Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Unterstützung der Leimung und/oder zum Fixieren von Störstoffen und/oder zur Erhöhung der Retention bei einer

Faserstoffsuspension mittels Metall-Ionen.

Die Erfindung betrifft auch Vorrichtungen zur Unterstützung der Leimung und/oder zum Fixieren von Störstoffen und/oder zur Erhöhung der Retention bei einer

Faserstoffsuspension mittels Metall-Ionen, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens.

Der zunehmende Einsatz von Ausschuss und Altpapier in der Papierherstellung und die verstärkte Reduzierung des Frischwassereinsatzes haben zu einem Zuwachs an schädlichen oder störenden Substanzen in den Wasserkreisläufen geführt. Auch chemische Additive (z.B. Öle, Lösungsmittel, Harzleime, synthetische Leimungsmittel, Klebstoffe, Nassfestmittel, Retentionsmittel, Stärke, Biozidformulierungen,

Dispergiermittel, Bleichechemikalien, Reinigungsmittel, Farbstoffe, Komplexbildner und Lösungsvermittler) die dem Prozess gezielt zugeführt werden, tragen durch Anreicherung in den Kreisläufen zu einer Erhöhung der Konzentration an kolloidal gelösten Störstoffen direkt oder aus der Wechselwirkung untereinander bei. Andere Quellen sind Extrakte aus den Faserstoffen, Lignin und Ligninderivate,

Hemizellulosen und Kohlehydrate.

Die wachsende Konzentration an Störstoffen führt zu einer reduzierten Effizienz der meist kationischen Funktionschemikalien (z.B. Retentionspolymere). Die bei hohen Prozesstemperaturen vorliegende Sättigung des Prozesswassers mit kolloidal gelösten, meist anionischen Störstoffen führt in den kühleren Zonen zu Ausfällungen und Ablagerungen. Bereits geringe Temperaturgradienten reichen aus, um klebrige Ablagerungen an hydrophoben oder besonders adhäsiven Flächen (Siebmaterial, Filzmaterial, Walzenoberflächen, strömungsarmen Zonen) entstehen zu lassen. Diese können den Prozess empfindlich durch die Bildung von Löchern im Papier, Abrisse, Reinigungsstillstände beeinträchtigen.

Die hohen Frachten können zudem zu erhöhter mikrobiologischer Aktivität beispielsweise in Bütten führen, da sich darunter leicht metabolisierbare Stoffe befinden.

Papiereigenschaften wie Weiße, Opazität, Färbung und Festigkeit sind durch die Anwesenheit von kolloidalen Störstoffen ebenfalls beeinträchtigt.

Außerdem kann eine verstärkte Neigung zur Geruchsbildung im Papier auftreten. Der Entwässerungs- und Trocknungsprozess in der Papierherstellung kann zudem durch den Verbleib von diesen Störstoffen in den feinsten Kapillaren zu einer deutlichen Verschlechterung der Runability führen und sich geschwindigkeits- mindernd auswirken.

Die Störstoffe können des Weiteren durch Absenkung der Oberflächenspannung und hierdurch zu vermehrtem Schaum führen, was wiederum zu Papierdefekten und Abrissen führt.

Die Anreicherung von Störstoffen im gesamten Wasserkreislaufsystem ist abhängig von der Menge an zugeführten Rohmaterialien, der Prozesstemperatur, der

Extrahierbarkeit, der Wasserumlaufrate, der mit dem Abwasser abgeführten Menge, dem Austrag an Störstoffen mit dem produzierten Papier und der Zuführung von Frischwasser.

Insbesondere bei Einengung der Wasserkreisläufe, d.h. einer verringerten Zufuhr an Frischwasser und einer entsprechend verringerten Abfuhr an Abwasser, stellt sich eine erhöhte Konzentration an kolloidal gelösten Störstoffen in den Kreislaufwässern ein.

Um dem entgegenzuwirken ist es bekannt, der Faserstoffsuspension Aluminium- Ionen durch Zugabe von Aluminiumsalzen zuzuführen. Das hierbei verwendete Aluminiumsulfat lässt sich in Kombination mit kostengünstigem Harzleim zur Leimung einsetzen. Außerdem trägt das

Aluminiumsulfat zur Verbesserung der Retention und einer Fixierung von Störstoffen bei.

Von Nachteil ist dabei, dass die Sulfat-Ionen bei einer biologischen Klärung zu Sulfid reduziert werden, was mit einer Geruchsbelastung und entsprechendem

Bakterienwachstum verbunden ist. Eine Wiederverwendung des Abwassers wird so erschwert. Da jedoch überwiegend Calciumcarbonat als Füllstoff bei der Papierherstellung zum Einsatz kommt, sollte die Herstellung der Faserstoffbahn bei neutralem pH-Wert erfolgen. Nur so kann eine Reaktion und damit Reduktion des Calciumcarbonats unter Bildung von, die Blattbildung störenden CO2-Bläschen vermieden werden. Die neutrale Fahrweise hat aber den Nachteil, dass die Wirksamkeit des

Aluminiumsulfats verloren geht, der Leimungseffekt in Kombination mit dem Harzleim nahezu ausbleibt, die Störstofffixierung nicht mehr funktioniert und der positive Effekt auf die Retention verschwindet.

Daher kommen vermehrt kationische Polymere zum Einsatz, die allerdings teuer und weniger effektiv als das Aluminiumsulfat sind.

Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Unterstützung der Leimung und/oder zum Fixieren von Störstoffen und/oder zur Erhöhung der Retention bei einer Faserstoffsuspension mittels Metall-Ionen zu entwickeln, welches zumindest bei neutralem pH-Wert der Faserstoffsuspension funktioniert.

Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens dadurch gelöst, dass die der Faserstoffsuspension direkt oder indirekt zugeführten Metall-Ionen zumindest vorwiegend elektrolytisch erzeugt werden. Durch die Elektrolyse werden die Metall-Ionen frisch in Lösung gebracht und können so rasch zum Zwecke der Leimung, Störstofffixierung und/oder

Retentionsverbesserung abreagieren, bevor sie eventuell durch Nebenreaktionen anderweitig gebunden werden. Dies gewährleistet die Wirksamkeit der Metall-Ionen über einen großen pH-Bereich, insbesondere auch bei neutraler Fahrweise, was weiterhin den Einsatz von Calciumcarbonat als Füllstoff erlaubt.

Des Weiteren wird so eine Aufsalzung der Wasserkreisläufe, eine

Geruchsbelästigung sowie ein Bakterienwachstum, wie oben beschrieben, vermieden.

Hinzukommt, dass die Metallanoden wesentlich billiger als polymere

Prozesschemikalien sind.

Im Interesse einer schnellen und umfassenden Wirkung der Metall-Ionen ist es von Vorteil, wenn die elektrolytische Erzeugung der Metall-Ionen zumindest teilweise, vorzugsweise gänzlich in der Faserstoffsuspension erfolgt.

Hinsichtlich Konstruktion, Applikation und verbesserter Verteilung der AI ³⁺ - Ionen kann es jedoch vorteilhaft sein, wenn die elektrolytische Erzeugung der Metall-Ionen zumindest teilweise in einem Lösungsmittel, vorzugsweise Wasser erfolgt, welches anschließend der Faserstoffsuspension zugegeben wird.

Um dabei die Elektrolyse zu unterstützen, sollten im Lösungsmittel Leitsalze vorhanden sein.

Unabhängig davon, ob die Elektrolyse in der Faserstoffsuspension oder einem Lösungsmittel stattfindet, sollten die Metall-Ionen von Eisen-, Magnesium-, Kobalt-, Nickel-, Kupfer-, Zink- oder Titan-Ionen, vorzugsweise jedoch von Aluminium-Ionen gebildet werden.

Das bevorzugt zum Einsatz kommende AI ³⁺ - Ion ist besonders effektiv. Eine Steuerung der Elektrolyse ist relativ einfach möglich und erfolgt vorzugsweise derart, dass die Elektrolyse bei konstanter Spannungsdifferenz zwischen den

Elektroden oder bei konstanter Stromstärke erfolgt. Auch die Zu- oder Abschaltung einzelner Elektrolyse-Reaktoren kann hier hilfreich sein. Hinsichtlich einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist wesentlich, dass die

Faserstoffsuspension in einen Elektrolyse-Raum geführt wird, in dem sich mit einer Gleichspannungsquelle verbundene und mit der Faserstoffsuspension in Kontakt kommende Elektroden befinden, wobei die Anode eine Metalloberfläche aufweist. Hierzu kann der Elektrolyse-Raum zur Vereinfachung von einer Bütte, insbesondere einer Maschinenbütte oder einer Mischbütte gebildet werden.

Falls die Metall-Ionen nicht in der Faserstoffsuspension sondern in einem

Lösungsmittel, insbesondere Wasser erzeugt werden sollen, so sollte das

Lösungsmittel in einen Elektrolyse-Raum geführt werden, in dem sich mit einer Gleichspannungsquelle verbundene und mit dem Lösungsmittel in Kontakt

kommende Elektroden befinden, wobei die Anode eine Metalloberfläche aufweist und das Lösungsmittel nach dem Elektrolyse-Raum in einen Mischraum geleitet wird, zu dem auch die Faserstoffsuspension geführt wird. Auch hier kann der der Elektrolyse-Raum in einfacher Ausführung von einem

Siebwasserbehälter einer Maschine zur Herstellung einer Papier-, Karton-, Tissue- oder einer anderen Faserstoffbahn gebildet werden.

Für die Realisierung des Mischraums kann es vorteilhaft sein, wenn dieser von einer Bütte oder vom Stoffauflauf einer Maschine zur Herstellung einer Papier-, Karton-, Tissue- oder einer anderen Faserstoffbahn gebildet wird.

Unabhängig davon in welchem Medium die Metall-Ionen erzeugt werden, kann es von Vorteil sein, wenn der Elektrolyse-Raum vom Stoffauflauf einer Maschine zur

Herstellung einer Papier-, Karton-, Tissue- oder einer anderen Faserstoffbahn gebildet wird. Üblicherweise sollte die Katode zur Vermeidung störender Reaktionen eine

Oberfläche aus inertem Material wie beispielsweise Diamant oder Edelstahl besitzen. Dagegen sollte die Anode eine Oberfläche aus Eisen-, Magnesium-, Kobalt-, Nickel-, Kupfer-, Zink- oder Titan, vorzugsweise jedoch aus Aluminium besitzen.

Es kann allerdings auch von Vorteil sein, dass die Katode aus dem gleichen Material wie die Anode besteht. Dies erlaubt eine Umkehr der Stromrichtung im Interesse einer gleichmäßigen Abnutzung der Elektroden sowie zur Vermeidung der

Passisierung der Anodenoberfläche.

Nachfolgend soll die Erfindung an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In der beigefügten Zeichnung zeigt:

Figur 1 : einen schematischen Querschnitt durch einen Teil einer Papiermaschine mit vorangehender Stoffaufbereitung 4;

Figur 2: einen schematischen Querschnitt durch einen Elektrolyse-Raum 3 und Figur 3: eine Elektrolyse am Stoffauflauf 8.

Die Elektrolyse findet in einem Elektrolyse-Raum 3 gemäß Figur 2 statt, in den die Faserstoffsuspension 1 oder Frisch- oder Siebwasser 2 geleitet wird. Im Elektrolyse- Raum 3 befinden sich zwei Elektroden 12,13, die jeweils mit einem Pol einer

Gleichspannungsquelle verbunden sind.

Dabei wird die Katode 12 beispielsweise von einer inerten Diamantelektrode gebildet, während die mit dem Plus-Pol der Gleichspannungsquelle verbundene Anode 13 aus Aluminium besteht.

Beim Stromfluss gehen von der Anode 13 aus AI ³⁺ - Ionen in die Faserstoffsuspension 1 oder das Wasser 2 über. An der Katode 12 kommt es u.a. zur Bildung von Wasserstoff.

Die Menge an AI ³⁺ - Ionen, welche hierdurch erzeugt wird, kann über die Spannung und/oder die Stromstärke gesteuert werden. Mit Vorteil wird dabei die Stromstärke oder die Spannung bzw. die Spannungsdifferenz konstant gehalten. Des weiteren ist es, wie in Figur 1 zu sehen, durchaus möglich mehrere Elektrolyse- Räume 3, beispielsweise in Form von Bütten 5,6 oder einem Stoffauflauf 8

vorzusehen, die bei Bedarf aktiviert oder deaktiviert werden können.

Falls die AI ³⁺ - Ionen in einem Lösungsmittel, wie Wasser 2 erzeugt werden, so kann die Leitfähigkeit zur Intensivierung der Elektrolyse durch die Zugabe von Leitsalzen erhöht werden. Um den Verbrauch der Metall-Ionen durch Nebenreaktionen

(beispielsweise unter Bildung des unlöslichen AI(OH) ₃ ) zu minimieren, sollte das Wasser 2 mit den Metall-Ionen möglichst schnell der Faserstoffsuspension 1 beigemischt werden.

Diese Vermischung findet in einem Mischraum 9 statt, der von einer Bütte 5,6, einem Siebwasserbehälter 14, einer Mischvorrichtung vor dem Stoffauflauf 8 oder einem Stoffauflauf 8 gebildet werden kann. Die AI ³⁺ - Ionen werden auf diese Weise nahe am Wirkungsort erzeugt, was die Effizienz wesentlich erhöht. Die AI ³⁺ - Ionen reagieren mit den vorhandenen, vornehmlich anionischen Komponenten, wie Leim, Störstoffen, Fasern, Feinstoffen und Füllstoffen. Da dies auch bei neutralem pH-Wert möglich ist, kann auch weiterhin Calciumcarbonat als Füllstoff verwendet werden.

Außerdem kann so auf den Einsatz teurer, polymerer Fixiermittel zur Fixierung der Störstoffe verzichtet werden. Auch der Einsatz kostengünstiger Leime bleibt möglich.

Die in Figur 1 dargestellte Anlage zur Herstellung einer Papierbahn beginnt mit der Stoffaufbereitung 4, in der die Frisch- oder Altpapierfasern aufgelöst und behandelt werden. Von dort gelangt die Faserstoffsuspension 1 zu einer Mischbütte 5, in der die Vermischung mit Wasser 2, aber auch mit Füllstoffen und Additiven 15, wie Fixieroder Leimungsmitteln erfolgt. Auf die Mischbütte 5 folgt eine Maschinenbütte 6, von der die Faserstoffsuspension 1 in den Konstantteil 7 gelangt. lm Konstantteil 7 von Papiermaschinen wird der im Wesentlichen von aufbereiteten Fasern und Füllstoffen gebildete, hochkonsistente Gutstoff mit dem in der

Papiermaschine aufgefangenen Siebwasser 2 verdünnt und anschließend dem Stoffauflauf 8 der Papiermaschine zugeführt.

An den Stoffauflauf 8 schließen sich dann der Former 10 zur Blattbildung und die

Pressenpartie 1 1 zur Entwässerung an, bei denen das anfallende Siebwasser 2 aufgefangen und in einen Siebwasserbehälter 14 geführt wird.

Danach wird die Papierbahn getrocknet, eventuell gestrichen und geglättet, bevor sie aufgewickelt werden kann.

Je nach Bedarf an AI ³⁺ - Ionen können hierbei Elektrolyse-Räume 3 mit

Faserstoffsuspension 1 in der Stoffaufbereitung 4 oder im Konstantteil 7 vorhanden sein. Es ist auch möglich, dass die Misch- 5, die Maschinenbütte 6 oder der

Stoffauflauf 8 den Elektrolyse-Raum 3 bilden. Genauso können selbständige

Elektrolyse-Räume 3 zwischen diesen Einheiten angeordnet werden.

Falls alternativ oder ergänzend auch das, der Faserstoffsuspension 1 zur

Verdünnung zugeführte Wasser 2 AI ³⁺ - Ionen aufweisen soll, so kann das Wasser 2 vor der Zuführung in die Stoffaufbereitung 4 und/oder in die Mischbütte 5 und/oder die Maschinenbütte 6 und/oder den Konstantteil 7 und/oder den Stoffauflauf 8 durch einen separaten Elektrolyse-Raum 3 geführt werden. Die Vermischung des mit AI ³⁺ - Ionen versetzten Wassers 2 mit der

Faserstoffsuspension 1 erfolgt dann in einem Mischraum 9, welcher der Einfachheit wegen von der Mischbütte 5, der Maschinenbütte 6 oder dem Stoffauflauf 8 gebildet wird. Es sind jedoch auch andere Behälter oder Mischvorrichtungen möglich. Der Siebwasserbehälter 14 kann selbst als Elektrolyse-Raum 3 fungieren. Jedoch ist es auch möglich, das zusätzliches Wasser 2 dem Siebwasserbehälter 14 über einen Elektrolyse-Raum 3 zugeführt.

Im Ergebnis beträgt so die Wirkdauer der AI ³⁺ - Ionen von der Erzeugung bis zum Stoffauflauf 8 zwischen wenigen Sekunden und einigen Minuten. Bei der Erzeugung der AI ³⁺ - Ionen im Stoffauflauf 8 liegt die Wirkdauer im Bereich von Millisekunden.

Bei dem in Figur 3 gezeigten Stoffauflauf 8 handelt es sich um einen

Verdünnungswasser-Stoffauflauf, wie er beispielsweise in der EP985762, der EP 1 645 684 oder der DE 10 2004 049 261 beschrieben ist.

Im Stoffauflauf 8 wird zumindest der Hochkonsistenzstrom und meist auch ein Niedrigkonsistenzstrom über einen Querverteiler 16 über die Breite der

Papiermaschine geführt. Die sektional gesteuerte Vermischung von Hoch- und Niedrigkonsistenzstrom ermöglicht dabei eine effiziente Beeinflussung des

Flächengewichtsquerprofils der Papierbahn.

Dabei kann der von der Faserstoffsuspension 1 gebildete Hochkonsistenzstrom und/oder der im Wesentlichen von Wasser 2 gebildete Niedrigkonsistenzstrom über einen Elektrolyse-Raum 3 geführt werden. Der Mischraum 9 wird hierbei vom Stoffauflauf 8 selbst gebildet, in dem beide Ströme ohnehin vermischt werden.

Ergänzend oder alternativ kann der Elektrolyse-Raum 3 zur Bildung von AI ³⁺ - Ionen in der Faserstoffsuspension 1 auch in den Düsen des Stoffauflaufs 8 erfolgen und zwar unabhängig von der Art des Stoffauflaufs 8.

Der Mischraum 9 kann auch von einem Turbulenzgenerator und/oder von der turbulenten Strömungszone direkt nach dem Turbulenzgenerator des Stoffauflaufs 8 gebildet werden.