与纤维网制造工艺相关的使填料结晶的方法,和纤维网制造机的浆料上网系统

摘要

使填料结晶，尤其通过将二氧化碳和石灰乳进给到纤维网制造机的短循环的液体流中并让它们彼此反应让碳酸钙沉淀在短循环中的固体的表面上，的本发明方法，该方法的特征在于化学品的进给系统、混合方法和/或混合速率进行选择，以使得获得适合于本发明目的的碳酸钙晶体的粒度分布。而且，本发明涉及采用该方法的纤维网制造机的浆料上网系统，其特征在于该浆料上网系统装有按照一定速率将二氧化碳和石灰乳进给和混入到液体流的设备，该速率使得获得碳酸钙晶体的可应用粒度分布。

说明书

上述发明的目的是与纤维网制造工艺(fiber web process)相关联的使填料(尤其碳酸钙)结晶的方法，和纤维网制造机(fiber web machine)的浆料上网系统(approach system)。本发明尤其涉及与造纸机工艺相关联的在纸和纸板的生产中用作填料的PCC的连续生产方法。

碳酸钙通常同时作为填料和涂料用于造纸中，这归因于诸如碳酸酯的高亮度和它的优惠价格之类的因素。碳酸钙可以通过研磨白垩、大理石或石灰石来生产，据此它被称为重质碳酸钙，通常缩写为GCC(重质碳酸钙)。生产碳酸钙的另一种途径是化学方法，其中，例如，作为氢氧化钙的第二组分存在的钙离子与当将二氧化碳溶于水中时所获得的碳酸根离子进行反应，因此所得碳酸钙是作为晶体从溶液中沉淀而成，它的形状取决于反应条件。该生产方法的最终产品是由名称PCC来提及，它是沉淀碳酸钙的缩写。本发明集中于PCC的生产和它在纸张中作为填料的特定应用。

PCC生产在传统上是与实际的纸生产分开进行的。迄今，PCC已经在与造纸厂靠近的其本身单独的工厂(从这里，PCC淤浆通过管路(piping)被泵输送到造纸厂)中或在类似的工厂(从这里，PCC淤浆通过罐卡车运输至造纸厂)中生产。由该方法生产的PCC需要在纸生产中使用助留剂，这样PCC能够粘合于纤维，不论它们是否以化学上或机械方式生产的纤维素纤维。生产PCC的以上简述的普通方式除了涉及到与助留剂的使用有关的早已提到的问题之外还涉及其它问题。PCC被罐卡车从化工厂运送到造纸厂会引起运输费用并且需要分散剂和生物杀伤剂的使用。这些添加剂的使用降低了PCC的性能。

与工厂相关的单独PCC设备的建造是高花费的投资并且需要许多的昼夜不停的单独工作。PCC设备还消耗大量的新鲜水和能量。

因此，为了降低纸张的生产成本，最近已经提出了直接在造纸厂生产PCC的许多不同建议，因此从造纸成本结构中至少消除了PCC的运输费用。也已经注意到，在纤维悬浮液的存在下PCC的生产会导致PCC晶体对纤维的提高的粘合性，因此至少减少了对助留剂的需要，并且有时它们的使用甚至可以完全地被避免。下面的叙述讨论致力于与造纸相关联的PCC生产的几篇专利文件。

WO-A1-0107365讨论普通的PCC生产方法。一般而言，该方法设想含有钙离子的悬浮液的形成，其中钙同时以溶解离子形式和作为不溶性固体形式而存在。该悬浮液被提供给正压力反应器中，在其中引入气体二氧化碳，并且反应器的内容物被连续地混合。因此，二氧化碳和水的反应产生碳酸根离子，后者进一步与钙离子反应产生碳酸钙。该方法是根据pH值按照间歇型模式来进行的。在初始阶段中，即，在进给二氧化碳之前，在反应器中存在的悬浮液的pH值粗略地高于12。继续将二氧化碳输入到反应器中，直到pH下降到6.5-7.5的水平，然后PCC悬浮液被泵送通过丝网而进入到用于该造纸工艺的储罐中。

来源于以上一般性描述的方法中的钙离子可以是氧化钙或氢氧化钙。该文件解释了生石灰(CaO)如何通过火车、卡车或气压管路从局部料仓运输到PCC装置。生石灰在消石灰器中通过选矿用水来消解，以便形成氢氧化钙。如果需要的话，可以添加蒸汽，以便确保正常的反应温度。从消石灰器(slacker)获得的石灰乳被泵抽通过丝网，其中大尺寸的颗粒被除去，并且进入到上述反应器中。除CO₂作为纯液体被引入该方法中外，以可利用的方式提纯的任何合适烟道气可以用作被加入到反应器中的二氧化碳的来源。

WO-A1-9935333，WO-A1-9945202和WO-A1-0047817讨论了对于着眼于酸性纸材生产的情况而言重质碳酸钙或PCC的保护。这些文件假定碳酸钙在碱性条件下是相对稳定的，并且该低pH(粗略地8和更低)倾向于使碳酸钙分解成钙离子和碳酸根离子，这样该悬浮液释放二氧化碳，二氧化碳的形成显著表现为浆料(stock)起沫。根据该文件，已经指出：通过使用二氧化碳，不论处于气态形式或溶于水中，碳酸钙可以被稳定化，使得纸材生产的pH可以降低至在6.5-7.5范围内，但没有碳酸钙分解的风险。

US专利A-5,223,090公开了利用原始纸浆纤维的亲水性质在造纸厂中发生的PCC在纤维中的沉淀，这通过以下来实现：首先让原始纸浆与石灰乳接触，然后让具有40-95％的水含量的该悬浮液与气态或液态试剂(二氧化碳)在增压罐中在剧烈搅拌下进行接触，以便使填料粒子沉淀在该纤维中和尤其在纤维的内腔(limen)中。作为混合器的备选，公开了加压的纸浆研磨机。

US专利A-5,262,006讨论了造纸工艺，其中在含有回用纤维(recycled fiber)的或含有废料(reject)的悬浮液中有硫酸钙或石膏，它用作在纸涂料中的原材料。该文件的目的是将回用烧石膏的至少一部分转化成碳酸钙。这可通过将碱金属碳酸盐或碳酸铵供应到该悬浮液中来实现。此外，碳酸根或碳酸氢根离子被供应到造纸浆料中以形成PCC，这引起碳酸钙在纤维中的沉淀。该碳酸根离子进而可以按照已知的方式通过首先供应石灰乳到悬浮液中和然后供应二氧化碳到该悬浮液中，来从石灰乳和二氧化碳生产。相关的纤维悬浮液或者原样使用，或者与造纸用的其它纤维素组分混合。

US-A-5,558,782，US-A-5,733,461，US-A-5,830,364和EP-A1-0658606描述一种方法，其中碱土金属碳酸盐在造纸滤液中沉淀，因此，碳酸盐粘附于该滤液微粒上，它可能更容易使用。事实上，该文件教导了如何首先将石灰乳和然后将二氧化碳加入到滤液中，其中所形成的PCC在滤液微粒中沉淀。在PCC的沉淀之后，含有PCC的微粒作为稠厚级分与沉淀物分离，它与另一种填料一起供应以便添加到所生产的纸张中，或由PCC沉淀所得到的滤液本身供应到造纸中以便用作填料或涂料颜料。

US专利A-5,665,205讨论了旨在改进在造纸中使用的回用纤维的亮度和纯度的一些方法。它假设碳酸钙(氧化钙或氢氧化钙)和二氧化碳在15-80℃的温度下添加到以0.1-5％的稠度在混合反应器中存在的回用纤维中，该二氧化碳和石灰乳摩尔比率在0.1-10之间变化。通过改变反应条件，碳酸钙晶体的尺寸和形状可以加以控制。同样地，通过改变化学品进料顺序，反应pH可以被控制。

US-A-5,679,220从稍有不同的角度讨论了早已描述的方法(US-A-5,665,205)。在该文件中，悬浮液是从造纸纤维组分形成的，该悬浮液的稠度，按以上所述，是低于5％。石灰乳是在单独的容器中从氢氧化钙或类似物形成的。纤维悬浮液和石灰乳通过剪切力来剧烈混合，据此，静态混合器认为足以产生该剪切力，虽然泵和其它混合器也可以考虑使用，(然后)与气体试剂在附属物流动反应器中混合，凭此碳酸钙沉淀在该纤维中。纯二氧化碳或烟道气或从类似来源活动的二氧化碳能够用作气体试剂。该文件建议，石灰乳和二氧化碳根据反应器条件(主要是pH)按照不通的安排被供应到管式反应器中是所希望的。二氧化碳例如在许多不同的步骤中按剂量加入到反应器中。

US-A-5,731,080和US-A-5,824,364尤其讨论该纤维悬浮液的碳酸钙的沉淀，该悬浮液含有丰富量的微原纤维。这些微原纤维被认为存在于天然或研磨过的纤维中。在该文件中所描述的方法中，纤维悬浮液是以0.1-30％的稠度供应到间歇型混合反应器中，后者也接收石灰乳。优选，在反应器中悬浮液的稠度粗略地是2.5％。当反应器温度已经稳定时启动剧烈混合，据此，二氧化碳被加入到反应器中，所形成的PCC晶体沉淀在纤维表面上。添加PCC的纤维悬浮液能够以常规纤维悬浮液添加的方式用于造纸中。

US-A1-20050045288讨论了漂白的机械纸浆和它的生产，要求机械纸浆的泛黄特性不影响最终产品。其目的是机械纸浆纤维用PCC的最佳涂覆。在该文件中描述的纸浆的主要特征是它已经被研磨，使得该纤维表面充分地原纤化。在根据该文件的方法中，石灰乳借助于轻的机械搅拌作用被添加到纤维悬浮液中，然后混合物的稠度被调节到低于10％，优选至约2.5％。随后，气体二氧化碳被添加到稀释的悬浮液中，维持比先前更强烈的机械搅拌，直到全部的石灰乳已经转变成碳酸钙为止，碳酸钙沉淀在该纤维中。以上所述的混合方法主要涉及在特殊容器中以间歇型模式进行的混合。根据这一文件，混合也可以作为包括管式反应器的连续方法来进行，该管式反应器含有必要量的静态混合器。混合例如这样进行，使得：石灰乳被加入到在管路中流动的纤维悬浮液中，然后通过静态混合器与浆料混合。随后，二氧化碳从一个或多个相继的点上加入到物料流中，据此，在每一个加料点进行静态混合。按以上所述的方式生产的浆料用作造纸中的一种组分。

WO-A1-9942657讨论了造纸机滤液的处置，要求滤液分成两个级分(fraction)。在分级之后，石灰乳被混入光亮的滤液中，然后将二氧化碳混入含有微粒和纤维的级分中。这两种级分同时供应到结晶反应器中，它也接收造纸的一些纤维组分，并且它的操作可以是连续的或间歇型的。在该文件中公开的技术方案中，将要进入到含造纸机滤液微粒和纤维的级分中的碳酸钙当用二氧化碳处理时转化成碳酸氢钙，溶于滤液中，然后如果需要的话，从滤液中分离出固体物。任选地，碳酸氢钙可以重新沉淀为碳酸钙(PCC)。

WO-A1-0112899讨论了矿物型填料对纤维素悬浮液的粘附。在该文件中公开的造纸方法使用含有碱金属和/或碱土金属碳酸盐、碳酸氢盐或硅酸盐的纤维素纤维悬浮液。在这一方法中，矿物氢氧化物被添加到纤维悬浮液中，所形成的矿物填料碳酸盐可以沉淀在该纤维中。碳酸盐的沉淀是基于采用钠离子。该文件提到在循环纤维方法中获得的悬浮液作为钠离子源，其中钠作为碳酸氢盐或在造纸浆料中自然存在的钠或从地下水获得的钠而存在。在任何情况下，钠离子在造纸机中的水循环中流动。当例如氢氧化钙被加入到含钠离子和碳酸氢根离子的纤维悬浮液中，形成碳酸钙和碳酸钠。碳酸钠随后进一步与氢氧化钙反应，因此形成碳酸钙和氢氧化钠。所得碳酸钙按照已知的方式沉淀在纤维悬浮液的纤维中。当该沉淀反应已经完成时，造纸浆料被携带至造纸机，其中二氧化碳被加入到所获得的沉淀物以控制pH值，因此，在沉淀反应中作为副产物获得的氢氧化钠最初转化成碳酸钠，然后当与二氧化碳和水反应时进一步转化成碳酸氢钠，据此该滤液随时再循环到纸张生产中。

WO-A1-02066735讨论了从纸纤维和碳酸钙制造纸张的方法。为了解决在该文件中所声称的问题，碳酸氢钙和/或二氧化碳和氢氧化钙的水溶液被混合以便作为球霰石(vaterite)晶体的形式沉淀出碳酸钙，随后立即添加纸纤维，据此该球霰石晶体转化成粘附于纤维上的方解石晶体。以这种方式形成的造纸用的浆料可以供应到造纸机中以便生产纸。

WO-A1-03033815引用以上所述的文件并且讨论了由纤维素纤维和与造纸方法相关联所生产的PCC组成的纤维素产品。根据这一文件，这里所述的方法让PCC沉积在任何纤维表面上，在纤维的内部和外部(表面)。该文件描述一些不同的PCC沉淀备选方案。

在第一个所提到的备选方案中，碳酸钙和二氧化碳在第一个混合器中与纤维悬浮液混合，该悬浮液在进入该工艺中时的稠度是3-6％，使得二氧化碳完全地溶于该悬浮液中。随后，氢氧化钙与悬浮液混合，然后该悬浮液在第二个混合器中混合，据此所形成的碳酸钙沉淀在该纤维中。

在第二个备选方案中，由碳酸钙和二氧化碳组成的混合物在第一个混合器中混合，据此二氧化碳完全地溶解，和碳酸钙的至少一部分转化成碳酸氢钙。最终，混合物从第一个混合器加入到第二个混合器中，纤维悬浮液和氢氧化钙也供应到其中，据此所形成的碳酸钙沉淀在该纤维中。

在第三个备选方案中，碳酸钙和二氧化碳彼此混合，然后与纤维悬浮液一起供应到第一个混合器中。这在实践中意味着碳酸氢钙溶液与纤维悬浮液混合。在第一个混合器之后，氢氧化钙与纤维悬浮液混合并且该悬浮液供应到第二个混合器中，在其中形成碳酸钙，碳酸钙沉淀在该纤维中。

在第四个备选方案中，PCC沉淀在短纤维级分中并提供给混合罐，其中该短纤维级分被混合到长纤维级分中。

以及，在第五个备选方案中，PCC沉淀在短纤维纸浆中，并且随后该短纤维级分提供给多层造纸机网前箱(headbox)，据此，例如可以生产出产品，该产品的中间层是短纤维级分和表面层是含短纤维或含填料的级分。

WO-A1-0200999讨论造纸工艺，其中原始纸浆被添加到至少含有短纤维纸浆和/或填料的物料流中。该混合物被增稠和提供给特殊反应器中，其中钙和碳酸根离子被添加到混合物中，该离子来源于例如石灰乳和二氧化碳。含有短纤维材料和/或填料的该物料流可以是，例如，来自造纸机网部的滤液。作为其它短纤维源，可提到在研磨之前和之后的硬木和软木的各种化学品和机械原始纸浆类型，合成纸浆，以及再循环纤维和废料。根据在该文件中描述的一个实施方案，PCC在纤维中的沉淀是在放入管流(pipe flow)中的静态混合器中进行的，在其中提供以上所述的含短纤维/填料的纸浆和原始纸浆、稀释水和石灰乳的混合物，因此悬浮液的稠度是在1-3.5％范围内。在第一个静态混合器之后，二氧化碳被加入到物料流中，它与悬浮液在第二个静态混合器中混合。从生石灰获得的添加PCC的悬浮液在中间罐中贮存，该悬浮液从中以稀释的形式添加到造纸机中。

EP-B1-835343和WO-A1-03035979讨论含填料的化学纸浆的生产。它基于通过将填料(已经有PCC沉淀在其中)与化学纸浆混合来生产所需的化学纸浆。该填料是通过磨细化学纸浆或机械纸浆，使得生产出所谓的短纤绒(noil)原纤维而获得的，它的Bauer-McNett值是大约P100。碳酸钙与含有短纤绒原纤维的该纸浆混合，据此，该纸浆与化学纸浆混合，然后混合物在干燥后被分配到造纸厂。

WO-A1-02097189讨论造纸机的含钙的滤液，要求钙离子不能在造纸的水循环中聚集。这一目的在实现之后应使得在没有使用氧化钙或氢氧化钙的情况下滤液的pH提高到至少9的值。随后，二氧化碳与工业用水混合，它使得大部分的钙离子作为碳酸钙而沉淀，从而可以从该工艺中除去。

WO-A1-2005005726讨论从造纸浆料生产纸张的方法，通过采用石灰乳和二氧化碳在特殊混合设备中让PCC沉淀到该贮备料中。

WO-A1-2005033403讨论从底物和沉淀在其中的碱土金属碳酸盐形成的填料组合物。该底物可以是，例如，含有纤维和/或微粒的造纸机滤液，或甚至长纤维原始纸浆。在该填料生产方法中，固体首先从石灰乳中除去，在此之后石灰乳与底物掺混，然后利用二氧化碳让PCC从混合物中沉淀。

WO-A1-2005044728描述仅仅PCC的的生产但没有它在纤维中的沉淀或通过将它沉淀在正引导至造纸机的纤维流中。该文件描述了如何生产石灰乳和过筛脱除固体，然后是在洗涤器和冷却器中烟道气的处置，然后两者都被输送至在约1-7巴的压力下的碳酸化步骤，在其中生产PCC。如果需要的话，已在其中沉淀了PCC的纸浆也可输送至碳酸化步骤，随后填充了PCC的纸浆可以输送至造纸机。

WO-A1-2005061386讨论PCC的生产，但是该目的是提高晶体尺寸和减少特征性表面积。它基于石灰乳和悬浮液的混合物，它在几个接连的混合反应器中被二氧化碳所碳酸化以实现该目的。该悬浮液可以是从造纸机获得的滤液，或另一种合适的固体，或含有原始的或再循环的纤维的悬浮液。从该方法得到的最终产品能够，例如，与其它填料和添加剂，以及不同的纤维悬浮液，一起用于纸生产中。

换句话说，现有技术教导了如何处置造纸机滤液以使得PCC沉淀在固体中，不论它们是纤维型或其它颗粒状材料如填料，这样固体可以更容易地与该滤液分离，或使得该固体可以被利用，例如，作为造纸填料。

还有已知的一些文件，其中PCC沉淀到造纸的级分中，然后其原样被输送到造纸机，或被输送到混合罐中与其它级分混合，然后被输送至造纸机。

PCC沉淀到含纤维的悬浮液中常常根据现有技术文件来进行，这样钙离子分布在悬浮液中，例如借助于石灰乳，然后该悬浮液用化学品(通常二氧化碳)处理，以释放或形成碳离子。因此，形成了碳酸钙晶体，它粘附于纤维上，和具体地说，粘附于不规则物和原纤维的表面上。典型地，采用该方法，使得石灰乳和仅仅在此之后二氧化碳与含纤维的悬浮液混合。

在一些文件中建议的另一种选择是所谓的碳酸氢盐方法。在该方法中，二氧化碳与含有碳酸钙或其它合适碳酸盐的液体/滤液/悬浮液混合，据此该碳酸盐转化成碳酸氢盐。当钙或适合该目的的其它氢氧化物例如石灰乳被添加到溶液/悬浮液中时，在氢氧化物和碳酸氢盐的反应中形成碳酸盐。

然而，普通方法和碳酸氢盐方法具有他们本身的缺点。该碳酸氢盐方法需要至少一些形式的钠的使用，它决不总是在没有单独添加的情况下存在于造纸浆料中。我们的理解是，在实践中在该碳酸氢盐方法中遇到与在下面讨论的常规方法中相同的问题。我们认为，其中石灰乳和仅仅在其之后二氧化碳首先与可采用的液体或悬浮液混合的普通方法不能按照在更高要求的产品的生产中所需要的最佳方式来控制碳酸盐晶体的形成。此外，当试图在没有单独、持续时间较长的副循环(side circulation)的情况下让PCC直接在造纸机短循环中沉淀时，该沉淀方法的速率不一定是足够的。

我们认为，在该方法中沉淀反应的缓慢速率是由化学品被混合的方式所引起的。尝试在管内流动的介质中进行PCC的沉淀的现有技术解决方案公开道，纯粹的管流或在管中布置的静态或动态混合器足以引起足够好的混合作用。然而，最终结果是，由这些方法进行的PCC生产使得它不易用于一般的销售或用于造纸厂。

例如，在以上提及的现有技术文件US-A-5,679,220中，它描述了二氧化碳被排入到管式混合器中使得在管中流动的纤维悬浮液扫略正进入到管中的二氧化碳，并且该管流本身将二氧化碳作为小气泡与该浆料混合。在该US文件的试验设备中，其中流管(flow pipe)的直径是在半英寸和六英寸之间，需要约一分钟到两分钟的反应时间，这对于造纸机短循环而言完全是太长时间，其中在管中浆料的流动速率粗略地是3-6m/s。在根据该US文件的混合方法中，当二氧化碳掠过该物料流时在实践中遇到下列情况。在添加二氧化碳的时间点之后，最初形成均匀的气体尾流，它慢慢地打断成气泡，而该气泡逐渐地进一步破裂成小气泡。然而，在输入二氧化碳后的很长时间，占优势的是这样一种状况：其中仅仅少部分的悬浮液液体能够立即与该二氧化碳气泡相互作用。这一部分的液体立即被二氧化碳饱和，导致二氧化碳的缓慢溶解，因为该气泡必须进一步在悬浮液中携带以便遇到还没有被二氧化碳饱和的液体。

正如早已简单提及的那样，以上所述的缓慢混合导致该PCC晶体的不均匀尺寸分布，因为在整个混合阶段和直至至少一种的化学品已经完全消耗为止，现有的PCC晶体会生长和形成新晶体。此外，在合适的流动条件下，PCC也会沉淀在流动通道或类似通道的璧上，或沉淀在其它的固定结构上。这自然通过以下事实来协助：结晶反应会延长，据此容易结晶的远程结构(far-away structures)变得可利用。

在实践中，这些问题能够通过设法安排足够短的化学品混合时间(尤其反应时间)来解决。在实践中这例如意味着，当最佳均匀分散的PCC是所希望的时，二氧化碳溶于该液体或悬浮液流中时，和只有当二氧化碳的几乎完全溶解所需要的时间已到期时，石灰乳才与该物料流混合并按照相对于二氧化碳的至少几乎化学计量用量输入。并且，与在这种情况下同样地，石灰乳尽可能快速和均匀地混合，结晶反应在整个液体中开始和均匀进行，这样晶体生长是均匀的和反应迅速地进展，直到完成为止。

法国专利申请FR-A1-2 821 094描述了将PCC作为球霰石晶体沉淀在浆料中并集中于解决由不稳定的球霰石所引起的问题。换句话说，众所周知的是，球霰石是碳酸钙的最不稳定的晶形，它倾向于迅速地转化成方解石和霰石。因为该文件的申请人相信，球霰石在最终产品中的存在提供了具有尤其良好性能的最终产品，因此开发一种方法，其中球霰石在足够晚的阶段中形成以便使之持续到最终产品为止。确保晶体的产生足够晚地发生的唯一途径是在该后期中加入碳酸钙的另一种源材料以使得在所希望的阶段中形成碳酸盐晶体。在这种情况下，该申请人决定尽可能靠近造纸机网前箱来进给石灰乳。当石灰乳进给时，该文件在许多不同背景下使用术语“紧接着在成网之前”。该文件的说明书的倒数第二个句子声称，当浆料进入到造纸机的成网区域中时，石灰乳在该时间点之前的低于十秒被进给。换句话说，碳酸化反应在十秒钟内进行到终点，然后该浆料穿过该网前箱到达造纸机网部(wire section)。该申请人因此似乎认为可以进行该沉淀或结晶反应而在造纸机网前箱的管路中没有问题。

然而研究表明，通过使用混合器以在该专利文件的那时期进给可利用的石灰乳，该较晚的石灰乳进给很可能是在造纸机中主要运行问题的原因。最明显和严重的问题似乎是在网前箱管中的沉淀，这立即地危害到成网。这些运行性问题和沉淀的主要原因是，在很大程度上，由于在物料流中存在的紊流效应而使得石灰乳仅仅与浆料混合，结果是该碳酸化反应在造纸机网前箱中至少继续进行，并且可能的话也会在造纸机网部继续进行。因此，应该首先指出的是，如果要求该结晶反应必须在造纸机网前箱的管路中进行，则PCC用作球霰石的主意(不考虑它的好意)将是失败的。其中，由于球霰石晶体的高度不稳定性，它们不能预先生产，这归因于它们快速转化成更稳定的晶形。

鉴定与以上讨论的PCC生产相关的许多问题需要严密关注结晶反应的动力学。如果假定二氧化碳被输入和至少它的主要部分也溶于该液体或悬浮液/造纸浆料中，其中PCC优选需要沉淀，则该PCC结晶或沉淀反应将在石灰乳的混合时间就开始。相关质量转移所需要的时间例如受到下列两个因素所影响：石灰乳与该物料流越快速和越高效地进行彻底混合，反应时间越短。在该步骤中快速和有效混合预期会尽可能减少在该物料流中的浓度差异。另一个重要因素是石灰乳粒度，即，石灰乳的粒度越小，相关颗粒的到液相中的质量转移越快，因此，结晶反应的速率也明显会提高。当该PCC起始原料是细粒状且均匀分散在该液体流中时，在整个液体流中迅速和均匀地发生结晶，消除了尺寸过大的PCC晶体、聚结物和沉淀物的形成的可能性。所进行的实验还表明，就生产用于普通造纸工艺中的PCC时的粒度分布而言，合适的石灰乳混合时间粗略地是低于3秒。此外，当布置该进料、混合和反应区段以使得在所希望的工艺步骤(例如，造纸机网前箱)之前在达到基本上完全的转化时PCC沉淀反应就停止时，，可以确保在相关的工艺步骤和后续的过程中将不会出现有害的沉淀或运行性能问题。

也可以根据本发明的方法实施使得首先石灰乳，和仅仅在其之后二氧化碳，与液体或悬浮液混合(考虑pH值对于浆料的变黑(darken)的影响)。所进行的实验表明，在进行本发明的方法进行的沉淀反应中，其中二氧化碳和石灰乳以任意顺序进给，当设法获得最佳的PCC晶体粒度分布时，整个反应所需要的时间(从进给参与反应的组分开始直至实际上全部该石灰乳已经与二氧化碳反应并形成PCC晶体为止，换句话说，在所希望的工艺步骤(例如纤维网制造机的网前箱)之前已实现基本上100％转化率)是低于15秒，优选低于10秒，更优选低于6秒，和最优选低于3秒。要求的反应时间越短，质量转移需要越快。迅速的质量转移仅仅通过安排后面化学品的进料，使得在实践中紧接着在进料发生时该化学品几乎完全地混合而获得。自然可以假设，先前进给的化学品早已分散或甚至均匀地溶解在整个液体或悬浮液/造纸浆料中。目标在于短的转化时间的另一个重要因素是，正如前面提到的那样，足够细小的气泡或颗粒尺寸，即在反应区中这些化学品的高的比表面积。气泡或颗粒尺寸越小(比表面积越大)，从气体或固体材料至该液体的质量转移发生得越快。相关石灰乳的优选的平均粒度被测得是低于3微米(μm)，优选低于1.5微米，和最优选低于0.5微米。至于二氧化碳的气泡尺寸，它应该至少低于10mm，和更优选低于100微米。自然地，如果二氧化碳-当与液体流一起进给时-已完全地溶解在该原料/注射液体中时，则获得最佳结果。

在理论上和在某些先决条件下，有用的混合方法包括静态混合器，动态(旋转)混合器和注射混合器。静态混合器适合于其中全部条件是最佳的那些情形。换句话说，需要混合的液体流是无定向的和它们的流动速率彼此相差不太远。此外，需要为快速混合的目的特意设计混合器。特殊的问题可以是由较大尺寸的混合器所引起的流动阻力，生产混合器的高成本，或混合器(考虑到它们的开发成本)对于少数应用的适合性。

动态混合器也是可能的，尤其当相对小的物料体流应该彼此混合时。当混合体积保持较小时，在需要混合的液体的流动速率上的相对差异能够是较大的。在较大尺寸的设备中，它常常包括例如造纸机网前箱的管路，旋转混合器的投资和安装成本以及能量消耗是限制它们的使用的因素。

基于所进行的试验，与本发明的应用目的相关的最理想混合方法已发现是注射混合器。

现有技术中已知的和由Wetend Technologies Oy开发的进给装置，已在专利例如EP-B1-1064427，EP-B1-1219344，FI-B-111868，FI-B-115148和FI-B-116473中进行讨论。该进给装置归因于以下事实而被开发：在纸材的生产中仅仅用于混合助留剂和类似化学品的旋转和静态混合器是现有技术中已知的。这些设备在每一方面来说都是昂贵的投资并且在一些情形下是相对低效率的，当化学品与网前箱浆料的均匀混合是所希望的时，这促进了例如根据本发明的注射混合器的发展，它允许在对用户高度友好的设备中化学品的均匀和快速混合。迄今，该设备的功能品质已经由所得产品(即在大多数情况下纸材)以及所使用的化学品的量来衡量。换句话说，当在所使用的化学品用量已减少的同时所得纸张质量保持无变化或改进时，已经推断当与现有技术设备的使用对比时化学品混合效果已得到改进。

然而，该注射混合器现在设想用于实现新类型的应用目的，其中我们不仅能够将单种化学品与造纸用浆料进行混合以使得(当被携带穿过造纸机网前箱到达网时)化学品均匀地分散在其中，而且能够将两种化学品与造纸用浆料进行混合以使得在网前箱或一些其它工艺步骤的上游进行这些化学品间的反应。

因此，本发明的目的是为该化学品安排短的混合时间并且将化学品本身均匀混合在整个液体流中，以致于所得PCC晶体的尺寸分布是尽可能均匀的且尺寸过大的晶体、聚结物和沉淀物的形成的风险尽可能的小。

本发明的更具体目的是石灰乳和/或二氧化碳随液体流或悬浮液流一起的注射，使得混入该物料流迅速地和均匀地发生，且在实践中不受该物料流的本身紊流影响。

当将二氧化碳和/或石灰乳注入该物料流中时，优选使用由Wetend Technologies Oy开发和以上已描述的进给装置，这样所需数量的它们被布置在流管的圆周上。当一个或多个进料或注射设备布置在流管的圆周上时，取决于管的尺寸和形状，我们实际上开发了注射设备，它覆盖了被布置在该管的同一圆周上(on the same circumference)以便进给相同化学品的全部注射设备。图19、20和21示出了当化学品进给到该液体流中时试验的结果，其中根据现有技术的进给装置和进给装置的操作进行对比。根据现有技术的进给设备是布置在流管圆周上的管配件，需要混合的化学品与在管中流动的液体一起从中流出。从该图中能够看出，进给设备能够实现，作为以上本发明的一个条件所设定的快速混合。通过使用该进给设备，可以在与后续工艺步骤或设备相距约1-3秒、优选约1.7-2秒(以米计算，低于10米)的距离处进行注射和混合，而当使用现有技术的设备时添加剂的进给需要在所需工艺步骤或设备(例如造纸机网前箱)之前的几十米处进行，这样该化学品有足够的时间在该工艺设备之前的流动紊流的影响下被混合。以上适用于这样的情形，其中化学品等应该在后续工艺步骤之前均匀地分布。然而，如果我们致力于处理这样的情况，其中该化学品必须与早已在该液体流中存在的一些其它化学品或物质进行反应，则各自反应所需要的时间必须自然保留，除非优选的是让各自反应在上述工艺步骤(例如造纸机网前箱)中继续进行。

本发明的另一个目的是控制在流动固体中的PCC结晶，这样在悬浮液中碳酸化晶体的尺寸和分布可以预先以相对精确的方式测定。实现这一目的的主要方式在于将PCC起始原料注入到液体流中，使得它们的晶体和/或气泡尺寸适合于该目的。

本发明的目的是将PCC晶体沉淀在物料流中的纤维表面上。

本发明的特殊目的是将PCC晶体沉淀在中空芯(在该物料流中存在的纤维的所谓内腔)中。

为了实现上述目的当中的至少一个以及促进该PCC沉淀反应，本发明公开了至少一种化学品-石灰乳和二氧化碳，以气泡形式或粒度足够细-在管内流动的流体中的添加，使得在实践中在化学品的添加的同时，在该物料流的整个横截面积的基本上均匀地混合。这里，该注射应该是基本上在相对于该液体流的横向上并且以该液体流的流速的至少3倍(优选5-10倍)的速度来进行。

我们认为，当二氧化碳是在实践中需要立即混合(这是在造纸厂规模上进行的在线PCC生产的要求)的化学品当中的后者时该类型的混合对于二氧化碳是特别重要的，现有技术的方法无法将二氧化碳如此充分地混入在该液体或纤维悬浮液中以使得二氧化碳迅速地溶于水中。当在其添加步骤中二氧化碳已分布在该物料流的整个横截面积，并且在该流动致密化的任何位点上不能形成二氧化碳时，其中包围气泡的液体将被二氧化碳饱和并且二氧化碳的溶解被阻止，但是相反，二氧化碳紧接着在注射之后就溶解。

当根据本发明的尤其理想的实施方案，石灰乳也被进给并在该管流的整个横截面积上混合时，状况接着发生，其中该石灰乳迅速地发生质量转移，由此钙离子事实上均匀分布在整个液体/悬浮液中。因此，它们与由于二氧化碳的溶解所导致形成的碳酸根离子之间的反应实际上能够同时在整个液体体积中开始，其中最初存在的固体物也认为是均匀分布的。换句话说，该纤维流将均质地和均匀地被处理。结果是晶体尺寸和碳酸钙分布保持均匀并且晶体均匀地位于悬浮液固体中。如果混合是不均匀的和石灰乳局部强烈地反应，则会发生不受控制的PCC晶体生长，这会导致形成尺寸过大的晶体和PCC聚结物，尤其，和引起严重的质量和工艺运行性能干扰。这还会引起PCC在工艺设备和管路的璧上失控地结晶，导致过度地清洁和工艺运行性能问题。类似地，工艺可控性和调节受到影响，并且预测所生产PCC的质量将变得更困难。

根据上述现有技术的PCC生产方法的至少一些缺点可以被弥补并且上述这些目的中的至少一些可以通过本发明方法来实现，其将二氧化碳和石灰乳进给到短循环液体流中并让它们彼此反应，从而在造纸机短循环中使填料(尤其碳酸钙)结晶以便在流动的固体物中和/或在固体物的表面上形成晶体，其中该方法体现特征于至少二氧化碳或石灰乳作为足够小尺寸的颗粒或气泡被进给到并混入到该液体流中，使得该化学品基本上均匀地展开在该液体流中，无论该液体流的流动条件，和使得该结晶反应在低于15秒，优选低于10秒，更优选低于6秒，和最优选低于3秒的时间中基本上完成，从而实现适合于本发明该目的的均质碳酸钙晶体的粒度分布，防止尺寸过大的PCC晶体、PCC聚结和PCC沉淀物的形成，并且控制该二氧化碳和石灰乳碳酸化反应。

按照十分相同的方式，根据现有技术的上述PCC生产方法的至少一些缺点可以被弥补，并且上述目的当中的至少一些可以通过根据本发明的纤维网制造机的浆料上网系统来实现，该浆料上网系统至少包括用于从纤维网制造机接收滤液的设备，用于至少从由纤维网制造机获得的滤液和各种的纤维和填料组分生产造纸浆料的设备，以及由多个的流管组成的的流动管路(flow piping)与泵送设备用于将造纸浆料从其生产处输送至纤维网制造机的网前箱，该浆料上网系统装有将二氧化碳和石灰乳两者进给到在流动管路内流动的液体流中的设备，其中该浆料上网系统的特征在于装有第一注射设备，该注射设备布置在流管的璧上以便至少将石灰乳或二氧化碳以相对于该液体流的流动方向基本上横向地注入该流管中。

根据本发明的方法和纤维网制造机的浆料上网系统的其它特征列于所附的权利要求中。

与现有技术方法相比，由本发明的方法和纤维网制造机的浆料上网系统所获得的优点是，例如：

·PCC直接沉淀到在纤维网制造机的短循环中流动的悬浮液中

·二氧化碳的快速溶解，这样PCC生产方法可以立即连接在造纸机短循环中

·在悬浮液中石灰乳的快速混合，从固体快速质量转移至液相

·快速的二氧化碳和石灰乳的反应

·化学品在整个物料流中的均匀混合意味着碳酸盐晶体的均匀和受控的形成和晶体均匀粘附于纤维和固体上

·简化的短循环流程-根本不需要厚的浆料混合罐或限于使用小尺寸的罐

·与以前使用的设备相比，PCC生产所需要的投资减少至少一半

·当与以前PCC生产相比时，PCC生产用能量成本减少越十分之一

·当与现有技术的现场PCC设备相比时，干净水的消耗显著减少

·纸生产需要更少或不需要助留剂

·纸生产可以比以前使用更多的填料，因此节省了昂贵纤维材料的使用

·对疏水性胶的需要减少

·造纸用水循环变得更清洁和/或对提纯化学品的需要会减少，并且与以前相比可以更多地关闭水循环。

本发明参考附图更详细地进行描述，其中

图1显示造纸机的短循环工艺布置的示意图，

图2用示意图显示了在造纸机的短循环中根据现有技术的PCC生产方法，

图3用示意图显示了在造纸机的短循环中根据现有技术的第二种PCC生产方法，

图4用示意图显示根据本发明的优选实施方案的短循环工艺布置，

图5更一般地显示了根据本发明的优选实施方案的图4的短循环工艺布置，

图6用示意图显示根据本发明的第二个优选实施方案的短循环工艺布置，

图7用示意图显示根据本发明的第三个优选实施方案的短循环工艺布置，

图8用示意图显示根据本发明的第四个优选实施方案的短循环工艺布置，

图9用示意图显示根据本发明的第五个优选实施方案的短循环工艺布置，

图10用示意图显示根据本发明的第六个优选实施方案的短循环工艺布置，

图11用示意图显示根据本发明的第七个优选实施方案的短循环工艺布置，

图12用示意图显示根据本发明的第八个优选实施方案的短循环工艺布置，

图13用示意图显示根据本发明的第九个优选实施方案的短循环工艺布置，

图14用示意图显示根据本发明的第十个优选实施方案的短循环工艺布置，

图15用示意图显示根据本发明的第十一个优选实施方案的短循环工艺布置，

图16用示意图显示根据本发明的第十二个优选实施方案的短循环工艺布置，

图17用示意图显示根据本发明的第十三个优选实施方案的短循环工艺布置，

图18用示意图显示在本发明的工艺布置中优选使用的注射设备的结构备选方案，

图19a-19d显示了使用与时间相关地产生的混合分布图的根据图18的注射设备，

图20显示了根据现有技术的化学进给设备的操作，

图21显示了在本发明的工艺布置中优选使用的注射设备的操作，

图22和23显示了使用沉淀在纤维表面上的PCC晶体的本发明的工艺布置。

应该指出的是，为了简单起见，与以上发明相关的部分和尤其本发明的下面更详细解释使用相对普通的术语，这些术语的解释在下面提供。

·造纸机更广泛地指纤维网制造机或全部的纸幅生产机，其中纸幅状产品是从含纤维的悬浮液生产的。这因此包括除各种最终产品外，还有全部可能的中间产品。

·浆料指流向纤维网制造机的网前箱的任何悬浮液，该纸幅是通过纤维网制造机从该悬浮液在某点的形成的。浆料包括含有纤维(甚至在较少的程度上)的全部上述悬浮液类型。

·液体流指在纤维网制造机的短循环中运动的全部物料流(不管稠度)，因此该液体流可以含有或多或少的纤维和/或各种造纸用添加剂或填料。液体流还含有各种含气体的悬浮液和滤液，所谓的光亮和超光亮滤液，以及稠厚的纤维组分和含颜料的沉淀物。该术语“液体流”还包括副流和分流，如在短循环的各个部分中流动的原料流、用于筛选和涡旋清洗的良浆(accept)和废料流。

·用于生产纤维网的纤维悬浮液指含有甚至少量的纤维的任何悬浮液。因此，在从纤维网制造机的网部获得的滤液与进给到网前箱的最终的造纸用浆料之间的全部各种悬浮液，并且包括这些在内，是用于纤维网生产中的悬浮液。

·处理过的滤液组分指任何处理产物(processing result)，其中包括沉淀物，光亮滤液，浑浊滤液，主要地含有固体的稀滤液，或含有固体的沉淀滤液。

·纤维组分指用于生产任何稠度的纤维网的任何含纤维的组分。因此，纤维组分可以是机械纸浆，化学纸浆，化学机械纸浆，再循环纸浆，从滤液获得的各种含纤维的沉淀物，等等。

·注射指通过使用注射液体将流动的介质进给到液体流中，使得需要被注射的介质具有比该液体流更高的流动速率，因此该介质(当注射时)深度穿透到该液体流中并且基本上均匀地展开(所谓的峰间分散(peak-to-peak dispersion)低于15％-作为偏离极端值相对于它们的平均值的差异来计算峰间分散)。优选，该注射进给速率是液体流速率的约3-15倍，优选5-10倍。

图1，用示意图讨论现有技术造纸机的短循环的工艺布置，该附图用参考编号2表示造纸机，其中所谓的白水F是作为滤液获得的，该白水F直接地或经由在中间罐中的处理后被输送至混合罐、滤液贮罐或网下白水坑4中，在这些之中还引入在浆料制备中所需要的各种纤维组分和在造纸中所需要的添加剂。从配件6-12，至少一种的下列物质被输送至混合罐或类似的装置中：化学原始纸浆，机械原始纸浆、长纤维和/或短纤维纸浆，再循环纤维和涂覆的废料，无涂层的废料，从回收过滤器获得的纤维级分，以及可以已在该步骤中与造纸用浆料混合的填料和/或添加剂。纤维组分的稠度是在3-5％之间，这取决于应用。在混合罐4中的造纸浆料是由其上述各种组分混合到所需组成而形成并且流出的造纸浆料的稠度在单独的混合罐中或在连接到该罐的网下白水坑中或在类似设备中被调节在0.3-1.5％范围内，以匹配纸材或更广泛地说纤维网的生产。在混合罐4之后，或更一般而言在最终稀释之后，造纸浆料由泵，所谓的混合泵14，传输到在涡旋清洗装置16中的涡旋清洗操作中，在这里较重的颗粒与造纸浆料分离。典型地，涡旋清洗装置的第一步的废料在多个涡旋清洗装置步骤中进一步处理，并且在大多数情况下，从这些当中的每一种获得的良浆被输送至在先步骤的原料中和该废料被输送至后面步骤的原料中，直至最后步骤的废料从短循环中除去为止。涡旋清洗装置16的良浆继续运行至气体分离罐18，在这里，空气或可能的其它气体利用真空从造纸用浆料中除去，这样不会干扰造纸过程。在气体分离罐18中的液面高度利用特殊的堰保持恒定，这样进给到该罐的造纸用浆料的一部分返回罐原料中。造纸浆料从气体分离罐18中流入到网前箱的进料泵20中，后者将造纸浆料泵送至所谓的网前箱筛网22，在其中不适合于造纸的大尺寸颗粒与造纸浆料分离并且它的良浆级分经由造纸机的网前箱被输送至造纸机2。网前箱筛网22的废料在又一个过筛步骤中进一步处理以回收合格纤维级分，它的良浆通常回到该网前箱筛网的原料中。生产质量要求较低的最终产品的纤维网制造机的短循环可以不具有涡旋清洗装置、气体分离设备和/或网前箱筛网。

图2是根据现有技术的并且已在例如专利文件US-B1-6,387,212中讨论的方法的示意性描绘，该方法用于与造纸机的短循环相关联的PCC生产。从造纸机获得的滤液F在该方法中由过滤器26分成两个级分，其中光亮滤液与石灰乳(Ca(OH)₂，石灰乳，下面用MoL表示)混合以及含固体的滤液与二氧化碳(CO₂)混合。因为含固体的滤液含有碳酸钙，当进给碳酸氢钙时在其中形成二氧化碳。最终，上述级分和该纤维悬浮液两者都被输送到反应器28中，其中碳酸氢钙与氢氧化钙反应以形成碳酸钙。该反应据说在1-15％，优选5-10％的稠度下进行。

图3是用于在造纸机的浆料上网系统中PCC生产的第二种现有技术建议方案的示意性描绘。这一方法，它在例如专利文件US-A-5,679,220中描述，是基于造纸浆料组分和它们的结合，这些与石灰乳和二氧化碳混合。该混合可以在特意为该目的设计的反应器中或在管流中进行。该文件解释二氧化碳的引入点如何相对于石灰乳进料改变，使得例如有可能在石灰乳的进给之前和之后输入二氧化碳。虽然氢氧化钙(石灰乳)转化成碳酸钙的反应是快速的，然而，该文件认为需要在混合之后提供特殊的反应区，以便确保碱性氢氧化物完全转化成碳酸盐。这是非常重要的，因为如果pH太高，会发生变黑，尤其对于该机械纸浆。对于该反应区，给定一分钟至两分钟的时间。然而，当考虑到例如在造纸机的浆料上网管路中造纸浆料流动速率是约5m/s时，在实际的造纸机工艺中的以上反应时间是有问题地过长的。在实践中，可用于混入到造纸机短循环中的该管流程最佳是仅仅几十米，即在US文件中建议的那一长度的十分之一或更短。

当开始考察该转化反应(它在理论上应该是较快的)为何如此缓慢的原因时，最初的怀疑落到了化学品被混合的方式。在我们看来，正如在该文件中所述，很显然所牵涉的最大因素是二氧化碳和石灰乳混合的方式。该文件具体地提到，二氧化碳被排入到管式混合器中使得在管中流动的纤维悬浮液扫掠过正进入到管中的二氧化碳，并且该管流本身将二氧化碳作为小气泡与造纸浆料混合。当在该US文件的试验设备中时，其中流管的直径是从半英寸到六英寸之间的任何值时，需要约一分钟至两分钟的混合/反应时间，如果流管的直径明显更大则仅仅能够推测需要多长的时间，因此该流动是相对更加呈现层流形式(laminar)。将造纸浆料运输至造纸机网前箱的管道的直径是例如在500-1000mm范围，即，当与US-A-5,679,220文件的试验设备相比时，实际上该横截面积是大了至少十(可能甚至百或千)倍。在我们看来，在现有技术的混合方法中，二氧化碳随该物料流被携带，使得在添加二氧化碳的位点之后，最初形成均匀的气体尾流，它缓慢地破裂成气泡，它进一步爆裂成更小气泡。然而，最终结果是这样一种情形，其中仅仅少部分的悬浮液液体能够立即与该二氧化碳气泡相互作用并被二氧化碳快速地饱和。因此，二氧化碳的溶解慢慢地发生，因为该气泡必须进一步在悬浮液中被携带以便遇到还没有被二氧化碳饱和的液体。影响混合的另一个因素是纤维悬浮液的稠度，因为很显然，更高的悬浮液稠度牵涉到更缓慢的移动涡旋湍流。甚至，例如，US文件本身说明，高于5％的稠度会延迟气体-液体反应。在该文件的实施例中使用的稠度是1.5％。由于该不受控制的和弱的混合作用所引起的石灰乳和二氧化碳的反应会引起形成例如尺寸过大的PCC晶体、PCC聚结物和PCC沉淀物，它们粘附于流动通道或其它壁上，因此引起沉积和后续污染问题。当大的石灰乳液滴与二氧化碳反应时，形成了在表面上有PCC的颗粒，该颗粒具有内部未反应的石灰乳的这样的事实也可能构成问题。在一些阶段，石灰乳能够从该颗粒中涌出，提高悬浮液的pH。当这一现象发生时，有足够多的PCC颗粒会爆裂时，提高的pH混合了该体系。

图4显示了按照与图1中所示的相同方法与造纸机的短循环相结合的根据本发明的优选实施方案的PCC生产方法。在根据图4的方法中，在涡旋清洗装置16之前的造纸机短循环中进行PCC生产。在实践中，二氧化碳在泵14的压力侧被注射进去，在二氧化碳在与前者相距几米的地方溶解之后，然后氢氧化钙(Ca(OH)₂；石灰乳)在相同的管中即在涡旋清洗装置16的第一阶段的进料管中。当确保第二个注射进给设备(即石灰乳注射设备)与涡旋清洗装置16之间有足够的距离(这取决于例如石灰乳粒度和注射进给速率)时，结晶反应将在涡旋清洗之前有时间完成。该实施方案的一个优点是，涡旋清洗装置16和稍后在短循环中的机器筛网22除去任何尺寸过大的颗粒，而任何过量的气态CO₂在气体分离器18中被除去。如果该pH值需要调节，有可能进行后续的酸化，例如，在该网前箱进料泵20的吸入侧。换句话说，化学品被注入到流入造纸机中的造纸浆料流中，其中全部的纤维组分已添加和该物料流的稠度充分地匹配该网前箱稠度。

(0070)图5在原理上显示了与前一种类似的PCC生产方法，但是稍微更加示意性。换句话说，从图5开始，使用一个图示，其中不考虑在造纸短循环中存在的设备，而是仅仅集中于化学品被混入液体/悬浮液中的顺序和它所进行的方式。所进行的实验已表明，PCC在短循环中沉淀在纤维中时的位点不象沉淀发生的方式以及特别是化学品如何混入悬浮液中的方式那么重要。此外还表明，颗粒或气泡尺寸对于PCC生产速率和所生产PCC的质量两者，特别对于所形成的颗粒的尺寸和尺寸分布都有重大影响。换句话说，图5仅仅显示了由不同的浆料级分组成的所谓稠厚浆料，即浆料组分与从造纸机获得的滤液F混合，然后二氧化碳和此后石灰乳被混合到纤维悬浮液中。然而在这一阶段中值得指出的是，本发明的大部分实施方案的特征是，我们认为，理想的是在注射石灰乳之前将二氧化碳溶解在可利用的液体中。为此有至少两个原因。首先，如果稠厚浆料含有机械纸浆或回用纸浆(部分地由机械纸浆组成)，在二氧化碳之前注入石灰乳会引起悬浮液的pH值提高，使得机械纸浆开始变黑。为了防止变黑的发生，安全的是首先注入二氧化碳，由此悬浮液pH下降并且不会发生变黑现象。其次，如果二氧化碳早已溶于该液体中，则该沉淀反应迅速地发生。另一个优点是通过二氧化碳被均匀地溶于整个液体中而获得的。因此，当石灰乳被注入，优选使得它迅速地和均匀地展开混合在整个悬浮液时，在该悬浮液中存在的纤维和固体的全部表面上形成均匀分布的碳酸钙，即PCC。

图6用示意图显示了在根据本发明的第二个优选实施方案的造纸机的短循环中生产PCC的第二种方法。事实上，与前一个实施方案不同的唯一特征是二氧化碳和石灰乳注射的顺序。其中石灰乳首先注入和仅仅随后二氧化碳被注入的该注射系统根据我们的意见在一些条件下可以是相关的。首先，当在纤维悬浮液中没有较大量的作为原始纸浆或回用纸浆的机械纸浆时，或当被加入的石灰乳的量是如此小时，pH值不会提高到必然招致变黑风险的水平。其次，我们的理解是，二氧化碳的注射或确切地说二氧化碳混入造纸浆料中的操作在本实施方案中必须是尤其有效的，这样溶解迅速地发生和二氧化碳能够均匀地分布在整个悬浮液中，因此二氧化碳与石灰乳的反应导致均匀的PCC形成。然而，实际的现实是，反应仅仅经由离子来进行，因此随着二氧化碳溶解仅仅逐渐地形成PCC。

图7显示了在根据本发明的第三个优选实施方案的造纸机的短循环中生产PCC的第三种方法。根据该图，从不同的纤维组分形成的稠厚浆料按照合适的稠度被从造纸机获得的滤液稀释，然后，石灰乳和二氧化碳基本上同时注入纤维悬浮液中。该注射可通过使用单独的注射液体来进行，由此溶于水中的二氧化碳可以用作石灰乳的注射液体，例如，两种化学品可通过使用从主要造纸浆料管获得的二级浆料流或通过使用该短循环的一些其它液体流作为进料液体而被注射。该注射可以通过这两种化学品共用的喷嘴或通过交替设置在该流管的圆周上的各化学品用的各自喷嘴来进行。

图8显示了在根据本发明的第四个优选实施方案的造纸机的短循环中生产PCC的方法。根据该图，从不同的纤维组分形成的稠厚的造纸用浆料被从造纸机获得的滤液稀释到合适的稠度，然后，石灰乳和二氧化碳基本上同时注入造纸用的浆料中。事实上，迄今为止，该方法与在图4和5中所示的方法相同。然而，该方法已经清楚阐明，要求二氧化碳或石灰乳或优选两者(该备选方案示于该图中)通过使用特殊的注射液体被一个或几个混合器注入造纸机浆料中。该类型的混合器已描述在例如Wetend Technologies Oy的专利US-B1-6,659,636和US-B1-7,234,857中。不论使用设备还是使用其它的注射装置，在不同的实施方案中实施的注射的特征是：通过使用注射液体或进给液体，在基本上相对于造纸浆料流的方向的横向上将二氧化碳和/或石灰乳注入造纸浆料中，其中该注射液体或进给液体是在足够高的流速之下以使得一个或多个喷嘴的注射液体/化学品喷雾充分地覆盖该浆料流的横截面积，由此不管在该悬浮液中存在或不存在紊流，二氧化碳和/或石灰乳实际上均匀地分布在整个悬浮液中。上述术语“基本上在横向上”指与对比方向(例如流动的方向或管路的轴向)偏离大于30度的方向。作为注射液体，造纸浆料用于图8的方法中。换句话说，从引导至造纸机的造纸浆料管中取小的二次流，和它被泵送至注射器，石灰乳或二氧化碳注入其中以使得二氧化碳或石灰乳基本上同时地混入注射液体中，作为穿透流向该网前箱的造纸浆料的所形成的注射液体和二氧化碳或石灰乳的混合物。注射液体和化学品混合物的进给速率是在浆料管中流动的造纸浆料的流速的3-15倍，优选5-10倍。从二氧化碳或石灰乳和注射液体的接触到它们的混合物进给到造纸浆料中的延时是大约0-0.5秒。当化学品按照以上所述的方式被注入该浆料中，和气泡或化学品的粒度保持足够低(例如，对于石灰乳，低于3微米，优选低于1.5微米，和更优选低于0.5微米)时，能够确信该碳酸化反应在从进给后一种化学品开始起低于15秒、优选低于10秒、更优选低于6秒和最优选低于3秒的时间中完成(发生完全转化)。二氧化碳的气泡尺寸在试验中测得是足够地小，以便在使用上述基本上横切的进料与高进给速率(造纸浆料的流动速率的至少三倍)时确保从气体至液体的快速物质转移。因此，气泡尺寸是至少低于10mm，更优选低于100微米。横切的进给速率越大，二氧化碳气泡尺寸越小。自然地，然而，如果二氧化碳，当与液体流一起进给时，早已完全溶解在该进料/注射液体中时，则获得最佳结果。

图9显示了在根据本发明的第五个优选实施方案的造纸机的短循环中生产PCC的方法。根据该图，从不同的纤维组分形成的稠厚的造纸用浆料被从造纸机获得的滤液稀释到合适的稠度，然后，首先二氧化碳和其次石灰乳被注入稀释纤维悬浮液中。该实施方案的方法与前一个实施方案的方法之间的差异在于，现在使用一些其它液体或悬浮液而不是稀释至网前箱稠度的造纸贮备料作为注射液体，将至少一种的化学品注入到贮备料流中。考虑浆料组分作为第一种注射液体备选物。当然，这允许几个附加的备选方案。如果浆料组分用作两种化学品的注射液体，则它可以是对于两种化学品而言从相同浆料组分获得的二次流，或对于每一种化学品而言单独从其本身的组分获得的二次流，或浆料组分总体上用作注射液体用于进给二氧化碳，如在图9中所示。此外，用作注射液体的组分有可能是几种浆料组分的混合物。还有可能的是，该浆料组分，这些浆料组分或它们的混合物具有它们的最初稠度，它们常常以该稠度被添加到混合罐中，或它/它们可以被稀释至网前箱稠度或其它可使用的稠度。以上所述的内容取决于纤维悬浮液应该最初稀释到的稠度，除非在化学品的混合之后稠度的另一次调节是所希望的。换句话说，如果该注射液体是未稀释的稠厚浆料组分，它的稠度是在3-5％范围内的某值，则稠厚造纸浆料应该在混合罐中过度稀释，这样最终纤维悬浮液的稠度应该是所希望的网前箱稠度。如果，另一方面，用作注射液体的组分单独稀释至网前箱稠度，例如，利用来自造纸机的白水，没有必要关注在最终化学品混合之后的浆料稠度。自然地，清楚地看出，当考察稠度时，从石灰乳中进入到造纸浆料的水也需要考虑到。

作为其它注射液体备选物，也可使用各种过滤级分，例如，蒸馏水过滤器填料级分，纤维回收过滤器细粒级分，蒸馏水或一些其它滤液或其它可使用的液体。因此，从短循环中获得的各种二次流，回流或溢流也可用作进给液体。以上关于注射液体的稠度的影响所提到的情况同样适用于这些备选方案。换句话说，相对于网前箱稠度而言该注射液体的稠度以及在造纸浆料中携带石灰乳的液体两者都应该考虑，因为该液体本身对于造纸浆料的最终稠度有影响。同样在图9中所示的实施方案中，描述在专利US-B1-6,659,636和US-B1-7,234,857中的Wetend Technologies Oy的混合方法和设备是优选使用的，其中从化学品和注射液体的混合到该混合物进给到造纸浆料中的延时是大约0...0.5秒。然而应该指出的是，该注射液体所含有的各种添加剂或类似物的量越大，即注射液体的纯度越低，则杂质不利地与石灰乳或二氧化碳反应的风险越大。

图10显示了在根据本发明的第六个优选实施方案的造纸机的短循环中生产PCC的方法。根据该图，从不同纤维组分形成的稠厚浆料通过从造纸机获得的滤液稀释到合适的稠度，然后二氧化碳和石灰乳被注入到造纸浆料中，这实际上已经与图8关联地示出。在根据该图的实施方案中，在PCC沉淀之后，一种或多种纤维组分或它们的混合物可以注入在该纤维悬浮液中。在根据该图中所示的实施方案的注射中，从流向造纸机网前箱的纤维悬浮液中获得的二次流用作注射液体，虽然任何液体或悬浮液都可以使用。此外，添加剂例如淀粉、粘合剂等等也可按照在图10中所示的方式由同样的混合器注入所形成的造纸浆料中。与添加剂的进给相关联，也值得指出的是，注射液体的使用不一定是它们的进料所需要的。

图11显示了在根据本发明的第七个优选实施方案的造纸机的短循环中生产PCC的方法。根据该图，从各种纤维组分形成的稠厚浆料通过从造纸机获得的滤液被稀释至合适的稠度，在此之前，首先二氧化碳和然后石灰乳与用于稀释和从造纸机获得的滤液进行混合。也应该指出的是，为了将二氧化碳溶解在滤液中，滤液的量、温度和压力应该优选保持与所要溶解的二氧化碳的所需量成正比。

图12显示了在根据本发明的第八个优选实施方案的造纸机的短循环中生产PCC的方法。根据该图，从各种纤维组分形成的稠厚浆料通过从造纸机获得的滤液被稀释至合适的稠度，在此之前，首先二氧化碳和然后石灰乳与用于稀释和从造纸机获得的滤液进行混合。与图11的实施方案所示的方法之间的差异是，在本实施方案中的纤维组分各自作为它们自身的级分被添加到该液体流中，在该液体流中已混入了二氧化碳和石灰乳。至于PCC的沉淀，在该图中的方法准确地说按照与在图11中的方法相同的方式来操作。而且，在本实施方案中，为了将二氧化碳溶解在滤液中，滤液的量、温度和压力应该优选保持与所要溶解的二氧化碳的所需量成正比。

图13显示了在根据本发明的第九个优选实施方案的造纸机的短循环中生产PCC的方法。根据该图，用于制备造纸浆料的各种纤维或添加剂组分作为它们本身的物料流与从造纸机获得的滤液进行混合。该图显示了示例性的情形，其中一种浆料或添加剂组分首先被添加到从造纸机获得的滤液中，随后是第二种浆料或添加剂组分与二氧化碳一起的添加，之后第三种浆料或添加剂组分与石灰乳的添加和最终第四种浆料或添加剂单独的添加。当然，很明显的是，如果有少于四种的浆料或添加剂组分，则以上所示的一些组分可以省去，并且如果有多于四种的浆料或添加剂组分，则同样需要更多的进料点。实际上，两种或多种浆料或添加剂组分也可同时添加，这也是在这一实施方案的范围内。一种优选的备选方案显示了技术方案，其中石灰乳或二氧化碳或两者首先与浆料组分混合。因此，该化学品应该精确按剂量添加到该浆料组分中，同时协助PCC沉淀在外表面上(所谓的表面荷载)和在纤维内腔中(所谓的内腔荷载)。同时，可以假定当实际的PCC沉淀发生时，PCC在很大程度上沉积在所涉及的浆料组分的表面上。此外，有可能将从造纸机获得的滤液或类似的稀释纤维悬浮液在某些进料点用作注射液体，据此，除注射所需的化学品、添加剂、浆料组分等之外，所形成的造纸浆料稠度可以被调节。换句话说，例如有可能将从造纸机获得的滤液或网下水(wire water)用作二氧化碳注射液体。至于石灰乳，它可注入到造纸纤维组分中，如果确保纤维组分不含有机械原始纸浆或确保石灰乳以少量注入而使纤维组分和石灰乳的混合物的pH不能变得太高的话。当石灰乳与优选是、但不一定是机械磨浆(mechanically ground pulp)的纤维组分同时进给时，所形成的钙离子应该与纤维组分混合，这样在纤维的表面上相当多地发生碳酸化反应。因此，该碳酸盐晶体均匀地分布在纤维表面上并且主要附着于纤维表面上而不是彼此附着。优选，浆料或添加剂组分和/或二氧化碳和石灰乳的添加是通过注射，尤其优选通过使用描述在Wetend Technologies Oy的专利US-B1-6,659,636和US-B1-7,234,857中的混合设备来进行。

图14显示了在根据本发明的第十个优选实施方案的造纸机的短循环中生产PCC的方法。在该图的实施方案中，二次流是从引导至造纸机的造纸浆料流(在其中已混合了不同纤维组分)获得的，然后在其中首先注射二氧化碳和之后注射石灰乳。此外，当进给这些组分时，理想的是将Wetend Oy的进给设备用作进给设备。

以上描述的示例性实施方案-其中二氧化碳和石灰乳被供应到比大部分的前述实施方案更少的液体体积中，其中化学品注入到流动至造纸机的整个浆料流中-给出了略微更详细解释该实施方案的理由。因为液体(在其中尤其注入了二氧化碳)的量是较少的并且尤其是，如果被进给的二氧化碳量是较大的，则应该记住，在大气条件或接近大气条件下仅仅一定量的二氧化碳能够溶解。因此，如果将较大量的二氧化碳溶解到在图14中所述的实施方案的二次流中是所希望的，则注射应该在比短循环中的压力更高的压力下进行。换句话说，与溶解的二氧化碳的量成正比的压力存在于该二次流中。如果二氧化碳注入到稠厚浆料组分，短纤绒，滤液或添加剂流中是所希望的，则同样的压力要求也适用。二次流的加压要求，例如，在二级管线34中布置止回阀30和泵32，如图14中所示。二次流的加压可以在完成之后，使得二次流的压力是足够高的，以直接确保足够大量的二氧化碳溶于该物料流中。另一个备选方案被认为是，当二氧化碳与石灰乳反应时，该液体的溶解能力被释放，这样作为气泡存在的二氧化碳继续溶于该液体中。换句话说，在实践中二次流的压力没有必要提高到与在第一个备选方案中同样高。

在图15中所示的本发明的第十一个优选实施方案中，PCC沉淀在造纸纤维组分中，之后该组分与其它造纸浆料组分混合。在该图的实施方案中，二氧化碳首先被注入到该上述组分中，这是在没有注射液体的情况下或通过将例如从造纸机获得的滤液、相同的纤维组分(其中已进行混合)、或一些其它纤维组分或可采用的浆料组分、或其它液体流用作注射液体所实现的，然后石灰乳通过将从纤维组分本身获得的二次流用作注射液体而被注入到该纤维组分中。对于本实施方案，同样适用：为了将二氧化碳溶解在该纤维组分中，纤维组分的量、温度和压力应该优选保持与所要溶解的二氧化碳的所需量成正比。换句话说，在图14中所示的加压是也在本实施方案中有效的备选方案。

图16显示了根据本发明的第十二个优选实施方案的将二氧化碳或石灰乳添加到造纸浆料中的方法。在该图的实施方案中，化学品(在该图中，二氧化碳)经由固定在稠厚浆料的流管的壁上的一个或多个注射喷嘴被注入到稠厚浆料中，之后稠厚浆料被稀释到造纸机网前箱的稠度。在这一实施方案中，化学品被输入与该纤维非常紧密接触，因此获得了非常有效的PCC表面荷载。同样在本实施方案中没有使造纸浆料变黑的危险，因为二氧化碳的溶解降低pH，使得预期用于后续混合的石灰乳不在能够提到pH到引起浆料变黑的风险的程度。

图17显示了将二氧化碳或石灰乳添加到造纸浆料中的根据本发明第十三个优选实施方案的方法。在该图的实施方案中，化学品(在该图中，石灰乳)经由固定在稠厚浆料的流管的壁上的一个或多个注射喷嘴被注入到稠厚浆料中，之后稠厚浆料被稀释到造纸机网前箱的稠度。也在这一实施方案中，与石灰乳进给到造纸浆料中有关的物理定律必须考虑。换句话说，石灰乳不应该以如此大的量注入以致于使得在造纸浆料中存在的机械纸浆或含有该机械纸浆的回用纸浆开始变黑。自然地，如果造纸浆料不含有倾向变黑的纸浆，则这些限制是不相关的。防止造纸浆料变黑的另一个选择是在石灰乳之后迅速进给二氧化碳，这样造纸浆料没有时间变黑。

除描述在以上实施方案中的液体流之外，一种或两种PCC原材料组分可以进给到例如各种二次流中，如进给到涡旋清洗装置的后续步骤的进料中，进给到良浆或废料中，进给到气体分离罐或除气器(deculator)的溢流中，进给到造纸机网前箱再循环流中，进给到网前箱稀释水中，进给到造纸机筛网的下游阶段的进料或良浆中，等等。

在以上那些附图中用示意图描绘和讨论的注射设备优选是由Wetend Technologies Oy以商标名称销售的设备，和由例如US专利6,659,636和7,234,857保护的设备，其中一种备选设计方案用示意图描绘在图18中。该设备的操作的特性是，它们将需要混合的试剂、化学品或材料基本上在相对于该主流的横向上注入到主流中和注入到该主流的主要部分中，因此，该试剂、化学品或材料到该主流的均匀混入比任何其它已知的设备更快速地发生。取决于输送该主流的流管的尺寸和该流管的横截面形状，在该流管的圆周上每隔一定间隔设置一个以上(例如四个)的注射设备。该注射设备的另一个重要特性是，通过使用经由配件42输入的注射液体进行该试剂、从配件40中出来的该化学品或该材料，使得该注射液体携带所要混合到在管44中流动的该主流中的该试剂。例如，未处理水、各种滤液或各种稠度的纤维悬浮液可以用作该注射液体。换句话说，以上在这些附图的实施方案中讨论的用于进给石灰乳和二氧化碳的混合器优选将造纸机白水、纤维回收滤液、来自混合罐和流向造纸机的造纸浆料或甚至一些造纸用的含纤维的级分或纤维组分(它们被稀释至网前箱稠度或作为稠厚级分)用作注射液体。此外，各种分级器、涡旋清洗机、气体分离设备和网前箱的进料、良浆、废料、溢流和旁通流也可采用。

我们的试验表明，最理想的工艺方案是此设备配置(device setup)，其中，经由包括设置在流管的圆周上的一个或多个注射进给设备的第一种注射进给设备单元，气态二氧化碳利用注射液体或进给液体在高的流速下且基本上在相对该工艺液体的流动方向的横向上被注入到在流管中流动的工艺液体中。在它之后是第二种注射设备的布置，该注射设备包括十分类似地布置在该流管的圆周上的一个或多个注射设备，其中石灰乳按类似的方式在高的流速下、基本上在相对于该工艺液体的流动方向的横向上被注入到该工艺液体中。为了优化该工艺，这些注射设备彼此尽可能接近地间隔设置，以使得在实际中在二氧化碳仍然溶于该工艺液体中的同时石灰乳被进给到工艺液体中。该程序确保二氧化碳迅速地溶解，因为实际上在这种情况下没有任何部分的该工艺液体被二氧化碳饱和。因为注射设备的混合是足够有效的，整个二氧化碳和石灰乳转化可以在低于15秒，优选低于10秒，更优选低于6秒，和最优选低于3秒的时间中进行，该时间从石灰乳开始注入到该工艺液体中的时刻计算。该快速反应得到与现有技术相比的几个优点。现在，该转化是快速的和基本上完全的，该PCC晶体是均质的，它们的粒度分布是均匀的，和沉淀过程无法起始。

图19a-19d显示了使用根据图18的设备，与时间相关所获得的混合曲线。该试验设备由流管组成(在造纸机网前箱中流管的直径是800mm)，在流管的圆周上，注射设备根据图18按照有规则(90度)的间隔来设置。在试验中，着色剂是以相对于在该管中流动的液体的流动速率而言的一定流动速率，从注射设备中注入到在该管中流动的液体中。图19a显示了在与化学品的注入位点相距1米的距离(对应于约0.25秒)处的混合状态。能够看出，化学品早已覆盖了该管的横截面的一半左右，虽然该化学品没有足够均匀地分布在该管的横截面上。图19b显示了在进给该化学品之后的1秒的混合分布图。能够看出，化学品已几乎分布在该管的整个横截面上，和混合物的均匀性仍然有改进的余地。图19c显示了在进给该化学品之后的2秒的混合分布图。该化学品被如此充分地混合，以使得后面的工艺步骤或设备能够已布置在这一点上。图19d显示了在进给该化学品之后的3秒的混合分布图。该混合水平进一步改进，例如，在峰之间溶液或悬浮液浓度的变化是低于10％，和标准偏差是低于5％。

图20显示了现有技术的进给设备的操作，其中化学品、填料或类似物在较低的压差下流入到该流管中。从图20中的描述符(descriptor)(在进料点开始的稍向下倾斜的直线)和时间线能够看出，在进给该添加剂后的1秒左右，它(添加剂)仅仅扩展到该流管的流动横截面积的非常小的部分，并且在进给该添加剂后的大约2秒，它在该物料流的自然紊流的影响下扩展到该流管的横截面积的约五分之一。时间线的下方正方形描绘了在时间线的右侧末端(从进给起始的6...20秒)该添加剂的混合程度。该正方形将需要混合的添加剂(较浅色的区域)显示为在该主流内的仍然相对均匀的区域。根据测量，所谓的峰间变化大于50％。基于实际的经验，如果从进料点到造纸机网前箱的运行表示了约6...20秒，或按米计，约20-100米的流程，则能够使用现有技术的进给设备。

图21显示当使用进给设备时所得到的混合物的类似图示。在该图的情形中，5个进给设备在沿圆周方向上以等间隔设置在进料管的圆周上，然后着色剂是以相对于在流管中流动的液体的流动速率而言的给定流动速率被输入到流管中。在该图的时间线之下该流管的横截面显示了在已进给该添加剂之后约1秒时间，它如何扩展到该流管的横截面积的大部分(约90％)。在进给该添加剂之后两秒钟，它实际上在该物料流中均匀扩展并且在三秒间隔之后该化学品对于大部分的应用来说已足够均匀地混合。在时间线下方的正方形显示了在进给添加剂之后三秒钟的瞬间该添加剂的混合程度。根据这些测量的峰间变化是低于10％范围，并且在已进料后的两秒钟，低于15％。因此，在常规的应用中，考虑到在网前箱管路中也在一定程度上发生混合作用，进给设备与网前箱之间的距离仅仅需要是5-15米。在本发明中确实是如此，其中均匀混合仅仅是碳酸化反应的快速和理想进展的先决条件，该时间需要专供在混合之后的合适反应之用，因为该反应不必在网前箱管路中继续进行。

以上已提到，在PCC的生产中，这些注射进给设备能够以相对接近的距离在该流管的壁上间隔。与以上图19和21相关联所示的事实可允许该注射进给设备在最佳的情况下设置在管的同一圆周上。换句话说，二氧化碳和石灰乳的注射喷嘴例如交替地设置在流管的同一圆周上。在该设计中，如果例如石灰乳预先非常精细地分散于和/或二氧化碳预先溶于注射液体中，则是一个明显优点。因此，很显然，这些注射进给设备可以一起很接近地相继在该流管的壁上间隔设置。图21教导，例如，石灰乳注射进给设备可以位于与前一个二氧化碳进给设备相隔大约1-3秒的距离处。然而应该考虑到，不可能在全部可以想象的情形下将注射进给设备以如此紧密的间隔进行布置，而且在最坏情况下，15秒或更短时间将是足够的，这是利用在该流管中流动的的造纸浆料的流动速率来计算的。

该注射进给设备和在其之后的反应区可以视作构成在PCC的生产中使用的管式反应器，并且它的尺寸下面进行讨论。正如以上早已提到的，在第一个和第二个注射进给设备之间的间隔(秒)是低于15秒，和优选低于3秒。类似地，前面已提到，从后一种化学品的进给直到它基本上完全转化成PCC为止的反应区的长度(同样地由造纸浆料的流动速率测量)是低于15秒，优选低于10秒，更优选低于6秒，和最优选低于3秒。换句话说，管式反应器的长度是低于30秒，优选低于18秒，和更优选低于9秒。该长度主要取决于化学品进给顺序(石灰乳的质量转移比二氧化碳的质量转移更缓慢)、化学品的气泡和粒度、和化学品注射速率。

以上公开的实施方案仅仅描述了PCC沉淀到造纸浆料中。然而，因为许多其它添加剂或化学品也需要用于造纸中，下面将评述与PCC沉淀相比较的几个此类优选的进料点。根据本发明的优选实施方案，在造纸机的湿端中需要的全部或至少基本上全部的化学品在PCC的沉淀之后按剂量输入。主要地助留剂如聚合物，膨润土，和硅酸盐，各种胶水，特殊颜料，荧光增白剂和消泡剂在这里都是相关的。另一方面，在一些情况下，还有理由在PCC的沉淀之前进给一部分的化学品。

从以上所示的许多实施方案能够理解，该注射可通过使用为该物料流所用的特定进料或注射液体，将需要与该物料流混合的液体或气体喷雾来进行。此外，容易理解的是，在实践中该注射液体或进给液体可以是从清洁水、在纤维网生产或与该生产相关的方法中形成的各种透明或混浊滤液开始，直至含有各种纤维组分的纤维悬浮液或它们的结合物为止的任何液体。另外，作为进给液体有可能使用从各种分级设备或涡旋清洗器获得的可用物料流。作为最优选的注射液体，使用造纸浆料。

在这一阶段，也值得指出的是，本发明的目的-即碳酸钙晶体的均匀粒度分布，尺寸过大的PCC晶体、PCC聚结物和PCC沉淀物的形成的防止，以及二氧化碳和石灰乳碳酸化反应的控制-除了通过以如上所述的横向注射为基础的技术之外，还可通过几种其它技术方案来实现。一种备选方案是将所使用的化学品在流管的方向上(即，与该物料流平行或直接与该物料流相反)注入，凭此在一些方式中，例如通过在注射设备之后设置足够量的静态或动态(例如，旋转或可旋转的)混合元件，获得本发明所需要的足够快速的混合。第二种备选方案是将化学品以普通方式进给到例如旋转式机械混合器或泵的有效范围中，使得对于要均匀地混合在整个体积中的化学品该混合效率是足够的。以上公开的备选方案可以用于需要进给的任何一种或两种化学品(二氧化碳和石灰乳)。

化学品的特性或来源仍然根本还没有讨论。然而，应该指出的是，本发明可以使用纯二氧化碳或从CO₂回收设备的烟道气分离或获得的二氧化碳或其它类似的来源。同样地，石灰乳可以就地从生石灰生产或可能从邻近纸浆厂的化学品回收装置得到。试验已显示了在工艺温度(网前箱温度或石灰乳的温度，例如在消化之后或当从回收设备获得时)，典型地40-80℃下使用石灰乳的益处。温热石灰乳可有效地防止例如沉淀物形成和微生物生长。另外，与将较多能量用于冷却的现有技术的方法相比，本发明的在线PCC生产比该现有技术的方法明显更加能量有效。

与以上所述的PCC生产的各种实施方案相关联，例如可以使用下列控制系统。填料的量可以认为是一个标准。换句话说，当一定量的填料形成是所希望的时，二氧化碳或石灰乳的剂量添加是在数值上确定的，使得获得所需PCC量。其后，第二种化学品进料是与第二种在数字上确定的剂量成比例地设置。当PCC的量是较小时，即当不试图以超过所能溶于可用液体中的用量来按剂量进给二氧化碳时，这一相对简单的控制系统是可使用的。

如果希望形成最高量的PCC，则该连续PCC生产控制系统将基于以下事实：为加入到该工艺中的二氧化碳的量的上限设定数值，在该数值二氧化碳完全地溶解在该液体中。然而，还有可能想象，特别在其中二氧化碳和石灰乳基本上同时注入、因此让它们立即反应的情形中：二氧化碳与石灰乳的反应释放二氧化碳的溶解能力，潜在性地允许例如在约10-20％范围的二氧化碳过量。当然，必须考虑二氧化碳的溶解度取决于压力和温度以及该液体的pH值。然而，因为在实际情况中，我们在相对小的pH范围内操作，pH的影响不包括在该控制系统中。从石灰乳和二氧化碳的化学计量比减去5％之后的值被设定为根据碳酸钙生产配方的氢氧化钙(Ca(OH)₂)用量的上限，即Ca(OH)₂的量是mCa(OH)₂/mCO₂-5％＝56/44-5％＝1.2×CO₂的量。该5％的减少应归于总是确保稍过量的二氧化碳的愿望。当因此已经设定该源材料的这些允许的上限时，PCC量的设定值可以输入该控制系统中，基于此数值该控制系统同时控制石灰乳和二氧化碳进给量。在计算中，在Ca(OH)₂和CO₂之间的比率是彼此关联的级联(cascade)。这意味着，如果一种或多种进给量相对于为上述控制系统设定的上限值而言显得太大，则控制电路阻止过量PCC设定值的输入。因此，该控制系统可以运行程序来请求新的PCC设定值或计算允许的最高PCC设定值。

该控制系统此外包括：PCC生产方法同时配备有在PCC生产之前的石灰乳的pH和导电性的测量以及所得PCC的pH和导电性的测量。在PCC生产之后的流量计设置极限值来规定：在正常情况下，PCC生产应该在根据应用所确定的一定pH和导电性范围中进行。如果在以某种方式超过该限制值，则控制系统将通过调节CO₂量来走向平衡状态。如果超过了在该极限值之外的报警值，则发出警报，并且该PCC生产控转变成手控。在PCC沉淀之后，再测量该pH值。如果pH值相对于前一pH测量值向上移动0.5单位，则该产品被少量的碳酸或其它弱酸所酸化。

从以上叙述可以明显看出，本发明开发出了与现有技术方法明显不同的新方法。从以上描述的各种实施方案可以理解，这些实施方案决不认为限制本发明的范围，本发明的范围公开在所附的权利要求中。同样清楚地看出，本发明的各种实施方案可以在其它实施方案中实施，前提条件是这在技术上是可行的。