WO2004013408A1 - Verfahren zum aufschluss von hackschnitzeln aus altholz - Google Patents

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WO2004013408A1
WO2004013408A1 PCT/EP2003/008418 EP0308418W WO2004013408A1 WO 2004013408 A1 WO2004013408 A1 WO 2004013408A1 EP 0308418 W EP0308418 W EP 0308418W WO 2004013408 A1 WO2004013408 A1 WO 2004013408A1
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wood
wood chips
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Hubertus Burkhart
Bernd Pelech
Hansjörg KESSLER
Manfred Meyer
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Stora Enso Publication Paper GmbH and Co KG
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21C—PRODUCTION OF CELLULOSE BY REMOVING NON-CELLULOSE SUBSTANCES FROM CELLULOSE-CONTAINING MATERIALS; REGENERATION OF PULPING LIQUORS; APPARATUS THEREFOR
    • D21C1/00—Pretreatment of the finely-divided materials before digesting
    • D21C1/06—Pretreatment of the finely-divided materials before digesting with alkaline reacting compounds
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21B—FIBROUS RAW MATERIALS OR THEIR MECHANICAL TREATMENT
    • D21B1/00—Fibrous raw materials or their mechanical treatment
    • D21B1/02—Pretreatment of the raw materials by chemical or physical means
    • D21B1/021—Pretreatment of the raw materials by chemical or physical means by chemical means

Definitions

  • the invention relates to a process for the digestion of wood chips from waste wood, with the exception of residual sawmill waste, into fibrous material for the manufacture of paper, cardboard and / or cardboard.
  • Wood is one of the essential raw materials for paper production.
  • mechanical pulping or wood grinding is state of the art.
  • Processes for the production of refiner grinding are subdivided into the thermomechanical process, called TMP, and with the addition of digestion chemicals into the chemothermomechanical process, called CTMP.
  • CTMP the wood chips are impregnated with sodium sulfite solution before treatment in the refiner in order to improve the digestion and the whiteness of the refiner cut.
  • TMP and CTMP methods are described in detail in the TAPPI monograph Pulp and Paper Manufacture, Volume 2, Mechanical Pulping, TAPPI, Atlanta, 1987.
  • DE-26 01 380 C2 describes a refiner process in which the wood softens in a first stage at a high pH using 10-30% of the required peroxide and while avoiding darkening in a second stage at a lowered pH -Value with the addition of the residual peroxide the fiberization and actual bleaching is carried out.
  • the unused peroxide is returned to the first stage.
  • EP-0 194 981 B1 also describes an APMP process in which wood chips are pretreated with steam, then impregnated with alkali and peroxide, dried, preheated and then ground in a refiner. This is followed by a bleaching of the fibrous material. The process does not discolor the fiber. The peroxide has a softening effect on the wood chips and leads to an end product with high whiteness with considerably less energy consumption.
  • Wood as the main source of pulp in the pulp and paper industry, is not sufficiently available everywhere. In terms of wood supply, the pulp and paper industry are in competition with the other major consumers in the construction, construction wood, chipboard and furniture industries. Wood consumption in the emerging and developing countries is mainly determined by their need for firewood. The now emerging bio-power plants, which use wood chips as firing material, are also an important wood consumer. Those in the western Sustainable forest management introduced in industrialized countries previously prohibited standard clearing and only allows logging in the amount of annual forest growth.
  • waste wood i.e. wood that has already served a first purpose, as a source of fiber for the production of paper, cardboard and / or cardboard.
  • a disadvantage of this process is that when the NSSC process is used, a very dark substance is produced which is not suitable for the production of graphic and fine papers in particular.
  • Another disadvantage is that the NSSC process is not suitable for the digestion of pine wood, as it occurs in pallets, furniture and demolition wood. The reason for this lies in the lignin condensation known to the person skilled in the art, which is typical of pine wood with sulfite digestion and leads to a strongly discolored fiber material which contains many splinters.
  • the object of the present invention is to solve the problems indicated above by a method which avoids these problems.
  • waste wood For the definition of the term waste wood, the regulation on the disposal of waste wood adopted by the Federal Cabinet of the Federal Government of Germany on February 6, 2002 is used. Accordingly, wood chips from waste wood of categories A I and A II are used in the method according to the invention.
  • Category A I relates to natural or only mechanically processed waste wood that was no longer contaminated with non-woody substances when it was used.
  • Category A I includes:
  • Waste wood category A II includes:
  • Construction site assortments such as formwork, waste wood from demolition, such as
  • the process according to the invention for the digestion of wood chips from waste wood into fibrous material for the manufacture of paper, cardboard and / or cardboard consists of the following process steps:
  • the moisture content of the waste wood chopped into chips is adjusted to a value between 30% and 60% by washing and pre-steaming at a temperature of 50-100 ° C,
  • the steamed, damp wood chips are treated with an alkaline peroxide solution one or more times by means of an impregnation device,
  • the impregnated wood chips are shredded between the grinding discs of a refiner in one or more stages and bleached at the same time, the grinding gap between the grinding discs being adjusted in such a way that the specific grinding work is 800-2600 kwh / t of pulp and the pulp has a grinding degree of 30 - 85 ° SR.
  • the first step in the process according to the invention requires the moisture content of the wood chips to be equalized so that all wood chips are evenly distributed in the subsequent impregnation process be soaked in the alkaline peroxide solution.
  • the wood chips are therefore fed to a laundry device known to a person skilled in the art after a metal deposition known per se, where they absorb moisture and the moisture content is evened out for the first time.
  • the impurities such as sand and dirt still adhering to the chips are removed at the same time.
  • pre-steaming at a temperature of 50 - 100 ° C in a closed container, the moisture content being set to a value between 30% and 60%.
  • This moisture content is set on the one hand by measuring the amount of steam used for pre-damping, on the other hand, too much absorbed moisture can be removed by a known screw press device.
  • the wood chips moisture meters that have proven themselves in practice in the pulp industry are used to set and monitor the moisture.
  • the steamed, damp wood chips are then impregnated one or more times with alkaline peroxide solution in a device known per se. Screw presses or so-called impressafiners can also be used for the impregnation. If a two-stage impregnation is selected, two such devices are arranged one behind the other. The wood chips are first subjected to compression in the impregnation devices, then immersed in the impregnation solution and relaxed there to absorb the solution.
  • the wood chips are then fed to the refining zone of a refiner, where they are defibrated in one or more stages and bleached at the same time.
  • a refiner with two grinding gaps can be used, which have a different knife set for coarse and fine grinding.
  • two refiners can also be arranged one behind the other, which are connected to one another via a corresponding intermediate vessel.
  • Such circuits are known to those skilled in the art.
  • the grinding gap (s) between the refiner discs are selected so that the specific grinding work is 800 to 2600 kwh / t of fiber material, so that the fiber material has a degree of grinding of 30-85 ° SR after defibration.
  • Known online grinding degree testers can be used for this purpose, which control the grinding gap and drive power of the refiner or refiners via a control device.
  • the impregnated wood chips are subjected to additional heating with steam to 70-90 ° C. in the refiner before they are fiberized.
  • they are fed to a so-called heating screw or a device which can be subjected to steam and which is provided with an entry and discharge screw.
  • the impregnation solution contains only sodium hydroxide as an alkali source. This will make it possible among the specified Bring impregnation conditions to partially existing wood glazes and separate them in the subsequent pressing process after impregnation or in a washing and thickening process that takes place later.
  • wood chips which predominantly consist of waste wood of the category AI, such as old pallets can be treated with an impregnation solution which contains hydrated magnesium oxide (Mg (OH) 2 ) as an alkali source.
  • Mg (OH) 2 hydrated magnesium oxide
  • the advantage of the hydrated magnesium oxide lies in the fact that the aqueous suspension, which also contains the peroxide and water glass, has a lower pH value compared to sodium hydroxide. This means that less wood substance is dissolved in the digestion and bleaching process and the organic pollution of the process wastewater, measured as the chemical oxygen demand COD in mg0 2 / l, is lower.
  • Wood chips from old wood can be contaminated with heavy metals made of iron, manganese, copper and others. These have mostly got into the wood through the corrosion of fasteners, such as nails and screws, and impair the digestion of the wood by means of alkali peroxide through catalytic peroxide decomposition. Although it is known to the person skilled in the art to suppress this peroxide decomposition by adding water glass and complexing agent in the impregnation solution, these measures are often not sufficient at higher heavy metal contents.
  • the wood chips are therefore prewashed with the addition of complexing agents, such as EDTA or DTPA.
  • complexing agents such as EDTA or DTPA. It is known that this Complexing agents can dissolve and complex heavy metal oxides. This makes it possible to remove a significant proportion of the heavy metal oxides from the process by prewashing.
  • impregnation processes are determined by the diffusion rate of the anions and cations of the impregnation solution.
  • concentration gradient impregnation solution - wood moisture also determines the impregnation rate.
  • the existing wood moisture and the concentration of the impregnation solution determine the maximum achievable chemical concentration in the wood chips. However, this affects the achievable quality of digestion with regard to defibration and bleaching.
  • a further advantageous embodiment of the method according to the invention therefore provides for the impregnation to be divided into two stages, the concentrated impregnation solution first being fed to the second stage, after the wood chips being impregnated, the excess being drawn off and then being fed to the first stage for pre-impregnating the washed and steamed waste wood chips , In this way, better utilization of the impregnation chemicals is achieved and excessive dilution of the impregnation solution is avoided.
  • the impregnated waste wood chips are shredded the easier the further the combined digestion and bleaching reaction has progressed through the alkali peroxide solution with the lignin of the middle lamella and the wood-accompanying, bleachable substances.
  • the impregnated wood chips are therefore in the Refiner undergoes a bleaching reaction in a first intermediate container.
  • the pretreatment in the impregnation presses has already broken the original wood chip shape, so that more surface is available for exposure to the chemicals. This favors further chemical diffusion and, at the same time, wood chip bleaching.
  • the course of the reaction is monitored and controlled by monitoring the pH value, the temperature and the peroxide consumption at the discharge end of the intermediate container.
  • a further improvement of the digestion process can also be achieved in that the impregnated waste wood chips are subjected to a post-bleaching reaction in an intermediate container after passing through the first refiner and are then further defibrated in a second refiner.
  • the bleaching reaction is also monitored here by measuring the pH value, the temperature and the peroxide content at the outlet of the intermediate container.
  • peroxide is still present, but the pH has dropped below 8, the bleaching effect of the remaining peroxide can be further exploited by additional alkali metering.
  • the chips were again stored at 70 ° C. for 30 minutes to react with the impregnation solution. This was followed by the shredding of the wood chips in a laboratory refiner. To simulate a two-stage industrial process, the wood chips or the pre-shredded material were placed in the refiner a total of four times. The grinding gap was gradually reduced from 1 mm over 0.9 - 0.7 to 0.5 mm.
  • the pulp had a freeness of 85 ° SR.
  • the white R 457 measured on the nutsche leaf of the fibrous material was 75.9%.
  • the tear length was determined on the 80 g / m 2 laboratory sheet to be 6,340 m.
  • the two-stage impregnation was carried out using the same impregnation solutions as described in Example 1. However, the response time was increased from 30 to 40 minutes due to the different quality of the wood chips.
  • the temperature was kept at 70 ° C.
  • the wood chips with a dry matter content of 68.6% were treated with a first impregnation solution, the
  • the chips were then stored at 40 ° C. for 25 minutes for the reaction.
  • the chips were then stored at 70 ° C. for 90 minutes for the reaction.

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Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung von Faserstoffen für die Papier-, Pappe- und Kartonerzeugung aus Hackschnitzeln aus Altholz wird angegeben. Dabei werden die Hackschnitzel mit einer alkalischen Peroxidlösung imprägniert, die überschüssige Lösung abgezogen und nach einer Reaktionszeit bei erhöhter Temperatur in einem Refiner zerfasert.

Description

Verfahren zum Aufschluss von Hackschnitzeln aus Altholz
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufschluss von Hackschnitzeln aus Altholz, ausgenommen Sägewerkrestabfälle, zu Faserstoff für die Papier-, Pappe- und/oder Kartonherstellung.
Holz, insbesondere Nadelholz, ist einer der wesentlichen Rohstoffe für die Papierherstellung. Neben dem chemischen Aufschluss zur Zellstoffherstellung ist der mechanische Aufschluss zu Holzschliff oder Refinerschliff Stand der Technik. Verfahren zum Herstellen von Refinerschliff untergliedern sich in das thermomechanische Verfahren, TMP genannt, und bei Zusatz von Aufschlusschemikalien in das chemothermomechanische Verfahren, CTMP genannt. Bei dem CTMP-Verfahren werden die Hackschnitzel vor der Behandlung im Refiner mit Natriumsulfitlösung imprägniert, um den Aufschluss und die Weiße des Refinerschliffes zu verbessern. TMP- und CTMP- Verfahren werden ausführlich in der TAPPI-Monographie Pulp and Paper Manufacture, Volume 2, Mechanical Pulping, TAPPI, Atlanta, 1987, beschrieben.
Neben dem Natriumsulfitlösung nutzenden CTMP-Verfahren ist in neuerer Zeit das sogenannte APMP-Verfahren bekannt geworden, mit dem Hackschnitzel aus Nadel- und Laubhölzern, wie z.B. Fichte, Kiefer, Pappel, Aspe und Erle, und Hackschnitzelmischungen aus diesen Holzarten mittels Alkali und Peroxid zu einem Faserstoff aufgeschlossen werden können, der bezüglich mechanischer und optischer Eigenschaften Vorteile aufweist.
So beschreibt die DE-26 01 380 C2 ein Refiner-Verfahren, bei dem in einer ersten Stufe bei hohem pH-Wert unter Einsatz von 10 - 30 % des erforderlichen Peroxids das Holz erweicht und unter Vermeidung der Dunkelfärbung in einer zweiten Refinerstufe bei abgesenktem pH-Wert unter Zusatz des Restperoxids die Zerfaserung und eigentliche Bleiche durchgeführt wird. Dabei wird das nicht verbrauchte Peroxid in die erste Stufe zurückgeführt.
Die EP-0 194 981 B1 beschreibt ebenfalls ein APMP-Verfahren, bei dem Hackschnitzel mit Dampf vorbehandelt, anschließend mit Alkali und Peroxid imprägniert, getrocknet, vorerhitzt und dann in einem Refiner gemahlen werden. Eine Bleiche des Faserstoffes schließt sich daran an. Eine Verfärbung des Faserstoffes tritt bei diesem Verfahren nicht auf. Das Peroxid übt eine erweichende Wirkung auf die Hackschnitzel aus und führt zu einem Endprodukt mit hoher Weiße bei erheblich weniger Energieaufwand.
Holz als Hauptfaserstoffquelle der Zellstoff- und Papierindustrie steht nicht überall ausreichend zur Verfügung. Zellstoff- und Papierindustrie stehen bezüglich der Holzversorgung in Konkurrenz zu den weiteren Großverbrauchern Bau-, Konstruktionsholz-, Spanplatten- und Möbelindustrie. Der Holzverbrauch in den Schwellen- und Entwicklungsländern wird hauptsächlich durch deren Brennholzbedarf bedingt. Auch die inzwischen aufgekommenen Bio- Kraftwerke, die Hackschnitzel als Feuerungsmaterial benutzen, sind ein bedeutender Holzverbraucher. Die in den westlichen Industrieländern eingeführte nachhaltige Waldbewirtschaftung verbietet früher übliche Kahlschläge und erlaubt nur die Einschläge in Höhe des jährlichen Waldzuwachses.
In konsequenter Verfolgung des Recyclinggedankens wurde daher bereits vorgeschlagen, sogenanntes Altholz, also Holz, das bereits einen ersten Verwendungszweck erfüllt hat, als Faserstoffquelle für die Papier-, Pappe- und/oder Kartonerzeugung heranzuziehen.
So berichtet die Literaturstelle TAPPI Pulping Conference San Diego, 6. - 10. Nov. 1994, Band 1 , Seite 395, ISBN 0-89852-913-1 über alternative Rohstoffe zur Herstellung von Wellenstoffpapier für die Wellpappenerzeugung. Dabei wurden Hackschnitzel aus Altpaletten, Abrissholz und Baumstümpfen mit Hilfe des Neutralsemisulfit-Verfahrens (NSSC) zu einem Halbzellstoff für die Erzeugung von Wellenstoffpapieren verarbeitet.
Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass bei Anwendung des NSSC-Verfahrens ein sehr dunkler Stoff entsteht, der für die Herstellung insbesondere graphischer und Feinpapiere nicht geeignet ist. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass das NSSC- Verfahren für den Aufschluss von Kiefernholz, wie es in Paletten, Möbeln und Abrissholz vorkommt, nicht geeignet ist. Der Grund dafür liegt in der dem Fachmann bekannten Ligninkondensation, die für Kiefernholz bei Sulfitaufschluss typisch ist und zu einem stark verfärbten und viele Splitter enthaltendem Faserstoff führt.
Ein weiteres Problem bei Abrissholz besteht darin, dass dieses oftmals mit Lasuren oder Imprägniermitteln behandelt ist, die nur mit alkalischen Lösungen wieder entfernt werden können. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die oben aufgezeigten Probleme durch ein Verfahren zu lösen, das diese Probleme umgeht.
Die Lösung des Problems wird durch den kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 gegeben. Weitere vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen 2 - 9 angegeben.
Zur Definition des Begriffes Altholz wird auf die vom Bundeskabinett der Bundesregierung Deutschland am 06. Februar 2002 beschlossene Verordnung über die Entsorgung von Altholz zurückgegriffen. Dem gemäß werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren Hackschnitzel aus Altholz der Kategorie A I und A II eingesetzt. Die Kategorie A I betrifft dabei naturbelassenes oder lediglich mechanisch bearbeitetes Altholz, das bei seiner Verwendung nicht mehr als unerheblich mit holzfremden Stoffen verunreinigt wurde.
Gemäß Anhang IV der Altholzverordnung zählen zur Kategorie A I unter anderem:
Paletten aus Vollholz, Transportkisten und Verschlage aus Vollholz, Obst-, Gemüse und Zierpflanzenkisten aus Vollholz, Kabeltrommeln und Möbel aus naturbelassenem Vollholz.
Zu der Altholzkategorie A II zählen unter anderem:
Paletten aus Holzwerkstoffen, Verschnitt, Abschnitte, Späne von
Holzwerkstoffen, Transportkisten aus Holzwerkstoffen,
Baustellensortimente, wie Schalhölzer, Altholz aus Abbruch, wie
Dielen, Türblätter und Zargen von Innentüren, Bretterschalungen aus dem Innenausbau, Deckenpaneele, Zierbalken und
Bauspanplatten. Sägewerksrestabfälle, wie sie beim Einschnitt von frischem oder abgelagerten Waldholz anfallen, sind bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ausdrücklich ausgenommen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Aufschluss von Hackschnitzeln aus Altholz zu Faserstoff für die Papier-, Pappe- und/Oder Kartonherstellung besteht aus den folgenden Verfahrensschritten:
- der Feuchtegehalt des zu Hackschnitzeln zerkleinerten Altholzes wird durch eine Wäsche und Vordämpfung bei einer Temperatur von 50 —100 °C auf einen Wert zwischen 30 % und 60 % eingestellt,
- die gedämpften, feuchten Hackschnitzel werden mittels einer Imprägniervorrichtung mit einer alkalischen Peroxidlösung ein- oder mehrmals behandelt,
- die überschüssige, alkalische Peroxidlösung wird abgezogen,
- die imprägnierten Hackschnitzel werden zwischen den Mahlscheiben eines Refiners in ein oder mehreren Stufen zerfasert und gleichzeitig gebleicht, wobei der Mahlspalt zwischen den Mahlscheiben derart eingestellt wird, dass die spezifische Mahlarbeit 800 - 2600 kwh/t Faserstoff beträgt und der Faserstoff einen Mahlgrad von 30 - 85 °SR aufweist.
Da das oben beschriebene Altholzsortiment naturgemäß im Gegensatz zu Hackschnitzeln aus frischem oder teilgelagerten Waldhoiz eine unterschiedliche Feuchte aufweist, z.B. sind Althölzer aus Abbruch sehr trocken, ist als erster erfindungsgemäßer Verfahrensschritt eine Vergleichmäßigung des Feuchtegehaltes der Hackschnitzel erforderlich, damit in dem nachfolgenden Imprägniervorgang alle Hackschnitzel gleichmäßig mit der alkalischen Peroxidlösung durchtränkt werden. Die Hackschnitzel werden deshalb nach einer an sich bekannten Metallabscheidung einer dem Fachmann bekannten Wäschevorrichtung zugeführt, wo sie Feuchte aufnehmen und eine erste Vergleichmäßigung des Feuchtegehaltes stattfindet. In dieser Wäschevorrichtung werden gleichzeitig die den Hackschnitzeln noch anhaftenden Verunreinigungen, wie Sand und Schmutz, entfernt. Daran folgt die Vordämpfung bei einer Temperatur von 50 - 100 °C in einem geschlossenen Behälter, wobei der Feuchtegehalt auf einen Wert zwischen 30 % und 60 % eingestellt wird. Das Einstellen dieses Feuchtegehaltes erfolgt einerseits durch Bemessung der zur Vordämpfung eingesetzten Dampfmenge, andererseits kann durch eine bekannte Schneckenpressenvorrichtung zu viel aufgenommene Feuchtigkeit entfernt werden. Zur Einstellung und Überwachung der Feuchtigkeit werden die in der Praxis der Zellstoffindustrie bewährten Hackschnitzelfeuchtigkeitsmessgeräte mit herangezogen.
Die gedämpften, feuchten Hackschnitzel werden daran anschließend in einer an sich bekannten Vorrichtung mit alkalischer Peroxidlösung ein- oder mehrmals imprägniert. Zur Imprägnierung können ebenfalls Schneckenpressen oder auch sogenannte Impressafiner herangezogen werden. Wird eine zweistufige Imprägnierung gewählt, dann sind zwei derartige Einrichtungen hintereinander angeordnet. In den Imprägniervorrichtungen werden die Hackschnitzel zunächst einer Kompression unterzogen, anschließend in die Imprägnierlösung untergetaucht und dort zwecks Aufnahme der Lösung entspannt.
Während dieses Entspannungsvorganges nehmen die Hackschnitzel begierig die alkalische Peroxidlösung auf. Die überschüssig anhaftende Lösung wird danach abgezogen, wobei dies in der Eingangsstufe der zweiten Imprägniervorrichtung durchgeführt werden kann. Der Gehalt an Alkali und Peroxid der Imprägnierlösung kann der Fachmann dem Stand der Technik entnehmen. Es wird auf die in der Einleitung zitierte EP-0 194 981 B1 verwiesen.
Daran anschließend werden die Hackschnitzel der Mahlzone eines Refiners zugeführt und dort in einer oder mehreren Stufen zerfasert und gleichzeitig gebleicht. Wird das Verfahren mehrstufig durchgeführt, kann ein Refiner mit zwei Mahlspalten eingesetzt werden, die eine unterschiedliche Messergarnitur für Grob- und Feinmahlung aufweisen. Es können aber auch zwei Refiner hintereinander angeordnet werden, die über ein entsprechendes Zwischengefäß miteinander verbunden sind. Dem Fachmann auf diesem Gebiet sind derartige Schaltungen bekannt. Der oder die Mahlspalte zwischen den Refinerscheiben werden so gewählt, dass die spezifische Mahlarbeit 800 bis 2600 kwh/t Faserstoff beträgt, so dass der Faserstoff nach der Zerfaserung einen Mahlgrad von 30 - 85 °SR aufweist. Dazu können bekannte Online-Mahlgradprüfer eingesetzt werden, die über eine Regelvorrichtung Mahlspalt und Antriebsleistung des oder der Refiner ansteuern.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung werden die imprägnierten Hackschnitzel vor der Zerfaserung in dem Refiner einer zusätzlichen Erwärmung mit Dampf auf 70 - 90 °C unterzogen. Dazu werden sie einer sogenannten Heizschnecke oder einer mit Dampf beaufschlagbaren Vorrichtung zugeführt, die mit einer ,Ein- und Austragsschnecke versehen ist.
Enthält die Altholzhackschnitzelmischung große Anteile der Kategorie A II aus Abbruch, Rückbau oder Schalhölzerund behandelte Vollhölzer, dann enthält gemäß einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung die Imprägnierlösung nur Natriumhydroxid als Alkaliquelle. Damit wird es ermöglicht, unter den angegebenen Imprägnierbedingungen teilweise vorhandene Holzlasuren in Lösung zu bringen und bei dem folgenden Abpressvorgang nach der Imprägnierung bzw. in einem später erfolgenden Wasch- und Eindickungsvorgang abzutrennen.
Hackschnitzel, die überwiegend aus Altholz der Kategorie A I bestehen, wie zum Beispiel alte Paletten, können nach einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung mit einer Imprägnierlösung behandelt werden, die hydratisiertes Magnesiumoxid (Mg(OH)2) als Alkaliquelle enthält. Der Vorteil des hydratisierten Magnesiumoxids liegt darin begründet, dass die wässrige Suspension, die auch noch das Peroxid und Wasserglas enthält, einen geringeren pH-Wert im Vergleich zu Natriumhydroxid aufweist. Damit wird bei dem Aufschluss- und Bleichprozess weniger Holzsubstanz gelöst und die organische Belastung der Abwässer des Verfahrens ist, gemessen als chemischer Sauerstoffbedarf CSB in mg02/l geringer.
Hackschnitzel aus Altholz können unterschiedlich mit Schwermetallen aus Eisen, Mangan, Kupfer und anderen belastet sein. Diese sind meistens über die Korrosion von Befestigungsmitteln, wie Nägel und Schrauben, in das Holz gelangt und beeinträchtigen den Aufschluss des Holzes mittels Alkali- Peroxid durch katalytische Peroxidzersetzung. Es ist zwar dem Fachmann bekannt, diese Peroxidzersetzung durch Zusatz von Wasserglas und Komplexbildner in der Imprägnierlösung zu unterdrücken, oft genügen diese Maßnahmen bei höheren Schwermetallgehalten jedoch nicht.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung wird daher die Vorwäsche der Hackschnitzel unter Zusatz von Komplexbildnern, wie EDTA oder DTPA, durchgeführt. Es ist bekannt, dass diese Komplexbildner Schwermetalloxide auflösen und komplexieren können. Damit ist es möglich, einen erheblichen Teil der Schwermetalloxide bereits über die Vorwäsche aus dem Verfahren auszuschleusen.
Wie aus der klassischen Zellstofftechnologie bekannt, sind Imprägniervorgänge durch die Diffusionsgeschwindigkeit der Anionen und Kationen der Imprägnierlösung bestimmt. Weiter bestimmt das Konzentrationsgefälle Imprägnierlösung - Holzfeuchtigkeit die Imprägniergeschwindigkeit. Schließlich bestimmt die vorhandene Holzfeuchtigkeit und die Konzentration der Imprägnierlösung die maximal erreichbare Chemikalienkonzentration im Hackschnitzel. Diese beeinflusst aber die erreichbare Aufschlussgüte in Bezug auf Zerfaserung und Bleiche.
Eine weitere vorteilhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht daher die Aufteilung der Imprägnierung in zwei Stufen vor, wobei die konzentrierte Imprägnierlösung zunächst der zweiten Stufe zugeführt wird, nach Imprägnierung der Hackschnitzel der Überschuß abgezogen und dann der ersten Stufe zur Vorimprägnierung der gewaschenen und gedämpften Altholzhackschnitzel zugeführt wird. Damit wird eine bessere Ausnutzung der Imprägnierchemikalien erreicht und eine zu hohe Verdünnung der Imprägnierlösung vermieden.
Die Zerfaserung der imprägnierten Altholzhackschnitzel erfolgt umso leichter, je weiter die kombinierte Aufschluss- und Bleichreaktion durch die Alkaliperoxidlösung mit dem Lignin der Mittellamelle und den holzbegleitenden, bleichbaren Substanzen fortgeschritten ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung werden daher die imprägnierten Hackschnitzel vor dem ersten Zerfasern in dem Refiner in einem ersten Zwischenbehälter einer Bleichreaktion unterzogen.
Durch die Vorbehandlung in den Imprägnierpressen ist dabei die ursprüngliche Hackschnitzelform bereits aufgebrochen worden, so dass mehr Oberfläche zur Einwirkung der Chemikalien zur Verfügung steht. Dieses begünstigt die weitere Chemikaliendiffusion und gleichzeitig eine Hackschnitzelbleiche. Der Reaktionsablauf wird dabei durch Überwachung des pH-Wertes, der Temperatur und des Peroxidverbrauches am Austragende des Zwischenbehälters überwacht und gesteuert.
Eine weitere Verbesserung des Aufschlussverfahrens kann aber auch dadurch erreicht werden, dass die imprägnierten Altholzhackschnitzel nach dem Durchgang durch den ersten Refiner in einem Zwischenbehälter einer Nachbleichreaktion unterzogen werden und daran anschließend in einem zweiten Refiner weiter zerfasert werden. Auch hier erfolgt die Überwachung der Bleichreaktion durch Messung des pH-Wertes, der Temperatur und Peroxidgehaltes am Auslauf des Zwischenbehälters. Um eine mögliche Alkalivergilbung durch Peroxidmangel zu vermeiden, ist es vorteilhaft, bei fehlendem Restperoxid dem vorzerfaserten Stoff erneut Peroxid zuzudosieren und dann in dem zweiten Refiner auf den gewünschten Endmahlgrad zu zerfasern. Wenn jedoch Peroxid noch vorhanden ist, dafür aber der pH-Wert unter 8 abgesunken ist, kann durch zusätzliche Alkalidosierung die Bleichwirkung des restlichen Peroxids weiter ausgenutzt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird an folgenden Beispielen weiter erläutert: Beispiel 1
Aufschluss von Hackschnitzeln aus alten Paletten
1 ,443 kg gewaschene Hackschnitzel mit einem Trockengehalt von 69,3 % wurden in einer Laborimprägniervorrichtung mit einer Imprägnierlösung behandelt, die
2.6 g/l Kompiexbildner
8, 1 g/l handelsübliches Wasserglas 4,8 g/l Natriumhydroxid und 12,9 g/l Wasserstoffperoxid
enthielt.
Nach der Imprägnierung wurde die überschüssige Lösung abgezogen. Die Hackschnitzel hatten danach einen Trockengehalt von 33,4 %. Die Chemikalienaufnahme wurde durch Rücktitration der abgezogenen Lösung bestimmt. Sie betrug
0,40 % Komplexbildner 1 ,25 % Wasserglas 0,75 % Natriumhydroxid und 2,00 % Wasserstoffperoxid
Daran anschließend wurden die Hackschnitzel zur Reaktion mit der Imprägnierlösung 30 Min. bei 70 °C gelagert. Darauf folgte eine zweite Imprägnierung mit einer Lösung, die
2,3 g/l Komplexbildner 14,5 g/l handelsübliches Wasserglas
8.7 g/l Natriumhydroxid und 23,2 g/l Wasserstoffperoxid enthielt.
Nach dem Abziehen der zweiten Imprägnierlösung betrug die Chemikalienaufnahme
0,53 % Komplexbildner 3,34 % Wasserglas 2,00 % Natriumhydroxid und 5,34 % Wasserstoffperoxid
Die Hackschnitzel wurden wiederum zur Reaktion mit der Imprägnierlösung 30 Min. bei 70 °C gelagert. Daran schloß sich die Zerfaserung der Hackschnitzel in einem Laborrefiner an. Zur Simulation eines zweistufigen, industriellen Verfahrens wurden die Hackschnitzel bzw. der vorzerfaserte Stoff insgesamt vier mal in den Refiner gegeben. Dabei wurde der Mahlspalt schrittweise von 1 mm über 0,9 - 0,7 auf 0,5 mm reduziert.
Nach dem 4. Durchgang wies der Faserstoff einen Mahlgrad von 85 °SR auf. Die am Nutschenblatt des Faserstoffes gemessene Weiße R 457 betrug 75,9 %. Die Reißlänge wurde am 80 g/m2 Laborblatt zu 6.340 m bestimmt.
Beispiel 2
Hackschnitzel aus Altholzkategorie A ll
Diese Hackschnitzel wurden aus einer Altholzmischung, bestehend aus alten Möbeln, Bauschalhölzern und alten Paletten aus
Holzwerkstoffen, hergestellt.
Die zweistufige Imprägnierung wurde mit den gleichen Imprägnierlösungen - wie in Beispiel 1 beschrieben - durchgeführt. Die Reaktionszeit wurde wegen der anderen Hackschnitzelqualität jedoch jeweils von 30 auf 40 Min. erhöht. Die Temperatur wurde bei 70 °C gehalten.
Die Behandlung im Laborrefiner wurde - wie in Beispiel 1 beschrieben - durchgeführt.
An dem Fertigstoff wurden folgende Eigenschaften nach dem 4. Laborrefinerdurchgang gemessen:
Reißlänge 2.470 m
Weiße R 457 67,9 %
Mahlgrad 59 °SR
Diese Werte konnten mittels 5. Laborrefinerdurchgang noch verbessert werden auf:
Reißlänge 4.164 m
Weiße R 457 69,5 %
Mahlgrad 82 °SR
Beispiel 3
Einsatz einer Imprägnierlösung, die hydratisiertes Magnesiumoxid (handelsübliche Slurry, 40 % Feststoffgehalt) und geringe Mengen Natriumhydroxid als Alkaliquelle zum Aufschluss von Hackschnitzeln aus alten Paletten enthält.
Die Hackschnitzel mit einem Trockengehalt von 68,6 % wurden mit einer ersten Imprägnierlösung behandelt, die
2,35 g/l Komplexbildner,
2,95 g/l handelsübliches Wasserglas, 8,83 g/l hydratisiertes Magnesiumoxid (hü.) und 8,85 g/l Wasserstoffperoxid
enthielt.
Nach Tränkung und Abpressen hatten die Hackschnitzel
0,37 % Komplexbildner, 0,47 % Wasserglas
1.40 % hydratisiertes Magnesiumoxid (hü.) und
1.41 % Wasserstoffperoxid
aufgenommen.
Daran anschließend wurden die Hackschnitzel zur Reaktion 25 Min. bei 40 °C gelagert.
Eine zweite Imprägnierung wurde mit der folgenden Lösung durchgeführt:
Komplexbildner 1 ,6 g/l
Hydratisiertes Magnesiumoxid (hü.) 12,2 g/l
Natriumhydroxid 0,6 g/l
Wasserstoffperoxid 16,3 g/l
Nach Tränkung und Abpressen hatten die Hackschnitzel
0,36 % Komplexbildner
2,67 % hydratisiertes Magnesiumoxid (hü.)
0,14 % Natriumhydroxid
3,56 % Wasserstoffperoxid aufgenommen.
Daran anschließend wurden die Hackschnitzel zur Reaktion 90 Min. bei 70 °C gelagert.
Die nachfolgende Zerfaserung im Laborrefiner erfolgte in 5 Stufen. Am fertigen Faserstoff wurden nachfolgende Eigenschaften gemessen:
Mahlgrad 59 °SR
Reißlänge 3.040 m
Weiße R 457 73,9
Aus den ermittelten Werten Mahlgrad, Reißlänge und Weiße der Beispiele 1 - 3 ist ersichtlich, dass der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Aufschluss von Hackschnitzeln aus Altholz erhaltene Faserstoff insbesondere für den Einsatz bei der Herstellung graphischer Papiere, Pappen und Kartons geeignet ist.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Aufschluss von Hackschnitzeln aus Altholz, ausgenommen Sägewerkrestabfälle, zu Faserstoff für die Papier-, Pappe- und/oder Kartonherstellung, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:
- der Feuchtegehalt des zu Hackschnitzeln zerkleinerten Altholz wird durch eine Wäsche und Vordämpfung bei einer Temperatur von 50 - 100 °C auf einen Wert zwischen 30 und 60 % eingestellt,
- die gedämpften, feuchten Hackschnitzel werden mittels einer Imprägniervorrichtung mit einer alkalischen Peroxidlösung ein- oder mehrmals behandelt,
- die überschüssige Imprägnierlösung wird abgezogen,
- die erhitzten, imprägnierten Hackschnitzel werden zwischen den Mahlscheiben eines Refiners in einer oder mehreren Stufen zerfasert und gleichzeitig gebleicht, wobei der oder die Mahlspalte zwischen den Refinerscheiben so gewählt werden, dass die spezifische Mahlarbeit 800 bis 2600 kwh/t Faserstoff beträgt, so dass der Faserstoff nach der Zerfaserung einen Mahlgrad von 30 - 85 °SR aufweist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die imprägnierten Hackschnitzel vor der Zerrfaserung in dem Refiner einer zusätzlichen Erwärmung mit Dampf auf 70 - 90 °C unterzogen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Imprägnierlösung Natriumhydroxid als Alkaliquelle enthält.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Imprägnierlösung hydratisiertes Magnesiumoxid enthält.
5. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Imprägnierlösung eine Mischung aus Natriumhydroxid und hydratisiertem Magnesiumoxid enthält.
6. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vorwäsche der Hackschnitzel unter Zusatz von Komplexbildnern zu dem Waschwasser durchgeführt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in der zweiten Imprägnierstufe abgezogene alkalische Imprägnierlösung zur ersten Imprägnierstufe zurückgeführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die imprägnierten Hackschnitzel vor dem ersten Zerfasern in dem Refiner in einem oder mehreren Behälter einer Bleichreaktion unterzogen werden.
9. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die imprägnierten, vorzerfaserten Hackschnitzel nach dem Durchgang durch den ersten Refiner in einem Zwischenbehälter einer Nachbleichreaktion unterzogen werden und daran anschließend in einem zweiten Refiner weiter zerfasert werden.
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