Durchmesser des Rotors und des Stators kann insbesondere in einem Bereich von etwa 5 bis etwa 2 m liegen.
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.
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 μm, wobei die bevorzugte Größe für die rhomboedrische Form eines Würfels in einem Bereich von etwa 0,05 bis etwa 2 μm oder für eine skalenoedrische Form bezüglich der Länge in einem Bereich von etwa 0,05 bis etwa 2 μm und bezüglich des Durchmessers in einem Bereich von etwa 0,01 bis etwa 0,5 μm liegt. Für Hochglanzanwendungen sollte die Teilchengröße zweckmäßigerweise unterhalb von 0,2 bis 0,5 μm liegen.

1: Auflösung
2: Eindickung
3: Ausfällen
4: Papiererzeugung
5: Kalkmilcherzeugung
6: Kohlendioxiderzeugung
7: Kalkmilch
8: Kohlendioxid
9: Filtrat
10: Stofflöser
11: Stofflösersieb
12: Stofflöserrotor
13: Dosiervorrichtung
14: Stoffreiniger
15: Stoffsortierer
16: Schneckenpresse
17: Aufgelöste Faserstoffsuspension
18: Pressenfiltrat
19: Eingedickter Faserstoff
20: Kristallisator
21: Kohlendioxidversorgung
22: Wärmetauscher
23: Kühl- oder Heizmittel
24: Kohlendioxid-Gas
25: Mischvorrichtung
26: Vorratsbütte
27: Verdünnungswasser
28: Faserstoffsuspension
29: Papiermaschine

Claims

Verfahren zum Beladen einer Zellulosefasern enthaltenden Faserstoffsuspension (S) mit Calciumcarbonat mit den folgenden Verfahrensschritten: – Einbringen von Calciumhydroxid in flüssiger oder trockener Form oder von Calciumoxid in den Faserstoff, – Bildung einer Faserstoffsuspension (S), – Einbringen von gasförmigem Kohlendioxid in die Faserstoffsuspension (S), – Ausfällen (3) von Calciumcarbonat durch das Kohlendioxid, dadurch gekennzeichnet, dass das Calciumoxid oder Calciumhydroxid bei oder vor der zur Bildung der Faserstoffsuspension durchgeführten Auflösung (1) des Faserstoffes (P) zugegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflösung (1) kontinuierlich durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflösung (1) diskontinuierlich durchgeführt wird und dass zu Beginn der Auflösung (1) zumindest ein Teil des Calciumhydroxids in flüssiger Form zudosiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflösung (1) in einem Stofflöser (10) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 2, oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflösung (1) in einer Auflösetrommel durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Calciumoxid oder Calciumhydroxid in den Beschickungsbereich der Auflösetrommel zugegeben wird.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflösung (1) in einem Konsistenzbereich zwischen 3 und 30 %, vorzugsweise zwischen 10 und 20 %, durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserstoff (P) vor der Auflösung (1) mit Wasser und Calciumhydroxid eingeweicht wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass für die zum Einweichen des Faserstoffs (P) eine Einweichtrommel verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einweichen Calciumhydroxid auf den Faserstoff (P) gesprüht wird.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Calciumhydroxid in Form von Kalkmilch zugegeben wird und dass die Konsistenz der Kalkmilch im Bereich von 0,01 bis 60 % des vorhandenen Feststoffanteils der trockenen Papiermasse eingestellt wird.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Reaktion des Calciumhydroxids eine Zeit zwischen 0,01 bis 10 Minuten, vorzugsweise 1 Sekunde bis 3 Minuten, eingestellt wird.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgangsmaterial ein Faserstoff (P) verwendet wird mit einer Konsistenz zwischen 40 bis 100 %.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Auflösung (1) Prozessschritte durchgeführt werden, die der Reinigung der Fasersuspension von Störstoffen dienen.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserstoffsuspension (S) vor dem Einbringen von gasförmigem Kohlendioxid (24) wieder eingedickt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das bei der Eindickung (2) anfallende Filtrat (9) zur Auflösung (1) herangezogen wird.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserstoffsuspension bei oder nach dem Ausfällen (3) in einem Zerkleinerungsschritt in feine Faserstoffkrümel umgewandelt und dispergiert wird.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausfällen (3) von Calciumcarbonat bei einer Konsistenz durchgeführt wird, die zwischen 5 und 60 %, vorzugsweise zwischen 10 und 35 %, liegt.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Energieaufwand für die Ausfällung (3) zwischen 0,3 bis 8 kWh/t liegt, vorzugsweise zwischen 0,5 und 4 kWh/t.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur beim Ausfällen (3) auf zwischen –5° und 120° C, vorzugsweise auf zwischen 20 bis 90° C, eingestellt wird.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausfällen (3) bei einem Druck zwischen 0 und 15 bar, vorzugsweise 0 und 6 bar, durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der pH-Wert beim Ausfällen (3) zwischen 6 und 10, vorzugsweise 6,5 bis 8,5, eingestellt wird.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionszeit des Ausfällens (3) auf 0,01 bis 1 Minute, vorzugsweise 0,5 bis 10 Sekunden, eingestellt wird.