El despulpado es el proceso mediante el cual los enlaces dentro de la estructura de la madera se rompen mecánica o químicamente. Las pulpas químicas se pueden producir mediante procesos alcalinos (es decir, al sulfato o kraft) o ácidos (es decir, al sulfito). La mayor proporción de pulpa se produce por el método al sulfato, seguido de los métodos mecánicos (incluyendo semiquímicos, termomecánicos y mecánicos) y al sulfito (figura 1). Los procesos de despulpado difieren en el rendimiento y la calidad del producto y, en el caso de los métodos químicos, en los productos químicos utilizados y la proporción que se puede recuperar para su reutilización.

Figura 1. Capacidades mundiales de pulpa, por tipo de pulpa

Despulpado Mecánico

Las pulpas mecánicas se producen triturando madera contra una piedra o entre placas de metal, separando así la madera en fibras individuales. La acción de cizallamiento rompe las fibras de celulosa, de modo que la pulpa resultante es más débil que las pulpas separadas químicamente. La lignina que une la celulosa a la hemicelulosa no se disuelve; simplemente se ablanda, permitiendo que las fibras se extraigan de la matriz de madera. El rendimiento (proporción de madera original en pulpa) suele ser superior al 85%. Algunos métodos de fabricación de pulpa mecánica también utilizan productos químicos (es decir, las pulpas químico-mecánicas); sus rendimientos son menores ya que eliminan más materiales no celulósicos.

En la fabricación de pulpa de madera triturada (SGW), el método mecánico más antiguo e históricamente más común, las fibras se eliminan de los troncos cortos presionándolas contra un cilindro abrasivo giratorio. En la fabricación de pulpa mecánica con refinador (RMP, figura 2), que ganó popularidad después de que se hizo comercialmente viable en la década de 1960, las astillas de madera o el aserrín se alimentan a través del centro de un refinador de disco, donde se trituran en pedazos más finos a medida que se empujan hacia afuera. Barras y ranuras progresivamente más estrechas. (En la figura 2, las refinerías están encerradas en el medio de la imagen y sus grandes motores están a la izquierda. Las astillas se suministran a través de las tuberías de gran diámetro y la pulpa sale por las más pequeñas). Una modificación de RMP es la reducción a pulpa termomecánica (TMP ), en el que las astillas se cuecen al vapor antes y durante el refinado, normalmente bajo presión.

Figura 2. Pulpa mecánica del refinador

Biblioteca Canfor

Uno de los primeros métodos para producir pulpas químico-mecánicas consistía en precocer al vapor los troncos antes de hervirlos en licores de pulpa química y luego triturarlos en molinos de piedra para producir pulpas de "madera químicamente molida". La fabricación de pulpa químico-mecánica moderna utiliza refinadores de disco con tratamiento químico (p. ej., bisulfito de sodio, hidróxido de sodio) ya sea antes, durante o después del refinado. Las pulpas producidas de esta manera se denominan pulpas quimiomecánicas (CMP) o pulpas quimiotermomecánicas (CTMP), dependiendo de si el refinado se llevó a cabo a presión atmosférica o elevada. Varias organizaciones han desarrollado y patentado variaciones especializadas de CTMP.

Pulpa química y recuperación

Las pulpas químicas se producen disolviendo químicamente la lignina entre las fibras de madera, lo que permite que las fibras se separen relativamente sin sufrir daños. Debido a que la mayoría de los componentes no fibrosos de la madera se eliminan en estos procesos, los rendimientos suelen ser del orden del 40 al 55%.

En la fabricación de pulpa química, las virutas y los productos químicos en solución acuosa se cocinan juntos en un recipiente a presión (digestor, figura 3) que puede funcionar por lotes o de forma continua. En la cocción por lotes, el digestor se llena con chips a través de una abertura superior, se agregan los productos químicos de digestión y el contenido se cuece a temperatura y presión elevadas. Una vez que se completa la cocción, se libera la presión, "soplando" la pulpa deslignificada fuera del digestor y dentro de un tanque de retención. Luego se repite la secuencia. En la digestión continua, las virutas precocidas al vapor se introducen en el digestor a un ritmo continuo. Las virutas y los productos químicos se mezclan en la zona de impregnación en la parte superior del digestor y luego pasan por la zona de cocción superior, la zona de cocción inferior y la zona de lavado antes de ser soplados al tanque de soplado.

Figura 3. Digestor kraft continuo, con transportador de virutas en construcción

Biblioteca Canfor

Los productos químicos de digestión se recuperan en la mayoría de las operaciones de fabricación de pulpa química en la actualidad. Los objetivos principales son recuperar y reconstituir los productos químicos de digestión del licor de cocción gastado y recuperar la energía térmica quemando el material orgánico disuelto de la madera. El vapor y la electricidad resultantes satisfacen algunas, si no todas, las necesidades energéticas de la planta.

Pulpa y recuperación de sulfato

El proceso de sulfato produce una pulpa más fuerte y oscura que otros métodos y requiere recuperación química para competir económicamente. El método evolucionó a partir de la fabricación de pulpa de soda (que usa solo hidróxido de sodio para la digestión) y comenzó a ganar prominencia en la industria entre las décadas de 1930 y 1950 con el desarrollo de procesos de blanqueo con dióxido de cloro y recuperación química, que también producían vapor y energía para la planta. El desarrollo de metales resistentes a la corrosión, como el acero inoxidable, para manejar los entornos ácidos y alcalinos de las plantas de celulosa también desempeñó un papel.

La mezcla de cocción (licor blanco) es hidróxido de sodio (NaOH, “cáustico”) y sulfuro de sodio (Na₂S). La fabricación de pulpa kraft moderna generalmente se lleva a cabo en digestores continuos, a menudo revestidos con acero inoxidable (figura 3). La temperatura del digestor se eleva lentamente hasta aproximadamente 170°C y se mantiene a ese nivel durante aproximadamente 3 a 4 horas. La pulpa (llamada materia prima marrón debido a su color) se tamiza para eliminar la madera sin cocer, se lava para eliminar la mezcla de cocción gastada (ahora licor negro) y se envía a la planta de blanqueo o a la sala de máquinas de pulpa. La madera sin cocer se devuelve al digestor o se envía a la caldera de energía para quemarse.

El licor negro recolectado del digestor y de las lavadoras de material marrón contiene material orgánico disuelto cuya composición química exacta depende de la especie de madera despulpada y de las condiciones de cocción. El licor se concentra en evaporadores hasta que contiene menos del 40% de agua, luego se rocía en la caldera de recuperación. La parte orgánica se consume como combustible generando calor que se recupera en la parte superior del horno como vapor a alta temperatura. El componente inorgánico no quemado se acumula en el fondo de la caldera como un fundido fundido. El fundido sale del horno y se disuelve en una solución cáustica débil, lo que produce un "licor verde" que contiene principalmente Na disuelto.₂S y carbonato de sodio (Na₂CO₃). Este licor se bombea a una planta de recaustificación, donde se clarifica y luego se hace reaccionar con cal apagada.
(Ca(OH))₂), formando NaOH y carbonato de calcio (CaCO₃). El licor blanco se filtra y almacena para su uso posterior. CaCO₃ se envía a un horno de cal, donde se calienta para regenerar cal (CaO).

Pulpa de sulfito y recuperación

La fabricación de pasta al sulfito dominó la industria desde finales de 1800 hasta mediados de 1900, pero el método utilizado durante esta era estaba limitado por los tipos de madera que se podían convertir en pasta y la contaminación creada por la descarga de licor de cocción residual sin tratar en las vías fluviales. Los métodos más nuevos han superado muchos de estos problemas, pero la fabricación de pasta al sulfito es ahora un pequeño segmento del mercado de la pasta. Aunque la fabricación de pulpa al sulfito generalmente usa digestión ácida, existen variaciones tanto neutras como básicas.

El licor de cocción de ácido sulfuroso (H₂SO₃) y el ion bisulfito (HSO₃^–) se prepara en el sitio. El azufre elemental se quema para producir dióxido de azufre (SO₂), que pasa a través de una torre de absorción que contiene agua y una de cuatro bases alcalinas (CaCO₃, la base de sulfito original, Na₂CO₃, hidróxido de magnesio (Mg(OH)₂) o hidróxido de amonio (NH₄OH)) que producen el ácido y el ion y controlan sus proporciones. La pulpa al sulfito generalmente se lleva a cabo en digestores por lotes revestidos de ladrillos. Para evitar reacciones no deseadas, el digestor se calienta lentamente a una temperatura máxima de 130 a 140 °C y las astillas se cocinan durante mucho tiempo (6 a 8 horas). A medida que aumenta la presión del digestor, el dióxido de azufre gaseoso (SO₂) se purga y se vuelve a mezclar con el ácido crudo de cocción. Cuando quedan aproximadamente de 1 a 1.5 horas de tiempo de cocción, se interrumpe el calentamiento y se reduce la presión purgando el gas y el vapor. La pulpa se sopla en un tanque de retención, luego se lava y se tamiza.

La mezcla de digestión gastada, llamada licor rojo, se puede utilizar para la recuperación de calor y productos químicos para todas las operaciones excepto las de base de bisulfito de calcio. Para la fabricación de pulpa al sulfito a base de amoníaco, el licor rojo diluido se destila primero para eliminar el SO residual.₂, luego concentrado y quemado. El gas de combustión que contiene SO₂ se enfría y pasa a través de una torre de absorción donde se combina el amoníaco fresco para regenerar el licor de cocción. Finalmente, el licor se filtra, se enriquece con SO fresco₂ y almacenado. El amoníaco no se puede recuperar porque se convierte en nitrógeno y agua en la caldera de recuperación.

En la fabricación de pasta al sulfito a base de magnesio, al quemar el licor concentrado de fabricación de pasta se obtiene óxido de magnesio (MgO) y SO₂, que se recuperan fácilmente. No se produce olor en este proceso; más bien, el MgO se recolecta del gas de combustión y se apaga con agua para producir hidróxido de magnesio (Mg(OH)₂). ASI QUE₂ se enfría y se combina con el Mg(OH)₂ en una torre de absorción para reconstituir el licor de cocción. El bisulfito de magnesio (Mg(HSO₃)₂) luego se fortifica con SO fresco₂ y almacenado. Es posible la recuperación del 80 al 90% de los productos químicos de cocción.

La recuperación del licor de cocción al sulfito a base de sodio es más complicada. El licor agotado concentrado se incinera y aproximadamente el 50 % del azufre se convierte en SO₂. El resto del sodio y el azufre se recoge en el fondo de la caldera de recuperación como un fundido de Na₂S y Na₂CO₃. El fundido se disuelve para producir licor verde, que se convierte en bisulfito de sodio (NaHSO₃) en varios pasos. El NaHSO₃ es fortificado y almacenado. El proceso de regeneración produce gases de azufre reducido, en particular sulfuro de hidrógeno (H₂S).

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