DE2818660C2 - - Google Patents
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- DE2818660C2 DE2818660C2 DE2818660A DE2818660A DE2818660C2 DE 2818660 C2 DE2818660 C2 DE 2818660C2 DE 2818660 A DE2818660 A DE 2818660A DE 2818660 A DE2818660 A DE 2818660A DE 2818660 C2 DE2818660 C2 DE 2818660C2
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- D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
- D21C—PRODUCTION OF CELLULOSE BY REMOVING NON-CELLULOSE SUBSTANCES FROM CELLULOSE-CONTAINING MATERIALS; REGENERATION OF PULPING LIQUORS; APPARATUS THEREFOR
- D21C9/00—After-treatment of cellulose pulp, e.g. of wood pulp, or cotton linters ; Treatment of dilute or dewatered pulp or process improvement taking place after obtaining the raw cellulosic material and not provided for elsewhere
- D21C9/10—Bleaching ; Apparatus therefor
- D21C9/1073—Bleaching ; Apparatus therefor with O3
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- D—TEXTILES; PAPER
- D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
- D21B—FIBROUS RAW MATERIALS OR THEIR MECHANICAL TREATMENT
- D21B1/00—Fibrous raw materials or their mechanical treatment
- D21B1/04—Fibrous raw materials or their mechanical treatment by dividing raw materials into small particles, e.g. fibres
- D21B1/12—Fibrous raw materials or their mechanical treatment by dividing raw materials into small particles, e.g. fibres by wet methods, by the use of steam
- D21B1/14—Disintegrating in mills
- D21B1/16—Disintegrating in mills in the presence of chemical agents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln von cellu
losehaltigem Faserstoffbrei, insbesondere von Holzstoff gemäß
dem Oberbegriff des vorstehenden Patentanspruchs 1, sowie
die Verwendung eines derart behandelten Faserstoffbreis.
Die Ozonbehandlung von cellulosehaltigem Papierbrei ist aus
der DE-OS 24 44 475 bekannt. Hierbei ist ein durch Schleifen
in einer Scheibenmühle oder einem Scheibenrefiner erhaltener
Holzstoff (mechanische Masse) für eine unmittelbare Ozonbehand
lung besonders geeignet, weil die durch Schleifen erhaltene
Masse bereits eine geeignete hohe Konsistenz besitzt. eine
Fraktionierung dieser Masse ist jedoch nicht vorgesehen, und
eine Entwässerung einer oder mehrerer solcher Fraktionen ist
weder beabsichtigt noch möglich.
Andererseits hat man auch schon Zellstoff (chemische Masse)
fraktioniert und die Fraktionen gesondert einer Bleichbehand
lung unterzogen (DE-AS 11 90 106) bzw. einen Holzstoff fraktio
niert und die grobe Fraktion mit Ozon bei einer niedrigen oder
hohen Konsistenz behandelt, wonach die Fraktionen vereinigt
wurden (Paperi ja Puu, No. 1, S. 17-26, und No. 2, S. 47-62
(1977)). Mit all diesen bekannten Maßnahmen ist es jedoch nicht
möglich gewesen, die bei der Behandlung eingesetzten Mittel effek
tiv auszunutzen und die Beziehungen zwischen den Festigkeits
eigenschaften des behandelten Papierbreis optimal zu gestalten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es nun, ein Verfahren
der eingangs genannten Art anzugeben, durch das die bei der
Behandlung eingesetzten Mittel effektiv ausgenutzt werden
und durch das unabhängig vom Anwendungsgebiet des behandelten
Papierbreis dessen Festigkeitseigenschaften optimal gestaltet
werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren
gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 gelöst. Weitere
Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 5. Die Verwendung
des so behandelten Faserstoffbreis ist Gegenstand der Ansprüche 6 und 7.
Durch dieses Verfahren wird ein fertig behandelter Papierbrei
erhalten, aus dem ein Papier mit einer optimalen Kombination
von hoher Reißfestigkeit und hoher Zugfestigkeit erzeugt werden
kann. Das Verfahren nach der Erfindung gestattet auch eine
effektivere Ausnutzung des Ozons, wobei der Gesamtozonverbrauch
bei der Behandlung der getrennten Fraktionen kleiner ist, als
wenn der Papierbrei insgesamt mit Ozon behandelt würde. Dies
ist darauf zurückzuführen, daß die feine Teilchen enthaltenden
Fraktionen gewöhnlich einen sehr großen Oberflächenanteil des
Gesamtpapierbreis darstellen und dementsprechend weit mehr
Ozon verbrauchen, als vergleichsweise für den Grad der Verbes
serungen notwendig ist gegenüber dem Fall, wenn sowohl feine
als auch grobe Fraktionen des Papierbreis gemeinsam mit Ozon
behandelt werden.
Ein weiteres Merkmal des Verfahrens nach der Erfindung ist darin
zu sehen, daß die Fraktionen vor der Ozonbehandlung in ihrem
Konzentrationsgrad verändert werden, wobei die Fraktionen mit
gröberen Teilchen durch Abtrennen von Flüssigkeit eingeengt
und bei einem relativ hohen Feststoffgehalt mit Ozon behandelt
werden. Die von der groben Fraktion abgetrennte Flüssigkeit
wird weitgehend vollständig zu den Fraktionen aus feinen Teil
chen zugesetzt, so daß die Feinteilchenfraktionen bei hoher
Verdünnung behandelt werden.
Vorzugsweise kann bzw. können die mit Ozon zu behandelnden
Fraktion(en) für die Trennung in Papierbreiteilchen verschiede
ner Größe mit einer Reihe von Sieben klassiert werden, wobei
der Überlauf (Rückstand) vor einer weiteren Zerfaserung ozoni
siert und zum erneuten Absieben den Sieben zugeführt wird.
Holzpapierbrei mit großem Schnitzelanteil wird abgesiebt, um
die groben Schnitzelteilchen abzutrennen, weil diese nicht für
den beispielsweise in einer Papiermaschine weiterzubehandelnden
Papierbrei geeignet sind. Wenn diese größeren Teilchen ozoni
siert werden, ehe sie zu kleineren Teilchen zerteilt worden sind,
und so erneut abgesiebt werden, wird eine weitere effektive Aus
nutzung des Überlaufs erreicht, wobei die Ozonbehandlung leicht
in einer vorhandenen Filter- oder Siebanlage anwendbar ist, in
der eine Überlaufbehandlung von cellulosehaltigem Papierbrei
erreicht wird.
Der ozonisierte Überlaufpapierbrei läßt sich leichter zerfasern,
und das Verfahren nach der Erfindung trägt somit auch zu einer
Entlastung des Zerfaserungsprozesses in beispielsweise einer
vorhandenen Absiebanlage bei.
Das in bezug auf die Siebanlage der Erfindung zugrunde liegende
Problem wird dadurch gelöst, daß eine erste Fraktion des gröb
sten Überlaufs zunächst mit Ozon behandelt und danach in einem
ersten Zerfaserer zerfasert wird, bevor sie einem Stufensieb
separat zu den Absiebstufen zugeführt wird, und daß eine zweite
Fraktion des Überlaufs von den gröbsten Siebstufen einem zweiten
Zerfaserer zugeführt wird, wonach die zweite zerfaserte Fraktion
einem Stufensieb zugeführt wird, wobei der Durchlauf aus diesem
Stufensieb zu einer oder mehreren anderen Absiebstufen zum
weiteren Absieben zugeführt wird und der Überlauf erneut dem
zweiten Zerfaserer zugeführt wird.
Das Verfahren nach der Erfindung ist leicht in vorhandenen
Siebanlagen anwendbar, ohne daß an der Anlage andere als nur
geringfügige Veränderungen vorgenommen werden müßten.
Es ist festzuhalten, daß zusammen mit der Ozonbehandlung des
Papierbreis auch ein Entwässerungs- sowie ein Auflockerungs
prozeß stattfinden. Diese Vorgänge werden durchgeführt, bevor
der Papierbrei der Ozonbehandlung unterworfen wird, nach welcher
der Papierbrei aufgeschlämmt wird, d. h. Ätznatron und Wasser
zu dem ozonisierten Papierbrei zugefügt werden.
Die Ozonbehandlung des groben Faserbreis findet gewöhnlich bei
hoher Konzentration statt, d. h. bei einem Feststoffgehalt von
etwa 30 bis 50%, und die Auftrennung des wäßrigen Papierbreis
in eine oder mehrere Fraktionen mit groben Teilchen erleichtert
das Entwässern dieser Fraktionen, wobei ein suspendierter
Papierbrei um so leichter entwässert werden kann, je gröber
die suspendierten Teilchen (Fasern) sind. Was die cellulose
haltigen Hochleistungspapierbreie anbetrifft, so wird erfin
dungsgemäß eine weitgehend herabgesetzte Entwässerungszeit für
die Fraktionen mit niedrigem Gehalt an feinem Material erzielt,
eine Tatsache, die im Zusammenhang mit der Abstufung der Kon
zentration der Papierbreisuspension vor der Ozonbehandlung
eine direkte Energieeinsparung bedeutet.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeich
nung im einzelnen erläutert, die verschiedene Ausführungs
formen der vorliegenden Erfindung zeigt. In der Zeichnung ist
Fig. 1 ein schematisches Ablaufdiagramm einer ersten Ausfüh
rungsform des Verfahrens nach der Erfindung,
Fig. 2 ein schematisches Ablaufdiagramm einer Variante der
in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform,
Fig. 3 ein schematisches Ablaufdiagramm einer weiteren Aus
führungsform des Verfahrens nach der Erfindung,
Fig. 4 ein schematisches Ablaufdiagramm einer noch weiteren
Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung und
Fig. 5 ein schematisches Ablaufdiagramm einer Ausführungsform
des Verfahrens nach der Erfindung bei Anwendung in
einer Absiebanlage.
Nachfolgend wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Behand
lung von mechanischem Papierbrei erläutert, der auch als cellu
losehaltiger Hochleistungspapierbrei bezeichnet wird. Selbst
verständlich kann jedoch das Verfahren nach der Erfindung mit
demselben Erfolg auch bei der Behandlung von Cellulosepapier
brei allgemein angewendet werden, der außer mechanischem Papier
brei auch chemisch-mechanischer Papierbrei (halbchemischer
Papierbrei) und chemischer Papierbrei (Sulfit- oder Sulfat
cellulose) sein kann.
Fig. 1 zeigt eine Mahlvorrichtung oder einen Zerkleinerer 1,
der zerkleinertes Holz oder Schnitzel zu einem gemahlenen
oder zerkleinerten Papierbrei verarbeitet. Die Papierbreie
werden üblicherweise als mechanischer oder als cellulosehalti
ger Hochleistungspapierbrei bezeichnet.
Aus der Vorrichtung 1 wird der zerkleinerte mechanische Papier
brei einer Fraktioniervorrichtung 2 zugeführt, in welcher der
Papierbrei in eine grobe Fraktion, die einer Entwässerungs-/
Preßvorrichtung zugeführt wird, und eine feine Fraktion, welche
teilweise einem ersten Ozonisierer 4 und teilweise einem Misch
kasten 5 zugeführt wird, aufgeteilt wird. Wie bei 3′ angegeben
ist, wird das Abwasser aus der Entwässerungs-/Preßvorrichtung
zusammen mit einem Teil der feinen Fraktion dem Ozonisierer 4
zugeführt, in welchem die feine Fraktion auf einen Feststoff
gehalt von etwa 0,1 bis 0,5 verdünnt wird. Ein Teil des Abwassers
aus der Entwässerungs-/Preßvorrichtung 3 wird direkt einem
Mischkasten 5 zugeführt, wie dies durch die gestrichelte Linie 6
angedeutet ist. Die gestrichelte Linie 4′ bezeichnet, daß ein
Teil der unbehandelten feinen Fraktion aus der Fraktionier
einrichtung 2 direkt dem Mischkasten 5 zugeführt wird.
Mit einem Feststoffgehalt von etwa 35 bis 50% wird die grobe
Fraktion aus der Entwässerungs-/Preßvorrichtung 3 einer Auf
lockerungsanlage 7 zugeführt, in der sie eine leichte und
lockere Konsistenz erhält, wonach sie mit etwa demselben Fest
stoffgehalt wie beim Verlassen der Entwässerungs-/Preßvorrich
tung 3 einem zweiten Ozonisierer 8 zugeführt wird.
Nach der Ozonbehandlung in dem Ozonisierer 8 wird die behandelte
groben Fraktion entweder direkt dem Mischkasten 5 zugeführt,
wie dies durch die gestrichelte Linie 9′ angedeutet ist, oder
einer Nachmahleinrichtung 9, beispielsweise einem Zerkleinerer,
in welchem der behandelte Papierbrei durch innere Reibung ver
mahlen wird. Gewünschtenfalls kann ein Teil der ozonbehandelten
grobe Fraktion in der Vorrichtung 9 nachgemahlen werden,
während der Rest direkt dem Mischkasten 5 zugeführt wird. Eine
derartige Aufteilung der groben Fraktion hängt von der Güte
des fertigen Papierbreis oder der Papierprodukte ab, für deren
Herstellung der behandelte Papierbrei verwendet werden
soll.
In dem Mischkasten 5 werden die individuell behandelten feinen
und groben Fraktionen vereinigt. Der fertig behandelte und
gemischte Papierbrei wird danach einer nachfolgenden, nicht
dargestellten Vorrichtung zur Weiterverarbeitung zu Papier
oder Pappe od. dgl. zugeführt.
Bei cellulosehaltigem Hochleistungspapierbrei, d. h. mechanischem
Papierbrei, und in gewissem Maße auch bei chemisch-mechanischem
Papierbrei, ist es in erster Linie die Erhöhung der Festigkeit,
die das wichtigste Ergebnis der Ozonbehandlung ist, aber inner
halb dieser Papierbreikategorien wird auch eine Erhöhung der
Helligkeit, d. h. einer Bleichung, insbesondere bei Papierbrei
aus Laubgehölzen, erreicht. Cellulosehaltiger, ozonisierter
Hochleistungspapierbrei wird hauptsächlich als Ersatz für
chemischen Papierbrei bei verschiedenen Papierqualitäten ein
gesetzt. Es versteht sich jedoch, daß das erläuterte Verfahren
auch für die Behandlung von chemischem Papierbrei, d. h. Sulfit-
oder Sulfatcellulose, angewendet werden kann.
Die Festigkeitseigenschaften des cellulosehaltigen Hochleistungs
papierbreis, insbesondere des mechanischen Papierbreis, zeichnen
sich hauptsächlich durch den Langfaseranteil, den sogenannten
L-Faktor, und in zweiter Linie durch die spezifische Oberfläche
(die Gesamtoberfläche pro Gewichtseinheit) der Zwischenfraktion
(den sogenannten S-Faktor) aus. Mit Zwischenfraktion ist der
Teil des Papierbreis gemeint, der eine mittlere Faserlänge auf
weist. Der L-Faktor kann als Maß für die Verteilung der Faser
länge des Papierbreis gelten, während der S-Faktor das Maß für
die Form der Fasern angibt. Die Reißfestigkeit hängt in erster
Linie von dem L-Faktor ab und nimmt mit diesem zu, d. h. mit
einer Vergrößerung des Langfaseranteils. Die sogenanten Zug
eigenschaften jedoch, wie Zugfestigkeit, Berstfestigkeit und
Naßfestigkeit, hängen hauptsächlich und teilweise proportional
von dem S-Faktor ab.
Die mechanische Beanspruchung der Fasern beim Mahlen oder Zer
kleinern führt zu einer Aufspaltung eines Teils der Fasern, so
daß für ein und denselben Papierbrei nicht sowohl hohe Reiß
festigkeit als auch hohe Zugfestigkeit erreicht werden kann.
Jedoch erbringen die Scheibenzerkleinerer und besonders die
Druckzerkleinerer im Vergleich zu den üblichen Mahlverfahren
eine günstige Beziehung zwischen der Reißfestigkeit und der
Zugfestigkeit eines Holzpapierbreis.
Bei der Ozonbehandlung von cellulosehaltigem Hochleistungspapier
brei wird eine größere Erhöhung der Reißfestigkeit erzielt, je
gröber der Papierbrei von der Ozonbehandlung ist, d. h. die
Reißfestigkeit nimmt zu mit dem sogenannetn "Mahlungsgrad"
(Entwässerbarkeit) des Papierbreis. Auf der anderen Seite
ergibt ein grober Papierbrei eine rauhe Oberfläche und ist
dementsprechend ungeeignet für die Erzeugung von Papier für
beispielsweise Zeitungen und Zeitschriften. Für derartige
Produkte muß der Papierbrei einen bestimmten Anteil an feineren
Teilchen enthalten, damit ein Papier mit glatter Oberfläche
erhalten werden kann.
Wie im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausführungsform
gemäß Fig. 1 erläutert wurde, bei der der cellulosehaltige
Papierbrei in zwei oder mehrere Fraktionen in Abhängigkeit
von der Teilchengröße aufgetrennt und die einzelnen Fraktionen
nachfolgend individuell behandelt werden, wird eine sehr gün
stige Beziehung zwischen der Zugfestigkeit und der Reißfestig
keit des letztlich erhaltenen Papierbreis erreicht. Neben einer
besseren Festigkeitsbeziehung, die sich durch eine Kombination
von hoher Reißfestigkeit und hoher Zugfestigkeit auszeichnet,
wird auch erfindungsgemäß eine beträchtlich effektivere Ausnut
zung des Ozons erreicht, wobei der Gesamtozonverbrauch niedriger
ist, als wenn für die Erzielung derselben Eigenschaften der
gesamte Papierbrei ohne vorherige Fraktionierung mit Ozon
behandelt würde. Der größere Ozonverbrauch bei der konventio
nellen Ozonbehandlung ist darauf zurückzuführen, daß der
Feinmaterialanteil einen sehr großen Anteil der Gesamtober
fläche des Papierbreis darstellt und dementsprechend weit mehr
Ozon verbraucht, als notwendig ist, wenn die feine und die grobe
Fraktion individuell mit Ozon behandelt werden.
Die Fraktionierung des zerkleinerten Papierbreis in zwei oder
mehrere Fraktionen entsprechend der Teilchengröße erbringt auch
den Vorteil, daß die Entwässerungs-/Preßbehandlung der groben
Fraktion(en) erleichtert wird, wobei die Papierbreisuspension
um so einfacher zu entwässern ist, je gröber die suspendierten
Teilchen oder Fasern sind. So wird bei cellulosehaltigem Hoch
leistungspapierbrei eine wesentliche Verringerung der Entwäs
serungszeit erreicht, d. h. die Verweilzeit in der Entwässerungs-/
Preßanlage 3 wird auf ein Minimum herabgesetzt.
Bei Papierbreiqualitäten, bei denen es notwendig ist, sowohl
die grobe als auch die feine Fraktion mit Ozon zu behandeln,
erbringt die Ozonbehandlung der feinen Fraktion bei sehr nie
driger Konsistenz auch eine Nettoeinsparung an Energie, wobei
die niedrige Konsistenz der feinen Fraktion innerhalb des
Wassergleichgewichts des Ausgangspapierbreis erreicht wird.
Der Grund dafür, daß nicht der gesamte Papierbrei bei niedriger
Konsistenz mit Ozon behandelt wird, ist darin zu sehen, daß
zur Erreichung eines guten Reaktionsverlaufs die individuellen
Teilchen in der wäßrigen Phase vollständig voneinander getrennt
und frei für das Ozon zugänglich sein müssen, welches der
wäßrigen Phase zugesetzt wird. Bei einem nichtfraktionierten
Papierbrei bedeutet dies eine Konsistenz in der Größenordnung
von 0,1%, d. h. 1 t Wasser pro kg trockenen Papierbrei, was
riesige Anlagenausmaße und nicht zuletzt auch einen energie
verbrauchenden Transport bedeuten würde.
Die durch die Ozonbehandlung erreichte Erhöhung der Festigkeit
ist auf die Oberflächenreaktion der Einzelfasern zurückzuführen,
d. h. auf eine Modifikation der Teilchenoberfläche, und deshalb
ist es wünschenswert, diese Kontaktoberfläche so groß wie
möglich und so zugänglich wie möglich für das Ozon zu machen.
Dies wird durch Zusatz eines Quellmittels erreicht, und bei
einigen Lignintypen wurde eine dreifache Erhöhung des Volumens
erzielt, wenn kleine Mengen Ätznatron (NaOH) zugesetzt werden.
Dieses Mittel wird den verschiedenen Papierbreifraktionen zuge
fügt, wenn sie sich in den Ozonisierern 4 bzw. 8 befinden. Um
die Oberfläche so weit als möglich für Ozon zugänglich zu
machen, kann ein Dispergiermittel eingesetzt werden, so daß
die Teilchen in günstigster Weise in der flüssigen Phase ver
teilt werden. Der Zusatz eines Dispergiermittels wird vorzugs
weise während der Ozonbehandlung der feinen Fraktion vorgenom
men, wie dies durch den Ozonisierer 4 angedeutet ist. Gewünsch
tenfalls kann den Papierbreifraktionen ein grenzflächenaktives
Mittel oder ein Lösungsmittel zugesetzt werden.
Aus reinen Wirtschaftlichkeitsgründen kann es sehr günstig
sein, nur die grobe Fraktion mit Ozon zu behandeln. Bei einer
Vielzahl von Endprodukten, wie mehrlagigem Papier, Pappe oder
Karton, kann dies in vorteilhafter Weise dadurch erreicht wer
den, daß die verschiedenen Papierbreianteile oder Fraktionen
getrennt gehalten werden, wobei die beiden Außenschichten vor
zugsweise aus Feinmaterialfraktionen gebildet werden, die
günstige optische und Druckeigenschaften bewirken, während die
Zwischenschicht aus der groben Fraktion gebildet wird, die dem
fertigen Papierprodukt eine geeignete Festigkeit verleiht.
Ein schematisches Ablaufdiagramm, das die Ozonbehandlung nur
der groben Fraktion erläutert, ist in Fig. 2 dargestellt. Hier
ist der Ozonisierer 4 weggelassen, wobei die feine Fraktion
von der Fraktioniervorrichtung 2 direkt dem Mischkasten 5 zuge
führt wird, in dem sie mit der ozonisierten und nachgemahlenen
groben Fraktion vereinigt wird. Gewünschtenfalls kann der
Papierbrei von der Nachmahleinrichtung 9 einem Stufensieb und
einem weiteren Zerkleinerer zugeführt werden.
Fig. 3 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm einer weiteren
Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung, die diesel
ben Blöcke wie Fig. 1 enthält. Was das Diagramm gemäß Fig. 3
von dem nach Fig. 1 unterscheidet, ist die Einfügung eines
weiteren Mischkastens 10 zwischen dem Ozonisierer 4 und dem
Mischkasten 5, wobei diesem Mischkasten 10 teilweise behandel
ter und teilweise unbehandelter Feinfraktionspapierbrei zusammen
mit anderer Papierbreisuspension, beispielsweise unbehandeltem
mechanischem Papierbrei, Cellulose od. dgl., wie dies durch
die Linie 11 angezeigt wird, zugeführt wird. Aus dem Misch
kasten 10 wird das Gemisch aus behandelter und unbehandelter
Feinfraktion und unbehandeltem zusätzlichem cellulosehaltigem
Papierbrei in dem Mischkasten 5 mit den ozonbehandelten groben
Fraktionen zusammengebracht, wobei die groben Fraktionen ent
weder direkt aus dem Ozonisierer 8 oder über die Nachmahl
vorrichtung 9 zugeführt werden.
Der Grund für die Verwendung eines weiteren Mischkastens 10
bei dem Verfahren gemäß Fig. 3 liegt darin, daß das unbehandelte
feine Material, das über die Leitung 4′ zugeführt wird, eine
geringe Bindefestigkeit aufweist und zu einer Neutralisierung
der höchst bindefähigen Fasern beiträgt, aus denen die grobe
Fraktion weitgehend besteht. Das feine Material eignet sich,
mit anderen Worten, zum "Einbacken" der bindeaktiven Fasern.
Bei dem Ablaufdiagramm von Fig. 3 ist diese Bedingung dadurch
zu verbessern gesucht, daß der Anteil der feinen Fraktion, der
über die Leitung 4′ von dem Teil des Papierbreis entfernt wird,
der mit Ozon zu behandeln ist, mit weiterem cellulosehaltigem
Papierbrei vermischt wird, wie durch die Linie 11 angezeigt
ist, und gründlich damit in dem Mischkasten 10 vermischt wird,
ehe es zusammen mit dem ozonbehandelten feinteiligen Material
der ozonbehandelten groben Fraktion in dem Mischkasten 5 zuge
setzt wird. Durch eine solche Verfahrensweise wird eine weit
gehend verminderte Konzentration des feinen Materials in bezug
auf den Papierbrei erreicht, mit dem die grobe Fraktion ver
mischt wird, und dadurch eine verminderte Möglichkeit des Ein
backens der bindeaktiven, ozonbehandelten Fasern.
Fig. 4 zeigt eine wiederum andere Ausführungsform der Erfindung
in Form eines schematischen Ablaufdiagramms, das dieselben
Blöcke enthält, wie sie im Zusammenhang mit Fig. 1 diskutiert
wurden. Fig. 4 unterscheidet sich dahingehend von Fig. 1, daß
die gestrichelten Linien 4′, 6 von Fig. 1 weggelassen sind,
während zwischen den Ozonisierern 8 und 4 eine Transportleitung 12
für die organischen Verbindungen dargestellt ist, die bei der
Ozonbehandlung des hochkonsistenten groben Papierbreis in dem
Ozonisierer 8 anfallen. Diese organischen Verbindungen sind in
großem Maße grenzflächenaktive Mittel, und sie tragen zu einer
Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit zwischen dem Ozon und der
niedrigkonsistenten feinen Fraktion in dem Ozonisierer 4 bei.
Für die weitere Verbesserung der Eigenschaften von ozonbehan
deltem Papierbrei können geeignete Chemikalien dem Papierbrei
bei geeigneten Stufen vor oder nach der Ozonisierung zugesetzt
werden.
In Fig. 5, die ein schematisches Ablaufdiagramm einer bevorzug
ten Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung darstellt,
ist 1′ eine Zuführungsleitung für cellulosehaltigen, mechani
schen, zu klassierenden Papierbrei oder Rohstoff, der unter
anderem aus Schnitzeln verschiedener Größe besteht.
Der Rohstoffpapierbrei wird einem Grobsieb 2′ zugeführt, das
die Aufgabe hat, die großen Teilchen aus dem Papierbrei auszu
sondern. Die auch als "Knorren" bezeichneten großen Teilchen
werden von dem Grobsieb als ungeeignetes Material oder Überlauf
ausgesondert und können in geeigneter Weise in einem Nach
schnitzelwerk oder einer Hammermühle weiter behandelt werden,
wie durch den Block 3′ angedeutet.
Die Knorren können von dem Grobsieb dem Nachschnitzelwerk oder
der Hammermühle 3′ über einen Wasserkanal oder auf einem Gummi
förderband oder über eine Schnecke zugeführt werden. Ein Nach
schnitzelwerk kann beispielsweise eine in einem Gehäuse rotierende
Welle enthalten, wobei der Boden des Gehäuses eine perforierte
Platte ist. An der Welle können kreisförmige Platten angebracht
sein, an deren Umfang Fortsätze etwa wie bei einem Sägeblatt
vorhanden sind. Die Knorren werden zwischen dem Rotor und dem
Gehäuse aufgebrochen, ehe sie die perforierte Platte passieren.
Bei einer Hammermühle kann der Rotor in dem Gehäuse mit Hämmern
versehen sein, die die Knorren zu homogenen, kleinen Schnitzeln
aufbrechen. Diese kleinen Schnitzel können die perforierte Platte
der Hammermühle passieren, wonach sie mit Wasser vermischt und
zu dem wirklichen Überlaufzerkleinerer gepumpt werden, wie es
nachstehend noch im einzelnen erläutert wird.
Der Durchlauf des Grobsiebes 2′ wird zum Feinsieben weiterge
leitet, d. h. zur Abtrennung von kleineren Schnitzeln und großen
Faserbündeln von dem Papierbrei. Bei der in der Zeichnung dar
gestellten Anlage findet die Feinsiebung bei einem ersten
Stufensieb 4′, einem zweiten Stufensieb 5′ und einem Nachsieb 6′
statt. Der von dem Grobsieb 2′ erhaltene Papierbrei wird dem
ersten Stufensieb 4′ zugeführt, und der Durchlauf von dem
Stufensieb 4′ wird dem Nachsieb 6′ zugeführt. Der Überlauf des
ersten Stufensiebes 4′ und des Nachsiebes 6′ werden einer Ozo
nisierungs- und Zerfaserungsstufe zugeführt. In der Zeichnung
ist die dieser Stufe zugehörige Vorrichtung von dem gestrichel
ten Block 7′ umrahmt.
Der Überlauf des ersten Stufensiebes 4′ besteht nicht nur aus
Schnitzeln oder Faserbündeln, sondern auch aus guten Fasern,
die bei der nachfolgenden Papiererzeugung ausgenutzt werden
sollten.
Der nach dem ersten Stufensieb 4′ erhaltene Papierbrei ist nicht
ganz rein und muß deshalb das Nachsieb 6′ passieren. Selbst wenn
der Papierbrei mehrere Male gesiebt wird, enthält er immer noch
kleine Schnitzel, Sand und Rindenteilchen. Die unerwünschten
Teilchen werden aus dem Papierbrei in einem Wirbelseparator 8′
abgetrennt, bevor die Siebanlage verlassen wird.
Nicht nur der Überlauf des ersten Stufensiebes 4′ und des Nach
siebes 6′ werden dem Block 7′ zugeführt, sondern auch der größere
Teil und in einigen Fällen 100% des Überlaufs des Grobsiebes 2′,
d. h. der Überlauf, der in der Hammermühle oder dem Nachschnitzel
werk 3′ vorbehandelt worden ist. Der mögliche verbleibende Teil
des vorbehandelten "Knorren"-Überlaufs wird direkt einem Zer
faserer zugeführt, beispielsweise einem Scheibenzerkleinerer 9′,
in dem der Überlauf zu annehmbaren Fasern, die zur Erhöhung der
Festigkeit des Holzpapierbreis dienen, gemahlen wird. Auch der
Papierbrei, der den Block 7′ passiert, jedoch das zweite Stufen
sieb 5′ nicht durchlaufen hat, wird dem Zerkleinerer 9′ zuge
führt.
Der den Scheibenzerkleinerer 9′ verlassende Papierbrei, d. h.
weitgehend der gesamte Papierbrei, der dem zweiten Stufensieb 5′
von dem Block 7′ zugeführt worden ist und der dieses Stufensieb
nicht durchlaufen hat, wird einem zweiten Stufensieb 5′ zuge
führt, und der von diesem erhaltene Durchlauf wird dem ersten
Stufensieb 4′ zugeführt.
Der dem Block 7′ zugeführte Papierbrei, d. h. der größere Teil
des vorbehandelten Überlaufs von dem Grobsieb 2′ und der Über
lauf von dem ersten Stufensieb 4′ und dem Nachsieb 6′, wird
zunächst in der Entwässerungs-/Preßanlage 10′ entwässert und dann
einer Auflockerungsanlage 11′ zugeführt in der der Papierbrei
eine leichte und lockere Konsistenz erhält.
Aus der Auflockerungsanlage 11′ wird der Papierbrei einem
Ozonisierer 12′ zugeführt, in welchem er mit Ozon (O3) behandelt
und mit Ätznatron (NaOH) gemischt wird. Infolge der Ozonbehand
lung wird eine Erhöhung der Festigkeit des Papierbreis erzielt,
die auf eine Oberflächenreaktion der Einzelfasern zurückzuführen
ist, d. h. auf eine Modifikation der Teilchenoberfläche. Es ist
deshalb erwünscht, diese Kontaktoberfläche so groß wie möglich
und so zugänglich wie möglich für Ozon zu gestalten. Dies kann
durch Zusatz eines Quellmittels erreicht werden, und bei
einigen Lignintypen wurde eine dreifache Erhöhung des Volumens
durch Zusatz kleiner Ätznatronmengen (NaOH) erreicht. Dieses
Mittel wird dem Papierbrei zugesetzt, wenn er sich in dem
Ozonisierer 12′ befindet. Gewünschtenfalls kann dem Papierbrei
auch ein grenzflächenaktives Mittel oder ein Lösungsmittel zuge
setzt werden.
Die Ozonbehandlung des groben Papierbreis findet normalerweise
bei hoher Konzentration, d. h. bei einem Trockensubstanzgehalt
von etwa 30 bis 50%, statt, und da die Papierbreisuspension um
so leichter entwässert werden kann, je gröber die suspendierten
Teilchen oder Fasern sind, wird bei der Behandlung des groben
Überlaufs eine wesentliche Herabsetzung der Entwässerungszeit,
d. h. der Verweilzeit in der Entwässerungs-/Preßanlage 10′ auf
ein Minimum, erzielt.
Im Anschluß an die Ozonbehandlung wird der Überlaufpapierbrei
einem Zerfaserer zugeführt, beispielsweise einem Scheibenzer
kleinerer 13′, der den ozonbehandelten Papierbrei zu einer
feineren Konsistenz zerkleinert. Diese Nachzerkleinerung kann
mit einem minimalen Energieverbrauch durchgeführt werden, wobei
ein ozonisierter Papierbrei leichter defibriert wird als ein
unbehandelter. Vor der Defibrierung des ozonbehandelten Papier
breis wird er mit geeigneten Mengen Wasser versetzt.
Aus dem Zerkleinerer 13′ wird der ozonbehandelte und defibrierte
Überlauffaserbrei zusammen mit dem Faserbrei aus dem Zerkleine
rer 9′ dem zweiten Stufensieb 5′ zugeführt, von dem, wie vor
stehend erläutert, der Durchlauf zu dem ersten Stufensieb 4′
und der Überlauf dem Zerkleinerer 9′ zugeführt werden.
Das Verfahren nach der Erfindung gestattet eine verbesserte
Behandlung des Überlaufpapierbreis, wobei ein Papierbrei, der
aus relativ groben Teilchen besteht, besonders günstig ozon
behandelt werden kann, weil eine um so größere Erhöhung der
Reißfestigkeit erzielt wird, je größer der Faserbrei vor der
Ozonbehandlung ist. Außerdem sind zur Erreichung desselben
günstigen Ergebnisses im Vergleich zu der Behandlung von Fein
teilchenfaserbrei kleinere Ozonmengen erforderlich.
Weiterhin erfordert die Entwässerung von Grobüberlauffaserbrei
ein Minimum an Energie, da ein gröberer Papierbrei leichter
entwässert werden kann als ein feiner. Neben einem geringeren
Energieverbrauch bei der Entwässerung bedeutet dies auch eine
kürzere Entwässerungszeit und eine größere Anlagenkapazität.
Ein weiterer Vorteil des Verfahrens nach der Erfindung besteht
darin, daß das Verfahren leichter auf bereits vorhandene Anlagen
verwendet werden kann, wobei die Zusammenarbeit zwichen den
vorhergehenden Siebprozessen und dem Verfahren nach der Erfin
dung zu einer effektiveren Ausnutzung der Anlage im ganzen
gesehen führt. Folglich besteht ein vorteilhaftes Merkmal einer
solchen Anlage darin, daß die Menge des Grobsiebüberlaufs,
welcher einer Ozonbehandlung und Zerfaserung unterzogen werden
soll, von der Schnitzelgröße des Grobsiebüberlaufs und dessen
Gesamtmenge entschieden wird, wobei eine kleine Gesamtmenge
an Grobsiebüberlauf und/oder eine kleine Schnitzelgröße es
mit sich bringt, daß ein kleiner Teil des Grobsiebüberlaufs
ozonisiert und zerfasert wird, während eine große Menge des
Grobsiebüberlaufs und/oder eine große Schnitzelgröße es mit
sich bringt, daß ein großer Teil des Grobsiebüberlaufs unter
Entlastung des Zerkleinerers ozonisiert und zerfasert wird.
Es versteht sich jedoch, daß der Zerfaserer 13′ durch eine
einfache, aber kräftige Rühranlage ersetzt werden kann, die
den ozonbehandelten, verdünnten Papierbrei kräftig durchrührt,
bevor er dem zweiten Stufensieb 5′ zugeführt wird. In dem
Stufensieb werden die großen Teilchen, d. h. der Überlauf, zu
dem Zerkleinerer 9′ geführt, und dies allein ergibt die Zerfa
serung des Papierbreis, die notwendig ist, damit der grobe
Papierbrei das zweite Stufensieb und die restlichen Siebstufen
durchläuft.
In einer vorhandenen Anlage erbringt dann der Zerkleinerer 9′
allein die notwendige Zerfaserung des Papierbreis, jedoch kann
nichtsdestoweniger die Kapazität des Systems vergrößert werden,
wobei eine ozonbehandelte Papierbreisuspension leichter zerfasert
wird als ein unbehandelte.
Verglichen mit den üblichen Methoden der Ozonbehandlung von
Papierbrei in der Papierindustrie erbringt das Verfahren nach
der Erfindung eine Herabsetzung der erforderlichen Mengen an
Ozon von bis zu einem Drittel, was neben einer Einsparung an
Betriebskosten auch eine Kapitalersparnis bedeutet. Außerdem
führt das Verfahren auch zu einem Papierbreiprodukt, das
optimale Festigkeitseigenschaften aufweist, und die einzelnen
Verfahrensschritte können leichter und bei minimalem Energie
verbrauch durchgeführt werden. Dies gilt nicht nur für den
Entwässerungsprozeß der Papierbreifraktionen aus gröberen
Teilchen, sondern auch für deren eventuelles Nachmahlen nach
vollzogener Ozonbehandlung, wobei der ozonisierte Papierbrei
wesentlich leichter zerfaserbar ist als ein unbehandelter.
Claims (7)
1. Verfahren zum Behandeln von cellulosehaltigem Faserstoffbrei,
insbesondere von Holzstoff (mechanische Masse), bei dem der
Faserstoff entsprechend der Teilchengröße (Faserlänge) in
Fraktionen fraktioniert wird, wodurch grobe Teilchen enthal
tende Fraktionen mit mittlerer Konsistenz und feine Teilchen
enthaltende Fraktionen mit niedriger Konsistenz anfallen,
wonach eine oder mehrere dieser Fraktionen mit Ozon behandelt
und die Fraktionen zu einem Faserstoffbrei vereinigt werden,
dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzeugen von Grobfraktionen
mit hohem Feststoffgehalt und von verdünnten Feinfraktionen
Grobfraktionen durch Abtrennen von Flüssigkeit aufkonzentriert
werden und die abgetrennte Flüssigkeit einer oder mehrerer der
Feinfraktionen zugegeben wird, wobei wenigstens eine Grob
fraktion und eine Feinfraktion mit Ozon behandelt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß min
destens eine der mit Ozon behandelten Grobfraktionen mit
hohem Feststoffgehalt nach der Ozonbehandlung und vor der
Vereinigung der Fraktionen einer weiteren Zerfaserung in
alkalischer Umgebung unterzogen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei
der Ozonbehandlung der Grobfraktionen freigesetzte organische
Verbindungen mit den Feinfraktionen zusammengebracht werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Feinfraktion nach ihrer Ozonbehand
lung mit einer nicht mit Ozon behandelten Feinfraktion ver
mischt wird und daß das Gemisch mit einer ozonbehandelten
Grobfraktion vereinigt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß vor oder während der Ozonbehandlung ein
Dispergiermittel, ein oberflächenaktives Mittel oder ein
Lösungsmittel zu einer oder mehreren der Fraktionen, vorzugs
weise zu den Feinfraktionen, zugesetzt werden.
6. Verwendung des nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellten Faserstoff
breis, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Fraktionen zu getrenn
ten Schichten verarbeitet werden, die lagenweise zu einer
fertig behandelten Faserstoffbahn zusammengebracht werden.
7. Verwendung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
Fraktionen zu Schichten aus Feinteilchen bzw. zu Schichten
aus Grobteilchen verarbeitet werden und daß die Schichten
lagenweise so zusammengebracht werden, daß die Grobteilchen
schicht die Zwischenschicht bildet.
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