DE10254862A1

DE10254862A1 - Verfahren zur Druckfarbenentfärbung aus Altpapier durch Flotationsdeinking

Info

Publication number: DE10254862A1
Application number: DE2002154862
Authority: DE
Inventors: Hans Ulrich Dr. Süss; Ralf Dr. Grummer
Original assignee: Degussa GmbH
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 2002-11-25
Filing date: 2002-11-25
Publication date: 2004-06-03
Also published as: ATE382734T1; AU2003302433A1; WO2004048680A2; EP1565611A2; DE60318480T2; EP1565611B1; WO2004048680A3; WO2004048680A8; DE60318480D1

Abstract

Kontinuierliches Flotations-Deinking von Altpapier unter alkalischen Bedingungen vermag hydrophile und wasserlösliche Druckfarben nicht befriedigend abzutrennen. DOLLAR A Die Erfindung löst dieses Problem durch ein zweistufiges Flotationsverfahren. Unmittelbar an eine alkalische Flotationsstufe schließt sich eine Flotationsstufe im neutralen bis schwach sauren pH-Bereich an, wobei zu Beginn der zweiten Flotationsstufe der pH-Wert unter Verwendung von Kohlendioxid auf einen pH-Wert im Bereich von 5 bis 7,5 abgesenkt wird.

Description

Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur Druckfarbenentfernung aus Altpapier durch Flotationsdeinking. Das Verfahren umfasst zwei Flotationsstufen und eignet sich insbesondere zum Deinken von Altpapier, das neben konventionell bedrucktem Papier auch mit wasserlöslichen Farben, wie die Inkjetfarben, bedrucktes Papier enthält.

Ein wesentlicher Schritt zur Wiederverwendung von Altpapier besteht darin, die Druckfarben möglichst weitgehend zu entfernen. Beim konventionellen Flotationsdeinking werden die Fasern des Altpapiers durch den Einsatz von Alkali zum Quellen gebracht, wodurch die Ablösung der Druckfarbe ermöglicht wird. Hydrophobe Druckfarbenteilchen lassen sich aus der Suspension von Fasern, Füllstoffen und Druckfarben durch ein in-situ gefälltes Fettsäuresalz sammeln und flotieren. Durch diesen konventionellen Prozess, umfassend Aufschlagen des Papiers, Sortierung, Flotation unter alkalischen Bedingungen und gegebenenfalls eine Nachflotation kann hydrophobe Druckfarbe meist befriedigend enfernt werden.

Wasserlöslicher Druckfarben, wie Flexodruckfarben, und Inkjet-Druckfarben, welche auch durch Sulfonierung hydrophilierte sehr kleine Farbpigmente enthalten können, lassen sich durch konventionelles Flotationsdeinking dagegen nicht oder wenig befriedigend abtrennen. Der an sich hochwertige Rohstoff Büroaltpapier wird so zum Problemstoff, denn er ist selbst für graphisches Papier mit dem niedrigsten Weißgehalt, Zeitungspapier, zu dunkel. Die gelösten Druckfarben verschmutzen zudem den Wasserkreislauf. Zwar lassen sich derartige wasserlösliche Farben und hydrophilierte Farbpigmente durch eine Wäsche des Altpapiers abtrennen, gleichzeitig werden allerdings auch die Füllstoffe mit entfernt, so dass die Ausbeute, dieses Deinkingprozesses auf werte um/unter 70 % absinkt.

In dem Artikel „Zweistufige, alkalisch-saure Flotation zur Eliminierung schwerentfernbarer Druckfarben aus Altpapier" von H. U. Süss et al. in „Das Papier" 45, Heft 3 (1991), Seiten 89 – 96 wird eingehend der derzeit bekannte Stand der Technik zum Deinken beschrieben. So lässt sich ein Altpapier, bedruckt mit konventionellem Tiefdruck und mit Wasserfarben wie folgt deinken: Aufschlagen des Altpapiers in Gegenwart von Alkali, Wasserstoffperoxid und Wasserglas, Verdünnen des Pulps und Entstippen, Wäsche des Pulps, Eindickung und alkalische Flotation und Ausflockung des in der Wäsche gebildeten Schlamms. Der Gesamtprozess ist technisch sehr aufwendig und führt zu einer geringen Ausbeute.

Altpapier, das zumindest teilweise mit Flexodruckfarben bedruckt ist, lässt sich gemäß dem zuvor genannten Dokument durch eine Kombination einer klassischen alkalischen Flotation mit einer nachgeschalteten sauren Flotation in Gegenwart eines quaternären Ammoniumsalzes mit hydrophober Seitenkette zumindest teilweise deinken. Hierbei wird der Pulp aus der alkalischen Flotationsstufe mit Schwefelsäure auf pH 5 eingestellt. Der nach diesem Verfahren erhältliche Weißgehalt (% ISO) ist mit etwa 54 noch sehr niedrig, so dass die Nachschaltung einer Wäsche vorgeschlagen wird. Für das Deinking von Offsetfarben und Flexodruckfarben bedrucktem Altpapier wurde von H.U. Süss et al. loc.cit.) vorgeschlagen, nach der alkalischen Flotation eine Hochkonsistenzeindickung durchzuführen und erst nach der erneuten Verdünnung auf Flotationskonsistenz anzusäuern und in Gegenwart eines kationischen Tensids zu flotieren. Dieses Verfahren führt zwar zu guten Weißgehalten, es ist jedoch technisch sehr aufwendig. Zudem liegt die Ausbeute niedrig, wegen der Auflösung des Füllstoffs Kreide beim Ansäuern.

Zur Nachflotation von bereits konventionell deinktem Altpapier wird in dem zuvor genannten Dokument vorgeschlagen, den pH-Wert durch kontinuierliche Zugabe einer Säure im sauren Bereich zu halten: Unter Verwendung von Aluminiumsulfat als Säure soll der pH-Wert im Bereich von 6,5 bis 6,8 gehalten werden.

Auch in dem Artikel „Papierrecycling: Flotation von Füllstoffen und Fasern" von H.U. Süss et al. in "Wochenblatt für Papierfabrikation" 8 (1992), Seiten 303 bis 307 wird eine zweistufige Flotation – zunächst alkalisch und dann etwa neutral zur Druckfarbenablösung von Altpapier beschrieben. In der alkalischen Flotationsstufe wird als Sammler Natriumoleat, in der neutralen Flotationsstufe Hexedecytrimetylammoniumchlorid (HDTMA) verwendet. Hinweise, womit der pH-Wert in der quasi neutralen Flotationsstufe eingestellt werden soll, lassen sich diesem Dokument nicht entnehmen.

Im Rahmen der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung des Flotaions-Deinking unter alkalischen sowie unter neutralen Bedingungen – siehe "Wochenblatt für Papierfabrikation", 123 (20), Seiten 916 – 919 (1995) – wurde festgestellt, dass Fettsäuren bei der alkalischen Flotation eine gute Sammlerwirkung aufweisen, während neutrale Tenside, wie ethoxylierte Alkohole zwar als Schäumer wirksam sind und die Oberflächenspannung erniedrigen, jedoch keinen echten Sammlereffekt erzeugen. Demgemäß werden neutrale Schäumer nur für den Einsatz bei der Nachflotation empfohlen.

Die Deinking-Verfahren gemäß den US-Patenten 5,225,046 und 5,227,019 umfassen fünf beziehungsweise sechs Verfahrensstufen und sind demgemäß technisch sehr aufwendig. Im Verfahren gemäß US 5,225,046 wird ein Pulp bei einem pH-Wert von gleich/kleiner 7, in Gegenwart eines oberflächenaktiven Deinkingmittels gewaschen, der gewaschene Pulp anschließend gebleicht und der gebleichte Pulp einer weiteren Wäsche oder Flotation bei einem pH-Wert von gleich/kleiner 7 in Gegenwart eines Alkohol-ethoxylats oder -propoxylats behandelt. Im Verfahren gemäß US 5,227,019 wird der Pulp nach einer ersten alkalischen Flotationsstufe gewaschen, danach alkalisch mit Wasserstoffperoxid gebleicht und anschließend bei einem pH-Wert von gleich/kleiner 7 in Gegenwart eines Alkoholethoxylats bzw. -propoxylats in einer oder mehreren Flotationsstufen behandelt. Außer der technisch sehr aufwendigen Prozessführung wird durch die zwingend vorgeschriebene Wäsche die Ausbeute drastisch reduziert.

Aus der EP 0 737 774 A1 ist bekannt, dass wässrige Abgänge aus Deinking-Anlagen von darin enthaltenen anorganischen Partikeln und Fasern befreit werden können, indem die genannten Feststoffpartikel zusammen mit in-situ aus Calciumhydroxid und eingeleitetem Kohlendioxid gebildetem Calciumcarbonat ausgefällt werden. Es handelt sich bei diesem Verfahren somit nicht um ein Flotationsverfahren, sondern um eine Maßnahme, um die wässrigen Abgänge wieder in den Deinking-Prozess zurückführen zu können.

Während in den zuvor gewürdigten Dokumenten Kohlendioxid weder als Flotationsgas noch als Mittel zur Absenkung des pH-Wertes eingesetzt wurde, wird in der EP 0 927 789 A1 gelehrt, dass unter Verwendung von Kohlendioxid oder einem an Kohlendioxid angereicherten Gas Papierfasern durch Flotation aus einer diese enthaltenden wässrigen Suspension, wie sie in der Papiertechnologie anfallen, beispielsweise Flotationsschäume, abgetrennt werden können. Bei dieser Flotation handelt es sich jedoch nicht um das sogenannten Flotations-Deinking. In dem Artikel „Evaluation of carbon dioxide as a carriergas in flotation deinking" von Lorenzo Marchildon et al. in Tappi Journal, Vol 76, Nr. 3, Seiten 155 – 159 wird festgestellt, dass bei der sauren Flotation, beginnend bei einem pH-Wert von etwa 5, die optischen Eigenschaften unter Verwendung von Kohlendioxid als Flotationsgas besser sind als unter Verwendung von Luft oder Stickstoff, dass jedoch die mechanischen Eigenschaften nachteilig beeinflusst werden. Dieser Nachteil lässt sich zwar durch eine nachgeschaltete alkalische Wäsche beheben, jedoch wird durch einen solchen Prozessschritt die Ausbeute an deinktem Stoff erheblicher abgesenkt. Hinweise, wonach zunächst eine alkalische Flotation und unmittelbar im Anschluss daran eine Flotation unter neutralen oder schwach sauren Bedingungen durchgeführt wird, lassen sich diesem Dokument nicht entnehmen.

Wie zuvor dargelegt wurde, lässt sich zwar die Druckfarbenentfernung von Altpapier in unterschiedlicher Weise durchführen, jedoch weisen diese Verfahren in der einen oder anderen Hinsicht Mängel auf. Demgemäß richtet sich die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darauf, ein verbessertes Verfahren zur Druckfarbenenfernung aufzuzeigen. Das Verfahren, das eine alkalische und eine neutrale bis schwach saure Flotationsstufe umfasst, sollte es ermöglichen, einen Deinktstoff mit möglichst hohem Weißgrad in befriedigender Ausbeute zu erhalten. Gemäß einer weiteren Aufgabe der Erfindung sollte das Verfahren so durchgeführt werden können, dass keine unerwünschten Stoffe, wie Sulfat, in das System eingetragen werden und auch die Behandlung des Abwassers aus dem Deinkingprozess keine neuen Probleme hervorruft.

Es wurde gefunden, dass durch Verwendung von Kohlendioxid unmittelbar im Anschluss an eine alkalisch durchgeführte Flotationsstufe und Fortsetzung der Flotation unter den sich einstellenden pH-Bedingungen im leicht sauren bis neutralen oder schwach alkalischen Bereich Altpapier unter Erhalt eines hohen Weißgrades in guter Ausbeute deinkt werden kann.

Gefunden wurde demgemäß ein Verfahren zur Druckfarbenentfernung umfassend Aufschlagen des Altpapiers in Gegenwart von Alkali unter Erhalt eines Pulps, eine erste Flotationsstufe bei einem pH-wert im Bereich von größer 8 bis 11 in Gegenwart von Wasserglas und einem anionischen oder nichtionischen Tensid und eine zweite Flotationsstufe, wobei zu Beginn dieser Stufe eine Säure zum Pulp gegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass man den pH-Wert des Pulps aus der ersten Flotationsstufe zu Beginn der zweiten Flotationsstufe unter Verwendung von Kohlensäure als Säure auf einen pH-Wert im Bereich von 5 bis 7,5 absenkt.

Die weiteren Ansprüche richten sich auf bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Überraschenderweise wurde somit gefunden, dass es möglich ist, den klassischen alkalischen Flotationsprozess und eine schwach saure bis neutrale Flotation direkt, also ohne Zwischenschaltung einer Waschstufe oder Konzentrierungsstufe, zu verbinden, indem während der konventionellen Flotation mittels Kohlensäure der pH-Wert in den etwa neutralen oder schwach sauren Bereich verschoben wird Durch die Verwendung von Kohlensäure zur Absenkung des pH-Wertes in den etwa neutralen oder schwach sauren Bereich während der konventionellen Flotation kommt es zu einer deutlichen Verbesserung der Entfernung von wasserlöslichen Farben, wie Inkjet-Druckfarben.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren erübrigt sich nicht nur eine die Ausbeute mindernde Waschstufe zwischen den beiden Flotationsstufen, sondern auch eine zusätzliche Eindickung zwischen einer alkalischen und einer sauren Flotationsstufe, wie sie in dem einleitend gewürdigten Dokument (Das Papier, 45/3 (1991), Seite 89 – 96) als notwendig erachtet wurde. Durch die Verwendung von Kohlendioxid zur Absenkung des pH-Wertes anstelle einer starken Säure, wie Schwefelsäure, kommt es auch nicht zu Verlusten an Kreide, welche in neuerer Zeit zunehmend Bedeutung als Füllstoff im Papier gewinnt. Zusätzlich kommt es auch zu keiner Aufsalzung des Kreislaufwassers und zu keinen neuen Problemen bei der Wasserbehandlung, wenn anstelle einer starken Säure Kohlensäure zum Absenken des pH-Wertes verwendet wird. Ein weiter Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass der Flotationsschaum aus der alkalischen und der neutralen bis schwach sauren Flotationsstufe gemeinsam gesammelt und verarbeitet werden kann.

Es ist ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens, dass dieses in der Papierindustrie in den vorhandenen Flotationseinrichtungen, also in einer mehrere Flotationszellen umfassenden Flotationsstrasse durchgeführt werden kann. Zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es lediglich notwendig, in eine oder mehrere der hinteren Zellen eine Vorrichtung zum Einleiten von Kohlendioxid in den Pulp oder/und Anreicherung der Flotationsluft mit Kohlendioxid vorzusehen. Aufgrund der Abwesenheit von Fremdstoffen im erfindungsgemäßen Verfahren ist es bevorzugt, den Flotationsschaum sämtlicher Zellen zusammenzuführen und in an sich bekannter Weise zwecks Abtrennung von Fasern einer Nachflotation zuzuführen.

Die Begriffe "erste" und "zweite" Flotationsstufe sind nicht so zu verstehen, dass diese beiden Stufen streng voneinander getrennt sind, vielmehr kommt hierdurch zum Ausdruck, dass die Flotationsbedingungen bezüglich des pH-Wertes und/oder der zugesetzten Flotationshilfstoffe, insbesondere also der flotationswirksamen Tenside, geändert wurden.

Der durch die erfindungsgemäße Maßnahme, also Absenken des pH-Wertes während der Flotation unter Verwendung von Kohlendioxid, liegt der zusätzliche Verlust an Fasern und Füllstoffen auf niedrigem Niveau. Unter optimierten Bedingungen lässt sich der Verlust im der zweiten Flotationsstufe auf Werte unter 5 % absenken. Die Tatsache, dass im erfindungsgemäßen Verfahren nur wenig Kreide in Lösung geht, zeigt sich auch an der geringen Zunahme der Wasserhärte auf Werte um 4 – 5 mMol Ca/1.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Altpapier in bekannter Weise in Gegenwart von Alkali und Wasserglas aufgeschlagen und sortiert. Die sich anschließende alkalische Flotationsstufe wird gleichfalls in bekannter Weise durchgeführt, wobei vorzugsweise ein anionisches oder nicht-ionisches Tensid als Sammler anwesend ist. Das Tensid, dass auch bereits während des Aufschlagens des Altpapiers zugesetzt werden kann, wird in wirksamer Menge verwendet. Besonders bevorzugt werden anionische Tenside, wie insbesondere Alkalisalze von Fettsäuren mit mehr als 12 C-Atomen, insbesondere 16 – 20 C-Atomen. Nach dem Aufschlagen des Altpapiers, dass bei einer Stoffdichte im Bereich um 15% ± 5% erfolgt, wird der Pulp ein- oder mehrstufig so weit verdünnt, dass eine flotationsfähige Konsistenz – üblicherweise 0,3 bis 3 Gew.% – resultiert. Vorzugsweise liegt die Konsistenz für die Flotation im Bereich von 0,5 bis 1,5 Gew.-%.

Die Alkalität für die erste Flotationsstufe resultiert aus dem zugesetzten Wasserglas sowie zugesetzter Alkalilauge, insbesondere Natronlauge, und/oder zugesetzter Alkalicarbonatlösung. Vorzugsweise liegt der pH-Wert während der ersten Flotationsstufe im Bereich von etwa 8 bis 10,5, insbesondere 8,5 bis 10 und besonders bevorzugt um 9 (9 ± 0,3). Üblicherweise wird Luft als Flotationsgas verwendet, wobei sich die Gasmenge nach den apparativen Gegebenheiten und den Betriebsbedingungen, insbesondere der Wirksamkeit des oder der zugesetzten Sammler, richtet und durch einfache Optimierung ermittelt werden kann.

In der sich unmittelbar an die erste Flotationsstufe anschließenden zweiten Flotationsstufe wird zu Beginn der pH-Wert unter Verwendung von Kohlensäure auf einen Wert im Bereich von 5 bis 7,5 abgesenkt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird der pH-Wert auf 5,5 bis etwa 7 abgesenkt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegt der pH-Wert während der ersten Flotationsstufe im Bereich von etwa 8,5 bis 10 und zu Beginn der zweiten Flotationsstufe im Bereich von etwa 5,5 bis etwa 7.

Die pH-Einstellung für die zweite Flotationsstufe kann unter Verwendung von Kohlendioxid oder von mit Kohlendioxid angereicherter Luft, beispielsweise Rauchgas, erzielt werden. Nach Absenken des pH-Wertes in der zweiten Flotationsstufe kann ohne weitere Zufuhr von Kohlendioxid die Flotation durchgeführt werden, wobei der pH-Wert durch die Pufferwirkung der im Altpapier enthaltenen Salze sowie der Härte des Wasser langsam ansteigt und Werte um oder etwas über 8 erreichen kann. Überraschender Weise bleibt die entfärbende Wirkung in der zweiten Flotationsstufe im wesentlichen erhalten, obgleich der pH-Wert aus dem etwa neutralen oder schwach sauren Gebiet langsam in das schwach alkalische Gebiet wandern kann.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist es auch möglich, während der gesamten Dauer der zweiten Flotationsstufe kontinuierlich oder periodisch Kohlendioxid oder ein mit Kohlendioxid angereichertes Gas in den zu flotierenden Pulp einzubringen, um den pH-wert unter 8 und vorzugsweise im Bereich von 6,0 bis etwa 7 zu halten. In einer mehrere Flotationszellen umfassenden Flotationsstrasse kann eine oder mehrere der letzten Flotaionszellen Kohlendioxid zur pH-Absenkung eingeleitet werden. Zweckmäßigerweise wird die Einsatzmegen an Kohlendioxid oder einem an Kohlendioxid angereicherten Gas so bemessen, dass zwar die gewünschte pH-Regulierung möglich ist, Kohlendioxid im wesentlichen aber nicht als Flotationsgas wirkt. Eine Begrenzung der eingesetzten Kohlendioxidmenge ist aus sicherheitstechnischen Erwägungen innerhalb einer Deinking-Anlage anzustreben.

Zweckmäßigerweise wird die zweite Flotationsstufe in Gegenwart einer wirksamen Menge eines nichtionischen und/oder kationischen Tensids durchgeführt. Besonders bevorzugt wird die Verwendung eines kationischen Tensids, insbesondere eines quaternären Ammoniumsalzes oder eines Ammoniumsalzes eines tertiären Amins. Die zu verwendenden Flotationshilfsmittel weisen die Funktionen eines Schäumers und/oder eines Sammler auf. Die wirksame Einsatzmenge derartiger Flotationshilfsstoffe liegt in der zweiten Flotationsstufe üblicherweise im Bereich von 0,01 bis 1,0 Gew.-%, bezogen auf das im Pulp eingesetzte Altpapier. Bevorzugt liegt die Einsatzmenge des einen oder der mehreren flotationswirksamen Hilfsstoffe im Bereich von 0,05 bis 0,5. Der Fachmann wird die optimale Einsatzmenge des oder der genannten Hilfsstoffe durch orientierende Versuche ermitteln.

Es wurde gefunden, dass durch Optimierung der Auswahl des Tensids für die 2. Stufe bereits eine Einsatzmenge im Bereich von etwa 0,02 bis 0,1 Gew.-% ausreicht, um eine hohe Wirkung zu erzielen und eine weitere Steigerung der Einsatzmenge zu keiner weiteren Erhöhung des Weißgrades führte. Eine kleine Einsatzmenge eignet sich insbesondere bei einer zweistufigen Nachflotation, um den Weißgrad eines mäßig hellen Deinkstoffes zu erhöhen.

Die Flotationsdauer der beiden Flotationsstufen kann sich in weitern Grenzen bewegen, bevorzugt wird jedoch eine Gesamtflotationsdauer, welche in den in der Praxis vorhandenen Flotationsstrassen realisiert werden können.

Vorzugsweise liegt die Gesamtdauer der beiden Flotationsstufen im Bereich von 4 bis 20 Minuten, insbesondere 4 bis 10 Minuten, wobei die Dauer der zweiten Stufe derart ausgewählt wird, dass eine wirksame Weißgraderhöhung erhalten werden kann. Üblicherweise liegt die Dauer der zweiten Stufe im Bereich von 10 bis 90 %, insbesondere im Bereich von 20 bis 50 % der Flotationsdauer für beide Stufen. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform liegt die Flotationsdauer beider Stufen jeweils im Bereich von 2 bis 5 Minuten.

Da sich das erfindungsgemäße Verfahren dazu eignet, aus Altpapier außer konventionellen, also hydrophoben Druckfarben, auch wasserlösliche Druckfarben und hydrophilierte Farbpigmente abzutrennen, wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise ein Altpapier eingesetzt, das entsprechend bedruckte Papiere enthält.

Bei den in der zweiten Flotationsstufe eingesetzten nichtionischen Tensiden handelt es sich um oberflächenaktive Stoffe, welche eine hydrophobe Gruppierung und eine hydrophile nichtionische Gruppierung aufweisen. Besonders bevorzugt handelt es sich um alkoxylierte Alkohole und alkoxylierte Fettamide, welche sich aus den entsprechenden Fettalkoholen beziehungsweise Fettamiden durch Alkoxylierung mit Ethylenoxid oder Proylenoxid leicht herstellen lassen.

Bei den bevorzugten kationischen Tensiden handelt es sich um quaternäre Ammoniumsalze, welche mindestens einen mittel- bis langkettigen Kohlenswasserstoffrest, (insbesondere C₁₂ – C₂₄) aufweisen. Unter den tensidwirksamen quaternären Ammoniumsalzen, vielfach kurz als QUATS bezeichnet, sind beispielhaft die nachfolgenden Stoffklassen zu nennen:

– Tri(C₁-C₃)alkyl-(C₁₂-C₁₈)alkylammoniumsalze, wobei Hexadecyl-trimethylammoniumsalze, wie das Chlorid, besonders bevorzugt wird;
– Esterquats, worunter beispielsweise Umsetzungsprodukte eines Alkanolamins mit einer mittel- bis langkettigen Fettsäure und nachfolgender Quaternisierung mit einem Alkylisierungsmittel, wie Dimethylsulfat, zu verstehen sind. Geeignet sind beispielsweise Quaternisierunsprodukte von Reaktionsprodukten aus einer natürlichen Fettsäure oder einem Fettsäuregemisch wie Talölfettsäure, mit Monoethanolamin, Diethanolamin oder Triethanolamin;
– Fettacylamidoamin-ethoxylat-QUATS: Solche sind beispielsweise erhältlich durch Umsetzung einer Fettsäure oder eines Triglycerids mit einem mehrwertigen Amin, wie Dialkylentriamin mit nachfolgender Alkoxylierung mit beispielsweise Ethylenoxid und nachfolgender Alkylierung mit einem Alkylierungsmittel, wie beispielsweise Dimethylsulfat. Besonders geeignete Stoffe aus der zuletzt genannten Klasse lassen sich beispielsweise durch Amidierung von Diethylentriamin mit Ölsäure oder Tallölfettsäure (Molverhältnis 1:2) mit nachfolgender Ethoxylierung mit Ethylenoxid und Quaternisierung mit Dimethylsulfat erhalten.
– Fettacylamidoamin-Carbonsäuresalze, wobei in der zuvor genannten Reaktionssequenz anstelle einer Alkylierung eine Salzbildung mit einer Säure, wie einer niederen Carbonsäure oder Hydroxycarbonssäure, zum Beispiel Milchsäure, stattfindet.
– Wirksam sind auch quaternäre Ammoniumsalze, welche aus einem Fettamin durch Ethoxylierung und nachfolgende Quaternisierung mit einem Alkylierungsmittel, wie Dimethylsulfat leicht erhältlich sind. So lässt sich Kokosfettamin zunächst ethoxylieren und nachfolgend mit Dimethylsulfat in QUAT überführen.
– Bei einer weiteren Klasse wirksamer kationischer Tenside handelt es sich um Fettacylamidoalkyl-imidazolinumsalze, welche zum Beispiel aus Umsetzungsprodukten von Dialkylentriaminen mit einer Fettsäure oder einem Triclycerid, durch Imidazolringbildung erhältlich sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich bezüglich der Einzelmerkmale in vielfacher Weise variieren, jedoch ist ein besonders bevorzugtes Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass Altpapier in Gegenwart von Natriumhydroxid, Wasserglas und Wasserstoffperoxid aufgeschlagen, der Pulp auf eine für eine Flotation geeignete Stoffdichte verdünnt, eine erste Flotationsstufe in Gegenwart von 0,3 bis 1,5 Gew.-%, bezogen auf das eingesetzte Altpapier (atro), eines anionischen Tensids, insbesondere eines Alkalisalzes einer Fettsäure mit 16 bis 18 C-Atomen, bei einem pH-wert von etwa 8,5 bis 10,0 2 bis 10 Minuten betrieben wird und das der pH-Wert des so enthaltenen Pulps durch Einleiten eines an CO₂-reichen Gases auf einen Wert im Bereich von 5,5 bis 7,5, insbesondere 6 bis 7, abgesenkt und die Flotation in Gegenwart von 0,05 bis 0,5 Gew.-%, bezogen auf das eingesetzte Altpapier (atro) eines kationischen oder nichtionischen Tensids, insbesondere eines kationischen Tensids, über einen Zeitraum von 2 bis 10 Minuten fortgeführt wird, wobei der zunächst abgesenkte pH-Wert des Pulps in der zweiten Stufe durch die Pufferwirkung des Pulps und/oder der Härte des bei der Pulpherstellung verwendeten Wassers ansteigen kann oder über eine wirksame Dauer durch periodisches oder kontinuierliches Einleiten eines CO₂-reichen Gases im Bereich von 6 bis etwa 7 gehalten wird.

Das erfindungsgemäß Verfahren eignet sich ferner zur Verbesserung des Weißgrades von Deinkingstoff. Der dem zweistufigen Prozess zugeführten Pulp wird durch Suspendieren eines Deinkingstoffes erzeugt.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand der nachfolgenden Beispiele weiter verdeutlicht.

Allgemeine Vorschrift zur Pulpherstellung und Flotation:
Altpapier wurde in einem Hobart-Kneter 30 Minuten mit 0,75 Gew.-% H₂O₂, 0,8 Gew.-% Na-Oleat, 2 Gew.-% Wasserglas und 0,8 Gew.-% NaOH bei 40°C und einer Stoffdichte von 15 % aufgeschlagen. Anschließend wurde auf 5 % Stoffdichte verdünnt und nach weiteren 15 Minuten Behandlung auf die für die Flotation eingesetzte Stoffdichte von 1 % (% Angaben jeweils bezogen auf das trockene Altpapier).
Flotiert wurde in einer 10 l-Flotationszelle mit 2 l Luft/Minute bei etwa 40°C über eine gesamte Zeit von 10 Minuten (Standard), soweit nicht anders angegeben. Nach der Flotation, welche in Gegenwart der angegebenen Tenside erfolgte, wurde auf einer Nutsche eingedickt und das Blatt gebildet.
Die Bestimmung des Weißgrades erfolgte nach ISO2470. Die Ausbeutebestimmung erfolgte über Trockenbestimmung von Akzept und Flotationsschaum. Soweit eine Wäsche durchgeführt wurde, erfolgte diese in einer üblichen Waschzelle mit 2 l Waschwasser pro Minute.
Vergleichsbeispiele VB1 bis VB5 und Beispiel B1
Die Ergebnisse einer alkalischen Stadardflotation (VB1 und VB3) sowie einer Wäsche (VB2 und VB4) von mit Inkjetfarben bedrucktem Büropapier (=BP) (VB1 und VB2) bzw. einer 1:1 Mischung aus Offset-Zeitungen und Inkjet-bedrucktem Büropapier (BP + ZP) (VB2 und VB4) folgen aus Tabelle 1. Diese Tabelle enthält ferner die Ergebnisse eines zweistufigen Flotationsdeinking, wobei gemäß Stand der Technik zwischen der "alkalischen" und „neutralen" Flotation gemäß Stand der Technik eine Zwischeneindickung erfolgte (VB5) und gemäß dem erfindungemäßen Beispiel B1 keine Zwischeneindickung erfolgte und zudem die Gesamtflotationszeit von 10 Minuten auf beide Stufen gleichmäßig aufgeteilt wurde. Als Tensid wurde in der zweiten Flotationsstufe des Beispiels B1 und Stufe (3) des Vergleichsbeispiels VB5 Hexadecyl-trimethylammoniumchlorid (= HDTMA).
Die Versuche zeigen, dass es gemäß erfinderischem Beispiel B1 möglich ist, die Ansäuerung schon während der normalen Flotationszeit von 10 Minuten durchzuführen und dabei die Inkjet-Farben direkt aus dem etwa neutralisierten Pulp zu entfernen. Die Zwischeneindickung zwischen der alkalischen und neutralen Flotation gemäß VB5 erwies sich somit als nicht erforderlich. Durch eine Wäsche lassen sich auch Papiergemische akzeptabel entfärben (VB4), jedoch ist die Ausbeute sehr niedrig.
Beispiele 2 bis 4
In den Beispielen B2 bis B4 wurde das Altpapiergemisch (ZP + BP (1:1)) zweistufig bei 40°C deinkt, wobei in der zweiten Stufe der pH-Wert mit CO₂ auf < pH 7 abgesenkt (dies erfolgt in wenigen Sekunden) und im wesentlichen konstant gehalten wurde. In der ersten Stufe wurde Na-Oleat (0,8 %), in der zweiten Stufe HDTMA (0,3) als Tensid eingesetzt. Variiert wurde die Flotationsdauer. VB6 zeigt wieder eine Wäsche, wobei deutlich wird, dass trotz höherer Ausbeuteverluste kein besserer Weißgrad erhalten wird als bei der erfindungsgemäßen zweistufigen Flotation. Tabelle 2 zeigt die Parameter und Ergebnisse.
Beispiele B5 und B6
Deinkt wurde mit Inkjet-Farbe bedrucktes Büropapier (BP); erfindungsgemäß, wobei die Einsatzmenge des Tensids HDTMA variiert wurde. Die erste Flotationsstufe wurde standardmäßig, d.h. 10 Minuten bei 40°C in Gegenwart von 0,8% Na-Oleat durchgeführt. Danach wurde der pH-Wert mit CO₂ erniedrigt und dann ohne weitere CO₂-Zufuhr flotiert. Eine Erhöhung der Einsatzmenge HDTMA führte zwar zu einer weiteren Steigerung des Weißgrades, jedoch wurde dabei die Ausbeute reduziert.
Beispiele B7 bis B12 und VB7
Entfärbt wurde ein Altpapiergemisch aus Büropapier und Zeitungspapier. Untersucht wurde die zweistufige Flotation, wobei die erste Stufe wie üblich bei pH 9,6 in Gegenwart von 0,8 % Na-Oleat als Sammler durchgeführt wurde. VB7 zeigt das Ergebnis der ersten Stufe nach 10 Minuten Flotation. Für die Beispiele B7 bis B12 wurde die erste Stufe unter gleichen Bedingungen nur 5 Minuten flotiert. Die zweite Flotationsstufe wurde nach Absenken des pH-Wertes auf etwa 6,4 mit CO₂ und Aufrecherhalten dieses pH-Wertes während einer 5 minütigen Flotation durchgeführt. Tabelle 4 zeigt einzelne Parameter und die Ergebnisse.
Unter Verwendung der angegebenen kationischen Tenside wurde bei gleicher Gesamtflotationsdauer von 10 Minuten ein bis zu 2 Punkten höherer Weißgrad erhalten, allerdings bei etwas reduzierter Ausbeute.
Anmerkungen zu Tabelle 4:

¹⁾ bis ⁵⁾ sind Produkte der Degussa AG
¹⁾ ist ein Esterquat auf der Basis von quaterniertem ethoxyliertem Tallamin
²⁾ und ⁴⁾ sind Imidazoliniumsalze
³⁾ ist ein Esterquat auf der Basis eines Amidoamins aus Triethanolamin und einer Fettsäure
⁵⁾ Pseudo-QUAT = Amidoaminethoxylat-Salz

Beispiele B12 und B14 und VB8
Ein Deinkingstoff einer Betriebsanlage wurde erfindungsgemäß zweistufig einer Nachflotation unterzogen.
Die erste Flotationstufe erfolgte nach Zugabe von 2 % Wasserglas und 0,8 % Na-Oleat zum Pulp bei einem pH-Wert von 9,2 und einer Stoffdichte von 1 % bei 40°C. In der zweiten Stufe wurde der pH mit CO₂ auf 6,8 abgesenkt. Nach Erreichen dieses pH-Wertes wurde die CO₂-Zufuhr unterbrochen und mit Luft flotiert. Im Vergleichsbeispiel VB8 wurde 10 Minuten alkalisch flotiert, in den Beispielen B13 und B14 in jeder Stufe je 5 Minuten. Variiert wurden das Tensid und die Einsatzmenge.
Die Tabelle 5 zeigt die wesentlichen Parameter und die Ergebnisse. Bereits eine sehr geringe Menge eines kationischen Tensids führten zu einer deutlichen Weißgradteigerung.
Beispiele B15 und VB9: Nachflotation eines Deinkingstoffes industriellen Ursprungs
VB9: Alkalische Flotation, 10 Minuten bei 40°C, bei pH 9,2 in Gegenwart von 0,3 % Na-Oleat und 2 % Wasserglas
Weißgrad 67,4 % (ISO)
Ausbeute 90,9 %
B15: Zweistufige Flotation, je 5 Minuten/Stufe; 40°C. Bedingungen der ersten Stufe wie oben aber nur 5 Minuten Flotationsdauer. In der zweiten Stufe wurde der pH mit CO₂ auf 6,8 abgesenkt und dann bei diesem pH-Wert in Gegenwart von 0,05 % Rewoquat W3690 PG flotiert.
Weißgrad (nach 1. Stufe) 68,1
Weißgrad (nach 2. Stufe) 70,8

Claims

Verfahren zur Druckfarbenentfernung aus Altpapier durch Flotationsdeinking, umfassend Aufschlagen des Altpapiers in Gegenwart von Alkali unter Erhalt eines Pulps, eine erste Flotationsstufe bei einem pH-Wert im Bereich von größer 8 bis 11 in Gegenwart von Wasserglas und eines anionischen oder nichtionischen Tensids und eine zweite Flotationsstufe, wobei zu Beginn dieser Stufe eine Säure zum Pulp gegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass man den pH-wert des Pulps aus der ersten Flotationsstufe zu Beginn der zweiten Flotationsstufe unter Verwendung von Kohlensäure als Säure auf einen pH-Wert im Bereich von 5 bis 7,5 absenkt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die erste Flotationsstufe in Gegenwart von 0,2 bis 2 Gew.-%, bezogen auf das eingesetzte Altpapier (atro), eines anionischen Tensids bei einem pH-Wert im Bereich von größer 8 bis 10,5, insbesondere 8,5 bis 10, durchführt und den pH-Wert zu Beginn der zweiten Flotationsstufe auf einen Wert im Bereich von 5,5 bis etwa 7 absenkt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dadurch gekennzeichnet, dass man die zweite Flotationsstufe in Gegenwart einer Menge im Bereich von 0,01 bis 1,0 Gew.-%, insbesondere 0,05 bis 0,5, jeweils bezogen auf das eingesetzte Altpapier (atro), eines nichtionischen oder kationischen Tensids durchführt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man die Flotation bei einer Konsistenz (Stoffdichte) im Bereich von 0,3 bis 3 Gew.-%, insbesondere 0,5 bis 1,5 Gew.-% durchführt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man den pH-wert zu Beginn der zweiten Flotationsstufe durch Einleiten von CO₂ oder von mit CO₂ angereicherter Luft absenkt und bei Bedarf während der Flotation durch kontinuierliches oder periodisches Einleiten eines solchen Gases den pH-Wert unter 8, insbesondere im Bereich von 6,0 bis 7,5, hält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass man die Flotation der beiden Flotationsstufen während einer Gesamtdauer von 4 bis 20 Minuten, wobei die zweite Stufe 10 bis 90 %, insbesondere 20 bis 50 %, der Gesamtzeit beträgt, durchführt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man ein Altpapiergemisch, das konventionell und mit Inkjet-Farben oder/und anderen wasserlöslichen Farben bedruckte Papiere enthält, deinkt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man Altpapier in Gegenwart von Natriumhydroxid, Wasserglas und Wasserstoffperoxid aufgeschlägt, den Pulp auf eine für eine Flotation geeignete Stoffdichte verdünnt, die erste Flotationsstufe in Gegenwart von 0,3 bis 1,5 Gew.-%, bezogen auf das eingesetzte Altpapier (atro), eines anionsichen Tensids, insbesondere eines Alkalisalzes einer Fettsäure mit 16 bis 18 C-Atomen, bei einem pH-wert von etwa 8,5 bis 10,0 2 bis 10 Minuten betreibt, den pH-Wert des so enthaltenen Pulps durch Einleiten eines an CO₂-reichen Gases auf einen Wert im Bereich von 5,5 bis 7,5, insbesondere 6 bis 7, absenkt und die Flotation in Gegenwart von 0,05 bis 0,5 Gew.-%, bezogen auf das eingesetzte Altpapier (atro) eines kationischen oder nichtionischen Tensids, insbesondere eines kationischen Tensids, über einen Zeitraum von 2 bis 10 Minuten fortführt, wobei der zunächst abgesenkte pH-Wert des Pulps in der zweiten Stufe durch die Pufferwirkung des Pulps und/oder der Härte des bei der Pulpherstellung verwendeten Wassers ansteigen kann oder über eine wirksame Dauer durch periodisches oder kontinuierliches Einleiten eines CO₂-reichen Gases auf einen Wert im Bereich von 6 bis 7 gehalten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass man in der zweiten Flotationsstufe ein kationisches Tensid aus der Reihe der Tri(C₁-bis C₃)alkyl-(C₁₂- bis C₁₈)alkylammoniumsalze, N-Fettacylamidoalkylimidazoliniumsalze, Esterquats, quaternäre Fettacylamidoamin-ethoxylatquats, und Fettacylamidoamin-carbonsäuresalze verwendet.
Verfahren zur Erhöhung des Weißgrades eines durch Deinken gewonnenen Deinkinstoffes, umfassend eine Nachflotation eines aus dem Deinkingstoff erzeugten Pulps, dadurch gekennzeichnet, dass man unmittelbar nach einer alkalischen Flotationsstufe den pH-Wert unter Verwendung von Kohlensäure auf einen pH-Wert im Bereich von 5 bis 7,5, insbesondere 5,5 bis 7, absenkt und in Gegenwart eines kationischen oder nichtionischen Tensids eine wirksame Dauer weiter flotiert.