Verfahren zur Entfernung von Störstoffen aus einer wässrigen Papierfasersuspension

Abstract

 Das Verfahren dient der Entfernung von Störstoffen, z.B. Druckfarben oder Stickies, aus einer wässrigen Papierfasersuspension, insbesondere wenn diese aus Altpapier hergestellt ist. Es werden mehrere selektive Flotationsschritte durchgeführt, von denen der stromaufwärtige Flotationsschritt (1), z.B. im Erdschwerefeld betrieben wird und der unmittelbar stromabwärts folgende Flotationsschritt (2) in einem Flotationszyklon. Dabei wird der Flotationszyklon lediglich mit Hilfe der im Gutstoff (A1) des stromaufwärtigen Flotationsschrittes (1) enthaltenen Restluft, also ohne weitere Luftzugabe betrieben. Das Verfahren ist besonders wirtschaftlich und effektiv.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von Störstoffen aus einer wässrigen Papierfasersuspension gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] Verfahren der genannten Art werden verwendet, um aus einer Papierfasersuspension zumindest einen Teil der darin suspendierten unerwünschten Feststoffteilchen, sog. Störstoffe, auszuscheiden. Bekanntlich wird bei einer Flotation ein die auszuscheidenden Stoffe enthaltender Schaum oder Schwimmschlamm gebildet. Ein typischer Anwendungsfall eines derartigen Verfahrens ist die Aufbereitung von einer aus bedrucktem Altpapier gewonnenen wässrigen Fasersuspension, in der die Druckfarbenpartikel bereits von Fasern abgelöst sind, so dass sie sich ausfiotieren lassen. Der hier beschriebene Flotationsvorgang nutzt die Unterschiede zwischen Papierfaserstoff und unerwünschten Feststoffteilchen in der Art, dass der Faserstoff aufgrund seines eher hydrophilen Charakters in der Fasersuspension verbleibt, während die angesprochenen Feststoffteilchen hydrophob sind und deshalb zusammen mit den Luftblasen in den Schaum gelangen. Neben den Druckfarbenpartikeln gibt es auch eine Vielzahl weiterer Stoffe, die hydrophob sind und sich daher durch Flotation von dem Faserstoff trennen lassen. Solche Stoffe sind insbesondere Kleber, feine Kunststoffpartikel und eventuell auch Harze. Da durch das hier angesprochene Flotationsverfahren Fasern von Verunreinigungen getrennt werden, spricht man von selektiver Flotation. Der ebenfalls benutzte Begriff "Flotationsdeinking" wird in der Regel nicht nur für die Entfernung von Drucktarbenpartikeln (ink = Druckfarbe), sondern auch allgemeiner für die selektive Flotation von Verunreinigungen aus Faserstoffsuspensionen verwendet.

[0003] Die JP 60134090 A zeigt eine Kombination eines Flotationszyklons mit einem nachfolgend geschalteten Abscheidebehälter (sekundärer Prozessbehälter). Dabei wird der Flotationsschaum des Flotationszyklons zur Nachbehandlung in den zweiten Behälter geführt.

[0004] Besonders guten Effekt haben Verfahren mit zwei aufeinanderfolgenden Flotationsschritten, deren Wirkung jeweils unterschiedlich auf bestimmte Arten von Störstoffen speziell abgestimmt sind. So ist es aus der EP 0 888 819 A1 (DE 197 28 393) bekannt, zuerst eine Flotation im normalen Erdschwerefeld und danach eine weitere mit Hilfe eines Flotationszyklons auszuführen. Durch diese Kombination lassen sich Störstoffe ausscheiden, deren Partikelgröße in einem breiten Spektrum vorliegt. Dabei werden im zweiten Teilschritt besonders die in der Faserstoffsuspension vorliegenden kleineren Partikel durch ein darauf optimal abgestimmtes Starkfeld-Flotationsgerät ausflotiert, dessen Kraftfeld stärker ist als die Erdgravitation. Es lassen sich dann z.B. auch solche Druckfarbenpartikel erfassen, die durch Binder auf Ölbasis mit den Fasern verbunden waren.

[0005] In der DE 44 26 159 A1 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem die zu reinigende Faserstoffsuspension zunächst in einen mit Fliehkräften arbeitenden Flotationszyklon gelangt und dann in Flotationszellen herkömmlicher Bauart, die im wesentlichen allein aufgrund der Schwerkraft arbeiten. Der Flotationsschaum der letztgenannten Flotationszellen - eventuell auch des Flotationszyklons - wird in einem weiteren Flotationszyklon, der die Sekundärstufe bildet, gereinigt.

[0006] Diese beiden Verfahren arbeiten zwar mit Vorteil in Kombination unterschiedlicher Flotationsschritte, sind aber relativ aufwendig, da jeder Teilschritt eine vollständige Flotation mit jeweils erneuter Belüftung enthält.

[0007] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Flotationsverfahren zu schaffen, mit dem das Spektrum der ausfiotierten Störstoffpartikel groß ist, ohne dass ein zu hoher apparativer und betriebsmäßiger Aufwand benötigt wird. In speziellen Ausführungen soll außerdem eine Entlüftung der Suspension erfolgen.

[0008] Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 in vollem Umfang gelöst.

[0009] Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass ein breites Größenspektrum bei der Flotation erfassbar ist, indem - wie an sich bekannt - mindestens zwei auf einen jeweiligen speziellen Größenbereich optimierte Teilschritte hintereinandergeschaltet werden. Dabei wird der zweite Teilschritt ohne weitere Belüftung der Suspension ausgeführt, was den Aufwand an Apparaturen, Energie und Prozeßregelung wesentlich reduziert. Der Luftgehalt im Gutstoff des stromaufwärtigen Flotationsschnttes wird zur weiteren Flotation ausgenutzt. Dabei ist es von besonderem Vorteil, dass der stromabwärtige Flotationsschritt in stärkerem Kraftfeld, z.B. dem eines Flotationszyklons, durchgeführt wird. Solche Apparate können besonders wirksam mit Hilfe kleiner Luftblasen relativ feine Störstoffe abscheiden.

[0010] Ein weiterer Vorteil des Verfahrens liegt darin, dass nur die Restluft, die im Gutstoff des stromaufwärtigen Flotationsschrittes noch vorhanden und oft unerwünscht ist, durch den stromabwärtigen Flotationsschritt entfernt werden muß, so dass eine Suspension mit geringem Luftgehalt gebildet wird. Das wirkt sich z.B. beim Betrieb nachfolgender Scheibenfilter zur Eindickung der Suspension günstig aus.

[0011] In den Abbildungen von manchen Publikationen wird die Belüftung bei den einzelnen Flotationsschritten nicht eingezeichnet, siehe z.B. in Figuren der DE 197 28 393 A1. Der Fachmann ist sich aber ohne Zweifel sicher, dass lediglich aus Gründen der einfacheren Darstellung solche hier selbstverständlichen Details weggelassen wurden. Ähnliches gilt z.B. für Pumpen, Regeleinrichtungen und Befestigungsmittel.

[0012] Die Erfindung wird erläutert an Hand von Zeichnungen. Dabei zeigen:

Fig. 1

ein Schema des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 2

eine Variante des Verfahrens;

Fig. 3

schematisch: Eine erfindungsgemäße Anlage;

Fig. 4

schematisch: Flotationszylinder der Fig. 3 in Ansicht von oben.

[0013] Fig. 1 zeigt ein sehr einfaches Schema mit einem stromaufwärtigen Flotationsschritt 1 und einem stromabwärtigen Flotationsschritt 2. Die Faserstoffsuspension S wird, bevor sie dem stromaufwärtigen Flotationsschritt 1 zugeleitet wird, in einem Mischorgan 3 mit Luft L so vermischt, dass Luftblasen der gewünschten Größe und Anzahl entstehen. Die Abläufe des Flotationsschrittes 1 sind bekannt; es wird ein Flotationsschaum R1 gebildet, der einen großen Teil der Störstoffe enthält, sowie ein Gutstoff A1, der von der gereinigten Faserstoffsuspension gebildet wird. Dieser wird ohne eine weitere Belüftung über die Pumpe 5 dem stromabwärtigen Flotationsschritt 2 zugeleitet. Während bei dem hier gezeigten Beispiel der stromaufwärtige Flotationsschntt 1 allein im Erdschwerefeld betrieben wird, wird beim stromabwärtigen Flotationsschritt 2 durch Rotation der Suspension ein Zentrifugalfeld erzeugt. Dadurch können, wie bereits beschrieben, feinere Störstoffe mit Hilfe von kleineren Luftblasen abgeschieden werden, so dass sie in den Flotationsschaum R2 gelangen. Dieses Zentritugalfeld ist mit Vorteil nicht so stark, dass die Gefahr des Trennens von Luftblasen und Störstoffpartikeln besteht. Günstige Werte liegen zwischen 10- und 100-facher Erdbeschleunigung. Die auf diese Weise nochmals gereinigte Faserstoffsuspension wird als Gutstoff A2 der weiteren Verwendung zugeführt. Die beiden Flotationsschäume R1 und R2 werden hier gemeinsam als Rejekt R abgeführt und verworfen. Bekanntlich können aber auch solche Rejekte in einer oder mehreren Sekundärstufen getrennt oder gemeinsam nachbehandelt werden, um Faserverluste zu vermeiden.

[0014] Das in Fig. 2 schematisch dargestellte Verfahren unterscheidet sich in einigen Punkten von dem in Fig. 1 und zeigt eine weitere Möglichkeit, die Erfindung zu realisieren. Dabei besteht der stromaufwärtige Flotationsschritt 1 aus mehreren hintereinander geschalteten Flotationsvorrichtungen. Eine solche Schaltung ist in vielen Fällen üblich und umfasst z.B. fünf bis acht in Reihe geschaltete Flotationsvorgänge. Dabei kann der Gutstoff, bevor er aus der vorigen in die nächste Flotation kommt, über eine Pumpe gefördert und erneut mit Luft vermischt werden. Der aus diesem stromaufwärtigen Flotationsschritt 1 stammende Gutstoff A1 gelangt in einen Flotationszyklon, welcher den stromabwärtigen Flotationsschritt 2 vornimmt. Anders als im Beispiel gemäß Fig. 1 wird hier der Flotationsschaum R2 auf der - axial gesehen - selben Seite entnommen, an der auch der Gutstoff A1 in den Flotationszyklon eingeführt wird. Erfindungsgemäß erfolgt dabei keine erneute Belüftung. Der aus diesem Flotationsschritt stammende Gutstoff A2 wird an dem axial entgegengesetzten Ende abgezogen, entweder tangential oder axial (gestrichelter Pfeil).

[0015] In der Fig. 3 werden die für die Flotationsschritte verwendbaren Flotationsvorrichtungen etwas detaillierter dargestellt. Die unter Schwerkraftswirkung stehende Flotationszelle (Flotationsschritt 1) hat eine ovale Form und bildet ein im wesentlichen geschlossenes Gehäuse. Dadurch kann die dem Flotationsschaum R1 entweichende Luft L innerhalb des Flotationsgefäßes wieder angesaugt werden. Der Mischer 3' für Luft L und Faserstoffsuspension S ist Teil eines Mischrohres, welches in die Suspension eintaucht. Selbstverständlich kann auch eine andere Belüftung vorgesehen sein. Der stromabwärtige Flotationsschritt 2 wird in einem Zylinder 6 durchgeführt, in dem die einströmende Suspension, also der Gutstoff A1, des ersten Flotationsschrittes ohne weitere Belüftung eingepumpt und z.B. durch einen Tangentialeinlauf in Rotation versetzt wird. Sowohl der Flotationsschaum R2 als auch der Gutstoff A2 werden hier an dem in Achsrichtung dem Einlauf gegenüberliegenden Ende des Zylinders 6 abgezogen. Eine andere diesbezügliche Lösung zeigt die Fig. 2. Zur Regelung der Schaummenge kann, wie hier dargestellt, eine Drosselung des Gutstoffes A2 mit Hilfe eines einstellbaren Drosselventils 7 vorgenommen werden. Auch hier werden wieder beide Flotationsschäume R1 und R2 zusammengeführt, was schon deshalb vorteilhaft ist, weil dann auch die aus dem Flotationsschaum R2 austretende Luft in den Mischer 3' gelangen kann. Anstelle von Luft L kann auch ein spezielles Gas verwendet werden.

[0016] Die Fig. 4 zeigt in der Aufsicht, dass es sich bei dem für den stromabwärtigen Flotationsschritt 2 verwendeten Apparat um einen Zylinder 6 handelt. Man erkennt den tangentialen Zulauf für den Gutstoff A1 des stromaufwärtigen Flotationsschrittes (1) und den tangentialen Austritt für den Gutstoff A2.

Ansprüche

1. Verfahren zur Entfernung von Störstoffen aus einer wässrigen Faserstoffsuspension (S) mit Hilfe mehrerer selektiver Flotationsschritte (1, 2), von denen ein stromaufwärtiger Flotationsschritt (1) mit einem schwächeren Kraftfeld betrieben wird als der unmittelbar stromabwärtige Flotationsschntt (2) und
bei denen der Gutstoff (A1) des stromaufwärtigen Flotationsschrittes (1) in den stromabwärtigen Flotationsschritt (2) geführt wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass der stromabwärtige Flotationsschritt (2) mit Hilfe der im Gutstoff (A1) des stromaufwärtigen Flotationsschrittes (1) enthaltenen Restluft und ohne weitere Luftzugabe betrieben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der stromabwärtige Flotationsschritt (2) in einem Flotationszyklon durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Zentrifugalbeschleunigung im Hydrozyklon auf Werte zwischen fünf und 200 Mal Erdbeschleunigung eingestellt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Zentrifugalbeschleunigung im Hydrozyklon auf Werte zwischen zehn und 100 Mal Erdbeschleunigung eingestellt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Gutstoff (A1) zum stromabwärtigen Flotationsschritt (2) tangential in einen Zylinder (6) eingeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 2, 3, 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass sowohl der im stromabwärtigen Flotationsschritt (2) gebildete Flotationsschaum (R2) als auch der Gutstoff (A2) an der dem Einlauf axial gegenüberliegenden Seite aus der im stromabwärtigen Flotationsschritt (2) verwendeten Flotationsvorrichtung abgeführt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 2, 3, 4, 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass der im stromabwärtigen Flotationsschritt (2) gebildete Flotationsschaum (R2) axial an der Seite aus der verwendeten Flotationsvorrichtung abgeführt wird, an der sich auch der Einlauf befindet und der Gutstoff (A2) an der axial gegenüberliegenden Seite.

8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das schwächere Kraftfeld das Erdschwerefeld ist.

9. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Gutstoff (A1) vom stromaufwärtigen Flotationsschritt (1) direkt und büttenlos zum stromabwärtigen Flotationsschritt (2) geführt wird.

Zeichnung