Le blanchiment est un processus en plusieurs étapes qui affine et éclaircit la pâte brute. L'objectif est de dissoudre (pâtes chimiques) ou de modifier (pâtes mécaniques) la lignine de couleur brune qui n'a pas été éliminée lors du dépulpage, tout en maintenant l'intégrité des fibres de la pâte. Une usine produit une pâte personnalisée en faisant varier l'ordre, la concentration et le temps de réaction des agents de blanchiment.
Chaque étape de blanchiment est définie par son agent de blanchiment, son pH (acidité), sa température et sa durée (tableau 1). Après chaque étape de blanchiment, la pâte peut être lavée avec une soude caustique pour éliminer les produits chimiques de blanchiment usés et la lignine dissoute avant de passer à l'étape suivante. Après la dernière étape, la pâte est pompée à travers une série de tamis et de nettoyeurs pour éliminer tout contaminant tel que la saleté ou le plastique. Il est ensuite concentré et acheminé vers le stockage.
Tableau 1. Agents de blanchiment et leurs conditions d'utilisation
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Symbole |
Concentration |
pH |
Cohérence* |
Température |
Temps (h) |
|
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Chlore (Cl2) |
C |
2.5-8 |
2 |
3 |
20-60 |
0.5-1.5 |
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Hydroxyde de sodium (NaOH) |
E |
1.5-4.2 |
11 |
10-12 |
1-2 |
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Dioxyde de chlore (ClO2) |
D |
~1 |
0-6 |
10-12 |
60-75 |
2-5 |
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Hypochlorite de sodium (NaOCl) |
H |
1-2 |
9-11 |
10-12 |
30-50 |
0.5-3 |
|
L'oxygène (O2) |
O |
1.2-1.9 |
7-8 |
25-33 |
90-130 |
0.3-1 |
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Peroxyde d'hydrogène (H2O2) |
P |
0.25 |
10 |
12 |
35-80 |
4 |
|
L'ozone (O3) |
Z |
0.5-3.5 |
2-3 |
35-55 |
20-40 |
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Lavage à l'acide (SO2) |
A |
4-6 |
1.8-5 |
1.5 |
30-50 |
0.25 |
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Dithionite de sodium (NaS2O4) |
Y |
1-2 |
5.5-8 |
4-8 |
60-65 |
1-2 |
* Concentration de fibres dans une solution aqueuse.
Historiquement, la séquence de blanchiment la plus couramment utilisée pour produire de la pâte kraft blanchie de qualité commerciale est basée sur le processus CEDED en cinq étapes (voir le tableau 1 pour la définition des symboles). Les deux premières étapes du blanchiment complètent le processus de délignification et sont considérées comme des extensions de la réduction en pâte. En raison des préoccupations environnementales concernant les composés organiques chlorés dans les effluents des usines de pâte à papier, de nombreuses usines remplacent le dioxyde de chlore (ClO2) pour une partie du chlore (Cl2) utilisé dans la première étape de blanchiment (CDEDED) et utiliser de l'oxygène (O2) prétraitement lors de la première extraction caustique (CDEODED). La tendance actuelle en Europe et en Amérique du Nord est à la substitution complète par ClO2 (par exemple, DEDED) ou élimination des deux Cl2 et ClO2. Où ClO2 est utilisé, le dioxyde de soufre (SO2) est ajouté lors de la dernière étape de lavage comme "antichlore" pour arrêter le ClO2 réaction et contrôler le pH. Les séquences de blanchiment sans chlore nouvellement développées (par exemple, OAZQP, OQPZP, où Q = chélation) utilisent des enzymes, O2, l'ozone (O3), peroxyde d'hydrogène (H2O2), des peracides et des agents chélatants tels que l'acide éthylène diamine tétracétique (EDTA). Le blanchiment totalement sans chlore avait été adopté dans huit usines dans le monde en 1993. Étant donné que ces nouvelles méthodes éliminent les étapes de blanchiment acide, le lavage à l'acide est un complément nécessaire aux étapes initiales du blanchiment kraft pour permettre l'élimination des métaux liés à la cellulose.
Les pâtes au bisulfite sont généralement plus faciles à blanchir que les pâtes kraft en raison de leur faible teneur en lignine. De courtes séquences de blanchiment (par exemple, CEH, DCEHD, P, HP, EPOP) peuvent être utilisées pour la plupart des qualités de papier. Pour les pâtes au bisulfite de qualité dissolvante utilisées dans la production de rayonne, de cellophane, etc., l'hémicellulose et la lignine sont éliminées, ce qui nécessite des séquences de blanchiment plus complexes (par exemple, C1C2ECHDA). Le lavage final à l'acide sert à la fois au contrôle des métaux et à des fins d'antichlore. La charge d'effluents pour les pâtes au bisulfite de qualité dissolvante est beaucoup plus grande parce qu'une grande partie du bois brut est consommée (rendement typique de 50 %) et que plus d'eau est utilisée.
Le terme éclaircissant est utilisé pour décrire le blanchiment des pâtes mécaniques et autres pâtes à haut rendement, car elles sont blanchies en détruisant les groupes chromophores sans dissoudre la lignine. Les agents éclaircissants comprennent H2O2 et/ou hydrosulfite de sodium (NaS2O4). Historiquement, l'hydrosulfite de zinc (ZnS2O4) était couramment utilisé, mais a été largement éliminé en raison de sa toxicité dans les effluents. Des agents chélatants sont ajoutés avant le blanchiment pour neutraliser les éventuels ions métalliques, empêchant ainsi la formation de sels colorés ou la décomposition de H2O2. L'efficacité du blanchiment mécanique de la pâte dépend de l'essence de bois. Les bois durs (par exemple, le peuplier et le peuplier) et les bois tendres (par exemple, l'épinette et le baumier) à faible teneur en lignine et en extraits peuvent être blanchis à un niveau de luminosité plus élevé que le pin et le cèdre plus résineux.