专利名称：造纸厂或纸板厂中用于处理有填料的废品流的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及根据下面给出的独立权利要求的前序部分所述的用于处理造纸厂或纸板厂中加有填料的废品流的方法和装置。
涂布纸或纸板的目的是改进可印刷性及外观。特别地，不透度、亮度和光泽度是可由涂布影响的重要参数。
涂布是通过在机器的涂布工位将涂布浆涂在纸或纸板幅上而完成的。一般地，涂布浆包含四种成分，即一种或多种颜料，一种或多种粘结剂，一种粘度调节剂(或多种)，以及各种添加剂，其中所有成分都在水中混合。
颜料的功能主要是提高纸或纸板的不透度和表面特性。颜料一般是无机成分，高岭土、碳酸岩、滑石和石膏。现有的浆一般在干燥物质中包含85-95％的颜料。
添加剂的功能是将颜料附着到纸或纸板表面上以及将颜料颗粒相互粘结在一起。添加剂一般是胶乳和淀粉。现有的浆一般包含5-15％的添加剂。
最普通的粘度调节剂是羧甲基纤维素(CMC)。添加剂特别是染色剂、防粘剂(antislime)等。它们在浆中的含量大约是1％或更少。
涂料的消耗量是相当大的。大约三分之一的LWC纸生产是进行涂布。在一些纸等级中，涂料的含量甚至会高于40％。
与污水一起通过的涂料的数量大约占所生产涂料数量的5-15％。根据现有技术以及所完成的检测，发现这些浆残留物不能用作纸或纸板机中的填料，因为当在潮湿条件下供应到纸或纸板机时，涂布浆中包含的添加剂，如胶乳，会产生问题。如果胶乳首先被干燥，可以将它们输送回纸或纸板机的潮湿端。当灌浆的废(损)纸用作纸浆时就是这种情况。
通过过滤这种污水(来自涂布工位的污水和白水)，能够节省相当数量的涂料。实践中，小颗粒涂料是通过超过滤而回收的。通过超过滤回收的浓缩物(颜料)可重新循环到涂料生产线和新鲜涂布浆。
但超过滤有几个问题。超过滤设备在投资和维护上都很昂贵。另外，在纸等级从凹面级(gravure grade)转换成胶印级(offset grade)时存在问题，反之亦然，因为用于不同印刷方法的涂布浆包含不同数量的粘结剂，因而它们会难于使用最终产品或者会削弱印刷结果。
公开物WO99/54045公开了造纸厂中用于加工原(浆)料的方法和设备。该公开物公开了来自造纸工艺的包含纤维和填料的废纸，如纸边角料和其它板状废纸，是如何首先形成浆泥，在形成浆泥后，从浆泥中对附聚物团块进行冲洗。被离解的材料可以再循环或再利用。用于离解材料的装置依据双动冲击磨机原理工作。
从例如US4263830与之对应的丹麦专利公开DK104778，WO96/18454与之对应的芬兰专利申请FI945945，WO96/19283与之对应的FI946048，以及FI955474中可得知依据双动冲击磨机原理工作的装置。这些设备的特征在于装有叶片的两个同心转子在一外壳中相互装配在其中并设置成在其中以相反方向旋转。根据一第二替换例，装有叶片的转子及与该装有叶片的转子同心的定子都设置在该外壳中。
很明显需要开发一种新的和有效的方法和装置，用于简单地处理含有来自造纸厂或纸板厂的涂布浆的污水，从而使含有颜料的污水能够在造纸或纸板的工艺中再利用。本发明的一个目的是提供一种新的和有效的方法和装置，用于简单地处理来自造纸厂或纸板厂的废品流，即含有涂布浆的污水，以及来自锥形除渣器，如造纸机中的锥形除渣设备的废品流，并将它们再循环到制造工艺中。另一个目的是提供一种处理方法和装置，可将这种含有颜料的废品流供给到造纸机或纸板机，最好是造纸或纸板机中锥形除渣器的第2或第3步骤的供应处。以这种方式，颜料被用作填料。
该目的是通过根据本发明的方法和装置实现的，其特征在于下述权利要求的特征部分。
已经发现，当含有涂布浆的至少一种污水流和来自锥形除渣器的至少一种废品流被作为一种材料流同时输送而被离解时，被离解的材料可在纸或纸板的制造中再利用，而不会影响纸或纸板的质量。
将特别提到的本发明方法和装置的优点包括
-在新处理方法中，被离解的颜料和其它颗粒的新鲜剪切面具有很大活性，当被再循环到工艺中时它们有效地粘结否则会产生问题的胶乳和其它物质；-在处理方法中，填料颗粒、附聚物团块和材料流中的其它片，不考虑它们的尺寸，立即受到改变其方向的反复的强烈冲击、剪切力和涡流；-该工艺使材料块受到压力和负压的循环冲击，这是通过在短暂的处理时间中在这些块彼此分开的同时相互松开而有利地实现的；以及-通过这种方法，松开的颗粒保持彼此分开，直到它们被离心出装置之外。
本发明装置设有一向外开放到转子或转子与定子轮毂的输送开口。如果该装置装有单独的外壳，该输送开口设在该外壳的端部。被处理的材料流从最外端转子或定子的周边排放。如果该装置装有单独的外壳，外壳的壁设一向最外端转子或定子的环开放的排放出口。
包括含有涂布浆和来自锥形除渣器的废品流的污水，且稠度一般为0.5至65％的将要处理的材料，被引导到一向转子或转子与定子的轮毂开放的输送开口，并作为来自装置的径流(flow-off)流过相互设置在其中的转子的叶片，或者相互设置在其中的转子和定子的叶片。
根据一有利实施例，作为径流从双动冲击磨机获得的悬浮液被一次或多次全部或部分地再循环回双动冲击磨机。根据另一有利实施例，使用了一种两个双动冲击磨机串联联接的装置。
根据一实施例，本发明装置装有一单独的外壳。
装置中环的数量是至少两个。装置的能量消耗随环数量的增加而增加，因此环的最优数量是约2至5个。
优选地，几个含浆的污水流和/或含浆的污水和其它有填料的废品流，如来自生产涂布纸或纸板的机器中废纸浆锥形除渣器的废品，可同时输送到双动冲击磨机。
在一实施例中，在双动冲击磨机上生产的材料悬浮物被一次或多次全部或部分地再循环到双动冲击磨机。
参照附图对本发明进行了更详细的描述，其中
图1A以垂直剖视图示出一用于本发明方法的多环双动冲击磨机，图1B示出图1A的可替换方案，图2以水平剖视图示出图1A中类型的装置，图3示意性示出在生产涂布纸的造纸厂添加涂布浆以及排放含浆污水，图4示意性示出在生产涂布纸的造纸厂中加工废纸，图5示出作为微分分布的材料中某种颗粒尺寸的比例，图6示出作为积分分布的材料中某种颗粒尺寸的比例，图7a表示将被供应而离解(disintegration)的材料，图7b表示已离解的材料，图7c表示将返回制造流程的已接受(合格品)材料，及图7d表示最终被排出的材料。
图1以垂直剖视图示出一用于本发明方法的双动冲击式磨机20，包括一容纳一转子11的外壳10，该转子11装有叶片1a、1b...，3a、3b...等(图2中更精确地示出单个叶片)。外壳还容纳有与第一转子11同心的第二转子12。第二转子同样装有叶片2a、2b...，4a、4b...等。第一转子11和第二转子12的叶片1a、1b...，2a、2b...，3a、3b...以这样的方式设置在同心环1、2、3...中，使第一转子11的环1、3、5和第二转子12的环2、4相互啮合。因而转子11和12与它们的叶片一起可在不同方向自由旋转。
外壳的端部设有一开口14，该开口14向外朝向转子11和12的轮毂打开，用作将被处理的废品流的输送开口。这种输送设置是可能的，因为像专利申请FI946048中描述的方案中那样，转子的轴设置在彼此之中。外壳的壁设有一开口15，该开口15向最外部叶片环开放，并用作排放出口。
第二转子12还可由一装有叶片的定子代替，但具有两个转子的方案是优选的。以相反方向旋转的转子产生了强大的离心力，该离心力有效地使经流(flow-through)保持运动，而这是不能由定子-转子系统实现的。
图2以水平剖视图示出图1中类型的装置(实际上，以每个转子11、12比图1中装置多一个环的方式修改)，示出转子的旋转方向。每个转子也可自然地以相反方向旋转。
双动冲击磨机外壳的环形壁不必紧邻该对转子，而是可以放置在更远距离，其中外壳可以非常宽敞。因此外壳的功能主要是用作收集已处理材料的容器。图1B表示一种方案，其中在本发明方法中使用的装置未安装单独固定的外壳。包括一对转子11、12的装置设置在一个容器30中，该容器30具有一与输送开口14相联的开口14a，还有一用于已处理材料流的排放出口15a。
根据图2中的方案，环1、2、3...之间的水平距离L约3毫米，且在所有环之间是相等的。根据图中未示出的一有利实施例，该装置以这样一种方式构造或调节，使相邻环之间的距离L朝装置的最外部环7减小。最外部环6和7之间的距离L最好是约0.2毫米。
根据一有利实施例，装置以这种方式构造，使最外部环中叶片之间的距离S小于内部环中叶片之间的距离。
可采取上述措施来保证包含更多粗的附聚团块的材料流可输送到该装置中，而仍可获得充分研磨的材料。实质上的优点在于，转子环中叶片的数量以及环之间的距离(紧密度)都是根据需要来选择的。环之间的距离，以及环中叶片之间的距离，可设置成朝外部环减小。因此在将所获得的悬浮物从装置中排出之前，离解的附聚物团块等被强迫进入越来越紧的空间中。
根据图2，截面轮廓为矩形的环的叶片以这样一种方式转动，使叶片的冲击表面为径向。另外，可以这样一种方式转动一个或多个环的叶片以提高冲击力，使它们的冲击表面的方向偏离径向方向。环的截面轮廓还可自然地从矩形变为三角形，其中叶片的冲击表面彼此不平行，而是形成一定角度。
双动冲击磨机的转子以1500至3000分-1最好约1600分-1的速度旋转。
例1在一制造涂布纸的造纸厂进行了一项测试。由于涂布纸而产生并包含涂布浆的污水(A)，与在造纸机的锥形除渣器中锥形除渣过程中产生的废品(B)一起，被输送到一双动冲击磨机。悬浮物的数量是5...10米3/小时，稠度1...4％，含灰量35...50％(图3和4，点A和B一起)。处理后，材料悬浮物被导引到一稀释容器，之后到达装置中的锥形除渣器，其中合格品被再循环到造纸机锥形除渣器的第2步骤的供料处，而废品被排放到垃圾堆。用该装置获得的回收率在90-96％之间变化。
在两周的测试运行期间，造纸机中没有发现问题。
在上述测试中，使用了其两个转子包括两个叶片环的双动冲击磨机。上部转子电机的旋转速度是15001/分，下部转子电机的旋转速度是18001/分。供应到双动冲击磨机的最大流量是10米3/小时。
根据一特别优选的运行方式，最外部环的旋转速度是40至80米/秒。
通过优化运行条件，自然能够获得比上述更好的结果。
例2在一制造涂布纸的造纸厂进行了一项测试。包含浆的污水和在锥形除渣过程中产生的废品一起被输送到双动冲击磨机。在两个不同的时刻从该连续过程提取了样品(测试点1和2)，结果示于表1中。
表1.磨机测试运行结果
如从表1的结果中看到的，最终废品的含灰量低于回收的合格品。因此，填料被非常高效地回收到了造纸过程中。回收率非常高，在每个测试点都大于95％。
在测试运行中没有发生问题，其中在废品流中所含的原材料可返回到造纸过程的起始点。由于树脂和胶乳引起的所谓白色沥青(white pitch)问题，没有在造纸机的网部发生。
还对来自包含涂布浆的污水流以及来自锥形除渣器的废品流混合后材料流的混浊度值的变化进行了检测。待输入而离解的材料混浊度约为200NTU，已离解材料的混浊度约为15NTU。由此可以推导出，由于离解，形成了活性表面，以前产生过问题的物质，如胶乳，粘附到该表面上。
图5和6表示出离解对颗粒尺寸的影响。如从图中看到的，在已离解材料中大颗粒的比例与所供应材料相比明显减小。
由图6中垂直轴线所表示的极限百分比显示出小于由水平轴线表示的颗粒级的材料颗粒的百分比。例如，在所输入的来料中，有约43％的颗粒小于颗粒级100微米，在已离解材料中有约58％，在返回的合格品中有约54％，在最终废品中有约43％。所示的百分比值是体积百分比。
图7a至7d表示作为扫描电子显微(SEM)图像的磨机试运行时的材料流。图7a表示一废品流的显微图像，该废品流是由包含涂布浆的污水和有填料的废品流在其被供应到双动冲击磨机离解之前混合成的。图7b表示在双动冲击磨机中已离解的材料。下一步骤中，已离解材料被分类成废品和合格品。图7c表示将返回制造过程的合格品，图7d表示完全从过程中去除的最终废品。这些附图表示有问题物质粘附到活性表面上。
对于本领域任何技术人员来讲很明显，各种实施例可在下面所给出的权利要求的范围内变化。
权利要求
1.一种用于在造纸或纸板厂中处理有填料的废品流的方法，其特征在于，含有涂布浆的至少一个污水流与来自一锥形除渣器的至少一个废品流被导引而在一个材料流中被同时离解，被离解的有填料的材料流至少部分地在纸或纸板的制造中被再利用。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，有填料的废品流被导引而在一依据多环双动冲击磨机原理工作的装置中被离解。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，有填料的废品流被作为一个材料流同时导引到双动冲击磨机(20)的输送开口(14)而被离解，该开口(14)设置成向外开放到装有叶片并以相反方向旋转的两同心转子(11，12)的轮毂，或者一个转子与一个定子的轮毂。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，有填料的材料流流经相互设置在其中的转子(11，12)的叶片，或者相互设置在其中的一个转子与一个定子的叶片，到达最外端转子或定子的环，并从装置中排出。
5.根据前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，在双动冲击磨机中离解的有填料的材料流被分类成合格品和废品。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，废品被一次或多次全部或部分地再循环到双动冲击磨机。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，废品被导引到与该双动冲击磨机串联的另一双动冲击磨机。
8.根据前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，离解后，在双动冲击磨机中被处理的有填料的材料流被至少部分地输送回造纸机或纸板机中的锥形除渣器，最好是输送回锥形除渣器的第2或第3步骤的供应处。
9.一种适于处理来自造纸或纸板厂的有填料的废品流的装置(20)，其特征在于它包括-一装有叶片(1a、1b...，3a、3b...)的第一转子(11)，-一与第一转子同心的第二转子(12)，该第二转子(12)装有叶片(2a、2b...，4a、4b...)，并设置成以与第一转子相反的方向旋转，或者-一与该第一转子同心并装有叶片(2a、2b...，4a、4b...)的定子，其中叶片(1a、1b...，2a、2b...，3a、3b...)以这样的方式设置在同心环(1、2、3...)中，使第一转子(11)的环(1、3、5)和第二转子(12)的环(2、4...)以相互啮合的形式设置，及-一个输送开口(14)，该输送开口(14)向外开放到转子(11，12)的轮毂，或者转子与定子的轮毂。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，它包括两个装有叶片并以相反方向旋转的同心转子(11，12)。
11.根据权利要求9或10所述的装置，其特征在于，相邻环之间的距离(L)向装置的最外端减小。
12.根据权利要求9、10或11所述的装置，其特征在于，最外端环中叶片之间的距离(S)小于内部环中叶片之间的距离。
全文摘要
本发明涉及一种用一依据双动冲击磨机原理工作的装置处理来自造纸厂或纸板厂的含涂布浆的污水的方法。该装置包括一装有叶片的第一转子(11)，一与第一转子同心的第二转子(12)，该第二转子(12)装有叶片并设置成以与第一转子相反的方向旋转，或者一与该第一转子同心并装有叶片的定子。污水被导引到一输送开口(14)，该开口(14)向外开放到转子(11，12)的轮毂，或者转子与定子的轮毂。在该装置中，材料流作为径流流经相互设置在其中的转子(11，12)的叶片，或者流经相互设置在其中的转子与定子的叶片。本发明还涉及实施该方法的装置。
文档编号D21H17/01GK1399694SQ00816136
公开日2003年2月26日 申请日期2000年11月24日 优先权日1999年11月24日
发明者M·霍维尼, H·维尔塔恩 申请人:梅格特克斯公司