DE102008013458A1

DE102008013458A1 - Verfahren zur Entfernung von Störstoffen aus einer wässrigen Faserstoffsuspension

Info

Publication number: DE102008013458A1
Application number: DE200810013458
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dockal
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2008-03-10
Filing date: 2008-03-10
Publication date: 2009-09-17

Abstract

Das Verfahren dient zur Entfernung von Störstoffen aus einer wässrigen Altpapiersuspension (S). Diese wird durch Fraktionierung (4) in eine Feinfraktion (F4) und eine Grobfraktion (G4) aufgeteilt. Die Feinfraktion (F4) wird in einer Wäsche (5) ein weiteres Mal fraktioniert. Dabei entsteht ein Filtrat (F5) und ein Dickstoff (D5). Der Dickstoff (D5) wird vorzugsweise zusammen mit der Grobfraktion (G4) dispergiert. Das Verfahren sieht mindestens einen Verfahrensschritt zur Entfernung von Druckfarbenpartikeln, z. B. durch Flotation (8) oder Wäsche, vor.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Verfahren der genannten Art werden verwendet, um aus einer Faserstoffsuspension zumindest den überwiegenden Teil der darin suspendierten unerwünschten Feststoffteilchen, die sogenannten Störstoffe, auszuscheiden. So kann z. B. mit einer Flotation ein die auszuscheidenden Stoffe enthaltender Schaum oder Schwimmschlamm gebildet werden. Ein typischer Anwendungsfall eines derartigen Verfahrens ist die Aufbereitung von einer aus bedrucktem Altpapier gewonnenen wässrigen Fasersuspension, in der die Druckfarbenpartikel bereits von Fasern abgelöst werden, so dass sie sich ausflotieren oder auswaschen lassen. Der dazu geeignete Flotationsvorgang nutzt die Unterschiede zwischen Papierfaserstoff und unerwünschten Feststoffteilchen in der Art, dass der Faserstoff auf Grund seines eher hydrophilen Charakters in der Fasersuspension verbleibt, während die angesprochenen Feststoffteilchen hydrophob sind und deshalb zusammen mit den Luftblasen in den Schaum gelangen. Bei einem Waschvorgang werden die feinen Störstoffe mit dem Filtrat ausgewaschen.
Neben den Druckfarbenpartikeln gibt es auch eine Vielzahl weiterer Stoffe, die hydrophob sind und sich daher durch Flotation von dem Faserstoff trennen lassen. Solche Stoffe sind insbesondere Kleber, feine Kunststoffpartikel und eventuell auch Harze.
Weit verbreitet sind Verfahren mit zwei aufeinander folgenden Flotationsschritten, zwischen denen eine mechanische Behandlung durchgeführt wird. So ist es aus der DE 101 32 743 A1 bekannt, zunächst eine erste Flotation, dann eine Hochkonsistenz-Dispergierung für deren Gutstoff und dann eine zweite Flotation zur Entfernung der bei der Dispergierung abgelösten Druckfarben zu verwenden.
Solche Verfahren sind sehr wirksam, aber relativ aufwändig, da jeder Teilschritt eine vollständige Flotation für den gesamten Papierfaserstoff enthält. Auch die Teilstrombehandlung nach einer Fraktionierung ist bereits vorgeschlagen worden, wie z. B. die DE 10 2005 060 475 A1 zeigt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Aufbereitungsverfahren zu schaffen, mit dem eine möglichst effektive Ausscheidung der Störstoffpartikel, insbesondere einschließlich der größeren Druckfarbenpartikel, erzielbar ist, die beim fertigen Papier zu Schmutzpunkten führen können.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt die an sich bekannten Möglichkeiten, die sich daraus ergeben, dass nur ein Teil der Faserstoffsuspension dispergiert wird, und zwar der, in dem die Fasern mit daran anhaftenden Störstoffpartikeln angereichert sind. Durch die im Anspruch 1 erwähnte Wäsche der Feinfraktion wird das Ergebnis des Verfahrens weiter verbessert, da die in die Feinfraktion gelangten Fasern, insbesondere Kurzfasern, mit anhaftenden Druckfarbenpartikeln mit dem bei der Wäsche gebildeten Dickstoff abgeführt werden. Sie können dann durch Dispergieren von der Faser gelöst und so weit zerkleinert werden, dass sie leichter zu entfernen, insbesondere zu flotieren, sind.
Bekanntlich haben nicht entfernte Druckfarbenpartikel je nach ihrer Größe einen unterschiedlichen Einfluss auf die Qualität des hergestellten Papiers. Kleinere Partikel verschlechtern eher den Weißgrad, größere führen eher zu sichtbaren Schmutzpunkten. Da sich größere Druckfarbenpartikel nicht sicher ausflotieren lassen, ist es günstig, sie vor der Flotation zu zerkleinern.
Die Erfindung und ihre Vorteile werden erläutert an Hand von Zeichnungen. Dabei zeigen:
1: Ein exemplarisches Schema des erfindungsgemäßen Verfahrens;
2: Ein Anlagenschema zur Durchführung des Verfahrens.
1 zeigt ein einfaches Schema, bei dem aus Altpapier AP in einem Stofflöser 1 durch Zumischen von Wasser W1 und eventuell Hilfsstoffen H eine Faserstoffsuspension S gebildet wird. Es folgt eine mechanische Reinigungsanlage 2 zur Ausscheidung von Verunreinigungen R2, die in der Regel Siebmaschinen und/oder Zentrifugalabscheider umfasst. Optional ist auch eine Flotation 3 an dieser Stelle gestrichelt eingezeichnet, die aber oft entfallen kann. Die so erzeugte vorgereinigte wässrige Faserstoffsuspension S' wird als nächstes einer Fraktionierung 4 zugeführt, wozu vorzugsweise ein Drucksortierer mit feinen Schlitzen (vorzugsweise ca. 0,1 mm Weite) dient. Auf diese Weise werden die Fasern, die signifikant länger, eventuell auch steifer als die übrigen Fasern sind, in die Grobfraktion G4 geführt, während Kurzfasern, Feinstoffe, Füllstoffe und entsprechend feine Störstoffpartikel in die Feinfraktion F4 gelangen. Diese Betrachtung erfasst nur die Feststoffe; die Flüssigkeit, also überwiegend Wasser, fließt mit beiden Fraktionen ab. Dabei können sich Verschiebungen der Konsistenz ergeben, und zwar normalerweise so, dass die Feinfraktion F4 eine deutlich geringere Konsistenz hat als die Grobfraktion G4.
Die Fraktionierung 4 wird mit Vorteil so eingestellt, dass der Feststoffanteil der Feinfraktion F4 höchstens 80%, vorzugsweise höchstens 50%, des Feststoffanteils beträgt, mit dem die Faserstoffsuspension S'' der Fraktionierung zugeführt wird. Weiterhin ist es günstig, diesen Feststoffanteil auf mindestens 10%, vorzugsweise mindestens 20%, des Feststoffanteils der zugeführten Faserstoffsuspension S'' einzustellen. Mit diesen Parametern ist das erfindungsgemäße Verfahren mit dem besten Effekt durchzuführen.
Wie die 1 weiterhin zeigt, wird die Feinfraktion F4 in eine Wäsche 5 geführt, welche ein Filtrat F5 und einen Dickstoff D5 erzeugt.
Die Grobfraktion G4 der Fraktionierung 4 wird zusammen mit dem Dickstoff D5 durch eine Eindickung 6 (Bildung von Filtrat RW) auf höhere Konsistenz gebracht, vorzugsweise zwischen 15% und 30%, erfährt dann eine Dispergierung 7 und anschließend eine Verdünnung mit Wasser W2, z. B. auf etwa 1 bis 2% Konsistenz, wenn danach flotiert oder gewaschen werden soll. Bekanntlich ist der Hauptzweck einer Dispergierung 7 an dieser Stelle die Ablösung von an den Fasern haftenden Störstoffen, insbesondere Druckfarben. Auch die Zerkleinerung von größeren Druckfarbenpartikeln durch die Dispergierung 7 ist von Vorteil, weil sich zu große Partikel schlecht flotieren oder auswaschen lassen. Eventuell können auch weitere mit Dispergern erzielbare Effekte, wie z. B. Auflösung der Reststippen, damit verbunden sein. Zur Entfernung der Störstoffe folgt hier eine Flotation 8, die insbesondere Druckfarben als Rejekt R8 ausscheidet. Die Vorgänge bei der Flotation 3 sind bekannt; es wird ein Flotationsschaum R3 gebildet, der einen großen Teil der Störstoffe enthält, sowie ein gereinigter Gutstoff A3 mit dem überwiegenden Teil der Fasern. Es gibt auch andere Möglichkeiten zur Druckfarbenentfernung, z. B. das Waschen, bei dem die abgelösten Partikel mit dem Waschfiltrat abgeführt werden.
Das Filtrat F5 kann ohne weitere Dispergierung in der Flotation 8 flotiert werden. Oder es wird auch an der Flotation 8 vorbei in die Vorratsbütte 9 geführt (gestrichelte Linie).
Die 2 zeigt schematisch eine für das Verfahren benutzbare Anlage, ohne dass hier konkrete maschinelle Ausgestaltungen entnehmbar wären. Dabei wird eine Faserstoffsuspension in einem Stofflöser 10 gebildet, über Hydrozyklon 15 sowie Sortierer 16 mechanisch gereinigt und dann einer Fraktionierung 4 zugeführt. Für die Fraktionierung 4 wird hier eine Nasssiebmaschine von der Art eines Drucksortierers verwendet, der entsprechend den Anforderungen einer Fraktionierung ausgestattet und betrieben wird. Er soll also nicht zur Abtrennung von Schmutzstoffen dienen, bei der möglichst alle Fasern in den Durchlauf gelangen. Anders als bei der Schmutzstoffentfernung („Sortierung") ist es das Ziel der Fraktionierung, dass der Überlauf zu einem Teil aus Fasern besteht. Die Faserstoffsuspension S' wird in das Innere des Gehäuses eines solchen Drucksortierers eingepumpt und mit Hilfe eines hier nur angedeuteten Siebkorbes 17 fraktioniert. Die zur Fraktionierung im Drucksortierer erforderlichen Parameter sind an sich bekannt; die wichtigsten sind Form und Größe der Sieböffnungen, Konsistenz der Suspension, Überlaufrate und Art der Siebräumung. Typische Sieböffnungen sind Schlitze mit einer Weite zwischen 0,1 und 0,3 mm. Die Feinfraktion F4 der Fraktionierung 4 wird in eine Waschvorrichtung 11 gepumpt zur Durchführung der schon erwähnten Wäsche 5. Die Waschvorrichtung 11 kann z. B., wie in der Patentschrift DE 30 05 681 beschrieben, ausgebildet sein. Bei einer solchen Waschvorrichtung wird die auszuwaschende Suspension S mit Hilfe eines unter Druck stehenden Stoffauflaufes 26 zwischen einen undurchlässigen Zylinder 27 und ein durchlässiges umlaufendes Siebband 28 mit geringer Konsistenz als turbulenter Flachstrahl eingespritzt. Die für das Verfahren optimalen Betriebsparameter sind leicht einstellbar. Dabei ist eine Konsistenz zwischen 0,5% und 2% besonders günstig. Es sind auch Schneckenpressen oder entsprechend ausgestaltete und betriebene Drucksortierer verwendbar. Es können auch mehrere Drucksortierer zur Wäsche 5 eingesetzt werden. Von Vorteil ist es dann, mindestens zwei Drucksortierer so in Reihe zu schalten, dass der Durchlauf (Akzept) des ersten Drucksortierers in den Zulauf des zweiten Drucksortierers geführt wird. Solche Verfahrensschritte werden z. B. in der DE 10 2006 020 215 A1 beschrieben. Der Durchlauf (Akzept) des zweiten Drucksortierers würde dann als Filtrat F5 und der Überlauf (Rejekt) des ersten Sortierers als Dickstoff D5 in dem Verfahren weiter bearbeitet. Der Überlauf (Rejekt) des zweiten Drucksortierers kann im Normalfall ebenfalls dem Dickstoff D5 zugemischt werden.
Die Konsistenz der Grobfraktion G4 aus der Fraktionierung 4 wird durch Eindickung 6 auf einen Wert zwischen 15 und 30% erhöht. Dazu ist hier exemplarisch eine Schneckenpresse 19 angedeutet; bekanntlich gibt es aber auch andere eventuell mehrstufig arbeitende Eindickungsapparaturen. Das Filtrat RW aus dieser Eindickung 6 kann als Rückwasser z. B. zur Bildung der Faserstoffsuspension S im Stofflöser 10 verwendet werden. Der eingedickte Stoff 12 gelangt dann über ein nicht gezeigtes Transportschneckensystem zur Dispergierung 7 in einen Scheibendisperger 18, bei dem bekanntlich mit Zähnen versehene Dispergierwerkzeuge in einem kurzen Abstand relativ zueinander bewegt werden, die durch hohe Scherkräfte eine Dispergierung des hochkonsistenten Stoffes bewirken. Alternativ kann auch ein Kneter statt des Scheibendispergers verwendet werden. Normalerweise ist es zweckmäßig, den zur Dispergierung vorgesehenen hochkonsistenten Stoff zu erwärmen, z. B. auf eine Temperatur zwischen 80° und 95°C. Dazu kann, wie hier angedeutet, eine direkte Einspeisung von Dampf 24 in den Scheibendisperger 18 erfolgen. Die spezifische Arbeit, die bei der Dispergierung 7 auf den Faserstoff übertragen wird, wird üblicherweise auf einen Wert zwischen 30 und 120 kWh/t, vorzugsweise ca. 60 kWh/t, eingestellt. Bei oder nach der Dispergierung 7 kann eine Bleiche z. B. mit Peroxid erfolgen.
Nach der Dispergierung 4 erfolgt eine Verdünnung durch Zugabe von Wasser W, z. B. in einer Bütte 21.
Wie in 2 dargestellt, wird das Filtrat F5 der Wäsche 5 mit dem dispergierten Stoff vermischt. Danach erfolgt nach Zugabe von Luft 23 die Flotation 8 in einer nur schematisch gezeichneten Flotationsanlage 20. Diese kann rejektseitig mehrere, z. B. zwei Stufen aufweisen. Im Beispiel gemäß 2 wird auf eine der Fraktionierung 4 vorgeschaltete Flotation verzichtet, wie sie gestrichelt als Flotation 3 in 1 gezeigt wird. Die Erfindung bietet oft die Möglichkeit, eine Flotation einzusparen, da zumeist durch eine einzige Flotation 8 ein bereits voll befriedigendes Flotationsergebnis erzielbar ist, was zu einer beträchtlichen Einsparung führt. Außerdem hat das den Vorteil, dass die Auflösung 1 schonender, z. B. auch mit weniger Chemikalien vorgenommen werden kann, da vorerst keine Flotation erfolgt.
Der bei der Flotation 8 gebildete Flotationsschaum R8 wird entfernt und in die Rejektverarbeitung 22 geführt. Der Gutstoff A8 der Flotationsanlage 20 gelangt zur Weiterverarbeitung 25.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10132743 A1 [0004]
- DE 102005060475 A1 [0005]
- DE 3005681 [0018]
- DE 102006020215 A1 [0018]

Claims

Verfahren zur Entfernung von Störstoffen aus einer wässrigen Faserstoffsuspension (S), insbesondere Altpapiersuspension, bei dem eine Fraktionierung (4) der Faserstoffsuspension (S) durchgeführt wird zur Bildung mindestens einer Feinfraktion (F4) und mindestens einer Grobfraktion (G4), bei dem die Grobfraktion (G4) dispergiert und bei dem mindestens ein Verfahrensschritt zur Entfernung von Druckfarbenpartikeln durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der Feinfraktion (F4) durch eine Wäsche (5) in einen Dickstoff (D5) und ein Filtrat (F5) aufgeteilt wird und dass der dabei gebildete Dickstoff (D5) dispergiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Feinfraktion (F4) in der Wäsche (5) aufgeteilt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Dickstoff (D5) der Wäsche (5) zusammen mit der Grobfraktion (G4) der Fraktionierung (4) dispergiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtrat (F5) zur Entfernung von Druckfarben flotiert wird.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dispergierte Grobfraktion (G4) zur Entfernung von Druckfarben flotiert wird.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dickstoff (D5) zusammen mit der Grobfraktion (G4) dispergiert wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Dispergierung eine Flotation (8) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtrat (F5) zusammen mit der dispergierten Grobfraktion (G4) und dem dispergierten Dickstoff (D5) in derselben Flotationsanlage (20) flotiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass stromaufwärts der Fraktionierung (4) der Faserstoffsuspension (S) keine Flotation zur Entfernung von Störstoffen erfolgt.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fraktionierung (4) der Faserstoffsuspension (S) in mindestens einem Drucksortierer durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Drucksortierer Schlitzsiebe verwendet werden mit einer Schlitzweite zwischen 0,08 und 0,15 mm, vorzugsweise 0,1 mm.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Wäsche (5) eine Vorrichtung verwendet wird, bei der die Feinfraktion (F4) mit Hilfe eines unter Überdruck stehenden Stoffauflaufes (26) zwischen einen undurchlässigen Zylinder (27) und mindestens ein umlaufendes Siebband (28) als Flachstrahl eingespritzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Wäsche (5) mindestens ein Drucksortierer verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Drucksortierer verwendet werden, die so geschaltet sind, dass der Durchlauf des einen Drucksortierers in den Zulauf des anderen Drucksortierers geführt wird, wobei der Durchlauf des zweiten Drucksortierers das Filtrat (F5) ist.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fraktionierung (4) so eingestellt wird, dass eine Feinfraktion (F4) gebildet wird, deren Feststoffanteil höchstens 80% des Feststoffanteils der der Fraktionierung (4) zugeführten Faserstoffsuspension (S'') beträgt.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Fraktionierung (3) so eingestellt wird, dass eine Feinfraktion (4) gebildet wird, deren Feststoffanteil höchstens 50% des Feststoffanteils der der Fraktionierung (4) zugeführten Faserstoffsuspension (S'') beträgt.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Fraktionierung (4) so eingestellt wird, dass eine Feinfraktion (4) gebildet wird, deren Feststoffanteil höchstens 20% des Feststoffanteils der der Fraktionierung (4) zugeführten Faserstoffsuspension (S') beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Fraktionierung (4) so eingestellt wird, dass eine Feinfraktion (F4) gebildet wird, deren Feststoffanteil mindestens 10%, vorzugsweise mindestens 20% des Feststoffanteils der der Fraktionierung (4) zugeführten Faserstoffsuspension (S') beträgt.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Fraktionierung (4) so eingestellt wird, dass eine Feinfraktion (F4) gebildet wird, deren Feststoffanteil mindestens 40% des Feststoffanteils der der Fraktionierung (4) zugeführten Faserstoffsuspension (S') beträgt.