CONTENIDO
Del
árbol al papel: El papel consiste en un tejido o
entramado de fibras vegetales con alto contenido de celulosa, que han sido
refinadas y tratadas en agua antes de ser depositadas sobre un tamiz y secadas.
El papel y los productos relacionados con él se elaboran a partir de fibras de
celulosa presentes en las plantas. Estas fibras pueden provenir de diferentes
vegetales: algodón, madera, paja de cereales, caña de azúcar, etc. Pero
actualmente la mayor parte de la producción mundial del papel proviene de la
madera. A la vez, un tercio del total de madera procesada en el mundo se emplea
para la fabricación de pasta. La mayor proporción de pulpa se fabrica a partir
de pulpa de madera, aproximadamente un 89% de la producción total, por lo que
sólo un 11% se fabrica a partir de otras fibras.
La principal fuente de
fibra para la fabricación de pasta y de papel es la madera de coníferas y de
especies arbóreas de hoja caduca. Fuentes secundarias son la paja de trigo, el
centeno y el arroz; cañas, como el bagazo; los tallos leñosos del bambú, lino y
cáñamo, y fibras de semillas, hojas y cortezas, como las del algodón, el abacá
y el henequén o sisal. La mayor parte de la pasta se hace de fibra virgen, aunque
la producción de papel reciclado es cada vez mayor, habiendo pasado del 20 % en
1970 al 33 % en 1991. La producción a partir de la madera supuso un 88 % de la
producción mundial de pasta en 1994 (176 millones de toneladas. en consecuencia,
la descripción de los procesos de elaboración de la pasta y del papel del
siguiente artículo se centra en la producción basada en la madera. Los
principios básicos se aplican también a otras fibras.
La materia prima más utilizada en la fabricación del papel son
las pulpas de madera virgen, se describirá el proceso de fabricación de pulpa a
partir de fibras vegetales madereras.
La industria de la
pulpa y papel procesa fibras de árboles, papel de desperdicio y otros
materiales fibrosos en pulpa, papel y cartón que se convierte luego en una gran
variedad de productos finales, que van desde el cartón de grado de construcción
a papel de escritura fino. La industria incluye tanto un sector primario
(molinos de pulpa, molinos de papel y molinos de cartón) y el sector de
conversión.
La madera llega a la
fábrica de pasta en forma de troncos en bruto o como astillas de una planta de
cortado de tablones. En ocasiones, la propia fábrica dispone de serrerías que
producen tanto tablones comercializa-bles como materia para la fábrica de pulpa.
No obstante, la actividad de la serrería se estudia con detalle en el capítulo
Industria de la madera. Aquí se examinan aquellos elementos de la preparación
de la madera que son específicos de una fábrica de pasta de papel.
En la zona
de preparación de la madera se llevan a cabo varias tareas básicas: recepción y
cubicaje de la madera al ritmo requerido por la factoría; preparación de la
madera para que responda a las especificaciones de aprovisionamiento por
especies, limpieza y dimensiones de la fábrica; y recogida de todos los
materiales desechados en las operaciones anteriores y envío para su eliminación
final. La madera se transforma en astillas o troncos adecuados para la
transformación en pasta mediante una serie de pasos, entre los que figuran el descortezado,
el aserrado, el astillado y el tamizado. Los troncos se descortezan porque la
corteza contiene poca fibra, presenta un alto contenido de sustancias
extractivas, es oscura y con frecuencia acarrea grandes cantidades de tierra.
El descortezado se puede realizar hidráulicamente, mediante chorros de agua a
alta presión, o mecánicamente, rozando los troncos unos con otros o con
herramientas metálicas de corte. Las descortezadoras hidráulicas se pueden
utilizar en zonas costeras; sin embargo, las aguas residuales producidas no son
fáciles de tratar y contribuyen a la contaminación del agua.
Los troncos descortezados pueden serrarse en segmentos pequeños (1 a 6 metros) para la obtención de pasta mecánica a la piedra, o astillarse para los métodos de refinado mecánico o químico de obtención de pasta. Las astilladoras producen astillas de una amplia gama de tamaños, pero la preparación de la pasta requiere que éstas sean de dimensiones muy específicas para asegurar un flujo constante a través de los refinadores y un nivel de reacción uniforme en los digestores. En consecuencia, las astillas se hacen pasar por una serie de cribas cuya misión consiste en clasificarlas por longitud y grosor. Las astillas demasiado grandes se vuelven a pasar por la astilladora, y las menores se utilizan como residuos combustibles o se vuelven a introducir en el flujo de astillas.
Etapa 1. En
la elaboración de la pasta Para fabricar papel es necesario separar las fibras de
celulosa, fuertemente unidas por lignina (adhesivo resinoso que provee el apoyo
estructural al árbol), para luego poder producir la pasta o pulpa. Esta puede
producirse básicamente a través de métodos químicos o métodos mecánicos. Una
vez eliminada el agua, el tronco de un árbol está compuesto por alrededor de
sólo un 50% de celulosa. El resto consiste en un 30% de lignina y un 20% de
aceites y otras sustancias. Para que la celulosa contenida en el árbol pueda
ser transformada para la fabricación de papel, se requiere que la madera sea
molida (para hacer pulpa mecánica) o que sea transformada primero en astillas
("chips") y luego sometida a un cocimiento con productos químicos,
seguido de un refinado (para hacer pulpa química). En los métodos químicos, la
madera es cocida en una solución de compuestos químicos. Existen dos procesos
principales: el método alcalino y el método del sulfito; en general, ambos
involucran el empleo de compuestos químicos en base a azufre y es la emisión de
compuestos de azufre lo que les da a las papeleras el clásico olor a
"huevo podrido". Los productos químicos se combinan con la lignina,
la vuelven soluble y, por lo tanto, remueven la sustancia adhesiva que mantiene
unidas las fibras.
Los procesos de elaboración de la pasta
difieren en el rendimiento y la calidad del producto, y en los métodos
químicos, en los productos químicos utilizados y en la proporción que puede
recuperarse para re-utilización. en la fabricación de la pasta se realizan los siguientes métodos:
Método alcalino: Los
principales procesos son el del sulfato o kraft y el de la soda cáustica. En
ambos, se realiza una cocción de las astillas o chips de madera en hidróxido de
sodio, químico que se regenera, en el primer caso, usando sulfuro de sodio y,
en el segundo, usando carbonato de sodio o soda cáustica. El proceso kraft da
lugar a una pasta marrón y produce emisiones tóxicas al aire, tales como
dióxido de azufre, en cantidades que varían entre 1 y 3 kg por tonelada de
pasta. El dióxido de azufre es uno de los principales responsables de la lluvia
ácida y también del olor a huevo podrido. Las aguas residuales -licor
negroresultantes de la cocción de la madera son muy contaminantes y a menudo
son tratadas, depuradas y recicladas para recuperar el sulfuro de sodio y la
soda cáustica. En los efluentes líquidos se liberan restos de celulosa que se
depositan en los fondos acuáticos acabando con la vida existente en ellos- y
que son responsables de la alta Demanda Biológica de Oxígeno (DBO)1 -por parte
de los microorganismos que degradan las fibras- sofocando todo vestigio de vida
alrededor de los caños de descarga. Parte de estos problemas disminuyen si los
vertidos se someten a tratamientos biológicos. Las sales de aluminio empleadas
para purificar el agua procesada son altamente tóxicas para ciertos peces. También
puede haber contaminación adicional del aire si los residuos de la fabricación
de la pasta son incinerados.
Método del sulfito: Existen
varios procesos, pero todos generalmente involucran la cocción de las astillas
en compuestos de sulfito. Este proceso produce una pasta más clara, débil y
suave. Al igual que el proceso kraft, el del sulfito en general permite el
reciclaje de los químicos empleados, pero la eficiencia de recuperación del
ácido sulfúrico es menor que la de la soda cáustica. Se liberan alrededor de 5
kg de dióxido de azufre por tonelada de pasta producida.
Métodos mecánicos: Las pastas mecánicas se
producen triturando la madera contra una piedra o entre placas metálicas, para
que se separen las fibras. La acción de las máquinas rompe estas fibras de
celulosa, por lo que la pasta resultante es más débil que la separada químicamente.
La lignina que une la celulosa a la hemicelulosa no se disuelve, simplemente se
ablanda, permitiendo que las fibras se asienten fuera de la estructura de la
madera. El rendimiento (proporción de la madera inicial en la pasta) suele ser
superior al 85%. Algunos métodos mecánicos de formación de pasta utilizan
también productos químicos (por ejemplo, las pastas quimio mecánicas); sus
rendimientos son más bajos porque eliminan más cantidad de materiales no
celulósicos.
Las fibras celulósicas
se desgarran usando procedimientos mecánicos. El método de fabricación de la
pasta es más eficiente que los anteriores en cuanto a la cantidad de pasta
producida por unidad de madera empleada. La calidad de la pasta es menor y se
usa principalmente para imprimir diarios o guías telefónicas y su fibras pueden
ser recicladas sólo de tres a cuatro veces en tanto las obtenidas químicamente
puede ser reutilizadas entre cinco a diez veces. Las fábricas de pasta mecánica
vierten resinas ácidas altamente tóxicas. Estas sustancias, a pesar de que
existen también en la naturaleza, son difíciles de degradar y las fábricas de
pasta mecánica requieren tratamientos biológicos bastante sofisticados. Pero,
estas industrias no emiten compuestos de sulfuro. El calor ablanda la lignina a
aproximadamente 140°C, permitiendo la separación de las fibras, con una menor
rotura de las mismas. Este método consume mucha energía, pero en general, usa
un método de blanqueo sin cloro, como el TCF. Las pulpas químicas representan
casi el 70% de la producción mundial de pulpa y alrededor del 63% de la misma
está blanqueada.
1.3.BLANQUEO DE LA PASTA
Es
un proceso dirigido en varias etapas mediante el cual se refina y aclara la
pasta en bruto. El objetivo es disolver (pasta química) o modificar (pasta
mecánica) la lignina parda que no se eliminó durante los procesos de
elaboración de la pasta, manteniendo la integridad de las fibras. Una fábrica
produce pasta por encargo variando el orden, la concentración y el tiempo de
reacción de los agentes blanqueantes. Cada etapa del blanqueo se define por su
agente blanqueante, el pH (acidez), la temperatura y la duración. Después de
cada una de ellas, la pasta se debe lavar con agentes cáusticos para eliminar
los agentes blanqueadores y disolver la lignina antes de pasar a la siguiente.
Finalizada la última etapa, la pasta se bombea a través de series de tamices y
limpiadores para eliminar cualquier contaminante, como basura o plásticos.
Entonces se concentra y transporta al almacenamiento.
1.4. DE PULPA O PASTA A PAPEL PARA FABRICAR
Para fabricar el papel
se combinan distintos tipos de pulpas húmedas mezcladas con sustancias de
relleno (carbonato de calcio, caolín, dióxido de titanio, etc.). Dependiendo
del tipo de pasta utilizada, hay que seguir una serie de pasos para obtener la
hoja de papel. Generalmente, la pasta papelera seca se rehidrata, al tiempo que
se diluye la pasta de alta consistencia almacenada. Las fibras de la pasta se
pueden sacudir para aumentar la zona de enlaces entre fibras para así mejorar
la persistencia de la hoja. La pasta se mezcla con aditivos y se pasa a través
de un conjunto final de cribas y lavaderos.
Entonces la pasta queda
preparada para la máquina de papel. El esparcidor de la pasta y el cabezal
distribuyen una suspensión fina (1 a 3%) de pasta depurada, en una rejilla
móvil que forma con las fibras una fina lámina afieltrada. La lámina se
desplaza a través de una serie de rodillos de prensado a la sección de secado,
donde unos rodillos calentados con vapor evaporan gran parte del agua restante.
En esta etapa se han desarrollado por completo los enlaces de hidrógeno entre
las fibras. Finalmente, el papel se pasa por la calandria y se enrolla en
bobinas.
El calandrado es el
proceso por el cual se alisa la superficie del papel y se reduce su espesor. El
papel seco alisado así obtenido se enrolla en una bobina, se etiqueta y se
transporta al almacén.
En los procesos de
fabricación de papel se utilizan distintos productos químicos para dar a éste
características específicas en la superficie y propiedades de la hoja.
En resumen aunque
existen numerosos procesos de manufactura, en general la mayor parte de los
productos de papel involucran el siguiente orden de operaciones, consistiendo
cada uno en varios pasos:
- La preparación de la madera consiste en remover la corteza del árbol y (para la mayor parte de las pulpas) partir la leña en pequeños trozos.
- El pulpeado elimina las fibras en la madera (u otro material) y las limpia de residuos no deseados. Los métodos principales usan técnicas químicas, mecánicas o una combinación de ambas. Aunque el rendimiento de los procesos químicos de obtención de pulpa(40-50%) son mucho más bajos que los mecánicos (90-95%), la mayor fuerza y resistencia al envejecimiento así como descoloramiento de las pulpas químicas favorece su uso en la mayor parte de los productos que no sean papel periódico.
- Blanqueado, como lo indica su nombre, blanquea las pulpas y las habilita para su uso en papeles de escritura, imprenta y decorativos. Diversos grados de papel requieren niveles diferentes de tratamiento.
- La hechura del papel consiste en la preparación del material (batidos), formación de lámina, presión (para reducir el contenido de agua) y secado.
- Conversión: corte, doblado y acabado de los productos finales.
·
1.5. CALIDAD DEL
AGUA EN LA INDUSTRIA DEL PAPEL
El
agua tiene una gran importancia en la fabricación de papel. Es una especie de
cinta transportadora, ya que facilita el transporte más económico de las
materias a la vez que permite la mezcla homogénea de las mismas y una
distribución uniforme en la formación de la hoja. Desde el punto de vista de
ahorro energético la calidad del agua empleada en fabricación, así como el
grado de circulación de la misma; son bien conocidas dentro del ambiente
pastero-papelero las características y calidades del agua usadas, por lo que se
prescinde de entrar en detalle sobre las mismas (recuperación de fibras,
calidad del encolado, grado de blancura, etcétera).
Las fábricas de pasta y
de papel consumen grandes cantidades de agua. Una fábrica de blanqueo de pasta
kraft con una producción de 1.000 toneladas al día consume más de 150 millones
de litros de agua al día; una fábrica de papel aún más. Para prevenir los
efectos adversos sobre la maquinaria de la fábrica y mantener la calidad del
producto, el agua de entrada debe ser tratada para eliminar contaminantes,
bacterias y minerales. Dependiendo de su calidad, se aplican varios
tratamientos: lechos de sedimentación, filtros, floculantes, cloro o resinas de
cambio iónico antes de ser usada en el proceso. El agua empleada en las
calderas de vapor y de recuperación es posteriormente tratada con depuradores
de oxígeno e inhibidores de la corrosión, como hidracina y morfolina, para
evitar que se formen depósitos en los conductos de la caldera, reducir la
corrosión de los metales y evitar el paso del agua a la turbina de vapor.
1.5.1. EL AGUA EN LA
FABRICACIÓN DE PAPEL Y APLICACIONES
En la fabricación de papel y cartón, el principal empleo del agua lo constituye su uso como medio de dispersión y transporte de las materias primas fibrosas y de los aditivos, a través de las etapas del proceso de producción, que van desde el pulpeo hasta la formación. El agua se utiliza también como fluido de intercambio de calor, para el sellado de los sistemas a vacío, para la producción de vapor, como agente lubricante, etc. En la Tabla 1 se resumen los principales usos del agua en esta industria.
Tabla 1. Aplicaciones del agua en la fabricación
de papel.
APLICACIONES DEL AGUA EN LA
FABRIACACIÓN DE PAPEL
|
||
Usos
|
Función
|
Ejemplos
|
Agua
de proceso
|
Transporte
|
Transporte
de fibras, aditivos, cargas, etc.
|
Agua para rociadores y toberas
|
Mojado
|
Mojado de a tela de formación
|
Lubricante
|
Rodillo
de cabeza, de retorno de la tela, tensor conductor,etc.
|
|
Corte
|
Recorte de los laterales de la banda
de papel
|
|
Limpieza
|
Limpieza
de la tela de formación, de los rodillos
|
|
Dilución
|
Caja de alimentación
|
|
Enfriamiento
|
Rodillos
guía, rodillo superior, partes mecánicas
|
|
Antiespumante
|
Células de flotación y caja de alimentación,etc
|
|
Agua
de refrigeración
|
Enfriamiento
|
Sistema
de bombas, sistemas de accionamiento de máquinas, fluidos de lubricación,
etc.
|
Agua
de caldera
|
Producción de vapor
|
Cilindros secadores
|
Agua
de sellado
|
Sellado
|
Cajas
de vacío , bombas etc.
|
Agua
de limpieza
|
Transporte
|
Limpieza de máquinas, depósito y tuberías.
|
El volumen de agua
consumida depende de numerosos factores (lo cual explica la disparidad de los
datos encontrados), entre los que cabe destacar tres principales: el tipo de
fibra utilizada como materia prima, el producto fabricado y la tecnología del
proceso de producción. Según los productos fabricados, los consumos de agua en
las fábricas de tecnologías actuales se encuentran dentro de los siguientes
intervalos:
- Cartón: 3-8 m3 /t de producto.
- Papel de periódico: 10-15 m3 /t de producto.
- Papel tisú: 15-20 m3 /t de producto.
- Papel de impresión y escritura: 200 m3 /t de producto.
Conviene hacer notar
que frecuentemente se encuentra, fábricas que operan con consumos muy
superiores, debido a factores tales como la utilización de máquinas antiguas,
la inexistencia de procesos de clarificación de aguas, el menor cierre del
sistema de aguas, cte. Los consumos pueden llegar a alcanzar los siguientes
valores:
- Cartón: 35 m3 /t de producto.
- Papel de periódico: 30 m3 /t de producto.
- Papel tisú: 60 rn3 / t de producto.
- Papel de impresión y escritura: 200 m3 /t de producto.
1.5.2. CRITERIOS DE
CALIDAD EN FUNCIÓN DE LA APLICACIÓN
La gestión de las aguas
en la fabricación de papel hace necesario establecer unas especificaciones de
calidad mínima del agua en función del uso al que se destinan. En cuanto a las
aguas de proceso, es imposible establecer con carácter general una calidad
mínima, debido a la gran variedad, tanto de los procesos que se emplean como de
los constituyentes que pueden formar parte de la composición de estas aguas. En
la Tabla 2 se indican los intervalos
típicos de la composición de las aguas blancas con altos y bajos niveles de re-circulación. La amplitud de los intervalos se debe a un gran número de
factores: tipo de materia prima fibrosa, tipo y calidad del producto fabricado,
condiciones de fabricación, fuente de alimentación, grado de cierre del sistema
de aguas, eficacia de los tratamientos internos para la clarificación y re-utilización de las corrientes- de proceso, etc.
INTERVALOS TIPICOS DE LA COMPOSICION DE LAS AGUAS
|
|
Parámetros
|
Rango
|
a)
con altos niveles de recirculación
|
|
pH
|
4,9 – 7,3
|
Conductividad (ms/cm)
|
3 - 11
|
DBO5 (mg/L)
|
2.000 – 8.000
|
Sólidos en suspensión (mg/L)
|
4.500 – 23.000
|
Solidos disueltos (mg/L)
|
1.000 – 10.000
|
Sulfatos (mg/L)
|
240 – 2.350
|
Cloruros
|
130 – 2.950
|
Sodio (mg/L)
|
100 – 800
|
Calcio (mg/L)
|
360 – 2.040
|
Magnesio (mg/L)
|
30 – 110
|
Hierro (mg/L)
|
0,1 – 47
|
Aluminio (mg/L)
|
0,5 – 53
|
Colonias de microorganismos aerobios (106 col./mL)
|
100 – 300
|
Colonias de microorganismos anaeróbicos (106 col./mL)
|
15 – 950
|
b)
con bajos niveles de recirculación
|
|
DBO5 (mg/L)
|
46 – 284
|
Sólidos en suspensión (mg/L)
|
11 – 44,5
|
Sólidos en suspensión de
0,5 µm (mg/L)
|
102 – 124
|
Sólidos en suspensión en la primera hora (mg/L)
|
0 – 0,05
|
Cloruros (mg/L)
|
35,5 - 180
|
(*) a la salida de separación de fibras por sedimentación
|
|
BIBLIOGRAFÍA
Enciclopedia de Salud y Seguridad en el Trabajo. Industria de Papel y de la Pasta de Papel. Teschke, Kay y Demers, Paul.
http://www.greenpeace.org/argentina/Global/argentina/report/2006/4/el-futuro-de-la-producci-n-de.pdfEN ESTE ENLACE SE PODRÁ ENCONTRAR MAS INFORMACIÓN DE ESTE TEMA
