-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung einer zumindest teilweise aus recyceltem Faserstoff hergestellten und zur Herstellung einer Papier-, Karton-Tissue- oder einer anderen Faserstoffbahn geeigneten Faserstoffsuspension unter Zugabe von Aluminium-Ionen.
-
Der zunehmende Einsatz von Ausschuss und Altpapier in der Papierherstellung und die verstärkte Reduzierung des Frischwassereinsatzes haben zu einem Zuwachs an für den Herstellungsprozess schädlichen oder störenden Substanzen in den Wasserkreisläufen geführt. Auch chemische Additive, wie beispielsweise Öle, Lösungsmittel, Harzleime, synthetische Leimungsmittel, Klebstoffe, Nassfestmittel, Retentionsmittel, Stärke, Biozidformulierungen, Dispergiermittel, Bleichchemikalien, Reinigungsmittel, Farbstoffe, Komplexbildner und Lösungsvermittler, die dem Prozess gezielt zugeführt werden, tragen durch Anreicherung in den Kreisläufen zu einer Erhöhung der Konzentration an kolloidal gelösten Störstoffen direkt oder aus der Wechselwirkung untereinander bei. Andere Quellen sind Extrakte aus den Faserstoffen, Lignin und Ligninderivate, Hemicellulosen und Kohlehydrate. Die wachsende Konzentration an Störstoffen führt zu einer reduzierten Effizienz der meist kationischen Funktionschemikalien, wie beispielsweise Fixiermittel, Retentionspolymere. Die bei hohen Prozesstemperaturen vorliegende Sättigung des Prozesswassers mit kolloidal gelösten, anionischen Störstoffen führt in den kühleren Zonen zu Ausfällungen und Ablagerungen. Bereits geringe Temperaturgradienten reichen aus, um klebrige Ablagerungen an hydrophoben oder besonders adhäsiven Flächen, wie beispielsweise Siebmaterial, Filzmaterial, Walzenoberflächen, strömungsarmen Zonen, entstehen zu lassen. Diese können den Prozess empfindlich durch die Bildung von Löchern im Papier, Abrisse, Reinigungsstillstände oder dergleichen beeinträchtigen.
-
Papiereigenschaften wie Weiße, Opazität, Färbung und Festigkeit sind durch die Anwesenheit von kolloidalen Störstoffen ebenfalls beeinträchtigt. Außerdem kann eine verstärkte Neigung zur Geruchsbildung im Papier auftreten. Die Störstoffe können des Weiteren durch Absenkung der Oberflächenspannung zu vermehrtem Schaum führen, was sich negativ auf die Papierqualität auswirkt oder den vermehrten Einsatz von Schaumregulierern erforderlich macht. Die Anreicherung von Störstoffen im gesamten Wasserkreislaufsystem ist abhängig von der Menge an zugeführten Rohmaterialien, der Prozesstemperatur, der Extrahierbarkeit, der Wasserumlaufrate, der mit dem Abwasser abgeführten Menge, dem Austrag an Störstoffen mit dem produzierten Papier und der Zuführung von Frischwasser. Insbesondere für die Einengung der Wasserkreisläufe, d. h. die verringerte Zufuhr an Frischwasser und die entsprechend verringerte Abfuhr an Abwasser, stellt sich eine erhöhte Konzentration an kolloidal gelösten Störstoffen in den Kreislaufwässern ein.
-
Neben dem hohen Konzentrationsniveau stellen auch dynamische Schwankungen der Störstofffrachten eine Limitierung für eine zielgenaue chemisch-technologische Führung des Prozesses dar. Dabei kommt es zu dauernden Fehldosierungen von Funktionschemikalien mit den oben beschriebenen Auswirkungen.
-
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher den Bedarf an Funktionschemikalien ohne Beeinträchtigung der Faserstoffbehandlung zu minimieren.
-
Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Ladungscharakteristik der Faserstoffsuspension gemessen und die Menge der zugeführten Aluminium-Ionen in Abhängigkeit von der Ladungscharakteristik gesteuert wird.
-
Die Ladungscharakteristik der Faserstoffsuspension ist im Wesentlichen vom Störstoffeintrag über den recycelten Faserstoff abhängig. Schwankungen in der Zusammensetzung des recycelten Faserstoffs führen so zwangsläufig zu einer entsprechend großen Schwankung bei der Ladungscharakteristik und damit auch dem Bedarf an Funktionschemikalien. Dementsprechend ist es das Ziel die Ladungscharakteristik über die Zugabe von Aluminium-Ionen möglichst konstant zu halten. Um eine homogene Verteilung der Störstoffe in der Faserstoffbahn zu erreichen und um eine Anreicherung dieser kolloidal gelösten Störstoffe im Siebwasser oder Klarfiltrat der Blattbildungsvorrichtung entgegenzuwirken, sollen die kolloidal gelösten Störstoffe durch die Aluminium-Ionen an die Fasern angelagert werden.
-
Als Hilfsgröße zur Bestimmung der Ladungscharakteristik eignet sich besonders der kationische Bedarf der Faserstoffsuspension. Dieser kann mittels bekannter Sensoren auf der Basis einer Polyelektrolyttitration online erfasst werden. Der kationische Bedarf einer Suspension ist die Menge an Ladungsäquivalenten, die zur Neutralisierung der in ihr vorliegenden Ladungen der dispergierten und gelösten Stoffe erforderlich ist.
-
Im Interesse einer möglichst konstanten Ladungscharakteristik sollte dabei die Menge an zugeführten Aluminium-Ionen bei steigendem kationischen Bedarf erhöht und bei sinkendem kationischen Bedarf entsprechend reduziert werden.
-
Der Prozess der Einengung der Varianz der Oberflächenladung lässt sich auch regeln, weshalb die Messung der Ladungscharakteristik nach der Zugabe der Aluminium-Ionen erfolgen sollte. Auf diese Weise kann die Wirkung der Zugabe der Aluminium-Ionen relativ genau und zeitnah erfasst werden.
-
Eine einfache und gleichmäßige Zugabe der Aluminium-Ionen wird insbesondere dann möglich, wenn die Aluminium-Ionen einem Hilfsfluid, vorzugsweise Prozess-, Ab- oder Frischwasser zugegeben werden, welches anschließend der Faserstoffsuspension beigemischt wird.
-
Da das Hilfsfluid keine oder nur wenig Störstoffe enthält, kommt es auch nur zu einer geringen Vorreaktion mit den Aluminium-Ionen. Des Weiteren wird es über eine Durchmischung von Faserstoffsuspension und Hilfsfluid beispielsweise über eine Pumpe oder eine andere Mischvorrichtung möglich, die Aluminium-Ionen möglichst gleichmäßig in der Faserstoffsuspension zu verteilen.
-
Üblicherweise erfolgt die Zugabe von Aluminium-Ionen bei Faserstoffsuspensionen in Papiermaschinen, die derartige Störstoffe enthalten, durch die Zugabe von Kali-Alaun bzw. Kaliumaluminiumsulfat, Ammoniumaluminiumsulfat oder Polyaluminiumchlorid.
-
Allerdings ist es hierbei von Vorteil, wenn die Aluminium-Ionen ganz oder teilweise im Hilfsfluid oder der Faserstoffsuspension selbst elektrolytisch erzeugt werden. Unabhängig von der Art der Bereitstellung ist das Al3+-Ion besonders effektiv.
-
Durch die Elektrolyse werden die Aluminium-Ionen frisch in Lösung gebracht und können so rasch abreagieren, bevor sie eventuell durch Nebenreaktionen anderweitig gebunden werden. Dies gewährleistet die Wirksamkeit der Aluminium-Ionen über einen großen pH-Bereich, insbesondere auch bei neutraler Fahrweise, was weiterhin den Einsatz von Calciumcarbonat als Füllstoff erlaubt. Des Weiteren werden so eine Aufsalzung der Wasserkreisläufe, eine Geruchsbelästigung sowie ein Bakterienwachstum vermieden.
-
Aus der
DE 10/2010 001 769 A1 , der
DE 10/2010 001 801 A1 , der
DE 10/2010 001 808 A1 und der
DE 10/2010 030 996 A1 , sind beispielsweise Vorrichtungen und/oder Verfahren bekannt, bei der Elektrolysevorrichtungen von einem Prozessfluid durchströmt werden, währenddessen elektrochemisch erzeugte Aluminium-Ionen durch die Elektrolysevorrichtung an das jeweilige Prozessfluid abgegeben werden.
-
Bei der elektrolytischen Erzeugung lässt sich die Menge an zugegebenen Aluminium-Ionen außerdem leicht über die Variation der Stromstärke oder der Spannung steuern. Auch die Zu- oder Abschaltung einzelner Elektrolyse-Reaktoren kann hier nützlich sein. Durch die gesteuerte oder geregelte Zugabe von Aluminium-Ionen kann eine Überdosierung an Aluminium-Ionen effektiv vermieden werden, insbesondere dann, wenn beispielsweise die Konzentration an Störstoffen absinkt. Dies wiederum verhindert, dass überschüssige Aluminium-Ionen unterschiedlichste Teilprozesse in der Maschine negativ beeinflussen. Besonders wichtig ist dies wegen der vermehrt in Papiermaschinen realisierten, geschlossenen und teilweise miteinander verbundenen Fluid-Kreisläufen. Auch ein Durchschlagen von Aluminium-Ionen zum Beispiel durch Prozesswasserrückführung bis zur Deinking-Stufe wird so verhindert. Ein derartiges Durchschlagen von Aluminium-Ionen beeinflusst nämlich den Deinking-Schritt negativ, so dass ein erhöhter Einsatz an Deinking-Chemikalien notwendig werden kann. Wird eine Erhöhung der Deinking-Chemikalien nicht durchgeführt, so kann der Wirkungsgrad des Deinking-Schrittes abnehmen und die Faserstoffbahn-Qualität auf ein nicht mehr tolerierbares Maß absinken.
-
Zur Unterstützung der Elektrolyse sollten im entsprechen Fluid, vorzugsweise im Hilfsfluid Leitsalze gelöst sein. Um die Wirkung der Aluminium-Ionen zu verbessern bzw. zu erleichtern, sollte die Faserstoffdichte der Faserstoffsuspension bei Zugabe der Aluminium-Ionen zwischen 3 und 16% liegen. Daher ist es auch vorteilhaft, wenn die Zugabe der Aluminium-Ionen nach einer Entwässerung der Faserstoffsuspension erfolgt.
-
Da die Aluminium-Ionen die Fixierung von Störstoffen an den Fasern bewirken sollen, werden diese der Faserstoffsuspension am Zu- und/oder Ablauf einer Stoffbütte, eines Stapelturm oder einer Mischbütte für den Stoffauflauf hinzugefügt. Dabei reagieren die Aluminium-Ionen u.a. mit kolloidal gelösten Stoffen in der Faserstoffsuspension, wobei größere Konglomerate entstehen, die sich aufgrund des hydroxidartigen Charakters vorteilhaft an die Fasern anlagern. Damit können die Aluminium-Ionen die Funktion von chemischen Fixiermitteln ersetzen bzw. diese unterstützen.
-
Nachfolgend soll die Erfindung an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In der beigefügten Zeichnung zeigen die 1 und 2 unterschiedliche Anlageschemata zur Realisierung der Erfindung.
-
In der in beiden Figuren teilweise dargestellten Stoffaufbereitung, wird die Faserstoffsuspension 1 für eine Papiermaschine zur Herstellung einer Papierbahn zur Verfügung stellt. Dabei durchläuft die Faserstoffsuspension 1 mehrere Behandlungsstufen 7, wie Auflösung, Reinigung, Mahlung usw. Dabei können bspw. Holzfasern, Stofffasern, Metallfasern, Kunststofffasern, Glasfasern, Hilfsstoffe, Additive, Füllstoffe oder eine Mischung derselben als Faserstoff verwendet werden. Demzufolge kann einer Faserstoffbahn bspw. eine Papierbahn, ein Flies, oder dergleichen darstellen.
-
Bevor die Faserstoffsuspension 1 zur Gewährleistung einer gewünschten Belieferung nachfolgender Prozesse in einen Stapelturm 3 gelangt, durchläuft sie noch eine Behandlungsstufe in Form einer Entwässerungsvorrichtung 6. Bei dieser Entwässerungsvorrichtung 6 kann es sich beispielweise um Scheibenfilter, Schneckenpressen o.ä. handeln. Nach der Entwässerungsvorrichtung 6 liegt die Faserstoffdichte der Faserstoffsuspension 1 zwischen 6 und 35%.
-
Wegen der zunehmenden Verwendung von Altpapier bei der Herstellung der Faserstoffsuspension 1 hat diese einen hohen und schwankenden Anteil an Störstoffen. Zwar wird versucht, die Störstoffe in den Behandlungsstufen 7 zu entfernen, jedoch gelingt dies nur zum Teil. Um eine Beeinträchtigung der Herstellung der Faserstoffbahn durch diese Störstoffe zu verhindern, werden der Faserstoffsuspension 1 Aluminium-Ionen zugeführt. Diese Aluminium-Ionen werden in einem Elektrolyse-Reaktor 9 erzeugt, durch den ein Hilfsfluid 2 in Form von Prozesswasser geleitet wird. Die Aluminium-Ionen der Elektroden des Elektrolyse-Reaktors 9 gelangen so frisch in das Hilfsfluid 2. Wegen der im Verhältnis zur Faserstoffsuspension 1 geringen Belastung des Hilfsfluids 2 mit Störstoffen kommt es lediglich zu geringen Vorreaktionen der Aluminium-Ionen im Hilfsfluid 2. Zur Unterstützung der Elektrolyse werden dem Hilfsfluid 2 Leitsalze zugemischt.
-
Zwischen den Elektroden des Elektrolyse-Reaktors 9 liegt eine konstante Spannung an. Allerdings wird die Stromstärke zur Steuerung der Menge an zugeführten Aluminium-Ionen von einer Steuereinheit 4 vorgegeben.
-
Zur Erfassung der Ladungscharakteristik der Faserstoffsuspension 1 wird von einem bekannten Sensor 8 der kationische Bedarf der Faserstoffsuspension 1 nach der Entwässerung erfasst und an die Steuereinheit 4 übermittelt. Um die Schwankung der Ladungscharakteristik infolge schwankender und sich in ihrer Zusammensetzung ändernder Störstoffbelastung zu vermindern, wird von der Steuereinheit 4 über die Veränderung der Stromstärke die Menge an zugeführten Aluminium-Ionen bei steigendem kationischen Bedarf erhöht wird und umgekehrt.
-
Die in dem Hilfsfluid 2 vorhandenen Aluminium-Ionen werden über eine Mischvorrichtung 5 der Faserstoffsuspension 1 beigemischt. Dies gewährleistet eine gleichmäßige Verteilung der Aluminium-Ionen in der Faserstoffsuspension 1, wobei als Mischvorrichtung 5 beispielsweise Pumpen oder statische Mischer genutzt werden können.
-
Damit die Wirkung der Aluminium-Ionen auf die Ladungscharakteristik, bzw. den kationischen Bedarf möglichst schnell und effektiv erfasst werden kann, ist der Sensor 8 nach der Mischvorrichtung 5 angeordnet. Im Ergebnis kann so der Bedarf an Funktionschemikalien erheblich reduziert werden.
-
Während in 1 die Mischvorrichtung 5 zwischen Entwässerungsvorrichtung 6 und Stapelturm 3 liegt, ist die Mischvorrichtung 5 bei 2 erst nach dem Stapelturm 3 zu finden.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 10/2010001769 A1 [0016]
- DE 10/2010001801 A1 [0016]
- DE 10/2010001808 A1 [0016]
- DE 102010030996 A1 [0016]
