专利名称：用于在纤维料悬浮液中包含的纤维装填的方法
用于在纤维料悬浮液中包含的纤维装填的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在纤维料悬浮液中包含的纤维，特别是用于造纸 或纸板的纤维素纤维的装填方法。
在造纸时，填料，特别如沉淀的碳酸钙(PCC—兄淀的碳酸钙)或粉碎的 或碾磨的碳酸钓(G(X^研磨的碳酸钓)是常用的物质，在此用以减少纤维量 以及改善纸的光学性能。
在商业上常用的PCC-或GCC-填料涉及的物料，其以特殊的制备装置 制备，该装置在造纸工厂作为附属装置设置。然而PCC的在线制备在造纸 工业中从来没有进行过，这归因于其特别的过程性能，其是用于制备PCC 所必需的。代替的是PCC或GCC作为散装的货物或以悬浮液的形式输送到 造纸厂中。
用物料，如填料装填例如可通过化学沉淀反应，也就是特别通过所谓 的"纤维装填，"过程进行，如在US-A-5 223 090中描述的那样。在一个 这样的"纤维装填tm"过程时在纤维材料的湿润的纤维表面处至少填充一 种添加物，特别是填料。对此纤维例如可用碳酸钙装填。在此对湿的、粉 碎的纤维材料要这样添加氧化4丐和/或氢氧化4丐，致使其中至少 一部分与在 纤维材料中存在的水结合。这样处理的纤维材料随后用二氧化碳冲击。
在添加含有氧化4丐和/或氬氧化4丐的介质时在纤维悬浮液上进行一种具
有放热的性能的化学反应，其中氢氧化钙优选以液态的形式(石灰乳)添加。 这意味着，这不是绝对的，其可以对纤维悬浮液的纤维物料中或在纤维悬
从FR 2831565获知一种方法，用该法由机械生成的漂白的木材纤维 (pate & papier m6canique blanchie)的悬浮液用碳酸钩装填。由此形成纤维悬浮 液中添加石灰乳并调节稠度至10%以上。在悬浮液稀释后通过添加气态二 氧化碳而溶解碳酸4丐的结晶。
WO 03/066962指出了另 一种用填料装填的方法。由此例如通过一个专 门的研磨过程而进一步改善。
在例如用填料对纤维装填时也可以例如在湿润的纤维表面充填碳酸钙
(CaC03)，其中，向湿的纤维材料中添加氧化钙(CaO)和/或氩氧化4丐 (Ca(OH)2),这点上从其中至少部分可与纤维量的水结合。这样处理的纤维 材料然后可用二氧化碳(C02)冲击。
概念"湿润的纤维表面"可以包括所有的单一的纤维的湿润的表面。 由此特别也理解为这种情况，在该情况下纤维不仅在其外表面而且在其内 部(内腔)以碳酸4丐或任意的其他的沉淀产物装填。
所以例如纤维例如可用填料碳酸钩装填，由此在湿润的纤维表面上的 充填通过所谓的"纤维装填TM"-过程而进行的，正如其在US-A-5 223 090 中所描述的那样。在这种"纤维装填TM，，-过程中例如二氧化碳与氢氧化碳 反应生成水和碳酸碳。
氢氧化鈣可以以液态的形式或以干燥的形式加入纤维中。
本发明的目的在于，提出一种前文所述技术的方法，其比已知方法更 经济。
这任务根据本发明在权利要求1中所给出的方法通过其在特征部分所 述的特征而解决。
用于实施本发明的起始物料，基本上适合的是所有造纸或制备纸板所 应用的纤维素纤素。特别优选的可以是用化学法生成的纤维素或脱墨的废 纸进行。后者，以"浸渍"说明的材料可以类似于纤维素或废纸那样送到 造纸厂时空气干燥并且然后根据本发明溶解。随后进行装填。在整体化的 浸渍-生产时印刷的废纸根据本发明溶解、脱墨和装填(参见图2)。
根据本发明的方法提供了可以使氧化钙(CAO)和/或氢氧化钙(CAOH2) 以这种状态添加到纤维材料中，其中使其具有较高的稠度，如空气干燥的 或湿润了的。在加入到物料溶解装置和加入其中之前纤维料是较有吸附能 力的，也就是说在此所添加的化学试剂较容易地和较快速地到达纤维的湿 润的表面。进入到纤维的空腔也是相应的较快和较有利的。因为在溶解装 置中，如物料溶解器或溶解滚筒原来添加液体，特别是水，这过程步骤保 持简单和清楚的。只是氧化钙或氢氧化钙的计量加入通常是必需的。也可
能的是，溶解装置这样设置，致使其中碳酸钙的沉淀已可以溶解，其中， 在设备中至少提供一部分二氧化碳。其例如也可以溶解在水中。或溶解装 置暂时关闭并用气态二氧化碳装料。在这种情况下考虑在溶解装置前的浸 渍件，其中氲氧化钙(石灰乳)喷出或加入在浸渍滚筒中。
根据本发明的方法的另 一个优点在于，也许在机器压缩的情况下可以 节省，也就是溶解的纸浆在溶解过程时仅稀释到如此程度，使其可以实施 随后的装填。在另一种情况下，特别是当对物料的净化有较高的要求时(废 纸张)或当个别纤维不能足以达到时，则当然又必需以螺杆压缩机的方式进 行压缩。这种压缩的滤液可在一个短的循环中直接回到溶解装置中，在此 也用于稀释。这具有决定性的优点，即最佳地应用氬氧化4丐或氧化钩，也 即不只有水，而且化学试剂也可循环利用。
已知的是，在许多情况下，溶解过程不仅只用水，而且还通过添加溶 解试剂，特别是氢氧化钠而进行，以得到碱性的介质。在此这方法还有优 点，因为氢氧化钠可由氢氧化钙代替，而氢氧化钙对于以后实施的碳酸钙 的沉淀过程总是必需的。
根据附图来解释本发明和它的优点，在此
图1 以示意图的形式示出根据本发明的方法；
图2 用于加工印刷废纸的专门的实施方案；
图3 用于实施根据本发明的方法的简化的装置示意图。
图1示出，在实施本方法时纤维P,其例如是废纸或也可以是新的纤维 素，在溶解l中加工处理。在此借助于机械力在与水W的混合下以已知的 方式形成纤维悬浮液S 。在这实施例中氢氧化钙作为石灰乳7在溶解时添加， 例如其通过石灰在石灰乳制备5中的溶解而进行调节。必要时，纤维悬浮 液S可通过在此未图示的净化体系导入，其中，例如去除重的成分和塑料 或其他的废物。这是否是必需，主要取决于原料的质量。也许随后可进行 浓缩2,然而这并不是总是必需的并因此以虚线表示。浓缩2的滤液9是用 于溶解l。细小物质，特别是碳酸钙的沉淀3的过程步骤是通过添加气态二 氧化碳8而溶解，二氧化碳来自二氧化碳制备6。
然后这样加工处理的纤维悬浮液S，可输送到造纸4,在此通常还有一 系列其他的在此未图示的必需的处理步骤。在造纸4时沉淀出已知的所谓 的筛分水(siebwasser),其首先适于，部分地作为循环水9'在溶解1再次使 用。这样不仅又应用水，而且在其中还含有未消耗的氬氧化钙。
根据图2经印刷的废纸的溶解1所获得的纤维悬浮液S通过浮选过程 31要这样处理，使印刷颜料颗粒和可能的其他的细小的有害物质作为废物 去除。然而至今在溶解l中通常在溶解中以过氢氧化钙代替氢氧化钠。
在图3中示例性地说明具有最重要的方法步骤和装置的设备。在该装
置中纤维P与水W—起加入到一个物料溶解器10中。这物料溶解器10可 以是传统组建的，也可以在其底部区域含有一物料溶解器滤网11,以及一 物料溶解器转子12,其用于在物料溶解器中的转动并使物料溶解器滤网11 没有堵塞。这样溶解的纤维在此所示出的实施例中输送到多个净化装置中， 其编号标明为物料净化器14和物料分类器15。然后接着的螺杆压缩器16， 以再提高纤维悬浮液的稠度。螺杆压缩器16的压缩滤液18可有利地输送 回物料溶解器10中以进行溶解。然后浓缩的纤维19送到结晶器20，其作 用是，借助于所输入的二氧化碳气体24溶解以精细分布的填料的碳酸钙所 期望的沉淀。二氧化碳气体通过二氧化碳供给器21调节和可以在热交换器 22中借助于制冷剂或加热剂23而调节到所要求的温度。然而也有其他的调 节温度的可能性，例如在期望提高温度时直接加入蒸汽。必要的情况下， 一部分二氧化碳气体24，也可以在结晶后借助于混合装置25添加，以使装 填过程完整。在储料斗26中汇集装载的纤维悬浮液，可以用稀释水27稀 释并然后作为造纸机29的纤维悬浮液28以使用。
在图3中所示出的是用于以填料，特别是碳酸钙装填的装置部分，其 仅作为简化的实施例。在许多情况下也可以整合进一漂白器。用于实施装 填的许多详情可从上文提到的出版物中获知。装填过程具有作为在造纸厂 中的在线过程而运作的优点。
在此至少下列的装置和/或试剂使用在线过程HC-净化器、静态混合 器、石灰去除装置、压力机，特别是螺杆压力机或皮带压力机、平衡反应 器、结晶器、其他的静态混合器、C02-供给装置或附加的COr再生装置、 选择性的C02-加热器、选择性的化学漂白剂加料物、高压水箱。
结晶的沉淀产物小颗粒的形成具有另外的优点，只要有需要对于最终 产物可达到更高的光泽值。
根据一个按本发明的方法的实际布置压滤滤液9在结晶器20中至少部
分用作稀释水。
混合装置2 5可以是静态的混合器并特别地应用以精细调节纤维悬浮液 的pH-值，优选为6-8之间。
优选地至少一部分所必需的C02是通过C02-再生体系制备的。所以例
如可由锅炉的烟气或机动车的烟气再次获得。
例如菱面体形式的沉淀产物小颗粒可产生具有约0.05-约2jam的范围 的各自的立方体颗粒粒度。在某种情况下，这也具有优点，偏三角面体 (skalenoedrischen)形式的沉淀产物小颗粒具有约0.05-约2 |i m的范围的各长 度和约0.01-约0.05 jum的范围的各直径。
根据优选的按本发明方法的一个实际布置，其用于沉淀所制备的纤维 悬浮液的纤维浓度选择为约5至约60%和优选为约10至35%。
根据一个装填方法的适宜的实际布置是纤维悬浮液的二氧化碳在约 -15至约12(TC的温度下，优选为约20至约90。C的温度下加入。
制备的纸也可以含有颗粒粒度为约0.05-约5jum的填料，由此提高了 最终产物的光学性能。这时填料可特别涉及碳酸钙，其在自然界例如以方 解石(Calcit)或方解石(Kalkspat)、霰石和以稀少的Vaterit形式存在。填料主 要可由方解石构成，其中应存在超过300种不同的结晶形式。所使用的填 料小颗粒可例如具有约0.05-约2Mm的范围的各自的立方体颗粒粒度的菱 面体或例如具有约0.05-约2jum的范围的各长度和约0.01-约0.05 Mm的范 围的各直径的偏三角面体，这取决于各个要制备的纸张的种类。
填料是良好地分布在纤维的上面、周围和内部，这意味着，不以成束 的结晶聚集。各填料小颗粒，即结晶在纤维上是各个有间隔或分开的。填 料小颗粒通过在纤维上积聚而覆盖纤维，这样就改善了最终产物的光学特 性。所以小颗粒粒度主要是用于达到最佳的不透明性的目的。当可见光线 的光谱是良好的散射时，则就达到高度不透明性。假如吸收色谱，则颜色 呈黑色。沉淀的填料小颗粒的粒度在0.2-0.5 jam以下，则就得出透明性和 较高的光泽的趋向。
为了获得良好的装填结果的目的用来产生填料结晶的相关的过程可以 如下设置和具有下列的变化因素
-潮湿的或在溶解中所处的纤维
-以液态形式或干燥形式的氢氧化钠
-C02
-气体区域
-转子(结晶器)
-定子(结晶器)
-在不引入混合能下在气体气氛中生成结晶
-在较小的剪切力下的混合 -没有压力容器
首先使与Ca(OH)2混合的纤维悬浮液在稠度或纤维浓度为约5-约60% 范围下，优选为约10-约35%的范围下加入到结晶器20中，如在疏解机、 精制机、分散机或类似的机器中进行。纤维悬浮液用C02冲击。这C02例 如可在约-15至约12(TC的范围的温度下和优选为在约20至约90。C的范围 的温度下加入。
纤维悬浮液到达结晶器20的气体区中，在此每单 一 的纤维处于气体气 氛中，随后进行沉淀反应，直接地生成CaC03。 CaC03结晶的形式例如可 以是菱面体的、偏三角面体或球形的，其中结晶量取决于所选择的用于纤 维悬浮液的温度范围和取决于C02-含量以及在纤维悬浮液中的Ca(OH)2-含 量。在纤维悬浮液与所形成的结晶已经通过气体区后，所形成的PCC或纤 维悬浮液与结晶通过转子和静子而输送在内腔、在纤维上或在纤维之间， 在此结晶在悬浮液中的分布是在以较小的剪切力下混合而完成。
在纤维/结晶悬浮液通过转子期间，出现剪切分布，其引起约0.05-约 0.5 jum,和优选为约0.3-约2.5 jum的结晶颗粒粒度分布。
所应用的填料小颗粒的形式例如是具有约0.05-约2jim范围内的各立 方体颗粒的菱面体的或具有长度为约0.05-约2um范围内和直径为约0.01-约0.5 m m范围内的各偏三角面体，这取决于所要制备的纸张种类。
纤维悬浮液离转子盘的距离越远，剪切力越小，这取决于稀释所用的 &0。通过转子盘的纤维悬浮液的浓度为约0.1-约50%,优选为约35-约50%。
C02-输送线路的冲击压力特别为约0.1-约6 bar的范围，优选为约0.3-约3bar,以保证用于所期望的化学反应的气体环的恒定的002-供给。正如 在通过花园管道供给水时在高的水需求时要提高压力，以通过管道输送更 多的水。因为C02是一种可压缩的气体，在此也可以提高所必需的量，以 保证一个完全的反应。C02-供给并从而引起的CaC03沉淀反应可通过pH-值来控制和/或调节。
例如注意用于CaCo3结晶的最后反应的pH-值为6.0-约10.0,优选为约 7.0-约8.5。用于这过程的能量可以特别为约0.3-约8kWh/t和优选为约0.5-约4kWh/t。可以添加稀释水并与纤维悬浮液混合，以得到最终的稀释，其 中，所生成的具有填料的纤维悬浮液的稠度或固体物浓度例如为约0.1-约
16%，优选为约2-约6%。然后将纤维悬浮液放置在机器、容器或下一个大 气气氛的过程机器中。
转子盘的转动速度在外径处可以特别约20-100m/s和优选为约40-约 60m/s。
转子和定子之间的缝隙例如为约0.5-约100mm和优选为约25-约 75mm。
转子和定子的直径可以特别为约5-约2m。 反应时间优选为约0.001-1 min，优选为约0.1-约10 sec。 上述的方法可以使制备单个的d、颗粒，小颗粒互相之间有间距并铺设 在纤维上，其中其以必要的种类和方式覆盖纤维，以满足对所期望的高的 白度或光泽的纸张的要求。颗粒粒度优选为约0.05-约5Mm，其中对于菱面 体的立方体形式的优选的颗粒粒度为约0.05-约2jum或对于偏三角面体形 式的相关的长度为约0.05-约2pm和相关的直径为约0.01-约0.5 nm。对于 高光泽的应用小颗粒粒度适宜的为0.2-0.5 jum以下。
权利要求
1.一种用碳酸钙对纤维悬浮液(S)所含的纤维素纤维装填的方法，其具有下列的方法步骤-以液态的或干燥的形式的氢氧化钙或氧化钙引入到纤维料中，-形成纤维悬浮液(S)，-引入气体形式的二氧化碳加入到纤维悬浮液(S)中，-碳酸钙通过二氧化碳沉淀(3)，其特征在于，氧化钙或氢氧化钙是在用于形成纤维悬浮液的纤维(P)进行溶解(1)时或之前加入。
2. 根据权利要求1的方法，其特征在于，溶解(l)是连续进行的。
3. 根据权利要求的方法，其特征在于，溶解(l)是非连续进行的并且溶 解(l)开始时按计量加入至少部分液态形式的氢氧化钙。
4. 根据权利要求1, 2或3的方法，其特征在于，溶解(l)在物料溶解 器(10)中实施。
5. 根据权利要求1, 2或3的方法，其特征在于，溶解(l)在溶解滚筒 中实施。
6. 根据权利要求5的方法，其特征在于，氧化钙或氢氧化钙在溶解滚 筒的供料区加入。
7. 根据上述权利要求之一的方法，其特征在于，溶解(l)是在3-30%的 稠度范围中，优选10-20%的稠度范围下实施的。
8. 根据上述权利要求之一的方法，其特征在于，纤维(P)在溶解(1)之前 用水和氢氧化钙浸渍。
9. 根据权利要求8的方法，其特征在于，应用浸渍滚筒浸渍纤维(P)。
10. 根据权利要求8的方法，其特征在于，在浸渍时氬氧化钙喷射到纤 维(P)上。
11. 根据上述权利要求之一的方法，其特征在于，以石灰乳的形式添加 氯氧化钓而石灰乳的稠度调节到已有的干燥的纸张物料的固体成分的 0.01-60%。
12. 根据上述权利要求之一的方法，其特征在于，对氬氧化钙的反应调 节反应时间为0.01-10分钟，优选为l秒至3分钟。
13. 根据上述权利要求之一的方法，其特征在于，应用纤维(P)作为起始材料，其稠度为40-100%。
14. 根据上述权利要求之一的方法，其特征在于，在溶解(l)步骤后进行的是用于从有害物质中净化纤维悬浮液。
15. 根据权利要求14的方法，其特征在于，为了净化纤维悬浮液，以 至少 一 种浮选过程(31 )去除印刷颜料颗粒。
16. 根据上述权利要求之一的方法，其特征在于，纤维悬浮液(S)在加 入气体形式的二氧化碳(24)之前再进行浓缩。
17. 根据权利要求16的方法，其特征在于，在浓缩(2)中产生的滤液(9) 引入溶解(l)中。
18. 根据上述权利要求之一的方法，其特征在于，纤维悬浮液在沉淀(3) 时或之后在一个粉碎步骤中转变成细小的纤维碎屑并分散。
19. 根据上述权利要求之一的方法，其特征在于，碳酸钙的沉淀(3)在 其稠度为5-60%,优选为10-35%时进行。
20. 根据上述权利要求之一的方法，其特征在于，用于沉淀(3)的能量 消耗为0.3-8 kWh/t,优选为0.5-4kWh/t。
21. 根据上述权利要求之一的方法，其特征在于，在沉淀(3)时的温度 调节至-15和120。C之间，优选调节至20-90。C。
22. 根据上述权利要求之一的方法，其特征在于，沉淀(3)在0-15巴， 优选为0-6巴的压力下进行。
23. 根据上述权利要求之一的方法，其特征在于，在沉淀(3)时调节pH-值为6-10，优选为6.5-8.5。
24. 根据上述权利要求之一的方法，其特征在于，沉淀(3)的反应时间 调节至0.01-1分钟，优选为0.5-10秒。
25. 根据上述权利要求之一的方法，其特征在于，由含有装填的纤维素 纤维的纤维悬浮液(S，)生产纸张或纸板并因而在此生成的含氢氧化钙的筛 分水作为用于纤维的溶解(1 )或稀释的回水(9 ，)。
26. 根据上述权利要求之一的方法，其特征在于，用于溶解(l)所引入 的纤维素纤维至少部分由脱墨的废纸(浸渍)构成。
全文摘要
本发明用于用碳酸钙装填纤维悬浮液(S)。在此例如在进行形成纤维的溶解(1)时或之前以石灰乳(7)加入液态的氢氧化钙。通过加入气态二氧化碳(8)到这样处理的纤维悬浮液中而引起化学反应，在该反应中沉淀出精细分布的碳酸钙。本方法通过预先添加入氧化钙或氢氧化钙而是特别的经济和有效。
文档编号D21H17/00GK101208476SQ200680023156
公开日2008年6月25日 申请日期2006年5月24日 优先权日2005年7月12日
发明者克劳斯·多伊勒, 洛瑟·法尔泽 申请人:沃依特专利有限责任公司