DE2834909B2

DE2834909B2 - Verfahren zur Herstellung von Holzschliff

Info

Publication number: DE2834909B2
Application number: DE2834909A
Authority: DE
Inventors: Jonas Arne Ingvar Domsjoe Lindahl (Schweden)
Original assignee: Mo Och Domsjoe Ab, Oernskoeldsvik (Schweden)
Priority date: 1978-02-16
Filing date: 1978-08-09
Publication date: 1979-12-13
Also published as: FI69881C; DE2834909A1; FR2417581A1; SE420329C; FR2417581B1; SE7801813L; NO782600L; NZ188013A; BR7805664A; JPS54111589A; FI69881B; US4207140A; GB2014625B; SE420329B; NO148783B; GB2014625A; NO148783C; DE2834909C3; FI782415A; CA1074608A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Holzschliff.

Bei der Herstellung von Holzschliff hat es sich als vorteilhaft erwiesen, das Schleifen bei erhöhter Temperatur auszuführen, um dadurch den Energiebedarf zu verringern und die Defibrierung zu erleichtern. Besonders zweckmäßig ist es, erhöhte Temperatur mit Schleifen in einer geschlossenen Kammer in Anwesenheit eines Gases, z. B. Dampf oder Luft unter Überdruck, zu kombinieren, um den Energieverbrauch weiter zu verringern sowie die Reißfestigkeit, das Entwässerungsvermögen und das spezifische Volumen (Bulk) des hergestellten Materials zu erhöhen. So wird in der schwedischen Patentschrift Nr. 318178 ein Verfahren zur Zerkleinerung von lignozellulosehältigem Material in Fasern beschrieben, wobei das Material in einer im wesentlichen geschlossenen Kammer in Anwesenheit eines gegenüber dem in der Kammer befindlichen Material inerten Gases unter einem Überdruck von 0,105 bis 1,05MPa vorzugsweise 0,21 -0,7 MPa einer Schleifbehandlung ausgesetzt wird und Wasser mit einer Temperatur von mindestens 71° C,

vorzugsweise ca. 90⁰C während der Schleifbehandlung auf das Material aufgebracht wird. Nach diesem Verfahren wird zusammenfassend ein Schleifstoff erhalten, der im Vergleich mit gewöhnlichem Holzschliff besseres Entwässerungsvermögen bei geringerem Energieverbrauch und verbesserte Reißfestigkeit hat Es wurde jedoch festgestellt, daß dieses Verfahren mit verschiedenen Nachteilen behaftet ist So geht aus genannter Patentschrift hervor, daß die Helligkeit für qualifizierte Anforderungen unzufriedenstellend niedrig wird. Gemäß Tabelle I, Seite 4 der Patentschrift können lediglich ca. 48-54% GE ohne Zusatz von Chemikalien zum Spritzwasser erreicht werden, während die bei Chemikalienzusaiz erzielte Helligekeit ca. 35-55% GE beträgt, obwohl die Menge an zugesetzten Chemikalien sehr groß ist Weiters ist die Zugfestigkeit, obwohl besser als bei gewöhnlichem Holzschliff, nicht so groß wie erwünscht wäre, ebenso wie der Reißindex und die Oberflächengleichmäßigkeit. Es wäre auch wünschenswert, den Energiebedarf des Prozesses weiter zu verringern.

Die vorliegende Erfindung beabsichtigt, die oben erwähnten Nachteile zu beseitigen. Demgemäß betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Holzschliff aus lignozellulosehältigen Materialien, wobei entrindete Holzknüppel auf bekannte Weise in einem geschlossenen, unter Überdruck von Dampf und/oder Luft stehenden Schleifer unter kontinuierlichem Zusatz von auf mindestens 70⁰C erwärmtem Spritzwasser geschliffen werden, das organische und anorganische Chemikalien enthält, worauf der erhaltene Holzschliff sortiert, eingedickt, gebleicht, verdünnt, eingedickt und getrocknet oder in einer Papiermaschine weiterbehandelt wird, welches Verfahren durch die Kombination gekennzeichnet ist, daß

a) die Bleichablauge teils zur Verdünnung des gebleichten Stoffes angewendet wird, teils nach Erwärmung dem Spritzwasser zugeführt wird und gegebenenfalls auch zu einem Teil, jedoch ohne Erwärmung, der Sieberei zugeführt wird,

b) die Stoffsuspension vom Schleifer einem Hydrozyklon zur Dampfabscheidung zugeführt wird,

c) die vom Dampf befreite Stoffsuspension in einer sten Stufe auf eine Konzentration von 5 bis 40% eingedickt wird, worauf sie auf eine Konzentration von 0,5 bis 4,0% verdünnt wird und gesiebt wird,

d) die gesiebte Stoffsuspension in einer zweiten Stufe auf eine Konzentration von 10 bis 50% eingedickt und darauf mit Bleichchemikalien gemischt und gebleicht wird sowie mit Bleichablauge auf eine Konzentration von 1 bis 6% verdünnt wird,

e) der verdünnte gebleichte Stoff in einer dritten Stufe auf eine Konzentration von 10 bis 50% eingedickt und darauf getrocknet oder in einer Papiermaschine weiterbehandelt wird,

f) das Prozeßwasser aus der ersten Eindickungsstufe dem Schleifer als Spritzwasser zugeführt wird,

g) das Prozeßwasser aus der zweiten Eindickungsstufe der Sieberei zugeführt wird,

h) der Dampf aus dem Hydrozyklon zur Erwärmung der dem Spritzwasser zugeführten Bleichabhuge angewendet wird.

Durch die vorgeschlagene Kombination von Maßnahmen wird es überraschenderweise möglich, einen Holzschliff mit im Vergleich zu dem in der schwedischen Patentschrift Nr. 3 18 178 beschriebenen Stoff beträchtlich herabgesetztem totalem Energieverbrauch und wesentlich verbesserten Festigkeitseigenschaften sowie stark verbesserter Helligkeit herzustellen, u. zw. bis zu ca. 80% SCAN. Der nach der Erfindung hergestellte Holzschliff hat einen sehr hohen Gehalt an flexiblen Fasern, was die Erzeugung von Papier mit niedrigerem Flächengewicht und geringerer Oberflächenrauhigkeit ermöglicht als dies bisher mit Holzschliffen möglich war. Der nach der Erfindung hergestellte Schleifstoff kann in größerem Ausmaß mit chemischem Stoff, z. B. Sulfatoder Sulfitzellstoff, gemischt werden als dies bisher

ίο möglich war, wodurch die Kosten zur Herstellung von holzhaltigem Papier verringert werden können. Weiters ist er als Rohware zur Herstellung von Papier innerhalb eines größeren und mehr variierenden Qualitätsbereiches geeignet als dies normalerweise mit Stoffen im Ausbeutebereich 90 bis 99% der Fall ist, u. zw. aufgrund eines größeren Anteiles an langen Fasern und höherer Festigkeit

Das Verfahren nach der Erfindung bringt ferner Vorteile hinsichtlich des Umweltschutzes mit sich, indem das Abflußvolumen an verunreinigtem Prozeßwasser herabgesetzt wird und die Maßnahmen zur Reinigung des Abwassers dadurch wesentlich erleichtert werden. Durch die neue Art und Weise der Nutzung des Dampfes vom Schleifprozeß in und außerhalb des Prozesses wird dessen Energiebedarf im Verhältnis zu bekannten Prozessen beträchtlich reduziert

Bei Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung ist es besonders zweckmäßig, die erwärmte Bleichablauge vor Mischung mit dem Prozeßwasser aus der ersten Eindickungsstufe zu einem separaten Aufbewahrungsbehälter zu führen und das genannte Prozeßwasser zu einem besonderen Zwischenspeicherbehälter zu leiten. Hierdurch werden Wärme- und Chemikalienverluste vermieden. Die erwärmte Bleichablauge enthält organi-

J5 sehe Chemikalien, wie organische vom Abbau und der Auslösung des Lignozellulosematerials herrührende Säuren, z. B. Ameisensäure, Essigsäure, Oxalsäure, verschiedene Fett- und Harzsäuren und organische Komplexbildner, sowie anorganische Chemikalien, wie Wasserstoffperoxid, Ditionit, Natriumhydroxid, Natriumsilikat, Natriumphosphat, Magnesiumsulfat. Sie kann, wenn erwünscht, versetzt sein mit einem Stabilisierungsmittel für die Bleichchemikalien, z. B. Magnesiumsulfat, mit Komplexbildnern zur Bindung der Schwermetalle, z. B. Äthylendiamintetraessigsäure (EDTA), und weiteren, frischen Bleichchemikalien sowie pH-regelnden Substanzen, z. B. Alkalihydroxiden und Alkalisilikat. Diese Stoffe können mit Vorteil im Aufbewahrungsbehälter für die genannte Bleichablauge zugesetzt werden.

Die Zuführung von Spritzwasser zum geschlossenen Schleifer kann zweckmäßigerweise mittels Hochdruckpumpe erfolgen, zu deren Saugseite erwärmte Bleichablauge und Prozeßwasser aus der ersten Eindickungsstufe geführt werden. Die Mischung des Prozeßwassers mit der Bleichablauge kann vor der Zuführung zur Pumpe oder in der Pumpe selbst erfolgen. Das Volumen an vorgewärmter Bleichablauge im Verhältnis zum Volumen an Prozeßwasser aus der ersten Eindickungsstufe hängt vom Wärmegleichgewicht des Prozesses ab,

to insbesondere der im Bleichturm angewendeten Temperatur, und soll gemäß der Erfindung zwischen 1 :30 und 5 :1 liegen.

Pie vom Schleifer kommende Stoffsuspension wird nach Entfernung von gröberen Holzteilchen zu einem

b5 Hydrozyklon zur Abscheidung von Dampf geführt, u. zw. zweckmäßigerweise über einen dazwischenliegenden Druckbehälter. Der abgehende Dampf wird zur Erwärmung der Bleichablauge angewendet, die dem

Schleifer zugeführt werden soll, wobei die Erwärmung vorzugsweise durch Direktkondensation erfolgt. Der Überschußdampf wird für Erwärmungszwecke im Anschluß an den Prozeß oder für andere Heizzwecke ausgenützt. Auf gleiche Weise kann Überschußdampf, der aus dem Schleifer ausgeblasen wird, zunutze gemacht werden, z. B. zur Erwärmung des Holzes im Schleusenförderer.

Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Teil des Prozeßwassers aus der ersten Eindickungsstufe zu einem Wärmeaustauscher abgezapft und von dort zur Sieberei geleitet oder aus dem Prozeß ausgeschieden. Dies ermöglicht auf zweckmäßige Weise eine Regelung der Temperatur in der Sieberei und Bleicherei sowie eine Ausnützung von Überschußwärme vom Prozeß. Es ist zweckmäßig, wenn das Prozeßwasser aus der ersten Eindickungsstufe vor seiner Anwendung als Spritzwasser im Schleifer von Fasern und Verunreinigungen befreit wird.

Zur Bleichung des Holzschliffes können bekannte Verfahren angewendet werden. Gemäß der Erfindung ist es jedoch besonders zweckmäßig, die Bleichung als Turmbleichung auszuführen und dabei unmittelbar nach der Mischung mit Bleichchemikalien in einer Mischvorrichtung und vor Einführung in den Bleichturm die von der zweiten Eindickungsstufe kommende Stoffsuspension einer raschen Eindickung auszusetzen und den solcherart erhaltenen Überschuß an Bleichmittellösung nach Kühlung zur Mischvorrichtung zurückzuführen.

Bevorzugte Druck- und Temperaturbedingungen beim Verfahren nach der Erfindung sind ein Überdruck im geschlossenen Schleifer von 0,02 bis 1 MPa und eine Spritzwasserlemperatur von 85 bis 100⁰C. Der Anpreßdruck der Holzknüppel gegen die Schleifsteinoberfläche soll zweckmäßigerweise 0,4 bis 4 MPa und vorzugsweise 0,6 bis 3 MPa betragen.

Das Verfahren nach der Erfindung wird nachstehend anhand der Figur näher beschrieben.

Entrindete Holzknüppel 1 mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 30 bis 65% werden über einen Schleusenförderer 2 zu einem Schleifer 3 geführt, der mit Meßgebern für Temperatur und Druck ausgerüstet ist. Der Schieusenförderer besteht im Prinzip aus einer Kammer mit beweglicher Bodentür und einem beweglichen Deckel an der Oberseite. Im Schleusenförderer wird eine gewisse Vorwärmung der Holzknüppel durch Dampf erhalten, der im Schleifer erzeugt wird, doch kann auch zusätzlich Dampf von irgendeiner Stelle im Prozeß, wo Überschußdampf entsteht, dem Schleusenförderer zugeführt werden. Die vorgewärmten Knüppel werden in den Schleifraum selbst gefördert, indem die Bodentür rasch beiseite geführt wird, so daß die Knüppel durch ihr Eigengewicht auf den rotierenden Schleifstein 4 hinabfallen. Um zu bewirken, daß die Knüppel kräftig gegen den Schleifstein gedrückt werden, werden diese mit Hilfe eines Kolbens (in der Figur nicht gezeigt) gegen den Stein gepreßt Der Kolbendruck beträgt zweckmäßigerweise 0,4 bis 4 MPa vorzugsweise 0,6 bis 3MPa Im Schleifer wird ein Oberdruck von 0,02 bis 1 MPa aufrechterhalten. Die Größe des Überdruckes wird aufgrund der Anforderungen an die gewünschte Stoffqualität entschieden. Je höher die Qualitätsansprüche sind, desto höher soll der Oberdruck innerhalb der angegebenen Grenze gehalten werden. Während des Schleifens des Holzes wird durch die Leitung 5 erwärmtes Spritzwasser zugeführt Die Spritzwassermenge wird zwischen 400 und 2500 Liter pro Minute variiert Vom Schleifer wird der defibrierte Stoff zu einem Druckbehälter 6 gefördert, wöbe eventuell vorhandene Splitter in einem Splitterbrechei 7 zerkleinert werden. Das defibrierte Holz wird von Durckbehälter zu einem Hydrozyklon 8 geführt, wc Dampf abgeschieden wird, welcher eine Temperatui von 100 bis 170⁰C hat. Der abgeschiedene Dampf wire über die Leitung 36 zu einem Kondensator 9 geführt, wc er, vorzugsweise durch Direktkondensation, Wärme ar Bleichablauge abgeben kann, die dem Schleifer zugeführt werden soll. Vom Dampfkondensator wird durch die Leitung 10 Überschußdampf entnommen und ar anderer Stelle im Prozeß oder für anderen Erwärmungs- oder Energiebedarf ausgenützt, z. B. in einerr Flockentrockner, einer Dampfturbine oder anderer Industrieanlage. Vom Hydrozyklon wird der Stoff zi einer Entwässerungsvorrichtung 11, z.B. einer Presse transportiert, wo er von der Konzentration 0,5 bis 10°/c auf eine Konzentration von 5 bis 40% eingedickt wird Das aus der Presse austretende Prozeßwasser, welches eine Temperatur von 90 bis 100⁰C hat, wird über der Behälter 12 und die Leitung 13 zu einer Filtriervorrichtung 14 und von dort zu einem Zwischenspeicherbehälter 15 gepumpt, der mit Meßgebern zur Registrierung von Temperatur und Volumen sowie gegebenenfalls auch der Chemikalienkonzentration ausgerüstet ist. Eir Teil des gefilterten Prozeßwassers kann durch die Leitung 16 ausgeschieden werden. Bei Bedarf kann eir Teil des Prozeßwassers von der Presse 11 durch die Leitung 17 entnommen und einem Wärmeaustauschei 18 zur Erwärmung von Wasser zugeführt werden, das durch die Leitung 19 zugeführt und durch die Leitung 2C entnommen wird. Das Prozeßwasser kann darauf zui Sieberei 21 zurückgeführt oder zu einem Teil durch die Leitung 22 ausgeschieden werden. Von der Presse 11 wird der Stoff zur Sieberei 21 geführt, wo er auf eine Konzentration von 0,5 bis 4% verdünnt wird, und zwai mit Prozeßwasser, das von einer zweiten Entwässerungsvorrichtung 23 durch die Leitung 32 zugefühn wird, worauf er gesiebt wird. Von der Sieberei wird die Stoffsuspension zur Entwässerungsvorrichtung 23 gefördert, die vorzugsweise von einer Presse gebildet wird, wo sie auf eine Konzentration von 10 bis 50°/c entwässert wird.

Von der Presse 23 wird der Stoff zu einei Mischvorrichtung 24 geführt, wo Bleichchemikalien vorzugsweise Peroxide oder Natriumditionit, zugesetzi werden. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform, die in der Figur gezeigt ist, wird auflegender mit Bleichchemikalien vermischte Stoff unmittelbar nach der Mischung einer Schnellentwässerung in einer Presse 25 unterworfen, von wo die ausgepreßte Bleichmittellösung nach Kühlung im Wärmeaustauscher 26 durch die Leitung 27 zur Mischvorrichtung 2A zurückgeführt wird.

Das spezielle Schnellentwässerungsverfahren bringi den Vorteil mit sich, daß hohe Helligkeit bei niedrigen; Chemikalienverbrauch erzielt wird.

Der entwässerte und mit Bleichchemikalien gemischte Stoff wird darauf einer Bleichung, vorzugsweise be: einer Temperatur von 40 bis 75° C und einei Konzentration von 10 bis 50%, in einem Bleichturm Ά unterworfen, wo die Aufenthaltszeit 15 bis 180 Minuter beträgt Vor dem Austritt aus dem Turm wird der Stofl mit Bleichablauge auf eine Konzentration von 1 bis 6% verdünnt Der gebleichte Stoff wird darauf in einei dritten Eindickungsvorrichtung 29, vorzugsweise einei Filterpresse, auf eine Konzentration von 10 bis 50% eingedickt, worauf er getrocknet oder direkt einei

angeschlossenen Papierfabrik zugeführt wird. Aus der Eindickungsvorrichtung 29 austretende Bleichablauge wird teils durch die Leitung 30 als Verdünnungsflüssigkeit in den Bleichturm 28 und teils durch die Leitung 31 zum Wärmeaustauscher 9 zurückgeführt, wo sie mit Dampf aus dem Hydrozyklon 8 erwärmt und durch die Leitung 33 dem Aufbewahrungsbehälter 34 zugeführt wird, in den durch die Leitung 35 Stabilisierungsmittel und gegebenenfalls frische Bleichmittellösung zugeführt werden. Wenn es als zweckmäßig erscheint, kann ein Teil der Bleichablauge von der Eindickungsvorrichtung 29 durch die Leitung 43 zur Sieberei zurückgeführt werden.

Eine andere geeignete Möglichkeit zur Erwärmung der Bleichablauge mit Dampf aus dem Hydrozyklon 8 liegt darin, den Dampf zur Gänze oder teilweise zum Zwischenspeicherbehälter 15 zu führen, was durch die strichlierte Leitung 37 angedeutet ist, oder zum Aufbewahrungsbehälter 34 zu führen, was durch die gestrichelte Leitung 38 angedeutet ist.

Die Erfindung wird durch folgende Ausführungsbeispiele erläutert.

Beispiel 1

Dieses Beispiel erläutert die Herstellung von Holzschliff aus entrindetem Fichten- bzw. Tannenholz einerseits nach der bekannten Methode mit Schleifen bei Atmosphärendruck mit Spritzwasser mit normaler Temperatur, das Bleichablauge enthält (Methode A), anderseits nach der bekannten Methode mit Schleifen in geschlossener Kammer bei erhöhtem Druck und mit Spritzwasser ohne Bleichchemikalien, jedoch mit erhöhter Temperatur (Methode B). weiters nach der Methode A mit erhöhtem Druck (Methode C), weiters mit Schleifen in geschlossener Kammer bei erhöhtem Druck und mit Spritzwasser mit erhöhter Temperatur, das Bleichablauge enthält, und mit externem Dampf von einem Dampfkessel erwärmt worden ist (Methode D), und schließlich nach Methode D unter Ausnutzung von beim Schleifvorgang erzeugtem Dampf anstelle von extern zugeführtem Dampf gemäß den im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches angegebenen Merkmalen (Methode E).

Ein offener Schleifer in einer acht Schleifer umfassenden Holzschleiferei wurde in Übereinstimmung mit dem in der Figur gezeigten Schleifer 3 zu einem geschlossenen umgebaut und mit Temperatur- und Druckgebern zur Messung von Temperatur und Druck innerhalb des Schleifers versehen. Dem Schleifer wurden entrindete Fichten- bzw. Tannenknüppel mit einem mittleren Feuchtigkeitsgehalt von 51% in einer Menge von 150 kg trockenem Holz zugeführt Der Druck der Holzknüppel gegen die Schleifsteinoberfläche betrug 0,6MPa. Bei diesem Kolbendruck wurde eine Leistungsaufnahme des Antriebsmotors für den Schleifstein von 650 kW sowohl bei Atmosphärendruck als auch bei erhöhtem Druck gemessen. Der Schleifsteinoberfläche wurde Spritzwasser in einer Menge von 6001 pro Minute zugeführt Bei sämtlichen Versuchen betrug der Systemdruck innerhalb des Schleifers 0,1 MPa Oberdruck außer bei Methode A, bei der Atmosphärendruck angewendet wurde. Die sonstigen Bedingungen bei den verschiedenen Versuchen werden nachstehend angegeben.

Methode A

Die Spritzwassertemperatur betrug 62° C Das Spritzwasser wurde von Bleichablauge aus einer Turmbleich stufe gebildet und hatte folgende ungefähre Zusammensetzung

Wasserstoffperoxid	0,5 g/l
Na₂SiO₃	2,5 g/l
Äthylendiamintetraessigsäure	0,08 g/l
Essigsäure	3,0 g/l
Harze und Fettsäuren	0,2 g/l

sowie einen pH von 8,5.

Im Schleifer wurde eine Temperatur von 65°C gemessen. Der erhaltene Stoff wurde gesiebt, mit Komplexbildnern versetzt und auf einem Filter von 0,5 bis 1% auf 13% Stoffkonzentration entwässert. Darauf wurden die Helligkeit und die papiertechnischen Eigenschaften des ungebleichten Stoffes gemessen. Der Stoff wurde darauf mit Bleichchemikalien gemischt und in einem Bleichturm gebleicht. Diese Methode ist in der amerikanischen Patentschrift Nr. 40 29 543 beschrieben.

Methode B

Die Spritzwassertemperatur betrug 96° C und das Spritzwasser bestand aus reinem Wasser. Im Schleifer wurde eine Temperatur von 112° C gemessen. Der erhaltene Stoff wurde gesiebt, entwässert und getrocknet. Helligkeit und papiertechnische Eigenschaften des Stoffes wurden gemessen. Diese Methode ist in der schwedischen Patentschrift Nr.3 18 178 beschrieben.

Methode C

Methode A wurde mit dem Unterschied wiederholt, daß das Schleifen unter einem Überdruck von 0,1 MPa durchgeführt wurde. Im Schleifer wurde eine Temperatur von 70⁰C gemessen. Die Stoffkonzentration beim Austritt aus dem Schleifer wurde mit 2,72% gemessen. Die Stoffsuspension wurde darauf einem Hydrozyklon zur Abscheidung von Dampf zugeführt, worauf sie in einer Schneckenpresse auf 23% mk entwässert wurde. Hierauf wurde der Stoff gesiebt, entwässert und getrocknet. Helligkeit und papiertechnische Eigenschaften des solcherart erhaltenen Stoffes wurden gemessen.

Methode D

Methode C wurde mit dem Unterschied wiederholt, daß das Bleichablauge enthaltende Prozeßwasser aus der Schneckenpresse mit externem Dampf von einem Dampfkessel auf eine Temperatur von 99,5° C erwärmt und im Schleifer als Spritzwasser angewendet wurde. Im Schleifer wurde dabei eine Temperatur von 112⁰C gemessen. Die Stoffkonzentration beim Austritt aus dem Schleifer wurde mit 2,89% gemessen.

Methode E

Methode D wurde mit dem Unterschied wiederholt, daß das Bleichablauge enthaltende Prozeßwasser aus der Schneckenpresse, das eine Temperatur von 96° C hatte, teilweise als Spritzwasser im Schleifer angewendet wurde, u.zw. zusammen mit ca. 5 Volumprozent Bleichablauge aus einem Bleichturm, welche Bleichablauge mit Dampf aus dem Hydrozyklon auf eine Temperatur von 99° C erwärmt worden ist Im Schleifer wurde eine Temperatur von 113° C gemessen.

Die Wirkung der verschiedenen Methoden auf die Eigenschaften des Stoffes geht aus nachstehender Tabelle hervor.

Tabelle 1

Methode A

Energieverbrauch bei der Defibrierung, 1150

kWh/t
Energieaufwand zur Erwärmung von Spritz- 0

wasser, kWh/t
Freeness, ml
Zugindex, Newton m/kg
Reißindex, Newton m²/kg
Dichte, kg/m³
Helligkeit, gem. SCAN, %
Opazität, %

Wie aus der Tabelle hervorgeht, weist der nach der Erfindung (Methode E) hergestellte Stoff im Vergleich mit dem nach der schwedischen Patentschrift 3 18 178 erhaltenen Stoff (Methode B) beträchtlich höhere Helligkeit (ca. 10%) vor der Bleichung auf, was es möglich macht, mit dem darauffolgenden Bleichprozeß eine endgültige Helligkeit von 80% zu erzielen. Dies ist bedeutend höher als die nach der schwedischen Patentschrift 3 18 178 erzielbare Helligkeit und außerdem wird diese Helligkeit mit sehr niedrigen Chemikalienkosten erhalten, weil die Bleichablauge rückzirkuliert. Weiters wird gemäß der Erfindung eine Zunahme des Reißindex um ca. 24% im Vergleich mit Methode B und ganzen 60% im Vergleich mit Methode A (amerikanische Patentschrift 40 29 543) und Methode C (amerikanische Patentschrift 40 29 543 mit erhöhtem Druck) erhalten, was mit sich bringt, daß sich der nach der Erfindung hergestellte Zellstoff außerordentlich gut zur Herstellung von Papier auf einer Papiermaschine eignet, weil die Gefahr eines Bahnbruches wesentlich herabgesetzt wird. Was den Zugindex betrifft, der ein ungefähres Maß dafür ist, wie lang ein Papierstreifen wird, der aus dem Stoff herausgezogen werden kann, bevor er durch sein Eigengewicht reißt, ist der nach der Erfindung hergestellte Stoff um ca. 29% besser als der Stoff nach der schwedischen Patentschrift 3 18 178, während hinsichtlich der Freeness sämtliche geprüfte Stoffe gleichwertig sind. Die im Verhältnis zum Stoff nach der schwedischen Patentschrift niedrigere Dichte des Stoffes nach der Erfindung macht diesen besonders zur Herstellung von Druckpapier und Karton mit niedrigem Flächengewicht geeignet Wie aus der Tabelle hervorgeht, bringt die Methode nach der Erfindung eine bedeutende Senkung des Energieaufwandes für die Faserfreilegung selbst im Schleifer im Vergleich mit bekannten Methoden mit sich. Durch die Ausnutzung des Dampfes auf die erfindungsgemäße Weise wird außerdem der Vorteil erhalten, daß der Holzschliff bei hoher Temperatur ohne Zuführung von externem Dampf hergestellt werden kann, wodurch sehr große Energiemengen eingespart werden, u. zw. ca. 1450 kWh/Tonne Stoff, wenn Überschußdampf vom Schleifer zur Vorwärmung des Holzes angewendet wird. Durch Vorwärmung des Holzes wird außerdem der Verschleiß der Schleifsteine reduziert, weil weniger Wärmespannungen im Steinmaterial entstehen.

Zusammenfassend kann somit festgestellt werden, daß vorliegende Erfindung die Herstellung eines stärkeren Holzschliffes bei niedrigerem Energieverbrauch als bei herkömmlicher Technik ermöglicht Gleichzeitig wird eine überraschend hohe Helligkeit des nach der Erfindung hergestellten Stoffes erhalten, 1025

1200

1100

950

1200

950

140	145	150	145	157
29	28	28	34	36
3,5	3,5	3,7	5,3	5,6
404	392	402	380	378
66	59	65	66	65
91,8	92,5	92,2	91,9	92,3

obwohl die Bleichablauge wiederholt rückzirkuliert, woraus man sich einen verfärbten Stoff aufgrund der Ansammlung von verfärbten Substanzen erwarten würde.

Beispiel 2

Das Beispiel zeigt die fabriksmäßige Herstellung von Holzschliff gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Anlage, wie sie aus der Figur hervorgeht.

Entrindete Fichten- bzw. Tannenholzknüppel 1 mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 49% wurden in einen mit Türen versehenen Schleusenförderer 2 eingeführt und mit Überschußdampf aus dem Schleifer vorgewärmt, welcher Dampf dem Schleusenförderer über ein Druckregelungsventil (in der Figur nicht gezeigt) und die Leitung 39 zugeführt wurde. Kondensat aus dem Schleusenförderer wurde über die Leitung 40 abgeleitet. Nach Einführung in den geschlossenen Schleifraum wurden die Knüppel durch einen Kolben mit dem Kolbendruck 0,7 MPa gegen den Schleifstein gepreßt. Im Schleifraum wurde ein Überdruck von 0,1 MPa aufrechterhalten. Die Spritzwassermenge durch die Leitung 5 betrug 800 Liter pro Minute und 5,5 Volumprozent des Spritzwassers wurden von erwärmter Bleichablauge aus dem Aufbewahrungsbehälter 34 gebildet Im Hydrozyklon 8 wurde Dampf mit einer Temperatur von 101⁰C abgeschieden. Der abgeschiedene Dampf wurde zum Direktkondensator 9 zur Vorwärmung von Bleichablauge aus der Leitung 31 geführt Aus dem Direktkondensator wurden durch die Leitung 10 2,2 kg Dampf pro Minute mit einer Temperatur von 100° C abgeleitet welcher Dampf zur Vorwärmung der Trockenluft in einem Flockentrockner angewendet wurde. Die Stoffsuspension hatte beim Austritt aus dem Schleifer eine Konzentration von 238% und eine Temperatur von 111 °C. Vom Hydrozyklon wurde der Stoff zu einer Schneckenpresse 11 geführt, wo er von einer Konzentration von 2,44% auf eine Konzentration von 24% eingedickt wurde. Das aus der Presse austretende Prozeßwasser hatte eine Temperatur von 98° C 720 Minutenliter davon wurden über den Behälter 12 zum Bogensieb 14 gepumpt, wo Fasern und Verunreinigungen abgeschieden wurden, und von dort weiter zum Zwischenspeicherbehälter 15. Ca. 16 Minutenliter des Prozeßwassers aus der Presse 11 wurden durch die Leitung 17 zum Wärmeaustauscher 18 zur Erwärmung von Wasser entnommen, das als Spritzwasser mit einer Temperatur von 5O⁰C in der Filterpresse 29 angewendet wird. Das durch die Leitung 41 abgehende Prozeßwasser hatte eine Temperatur von 6O⁰C und wurde zur Gänze der Sieberei 21 zugeführt Von der Presse 11 wurde der Stoff zur Sieberei 21

befördert, wo er mit durch die Leitung 32 zugeführtem Prozeßwasser und oben erwähntem Prozeßwasser aus der Leitung 41 auf eine Konzentration von 1% verdünnt wurde. Von der Sieberei wurde der fertiggesiebte Stoff, der eine Konzentration von 0,8% hatte, zu der aus einer Kombination Rohrentwässerer/Schneckenpresse bestehenden Entwässerungsvorrichtung 23 geführt, wo er auf eine Konzentration von 26% entwässert wurde. Von der Presse 23 wurde der Stoff zur Mischvorrichtung 24 gefördert. Der Mischvorrichtung wurde durch die iu Leitung 42 frische Bleichmittellösung in einer Menge von 2,8% Wasserstoffperoxid, 4% Na₂SiO₃ und 1,2% NaOH auf das Trockengewicht des Stoffes gerechnet zugeführt. Zur Mischvorrichtung 24 wurde auch rückzirkulierende, gekühlte Bleichmittellösung durch r, die Leitung 27 in solcher Menge geführt, daß die austretende Stoffsuspension eine Konzentration von 12% bekam. Unmittelbar nach der Mischung in der Mischvorrichtung 24 wurde die Bleichmittel enthaltende Stoffsuspension in der Schneckenpresse 25 auf eine Konzentration von 24% entwässert und darauf zum Bleichturm 28 geführt. Die in der Presse 25 ausgepreßte Bleichmittellösung wurde im Kühler 26 auf eine Temperatur von 40⁰C gekühlt, u. zw. vor Rückführung zur Mischvorrichtung. Im Turm wurde der Stoff bei einer Temperatur von 58° C während 1,5 Stunden gebleicht. Vor Austritt aus dem Turm wurde der Zellstoff auf eine Konzentration von 4% verdünnt, u. zw. durch Zusatz von aus der Filterpresse 29 erhaltener Bleichablauge. In der Filterpresse 29 wurde der Stoff auf eine Konzentration von 50% eingedickt. Die Bleichablauge aus der Filterpresse wurde durch die Leitung 30 zu einem Teil (416 Minutenliter) zum Boden des Bleichturmes zurückgeführt, während 44 Minutenliter über die Leitung 31 zum Dampfkondensator 9 r, geführt wurden. Die durch die Leitung 31 gehende Bleichablauge hatte eine Temperatur von 58° C. Sie wurde im Kondensator 9 auf 98° C erwärmt, worauf sie dem mit Überlauf versehenen Aufbewahrungsbehälter 34 zugeführt wurde. Zum Aufbewahrungsbehälter 34 wurden durch die Leitung 35 0,05% MgSO₄ · 7 H₂O und 0,03% Diäthylentriaminpentaessigsäure (DTPA) auf das Trockengewicht des Holzes gerechnet zugesetzt Vom Aufbewahrungsbehälter 34 wurde die Bleichablauge durch die Leitung 44 zur Saugseite der Hochdruckpumpe 45 geführt.

Der Energieverbrauch bei der Faserfreilegung betrug 1150 kWh/Tonne Stoff. Der erhaltene Stoff wies folgende Eigenschaften auf:

Freeness, ml	108
Zugindex, Nm/kg	43
Reißindex, NnWkg	5,6
Dichte, kg/m³	415
Heiligkeit, %	80
Opazität	91,2

Der Zusatz an Stabilisierungsmittel im Aufbewahrungsbehälter 34 in Kombination mit dem besonderen Bleichverfahren resultierte somit in einer überraschend hohen Helligkeit bei unerwartet niedrigem Chemikalienverbrauch. Der Entergieverbrauch war trotz niedriger Freeness sehr gering und durch Ausnutzung von im Prozeß erzeugter Wärme wurden ca. 1450 kWh/Tonne Stoff an Dampfenergie eingespart.

Beispiel 3

In einer halbgroßen Pilotpapiermaschine wurde aus ca. 1 Tonne Holzschliff, der nach Beispiel 2 der vorliegenden Erfindung hergestellt worden war. Papier erzeugt. Bei gleicher Gelegenheit wurde Papier aus Holzschliff erzeugt, der nach der amerikanischen Patentschrift 40 29 543 hergestellt worden war, sowie aus einem kommerziellen thermomechanischen Stoff, welcher Stoff von allen bekannten mechanischen Stoffen allgemein als der stärkste angesehen wird. Sämtliche Stoffe waren gebleicht. Die papiertechnischen Eigenschaften der Stoffe und der Energieverbrauch bei der Herstellung werden nachstehend angeführt, wobei zu beachten ist, daß der nach der Erfindung hergestellte Stoff zwecks Verringerung der Oberflächenrauhigkeit des Papiers mit niedrigerer Freeness als in Beispiel 1 hergestellt worden ist.

Tabelle 2

Energieverbrauch, kWh/t
Freeness, C.S.F., ml
Zugindex, Nm/kg
Reißindex, N ■ nWkg
Dichte, kg/m³
Helügkeit, SCAN C 11 :62
Opazität, %

Stofflyp	Konv. Holz	Holzschliff
Thermo-mech.	schliff	gem. Erf.
	1350	1150
2100	105	108
110	35	43
38	3,7	5,6
6,8	423	415
410	78	80
76	91,2	91,2
90,8

Aus Tabelle 2 geht hervor, daß bei der Herstellung von thermomechanischem Stoff nahezu doppelt soviel Energie benötigt wird, wie bei der Herstellung von Holzschliff gemäß der Erfindung. Weiters geht hervor, daß der thermomechanische Stoff den höchsten Wert für den Reißindex aufweist

Vor der Papierherstellung wurde der jeweilige mechanische Stoff mit vollgebleichtem Kiefersulfatstoff

60 gemischt, der zu einer Freeness von 450 ml gemahlen war (Mahlgrad 28° nach Schopper-Riegler), mit einer Helligkeit von 91,2% SCAN. Der Anteil an gebleichtem Sulfatstoff betrug 40%, während der restliche Stoff, d. h. 60%, aus dem zu prüfenden Stoff bestand. Die Eigenschaften der fertigen Papiere gehen aus nachstehender Tabelle hervor.

28 34	13	Tabelle 3	909	14	Holzschliff
			gem. Erf.
			813
	Stofftyp	Konv. Holz	7
Flächengewicht, g/m²	Thermo-niech.	schliff	503
Aschengehalt, %		813	8,0
Zugindex, Nm/kg¹)	81,8	7	3,2
Reißindex, N · m²/kg	7	43,4	50,2
Dehnung, %')	42,3	6,1	803
Lichtstreuungskoeffizient, m²/kg	7,2	2,0	90,1
Helligkeit, SCAN %	2,1	46,8	516
Opazität, %	383	79,5	150
Dichte, kg/m³	78,5	87,8
Oberflächenrauhigkeit, Bendtsen, SCAN-P	86,6	537
21 :67 ml/min²)	513	320
340

M Mittelwert Längs- und Querrichtung. ²) Mittelwert Ober- und Siebseite.

Wie aus der Zusammenstellung in Tabelle 3 hervorgeht, ist überraschenderweise Papier mit nach der Erfindung hergestelltem Holzschliff durchwegs fester geworden als Papier, das thermomechanischen Stoff enthält. Besonders überraschend ist, daß Reißindex und Dehnung höher geworden sind als bei Papier, das thermomechanischen Stoff enthält, obwohl dieser Stoff nach der Bogenprobe in Tabelle 2 den höchsten Reißindexwert hatte. Eine sichere Erklärung dafür, warum der Stoff nach der Erfindung in Mischung mit chemischem Stoff in einem derart starken Papier resultiert hat, gibt es derzeit nicht Fasermorphologische Studien haben jedoch gezeigt, daß die Fasern bei der Defibrierung nach der Erfindung auf eine andere Weise freigelegt zu werden scheinen als bei gewöhnlicher Holzschliffherstellung und thermomechanischer Stoffherstellung. Bei Defibrierung nach der Erfindung scheinen die einzelnen Fasern von den Primärwänden und ersten Sekundärwänden (Si) des Lignozellulosematerials losgelöst zu werden, so daß die aus fast nur Lignin bestehenden Mittellamellen von Zellulose umgeben werden. Die Fasern scheinen außerdem gut fibrilliert und flexibel zu sein, was die Faser-Faser-Bindungen bei der Herstellung von Papier begünstigt. Bei normalem Steinschliff werden oft Brüche quer durch die Fasern erhalten, was zu Faserverkürzungen führt und außerdem scheinen die Fasern gerade und steif zu sein. Beim thermomechanischen Prozeß erfolgt oft die Faserfreile gung quer durch die Mittellamelle und die Primärwand der Zellulose. Das Ergebnis ist, daß gewisse Fasern einen Belag aus Lignin von der Mittellamelle bekommen, was die ι aser-Faser-Bindungen bei der Herstellung von Papier verschlechtert

Zusammenfassend kann gesagt werden, daß die beim Verfahren nach der vorliegenden Erfindung gewonnenen Vorteile mit sich bringen, daß die Herstellungskosten für den Zellstoff niedriger werden als dies mit bekannter Technik möglich ist Zur Erzielung einer gewissen Festigkeit des Papiers kann der Energieverbrauch bei der Stoffherstellung wesentlich reduziert werden. Weiters kann Papier mit niedrigerem Flächengewicht hergestellt werden, u. zw. nach wie vor unter Beibehaltung der Eigenschaften oder es wird sogar Papier erhalten, dessen Eigenschaften besser sind, wie bessere Formation und höhere Opazität Bei Herstellung von Papier in Mischung von chemischem Stoff, wie Sulfat- oder Sulfitstoff, kann der Gewichtsanteil des chemischen Stoffes herabgesetzt werden. Das Endergebnis wird ein Papier mit unveränderten oder besseren Eigenschaften, jedoch mit niedrigeren Herstellungskosten. Mit höherem Anteil an mechanischem Stoff wird die Opazität des Papiers erhöht was die Druckeigenschäften des Papiers fördert.

Durch Rückführung des Spritzwassers gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Konzentration von ausgelösten Holzsubstanzen erhalten, wat die Handhabung und Behandlung von umweltschädlichen Stoffen erleichtert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Holzschliff aus lignozellulosehaltigen Materialien, wobei entrindete Holzknüppel auf bekannte Weise in einem geschlossenen, unter Oberdruck von Dampf und/oder Luft stehenden Schleifer unter kontinuierlichem Zusatz von auf mindestens 70° C erwärmtem Spritzwasser geschliffen werden, das organische und anorgani- ι ο sehe Chemikalien enthält, worauf der erhaltene Holzschliff sortiert, eingedickt, gebleicht, verdünnt, eingedickt und getrocknet oder in einer Papiermaschine weiterbehandelt wird, gekennzeichnet durch die Kombination, daß is

c) die von Dampf befreite Stoffsuspension in einer ersten Stufe auf eine Konzentration von 5 bis 40% eingedickt wird, worauf sie auf eine Konzentration von 0,5 bis 4,0% verdünnt wird und gesiebt wird,

e) die verdünnte gebleichte Stuffsuspension in einer dritten Stufe auf eine Konzentration von 10 bis 50% eingedickt und darauf getrocknet oder in einer Papiermaschine weiterbehandelt wird,

g) das Prozeßwasser aus der zweiten Eindickungs-

stufe der Sieberei zugeführt wird,
h) der Dampf aus dem Hydrozyklon zur Erwärmung der dem Spritzwasser zugeführten Bleichablauge angewendet wird.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erwärmte Bleichablauge zur Vermeidung von Wärme- und Chemikalienverlusten vor Mischung mit dem Prozeßwasser aus der ersten Eindickungsstufe zu einem separaten Aufbewahrungsbehälter geführt und das Prozeßwasser zu einem besonderen Zwischenspeicherbehälter geleitet wird.

3. Verfahren nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erwärmte Bleichablauge mit Stabilisierungsmittel für Bleichchemikalien, Komplexbildnern und gegebenenfalls weiteren frischen Bleichchemikalien sowie pH-regulierenden Substanzen versetzt wird.

4. Verfahren nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erwärmte Bleichablauge und das Prozeßwasser aus der ersten Eindickungsstufe dem Schleifer über eine gemeinsame Hochdruckpumpe zugeführt werden und daß die beiden Flüssigkeiten vor oder beim Eintritt in die Saugseite der Pumpe gemischt werden.

5. Verfahren nach den Patentansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß die Bleichablauge mit dem Dampf aus dem Hydrozyklon durch Direktkondensation erwärmt wird und daß Überschußdampf für Erwärmungszwecke im Anschluß an den Prozeß oder andere Heizzwecke ausgenützt wird.

6. Verfahren nach den Patentansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Prozeßwassers aus der ersten Eindickungsstufe zu einem Wärmeaustauscher abgezapft und von dort zur Sortierung geleitet oder aus dem Prozeß ausgeschieden wird, um die Temperatur in der Sortierung und Bleicherei zu regeln sowie Oberschußwärme vom Prozeß auszunützen.

7. Verfahren nach den Patentansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Prozeßwasser aus der ersten Eindickungsstufe, welches nach der Eindickungsstufe dem Schleifer als Spritzwasser zugeführt wird, von Fasern und Verunreinigungen befreit wird.

8. Verfahren nach den Patentansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bleichung als Turmbleichung durchgeführt wird und daß dabei der von der zweiten Eindickungsstufe kommende Stoff unmittelbar nach der Vermischung mit Bleichchemikalien in einer Mischvorrichtung und vor Einführung in den Bleichturm einer raschen Eindickung ausgesetzt wird und daß der solcherart erhaltene Überschuß an Bleichmittellösung nach Kühlung zur Mischvorrichtung zurückgeführt wird.

9. Verfahren nach den Patentansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Überdruck im Schleifer auf 0,02 bis 1 Mpa gehalten wird, daß die Spritzwassertemperatur auf 85 bis 100°C gehalten wird, und daß der Anpreßdruck der Holzknüppel gegen die Schleifsteinoberfläche 0,4 bis 4 MPa, vorzugswerise 0,6 — 3 M Pa beträgt

10. Verfahren nach den Patentansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen an vorgewärmter Bleichablauge im Verhältnis zum Volumen an Prozeßwasser aus der ersten Eindikkungsstufe 1 :30 bis 5 :1 beträgt.