DE959149C - Verfahren und Vorrichtung zur Entfernung schmelz- und bzw. oder loesbarer Beimengungen aus Altpapier - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtungen zum Entfernen schmelz- und bzw. oder lösbarer Beimengungen, wie beispielsweise Bitumen, Asphalt oder Wachs, bei der Regenerierung von Altpapier einschließlich gebrauchter Pappen und Kartons, die nennenswerte Anteile von mit z. B. Bitumen, Asphalt oder Wachs imprägnierten Faserstoffprodukten enthalten, auf wirtschaftlichem Wege. Derartige Anteile machen sich bei der Wiederverarbeitung gemischter Faserstoffabfälle in verschiedenster Weise äußerst störend bemerkbar. Sie erscheinen im Regenerat, z. B. im neu geformten Papier, als sehr zahlreiche dunkle oder schwarze, größere oder kleinere Flecken, die den Wert des Regenerators sehr herabsetzen. Abgesehen hiervon beeinträchtigen sie auch den Gang der Fabrikation durch Versetzen und Verschmieren der Siebe, Filze und Trockenzylinder, so daß derartige Betriebe regelmäßig abgestellt werden müssen, um die Maschine zu reinigen. Dies bedeutet nicht nur einen großen Aufwand an Arbeit, sondern auch einen sehr schwerwiegenden Produktionsausfall.

Liegt der Anteil imprägnierten Materials sehr hoch oder soll nur solches allein regeneriert werden, so hat es sich als zweckmäßig erwiesen, z. B.

das Bitumen durch Extraktion mit organischen Lösungsmitteln bei erhöhter Temperatur zu entfernen; derartige Verfahren sind jedoch teuer hinsichtlich des Aufwandes an Betriebsmitteln und der apparativen Ausrüstung. Sie sind deshalb nur dort wirtschaftlich tragbar, wo es sich um besonders wertvolle Faserstoffe handelt. Bei gemischtem Altpapier, Pappen und Kartons, bei denen der Anteil an imprägnierten Stoffen relativ klein ist, sind ίο solche Extraktionsverfahren unwirtschaftlich, weil dabei auch sehr große Mengen nicht imprägnierten Faserstoffmaterials unnötigerweise extrahiert werden müssen, sich also der auf die gesamte Fasermenge erstreckende große Aufwand von Apparatur, Wärme und wiederzugewinnenden, relativ teuren organischen Lösungsmittels nicht lohnend gestalten kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren bedient sich demgegenüber des nassen Weges, d. h. der Entfernung des Imprägniermittels in wäßriger Fasersuspension.

Dieser Weg ist schon von anderer Seite in verschiedenen Ausführungsformen beschriften worden; keiner dieser Vorschläge konnte sich jedoch praktisch durchsetzen, da sie nicht die Kombination von bestimmten Bedingungen chemischer, physikalischer und mechanischer Art enthielten, die erfindungsgemäß sicher und wirtschaftlich zum Ziele führt. .

Das erfindungsgemäße Verfahren besteht im wesentlichen darin, daß im Rahmen einer mechanischen Zerfaserung in Gegenwart von Wasser und Behandlung der Fasersuspension mit in Wasser unlöslichen organischen Lösungsmitteln bei erhöhter Temperatur das Fasergemisch bei einer relativ hohen Stoffdichte von im allgemeinen etwa 5%· in einem schnell umlaufenden Rotor vom Typ der sogenannten Stofflöser so lange heftig durchgewirbelt wird, bis sich die auszuscheidenden Beimengungen im wesentlichen von der Faser getrennt haben und die hierdurch in einen Zustand hoher Turbulenz gebrachte Fasersuspension bei nur mäßig erhöhter, im allgemeinen 40⁰ C nicht wesentlich übersteigender Temperatur, welche gegebenenfalls auch bereits vom Beginn der Durchwirbelung an eingehalten werden kann, mit dem Grad der Beimengungen angepaßten Mengen an organischen Lösungsmitteln und alkalischen Quellungsmitteln versetzt und so· lange weiter heftig durchgewirbelt wird, bis eine vollkommene Dispergierung der Beimengungen erfolgt ist, welche dann zum größten Teil bei den an sich bekannten und üblichen Weiterverarbeitungsmaßnahmen, wie ' Eindicken Waschen usw., entfernt werden bzw. teilweise in feinster, weder in dem Weiterverarbeitungsmaterial noch in den Weiterverarbeitungsgeräten störender Verteilung in der Faser verbleiben.

Der Erfolg dieses erfindungsgemäßen, als Kombination neuen. Verfahrens gründet sich auf sinnvolles Zusammenarbeiten insbesondere folgender, als Einzelmerkmale an sich bekannter Faktoren: i. Durch Quellung in schwach alkalischer Lösung wird die Zerfaserung des zu regenerierenden .

Produktes und damit auch die Loslösung des Imprägniermittels erleichtert; als Quellmittel können Alkalien, beispielsweise Ätznatron, Soda, Natriumsilikat usw., verwendet werden. Der Quellungsvorgang wird weiterhin durch die Zugabe kapillaraktiver Stoffe, z. B. Natriumoleat, Natriumresinat u. dgl., begünstigt.

2. Ein geeignetes Lösungsmittel sammelt das Imprägniermittel und bildet mit ihm eine »feste Lösung«, eine bei gewöhnlicher Temperatur weiche Masse. Dieses Lösungsmittel darf mit Wasser nicht mischbar sein, muß hohe Lösekraft für das Imprägniermittel besitzen, soll ein spezifisches Gewicht nahe dem des Wassers haben und bei etwas erhöhter Temperatur nicht oder wenig flüchtig sein, da sonst ein gewisser Anteil davon in Dampfform verlorengeht und auch zu Geruchsbelästigungen Anlaß geben kann.

3. Durch geringe Erhöhung der Temperatur auf z. B. 40⁰ C tritt eine Verflüssigung der vorher weichen Masse, bestehend aus Imprägniermittel und Lösungsmittel, ein.

4. Durch sehr intensive Rührung in relativ hoher Stoffdichte, z. B. 5 %>, bewirkt die dabei herrschende Turbulenz und Reibung eine Dispergierung oder Emulgierung · der nicht mit Wasser mischbaren verflüssigten Phase zu feinster Verteilung, so daß diese das zu entfernende Imprägniermittel enthält und beim Eindicken oder mit dem Waschwasser abfließt; der noch in der Faser verbleibende geringe Anteil bleibt nicht nur vollkommen unsichtbar, sondern stört auch in keiner Weise mehr.

Es entsteht ein sauberes, fleckenfreies Regenerat bei ungestörter Maschinenproduktion. Es ist auch möglich, die Zerfaserung des Abfallfaserproduktes und z. B. die Entbitumierung gleichzeitig und kontinuierlich durchzuführen.

Das Verfahren der Erfindung bedeutet einen überraschenden technischen Fortschritt, der um so deutlicher wird, wenn man es mit früher gemachten Vorschlägen in ähnlicher Richtung vergleicht.

Das in der französischen Patentschrift 858 090 beschriebene Verfahren erstrebt die Aufarbeitung bedruckter Papiere durch folgende Maßnahmen: Zerfasern, Zugabe eines Netzmittels, von Natriumkarbonat und eines Lösungsmittels wie Trichloräthylen, Mischen bei gewöhnlicher Temperatur, Zugabe eines Oleats, Waschen. Demgegenüber bezweckt die vorliegende Erfindung die Aufarbeitung von Altpapier, das schmelz- und bzw. oder lösbare Imprägnierungen,, wie Bitumen, Wachs u. dgl., enthält; außerdem stützt sie sich ■wesentlich auf die mechanische Wirkung einer äußerst guten Durchwirbelung zwecks Trennung der Beimengungen von der Faser und ihrer feinen Dispergierung, wie sie in einem Halbzeugholländer nicht erreicht werden kann; schließlich bedient sie sich auch noch bewußt einer wenig erhöhten Temperatur von im allgemeinen nicht wesentlich mehr als 40⁰ C, während das in der französischen Patentschrift 858 090 beschriebene Verfahren ausdrücklich auf die Zuführung von Wärme verziehtet.

Grundlegende Unterschiede bestehen auch zwischen dem erfindungsgemäßen Verfahren und dem in der britischen Patentschrift 636 277 beschriebenen Verfahren; letzteres will Bitumen und Fasern aus bituminiertem Papier getrennt wiedergewinnen; es wendet aber kein Lösungsmittel als solches an, sondern kann nur mit einer schon vor der Benutzung hergestell-en Emulsion arbeiten, was eine die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens stark in Frage stellende Komplikation bedeutet; schließlich verwendet es ebenfalls als Behandlungsgefäß einen gewöhnlichen Holländer, in dem, wie allgemein bekannt, nie der Grad von intensiver Rührung und Durchwirbelung erreicht werden kann wie z. B. in einem mit einem schnell laufenden Propeller versehenen sogenannten Stofflöser.

Bei dem Verfahren der genannten britischen Patentschrift ist es auch notwendig, Temperaturen ac bis zu 98⁰ C anzuwenden. In den Beispielen werden Temperaturen von 70 und 8o° C angeführt, und nur für einen Stoff, der durch eine vorausgegangene Sortierung schon von einem großen Teil des Bitumens befreit ist, soll eine Rührdauer von 3 Stunden bei 35° C genügen. Demgegenüber ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in keinem Fall notwendig, die Temperatur wesentlich über 40⁰ C zu erhöhen, da durch das Zusammenwirken der eingangs erwähnten Faktoren, die sich in ihrer Wirkung addieren und gegenseitig ergänzen, keine höhere Temperatur angewandt zu werden braucht. Aus demselben Grund ist es bei dem erfindungsgeniäßen Verfahren auch nicht notwendig, die Behandlungsdauer im allgemeinen über 30 Minuten auszudehnen. In der britischen Patentschrift wird auch die Meinung vertreten, daß die Stoffdichte während der Behandlung innerhalb der weiten Grenzen zwischen 0,5 und 5% nicht kritisch sei, während bei der hier beschriebenen Erfindung die Stoffdichte so- hoch wie nur irgendmöglich bemessen sein, z. B. 5"⁰Ay betragen soll.

Bei dem in der britischen Patentschrift 636 277 beschriebenen Verfahren wird eine Emulsion von Petroleum benutzt; demgegenüber wendet das Verfahren der Erfindung ein Lösungsmittel hoher Lösekraft für Bitumen und Wachs an, wie es unter anderem in dem nachfolgenden Beispiel 4 näher beschrieben ist.

In der USA.-Patentschrift 2 390 695 wird ein Zweistufenverfahren beschrieben, bei dem zunächst eine Wasser-in-öl-Emulsion zur Extraktion der Druckerschwärze angewandt und diese dann zur öl-in-Wasser-Phase umgewandelt wird. Zu diesem Zweck muß zuerst der p_H-Wert auf 4,5 gesenkt, also angesäuert werden. Nachdem die Verunreinigungen gelöst sind, muß dann die gesamte Masse wieder alkalisch gemacht werden, um ein Umschlagen der Emulsion zu Öl-in-Wasser-Phase zu bewirken. Abgesehen von diesen komplizierten Maßnahmen, die mit großem Chemikalienauf wand-verbunden sind, wird bei dem Verfahren der Erfindung nur in einer Stufe gearbeitet. Die erwähnte USA.-Patentschrift geht von der auf S. 1, Zeile 39 bis 45, ausgesprochenen Ansicht aus, emulgierbare Lösungsmittel seien unwirksam, weil die Lösungsmitteltröpfchen vollkommen mit Wasser umgeben seien. Demgegenüber beweist die vorliegende Erfindung, daß dies doch, und dazu noch mit einfachen Mitteln, möglich ist.

Sofern die Menge der Beimengungen verhältnismäßig gering ist, genügt es, wenn die Beimengungen im Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch in Lösung gehen und in dieser feinen Verteilung verbleiben. Versuche haben ergeben, daß die Bindung der im Lösungsmittel gelösten und äußerst feindispergierten bzw. emulgierten Beimengungen an die Fasern des Papierstoffes so innig ist, daß eine Ausscheidung an Sieben, Filzen oder Walzen nicht eintritt. Ist die Menge der Beimengungen jedoch erheblich, so müssen die im Lösungsmittel in Lösung gegangenen und feinverteilten Beimengungen ausgewaschen werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann ohne Schwierigkeit mit den für die Aufbereitung von Altpapier bekannten Maschinen und Apparaten durchgeführt werden. So ist es ohne weiteres möglich, zur mechanischen Zerfaserung des Altpapi irs od. dgl. Kollergänge oder Zerfaserer (Wurster) oder Auflöseholländer zu verwenden. Auch die Durchmischung des zerfaserten Stoffes mit den Zusätzen kann in bekannten Vorrichtungen, wie z. B. Bütten oder Kegelaufschlägern, durchgeführt werden. Das Auswaschen des gereinigten Stoffes kann gleichfalls in den für solche Prozesse auch sonst üblichen Vorrichtungen, wie z. B. Filter, Eindicker, Schneckenpressen od. dgl., durchgeführt werden.

Eine besonders vorteilhafte Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist der an sich bekannte Stofflöser, gegebenenfalls zusammen mit einem Kegelaufschläger zur mechanischen Zerfaserung des Altpapiers und der Stofflöser oder Bütten zur Durchmischung des zerfaserten Stoffes mit den Zusätzen. Es ist sogar möglich, den gleichen Stofflöser sowohl zum mechanischen Zerfasern des Altpapiers od. dgl. als auch zum Durchmischen des Stoffes mit den Zusätzen zu verwenden. Das ergibt eine ganz besonders einfache und wirtschaftliche Einrichtung.

Als Lösungsmittel für die schmelz- und bzw. oder lösbaren Beimengungen werden vorteilhaft organische, nicht mit Wasser mischbare Lösungsmittel verwendet, deren Siedepunkte wesentlich über der Arbeitstemperatur liegen, wie z. B. Xylol, Trichloräthylen, Schwerbenzolfraktionen, wie z, B. solche mit einem Siedepunkt zwischen 180 und 2io° und andere und Gemische aus solchen Lösungsmitteln.

Ein ganz besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß es sowohl dem Grad der Verunreinigung des Altpapiers od. dgl. als auch ganz besonders den Forderungen an Verarbeitbarkeit und Reinheitsgrad des Endproduktes angepaßt werden kann. In vielen Fällen wird es durchaus genügen, die Art und Mengen der Zusätze so zu beschränken, daß eine Ver-

schmutzung der Papiermaschine und der folgenden Arbeitsmaschinen vermieden wird. Andererseits kann Art und Zugabe der Zusätze so bemessen werden, daß nicht nur der obenerwähnte Effekt erreicht wird, sondern daß zusätzliche Reinheitsgrade im Papier erzielt werden, die höchste Anforderungen erfüllen, ohne daß das Verfahren dadurch unwirtschaftlich würde.

In der Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele ίο für Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dargestellt, und zwar zeigt

Abb. ι eine Einrichtung mit Kollergang, Bütte und Eindicker,

Abb. 2 eine solche mit Stofflöser, Bütte und Filter und

Abb. 3 eine solche mit einem Stofflöser und Filter.

Die Einrichtung nach Abb. ι besteht aus dem Kollergang i, in dem das Altpapier zerfasert wird, und der Bütte 2, welcher der Kollerstoff mittels einer Schnecke 3 zugeführt wird. Diese Bütte ist mit Anschlüssen 4 für Dampf oder Heißwasser, 5 für Alkali und 6 für das Lösungsmittel versehen. In der Bütte wird der Stoff mit den Zusätzen gemischt und durch den Propeller 7 durchgewirbelt. Eine Pumpe 8 drückt den Stoff über einen Kegelauf schläger 9 zum Eindicker 10, in dem gegebenenfalls die im Lösungsmittel in Lösung gegangenen Beimengungen ausgewaschen werden. Der so behandelte und gegebenenfalls gereinigte Stoff wird dann der Weiterverarbeitung, z.B. der Bütten, zugeführt.

Die Einrichtung nich Abb. 2 besteht aus dem Stofflöser 12, in dem das Altpapier zerfasert wird, und der Bütte 2, in der das zerfaserte Altpapier bei erhöhter Temperatur mit den Chemikalien behandelt und durchgewirbelt wird. Die im Lösungsmittel in Lösung gegangenen Beimengungen werden gegebenenfalls auf dem Zellenfilter 13 ausgewaschen.

Bei der Einrichtung nach Abb. 3 wird im Stofflöser 12 das Altpapier zunächst zerfasert, wobei durch die Zuleitungen 4 und 5 Dampf und Alkali zugegeben werden. Wenn die Zerfaserung genügend weit fortgeschritten ist, wird durch die Zuleitung 6 Xylol zugegeben und der Stoff mittels der Auflösescheiben 14 im Stofflöser 12 kräftig durchgemischt. Wenn die Beimengungen im Xylol in Lösung gegangen sind, wird der Inhalt des Stofflösers durch die Pumpe 8 in den Eindicker 10 gefördert, in dem gegebenenfalls die in Lösung gegangenen Beimengungen dann ausgewaschen werden.

Ausführungsbeispiel 4

Es liegt gemischtes Altpapier vor, das io*/o bituminiertes Papier enthält. Letzteres ist mit 20% Bitumen behaftet, so daß der durchschnittliehe Bitumengehalt der Papiermischung 2°/o beträgt.

Der mit Wasser gefüllte Stofflöser, dessen zerfasernde Wirkung auf dem Durchwirbeln des Papiers mittels eines schnell drehenden Rotors beruht, wird in Gang gesetzt und mit einer solchen Menge bitumenhaltigen Altpapiers beschickt, daß sich eine Stoffdichte von 5 °/o einstellt. Dann erfolgt die Zugabe der Chemikalien, bestehend aus 2°/o NaOH auf Stoff, bezogen in Form einer 33°/oigen Natronlauge und 5% Schwerbenzol mit Siedebereich von 180 bis 2io° C, ebenfalls aus Stoff gerechnet. Gleichzeitig wird mit Abdampf die Temperatur im Stofflöser auf 40⁰ C gesteigert. Es erfolgt zunächst eine Loslösung des Bitumens von der Faser durch das Lösungsmittel und dann durch die Turbulenz im Stofflöser und die Reibung der Fasern eine feine Dispergierung und Emulgierung des Bitumens. Dieser Zustand ist nach 30 Minuten erreicht. Der Stoff wird dann auf 11 °/o eingedickt, wobei der größere Teil des Bitumens als Dispersion abläuft; ein weiterer Teil läuft auf der Siebpartie der Papiermaschine ab. Das Rückwasser an beiden Stellen kann bis zu insgesamt etwa 8o°/o wieder benutzt, d. h. dem Stofflöser wieder zugeführt werden, wodurch sich dementsprechende bedeutende Chemikalienersparnisse einstellen.

Es entsteht ein sauberes Papier, das vollkommen frei von Bitumenflecken ist und in dem beim Befeuchten mit Benzol oder Tetrachlorkohlenstoff keine Flecken mehr entwickelt werden. Siebpartie, Preßwalzen und Trockenzylinder der Papiermaschine bleiben vollkommen sauber. Der Entbitumierungsgrad beträgt etwa 70%, d. h. im fertigen Papier sind von den ursprünglich vorhandenen 2% Bitumen 1,4% entfernt worden, der Rest ist in feinster Verteilung von der Faser aufgenommen worden, und das Papier entspricht einem teilgeleimten Papier.

Wird ein höherer Bitumierungsgrad angestrebt, was seltener der Fall ist, wird weniger Abwasser rückgeführt.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH:

   Verfahren zum Entfernen schmelz- und bzw. oder lösbarer Beimengungen, wie Bitumen, Wachsen u. dgl., aus Altpapier durch mechanisches Zerfasern in Gegenwart von Wasser und Behandeln der Fasersuspension mit in Wasser unlöslichen organischen Lösungsmitteln bei erhöhter Temperatur, dadurch gekennzeichnet, daß das Fasergemisch bei einer relativ hohen Stoffdichte von im allgemeinen, etwa 5 °/o in .einem schnell umlaufenden Rotor vom Typ der sogenannten Stofflöser so lange heftig durchgewirbelt wird, bis sich die auszuscheidenden Beimengungen im wesentlichen von der Faser getrennt haben, und die hierdurch in einen Zustand hoher Turbulenz gebrachte Fasersuspension bei nur mäßig erhöhter, im allgemeinen 40⁰ C nicht wesentlich übersteigender Temperatur, welche gegebenenfalls auch bereits vom Beginn der Durchwirbelung an eingehalten werden kann, mit dem Grad der Beimengungen angepaßten Mengen an organischen

   Lösungsmitteln und alkalischen Quellungsmitteln versetzt und so lange weiter heftig durchgewirbelt wird, bis eine vollkommene Dispergierung der Beimengungen erfolgt ist, welche dann zum größten Teil bei den an sich bekannten, und üblichen Weiterverarbeitungsmaßnahmen, wie Eindicken, Waschen usw., entfernt werden bzw. teilweise in feinster, weder in dem Weiterverarbeitungsmaterial noch in den Weiterverarbeitungsgeräten störender Verteilung in der Faser verbleiben.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 858090; britische Patentschrift Nr. 636 277; USA.-Patentschrift Nr. 2 390 695; F. H. Norris, Paper and Paper Making, London, New York, Toronto, 1952, 2. Auflage, S. 88.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 609616/300 8.56 (609 809 2.57)