Bewertung der Ablagerungsneigung von klebenden Substanzen aus industriel- len Deinkingstoffen
E. Hanecker
Zusammenfassung
Die über das Altpapier in den Papiermaschinenkreislauf gelangenden klebenden Verunreini- gungen (Stickys) sind Quelle schwerwiegender Probleme bei der Herstellung altpapierhalti- ger Neupapiere. Klebende Verunreinigungen können sich an Anlagenteilen der Papierma- schine ablagern. Folgen dieser Ablagerungen sind erhöhte Stillstandszeiten und erhöhter Wartungsaufwand sowie Qualitätseinbußen bei den hergestellten Papieren. Dies wirkt sich durch besonders teure Produktionsausfälle aus.
In dem Beitrag wird eine Methode vorgestellt, mit der Stoffe und Filtrate aus Deinkinganlagen hinsichtlich Ablagerungen bildender Substanzen bewertet werden. Ein Vergleich der im La- bormaßstab ermittelten Ablagerungsneigung zu der in einer Papierfabrik ermittelten Häufig- keit an Ablagerungen in der Trockenpartie bestätigte, dass mit der Methode die Vorgänge in der Trockenpartie simuliert werden können.
Mit der erarbeiteten Methode wurden Fertigstoffe aus Deinkinganlagen vergleichend unter- sucht und mit ausgewählten Additiven Versuche zur Verhinderung von Ablagerungen durch- geführt.
Abstract
Stickies entering the PM circuit via recovered paper pulps are a critical problem source in the manufacture of recycled-fibre based papers. Since stickies tend to be deposited on machin- ery parts, wires and felts of paper machines, downtimes occur more frequently and mainte- nance requirements are increased. Overall, there is a rising tendency to production failures.
The presentation reports a method to simulate the deposition behaviour of potential stickies in the dryer section of paper machines. The adsorption method has proven an excellent tool for the assessment of the disturbing potential of deinked pulp.
Analyses were made of potential stickies from deinked pulps and the changes in adsorption on the amount of deposits that were formed as a function of chemical agents.
1 Einleitung
Klebende Verunreinigungen (Stickys) führen sowohl zu Qualitätseinbußen bei den her- gestellten Papieren als auch zu Störungen in den Herstellungsprozessen. Die ideale Lösung zur Stickybekämpfung wäre zweifellos die möglichst frühzeitige Ausschleusung klebender Verunreinigungen, z.B. durch Sortierung. Selbst mit kleinen Schlitzweiten können jedoch nur relativ grobdisperse Stickys entfernt werden. Neben diesen rücken aber klebende Verunrei- nigungen immer mehr ins Blickfeld, die sich mit der klassischen Sortiertechnik nicht abtren- nen lassen, sich deshalb in den Stoff- und Wasserkreisläufen der Anlagen anreichern kön- nen und den Papiererzeugungsprozess stören. Dem Forschungsschwerpunkt „klebende Verunreinigungen und Ablagerungen“ kommt daher weiterhin erhebliche Bedeutung zu. We- gen der begrenzten Möglichkeiten zur Stickyentfernung durch Abtrennung und der Tatsache, dass massive Störungen häufig nur sporadisch auftreten, sind wirksame Maßnahmen zur kurzfristigen Symptombekämpfung, wie Reduktion der Klebrigkeit bzw. Partikelfixierung an nicht klebenden Substanzen, wichtig und unentbehrlich. Aufgrund der schwerwiegenden Probleme und der damit verbundenen Kosten, die durch klebende Verunreinigungen und die durch sie bedingten Ablagerungen hervorgerufen werden, kommen einer systematischen Untersuchung der Ablagerungsneigung potenziell klebender Stoffe aus industriellen Dein- kingstoffen und Abhilfemaßnahmen zu deren Deaktivierung erhebliche Bedeutung zu.
Die heute zur Stickybekämpfung grundsätzlich zur Verfügung stehenden und teilweise in Kombination angewandten Maßnahmen werden nachfolgend zusammengefasst [1]. Die ide- ale Lösung ist zweifellos, wie schon angeführt, die frühzeitige Ausschleusung klebender Ver- unreinigungen bei der Altpapierstoffaufbereitung, vor allem durch die kombinierte Loch-/
Schlitzsortierung. Die Öffnungsweiten der Trennelemente sind in den letzten Jahren erheb- lich verkleinert worden. Heute werden bereits Siebkörbe mit Schlitzweiten unter 100 µm ge- testet. Damit dürften jedoch auch die maschinentechnisch möglichen und wirtschaftlich sinn- vollen Grenzen für die Abtrennung in Sortierern weitgehend erreicht sein. Potenziell kleben- de Stoffe mit Teilchengrößen < 150 (100) µm können gegenwärtig nur über die Flotation, insbesondere die Mikroflotation, sowie über die Wäsche ausgeschieden werden.
Wegen der begrenzten und nicht immer zuverlässig wirksamen Methode zur Stickybe- kämpfung durch Abtrennung und der Tatsache, dass massive Störungen häufig nur spora- disch auftreten, sind wirksame Maßnahmen zur kurzfristigen Symptombekämpfung außeror- dentlich wichtig. Sie zielen meist auf die Reduktion der Klebrigkeit sowie auf die Partikelfixie- rung an nicht klebenden Substanzen ab.
Eine Reduzierung der Klebrigkeit von Stickys kann dadurch erreicht werden, dass ihre Kleb- rigkeit durch eine Oberflächenschutzschicht eingeschränkt wird. Eine Inaktivierung des Kle- bepotenzials kann mit mineralischen Adsorbentien oder mit nichtionogenen Polymeren durchgeführt werden. Zur Reduktion der Klebrigkeit kommen Maskierungsstoffe wie Talkum oder Bentonite zum Einsatz, die aufgrund ihrer großen Oberfläche und ihres hydrophoben Charakters Stickys adsorbieren und dadurch maskieren [2, 3, 4]. Zugegeben werden diese Stoffe im Disperger, in den Flotationsgutstofftürmen, vor der Flotation im deinkten Stoff oder vor dem Stapelturm. Zur Fixierung der Stickys an den Fasern werden meist stark kationische Hilfsmittel eingesetzt [5]. Wenn diese nur flocken und nicht fixieren, können sie unter Um- ständen zu erheblichen Produktionsstörungen durch Ablagerungen führen. Die Zugabe die- ser Fixiermittel erfolgt im Auslauf des DIP-Behälters (DIP = deinkter Stoff) oder im Auslauf der Maschinenbütte, aber auch im Stoffauflauf.
Eine weitere Maßnahme zur Bekämpfung der Auswirkungen klebender Verunreinigungen bei der Papierherstellung ist die Modifikation der Eigenschaften von Werkstoffoberflächen mittels stickyabweisender Monofile oder Beschichtungen [6].
Selbst bei optimaler Sortiertechnik wird nicht vermieden werden können, dass sich Mikrosti- ckys im Kreislaufwasser anreichern und auch bei optimaler Kreislaufwasserreinigung z.B.
durch Druckfiltration nicht zu 100 % aus dem Stoff/Wasser-System ausgeschleust werden,
so dass Maßnahmen zur Deaktivierung potenziell klebender Stoffe auch in Zukunft unent- behrlich sein werden.
Eine wesentliche Voraussetzung für die erfolgreiche Bekämpfung der Kleberprobleme ist die Entwicklung zuverlässiger und aussagekräftiger Messtechniken. Während für die Messung der grobdispersen Stickys grundsätzlich befriedigende Messmethoden verfügbar sind, ent- ziehen sich die feindispersen/kolloidalen Stickys immer noch einer zuverlässigen Messung [7, 8, 9, 10, 11, 12, 13]. Dieses Thema ist bereits seit geraumer Zeit Gegenstand intensiver Forschungsarbeiten - und wird dies wohl noch einige Zeit bleiben.
Die derzeit zur Verfügung stehenden Methoden erfassen feindisperse und kolloidale, kle- bende Partikel zum Großteil als Summenparameter, wie z.B. die Bestimmung des kationi- schen Bedarfs (PCD-Messung), die Trübungsmessung, die CSB-Bestimmung, Extraktions- verfahren und die Fällungsmethode (INGEDE-Methode 06). Dabei stehen die Ergebnisse dieser Methoden nur bedingt mit der Ablagerungsneigung in einem direkten, ursächlichen Zusammenhang.
Weitere Methoden zur Bestimmung von Stickys beruhen auf der Adsorption [14, 15, 16, 17, 18, 19], wie z.B. die CTP-PIRA-Methode [20, 21, 22], das von GRUBER entwickelte Testver- fahren im wässrigen Medium [23, 24], das Forced-Adsorption-Contact-Prinzip (FAC) [25] und die Impinging-jet-Methode [26, 27].
Im Rahmen eines Projektes zu Untersuchungen zum Ablagerungsverhalten von potenziell klebenden Stoffen in der Altpapieraufbereitung und in der Papiermaschine wurde eine Me- thode zur Bewertung der Ablagerungsneigung an Platten als Simulation der Trockenpartie entwickelt [28]. Das Prinzip der Methode beruht darauf, dass im ersten Schritt Mikrostickys erzeugt werden, die dann von den Fasern und evt. vorhandenen Makrostickys durch Filtrati- on abgetrennt werden. Die mikrosticky-haltige Suspension wird dann zur Blattbildung ver- wendet. Die Trocknung des Blattes erfolgt auf einer Metallplatte, an der sich potenzielle Sti- ckys während der Trocknung anlagern. Die anhaftenden Stickys werden mit einem hydro- phoben Farbstoff angefärbt. Die Auswertung erfolgt halbquantitativ durch Vergleich unter dem Mikroskop. Diese Methode wurde zur Bewertung des Ablagerungsverhaltens von in der Deinkingware relevanten Klebstoffe und Strichbindemittel herangezogen [29, 30]. Dazu wur- den von Herstellern von Klebstoffen und Bindemitteln zur Verfügung gestellte Substanzen verwendet, die als Film auf eine Zellstoffbahn ausgestrichen und als verunreinigte Modellpa- piere zur Anreicherung von Mikrostickys eingesetzt wurden.
Diese Untersuchungen sollten durch eine systematische Untersuchung der Ablagerungsnei- gung potenziell klebender Stoffe aus industriellen Deinkinganlagen und zu deren Deaktivie- rung weitergeführt werden.
2 Ziel des Projektes und Versuchsablauf
Ziel des Projektes war die Deaktivierung potenziell klebender Stoffe aus Deinkinganlagen zur Vermeidung von Ablagerungen bei der Erzeugung altpapierhaltiger, graphischer Neupapiere.
Im Rahmen des Projekts wurde eine Methode erarbeitet, mit der Stoffe und Filtrate aus Deinkinganlagen hinsichtlich Ablagerungen bildender Substanzen bewertet werden.
Mit der erarbeiteten Methode zur Bewertung der Ablagerungsneigung potenziell klebender Stoffe in industriellen Deinkingstoffen wurden Fertigstoffe aus Deinkinganlagen vergleichend untersucht. Mit ausgewählten Additiven wurden Versuche durchgeführt, um Ablagerungen zu verhindern.
3 Ergebnisse
3.1 Bewertungsmethode zur Adsorption von potenziell klebenden Stoffen an Oberflächen
Die Erarbeitung einer Bewertungsmethode zur Beurteilung der Adsorption von potenziell kle- benden Stoffen an Oberflächen ist Voraussetzung für die Erarbeitung von Deaktivierungs- maßnahmen für potenziell klebende Stoffe. Die INGEDE Methode 9/98 zur Adsorption an Platten zur Simulation der Trockenpartie in der Papiermaschine hat sich als wichtige Beurtei- lungsmöglichkeit zur Bewertung des Störpotenzials von unterschiedlichen Klebstoffen und Strichbindemitteln erwiesen.
Ausgehend von dieser Adsorptionsmethode zur Bewertung des Störpotenzials von Klebstof- fen und Strichbindemitteln wurde eine Bewertungsmethode zur Adsorption von potenziell klebenden Substanzen aus industriellen Deinkingstoffen an Oberflächen erarbeitet. Zielstel- lung war nicht die Bestimmung des Gehalt an Mikrostickys im Deinkingstoff, sondern die Er- mittlung des Anteils an potenziell klebenden Stoffen, die durch Adsorptionsvorgänge in der Papiermaschine Ablagerungen verursachen.
Der Verfahrensablauf der erarbeiteten Methode ist in Abbildung 1 dargestellt.
AP-Stoffsuspension Trennung über Sieb
Filtrat
Zellstoff Blattbildung
Trocknung Anfärben
Sticky- Bewertung
AP-Stoff niedrige Stoffdichte AP-Stoff
hohe Stoffdichte Mischen Standard- Desintegrator
c: 2,5 % T: 40 °C d: 5 min
Abbildung 1: Ablaufschema der Methode zur Bewertung der Ablagerungsneigung von potenziell klebenden Stoffen aus Deinkingstoffen
Hinsichtlich der Probenvorbereitung müssen Proben mit hoher und niedriger Stoffdichte un- terschieden werden.
• Vorbereitung für Stoffproben mit niedriger Stoffdichte:
Filtration der Altpapierstoffsuspension über Mahlgradsieb (z.B. Mahlgradprüfer).
• Vorbereitung für Stoffproben mit hoher Stoffdichte:
Eine definierte Menge der Altpapierstoffsuspension wird im Standard-Desintegrator für 5 Mi- nuten bei einer Stoffdichte von 2,5 % nach DIN ISO 5263 (04.97) ohne Vorquellung ver- mischt. Zur Verdünnung wird Leitungswasser mit einer Temperatur von 40 °C eingesetzt Die Abtrennung der grobdispersen Partikel (Fasern Makro-Stickys u.a.) erfolgt an einem Mahl- gradsieb (Mahlgradprüfer) durch Entwässerung.
Nach der Erzeugung der Filtrate aus dem Probenmaterial werden gebleichter Zellstoff mit dem Filtrat, das die potenziell klebenden Teilchen enthält, im Standarddesintegrator 5 Minu- ten vermischt. Die Faserstoffsuspension wird mit Leitungswasser verdünnt und über einem
Weißbandfilter in einer Fritte zwei Blätter gebildet. Ziel der Blattbildung ist die Herstellung ei- nes extrem stickybeladenen Blattes mit einer flächenbezogenen Masse von ca. 60 g/m².
Zur labortechnischen Simulation der Ablagerungsprozesse in der Trockenpartie der Papier- maschine wird die Filterseite des Nutschenblattes mit einer ebenen hochglanzverchromten Metallplatte abgedeckt. Nach der Trocknung im Rapid-Köthen-Trockner wird das Blatt vor- sichtig von der Platte entfernt. Im Ergebnis liegt nun die Metallplatte mit einer mehr oder minder großen Menge an adsorbierten Stickys vor.
Zur Auswertung werden die adsorbierten hydrophoben Partikel auf der Metallplatte mit einem weitgehend selektiv auf hydrophobe Partikel aufziehenden, fluoreszierenden Farbstoff ange- färbt. Der nicht adsorbierte Farbstoff wird unter fließendem, entionisiertem Wasser abge- spült.
Anschließend erfolgt die visuelle Bewertung der fluoreszierenden Teilchen unter ultraviolet- tem Licht in einem Stereomikroskop mit Fluoreszenzansatz. Die Auswertung wird bei einer 100-fachen Vergrößerung unter Nutzung eines Scanningtisches zur Betrachtung einer Viel- zahl von Flächen durchgeführt. Die Menge der an den Platten adsorbierten und unter dem Mikroskop visuell sichtbaren Partikel wird qualitativ bewertet. Die Einstufung erfolgt in die Ka- tegorien viel, mittel bzw. wenig adsorbiertes Material mit Abstufungen. Es werden je Muster zwei Platten herangezogen.
3.2 Bewertung von deinkten Stoffen aus industriellen Anlagen 3.2.1 Überblick über ausgewählte Bestimmungsmethoden
Abbildung 2 gibt einen Überblick über ausgewählte Bestimmungsmethoden zur Ermittlung des Gehalts an Stickys und potenziell klebenden Substanzen in Stoffsuspensionen und Pro- zesswässern.
INGEDE Methode 4: Gehalt an Makrostickys
INGEDE Methode 6: Fällung anionischer Inhaltsstoffe
Fällungsreaktion mit einem kationischen Polymer
Summenparameter für alle anionischen Substanzen
Extraktion mit einem Lösungsmittel
Summenparameter für extrahierbare Komponenten
Ablagerungsverhalten in der Trockenpartie der PM (Adsorptionstest)
Information über das Ablagerungsverhalten von potenziellen Stickys Strategien zur Deaktivierung von potenziellen Stickys
Abbildung 2: Ausgewählte Methoden zur Ermittlung der Gehalts an Stickys und potenziell kleben- den Bestandteilen in Altpapierstoffen und Prozesswässern
Die Bestimmung des Gehalts an Makrostickys nach der INGEDE Methode 4 beruht auf der Abtrennung in einer Laborsortierung mit einer empfohlenen Schlitzweite von 100 µm und ist gut geeignet zur Beurteilung der Belastung von Faserstoffsuspensionen an klebenden Parti- keln, die über einem Trennelement abtrennbar sind.
Die INGEDE Methode 6 “Fällung von anionischen Inhaltsstoffen” beruht auf einer Fällungs- reaktion mit einem kationischen Polymer und erfasst als Summenparameter alle fällbaren In- haltsstoffe. Die im Stoffsystem enthaltenen Mikro-Stickys werden u.U. nicht in ausreichen- dem Maße erfasst. Eine subjektive Bewertung der Klebrigkeit des Fällproduktes ist im Einzel- fall vorzunehmen. Die Methode kann zur Bestimmung des Potenzials von klebenden Stoffen
zur Bildung von Mikrostickys herangezogen werden. Mit ihr können zwar potenziell klebende feindisperse und kolloidale Inhaltsstoffe in Fabrikationswässern und Altpapierstoffen nicht se- lektiv bewertet werden, sie gibt jedoch in Form relativ einfacher Summenparameter Auskunft über die anionischen Inhaltsstoffe in einem Wasser- oder Stoffsystem. Eine Reduzierung dieses Summenparameters wird in jedem Fall begleitet von einer Abnahme von Mikrostickys.
Diese Methode ist gut geeignet zur Beurteilung der Belastung von Kreislaufwässern, da sie sich als einfache und schnelle Methode auch für Vorort-Prüfungen erwiesen hat.
Eine Extraktion mit einem Lösungsmittel liefert im Ergebnis einen Summenparameter für extrahierbare Substanzen. Der Extraktgehalt kann als orientierende Größe für den Gehalt an potenziell klebenden Substanzen herangezogen werden.
Die in Abbildung 3 dargestellte prozentuale Änderung des Fällprodukts vom Gutstoff der Vorsortierung über die Aufbereitungsstufen einer Deinkinganlage zeigt, dass durch die Stu- fen Flotation und Entwässerung der Gehalt an potenziell klebenden Substanzen reduziert wird, während durch eine Feinreinigung erwartungsgemäß potenziell klebende Stoffe, die die Siebmaschenweite des Mahlgradsiebs passieren, nicht entfernt werden können. Erkennbar wird auch die Anreicherung im Kreislaufwasser, da über das Verdünnungswasser das Fäll- produkt im deinkten Fertigstoff (DIP) wieder steigt.
0 20 40 60 80 100
O So rtierung
Flotation
// Sortierung
Entwässerung DIP
(%)
Anreicherung im Kreislaufwasser
Abbildung 3: Veränderung des Fällprodukts in einer Deinkinganlage (Fallbeispiel)
Zur Überprüfung der Praxistauglichkeit der Ablagerungsmethode und zum Vergleich mit der Fällungsanalyse wurden zwei deinkte Fertigstoffe untersucht, die für die Herstellung von Feinpapieren verwendet werden, sowie das bei dem DIP-Stoff eingesetzte Papiermaschinen- Prozesswasser. Beim Einsatz eines dieser DIP-Stoffe traten Ablagerungsprobleme an der Papiermaschine auf.
Die Probenaufbereitung der Stoffe erfolgte nach dem Verfahrensablauf für Stoffe mit hoher Stoffdichte. An den Filtraten der Stoffproben und der Wasserprobe wurde die Adsorption an Metallplatten und das Fällprodukt nach der INGEDE-Methode 06 bestimmt.
Abbildung 4 stellt die Ergebnisse der an den Platten adsorbierten Menge an Ablagerungen den Fällprodukten gegenüber.
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2
No 1 No 2 No 3
Fällprodukt (g/l) Ablagerungsmenge / Fällprodukt [g/l]
z
z
hoch
mittel
niedrig
z
DIP DIP Prozesswasser
z adsorbierte Stickys
Abbildung 4: Ablagerungsverhalten (Adsorptionstest) und Fällprodukt von DIP No 1+2 und Pro- zesswasser No 3
Es wird deutlich, dass bei der Bewertung der deinkten Stoffe (DIP) die Ablagerungsneigung mit der Menge an Fällprodukt korreliert. Eine höhere Ablagerungsmenge des DIP-Stoffs No 1 führte ebenfalls zu einem höheren Fällprodukt. Die Ablagerungsneigung der im Prozesswas- ser anwesenden potenziell klebenden Bestandteile war zwischen beiden DIP-Stoffen einzu- ordnen, während die ermittelte Menge des Fällprodukts deutlich höher lag. Dies ist darauf zurückzuführen, dass neben den potenziell klebenden Substanzen mit dieser Analysenme- thode auch die nicht klebenden, filtrierbaren Inhaltsstoffe, wie Füllstoffe und Feinstoffe im Summenparameter erfasst und aus diesem Grund deutlich höhere Werte ermittelt werden.
Es wird daher empfohlen, das Fällprodukt um die Stoffdichte zu korrigieren. Aufgrund von zu geringem Probenmaterial konnte dies bei diesem Beispiel nicht durchgeführt werden.
Die Unterschiede sowohl in der Ablagerungsneigung der DIP-Stoffe als auch in den Fällpro- dukten korrelieren sehr gut mit dem Verhalten dieser DIP-Stoffe an der Papiermaschine.
Während bei Einsatz von DIP-Stoff No 2 mit der im Labormaßstab ermittelten geringeren an den Platten adsorbierten Menge keine Probleme durch Ablagerungen bei der Papiererzeu- gung auftreten, verursacht der Einsatz von DIP-Stoff No 2 erhebliche Ablagerungsprobleme in der Papierfabrik.
Die Methode zur Simulation der Ablagerungsneigung von potenziell klebenden Substanzen in Altpapierstoffen an der Trockenpartie der Papiermaschine kann durchaus auf Praxisanla- gen übertragen werden. Weiter zeigten die Ergebnisse, dass die Methode zur Fällung anio- nischer Inhaltsstoffe sehr wohl geeignet ist, im Rahmen von Vorortuntersuchungen Hinweise auf den Anteil an potenziell klebenden Stoffen zu geben, die Ablagerungen verursachen können. Vorteile dieser Methode sind die einfache Handhabung und der geringe Zeitauf- wand.
3.2.2 Bewertung von DIP-Stoffen aus Deinkinganlagen
Deinkingstoffe aus unterschiedlichen Aufbereitungsanlagen wurden vergleichend bewertet.
Kriterien bei der Auswahl der Deinkinganlagen waren
• das aus dem DIP erzeugte Fertigprodukt,
• Unterschiede im Aufbereitungskonzept der jeweiligen Deinkinganlage,
• das zum Einsatz kommende Altpapier.
Bei den Proben handelte es sich durchwegs um deinkte Fertigstoffe nach der Entwässerung und vor Verdünnung mit Papiermaschinenwasser, um einen Einfluss von im Prozesswasser enthaltenen Papierhilfsmitteln auszuschließen.
Untersucht wurden
• 3 DIP-Stoffe aus unterschiedlichen Anlagen für die Zeitungsdruckpapiererzeugung
• 3 DIP-Stoffe für den Einsatz bei aufgebesserten Sorten (SC- und LWC-Papiere)
• 1 holzhaltiger Markt-DIP und
• 1 holzfreier DIP zur Hygienepapierherstellung.
Die Probenaufbereitung der DIP-Stoffe erfolgte nach dem Verfahrensablauf für Stoffe mit hoher Stoffdichte. Zusätzlich erfasst wurden an den Stoffproben die Gehalte an Makrostickys (INGEDE-Methode 4) und an den Klarfiltraten der Entwässerung der Gehalt an fällbaren In- haltsstoffen (INGEDE-Methode 6) und der CSB-Wert (Küvettentest).
Abbildung 5 zeigt die an Platten adsorbierten Mengen an Ablagerungen, die visuell bewertet wurden. Die einzelnen DIP-Stoffe weisen große Unterschiede im Ablagerungsverhalten auf.
Unterschiede nach Sortengruppen, bei denen der jeweilige DIP zum Einsatz kommt, können nicht abgeleitet werden.
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
1 2 3 4 5 6 7 8
DIP aus Anlage Nr.
Anzahl (N/anal. Fläche) viel
mittel
wenig Adsorbierte Menge viel
mittel
wenig
Adsorbierte Menge
Abbildung 5: Ablagerungsneigung von Deinkingstoffen aus unterschiedlichen Aufbereitungsanlagen Der Vergleich der an den Klarfiltraten der Entwässerungsstufen bestimmten Fällprodukte (Abbildung 6) mit der Ablagerungsneigung der deinkten Fertigstoffe der jeweiligen Anlage zeigt, dass mit Ausnahme des DIP aus Anlage 7 hohe Fällprodukte in den Klarfiltraten der Entwässerungsstufen der Anlagen ermittelt wurden, in denen auch der DIP hohe Ablage- rungsneigung aufwies.
Die CSB-Werte (Abbildung 7) der Klarfiltrate geben hingegen keinen Hinweis auf die Ablage- rungsneigung des DIP. Dies kann darauf zurückgeführt werden, dass bei der Ermittlung der CSB-Werte die Wasserproben filtriert wurden und damit feindisperse potenziell klebende Partikel bei der Bestimmung nicht erfasst werden, sondern nur die gelösten Inhaltsstoffe.
0,71
0,08 0,10
0,53
0,01
0,16
0,01 0,03 0
0,25 0,5 0,75 1
1 2 3 4 5 6 7 8
DIP aus Anlage Nr.
korr. Fällprodukt (g/l)
Abbildung 6: Korrigierte Fällprodukte der Klarfiltrate aus den unterschiedlichen Aufbereitungsanla- gen
0 1000 2000 3000 4000
1 2 3 4 5 6 7 8
DIP aus Anlage Nr.
CSB (mg/l)
Abbildung 7: CSB-Werte der Klarfiltrate aus den unterschiedlichen Aufbereitungsanlagen
In Abbildung 8 sind die an den DIP-Stoffen ermittelten Gehalte an Makrostickys dem Ablage- rungsverhalten der DIP-Stoffe gegenübergestellt. Eine Korrelation der Werte kann nicht er- wartet werden, da mit beiden Methoden unterschiedliche potenziell klebende Stoffe erfasst werden. Der Gehalt an Makrostickys gibt Informationen über den Gehalt an Stickys, die über ein Trennelement abtrennbar sind, während mit der Adsorptionsmethode die Teilchen erfasst werden, die ein Trennelement (Mahlgradsieb) passieren und Ablagerungen verursachen. Bei der Bewertung von deinkten Stoffen hinsichtlich der Beeinträchtigung durch Stickys müssen beide Methoden berücksichtigt werden.
4916
0 500 1000 1500 2000
1 2 3 4 5 6 7 8
DIP aus Anlage Nr.
Gehalt an Makrostickys [mm²/kg]
viel
mittel
wenig Adsorbierte Menge
Abbildung 8: Ablagerungsverhalten (Adsorptionstest) und Gehalt an Makrostickys der deinkten Stoffe aus unterschiedlichen Aufbereitungsanlagen
Die Anlagen 1 und 4, bei denen im DIP eine hohe Ablagerungsneigung ermittelt wurde und die sich in den Makrosticky-Gehalten deutlich unterschieden, aber über vergleichbare Auf- breitungskonzepte verfügen, sollen näher betrachtet werden. Die Gehalte an Makrostickys in den undeinkten Altpapierstoffen vor der Grobsortierung waren in beiden Anlagen vergleich- bar, während der geringere Gehalt an Makrostickys in den deinkten Fertigstoffen auf eine weit bessere Reduzierung des Makrosticky-Gehalts in Anlage 4 schließen lässt. Der hohe Anteil an Ablagerungen bildenden Substanzen in dem DIP-Stoff aus dieser Anlage 4 belegt jedoch, dass nicht über die Sortieraggregate entfernte Makrostickys in der nachgeschalteten Dispergierung sehr stark zerkleinert und damit im Stoff angereichert wurden. Die Ursache dafür ist die höhere Temperatur bei der Dispergierung und der deutlich höhere Bleichmit- teleinsatz (Wasserstoffperoxid und vor allen Natronlauge) bei der Stoffaufbereitung in Anlage 4 im Vergleich zur Anlage 1, der erforderlich ist, um die geforderten optischen Eigenschaften des DIP für den Einsatz bei aufgebesserten Sorten zu erreichen.
Die Anlagen 2 und 5 weisen vergleichbare Anlagenkonzepte, aber auch ähnliche Altpapier- zusammensetzung auf. Die weitergehende Verbesserung des DIP für den Einsatz bei aufge- besserten Sorten wie z.B. die Bleiche werden erst nach der Entwässerung vorgenommen.
Beide Fertigstoffe können daher verglichen werden. Bezogen auf den Eintrag wird in Anlage 2 der Gehalt an Makrostickys besser reduziert als in Anlage 5. Diese verfügt jedoch über ei- ne Kreislaufwasserreinigung im Loop 2 der Altpapieraufbereitung, was zu einem geringeren Gehalt an Ablagerungen verursachenden Substanzen führt.
3.3 Einsatz von Fixiermitteln und Maskierungsstoffen zur Vermeidung von Ab- lagerungen aus industriellen Deinkingstoffen
An Deinkingstoff, der ein hohes Potenzial an adsorbierbaren potenziell klebenden Stoffen aufwies, wurden gezielt Untersuchungen zur Deaktivierung der potenziell klebenden Stoffe durchgeführt. Zur Deaktivierung wurden Maskierungsstoffe und typische Fixiermittel einge- setzt. Die Untersuchungen wurden entsprechend der entwickelten Adsorptionsmethode an Metallplatten durchgeführt.
Nach der Erzeugung der Filtrate aus dem Probenmaterial wurde gebleichter Zellstoff mit dem Filtrat, das die potenziell klebenden Teilchen enthält, im Standarddesintegrator vermischt.
Danach wurde der Suspension unter Rühren der Maskierungsstoff bzw. das Fixiermittel zu- gesetzt und 2 Minuten gerührt. Die Einsatzmengen der Fixiermittel betrugen 0,5 % und die des Maskierungsstoffs 1 % bezogen otro Zellstoff. Im Anschluss daran wurde die Faserstoff- suspension mit Leitungswasser verdünnt und über einem Weißbandfilter in einer Fritte zwei Blätter gebildet. Nach der Trocknung im Blattbildner erfolgte die Anfärbung der an den Plat- ten anhaftenden Teilchen mit dem Floureszenzfarbstoff und die visuelle Bewertung.
Abbildung 9 zeigt die an den Platten adsorbierte Menge an Ablagerungen ohne und mit Zu- satz der entsprechenden Hilfsmittel. Bei diesem DIP-Stoff konnte mit Ausnahme des Fixier- mittels C2 mit allen weiteren Additiven eine Reduzierung der Ablagerungsneigung erzielt werden. Die gute Reduzierung der Ablagerungsneigung in Gegenwart der Fixiermittel A, B und D weist darauf hin, dass bei den in diesem DIP-Stoff anwesenden potenziell klebenden Stoffen Mittel mit hoher Ladungsdichte und niedrigem Molekulargewicht gute Fixierwirkung aufweisen.
Untersuchungen zur Deaktivierung an einem weiteren DIP mit hoher Ablagerungsneigung bestätigten die Wirksamkeit von Hilfsmitteln zur Bekämpfung von Ablagerungen (Abbildung 10).
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
0 + A + B + C1 + C2 + D + E
zugesetztes Hilfsmittel
Anzahl (N/anal. Fläche) viel
mittel
wenig Adsorbierte Menge viel
mittel
wenig
Adsorbierte Menge
Abbildung 9: Ablagerungsneigung von DIP I mit und ohne Zusatz von Hilfsmitteln
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
0 + A + B + C1 + E
zugesetztes Hilfsmittel
Anzahl (N/anal. Fläche)
viel
mittel
wenig Adsorbierte Menge viel
mittel
wenig
Adsorbierte Menge
Abbildung 10: Ablagerungsneigung von DIP II mit und ohne Zusatz von Hilfsmitteln
Nach diesen Ergebnissen ist die entwickelte Methode zur Bewertung der Ablagerungsnei- gung potenziell klebender Stoffe in industriellen deinkten Stoffen geeignet, die Wirksamkeit verschiedener Hilfsmitteln zu beurteilen.
Die zusammenfassende Bewertung von Papierhilfsmitteln zur Reduzierung von Ablagerun- gen ist in Abbildung 11 dargestellt. Es zeigt sich, dass sich bei industriellen DIP der Großteil der untersuchten Hilfsmittel gut zur Reduzierung von Ablagerungen eignet. Bei den Modell- substanzen wurde in Gegenwart von Hilfsmittel A eine Zunahme ermittelt, die aber nicht auf die industriellen Stoffe übertragbar ist.
-20 -15 -10 -5 0 5 10 15
DIP DIP PVAc Etikett Binder
A B C1
C2 E D
Reduzierung der Ablagerungen Zunahme der Ablagerungen
DIP II PVAc Etikett OF-
Binder
Modellsubstanzen
DIP I
DIP
Abbildung 11: Zusammenfassende Bewertung von unterschiedlichen Maskierungsstoffen und Fi- xiermitteln zur Verringerung der Ablagerungsneigung verschiedener potenziell kle- bender Stoffe
Die Untersuchungen zeigen, dass die Ablagerungsneigung potenziell klebender Stoffe durch den Einsatz von Maskierungsstoffen und Fixiermitteln grundsätzlich verhindert bzw. reduziert werden kann. Welches Hilfsmittel in welchen Mengen eingesetzt werden sollten, muss je- doch im Einzelfall entschieden werden. Dazu kann die entwickelte Methode herangezogen werden, die für eine Vorauswahl geeignet ist und Betriebsversuche erleichtert.
4 Schlussfolgerungen
Die Methode zur Bewertung der Ablagerungsneigung von potenziell klebenden Stoffen aus Deinkingstoffen an der Trockenpartie der Papiermaschine sowie zur Ermittlung der Wirkung von Fixiermitteln und Maskierungsstoffen hat sich als geeignetes Beurteilungskriterium er- wiesen. Sie eignet sich grundsätzlich zur Bewertung des Störpotenzials von Inhaltsstoffen in industriellen Altpapierstoffen aber auch desjenigen von Klebstoffen und Strichbindemitteln sowie zur Ermittlung der Einflussfaktoren der verfahrenstechnischen Bedingungen auf die Ablagerungsneigung. Die Wirkung von Fixiermitteln und Maskierungsstoffen bei unterschied- lichen Deinkingstoffen kann überprüft werden.
Aus den Ergebnissen lassen sich folgende Maßnahmen zur Vermeidung / Verringerung von Ablagerungen an der Trockenpartie empfehlen:
• Schonende Zerfaserung bei möglichst reduziertem pH-Wert zur möglichst vollständigen Abtrennung von Stickys in der Altpapierstoffaufbereitung,
• Vermeidung von Scherbeanspruchungen,
• Neutralisation des verdünnten Fertigstoffs unter Vermeidung von pH-Schwankungen durch den Einsatz zu hoch konzentrierter Säuren,
• weitgehende Trennung der Wasserkreisläufe bei Einsatz von DIP und Holzstoff,
• Optimierung des Hilfsmitteleinsatzes wie Retentionsmittel und Stärke,
• Gezielter Einsatz von Maskierungs- und Fixiermitteln.
Weitere Informationen: E.Hanecker@ptspaper.de Autor:
Dr. Elisabeth Hanecker PTS München
Heßstraße 134 80797 München Tel. 089 - 1214695 Fax 089 - 1214636
Danksagung
Das Forschungsvorhabens AiF 12384, dessen Ergebnisse in diesem Bericht mitgeteilt wer- den, wurde durch die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen e.V. (AiF), Köln, mit finanziellen Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Arbeit gefördert. Da- für sei an dieser Stelle gedankt.
Verzeichnis der Abbildungen
Abbildung 1: Ablaufschema der Methode zur Bewertung der Ablagerungsneigung von potenziell klebenden Stoffen aus Deinkingstoffen 4 Abbildung 2: Ausgewählte Methoden zur Ermittlung der Gehalts an Stickys und
potenziell klebenden Bestandteilen in Altpapierstoffen und
Prozesswässern 5 Abbildung 3: Veränderung des Fällprodukts in einer Deinkinganlage (Fallbeispiel) 6
Abbildung 4: Ablagerungsverhalten (Adsorptionstest) und Fällprodukt von DIP No 1+2
und Prozesswasser No 3 7
Abbildung 5: Ablagerungsneigung von Deinkingstoffen aus unterschiedlichen
Aufbereitungsanlagen 8 Abbildung 6: Korrigierte Fällprodukte der Klarfiltrate aus den unterschiedlichen
Aufbereitungsanlagen 9 Abbildung 7: CSB-Werte der Klarfiltrate aus den unterschiedlichen
Aufbereitungsanlagen 9 Abbildung 8: Ablagerungsverhalten (Adsorptionstest) und Gehalt an Makrostickys der
deinkten Stoffe aus unterschiedlichen Aufbereitungsanlagen 10 Abbildung 9: Ablagerungsneigung von DIP I mit und ohne Zusatz von Hilfsmitteln 11 Abbildung 10: Ablagerungsneigung von DIP II mit und ohne Zusatz von Hilfsmitteln 11 Abbildung 11: Zusammenfassende Bewertung von unterschiedlichen
Maskierungsstoffen und Fixiermitteln zur Verringerung der Ablagerungsneigung verschiedener potenziell klebender Stoffe 12
5 Literatur
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Vortrag beim PTS-Symposium „Klebende Verunreinigungen (Stickys) bei der Aufbereitung von Altpapier für die Papiererzeugung“
München: Papiertechnische Stiftung 1997 [22] BRUN J., DELAGOUTTE T. U. B. CARRÉ
Test method available at CTP for secondary stickies characterisation
Vortrag beim 2. PTS-Symposium STICKYS: „Wie sind Probleme durch klebende Verunreinigungen zu Vermeiden“
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Charakterisierung von feindispersen Stickys aus Altpapiere Wochenblatt für Papierfabrikation 126, 645-651 (1998) Nr. 13 [24] GRUBER E., GATTERMAYER J. U. R. PÄTZOLD
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DIP- und TMP-Behandlung mit selektiv wirkenden Fixiermitteln: Vorteile bei der Produktion Zeitungs- druckpapier
Vortrag beim 2. PTS-Symposium STICKYS: „Wie sind Probleme durch klebende Verunreinigungen zu Vermeiden“
München: Papiertechnische Stiftung (PTS) 1999 [27] ESSER A. U. W.J. AUHORN
Reaktionsmechanismen kationischer Polymere mit partikulären und löslichen Störstoffen Wochenblatt für Papierfabrikation 129 (2001), Nr. 23/24, S. 1597-1602
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Untersuchungen zum Ablagerungsverhalten von potentiell klebenden Stoffen in der Altpapieraufberei- tung und in der Papiermaschine
INGEDE-Projekt 4696 PTS [29] HANECKER E.
Verringerung/Vermeidung von Ablagerungen in der Trockenpartie der Papiermaschine bei der Erzeu- gung altpapierhaltiger Neupapiere
Abschlußbericht zum AiF-Forschungsvorhaben 11745 München, PTS 2001
[30] HANECKER E.
Ablagerungsneigung klebender Verunreinigungen in der Trockenpartie der Papiermaschine und Maß- nahmen zur Deaktivierung
Klebende Verunreinigungen bei der Aufbereitung von Altpapier für die Papiererzeugung J. Blechschmidt, L. Hamann u. J. Strauß (Hrsg.)
München: (PTS), 2000
PTS-Manuskript: PTS-MS 2005
