专利名称：除渣器排出物的再循环方法
技术领域：
本发明涉及对纸张、纸板和卡片制备过程中的除渣器排出物的再循环方法，以及所述再循环的除渣器排出物在造纸的纸浆中或造纸工业涂布浆液中的用途。
背景技术：
在纸张制备中，还将原料(即木浆、木材、精细的草浆或破布浆)与再浆化的半成品纸浆、填料和颜料混合，以便取得密实的表面并因此改善纸张的性能，尤其是白度、不透明和适印性。
几乎所有的纸张，尤其是印刷纸和书写纸均掺有填料，这些填料提供均匀的成形、改善的柔软度、白度和触觉等。这些填料，通常称为“灰分”，这是因为在燃烧分析中它们以灰分的形式保留，其被添加至纤维悬浮液中或在涂布步骤中施用。
非涂布纸包含高达35重量％的填料，涂布纸包含25-50重量％的填料。填料的用量主要取决于纸张预定的用途。高加填纸具有较低的强度和较差的施胶性能。
在纸浆中的填料含量通常在5-35重量％之间，并且由原始颜料或再循环的涂布颜料组成，所述再循环的涂布颜料可以得自涂布残余物或涂布排出物。除了对增白纸张很重要的填料白度之外，填料粒径也起着重要的作用，这是因为粒径对纸张的加填效率和物理性能特别是孔隙性有着很大的影响。添加至纤维悬浮液中的填料约有20-80％保留在纸张中。
以消耗量为衡量标准，现今作为填料和涂布颜料下列产品是相当重要的高岭土、碳酸钙、沉淀碳酸钙(PCC)、人造硅酸铝和水合氧化物、二氧化钛、缎光白、滑石和硅酸钙。
在涂覆涂布浆液并干燥后，用刮刀将纸张修平。由此获得的所谓的除渣器(cleaner)排出物(也称为涂布排出物)主要由矿物和纤维组成，并且其还可以占到所生产纸张总量的1-4％。在大多数情况下，它们抛弃在垃圾场。因此，已有人建议使用螺旋挤压机对除渣器排出物进行压缩和压实，以便减小其体积。然而，所获得的待处理的除渣器排出物的总量却没有减少。
在过去，对除渣器排出物进行处理的另一种可能的情况是利用离心除渣器对其进行部分处理，以便一方面分离纤维和/或涂布颜料和填料，另一方面至少部分地将它们重新利用。
因此，本发明的目的是提供一种除渣器排出物特别是离心除渣器的排出物的新的环境友好的处理方案，并使其能够尽可能完全地再循环。
特别是，本发明的目的在于提供一种对除渣器排出物进行再循环的方法，该方法同时还可以节省能源成本和原料成本、运输费用以及倾倒成本。
根据本发明，在纸张、纸板和卡片的制备过程中，通过对除渣器排出物、尤其是离心除渣器排出物的再循环方法实现了上述目的，所述方法的特征在于将包含纤维、涂布颜料和/或填料的除渣器排出物研磨至希望的粒径分布，任选地添加水、涂布颜料、新鲜填料和/或填料浆液；并作为原料用于纸浆和/或涂布浆液。
除渣器排出物(通常为固体)包含有价值的原料，其通过本发明的方法能够回收，并且在研磨之后能够再循环至造纸的各个过程中。尤其是从制备涂布纸或卡片的造纸厂得到的除渣器排出物包含大量涂布颜料絮片体。涂层的厚度越厚，通过现有技术的技术回收絮片体就越困难。双面涂布级或涂布卡片级在本发明中可以作为具体的例子提及。造纸工业的另一类是SC-纸张的生产工厂，其通过除渣器排出物丢失大量的填料。
现在，借助本发明，对除渣器排出物进行研磨，并且任选地将其与水、涂布颜料、填料和/或填料浆液混合。然后将除渣器排出物浆液或研磨的粉末再循环至造纸过程中，用作纸浆和/或涂布浆液。在对除渣器排出物进行仔细监测时，可以发现填料成分、涂布颜料絮片体、纤维悬浮液残留物(如纤维团块或碎块)，以及外来杂质(例如沙子)。
在对除渣器排出物进行研磨之后，除渣器排出物的粒子大小分布基本上与涂布颜料、填料或填料/颜料浆液的原始分布相同。因此，通过本发明，能够回收除渣器排出物总量的95％以上，甚至全部回收，并再循环至生产过程中。
例如，将根据本发明处理的除渣器排出物用作填料，借此使新鲜填料或颜料的消耗量明显降低。
根据本发明，对除渣器排出物的研磨优选安排在通常的离心除渣器的若干阶段中最后一段的下游的离心除渣器系统中。从该增加的除渣器系统得到的浆料被再循环至先前的阶段中，并使残余量的除渣器排出物形成最终的排出物。
在现存的除渣器系统中，最简单的应用范围包括在倒数第二的除渣器阶段后面安排研磨，并将最后的净化过程用作最终阶段。
当进行本发明的方法时，业已发现，涂布颜料絮片体的粒径分布已经得到改良，并且已经达到颜料颗粒的初始分布。这可由细小颗粒，尤其是从不同分布的细小颗粒的量看出。纤维结被提取出并明显地得到了精制。
在造纸中，对于纸浆或涂布浆液的制备，通常采用粉末形式或固体含量优选30-85重量％的浓缩浆液形式的填料和涂布颜料。新鲜的填料和颜料通常由厂家以浆液或粉末(具备希望的白度和粒度分布)的形式提供。
在除渣器排出物处理过程中，肯定要分离并丢掉由碎块、砂粒及其他杂质组成的粗杂质成分。为此，通常采用多级离心式除渣器。如此获得的筛余物由纤维、填料、颜料、细砂、黑色颗粒和填料和颜料的聚集体、或颜料、纤维和填料组成。″填料″通常表示在纸浆中使用的细颗粒；″颜料″表示在涂料中使用的细颗粒。
显而易见的可用于分离除渣器排出物中不希望的内含物的已知方法是絮凝和沉积、过滤、筛选和/或离心分离。在这种情况下，通常存在不同颜料的混合物，其中经常包含高岭土、碳酸钙和滑石。在分离过程中，由于絮凝和电荷逆转，经常形成聚集体；根据本发明现在可以对它们进行研磨。
根据本发明，可以使用常用的干式研磨机或湿式研磨机，尤其是例如具有700-5000 L或更大容量的搅拌球磨机(agitator ball mill)，能够连续或不连续地将其研磨成粉末或浆液。所用研磨介质，优选是研磨球，尤其是具有1-4毫米直径的研磨球。
为进行处理，通常使用用于分离杂质(球状破碎物、分离材料、铁锈等等)的筛，优选弧形筛(sieve bends)。在研磨过程中，使用激光测量仪来测量和控制研磨的细度，并使用计算机对搅拌球磨机进行控制。
因此，为制备新的涂布浆液，或者还任选地将其用于纸浆，需要通过本身已知的方法来提高白度。优选对聚集体进行解离，这些聚集体通过形成刀口痕纹在刮刀处对涂布浆液的流动性产生负面影响，并由此对涂层产生负面影响。在研磨过程中分散助剂、填料和颜料的使用将降低这些材料的总消耗。
在除渣器排出物中，填料和/或颜料与纤维的比例可在大范围内变化。根据本发明，特别优选的是使用任选地富含填料和/或涂布颜料的除渣器排出物，以固体含量计，所述浓度范围在5-90重量％之间，特别是在30-70重量％之间。因此，纤维含量，或填料和/或涂布颜料的含量可以很大范围内改变，例如在1-99重量％，或在99-1重量％之间。在本发明中“富含”尤其包含添加新鲜的填料和/或新鲜的颜料。
因此，根据本发明，优选在研磨之前、之后和/或期间，将高岭土、天然或沉淀碳酸钙、人造或天然硅酸铝和氧化物水合物、二氧化钛、缎光白、白云石、云母、金属絮片体(特别是铝的絮片体)、皂土、金红石、氢氧化镁、石膏、层状硅酸盐、滑石、硅酸钙及其他岩石和泥土用作新鲜的颜料和/或新鲜的填料。
所述新鲜的颜料或新鲜的填料优选是，在除渣器排出物和任选的常用研磨助剂和/或分散助剂存在下，以粉末、包含含水新鲜颜料和/或新鲜填料的浆液的形式使用，从而给出固体含量例如在30-85重量％之间，尤其是在40-75重量％之间的浆液。
以除渣器排出物计，优选纤维、涂布颜料和/或填料(再循环的或新鲜的)的添加量为1-100重量％。
特别优选的是添加水，以便将根据本发明研磨的除渣器排出物用于纸浆流的稀释浆液中。优选使用固体含量为5-50重量％，尤其是为10-20重量％的浆液。因此，在本发明优选的实施方案中，以固体含量计，在1-1000重量％，尤其是100-1000重量％的水的存在下进行研磨。
优选将除渣器排出物研磨成具有下面粒度分布的浆液或粉末10-99重量％的颗粒＜1微米，尤其是10-95重量％的颗粒＜1微米，其中分别以等效直径计。
根据EP 0 625 611 A1，涂布颜料的粒度分布是已知的，其优选还通过本发明方法进行调节。因此，根据本发明，特别优选颜料具有下面的粒度分布A)95-100重量％的颗粒＜10微米；B)50-100重量％的颗粒＜2微米，尤其是50-95重量％的颗粒＜2微米；C)27-95重量％的颗粒＜1微米，尤其是27-75重量％的颗粒＜1微米；和D)0.1-55重量％的颗粒＜0.2微米，尤其是0.1-35重量％的颗粒＜0.2微米；其中均以颗粒的等效直径计。
另外，根据本发明，白度和粒度分布可能有大的变动，其特别是可通过研磨方式和时间来加以控制。因此，有可能就地将相对粗的新鲜的填料和水与大量的除渣器排出物混合，以便在研磨之后将该浆液引入纸浆中。同样地，有可能使用少量除渣器排出物，并与新鲜的颜料就地进行精细的研磨，然后将其用作涂布颜料，尤其是预涂层。
正如例如由EP0 625 611A1已知的那样，尽管根据本发明，在除渣器排出物混合和研磨期间，可以使用本身已知的润湿剂、稳定剂、研磨助剂和分散助剂，但其所需量与现有技术相比明显减少。除渣器排出物中已经含有一定量的根据本发明循环至造纸过程中的所述制剂。
根据本发明获得的粉末或浆液特别适用于造纸工业，尤其是用于制备纸张涂层的涂料或用于纸浆。当纤维含量较低时，根据本发明研磨的除渣器排出物优选用于涂布浆液中，而当纤维含量高时，优选用于纸浆中。根据本发明，在筛上获得了良好的留着率(retention)。特别优选的是，将根据本发明研磨的除渣器排出物用于制备胶版纸。另外，根据本发明的浆液还适合于制备用于轻质涂布纸、尤其是高涂布速度的涂布浆液，和用于制备轮转(rotary)胶版纸、特别是用于制备轻质涂布的轮转胶版纸、卡片和特种纸(如标签、壁纸、硅酮基纸张、自-拷贝纸张)的涂层，以及用于凹版印刷纸。因此，根据本发明获得的涂布颜料浆液特别适用于单张(sheet-fed)胶版纸，尤其是用于单张胶版纸的单涂层、单张胶版纸的双涂层单张胶版纸预涂层和单张胶版纸顶涂层；用于轮转胶版纸，尤其是用于LWC轮转胶版纸单涂层、轮转胶版纸的双涂层轮转胶版纸预涂层和轮转胶版纸顶涂层；用于凹版印刷纸，尤其是用于LWC凹版印刷纸单涂层、LWC凹版印刷纸双涂层凹版印刷纸预涂层和凹版印刷纸顶涂层；用于卡片，尤其是卡片双涂层卡片预涂层和卡片顶涂层；以及用于特种纸，尤其是用于标签和软包装。
该方法给使用本发明制备的颜料浆液提供了机会，而且不使原纸、涂料的质量，尤其是用其制得的最终产品的质量受到损失。
在下文中，为了进行说明，给出了可根据本发明获得的一些涂布配方(所有数值转换成固体的重量份数(atro/活性成分))。填料和/或颜料浆液的用量可部分或全部地被相应用量的根据本发明研磨的除渣器排出物所替代。
1.单张(sheet-fed)胶版纸1.1单张(sheet-fed)胶版纸单涂层70重量份的市售CaCO3(90型)30重量份的市售粘土(优质，例如US No.1)11重量份的市售乳液(丙烯酸酯)0.6重量份的市售羧甲基纤维素(CMC)0.8重量份的市售硬化剂(脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、环氧树脂)0.5重量份的市售增亮剂(任选的)0.5重量份的市售硬脂酸钙固体含量64％布氏粘度(100/分)1200mPa.sPH值8.51.2单张(sheet-fed)胶版纸双涂层
1.2.1单张(sheet-fed)胶版纸预涂层100重量份的市售CaCO3(75或60型)10重量份的市售乳液4重量份的市售淀粉(天然或氧化的玉米或马铃薯淀粉)0.8重量份的市售硬化剂(脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、环氧树脂)0.5重量份的市售增亮剂(任选的)固体含量 66％布氏粘度(100/分) 1100mPa.sPH值 9.01.2.2单张(sheet-fed)胶版纸顶涂层70重量份的市售CaCO3(90型)30重量份的市售粘土(优质，例如US No.1)。
10重量份的市售乳液(丙烯酸酯)0.6重量份的市售羧甲基纤维素(CMC)0.8重量份的市售硬化剂(脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、环氧树脂)0.5重量份的市售增亮剂(任选的)0.7重量份的市售硬脂酸钙固体含量 64％布氏粘度(100/分) 1200mPa.sPH值 8.52.轮转胶版纸2.1LWC轮转胶版纸单涂层50重量份的市售CaCO3(90型)
50重量份的市售粘土(优质/英国粘土)2重量份的市售淀粉(天然或氧化的玉米或马铃薯淀粉)12重量份的市售乳液(XSB)0.8重量份的市售硬化剂(脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、环氧树脂)0.7重量份的市售增亮剂(任选的)0.5重量份的市售硬脂酸钙固体含量 62％布氏粘度(100/分) 1400mPa.sPH值 8.52.2轮转胶版纸双涂层2.2.1轮转胶版纸预涂层100重量份的市售CaCO3(75或60型)4重量份的市售淀粉(天然或氧化的玉米或马铃薯淀粉)12重量份的市售乳液(XSB)0.8重量份的市售硬化剂(脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、环氧树脂)0.5重量份的市售增亮剂(任选的)固体含量 66％布氏粘度(100/分) 1200mPa.sPH值 9.02.2.2轮转胶版纸顶涂层60重量份的市售CaCO3(95型)40重量份的市售粘土(优质/英国粘土)10重量份的市售乳液(XSB)
0.6重量份的市售羧甲基纤维素0.8重量份的市售硬化剂(脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、环氧树脂)0.5重量份的市售增亮剂(任选的)0.5重量份的市售硬脂酸钙固体含量 64％布氏粘度(100/分) 1200mPa.sPH值 8.53.凹版印刷纸3.1LWC凹版印刷纸单涂层70重量份的市售粘土(普通/英国粘土)30重量份的市售滑石5.0重量份的市售乳液(丙烯酸酯粘合剂)0.2重量份的市售增稠剂(合成的)1.0重量份的市售硬脂酸钙固体含量 58％布氏粘度(100/分) 1200mPa.sPH值 8.53.2凹版印刷纸双涂层3.2.1凹版印刷纸预涂层100重量份的市售CaCO3(75型)6.0重量份的市售乳液(丙烯酸酯粘合剂)0.3重量份的市售增稠剂(合成的)0.5重量份的市售硬脂酸钙固体含量 66％布氏粘度(100/分) 1200mPa.sPH值 9.03.2.2凹版印刷纸顶涂层85重量份的市售粘土(英国粘土)15重量份的市售粘土(煅烧粘土)5.0重量份的市售乳液(丙烯酸酯粘合剂)0.2重量份的市售增稠剂(合成的)0.8重量份的市售硬脂酸钙固体含量 57％布氏粘度(100/分) 1300mPa.sPH值8.54.卡片4.1卡片双涂层4.1.1卡片预涂层100重量份的市售CaCO3(75型)3重量份的市售淀粉(天然或氧化的玉米或马铃薯淀粉)14重量份的市售乳液(XSB)0.8重量份的市售硬化剂(脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、环氧树脂)0.5重量份的市售增亮剂(任选的)固体含量 66％布氏粘度(100/分) 1000mPa.sPH值 9.0
4.1.2纸板顶涂层50重量份的市售CaCO3(90型)50重量份的市售粘土(优质/英国粘土)13重量份的市售乳液(丙烯酸酯)2重量份的市售助粘合剂(丙烯酸酯)0.8重量份的市售硬化剂(脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、环氧树脂)0.6重量份的市售硬脂酸钙固体含量 60％布氏粘度(100/分) 1200mPa.sPH值 8.55.特种纸5.1.标签70重量份的市售粘土(普通/英国粘土)10重量份的市售二氧化钛(金红石)20重量份的市售CaCO3(90型)16重量份的市售乳液(XSB)0.5重量份的市售硬化剂(EH)(脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、环氧树脂)0.6重量份的市售硬脂酸钙固体含量 60％布氏粘度(100/分) 1200mPa.sPH值 8.55.2软包装
80重量份的市售粘土(普通/英国粘土)20重量份的市售CaCO3(90型)14重量份的市售乳液(丙烯酸酯)0.8重量份的市售羧甲基纤维素0.5重量份的市售硬化剂(脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、环氧树脂)0.6重量份的市售增亮剂(任选的)1.0重量份的市售硬脂酸钙固体含量 58％布氏粘度(100/分) 1200mPa.sPH值 8.5实施例将从现有技术的市售造纸机的方法得到的除渣器排出物在15重量％的悬浮液中研磨成粒径＜10微米的浆液，并添加至纸浆流中。
在研磨装置与根据本发明研磨的除渣器排出物连通之后不久，便可使纸张中灰分增加。
由于所述灰分含量增加，因此可减少填料的剂量。由研磨装置，大约以16-18L/min的流量将由研磨的除渣器排出物组成的颜料浆液供至纸浆池(pulp chest)。为将灰分含量保持在预定的恒定值，新鲜填料的用量可从10L/h降至6.0L/h。
在试验期间，研磨装置的运行没有问题。浆流的灰分含量在通常范围内改变。开始时留着率稍有下降，但在实验过程中将增加至通常值。所节省的新鲜颜料浆液的量约为240L/h。
约10小时的试运行表明通过本发明的方法，在不损失留着率的情况下，能够再次将处理过的除渣器排出物作为填料用于纸浆中。
有关除渣器排出物浆液组分的说明固体含量约24.0％颜料比例约85.0％，以固体含量计纤维比例约15.0％，以固体含量计
权利要求
1.一种对纸张、纸板和卡片制备过程中的除渣器排出物的再循环方法，其中所述除渣器排出物尤其是指离心除渣器排出物，所述方法的特征在于将包含纤维、涂布颜料和/或填料的除渣器排出物研磨至希望的粒度分布，任选地添加水、涂布颜料、新鲜填料和/或填料浆液；并将其作为原料用于纸浆和/或涂布浆液。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，通过絮凝和沉积、过滤、筛选和/或离心分离来分离除渣器排出物。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于，所用除渣器排出物的填料和/或涂布颜料的含量，以固体含量计为1-99重量％，特别是30-70重量％。
4.根据权利要求3的方法，其特征在于，所用除渣器排出物的纤维含量，以固体含量计为1-99重量％，特别是30-70重量％。
5.根据权利要求1-4任一项的方法，其特征在于，以固体含量计，在1-1000重量％，尤其是100-1000重量％的水的存在下，对所述除渣器排出物进行研磨。
6.根据权利要求1-5中的一项或多项的方法，其特征在于，添加涂布颜料和/或填料，所述涂布颜料和/或填料选自高岭土、天然或沉淀碳酸钙、人造的或天然的硅酸铝和氧化物水合物、二氧化钛、缎光白、白云石、云母、金属絮片体，尤其是铝的絮片体、皂土、金红石、氢氧化镁、石膏、层状硅酸盐、滑石、硅酸钙及其他岩石和泥土。
7.根据权利要求1-6任一项的方法，其特征在于，添加新鲜的颜料和/或新鲜的填料，所述新鲜的颜料和/或新鲜的填料选自高岭土、天然或沉淀碳酸钙、人造的或天然的硅酸铝和氧化物水合物、二氧化钛、缎光白、白云石、云母、金属絮片体，尤其是铝的絮片体、皂土、金红石、氢氧化镁、石膏、层状硅酸盐、滑石、硅酸钙及其他岩石和泥土。
8.根据权利要求1-7中的一项或多项的方法，其特征在于，以包含新鲜颜料和/或新鲜填料及任选的常用研磨助剂和/或分散助剂的粉末和浆液的形式添加纤维、涂布颜料和/或填料，从而形成固体含量为30-85重量％，尤其为40-75重量％的浆液。
9.根据权利要求1-8任一项的方法，其特征在于，以包含新鲜颜料和/或新鲜填料及任选的常用研磨助剂和/或分散助剂的粉末和浆液的形式添加纤维、涂布颜料和/或填料，以除渣器排出物计，添加量为1-100重量％。
10.根据权利要求1-9中的一项或多项的方法，其特征在于，将除渣器排出物研磨成具有下面粒度分布的浆液或粉末10-99重量％的颗粒＜1微米，尤其是10-95重量％的颗粒＜1微米，均以等效直径计。
11.根据权利要求1-10中的一项或多项的方法，其特征在于，将除渣器排出物研磨成具有下面粒度分布的浆液和/或粉末A)95-100重量％的颗粒＜10微米；B)50-100重量％的颗粒＜2微米，尤其是50-95重量％的颗粒＜2微米；C)27-95重量％的颗粒＜1微米，尤其是27-75重量％的颗粒＜1微米；D)0.1-55重量％的颗粒＜0.2微米，尤其是0.1-35重量％的颗粒＜0.2微米；其中均以颗粒的等效直径计。
12.根据权利要求1-11中的一项或多项的方法，其特征在于，通过除渣器排出物与新鲜涂布颜料、新鲜填料和/或新鲜颜料浆液的定量比例来调节粉末和/或浆液的白度。
13.根据权利要求1-12中的一项或多项的方法，其特征在于，除渣器排出物的研磨在干式研磨机或湿式研磨机中，尤其是在垂直的搅拌球磨机中进行。
14.根据前述权利要求中的一项或多项的除渣器排出物浆液用于造纸工业中制备预涂层浆液的用途，尤其是在制备用于各种片材，如单张胶版纸、轮转胶版纸、凹版印刷纸、卡片及特种纸的涂布浆液中的用途。
15.根据权利要求1-13任一项的浆液或粉末状除渣器排出物用于造纸纸浆中的用途。
全文摘要
本发明涉及对纸张、纸板和卡片制备过程中的除渣器排出物的再循环方法，以及所述再循环的除渣器排出物在造纸的纸浆中或造纸工业涂布浆液中的用途。
文档编号D21H17/67GK1524145SQ02809641
公开日2004年8月25日 申请日期2002年1月24日 优先权日2001年5月8日
发明者迪特尔·明肖, 迪特尔 明肖 申请人:阿尔发-凯尔塞特填料有限公司