Lo sbiancamento è un processo in più fasi che raffina e illumina la polpa grezza. L'obiettivo è dissolvere (paste chimiche) o modificare (paste meccaniche) la lignina di colore bruno che non è stata rimossa durante la spappolatura, mantenendo l'integrità delle fibre della pasta. Un mulino produce pasta personalizzata variando l'ordine, la concentrazione e il tempo di reazione degli agenti sbiancanti.
Ogni fase di sbianca è definita dal suo agente sbiancante, pH (acidità), temperatura e durata (tabella 1). Dopo ogni fase di sbiancamento, la polpa può essere lavata con caustico per rimuovere i prodotti chimici di sbiancamento esauriti e la lignina disciolta prima che passi alla fase successiva. Dopo l'ultima fase, la polpa viene pompata attraverso una serie di filtri e detergenti per rimuovere eventuali contaminanti come sporco o plastica. Viene quindi concentrato e convogliato allo stoccaggio.
Tabella 1. Agenti sbiancanti e loro condizioni d'uso
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Simbolo |
Concentrazione |
pH |
Consistenza* |
Temperatura |
Tempo (ore) |
|
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Cloro (cl2) |
C |
2.5-8 |
2 |
3 |
20-60 |
0.5-1.5 |
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Idrossido di sodio (NaOH) |
E |
1.5-4.2 |
11 |
10-12 |
<80 |
1-2 |
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Biossido di cloro (ClO2) |
D |
~1 |
0-6 |
10-12 |
60-75 |
2-5 |
|
Ipoclorito di sodio (NaOCl) |
H |
1-2 |
9-11 |
10-12 |
30-50 |
0.5-3 |
|
Ossigeno (O2) |
O |
1.2-1.9 |
7-8 |
25-33 |
90-130 |
0.3-1 |
|
Il perossido di idrogeno (H.2O2) |
P |
0.25 |
10 |
12 |
35-80 |
4 |
|
Ozono (O3) |
Z |
0.5-3.5 |
2-3 |
35-55 |
20-40 |
<0.1 |
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lavaggio acido (SO2) |
A |
4-6 |
1.8-5 |
1.5 |
30-50 |
0.25 |
|
Ditionito di sodio (NaS2O4) |
Y |
1-2 |
5.5-8 |
4-8 |
60-65 |
1-2 |
* Concentrazione di fibra in soluzione acquosa.
Storicamente, la sequenza di sbiancamento più comune utilizzata per produrre pasta kraft sbiancata di qualità commerciale si basa sul processo CEDED in cinque fasi (vedere la tabella 1 per la definizione dei simboli). Le prime due fasi di sbiancamento completano il processo di delignificazione e sono considerate estensioni del macero. A causa delle preoccupazioni ambientali relative ai composti organici clorurati negli effluenti della cartiera, molte cartiere sostituiscono il biossido di cloro (ClO2) per una parte del cloro (Cl2) utilizzato nella prima fase di sbiancamento (CDEDED) e utilizzare ossigeno (O2) pretrattamento durante la prima estrazione caustica (CDEODED). La tendenza attuale in Europa e Nord America è verso la completa sostituzione con ClO2 (es. DEDED) o l'eliminazione di entrambi i Cl2 e ClO2. Dove ClO2 viene utilizzato, anidride solforosa (SO2) viene aggiunto durante la fase finale di lavaggio come “anticloro” per arrestare il ClO2 reazione e per controllare il pH. Sequenze di sbiancamento senza cloro recentemente sviluppate (ad es. OAZQP, OQPZP, dove Q = chelazione) utilizzano enzimi, O2, ozono (O3), perossido di idrogeno (H2O2), peracidi e agenti chelanti come l'acido etilendiamminotetracetico (EDTA). Lo sbiancamento totalmente privo di cloro era stato adottato in otto mulini in tutto il mondo nel 1993. Poiché questi metodi più recenti eliminano le fasi di sbiancamento acido, il lavaggio con acido è un'aggiunta necessaria alle fasi iniziali dello sbiancamento kraft per consentire la rimozione dei metalli legati alla cellulosa.
Le paste al solfito sono generalmente più facili da sbiancare rispetto alle paste kraft a causa del loro contenuto di lignina inferiore. Brevi sequenze di sbiancamento (ad es. CEH, DCEHD, P, HP, EPOP) possono essere utilizzate per la maggior parte dei tipi di carta. Per le paste al solfito di grado dissolvibile utilizzate nella produzione di rayon, cellophane e così via, vengono rimosse sia l'emicellulosa che la lignina, richiedendo sequenze di sbiancamento più complesse (ad esempio, C1C2ECHDA). Il lavaggio acido finale serve sia per il controllo dei metalli che per l'anticloro. Il carico di effluenti per le paste al solfito di grado dissolvibile è molto maggiore perché viene consumata una grande quantità di legno grezzo (resa tipica 50%) e viene utilizzata più acqua.
Il termine schiarimento è usato per descrivere lo sbiancamento di paste meccaniche e altre paste ad alto rendimento, perché vengono sbiancate distruggendo i gruppi cromofori senza dissolvere la lignina. Gli agenti schiarenti includono H2O2 e/o idrosolfito di sodio (NaS2O4). Storicamente, idrosolfito di zinco (ZnS2O4) era comunemente usato, ma è stato ampiamente eliminato a causa della sua tossicità negli effluenti. Gli agenti chelanti vengono aggiunti prima dello sbiancamento per neutralizzare eventuali ioni metallici, prevenendo così la formazione di sali colorati o la decomposizione di H2O2. L'efficacia dello sbiancamento meccanico della polpa dipende dalla specie di legno. I legni duri (ad es. pioppo e pioppo) e legni teneri (ad es. abete rosso e balsamo) a basso contenuto di lignina ed estrattivi possono essere sbiancati a un livello di luminosità più elevato rispetto al pino e al cedro più resinosi.