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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Verfahren
der genannten Art werden verwendet, um aus einer Faserstoffsuspension
zumindest den überwiegenden Teil der darin suspendierten unerwünschten
Feststoffteilchen, die sogenannten Störstoffe, auszuscheiden.
So kann z. B. mit einer Flotation ein die auszuscheidenden Stoffe
enthaltender Schaum oder Schwimmschlamm gebildet werden. Ein typischer
Anwendungsfall eines derartigen Verfahrens ist die Aufbereitung
von einer aus bedrucktem Altpapier gewonnenen wässrigen
Fasersuspension, in der die Druckfarbenpartikel von den Fasern abgelöst
werden, so dass sie sich anschließend ausflotieren oder
auswaschen lassen. Der dazu geeignete Flotationsvorgang nutzt die
Unterschiede zwischen Papierfaserstoff und unerwünschten
Feststoffteilchen in der Art, dass der Faserstoff auf Grund seines
eher hydrophilen Charakters in der Fasersuspension verbleibt, während
die angesprochenen Feststoffteilchen hydrophob sind und deshalb
zusammen mit den Luftblasen in den Schaum gelangen. Bei einem Waschvorgang
hingegen werden die feinen Störstoffe auf Grund ihrer geringen
Partikelgröße mit dem Filtrat ausgewaschen. Neben
den Druckfarbenpartikeln gibt es auch eine Vielzahl weiterer Stoffe,
die hydrophob sind und sich daher durch Flotation von dem Faserstoff
trennen lassen. Solche Stoffe sind insbesondere Kleber, feine Kunststoffpartikel
und eventuell auch Harze. Weit verbreitet sind Verfahren mit zwei
aufeinander folgenden Flotationsschritten, zwischen denen eine mechanische
Behandlung durchgeführt wird. So ist es aus der
DE 101 32 743 A1 bekannt,
zunächst eine erste Flotation, dann eine Hochkonsistenz-Dispergierung
für deren Gutstoff und dann eine zweite Flotation zur Entfernung
der bei der Dispergierung abgelösten Druckfarben zu verwenden.
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Solche
Verfahren sind sehr wirksam, aber relativ aufwändig, da
jeder Teilschritt eine vollständige Flotation für
den gesamten Papierfaserstoff enthält. Auch die Teilstrombehandlung
nach einer Fraktionierung ist bereits vorgeschlagen worden, wie
z. B. die
DE 10
2005 060 475 A1 und
EP 1 731 662 A1 zeigen.
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Bei
der letztgenannten Patentanmeldung wird bereits vor der Fraktionierung
eine Aufteilung des gesamten Stoffstromes vorgenommen, um die Größe
der Fraktioniervorrichtung klein halten zu können. Die
bei der Fraktionierung gebildete Langfaserfraktion wird direkt in
das sogenannte Hauptverfahren zurückgeführt, in
dem sie zusammen mit dem nicht fraktionierten Teilstrom nach entsprechender Reinigung
dispergiert wird. Die bei der Fraktionierung angefallene Kurzfaserfraktion
wird erst nach der Dispergierung in das Hauptverfahren zurückgeführt.
Bei dieser bekannten Lösung muss ein relativ großer Teilstrom
in die Dispergierung gelangen, um eine ausreichende Sauberkeit des
Stoffes am Ende des Verfahrens zu gewährleisten. Zumindest
bei entsprechend problematischen Rohstoffen reicht eine einfache
Fraktionierung in Kurzfaser- und Langfaserfraktionen nicht aus,
um eine Fraktion erzeugen zu können, die von großen
Druckfarbenpartikeln oder Fasern mit daran anhaftenden Druckfarben
ausreichend befreit ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Aufbereitungsverfahren
zu schaffen, mit dem eine möglichst effektive Ausscheidung
der Störstoffpartikel, insbesondere einschließlich
der größeren Druckfarbenpartikel, erzielbar ist,
die beim fertigen Papier zu Schmutzpunkten führen können.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren nutzt die an sich bekannten
Möglichkeiten, die sich daraus ergeben, dass nur ein Teil
der Faserstoffsuspension dispergiert wird, und zwar der, in dem
die Fasern mit daran anhaftenden Störstoffpartikeln angereichert sind.
Durch die im Anspruch 1 erwähnte weitere Fraktionierung
der Feinfraktion wird das Ergebnis des Verfahrens weiter verbessert,
da die in die Feinfraktion der ersten Fraktionierung gelangten Stoffe, insbesondere
größere Druckfarbenpartikel und Kurzfasern mit
anhaftenden Druckfarbenpartikeln abgeführt werden, indem
sie bei der weiteren nachgeschalteten Fraktionierung in den Dickstoff
gelangen. Sie können dann durch Dispergieren von der Faser gelöst
und so weit zerkleinert werden, dass sie leichter zu entfernen,
insbesondere zu flotieren, sind.
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Bekanntlich
haben nicht entfernte Druckfarbenpartikel je nach ihrer Größe
einen unterschiedlichen Einfluss auf die Qualität des hergestellten
Papiers. Kleinere Partikel verschlechtern eher den Weißgrad,
größere führen eher zu sichtbaren Schmutzpunkten.
Da sich größere Druckfarbenpartikel nicht sicher
ausflotieren lassen, ist es günstig, sie vor der Flotation
zu zerkleinern.
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Die
Erfindung und ihre Vorteile werden erläutert an Hand von
Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1:
Ein exemplarisches Schema des erfindungsgemäßen
Verfahrens;
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2–4:
Je ein Anlagenschema zur Durchführung des Verfahrens.
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1 zeigt
ein einfaches Schema, bei dem aus Altpapier AP in einem Stofflöser 1 durch
Zumischen von Wasser W1 und eventuell Hilfsstoffen H eine Faserstoffsuspension
S gebildet wird. Es folgt eine mechanische Reinigungsanlage 2 zur
Ausscheidung von Verunreinigungen R2, die in der Regel Siebmaschinen
und/oder Zentrifugalabscheider umfasst. Optional ist auch eine Flotation 3 an
dieser Stelle gestrichelt eingezeichnet, die aber gerade bei diesem
neuen Verfahren oft entfallen kann. Die so erzeugte vorgereinigte
wässrige Faserstoffsuspension wird als nächstes
in zwei Teilströme A und B aufgeteilt. Mit Vorteil wird
diese Aufteilung z. B. mengenmäßig über
Stellventile durch das Prozessleitsystem PLS gesteuert, da sich
so ein Optimum für Qualität (Sauberkeit) und Wirtschaftlichkeit
(Energie, Ausbeute) einstellen lässt. Der Teilstrom A wird
einer Fraktionierung 4 zugeführt, wozu vorzugsweise
ein Drucksortierer mit feinen Schlitzen (vorzugsweise ca. 0,1–0,3
mm Weite) oder feinen Löchern (vorzugsweise ca. 0,5–1
mm Durchmesser) dient. Auf diese Weise werden die Fasern, die signifikant
länger, eventuell auch steifer als die übrigen
Fasern sind, in die Grobfraktion G4 geführt, während
Kurzfasern, Feinstoffe, Füllstoffe und entsprechend feine
Störstoffpartikel in die Feinfraktion F4 gelangen. Diese
Betrachtung erfasst nur die Feststoffe; die Flüssigkeit,
also überwiegend Wasser, fließt mit beiden Fraktionen
ab. Dabei können sich Verschiebungen der Konsistenz ergeben,
und zwar normalerweise so, dass die Feinfraktion F4 eine deutlich
geringere Konsistenz hat als die Grobfraktion G4.
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Die
Fraktionierung 4 wird mit Vorteil so eingestellt, dass
der Feststoffanteil der Feinfraktion F4 höchstens 80%,
vorzugsweise höchstens 50%, des Feststoffanteils beträgt,
mit dem die Faserstoffsuspension S' der Fraktionierung zugeführt
wird. Weiterhin ist es günstig, diesen Feststoffanteil
auf mindestens 10%, vorzugsweise mindestens 20%, des Feststoffanteils
der zugeführten Faserstoffsuspension S' einzustellen. Mit
diesen Parametern ist das erfindungsgemäße Verfahren
mit dem besten Effekt durchzuführen.
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Wie
die 1 weiterhin zeigt, wird die Feinfraktion F4 in
eine weitere Fraktionierung 5 geführt, welche
einen Dünnstoff F5 und einen Dickstoff D5 erzeugt. Auf
geeignete Vorrichtungen für diese Fraktionierung 5 wird
in Zusammenhang mit den 2 bis 4 noch näher
eingegangen.
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Die
Grobfraktion G4 der Fraktionierung 4 wird zusammen mit
dem Teilstrom B und dem Dickstoff D5 durch eine Eindickung 6 (Bildung
von Filtrat RW) auf höhere Konsistenz gebracht, vorzugsweise zwischen
15% und 30%, erfährt dann eine Dispergierung 7 und
anschließend eine Verdünnung mit Wasser W2, z.
B. auf etwa 1 bis 2% Konsistenz, wenn danach flotiert oder gewaschen
werden soll. Bekanntlich ist der Hauptzweck einer Dispergierung 7 an
dieser Stelle die Ablösung von an den Fasern haftenden Störstoffen,
insbesondere Druckfarben. Auch die Zerkleinerung von größeren
Druckfarbenpartikeln durch die Dispergierung 7 ist von
Vorteil, weil sich zu große Partikel schlecht flotieren
oder auswaschen lassen. Eventuell können auch weitere mit
Dispergern erzielbare Effekte, wie z. B. Auflösung der
Reststippen, damit verbunden sein. Ein Disperger lässt sich
auch gut als Mischer für Bleich-Chemikalien verwenden,
so dass an dieser Stelle eine Bleiche z. B. mit Peroxid vorgenommen
werden kann.
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Zur
Entfernung der Störstoffe folgt hier eine Flotation 8,
die insbesondere Druckfarben und klebende Störstoffe (Stickies)
als Rejekt R8 ausscheidet. Die Vorgänge bei der Flotation 3 sind
bekannt; es wird ein Flotationsschaum R3 gebildet, der einen großen
Teil der Störstoffe enthält, sowie ein gereinigter Gutstoff
A3 mit dem überwiegenden Teil der Fasern. Es gibt auch
andere Möglichkeiten zur Druckfarbenentfernung, z. B. das
Waschen, bei dem die abgelösten Partikel mit dem Waschfiltrat
abgeführt werden.
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Der
Dünnstoff F5 kann ohne vorherige Dispergierung in der Flotation 8 gereinigt
werden. Oder er wird auch an der Flotation 8 vorbei in
die Vorratsbütte 9 geführt (gestrichelte
Linie).
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Die
2 zeigt
schematisch eine für das Verfahren benutzbare Anlage, ohne
dass hier konkrete maschinelle Ausgestaltungen entnehmbar wären.
Dabei wird eine Faserstoffsuspension in einem Stofflöser
10 gebildet, über
Hydrozyklon
15 sowie Sortierer
16 mechanisch gereinigt
und dann in die Teilströme A und B aufgeteilt. Für
die Fraktionierung
4 des Teilstromes A wird hier eine Nasssiebmaschine von
der Art eines Drucksortierers verwendet, der entsprechend den Anforderungen
einer Fraktionierung ausgestattet und betrieben wird. Er soll also
nicht zur Abtrennung von Schmutzstoffen dienen, bei der möglichst
alle Fasern in den Durchlauf gelangen. Anders als bei der Schmutzstoffentfernung
(„Sortierung”) ist es das Ziel der Fraktionierung,
dass der Überlauf zu einem Teil aus Fasern besteht. Die
Faserstoffsuspension S' wird in das Innere des Gehäuses
eines solchen Drucksortierers eingepumpt und mit Hilfe eines hier
nur angedeuteten Siebkorbes
17 fraktioniert. Die zur Fraktionierung
im Drucksortierer erforderlichen Parameter sind an sich bekannt;
die wichtigsten sind Form und Größe der Sieböffnungen,
Konsistenz der Suspension, Überlaufrate und Art der Siebräumung. Typische
Sieböffnungen sind Schlitze mit einer Weite zwischen 0,1
und 0,3 mm. Die Feinfraktion F4 der Fraktionierung
4 wird
in eine Waschvorrichtung
11 gepumpt zur Durchführung
der als Wäsche durchgeführten weiteren Fraktionierung
5.
Die Waschvorrichtung
11 kann z. B., wie in der Patentschrift
DE 30 05 681 beschrieben,
ausgebildet sein. Bei einer solchen Waschvorrichtung wird die auszuwaschende
Suspension S mit Hilfe eines unter Druck stehenden Stoffauflaufes
26 zwischen
einen undurchlässigen Zylinder
27 und ein durchlässiges
umlaufendes Siebband
28 mit geringer Konsistenz als turbulenter Flachstrahl
eingespritzt. Die für das Verfahren optimalen Betriebsparameter
sind leicht einstellbar. Dabei ist eine Konsistenz zwischen 0,5%
und 2% besonders günstig. Es sind auch Schneckenpressen oder
entsprechend ausgestaltete und betriebene Drucksortierer verwendbar.
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Die
Konsistenz des Teilstromes B und der Grobfraktion G4 aus der Fraktionierung 4 wird
durch Eindickung 6 auf einen Wert zwischen 15 und 30% erhöht.
Dazu ist hier exemplarisch eine Schneckenpresse 19 angedeutet;
bekanntlich gibt es aber auch andere eventuell mehrstufig arbeitende
Eindickungsapparaturen. Das Filtrat RW aus dieser Eindickung 6 kann
als Rückwasser z. B. zur Bildung der Faserstoffsuspension
S im Stofflöser 10 verwendet werden. Der eingedickte
Stoff 12 gelangt dann über ein nicht gezeigtes
Transportschneckensystem zur Dispergierung 7 in einen Scheibendisperger 18,
bei dem bekanntlich mit Zähnen versehene Dispergierwerkzeuge
in einem kurzen Abstand relativ zueinander bewegt werden, die durch
hohe Scherkräfte eine Dispergierung des hochkonsistenten
Stoffes bewirken. Alternativ kann auch ein Kneter statt des Scheibendispergers
verwendet werden. Normalerweise ist es zweckmäßig,
den zur Dispergierung vorgesehenen hochkonsistenten Stoff zu erwärmen,
z. B. auf eine Temperatur zwischen 80° und 95°C.
Dazu kann, wie hier angedeutet, eine direkte Einspeisung von Dampf 24 in
den Scheibendisperger 18 erfolgen. Die spezifische Arbeit,
die bei der Dispergierung 7 auf den Faserstoff übertragen
wird, wird üblicherweise auf einen Wert zwischen 30 und
120 kWh/t, vorzugsweise ca. 60 kWh/t, eingestellt. Bei oder nach
der Dispergierung 7 kann eine Bleiche z. B. mit Peroxid
erfolgen.
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Nach
der Dispergierung 4 erfolgt eine Verdünnung durch
Zugabe von Wasser W2, z. B. in einer Bütte 21.
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Der
Dünnstoff F5 der Fraktionierung 5 wird ebenfalls
mit dem dispergierten Stoff in der Bütte 21 vermischt.
Danach erfolgt nach Zugabe von Luft 23 die Flotation 8 in
einer nur schematisch gezeichneten Flotationsanlage 20.
Diese kann rejektseitig mehrere, z. B. zwei Stufen aufweisen. Im
Beispiel gemäß 2 wird auf
eine der Fraktionierung 4 vorgeschaltete Flotation verzichtet,
wie sie gestrichelt als Flotation 3 in 1 gezeigt
wird. Die Erfindung bietet oft die Möglichkeit, eine Flotation
einzusparen, da zumeist durch eine einzige Flotation 8 ein
bereits voll befriedigendes Flotationsergebnis erzielbar ist, was zu
einer beträchtlichen Einsparung führt. Außerdem hat
das den Vorteil, dass die Auflösung 1 schonender,
z. B. auch mit weniger Chemikalien vorgenommen werden kann, da vorerst
keine Flotation erfolgt.
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Der
bei der Flotation 8 gebildete Flotationsschaum R8 wird
entfernt und in die Rejektverarbeitung 22 geführt.
Der Gutstoff A8 der Flotationsanlage 20 gelangt zur Weiterverarbeitung 25.
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Die
in 2 gezeigte Kombination einer Fraktionierung 4 in
einem entsprechend ausgerüsteten Drucksortierer und einer
weiteren Fraktionierung 5 in einer Waschvorrichtung kann
bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zu einem besonderen
Vorteil führen, da hier zwei mit unterschiedlichen physikalischen
Effekten arbeitende Fraktionierschritte gewählt wurden.
Während eine im Drucksortierer ausgeführte Fraktionierung 4 im
Wesentlichen Kurz- und Langfasern trennt, kann eine als Wäsche
ausgelegte weitere Fraktionierung 5 spezifisch auf die
Trennung von Faserstoff und Feinstoffen/Füllstoffen abgestimmt
werden. Letztere lassen sich leicht flotieren, benötigen
also im Allgemeinen keine Dispergierung.
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Auch 3 zeigt
die Kombination zweier verschiedener Fraktionierverfahren, nämlich
wiederum für die Fraktionierung 4 einen Drucksortierer
und für die Fraktionierung 5 eine Hydrozyklonanlage 11. Bekanntlich
wird in Hydrozyklonen ein starkes Zentrifugalfeld erzeugt, welches
dazu führt, dass die schwereren Teilchen, hier in der Feinfraktion
F4, an die Innenwand des Hydrozyklons gelangen und über den
Schwerteilauslass abgeführt werden, in dem hier gezeigten
Fall als Dickstoff D5. Der Dünnstoff F5, also die Leichtfraktion
der Hydrozyklonanlage 11 enthält die Fasern und
die sehr feinen Partikel, die sich ohne weiteres in der Flotation 8 ausscheiden
lassen. Solche Hydrozyklonanlagen 11 werden oft auch Cleaneranlagen
genannt, insbesondere wenn sie mit geringer Konsistenz – ca.
1% – und hohen Zentrifugalkräften arbeiten. Viele
im Konstanten Teil einer Papierfabrik betriebenen Hydrozyklonanlagen
sind mehrstufig ausgelegt, um den Faserverlust mit der Schwerfraktion
zu vermeiden, Eine solche Maßnahme ist bei dem hier gezeigten
Verfahren nicht erforderlich, da die in der Schwerfraktion enthaltenen
Fasern nicht als Rejekt verloren gehen.
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In 4 ist
eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens
gezeigt, bei der auch die weitere Fraktionierung 5 mit
einem Drucksortierer 14 durchgeführt wird. Selbstverständlich
besteht auch bei der Kombination mehrerer Drucksortierer die Möglichkeit,
durch entsprechend variierte Parameter oder Lochweiten das Fraktionierergebnis
zu optimieren. Die 3 und 4 unterscheiden
sich von der 2 im Wesentlichen durch die
Variation der in der Fraktionierung 5 verwendeten Vorrichtungen,
d. h. die übrigen Teile sind identisch dargestellt, auch wenn
hier selbstverständlich andere Möglichkeiten denkbar
sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10132743
A1 [0002]
- - DE 102005060475 A1 [0003]
- - EP 1731662 A1 [0003]
- - DE 3005681 [0018]