Zellstoff und Papier

Kalk wird in der Zellstoff- und Papierindustrie sowohl für die Rückführung von Natronlauge für den Aufschließungsprozess als auch für die Wasseraufbereitung und Abwasserreinigung verwendet. Bei der Rückführungsreaktion ist ein Kreislaufprozess üblich, so dass lediglich ein Teil des Kalkes – Branntkalk gekörnt oder Stückkalk – ergänzt werden muss.

Die Aufbereitung kann nach dem sogenannten Kraft-Prozess erfolgen, bei dem die für den Aufschluss eingesetzte Natronlauge nach Eindampfen des Abwassers und Schmelzen des Rückstandes durch Umsetzung mit Kalk zurückgewonnen wird.

Beim Sulfit-Verfahren erfolgt der Aufschluss mit Calciumbisulfit-Lösung, die aus Kalk und Schwefeldioxid hergestellt wird. Das Schwefeldioxid wird durch entsprechende Behandlung des ligninsulfonhaltigen Abwassers zurückgewonnen. Der spezifische Kalkverbrauch liegt bei circa 20 kg pro Tonne Zellstoff.

Bei der Papierherstellung wird aus Zellstoffballen und/oder Altpapier und Wasser im Pulper eine pumpfähige Stoffsuspension erzeugt und in der Papiermaschine über mehrere Siebe und Walzen entwässert und getrocknet. Erhebliche Mengen Wasser werden benötigt, die zum Teil mit Kalk behandelt werden, damit eine Ableitung möglich wird.

Natürliches Calciumcarbonat ist heute der in der europäischen Papierindustrie meistverwandte Farbstoff für gestrichene Papiere. Es weist – je nach Herkunft und Vorkommen – eine Weiße von 84 bis 96 Prozent auf.

Natürliches Calciumcarbonat wird in drei Gesteinsarten unterteilt:

1. Kreide – leicht verfestigtes Sedimentgestein aus Schalen und Skeletten von Nannofossilien – Alter ca. 80–110 Mio. Jahre
2. Kalkstein – stärker verdichtetes Sedimentgestein aus Schnecken und Muscheln – Alter ca. 110–150 Mio. Jahre
3. Marmor – metamorphes Carbonatgestein, unter starkem Druck entstandene chemische Umkristallisierung von Kreide und Kalkstein – Alter ca. 300–500 Mio. Jahre

Streichpigmente auf der Basis von natürlichem Calciumcarbonat werden mit unterschiedlichen Kornfeinheiten für verschiedene Einsatzgebiete hergestellt (Vorstrich, Mattstrich, Einfachstrich, Deckstrich). Diese Calciumcarbonate haben aufgrund ihrer nahezu kugelförmigen Struktur und optimalen Packungsdichte ausgezeichnete Fließeigenschaften. Sie erlauben dadurch das Streichen mit hohem Feststoffgehalt, was sich auf den geringeren Bedarf an Trocknungsenergie positiv auswirkt.

Im Vergleich zu Naturoffsetpapier weisen gestrichene Papiere deutliche Vorteile auf:

• höhere Weiße
• höhere Glätte
• bessere Bedruckbarkeit
• bessere Laufeigenschaften
• geringerer Druckfarbenverbrauch
• geringerer Binderverbrauch
• geringerer Energieverbrauch
• schnellerer Wegschlagvorgang → höhere Papierstapel ohne Verkleben → schnellere Weiterverarbeitung
• höherer Papierglanz
• höherer Druckglanz
• bessere Punktschärfe

Indem man sich den Kalkkreislauf zunutze macht, lässt sich die Reinheit und infolgedessen auch die Weiße eines Calciumcarbonats noch erhöhen.

1. CaCO₃ – CO₂ = CaO
   natürliches Calciumcarbonat (Kalkstein) – Kohlendioxid = Branntkalk
2. CaO + H₂O = Ca(OH)₂
   Branntkalk + Wasser = Kalkhydrat (Löschkalk, Calciumhydroxid)
3. Ca(OH)₂, + CO₂ – H₂O = CaCO₃
   Kalkhydrat + Kohlendioxid – Wasser = gefälltes Calciumcarbonat (PCC)

Hochreines Calciumcarbonat wird durch eine Reihe sorgfältig kontrollierter Reaktionen zu gefälltem Calciumcarbonat (PCC). Bei diesem Verfahren wird Weißfeinkalk mit Wasser zu einer Kalkmilch verrührt und CO₂-Gas hinzugefügt. Dabei fällt feinteiliges Calciumcarbonat (CaCO₃) aus. Partikeldurchmesser und Korngrößenverteilung können durch die Wahl der Prozessparameter während der Kristallisation exakt eingestellt werden. Darin unterscheidet sich PCC deutlich von GCC (Ground Calcium Carbonate), welches durch Vermahlung von Kalkstein hergestellt wird.

Das gefällte Calciumcarbonat wird als Füllstoff in der Papiermasse oder Pigment in der Streichfarbe eingesetzt. Es verleiht Papier höchste Weiße und Dichte, erhöht das Volumen und verbessert Bedruckbarkeit und Lichtechtheit.

In der Papiermasse kommt es in Zigarettenpapier, Dünndruckpapier und hochwertigen Schreib- und Druckpapieren zum Einsatz. Ganz spezielle Aufgaben erfüllen maßgeschneiderte PCC-Pigmente in funktionsgestrichenen Spezialpapieren (Thermopapier, Durchschreibepapier, Ink-Jet-Papier). Mit Calciumhydroxid werden Glanzpigmente für hochwertige Kunstdruckpapiere hergestellt.