WO2008110191A1 - Verfahren zur aufbereitung von beladenen fasern - Google Patents

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WO2008110191A1
WO2008110191A1 PCT/EP2007/009957 EP2007009957W WO2008110191A1 WO 2008110191 A1 WO2008110191 A1 WO 2008110191A1 EP 2007009957 W EP2007009957 W EP 2007009957W WO 2008110191 A1 WO2008110191 A1 WO 2008110191A1
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reactor
pulp suspension
loading
carbon dioxide
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Klaus Doelle
Reinhard Gather
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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

Definitions

  • the invention relates to a process for the preparation of pulp for the production of paper, cardboard, or another fibrous web, in which the fibers provided in the form of a suspension are loaded with a precipitated product and then ground.
  • the loading of fibers with a precipitation product is i.a. in US-A-5223090.
  • a precipitation product for example a filler
  • at least one additive in particular a filler such as calcium carbonate, is deposited on the wetted fiber surface of the fiber material.
  • the wet fiber calcium oxide or calcium hydroxide is added so that at least a part of which associates with the water present in the pulp.
  • the fiber material treated in this way is then treated with carbon dioxide.
  • the mechanical properties (strength properties) of the fibers and thus also of the fibrous web are influenced by the degree of grinding of the pulp suspension.
  • This degree of grinding is a measure of how easily the pulp suspension can be dewatered.
  • a certain degree of grinding can be achieved by more or less strong grinding of the fibers in grinding machines, so-called refiners.
  • the fibers are shortened, fibrillated and squeezed. This process flexibilizes the fibers and increases their specific surface area, thus also increasing the number of possible bond points between the fibers during sheet formation.
  • the object of the invention is therefore to obtain the greatest possible degree of loading of the fibers by simple means and to reduce the pH of the pulp suspension after grinding.
  • this object is achieved in that the pulp suspension is fed after grinding carbon dioxide or carbon dioxide. It was recognized that it is the common milling of pulp and
  • the pulp suspension during the addition should be in a reactor, in particular a mixer with stirrer or a static mixer.
  • the ph value of the pulp suspension measured after the reactor can be used as a measure of the extent of the chemical reaction in the reactor. Therefore, the amount of carbon dioxide or carbon dioxide supplied should be adjusted depending on the pH of the pulp suspension after this addition, in particular regulated. The more carbon dioxide or carbon dioxide is supplied, the more the ph value also decreases.
  • the amount of carbon dioxide or carbon dioxide fed in should be adjusted, in particular regulated, so that the pH after this addition is between 6.5 and 9.
  • a fibrous web made with loaded fibers is easier to dewater, saving energy and allowing machine speeds to be achieved.
  • the black sateen can be at least substantially reduced.
  • Core of the loading process is to specifically store lime milk and / or filler in the fiber interior, which increases the filler content, the strength, the porosity and the volume and improves opacity and printability.
  • calcium carbonate calcium oxide or calcium hydroxide is preferably introduced in liquid or dry form into an aqueous wetted pulp and the pulp is mixed with gaseous carbon dioxide in a loading reactor.
  • the fibers When loading the fibers, it may increase the efficiency if at least a portion of the calcium oxide or calcium hydroxide is added directly to the loading reactor. Both the carbon dioxide and the calcium oxide or the Calcium hydroxide in this case encounter already formed calcium carbonate, so that it comes to a further crystallization.
  • the formation of calcium carbonate may also be assisted by the thickening of the pulp suspension prior to the loading reactor.
  • the process is also conducive to feeding the preferably thickened pulp in the loading reactor with a calcium hydroxide-containing liquid, preferably milk of lime.
  • the loading reactor should preferably have a pressure between 1 and 6 bar, preferably between 1 and 4 bar.
  • the pulp suspension should be introduced at a consistency of between 0.1 and 40%, preferably between 0.5 and 30% in the loading reactor.
  • the average residence time of the pulp suspension in the loading reactor is between 1 and 15 minutes, preferably between 5 and 10 minutes.
  • the temperature in the loading reactor should advantageously be between 15 and 130 ° C., preferably between 20 and 60 ° C.
  • the loaded pulp should contain a maximum of 50% precipitated product, especially calcium carbonate. It is also advantageous if the aqueous pulp suspension is formed from fresh pulp.
  • the loading may result in crystals of a rhombohedral or a scalenohedral shape or agglomerates of between 0.02 and 5 micrometers in length.
  • the pulp suspension which has been thickened in a press to a consistency of up to 30%, is fed to a loading reactor 2 for loading the fibers with calcium carbonate as filler, which is preferably designed as a heating screw, fluffer or crystallizer.
  • calcium oxide and / or calcium hydroxide (lime milk) is added to the fiber material so that at least a part of it becomes coextensive with that in the fiber material, i. between the fibers, in the hollow fibers and in their walls, can be associated with the following chemical reaction:
  • the loading reactor 2 is controlled via a valve 4 supplied CO 2 , wherein accumulates calcium carbonate on the wetted fiber surfaces.
  • the following chemical reaction occurs: Ca (OH) 2 + CO 2 CaCO 3 + H 2 O
  • the loading reactor 2 ambient pressure and a temperature between 20 and 60 ° C. prevail. After a residence time of between 5 and 10 minutes, the loaded pulp is fed to a grinder in the form of a refiner 1. In this grinder, the fibers are treated together with the calcium carbonate until the required degree of grinding.
  • the milled material therefore passes into a reactor 3 in the form of a mixer with stirrer or a static mixer.
  • Carbon dioxide is also supplied to this reactor 3 via a controllable valve 5. This carbon dioxide reacts with the calcium hydroxide released by the milling to form calcium carbonate.
  • a pH value between 6.5 and 9 is aimed at. Therefore, a ph value measurement 6 is carried out after the reactor 3.
  • the measured ph value is reported to a control unit 7 and evaluated there.
  • This control unit 7 then controls the amounts of CO 2 supplied to the reactors 2, 3 in accordance with the measured pH value.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von Faserstoff zur Herstellung von Papier-, Karton-, oder einer anderen Faserstoffbahn, bei dem die in Form einer Suspension bereitgestellten Fasern mit einem Fällungsprodukt beladen und anschließend gemahlen werden. Dabei wird die Beladung der Fasern auf einfache Weise dadurch erhöht und der ph-Wert der Faserstoffsuspension dadurch vermindert, dass der Faserstoffsuspension nach der Mahlung Kohlendioxid oder Kohlensäure zugeführt wird.

Description

Verfahren zur Aufbereitung von beladenen Fasern
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von Faserstoff zur Herstellung von Papier-, Karton-, oder einer anderen Faserstoffbahn, bei dem die in Form einer Suspension bereitgestellten Fasern mit einem Fällungsprodukt beladen und anschließend gemahlen werden.
Das Beladen von Fasern mit einem Fällungsprodukt, beispielsweise einem Füllstoff ist u.a. in der US-A-5223090 beschrieben. Bei diesem Prozess wird an die benetzte Faseroberfläche des Fasermaterials wenigstens ein Zusatzstoff, insbesondere ein Füllstoff wie Calciumcarbonat, eingelagert. Hierzu wird dem feuchten Faserstoff Calciumoxid oder Calciumhydroxid so zugesetzt, dass zumindest ein Teil davon sich mit dem im Faserstoff vorhandenen Wasser assoziiert. Das so behandelte Fasermaterial wird anschließend mit Kohlendioxid beaufschlagt.
Die mechanischen Eigenschaften (Festigkeitseigenschaften) der Fasern und damit auch der Faserstoffbahn werden vom Mahlgrad der Faserstoffsuspension beeinflusst. Dieser Mahlgrad ist ein Maß dafür, wie leicht sich die Faserstoffsuspension entwässern lässt. Ein bestimmter Mahlgrad lässt sich durch mehr oder weniger starkes Mahlen der Fasern in Mahlmaschinen, sogenannten Refinern, erreichen. Dabei werden die Fasern gekürzt, fibrilliert und gequetscht. Durch diesen Vorgang werden die Fasern flexibilisiert und deren spezifische Oberfläche wird erhöht, so dass sich auch die Anzahl der möglichen Bindungspunkte zwischen den Fasern bei der Blattbildung erhöht.
Dies führt zu einer Erhöhung der mechanischen Festigkeit, der aus diesen Fasern hergestellten Faserstoffbahn.
Bei der Mahlung des beladenen Faserstoffs wird ein Teil der Anlagerungen zerstört, was den Grad der Beladung mindert. Des Weiteren ist der ph-Wert der Faserstoffsuspension nach der Malung des beladenen Faserstoffs oft zu basisch, was sich in folgenden Verarbeitungsstufen negativ auswirkt.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher mit einfachen Mitteln einen möglichst großen Grad der Beladung der Fasern zu erhalten und den ph-Wert der Faserstoffsuspension nach der Mahlung zu mindern.
Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Faserstoffsuspension nach der Mahlung Kohlendioxid oder Kohlensäure zugeführt wird. Hierbei wurde erkannt, dass es bei der gemeinsamen Mahlung von Faserstoff und
Calciumcarbonat zur Zerschlagung der Calciumcarbonat-Kristalle, insbesondere von
Kristallanhäufungen, kommt. Dabei werden Calciumoxid- und Calciumhydroxid-Kerne freigesetzt.
Dies kann bis zu einem ph-Wert von 11 führen. Eine basische Faserstoffsuspension ist zwar während der Mahlung von Vorteil, jedoch in den folgenden Verfahrensstufen oft unerwünscht.
Durch die Zugabe von Kohlendioxid oder Kohlensäure werden die Calciumoxid- und Calciumhydroxid-Kerne in Calciumcarbonat umgewandelt. Dies kann nicht nur den Grad der Beladung mit Füllstoff verbessern, sondern senkt auch gleichzeitig den ph-Wert der Faserstoffsuspension.
Im Interesse einer möglichst umfassenden Reaktion sollte sich die Faserstoffsuspension während der Zugabe in einem Reaktor, insbesondere einem Mischer mit Rührwerk oder einem statischen Mischer befinden.
Der nach dem Reaktor gemessene ph-Wert der Faserstoffsuspension kann als Maß für den Umfang der chemischen Reaktion im Reaktor benutzt werden. Daher sollte die Menge des zugeführten Kohlendioxids bzw. der Kohlensäure in Abhängigkeit vom ph-Wert der Faserstoffsuspension nach dieser Zugabe eingestellt, insbesondere geregelt werden. Je mehr Kohlendioxid bzw. Kohlensäure zugeführt wird, um so stärker senkt sich auch der ph-Wert ab.
Da in folgenden Verfahrensabschnitten eine eher neutrale Faserstoffsuspension von Vorteil ist, sollte die Menge des zugeführten Kohlendioxids bzw. der Kohlensäure so eingestellt, insbesondere geregelt werden, dass der ph-Wert nach dieser Zugabe zwischen 6,5 und 9 liegt.
Gegenüber herkömmlichen Prozessen zur Herstellung einer Faserstoffsuspension können durch das Beladen (in Lumen, Faserwandungen und/oder Faseroberflächen) in einer daraus hergestellten Faserstoffbahn die gleichen Festigkeiten bei geringerer Mahlung, d.h. auch verminderter Mahlenergie und somit energetisch günstiger hergestellt werden.
Außerdem lässt sich eine mit beladenen Fasern hergestellte Faserstoffbahn leichter entwässern, was Energie spart und höre Maschinengeschwindigkeiten erlaubt.
Bei der Glättung von aus beladenen Fasern hergestellten Faserstoffbahnen kann die Schwarzsatinage zumindest wesentlich reduziert werden.
Kern des Beiadens ist es, gezielt Kalkmilch und/oder Füllstoff in das Faserinnere einzulagern, was den Füllstoffgehalt, die Festigkeit , die Porosität sowie das Volumen erhöht und Opazität sowie Bedruckbarkeit verbessert.
Zum Beladen der Fasern mit einem Fällungsprodukt, insbesondere Calciumcarbonat, wird vorzugsweise Calciumoxid oder Calciumhydroxid in flüssiger oder trockener Form in einen wässrig benetzten Faserstoff eingebracht und der Faserstoff in einem Beladungs-Reaktor mit gasförmigem Kohlendioxid vermischt.
Bei der Beladung der Fasern kann es die Effizienz erhöhen, wenn zumindest ein Teil des Calciumoxids oder des Calciumhydroxids direkt in den Beladungs-Reaktor zugegeben wird. Sowohl das Kohlendioxid als auch das Calciumoxid bzw. das Calciumhydroxid treffen in diesem Fall auf bereits gebildetes Calciumcarbonat auf, so dass es zu einer weiteren Kristallisation kommt.
Die Bildung von Calciumcarbonat kann auch durch das Eindicken der Faserstoffsuspension vor dem Beladungs-Reaktor unterstützt werden.
Dem Prozess ist es des Weiteren förderlich, wenn dem vorzugsweise eingedickten Faserstoff im Beladungs-Reaktor eine calciumhydroxidhaltige Flüssigkeit, vorzugsweise Kalkmilch, zugeführt wird.
In Abhängigkeit von der Art der Fasern und der Gestaltung der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sowie der Anforderungen an die behandelte Faser kann es vorteilhaft sein, wenn zwischen 20 und 50% des Calciumoxids oder Calciumhydroxids der Faserstoffsuspension bereits vor dem Beladungs-Reaktor zugegeben oder zwischen 90 und 100% des Calciumoxids oder Calciumhydroxids in den Beladungs-Reaktor gegeben werden.
Im Beladungs-Reaktor sollte vorzugsweise ein Druck zwischen 1 und 6 bar, vorzugsweise zwischen 1 und 4 bar herrschen. Außerdem sollte die Faserstoffsuspension mit einer Konsistenz zwischen 0,1 und 40%, vorzugsweise zwischen 0,5 und 30% in den Beladungs-Reaktor eingeführt werden.
Dabei liegt die mittlere Verweilzeit der Faserstoffsuspension im Beladungs-Reaktor zwischen 1 und 15 min, vorzugsweise zwischen 5 und 10 min.
Die Temperatur im Beladungs-Reaktor sollte mit Vorteil zwischen 15 und 1300C, vorzugsweise zwischen 20 und 600C liegen.
Zur Gewährleistung der allgemein geforderten Fasereigenschaften sollte der beladene Faserstoff maximal 50% Fällungsprodukt, insbesondere Calciumcarbonat enthalten. Dabei ist es außerdem vorteilhaft, wenn die wässrige Faserstoffsuspension aus Frischzellstoff gebildet wird.
Durch die Beladung können Kristalle von einer rhomboedrischen oder einer skalenoedrischen Form oder Agglomerate mit einer Länge zwischen 0,02 und 5 Mikrometer entstehen.
Nachfolgend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der beigefügten Zeichnung zeigt die Figur ein schematisches Anlagenschema.
Die in einer Presse auf eine Konsistenz von bis zu 30% eingedickte Faserstoffsuspension wird zur Beladung der Fasern mit Calciumcarbonat als Füllstoff einem Beladungs-Reaktor 2 zugeführt, welcher vorzugsweise als Heizschnecke, Fluffer oder Kristallisator ausgeführt ist.
In diesem Beladungs-Reaktor 2 wird dem Fasermaterial Calciumoxid und/oder Calciumhydroxid(Kalkmilch) so zugesetzt, dass zumindest ein Teil davon sich mit dem im Fasermaterial, d.h. zwischen den Fasern, in den Hohlfasern und in deren Wänden, vorhandenen Wasser assoziieren kann, wobei sich die folgende chemische Reaktion einstellt:
CaO + H2O = Ca(OH)2
Dem Beladungs-Reaktor 2 wird über ein Ventil 4 gesteuert CO2 zugeführt, wobei sich Calciumcarbonat an den benetzten Faseroberflächen anlagert. Dabei stellt sich folgende chemische Reaktion ein: Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O
Dabei herrscht im Beladungs-Reaktor 2 etwa Umgebungsdruck und eine Temperatur zwischen 20 und 600C. Nach einer Verweilzeit zwischen 5 und 10 min wird der beladene Faserstoff einem Mahlwerk in Form eines Refiners 1 zugeführt. In diesem Mahlwerk werden die Fasern zusammen mit dem Calciumcarbonat bis zum Erreichen des erforderlichen Mahlgrades behandelt.
Dabei kommt es zum Zerschlagen von Kristallanhäufungen und zum Freisetzen von Calciumhydroxid-Kernen, was den ph-Wert der Faserstoffsuspension wesentlich erhöht.
Nach dem Refiner 1 gelangt der gemahlene Stoff daher in einen Reaktor 3 in Form eines Mischers mit Rührwerk oder eines statischen Mischers. Auch diesem Reaktor 3 wird Kohlendioxid über ein steuerbares Ventil 5 zugeführt. Dieses Kohlendioxid reagiert mit dem durch die Mahlung freigelegten Calciumhydroxid unter Bildung von Calciumcarbonat.
Im Ergebnis wird die Menge des an den Fasern angelagerten Calciumcarbonats erhöht und der ph-Wert der Faserstoffsuspension vermindert.
Für die folgenden Verfahrensstufen der Faserbehandlung wird ein ph-Wert zwischen 6,5 und 9 angestrebt. Daher erfolgt nach dem Reaktor 3 eine ph-Wert-Messung 6. Der gemessene ph-Wert wird einer Steuereinheit 7 gemeldet und dort ausgewertet. Diese Steuereinheit 7 steuert dann die, den Reaktoren 2,3 zugeführte CO2-Menge entsprechend dem gemessenen ph-Wert.
Ist der ph-Wert zu hoch, so wird insbesondere die dem Reaktor 3 zugeführte CO2- Menge erhöht und bei zu niedrigem ph-Wert entsprechend vermindert.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Aufbereitung von Faserstoff zur Herstellung von Papier-, Karton-, oder einer anderen Faserstoffbahn, bei dem die in Form einer Suspension bereitgestellten Fasern mit einem Fällungsprodukt beladen und anschließend gemahlen werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserstoffsuspension nach der Mahlung Kohlendioxid oder Kohlensäure zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Faserstoffsuspension während der Zugabe in einem Reaktor (3), insbesondere einem Mischer mit Rührwerk oder einem statischen Mischer befindet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des zugeführten Kohlendioxids bzw. der Kohlensäure in Abhängigkeit vom ph-Wert der Faserstoffsuspension nach dieser Zugabe eingestellt, insbesondere geregelt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des zugeführten Kohlendioxids bzw. der Kohlensäure so eingestellt, insbesondere geregelt wird, dass der ph-Wert nach dieser Zugabe zwischen 6,5 und 9 liegt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Beladen der Fasern mit einem Fällungsprodukt, insbesondere Calciumcarbonat, Calciumoxid oder Calciumhydroxid in flüssiger oder trockener Form in einen wässrig benetzten Faserstoff eingebracht und der Faserstoff in einem Beladungs-Reaktor (2) mit gasförmigem Kohlendioxid vermischt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des Calciumoxids oder des Calciumhydroxids direkt in den Beladungs-Reaktor (2) zugegeben wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserstoffsuspension vor dem Beladungs-Reaktor (2) eingedickt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass dem vorzugsweise eingedickten Faserstoff im Beladungs-Reaktor (2) eine calciumhydroxidhaltige Flüssigkeit, vorzugsweise Kalkmilch, zugeführt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen 20 und 50% des Calciumoxids oder Calciumhydroxids der Faserstoffsuspension bereits vor dem Beladungs-Reaktor (2) zugegeben wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen 90 und 100% des Calciumoxids oder Calciumhydroxids in den Beladungs-Reaktor (2) gegeben wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck im Beladungs-Reaktor (2) zwischen 1 und 6 bar, vorzugsweise zwischen 1 und 4 bar liegt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 11 , s dadurch gekennzeichnet, dass die Faserstoffsuspension mit einer Konsistenz zwischen 0,1 und 40%, vorzugsweise zwischen 0,5 und 30% in den Beladungs-Reaktor (2) eingeführt wird. 0 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Verweilzeit der Faserstoffsuspension im Beladungs-Reaktor (2) zwischen 1 und 15 min, vorzugsweise zwischen 5 und 10 min liegt. 5 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur im Beladungs-Reaktor (2) zwischen 15 und 1300C, vorzugsweise zwischen 20 und 600C liegt. 0 15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der beladene Faserstoff maximal 50% Fällungsprodukt, insbesondere Calciumcarbonat enthält. 5 16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Faserstoffsuspension aus Frischzellstoff gebildet wird.
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