WO2007107179A1 - Verfahren zur behandlung von störende gefässzellen enthaltendem zellstoff - Google Patents

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WO2007107179A1
WO2007107179A1 PCT/EP2006/012158 EP2006012158W WO2007107179A1 WO 2007107179 A1 WO2007107179 A1 WO 2007107179A1 EP 2006012158 W EP2006012158 W EP 2006012158W WO 2007107179 A1 WO2007107179 A1 WO 2007107179A1
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vascular cells
hydrocyclone
fillers
centrifugal forces
loading process
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Harald Selder
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Voith Patent Gmbh
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H17/00—Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its constitution; Paper-impregnating material characterised by its constitution
    • D21H17/63—Inorganic compounds
    • D21H17/70—Inorganic compounds forming new compounds in situ, e.g. within the pulp or paper, by chemical reaction with other substances added separately
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21D—TREATMENT OF THE MATERIALS BEFORE PASSING TO THE PAPER-MAKING MACHINE
    • D21D5/00—Purification of the pulp suspension by mechanical means; Apparatus therefor
    • D21D5/18—Purification of the pulp suspension by mechanical means; Apparatus therefor with the aid of centrifugal force
    • D21D5/24—Purification of the pulp suspension by mechanical means; Apparatus therefor with the aid of centrifugal force in cyclones

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of claim 1.
  • vascular cells As is known, such pulps, for the production of which fast-growing hardwoods, in particular tropical hardwoods, are used, so-called vascular cells (English: vessels), which have relatively large dimensions as a result of the climatic conditions. Their proportion of pulp is usually 3 to 5%. These vascular cells are not removed in the pulp production and are disturbing in the paper produced from such a pulp, as they are responsible for certain disadvantages. So it can be e.g. happen that the vascular cells break out of the paper structure, whereby the surface deteriorates and the paper properties are impaired.
  • the invention is based on the object to provide a further method, with which it is possible to reduce or eliminate the disadvantages resulting from the content of vascular cells. It should have an improved overall economy, at least for special treatment processes.
  • the process is usually used in stock preparation at a paper mill. However, it can also be carried out in the pulp mill after digestion.
  • the loading of the vascular cells and fibers with mineral filler is carried out, for example, by a chemical precipitation reaction, i. in particular by a so-called "Fiber Loading TM" process, as described inter alia in US-A-5 223 090.
  • a chemical precipitation reaction i. in particular by a so-called "Fiber Loading TM” process, as described inter alia in US-A-5 223 090.
  • at least one additive is added to the wetted fiber surfaces of the fiber material Filler, stored.
  • the fibers can be loaded with calcium carbonate, for example.
  • the moist, disintegrated fiber material calcium oxide and / or calcium hydroxide is preferably added in liquid form (milk of lime) so that at least a part of it associates with the water present in the fiber material.
  • the fiber material treated in this way is then treated with carbon dioxide. This causes a chemical reaction in which the calcium carbonate precipitates and attaches to the wetted fibers and vascular cells. This attachment
  • Possible advantages of the filler particles obtained by loading a fiber suspension include, but are not limited to, the following:
  • the achieved filler level may be below or above 40%.
  • a new way of incorporation of pigments is provided to achieve the desired optical properties and printability in and on the paper sheet in papermaking.
  • the filler particles are incorporated in the fibers, they can be in the sieve or
  • Pulp preparation system can be crystallized, can provide economic benefits through savings of retention agents, fibers and sludge, reducing the
  • TiO 2 can be reduced after a higher whiteness and better optical properties can be achieved.
  • Vessel cells have the task of securing the transport of water in hardwood logs. As a rule, these vascular cells are lined with a lignin layer in the part through which water flows. This results in a strong hydrophobic character. Through the digestion process, this lignin layer is dissolved out leaving behind a porous and hydrophilic fiber material. Vessel cells have the property to be loaded particularly effectively due to this porosity. That is, they deposit and take up the precipitated fillers more than the pulp fibers. This increases their density and they can be effectively separated from the pulp fibers by centrifugal forces.
  • the combination according to the invention of the loading and hydrocycloning process steps ensures that the loss of quality threatening by the vascular cells mentioned above no longer occurs for the paper produced later from the pulp, since the vast majority of the vascular cells can be removed.
  • the loading brings a significant quality improvement.
  • a pulp suspension 1 which is mixed with interfering vascular cells, fed to a loading process 2.
  • a loading process 2 This is known per se.
  • calcium hydroxide 3 lime milk
  • gaseous carbon dioxide 4 are successively added and reacted. Measures for setting optimum reaction conditions are not shown here, since it is well known, for example from DE 102 04 254-A1, 100 33 979-A1 or EP 1 409 789.
  • the loaded suspension 7 is brought by a pump 8 to an elevated pressure and pumped into a system with parallel connected hydrocyclones 9.
  • Such hydrocyclones also called cleaners, exhibit a considerable release effect at a consistency (dry content) of less than 3%.
  • the loaded vascular cells can therefore be removed as heavy dirt in the reject flow 11.
  • Particularly effective are continuously operated hydrocyclones with a relatively large reject flow 11, for example 5 to 20% by volume of the feed stream to the hydrocyclone.
  • a secondary stage (not shown here) is usually operated for this.
  • the Gustoffstrom 10 of the hydrocyclones 9 is sufficiently free of interfering vascular cells.

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Abstract

Das Verfahren behandelt eine Zellstoffsuspension (1), die einen störenden Anteil von Gefäßzellen aufweist. Diese werden in einem Beladungsprozess (2) so behandelt, dass sich durch eine chemische Reaktion Füllstoffe gebildet werden, die sich an die Gefäßzellen anlagern. Diese können danach durch Zentrifugalkräfte z.B. in Hydrozyklonen (9) entfernt werden.

Description

Verfahren zur Behandlung von störende Gefäßzellen enthaltendem Zellstoff
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bekanntlich enthalten solche Zellstoffe, zu deren Erzeugung schnell wachsende Laubhölzer, insbesondere tropische Laubhölzer verwendet werden, sogenannte Gefäßzellen (englisch: vessels), welche in Folge der klimatischen Bedingungen relativ große Abmessungen aufweisen. Ihr Mengenanteil am Zellstoff liegt zumeist bei 3 bis 5 %. Diese Gefäßzellen werden bei der Zellstofferzeugung nicht entfernt und sind bei dem aus einem solchen Zellstoff hergestellten Papier störend, da sie für bestimmte Nachteile verantwortlich sind. So kann es z.B. passieren, dass die Gefäßzellen aus dem Papiergefüge ausbrechen, wodurch sich die Oberfläche verschlechtert und die Papiereigenschaften beeinträchtigt sind.
Zwar ist aus der DE 198 16 621 A1 bereits ein Verfahren bekannt, um dieses Problem zu lösen, es findet aber seine Grenzen, wenn die Zellstofffasern durch die dabei angewandte Mahlung in unerwünschter Weise verändert werden.
In der DE 103 37 821 wird ein Verfahren beschrieben, mit dessen Hilfe die Entfernung der Gefäßzellen durch Hydrozyklone nach vorherigem Dispergieren ermöglicht wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein weiteres Verfahren zu schaffen, mit dem es möglich ist, die Nachteile, die sich aus dem Gehalt an Gefäßzellen ergeben, zu reduzieren oder ganz zu beseitigen. Es soll zumindest bei speziellen Aufbereitungsverfahren eine verbesserte Gesamtwirtschaftlichkeit haben.
Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 genannten Merkmale in Verbindung mit denen des Oberbegriffs gelöst.
Das Verfahren wird üblicherweise in der Stoffaufbereitung einer Papierfabrik angewendet. Es kann aber auch bereits in der Zellstofffabrik nach dem Aufschluss durchgeführt werden.
Das Beladen der Gefäßzellen und Fasern mit mineralischem Füllstoff erfolgt beispielsweise durch eine chemische Fällungsreaktion, d.h. insbesondere durch einen sogenannten „Fiber Loading™"-Prozess, wie er unter anderem in der US-A-5 223 090 beschrieben ist. Bei einem solchen „Fiber Loading™"-Prozess wird an die benetzten Faseroberflächen des Fasermaterials wenigstens ein Zusatzstoff, insbesondere Füllstoff, eingelagert. Dabei können die Fasern beispielsweise mit Calciumcarbonat beladen werden. Hierzu wird dem feuchten, desintegrierten Fasermaterial Calciumoxid und/oder Calciumhydroxid vorzugsweise in flüssiger Form (Kalkmilch) so zugesetzt, dass zumindest ein Teil davon sich mit dem im Fasermaterial vorhandenen Wasser assoziiert. Das so behandelte Fasermaterial wird anschließend mit Kohlendioxid beaufschlagt. Dadurch läuft eine chemische Reaktion, bei der das Calciumcarbonat ausfällt und sich an den benetzten Fasern und Gefäßzellen anlagert. Dieses Anlagern kann außen und innen erfolgen, da Zellstofffasern und Gefäßzellen offene Hohlkörper sind.
Mögliche Vorteile der durch Beladen einer Fasersuspension erhaltenen Füllstoffteilchen bestehen unter anderem in folgendem:
Es ist nunmehr möglich, die erforderlichen Füllstoffteilchen gleichmäßig über die
Faseroberfläche zu verteilen, wodurch die besten optischen Eigenschaften online in der Stoffaufbereitung erzielt werden, wobei das erreichte Füllstoffniveau unterhalb oder oberhalb 40 % liegen kann.
Da auch innerhalb des Faserlumens Füllstoffteilchen eingebettet sind, wird die
Tendenz einer Schwärung durch Kalandrieren deutlich reduziert.
Es wird ein neuer Weg zur Einlagerung von Pigmenten geschaffen, um die gewünschten optischen Eigenschaften und die gewünschte Bedruckbarkeit in und auf dem Papierblatt bei der Papierherstellung zu erreichen.
Da die Füllstoffteilchen an die Fasern eingelagert sind, können sie in der Sieb- oder
Langsiebpartie einer Papiermaschine nicht mehr ausgewaschen werden. Da die Füllstoffteilchen an die Fasern in einem Online-Prozess eingelagert, d.h. in dem
Faserstoffaufbereitungssystem kristallisiert werden, können wirtschaftliche Vorteile durch Einsparungen von Retentionsmitteln, Fasern und Sludge, die Verringerung der
Siebwasserverunreinigung sowie die Einsparung von Energie und Rohmaterial erzielt werden.
Der Einsatz von TiO2 kann verringert werden, nachdem ein höherer Weißgrad und bessere optische Eigenschaften erreicht werden können.
Gefäßzellen haben die Aufgabe, den Wassertransport in Laubholzstämmen zu sichern. In der Regel sind diese Gefäßzellen im wasserdurchströmten Teil mit einer Ligninschicht ausgekleidet. Dadurch ergibt sich ein starker hydrophober Charakter. Durch den Aufschlussprozess wird diese Ligninschicht herausgelöst und zurück bleibt ein poröses und hydrophiles Fasermaterial. Gefäßzellen haben die Eigenschaft, auf Grund dieser Porosität besonders wirksam beladen zu werden. D.h., dass sie die ausgefällten Füllstoffe in höherem Maße anlagern und aufnehmen als die Zellstofffasern. Dadurch steigt ihre Dichte und sie lassen sich durch Zentrifugalkräfte wirksam von den Zellstofffasern abtrennen.
Durch die erfindungsgemäße Kombination der Verfahrensschritte Beladen und Hydrozyklonieren wird erreicht, dass die durch die genannten Gefäßzellen drohenden Qualitätseinbußen für das aus dem Zellstoff später hergestellte Papier nicht mehr auftreten, da der weit überwiegende Teil der Gefäßzellen entfernt werden kann. Darüber hinaus bringt das Beladen eine signifikante Qualitätsverbesserung.
Die Erfindung wird erläutert an Hand einer Zeichnung, die die wichtigsten Schritte des Verfahrens an einem typischen Beispiel schematisch darstellt.
Demnach wird eine Zellstoffsuspension 1 , die mit störenden Gefäßzellen vermischt ist, einem Beladungsprozess 2 zugeführt. Dieser ist an sich bekannt. Es werden z.B. nacheinander Calciumhydroxid 3 (Kalkmilch) und gasförmiges Kohlendioxid 4 zugegeben und zur Reaktion gebracht. Maßnahmen zur Einstellung optimaler Reaktionsbedingungen sind hier nicht dargestellt, da ausreichend bekannt, z.B. aus DE 102 04 254-A1 , 100 33 979-A1 oder EP 1 409 789. Nach dem Verdünnen mit Wasser 6 (evtl. auch mit Filtrat 5 aus dem Beladungsprozess 2) wird die beladene Suspension 7 mit einer Pumpe 8 auf einen erhöhten Druck gebracht und in eine Anlage mit parallel geschalteten Hydrozyklonen 9 gepumpt. Solche Hydrozyklone, auch Cleaner genannt, entfalten bei einer Konsistenz (Trockengehalt) unter 3 % eine beträchtliche Trennwirkung. Die beladenen Gefäßzellen können daher als Schwerschmutz im Rejektstrom 11 entfernt werden. Besonders wirksam sind kontinuierlich betriebene Hydrozyklone mit einem relativ großen Rejektstrom 11, z.B. 5 - 20 % Vol% des Zulaufstromes zum Hydrozyklon. Um Faserverluste durch den Rejektstrom 11 zu vermeiden, wird für diesen zumeist eine Sekundärstufe (hier nicht gezeigt) betrieben. Der Gustoffstrom 10 der Hydrozyklone 9 ist ausreichend frei von störenden Gefäßzellen.
Bezuqszeichenhste
1. Zellstoffsuspension
2. Beladungsprozess
3. Calciumhydroxid
4. Kohlendioxid
5. Filtrat
6. Wasser
7. beladene Suspension
8. Pumpe
9. Hydrozyklon
10. Gutstoffstrom
11. Rejektstrom

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Behandlung einer störende Gefäßzellen enthaltenden Zellstoffsuspension (1), mit dem Ziel, Gefäßzellen in ausreichendem Maße zu entfernen, dadurch gekennzeichnet, dass an den Gefäßzellen in einem Beladungsprozess (2) durch chemische Reaktion Füllstoffe angelagert werden und dass danach die beladenen Gefäßzellen durch Zentrifugalkräfte bei einer Konsistenz vorzugsweise unter 3 % als Schwerstoffe abgeschieden werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass im Beladungsprozess (2) eine chemische Reaktion von Calciumhydroxid oder Calciumoxid mit Kohlendioxid durchgeführt wird, bei der Calciumcarbonatkristalle als Füllstoffe entstehen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Beladungsprozess (2) auch an den Zellstofffasern Füllstoffe anlagert.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrifugalkräfte in mindestens einem Hydrozyklon (9) erzeugt werden.
5. Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Zulauf in den Hydrozyklonen (9) eine Konsistenz von weniger als 3 % eingestellt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass am Zulauf in den Hydrozyklon (9) eine Konsistenz von weniger als 1 ,3 %, vorzugsweise unter 0,8 %, eingestellt wird.
7. Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Hydrozyklon (9) ein Rejektstrom (11) kontinuierlich abgezogen wird, dessen Größe 5 - 20 Vol% des Zulaufstromes zum Hydrozyklon entspricht.
8. Verfahren nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrifugalkräfte in mindestens einer Zentrifuge erzeugt werden.
PCT/EP2006/012158 2006-03-21 2006-12-16 Verfahren zur behandlung von störende gefässzellen enthaltendem zellstoff WO2007107179A1 (de)

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