DE69600196T2

DE69600196T2 - Verfahren zur Behandlung des Abfalles aus einer Anlage zum Deinken von Altpapier

Info

Publication number: DE69600196T2
Application number: DE69600196T
Authority: DE
Inventors: Ian Stuart Bleakley; Hannu Olavi Ensio Toivonen
Original assignee: ECC International Ltd
Current assignee: Imerys Minerals Ltd
Priority date: 1995-04-13
Filing date: 1996-04-12
Publication date: 1998-07-16
Anticipated expiration: 2016-04-13
Also published as: JPH09111681A; NO961461L; DE69600196D1; CA2174018A1; NO961461D0; EP0737774A1; GB9507710D0; BR9601369A; EP0737774B1; DK0737774T3; ATE164401T1; KR960037955A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von Altpapier und insbesondere, aber nicht ausschließlich, ein Verfahren zur Gewinnung eines nützlichen Erzeugnisses aus Suspensionen oder Aufschlämmungen, die teilchenförmiges Material enthalten und aus einer Anlage zur Behandlung von Altpapier stammen, bspw. einer Anlage zum Deinken von bedrucktem Altpapier, wobei sich Altpapier aus solchen Anlagen besonders schwierig behandeln lässt.
Ein Verfahren zum Umwandeln von Altpapier in einen wiederverwendbaren Papierbrei beinhaltet häufig einen oder mehrere Arbeitsgänge, mit denen bspw. die Druckfarbe aus den Cellulosefasern im Altpapier abgetrennt wird: In einer Anlage zum Deinken von Altpapier wird das Altpapier zu erst, bspw. in einer mit einem abriebarmen Rotor ausgestatteten Breimühle in Wasser aufgeschlossen, das verschiedene Chemikalien enthält. Dies geschieht gewöhnlich bei einer Konsistenz von etwa 8 bis etwa 18 Gew.% Altpapier, bezogen auf dessen Trockengewicht. Die verwendeten Chemikalien sind u.a. Natriumhydroxid, das die Fasern zum quellen bringt und die am häufigsten verwendeten Druckfarbenvehikel verseift, Natriumsilikat, das als pH-Wert- Puffer wirkt und lose Farbteilchen zu einer angemessenen Größe agglomeriert, und ein Tensid, das die Benetzung und Dispersion der Farbteilchen begünstigt. Die Breimühle arbeitet gewöhnlich bei einer Temperatur von 55 bis 70ºC und einem pH-Wert von 9 bis 11. Bei Beendigung des Aufschlussvorganges wird der Brei meist mit Wasser auf etwa 4-5 Gew.% Feststoffe, bezogen auf deren Trockengewicht, ver dünnt und dann wieder auf eine Konsistenz von etwa 14-16 Gew.% Feststoffen, bezogen auf deren Trockengewicht, eingeengt. Die Verdünnung und anschließende Einengung sind zweckmäßig, da sich die verdünnte Suspension leichter von der Breimühle zur nächsten Stufe pumpen lässt, und sich ein Teil des heißen Wassers und der Chemikalien zur Breimühle rückführen lässt.
Die Breisuspension wird dann zu einem System aus Sieben befördert, die vergleichsweise schwere Fremdkörper zurückhalten, wie Heftklammern, Büroklammern und grobkörnige Teilchen, und auch leichte Verunreinigungen wie Kunststoffmaterialien und "Haftstoffe", die von Klebstoffen zum Beschichten, Binden oder Laminieren von Papier stammen, oder von hydrophoben Reagenzien, wie Leim.
Die durch die Siebe tretende Suspension wird dann in eine Behandlungsanlage gespeist, die gewöhnlich eine oder mehrere Schaumflotationszellen, eine oder mehrere Wascheinheiten, oder eine Kombination aus Flotationszellen und Wascheinheiten umfasst.
Eine übliche Behandlungsanlage umfasst eine oder mehrere Schaumflotationszellen, die jeweils mit einer Rührschaufel und einer Vorrichtung zum Einleiten feiner Luftblasen nahe der Rührschaufel ausgestattet sind. Eine zu sätzliche, als Abscheider bezeichnete Chemikalie wird der Breisuspension vor dem Flotationsgang zugesetzt. Der Abscheider kann bspw. eine Fettsäureseife oder ein nichtionisches Tensid, wie ein Ethylenoxid/Propylenoxid-Copolymer, sein. Der Abscheider bindet selbst bevorzugt an die Farbteilchen und macht sie hydrophob. Diese haben dann eine höhere Affinität zu den Luftblasen als zum Wasser und werden von den Blasen beim Aufsteigen durch die Suspension zur Oberfläche befördert. Für die Erzeugung eines hinreichend stabilen Schaums empfiehlt sich die Zugabe eines wasserlöslichen Calciumsalzes, so dass die Wasserhärte mindestens 200 mg CaCO&sub3; beträgt. In dem Schaum, der von der Oberfläche der Flotationszellen überläuft, sammeln sich etwa 20 um bis etwa 200 um große Farbteilchen an, wohingegen vom Boden eine farbstoffarme Breisuspension ent nommen wird. Die Breisuspension vom Boden der Flotationszellen wird dann mit Wasser gewaschen und entwässert, um soviel wie möglich des verbliebenen Farbrückstands zu beseitigen. Der entwässerte Brei wird dann gewöhnlich mit einem Tensid, bspw. vom Nonylphenolethoxylat- oder Alkoholethoxylat-Typ, dispergiert. Die Dispergierung erfolgt, indem das Gemisch aus Brei und Dispersionsmittel zur Erhöhung seiner Temperatur auf 50-90ºC mit Dampf behandelt wird, und das heiße Gemisch stark mechanisch gerührt wird, so dass die restlichen Farbteilchen gewöhnlich kleiner als etwa 20 um sind. In dieser Größe bleiben sie suspendiert und sind für das bloße Auge unsichtbar. Der Brei mit den fein dispergierten Farbteilchen wird dann durch ein feingeschlitztes Sieb geleitet, das sämtliche Agglomerate oder klebrige oder harzige Reststoffe zurückhält, und schließlich entwässert, so dass ein im wesentlichen entfärbter Brei entsteht. Das aus den Entwässerungsschritten gewonnene Wasser ist gewöhnlich trüb, da es feinteilige Stoffe enthält, bspw. anorganische Füllstoffteilchen oder organische Teilchen wie Farbe oder feine Fasern. Von diesem teilchenförmigen Material muß soviel wie möglich beseitigt werden, bevor das Wasser zu früheren Stufen des Entfärbeverfahrens rezykliert werden kann. Das trübe Wasser lässt sich bspw. in Mikroflotationszellen reinigen, in denen feine Luftblasen am Boden der Zellen eingeblasen werden. Das teilchenförmige Material bindet an die Luftblasen, steigt mit ihnen auf und wird an der Zelloberfläche in den Schaum entlassen.
Der Rückstand aus der Behandlungsanlage, der gewöhnlich als Suspension oder Aufschlämmung vorliegt und das Schaumprodukt aus dem Flotationsschritt oder die durch das Sieb eines Waschschrittes beförderte Suspension umfasst, enthält neben den Farbteilchen meist einen beträchtlichen Anteil anorganischer Füllstoffteilchen, die von vornherein im Altpapier zugegen sind. Diese Füllstoffteilchen bestehen gewöhnlich vorwiegend aus einem Gemisch aus verschiedenen Anteilen Kaolinton und Calciumcarbonat. Es können jedoch auch Talkum, Calciumsulfat oder Titandioxid in geringen Mengen zugegen sein. Bisher musste der Rückstand aus einer Behandlungsanlage als Abfall beseitigt werden, da er aufgrund seines hohen Gehaltes an Druckfarbenrückständen sehr dunkel gefärbt war. Der Papierhersteller verliert dadurch potentiell brauchbares anorganisches teil chenförmiges Material. Der Papierhersteller muss außerdem die Entsorgung des Rückstands aus einer Behandlungsanlage mit einem solchen Aufwand betreiben, dass die Umwelt nicht belastet wird.
US 4 115 188 beschreibt ein Verfahren zur chemischen Behandlung von Abwasser aus einer Papiermühle. Die Offenbarung dieses Patentes des Standes der Technik gibt an, dass das behandelte Abwasser "aus verschiedenen, am Papierherstellungsverfahren einer primären oder sekundären Papiermühle beteiligten Aufschluss-, Raffinierungs- Deinking-, Reinigungs-, Verdünnungsvorgängen usw." stammen kann. Die dunkle Färbung des behandelten Abwassers wird nicht erörtert. Bei dem beschriebenen Verfahren wird das Abwasser durch Zugabe einer Säure, vorzugsweise Schwefelsäure, und durch anschließende Zugabe einer Base, vorzugsweise Calciumhydroxid, behandelt. Die im Abwasser suspendierten Feststoffe flocken aufgrund der pH-Wert-Änderungen aus, so dass sie sich leichter durch Filtration, Dekantierung, Sedimentation usw. abtrennen lassen. Das Abwasser wird dadurch geklärt. Die Patentbeschreibung erwägt eine mögliche vielseitige Verwendung der abgetrennten Feststoffe, einschließlich der Bereitstellung einer Breiquelle für minderwertiges Papier, die sich im Papierherstellungsverfahren wiederverwenden lässt. Sie beschreibt die Bildung von etwas Calciumsulfat als "Asche" als Teil der abgetrennten Feststoffe. Diese Bildung scheint jedoch nicht beabsichtigt, sondern eher die Folge der durch die pH- Wert-Änderungen verursachten Ausflockung zu sein. In der bevorzugten Ausführungsform der Patentbeschreibung werden jedenfalls 320 ppm H&sub2;SO&sub4; und 250 ppm gelöschter Kalk zugegeben, wodurch CaSO&sub4; in einer Konzentration von etwa 500 ppm entsteht. CaSO&sub4; ist in Wasser deutlich löslich, nämlich bei Raumtemperatur zu ca. 1600 ppm. Sämtliches gemäß der bevorzugten Ausführungsform des Standes der Technik erzeugte CaSO&sub4; wird wahrscheinlich eher gelöst als ausgefällt. Die bei der bevorzugten Ausführungsform zugegebene Menge Säure und Base deutet an, dass die Feststoffkonzentration des behandelten Abwassers etwa 0,1 bis 0,2 Gew.% beträgt.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Behandlung des Rückstands aus einer Anlage zum Deinken von Altpapier bereitgestellt, wobei der Rückstand ein Gemisch aus Farbpartikeln, anorganischen Partikeln und Fasern umfasst, das den Schritt vorsieht: chemisches Behandeln einer den Rückstand enthaltenden wässrigen Suspension oder Aufschlämmung, so dass die darin suspendierten Feststoffe aggregieren, wobei die chemische Behandlung die Zugabe einer Quelle für Brdalkalimetall-Ionen zur wässrigen Suspension oder Aufschlämmung vorsieht, dadurch gekennzeichnet, dass die chemische Behandlung weiterhin die Zugabe von Kohlendioxid zur wässrigen Suspension oder Aufschlämmung umfasst, so dass darin ein Niederschlag erhalten wird, der eine im wesentlichen unlösliche weiße Erdalkalicarbonat-Verbindung enthält und der das Material einschließt mit den im Rückstand enthaltenen Farbpartikeln, anorganischen Partikeln und Fasern, wodurch die dunkle Färbung des Rückstandes mit der Bildung des Niederschlags schwächer wird. Die gefällte Verbindung lässt sich in bekannter Weise herstellen. Die Zugabe eines kohlendioxidhaltigen Fluids zu einem Erdalkalihydroxid in der Suspension wird zur Bildung eines Erdalkalicarbonates bevorzugt. Dies wird erleichtert, da diese Reagenzien verfügbar, relativ billig und einfach anzuwenden sind, und das erhaltene Erzeugnis neutral und fein ist. Das teilchenförmige Material und die Fasern, bspw. Cellulosefasern, die im Schlamm eines Deinking-Rückstands zugegen sind, bestehen vorwiegend aus "Feingut", d.h. dem Material, das nach dem TAPPI-Standard Nr. T 261 cm-90 durch ein rundes Loch mit 76 um Durchmesser passt. Das im Schlamm vorhandene teilchenförmige und faserige Material enthält mindestens 75% Partikel und Fasern, die durch ein rundes Loch mit 76 um Durchmesser passen. Es besteht jedoch gewöhnlich im wesentlichen vollständig daraus.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lässt sich überraschenderweise aus dem deutlich grau gefärbten Abfall einer Deinking-Anlage ein teuchenförmiges Erzeugnis gewinnen, das ausreichend hell gefärbt ist und sich zur Wiederverwendung, z.B. in einem Papier-Herstellungsverfahren, rezyklieren lässt.
Mit der Erfindung lässt sich daher überraschend und vorteilhaft ein brauchbares Erzeugnis aus dem Schlamm eines Entfärbe-Rückstands gewinnen, ohne dass die Farbe von anderem Material in dem Rückstand getrennt werden muss. Der Schlamm lässt sich billig oder kostenlos entsorgen.
Das Verfahren, mit dem sich in einer wässrigen Sus pension ein Niederschlag mit darin eingeschlossenem Feingut erzeugen lässt, ist in EP 0604095 des Anmelders beschrieben. Die Verwendung des Verfahrens zur Behandlung des ausströmenden Kreidewassers aus einem Papierherstellungs-Verfahren ist in der nach dem Prioritätsdatum der vorliegenden Anmeldung veröffentlichten EP 658606 des Anmelders beschrieben. In den Beschreibungen wird jedoch nicht offenbart oder darauf hingewiesen, ob dieses Verfahren zur Behandlung des Rückstands, der dunkle Farbe enthält, aus einer Entfärbungsanlage verwendet werden kann. Dieses Verfahren stellt beispielhaft einen Weg zur Durchführung der Erfindung bereit.
Das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gewonnene Niederschlag-Erzeugnis eignet sich mit oder ohne weitere Verarbeitung und mit oder ohne weitere Zugabe zu anderen Materialien in den verschiedenen Anwendungen, in denen teilchenförmige anorganische Materialien bekanntlich nützlich sind, wie bspw. Zusammensetzungen, die als Pigmente, Füllstoffe oder Extender zu Papier, Papierbeschichtungen, Polymeren, Kunststoffen, Farbstoffen oder dergleichen gegeben werden.
Das Erzeugnis enthält neben dem in der Suspension gebildeten Niederschlag, bspw. Calciumcarbonat, auch die in der behandelten Suspension enthaltenen eingeschlossenen und aggregierten Partikel und Fasern, und wahrscheinlich das gefällte Material, das von vornherein in dem wässrigen Medium, aus dem die Suspension besteht, gelöst ist. Die eingefangenen und aggregierten Partikel enthalten Farbpartikel sowie anorganische teilchenförmige Materialien, die als Beschichtungs- und/oder Füllstoffe im Papier einge setzt werden und das eigentliche Abfallmaterial bilden, bspw. Teilchen von ein oder mehreren aus Kaolin, Metakaoim, Calciumcarbonat, Calciumsulfat, Titandioxid, Glimmer und Talkum.
Die Zusammensetzung des Feststoffanteils des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Erzeugnisses umfasst 5 bis 95 Gew.% Niederschlag und 95 bis 5 Gew.% Partikel und Fasern, die darin eingeschlossen oder aggregiert sind.
Das Erzeugnis des erfindungsgemäßen Verfahrens lässt sich bspw. wiederverwenden, indem eine Papierbeschichtungs-Zusammensetzung daraus hergestellt wird. Hierzu mischt man eine wässrige Suspension des Pigmentmaterials, welches das Erzeugnis umfasst, gegebenenfalls mit anderen Pigmenten und einem Klebstoff. Diese Pigmente umfassen bspw. ein oder mehrere aus Kaolin, Calciumcarbonat (das gemahlen oder gefällt sein kann), Calciumsulfat, Glimmer, Titandioxid und Talkum. Der Klebstoff macht 4 bis 20 Gew.% aus, bezogen auf das Gesamt-Trockengewicht des vorhandenen Pigmentes oder der Pigmente. Der Klebstoff ist einer der im Fachgebiet eingesetzten bekannten Papierbeschichtungskleber, und wird ausgewählt aus der Gruppe mit Stärken, proteinhaltigen Klebstoffen, wie Casein, und bspw. Styrol-Butadien-Kautschuk- und Acrylpolymer-Latizes. Die Papierbeschichtungs-Zusammensetzung kann auch ein Verdickungsmittel enthalten, z.B. in einer Menge bis zu 2 Gew.%, bezogen auf das Gesamt-Trockengewicht des vorhandenen Pigmentes oder der Pigmente. Das Verdickungsmittel kann eine oder mehr Substanzen umfassen, die im Stand der Technik als Verdickungsmittel eingesetzt werden, bspw. Natriumcarboxymethylcellulose oder synthetische Acryl-Verdickungsmittel.
Die Papierbeschichtungs-Zusammensetzung lässt sich herstellen, indem eine wässrige Suspension des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Erzeugnisses, die vorzugsweise auch ein Dispersionsmittel, bspw. ein Polycarboxylat wie Polyacrylat, enthält, und gegebenenfalls eine oder mehrere weitere dispergierte Suspensionen, die andere Pigmente enthalten, mit dem Klebstoff und anderen fakultativen Bestandteilen, bspw. einem Verdickungsmittel, auf eine dem Fachmann bekannte Weise gemischt wird.
Soll das Erzeugnis des erfindungsgemäßen Verfahrens als Füllstoff für Materialien wie Papier, Kunststoffe, Farben, Polymere und dergleichen verwendet werden, ist die Menge an eingesetztem Füllstoff, der das Produkt mit oder ohne andere Füllstoffe umfasst, gleich der Menge, die im Stand der Technik bei ähnlichen Verwendungen von Füllstoffen eingesetzt wird. Der Füllstoff beträgt z.B. bis zu 40 Gew.% Füllstoffpartikel, einschließlich des Produktes, und 100 bis 60 Gew.-% Material, das gefüllt werden soll.
Die wässrige Suspension, in der der Rückstand des Deinkens in dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt wird, kann eine Aufschlämmung oder einen Schlamm beinhalten, der aus einem Flotations-Verfahren in einer Entfärbunfsanlage gewonnen wird. Die wässrige Suspension, in der das unlösliche Salz gefällt wird, kann bspw. das Schaumprodukt umfassen, das aus den Mikroflotationszellen gewonnen wird. In diesen wird das vom Brei in verschiedenen Stufen eines Verfahrens abgetrennte Wasser, in denen ein geeignetes bahnerzeugendes Material aus Altpapier, insbesondere aus bedrucktem Altpapier hergestellt wird, behandelt.
Die wässrige Suspension, in der das unlösliche Salz gefällt wird, kann das Schaumprodukt aus der Haupt-Flotationsstufe einer Anlage zum Deinken von Büro-Altpapier umfassen, da dieses gewöhnlich weniger Farbrückstand als Altpapier anderer Quellen enthält. Wenn das Produkt, das den Niederschlag aus dem unlöslichen Salz und den eingeschlossenen feinen Teilchen umfasst, in eine Anlage zur Herstellung von Zeitungspapier rezykliert werden soll, kann die erfindungsgemäß behandelte wässrige Suspension die verdünnte Suspension sein, die nach dem Waschen des aus dem Unterlaufprodukt der Haupt-Flotationsstufe gewonnenen entwässerten Breis erhalten wird.
Die wässrige Suspension, die die Aufschlämmung darstellt, kann gewöhnlich zwischen etwa 2 und 10 Gew.% Feststoff enthalten. Eine solche verdünnte Suspension feiner Teilchen lässt sich gewöhnlich schwer in seine flüssigen und festen Bestandteile trennen.
Das Produkt aus dem gefällten Erdalkalicarbonat und dem eingeschlossenen feinteiligen und faserigen Material, das durch das erfindungsgemäße Verfahren erzeugt wird, lässt sich z.B. bei der Wiederverwendung in der Papierherstellung zur Anreicherung des teilchenförmigen Füllstoffs verwenden, der in einem papierbahnerzeugenden Verfahren zum Cellulosefaser-Material gegeben wird.
Das Wasser, das aus der Suspension getrennt wird, die den Niederschlag, z.B. Erdalkalicarbonat und eingefangenes feinteiliges Material, enthält, kann in einer früheren Stufe einer Altpapier-Aufschlussanlage oder in einer bahnerzeugenden Mühle verwendet werden.
Der in dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte und ein Erdalkalicarbonat umfassende Niederschlag lässt sich wie vorstehend erwähnt herstellen, indem eine Quelle für Erdalkalimetall-Ionen und eine Quelle für Carbonationen, umfassend Kohlendioxid, in die zu behandelnde Rückstandsaufschlämmung eingebracht wird. Diese bilden den gewünschten Erdalkalicarbonat-Niederschlag in situ, der die feinen Partikel und Fasern in der Aufschlämmung einfängt. Das erste zugegebene Reagenz wird vorzugsweise gleichmäßig in der Aufschlämmung dispergiert, so dass örtliche Konzentrationsgradienten vermieden werden.
Die Quelle für Erdalkalimetall-Ionen kann Calciumhydroxid umfassen, das durch Löschen des entsprechenden Erdalkalioxids gewonnen wird. Dies kann bei Raumtemperatur erfolgen. Vorzugsweise wird jedoch bei einer Temperatur im Bereich von 30 bis 70ºC erhitzt. Die Suspension aus dem Erdalkalioxid und Wasser wird vorzugsweise bis zu 30 Minuten stark gerührt, bis sie vollständig gelöscht ist.
Ist das Erdalkalimetall Calcium und die Quelle für Carbonationen ein kohlendioxidhaltiges Gas, wird die Bildung von skalenoedrischem Calciumcarbonat begünstigt, indem die Temperatur des Gemisches aus Brauchwasser und Calciumhydroxid zwischen 20 und 65ºC gehalten wird. Das kohlendioxidhaltige Gas ist vorzugsweise 100% CO&sub2;. Es kann jedoch 5 bis 100 Vol.% CO&sub2; und ein weiteres geeignetes Gas, bspw. Luft oder Stickstoff, enthalten.
Die Quellen für Erdalkalimetall-lonen bzw. für Carbonat-lonen sind vorzugsweise quantitativ so bemessen, dass genug Erdalkalicarbonat ausfällt und das Gewichtsverhältnis von Erdalkalicarbonat zu feinem teilchenförmigem Mate rial von 10:90 bis 90:10 und besonders bevorzugt von 30:70 bis 70:30 reicht. Die Suspension, die den Niederschlag aus Erdalkalicarbonat und dem eingeschlossenen feinteiligen Material enthält, lässt sich direkt in vergleichsweise verdünnter Form zur Anreicherung des in einem bahnerzeugenden Verfahren verwendeten Füllstoffs rezyklieren. Die Suspension, die den Niederschlag enthält, kann ersatzweise durch ein herkömmliches Verfahren, bspw. Sedimentation, Druckfiltration oder in einer Zentrifuge, entwässert werden.
Die Suspension aus dem Erdalkalicarbonat-Niederschlag mit den eingeschlossenen feinen Teilchen lässt sich viel leichter entwässern als die ursprüngliche Suspension aus feinteiligem Material allein, da die Partikel des nach Filtration oder Zentrifugation entstandenen Niederschlagskuchens derart gepackt sind, dass dieser viel wasserdurchlässiger ist als ein Kuchen, der aus den festen Komponenten des Brauchwassers allein besteht. Der Niederschlag hat vielfach auch vorteilhafte Lichtstreuungs-Eigenschaften, so dass er sich als Füllstoff in einem Papier- oder Pappeherstellungsverfahren verwenden lässt. Er kann auch als Füllstoff in Polymerzusammensetzungen verwendet werden, bspw. in Versteifungs-Zusammensetzungen für Teppiche.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnung und der Beispiele erläutert. Die Zeichnung ist ein Fließschema einer erfindungsgemäß modifizierten Deinking-Anlage, aus der sich wiederverwendbares Cellulosematerial aus bedrucktem Altpapier gewinnen lässt.
Das bedruckte Altpapier, PWP, wird in einer Breimühle 1 mit Wasser, das Natriumhydroxid, Natriumsilikat und ein Dispersionsmittel enthält, aufgeschlossen. Ein Großteil des verwendeten Wassers wird wie nachstehend erwähnt aus einer späteren Verfahrensstufe durch ein Rohr 2 zur Breimühle rezykliert. Der in der Breirnühle hergestellte Brei wird durch ein Siebsystem 3 befördert, das bei 4 große Mengen an Verunreinigungen zurückhält, wie Heftklammern, Büroklammern und grobkörnige Teilchen, sowie einen beträchtlichen Anteil an Verunreinigungen mit niedriger Dichte, wie Kunststoff-Partikel und Agglomerate aus klebrigem Material, das von Klebstoffen, Leim und Harz stammt. Das aus einer späteren Verfahrensstufe rezyklierte Wasser wird durch ein Rohr 5 befördert und unterstützt die Beförderung von Fasern und feinen Partikeln durch die Siebe und die Abfallentsorgung der auf den Sieben zurückgehaltenen groben Materialien.
Dann wird ein Abscheidereagenz zu der durch das Siebsystem getretenen wässrigen Suspension gegeben, die daraufhin in einer oder mehreren Flotationszellen 6 einer Schaumflotation unterworfen wird. Eine erhebliche Menge an in der Suspension befindlichen 20 bis 200 um großen Farbpartikeln wird in den Schaum entlassen, der von der Zelloberfläche bei 7 überläuft. Ein farbstoffarmes Erzeugnis wird vom Zellboden entnommen und in die Entwässerungsstufe 8 überführt. In dieser Stufe wird das trübe Wasser, das feine organische und anorganische Partikel enthält, vorn Brei getrennt und durch ein Rohr 9 zu einer ersten Mikroflotationsstufe 10 befördert. Der verdickte Brei aus der Entwässerungsstufe 8 wird mit dem durch ein Rohr 11 zugeführten rezyklierten Wasser verdünnt und auf Feinsieben 12 gewaschen. Der durch die Siebe tretende Waschrückstand wird durch ein Rohr 13 entfernt. Gegebenenfalls wird dem auf den Sieben 12 zurückgehaltenen Brei eine weitere Dispersionsmittel-Dosis zugegeben, der dann in eine Dis persionsstufe 14 gelangt, wo er stark mechanisch gerührt wird. Dabei werden sämtliche noch vorhandenen Farbagglomerate in Partikel gebrochen, die nicht größer als etwa 20 um sind und deren Wiederagglomeration verhindert wird. Die dispergierte Suspension wird dann durch eine zweite Siebstufe 15 befördert, in der sämtliche verbliebenen Grobteilchen und Agglomerate zurückgehalten werden. Diese werden dann durch das Rohr 17 entsorgt. Die Siebe werden durch das Rohr 16 mit rezykliertem Wasser versorgt, das den Trennungsprozess begünstigt.
Die durch die Siebe tretende wässrige Suspension gelangt dann in die zweite Entwässerungsstufe 18, von der trübes Wasser, das feine organische und anorganische Partikel enthält, durch ein Rohr 19 zu einer zweiten Mikroflotationsstufe 20 befördert wird. Der entwässerte Brei wird dann auf einem zweiten Feinsiebsatz 21 gewaschen, und der durch die Siebe tretende Waschrückstand wird durch ein Rohr 22 entsorgt. Der auf den Sieben 21 zurückgehaltene Brei wird bei 23 abgelassen. Er enthält im wesentlichen keine Farbpartikel und eignet sich zur Verwendung als Quelle für Cellulosefasern in einem bahnerzeugenden Verfahren.
15, Das Schaurnprodukt aus der Flotationsstufe 7 und der durch die Siebe 12 tretende Waschrückstand gelangen durch die Rohre 7 bzw. 13 zur Entwässerungsstufe 26, aus der trübes Wasser durch ein Rohr 28 austritt und sich mit dem durch Rohr 9 zur Mikroflotationsstufe 10 fließenden trüben Wasser vereinigt. Eine Suspension aus den groben Partikeln und den Aggiorneraten, die auf den Sieben 15 zurückgehalten werden, fließt mit dem durch die Siebe 21 tretenden und durch Rohr 22 fließenden Waschrückstand durch das Rohr 17 zu einer Entwässerungsstufe 27. Von dort fließt trübes Wasser durch Rohr 29 und vereinigt sich mit dem durch Rohr 19 zur Mikroflotationsstufe 20 fließenden trüben Wasser. Aus den Entwässerungsstufen 26 und 27 wird bei 30 ein verdicktes Abwasser entlassen.
Das durch die Rohre 9 und 28 zur Mikroflotationszelle 10 und das durch die Rohre 19 und 29 zur Mikroflotationszelle 20 fließende trübe Wasser wird mit Druckluft beschickt. Wenn das trübe Wasser den Boden der Mikroflotationszellen erreicht, entweicht die Luft aus der Lösung und steigt in Form feiner Blasen durch die Zellen nach oben und nimmt dabei einen Großteil des suspendierten teilchenförmigen Materials mit. Zu dem trüben Wasser, das in die Mikroflotationszellen gelangt, kann ein Flockungsmittel, wie Polyacrylamid, gegeben werden. Dies führt zum Verklumpen der feinen Partikel. Durch Zugabe von Bentonit lässt sich sämtliches, im trüben Wasser vorhandene klebrige Material adsorbieren und beseitigen. Aus dem Boden der Mikroflotationszelle 10 wird durch Rohr 24 geklärtes Wasser abgelassen und durch die Rohre 2 bzw. 5 in die Aufschluss- Stufe 1 und die erste Siebstufe 3 gespeist. Ensprechend wird klares Wasser vom Boden der Mikroflotationszelle 20 zu den Siebstufen 12 und 15 durch die Rohre 11 bzw. 16 geleitet. Das aus den Mikroflotationszellen 10 und 20 bei 25 überlaufende Schaumprodukt aus einer wässrigen Suspension mit etwa 2 Gew.% bis etwa 8 Gew.% feinen organischen und anorganischen Partikeln wird erfindungsgemäß in einem Mischbehälter 31 mit Calciumhydroxid behandelt. Die behandelte Suspension wird wie in den nachstehenden Beispielen beschrieben im Reaktionsgefäß 32 mit kohlendioxidhaltigem Gas gesattigt. Das Endprodukt tritt durch Auslass 32a aus.

Beispiel 1

Das Schaumprodukt aus den Mikroflotationszellen 10 und 20 einer Entfärbungsanlage, die einen zur Herstellung von Zeitungspapier verwendbaren Altpapierbrei erzeugt, bestand aus einer wässrigen Suspension, die 6,74 Gew.% Feststoffe, bezogen auf deren Trockengewicht, enthielt.
Der Feststoffgehalt einer Probe der wässrigen Suspension wurde mit Wasser auf 1,3 Gew.%, bezogen auf das Trokkengewicht der Feststoffe, verdünnt. Zur Probe, deren Temperatur auf 50ºC erhöht wurde, wurde genügend einer Suspension aus 148 g Calciumhydroxid pro Liter gegeben, dass das Gewicht des Calciumcarbonates nach Sättigung mit einem kohlendioxidhaltigen Gas gleich dem Gewicht an feinem trockenen Feststoff in der Probe war, d.h. es wurde genügend Calciumhydroxid-Suspension zugegeben, dass 14,8 g Calciumhydroxid pro Liter Probe vorlagen. Ein Gas aus 20 Vol.% Kohlendioxid und als Rest Luft wurde dann unter Halten der Temperatur auf 50ºC in das Gemisch aus dem Schaumprodukt und Calciumhydroxid mit einer Geschwindigkeit eingeleitet, dass 0,048 Mol Kohlendioxid pro Minute und pro Mol Calciumhydroxid bereitstanden. Das Gas wurde durch das Gemisch geleitet, bis der pH-Wert auf 7,0 fiel, was etwa 20 Minuten dauerte. Es entstand ein aggregierter kristalliner Niederschlag. Die Proben der wässrigen Suspension des bei der Kohlendioxidsättigung des Gemisches aus Schaumprodukt und Calcium entstandenen Erzeugnisses, das 2,6 Gew.% Feststoffe, bezogen auf deren Trockengewicht, enthielt, wurden auf Filtrationsgeschwindigkeit, und, nach Filtration und Trocknen des Festststoffmaterials in der Suspension, auf die Helligkeit der trockenen Feststoffe untersucht. Auf die gleiche Weise wurden Proben des Schaumproduktes vor der Behandlung untersucht. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 1 aufgeführt: Tabelle 1
Die Helligkeit der trockenen Feststoffe wurde durch Messen des Reflexionsvermögens einer präparierten Oberfläche der getrockneten Feststoffe auf Licht einer Wellenlänge von 475 nm mit einem "ELREPHO" Helligkeits-Messgerät von Carl Zeiss bestimmt und mit dem Reflexionsvermögen auf Licht derselben Wellenlänge einer Iso-Standard-Weiß-Oberfläche verglichen.
Die Filtrationsgeschwindigkeit wurde mit dem in Anhang 1 nachstehend beschriebenen Verfahren gemessen.
Handgeschöpfte Papierblätter, die mit dem wie vorstehend beschrieben erhaltenen aggregierten kristallinen Niederschlag gefüllt waren, wurden auffolgende Weise hergestellt. Es wurden 2 Liter einer Suspension eines thermomechanischen Papierstoffs, der 3,56 Gew.% Brei, bezogen auf dessen Trockengewicht, enthielt, mit filtriertem Wasser auf 10 l verdünnt, und dann 10 min in einem Turbinenmischer zerkleinert, wobei sich die Rührstange mit einer Geschwindigkeit von 1500 U/min drehte. An diesem Punkt enthielt das Ausgangsmaterial etwa 0,7 Gew.% Brei, bezogen auf dessen Trockengewicht, und der kanadische Standard- Entwässerungsgrad betrug 130. Das Volumen des Ausgangsmaterials wurde mit filtriertem Wasser auf 20 l erhöht. Die Konsistenz wurde überprüft, indem ein Blatt Papier aus einer kleinen Probe durch Entwässern auf einem geeigneten Drahtsieb hergestellt wurde, das getrocknet und gewogen wurde. Zur Rückstellung der Konsistenz auf 0,3 Gew.% Brei, bezogen auf dessen Trockengewicht, wurde sofern nötig Wasser zugegeben.
Dann wurde eine wässrige Suspension des aggregierten kristallinen Niederschlags zu dem so entstandenen Papierherstellungs-Ausgangsmaterial gegeben und manuell eingerührt, dass in dem Papierherstellungs-Ausgangsmaterial 4 bzw 8 Gew.% des gesamten Feststoffmaterials, bezogen auf dessen Trockengewicht, vorlagen. Anschließend wurden 0,02 Gew.% einer Retentionshilfe, bezogen auf das Gesamt- Trockengewicht des Feststoffs im Ausgangsmaterial, zugegeben.
Aus dem füllstoffhaltigen Ausgangsmaterial zur Papierherstellung wurden gemäß dem im TAPPT-Standard Nr. T205 om-88 "Forming handsheets for physical tests of pulp" aufgeführten Verfahren handgeschöpfte Blätter hergestellt. Für jedes handgeschöpfte Blatt wurde eine Probe des Ausgangsmaterials in die bahnerzeugende Maschine gegossen und überschüssiges Wasser beseitigt.
Die Helligkeit oder das prozentuale Reflexionsvermögen der hangeschöpften Blätter auf violettes Licht wurde mit dem Helligkeits-Messgerät DATACOLOR 2000 gemessen, das mit einem Filter Nr. 8 (Wellenlänge 457 nm) ausgerüstet war.
Die Deckkraft jeder Papierprobe wurde mit dem DATACOLOR 2000 Helligkeits-Messgerät gemessen, das mit einem Filter Nr. 10 (ein grüner Filter, das ein breites Wellenlängen-Spektrum umfasst) ausgerüstet war. Die Messung des Prozentsatzes des reflektierten auftreffenden Lichtes erfolgte mit einem Stapel von 10 Blättern Papier über dem schwarzen Hohlraum des Helligkeits-Messgerätes (R∞). Von diesen 10 Blättern bestanden die oberen fünf aus der zu testenden Papierprobe, die restlichen fünf Blätter stammten aus anderen Proben und dienten lediglich dazu, den Stapel vollständig lichtundurchlässig zu machen. Die zehn Blätter wurden dann gegen ein Einzeiblatt der fünf Testproben aus dem oberen Teil des Stapels ausgetauscht, und über dem schwarzen Hohlraum erfolgte eine weitere Messung des prozentualen Reflexionsvermögens (R) . Die prozentuale Deckkraft wurde aus der Formel berechnet: Prozentuale Deckkraft = 100 R/R∞.
Das Verfahren wurde fünfmal durchgeführt, wobei jedesmal ein anderes Blatt oben auf dem Stapel zu liegen kam. Die vollständige Schrittfolge wurde wiederholt, so dass die prozentuale Deckkraft aus dem Mittelwert über zehn Messungen bestimmt wurde.
Die handgeschöpften Blätter jeder Charge wurden ebenfalls nach dem in TAPPI-Standard Nr. T403 om- 85 beschriebenen Test auf Zerreissfestigkeit untersucht. Die Zerreissfestigkeit ist durch den hydrostatischen Druck in kPa definiert, der aufgewendet werden muss, damit das Material zerreisst, wenn der Druck, der mit kontrollierter konstanter Geschwindigkeit über eine Gummimembran auf einen kreisförmigen Bereich auf dem Papier mit 30,5 mm Durchmesser ausgeübt wird, erhöht wird. Der Bereich des zu testenden Materials ist anfangs noch flach und wird am Rand festgehalten. Er kann sich jedoch während des Tests aufwölben. Die Proben jedes Blattes wurden trocken gewogen. Aus dem Trockengewicht der Probe wurde das Gewicht pro Einheitsfläche des Papiers in g/m² bestimmt. Die Zerreissfestigkeit wurde durch das Gewicht pro Einheitsfläche des Papiers dividiert, so dass der Reissindex erhalten wurde.
Für Vergleichszwecke wurde das vorstehend beschriebene Experiment wiederholt, wobei als Füllstoff in der Papierherstellungs-Zusammensetzung 4 bzw. 8 Gew.% eines gefällten Calciumcarbonat-Füllstoffes verwendet wurde, dessen Partikelgrößenverteilung derart war, dass der massegemittelte Partikeldurchmesser 3,0 um betrug.
Für weitere Vergleichszwecke wurden handgeschöpfte Blätter aus Papierherstellungs-Ausgangsmaterialien hergestellt, die keinen Füllstoff enthielten, und den gleichen Tests wie vorstehend beschrieben unterzogen.
Die erhaltenen Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 2 aufgeführt. Für die aus füllstoffhaltigem Ausgangsmaterial hergestellten handgeschöpften Blätter wurde der Reissindex als Prozentsatz des Wertes ausgedrückt, der für die ungefüllten harten Blätter erhalten wurde. Tabelle 2
Die erhaltenen Helligkeitswerte sind bei Verwendung des aggregierten kristallinen Materials als Füllstoff zwar nicht so gut wie mit dem patentierten Füllstoff Das aggregierte kristalline Material hat jedoch eine bessere Deckkraft und verursacht einen geringeren Papierfestigkeitsrückgang als der patentierte Füllstoff

Beispiel 2

Es wurden Proben aus dem Schaumprodukt der Mikroflotationszellen einer anderen Entfärbungsanlage entnommen, und das in Beispiel 1 beschriebene Experiment wurde wiederholt. Der Feststoffgehalt des Schaumproduktes betrug 6,8 Gew.%. Der Feststoffgehalt der Suspension aus aggregiertem kristallinen Füllstoff, der nach Verdünnen des Schaumproduktes auf einen Gehalt von 2,25 Gew.% Feststoffe, bezogen auf deren Trockengewicht, und Sättigung mit einem kohlendioxidhaltigen Gas wie in Beispiel 1 beschrieben erzeugt wurde, betrug 4,5 Gew.%. In der nachstehenden Tabelle 3 sind die Eigenschaften der Feststoffe in dem anfänglichen Schaumprodukt und in der Suspension aus aggregiertem kristallinen Füllstoff, sowie die Filtrationsge schwindigkeiten beider Suspensionen angegeben: Tabelle 3
Die Eigenschaften der handgeschöpften Blätter, die wie in Beispiel 1 beschrieben hergestellt und getestet wurden, und die den erfindungsgemäßen aggregierten kristallinen Füllstoff, das patentierte gefällte Calciumcarbonat bzw. keinen Füllstoff enthielten, sind in der nachstehenden Tabelle 4 angegeben: Tabelle 4

Anhang 1

Verfahren zur Messung der Filtrationsgeschwindigkeit.

Eine kleine Probe der Suspension des erzeugten gemischten Minerals wurde in einen Büchner-Filtertrichter gegossen, der mit einem Standard-Filterpapier bestückt war, wobei der Vakuum-Stutzen der Saugflasche an eine Labor-Vakuumquelle angeschlossen war. Das Filtrat wurde in einem Messzylinder in der Saugfiasche gesammelt. Nach bestimmten Zeitabständen wurde das Volumen des gesammelten Filtrates und die seit Beginn der Filtration verstrichene Zeit notiert. Das Quadrat des gesammelten Volumens wurde graphisch gegen die Zeit aufgetragen, so dass eine Kurve mit einem großen zentralen linearen Abschnitt erhalten wurde. Die Steigung dieses linearen Abschnittes wurde in jedem Fall aufgezeichnet.
Die Beziehung zwischen dem Quadrat des gesammelten Filtratvolurnens und der Zeit wird durch die Carmen-Kozeny- Gleichung beschrieben:
Q²/T = 2A² P E³ (y-1)/5 v S² (1-E)² d²,
worin:
Q das Volumen des gesammelten Filtrates ist,
T die verstrichene Filtrationszeit ist,
A die Fläche des Filterrnediums ist,
P der Differentialdruck längs des Filtermediurns ist,
E das Porenvolumen im Filterkuchen ist,
v die Viskosität des Suspendierungsrnediums ist,
S die spezifische Oberfläche der teilchenförmigen Phase ist, und
d die relative Dichte der teilchenförmigen Phase ist.
Die für jede Suspension ermittelte Steigung Q²/T des linearen Abschnittes des Schaubildes ist ein Maß für die Filtrationsgeschwindigkeit. Da A, P, v, S und d unter den Bedingungen des Experimentes als konstant angesehen werden können, lässt sich die Standard-Filtrationsgeschwindigkeit F berechnen durch:
F = Q² R/T
worin:
worin:
WC der Gewichtsanteil des Wassers im Kuchen ist,
SC der Gewichtsanteil der Feststoffe im Kuchen ist,
WS der Gewichtsanteil des Wassers in der Suspension ist, und
SS der Gewichtsanteil der Feststoffe in der Suspension ist.

Claims

1. Verfahren zur Behandlung des Rückstands aus einer Anlage zum Deinken von Altpapier, wobei der Rückstand ein Gemisch aus Farbpartikeln, anorganischen Partikeln und Fasern umfasst, und den Schritt vorsieht: chemisches Behandeln einer den Rückstand enthaltenden wässrigen Suspension oder Aufschlämmung, so dass die darin suspendierten Feststoffe aggregieren, wobei die chemische Behandlung die Zugabe einer Quelle für Erdalkalimetall-Ionen zur wässrigen Suspension oder Aufschlämmung vorsieht, dadurch gekennzeichnet, dass die chemische Behandlung weiterhin die Zugabe von Kohlendioxid zur wässrigen Suspension oder Aufschlämmung umfasst, so dass darin ein Niederschlag erhalten wird, der eine im wesentlichen unlösliche weiße Erdalkalicarbonat-Verbindung enthält und der das Material einschließt mit den im Rückstand enthaltenen Farbpartikeln, anorganische Partikeln und Fasern, wodurch die dunkle Färbung des Rückstandes mit der Bildung des Niederschlages schwächer wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Niederschlag Calciumcarbonat enthält, das bei der Umsetzung von Kohlendioxid mit Calciumhydroxid in der Suspension entsteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Niederschlag mit dem eingefangenen Material zur weiteren Verwendung als teilchenförmiges Beschichtungs- oder Füllstoffmaterial rezykliert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Niederschlag mit dem eingefangenen Material direkt in vergleichsweise verdünnter Form zur Ergänzung des Füllstoffs rezykliert wird, welcher in einem bahnerzeugenden Verfahren eingesetzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die wässrige Suspension, die den Niederschlag mit einem eingefangenen Material enthält, entwässert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Niederschlag mit dem eingefangenen Material vom Wasser der wässrigen Suspension abgetrennt wird und das Wasser, das nach der Abtrennung klarer ist als vor der Behandlung zur Erzeugung des Niederschlags darin, für eine Wiederverwendung rezykliert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Rückstand eine Aufschlämmung oder ein Schlamm aus dem Flotationsprozess einer Anlage zum Deinken von Altpapier ist.

8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die wässrige Suspension oder Aufschlämmung, in der der Niederschlag gebildet werden soll, zwischen 2 und 10 Gew.% Feststoff enthält.

9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Niederschlag mit dem eingefangenen Material 5 bis 95 Gew.% gefälltes Material und 95 bis 5 Gew.% eingefangenes Material enthält.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Gewichtsverhältnis von gebildetem Niederschlag zu darin gefangenern feinteiligem Material im Bereich von 30 zu 70 bis 70 zu 30 liegt.

11. Erzeugnis, das einen im wesentlichen weißen Niederschlag aus einem Erdalkalicarbonat mit darin eingefangenen Farbpartikeln, anorganischen Partikeln und Fasern umfasst und das gemäß dem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt ist.

12. Verwendung eines Erzeugnisses nach Anspruch 11 als anorganisches teilchenförmiges Beschichtungs-, Füllstoff- oder Extendermaterial.

13. Zusammensetzung zur Papierherstellung, umfassend Cellulosefasern, die beschichtet oder gefüllt sind mit einem Material, das ein Erzeugnis nach Anspruch 11 enthält.