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PARTE Nº1: LA MADERA
La madera es la principal fuente de fibras celulósicas para la manufacturación de pulpa
y papel. En este momento, la madera suministra alrededor del 93% de los
requerimientos mundiales de fibras vírgenes, mientras que las fuentes no madereras
suministran el resto. Aproximadamente un tercio de todos los productos papeleros son
reciclados como “fibras secundarias”.
1.1 ESTRUCTURA DEL ARBOL:
En un árbol se consideran tres partes generales:
a) La copa: compuesta de hojas y ramas.
b) El tallo.
c) Las raíces.
Las hojas son las fábricas en donde se manufacturan los alimentos para suministrar
energía y crecimiento al árbol a través de la fotosíntesis (La fotosíntesis es la
producción de carbohidratos a partir del dióxido de carbono y agua en presencia de
clorofila y luz).
La figura 2.1 muestra un corte de un tronco en el que se puede ver su estructura general.
La figura 2.2 muestra una sección transversal. El cambium consiste en una delgada capa
de células entre la corteza y el leño y es el lugar donde se da la reproducción y el
crecimiento de las células. La velocidad de crecimiento varía con las estaciones, dando
lugar a la formación de fibras de pared más delgada en primavera y de pared más gruesa
en verano. No hay actividad cambial durante los meses más fríos del año, no habiendo
pues ni formación de nuevas células ni crecimiento. El ciclo de crecimiento anual es el
responsable de la formación de anillos anuales, cuyo número total representa la edad del
árbol.
q
LA CORTEZA INTERIOR (FLOEMA):
Es una capa delgada de tejido en el cual hay un movimiento ascendente y descendente
de carbohidratos (savia) que se hace a través de los tubos cribosos y radios.
q
LA CORTEZA EXTERIOR O VERDADERA CORTEZA:
Es un conjunto de células muertas que originalmente existían en la corteza interior
viviente; desde el punto de vista químico está compuesta de una gran variedad de
componentes extraños además de celulosa, hemicelulosas y lignina.
LA ALBURA DEL ÁRBOL:
Suministra el soporte estructural de la copa, actúa como almacén de alimentos y
contribuye a la conducción de agua desde las raíces hasta las hojas; es fisiológicamente
activa y está en continua comunicación con el cambium y el floema mediante el flujo de
savia que procede de la copa.
q LA MADERA INTERIOR, CORAZÓN O DURAMEN:
q
Es un cilindro central de células muertas del tallo (madera) cuya actividad fisiológica ha
cesado.
Su función es solamente la de soporte mecánico. El duramem es normalmente más
oscuro que la albura, debido a la deposición de compuestos orgánicos resinosos en las
paredes cavidades y celulares.
1.2.
CARACTERÍSTICAS DE LA MADERA:
Desde el punto de vista botánico las maderas se clasifican en dos grandes grupos. Las
GMNOSPERMAS se denominan normalmente MADERAS BLANDAS, CONÍFERAS
O PERENNIFOLIAS. Las ANGIOSPERMAS son las MADERAS DURAS,
FRONDOSAS, CADUCIFOLIAS O LATIFOLIAS. Las principales características de
cada grupo se ilustran en las figuras 2.3 y 2.4.
figura 2.3
Bloque ficticio de madera
que ilustra las características
de una CONÍFERA.
figura 2.4
Bloque ficticio de madera que ilustra las
características de una FRONDOSA.
CORTEZA:
La corteza constituye la cubierta exterior de los troncos leñosos y de las ramas, y es
diferente y separable de la madera. Su estructura es más compleja que la de la madera
ya que la corteza contiene tres tipos de tejidos (corteza primaria, peridermis y floema),
cada uno de los cuales tienen varios tipos de células. Mientras que la corteza se
considera normalmente, un contaminante en las operaciones de fabricación de pulpa y
papel, algunos tipos de corteza tienen cantidades significativas de fibras y pueden ser
toleradas en el pulpeado alcalino.
Por otro lado, diversos constituyentes de la corteza son resistentes al pulpeado, tales
como las células suberosas, esclereidas densas y células impregnadas con extractivos.
Un elevado contenido en extractivos puede contribuir a un consumo elevado de
reactivos en el pulpeado, mientras que partículas incocidas de corteza se muestran como
contaminantes de suciedad en la pulpa acabada.
En general, actualmente se introduce más corteza en la pulpa debido a una utilización
más intensiva del árbol.
Por ello se utilizan técnicas para eliminar la corteza de las astillas y manchas de corteza
de la pulpa.
1.3. EFECTO DE LA ESTRUCTURA DE LA FIBRA (MORFOLOGÍA) SOBRE
LAS PROPIEDADES DE LAS FIBRAS Y EL PAPEL:
Las propiedades del papel dependen en gran manera de la estructura de las diversas
fibras que componen la hoja. Las dos características estructurales más importantes son
la longitud de fibra y el espesor de la pared celular. Se requiere una longitud mínima
para una buena unión entre fibras y la longitud de fibra es proporcional a la resistencia
al desgarro.
1.4.
IDENTIFICACIÓN DE LAS ESPECIES DE MADERA:
En la fabricación de pulpa y papel, es a menudo de interés identificar y analizar las
especies de madera que constituyen una muestra desconocida de pulpa o de astillas. El
procedimiento para llevar a cabo tales determinaciones se basa en el examen
microscópico de la muestra.
Las muestras de madera son fácilmente identificables, debido al gran número de
características de diagnóstico claramente observables con el microscopio.
En las muestras de pulpa, muchas de las características de diagnóstico de las células,
que se pueden ver en las muestras de madera, se pierden.
Sin embargo, una identificación positiva es posible siguiendo una secuencia lógica de
exclusión, y finalmente, comparando las fibras desconocidas con muestras de fibras y
sus microfotografías. La técnica es sencilla, especialmente cuando sólo hay un número
limitado de posibilidades.
PRODUCTOS QUÍMICOS DERIVADOS DE LA MADERA.
Cada año se cortan casi 200x10 t de madera de los bosques de Estados unidos.
Aproximadamente 30x10 t se descartan, como copas de árboles, tocones, raíces o
troncos en malas condiciones. La mitad de la madera en tronco se convierte en tablones,
postes y productos de madera similares. Lo restante se convierte en pulpa y papel..
Los procesadores de madera la clasifican en dos grupos:
q
q
Maderas duras provenientes de árboles que cambian de follaje.
Maderas blandas, obtenidas de coníferas.
La madera es un recurso renovable espléndido y muy valioso, pero se desperdician
cantidades enormes de madera. Hay sugerencias de que la biomasa se debe utilizar
como cualquier otro producto valioso:todo se debe vender con la excepción del sonido
del árbol cuando cae.
La falta de utilización de los productos de madera se debe a la complejidad del material,
la no integración de las compañias madereras con las químicas y las de pulpa, el poco
interés de las procesadoras en fabricar y vender los subproductos, lo escaso de la
tecnología química, y la forma tan diluida en que se encuentran muchos de los
subproductos. Desde que las leyes de protección ambiental prohíben la descarga de
productos de desperdicio de las fábricas de pulpa en los ríos, hay verdadero interés en
utilizar los desperdicios aun cuando la mayor parte es como combustible.
La parte firme de la madera tiene más del 50% de materia orgánica. Es una mezcla de
tres diferentes gru7pos de polímeros:
q
Celulosa, que constituye aproximadamente el 45% del peso seco en una disposición
ordenada de cadenas de polímeros de glucosa de alto peso molecular, muy valiosa
como fibra.
q
Hemicelulosa (20 a 25%) en una disposición desordenada de varios polisacáridos
que únicamente se pueden emplear economicamente como combustible.
q
Lignina (20 a 25%) , aglutinante de las fibras de celulosa que es un complejo
polímero amorfo polifenólico. La madera también contiene productos químicos
extraíbles con disolventes inertes. Estos productos extraíbles varían según la especie
del árbol y el lugar donde se encuentre el árbol; constituyen del 5% al 25% del peso
y comprenden varias clases de productos químicos.
1.5. DESTILACIÓN DE LA MADERA DURA.
El carbón de madera tenía gran valor en la antigüedad. Los egipcios utilizaban el ácido
piroleñoso, obtenido por la destilación de madera dura, para embalsamar. Antes de que
la química orgánica sintética se consolidara, la destilación destructiva de madera dura
proporcionaba algunos productos químicos industriales de importancia, entre los que se
pueden citar la acetona, el ácido acético y el metanol (aún conocido como alcohol de
madera). El carbón de madera es un excelente combustible, muy apreciado porque arde
sin humo y se utiliza mucho para cocinar al aire libre. Se producen aproximadamente
320000 toneladas de carbón de madera al año en Estados Unidos a partir de alrrededor
de 1.4x10
t de madera sin valor comercial. La acetona se obtanía antes de la
destilación seca de acetato de calcio proveniente de ácido acético derivado de la madera,
pero hay fuentes mejores y más económicas en la actualidad.
1.6. SUMINISTROS NAVALES.
PRODUCTOS Y ECONOMÍA. El empleo del alquitrán y la resina en la Marina
originó el nombre de suministros navales a los productos que se extraían de varias
especies de pinos. Las gomas de uso naval (resinas ácidas y aguarrás) se obtienen de la
goma (oleorresina) recolectada del sangrado de los árboles de pino. Esta fuente está
disminuyendo en importancia por su gran necesidad de mano de obra. Los suministros
navales de madera (resina y aguarrás) se obtienen por extracción con disolventes inertes
de los tocones de pinos. Los sulfatos de uso naval (resina, aguarrás y ácidos grasos) se
obtienen de un subproducto de la fabricación de pulpa Kraft. Las resinas ácidas son
principalmente biterpenos monocarboxílicos y la resina es una mezcla natural de resinas
ácidas. El aguarrás es una mezcla de monoterpenos.
Las fuentes y la producción anual de suministros navales se encuentran en la tabla 32.2
y la figura 32.2. La principal fuente es la industria de pulpa Kraft. La producción anual
de estos materiales ha permanecido casi constante durante algunos años, pero los usos
finales de estos materiales han cambiado drásticamente. La figura 32.3 muestra el
diagrama de flujo para la obtención de suministros navales a partir de tocones con la
distribución normal de los productos.
1.7. PRODUCCIÓN DE SUMINISTROS NAVALES.
q
Gomas oleorresínicas: La goma se obtiene de los pinos haciéndoles unos cortes o
ranuras que a veces se tratan quimicamente, y recolectando después a mano la goma
que exuda, procedimiento que es lento y costoso. La separación es por destilación con
vapor.
q
proceso con vapor y disolvente: Como materia prima se utilizan los tocones de los
bosques de pinos ya talados y madera de desperdicio. La figura 32.3 muestra los
pasos esenciales:
La madera se muele primero en una troceadora y después se reduce a astillas en una
desmenuzadora.
Las astillas se cargan en una batería de extractores donde se depositan sobre el fondo
falso, debajo del cual se admite vapor vivo a presión al final del ciclo de carga para
recuperar los disolventes.
El disolvente (seleccionado para que se separe fácilmente del aguarrás) extrae el aceite
de las astillas a contracorriente. El disolvente puede ser nafta o una fracción de petróleo
de punto de ebullición de 93 a 116 ºC. Se drena el disolvente caliente, y el material
residual que está sobre las astillas se extrae por destilación subsiguiente con vapor. Las
astillas se utilizan como combustible.
La mayor parte del disolvente se recupera del aguarrás, el aceite de pino y las resinas en
un evaporador de concentración.
El residuo del primer evaporador se envía a un evaporador intermedio. Los vapores de
este último ascienden a la parte superior de la columna continua de fraccionamiento, y
el residuo se envía al evaporador final.
Los vapores de éste se combinan con los del evaporador intermedio antes de entrar a la
columna de fraccionamiento.
El residuo del tercer evaporador es la resina cruda que se puede tratar con disolventes
selectivos y algunos absorbentes como tierra de batán para obtener resina de color claro.
La columna continua de fraccionamiento separa los aceites de pino y el aguarrás de la
última parte del disolvente. Los aceites de pino de la columna continua se separan en
tres fracciones en un alambique intermitente que proporciona aceite de pino crudo, un
corte intermedio de terpenos y aguarrás crudo. El fraccionamiento cuidadoso de estos
tres cortes rinde muchos productos comercializables.
q
Aguarrás: Es una mezcla de compuestos orgánicos conocidos como terpenos. Un
ejemplo, y además el mayor componente, es el á-pineno.
Originalmente se utilizaba como pintura de secado rápido y adelgazador de barnices
pero, indeseable por su fuerte olor, el aguarrás se ha sustituído casi por completo por
fracciones volátiles del petróleo.
q
Aguarrás de pulpa, de sulfato:
Los gases que salen de los digestores de pulpa Kraft (sulfato) contienen aguarrás y
aceite de pino. Cuando se condensan los gases se obtienen de 8 a 40 litros de aceite por
tonelada de pulpa producida. Este aceite contiene del 50 al 60% de aguarrás y del 10 al
20% de aceite de pino, que generalmente se separan por destilación. El aguarrás está
contaminado con mercaptanos odoríferos que se eliminan con sustancias ligeramente
oxidantes, como hipoclorito de sodio o por disolución en etilendiamina.
Con más tratamiento se obtiene hidrato de terpino, un producto farmacéutico. El aceite
de pino es aromatizante y bactericida en limpiadores caseros.
Las resinas politerpínicas de peso molecular bajo se utilizan en cintas adhesivas,
adhesivos, gomas de mascar y para lavado en seco.
El toxafeno, un valioso insecticida, se elabora por clorinación de un terpeno del
aguarrás. Su utilizaciónse ha restringido mucho recientemente.
Hay gran cantidad de saborizantes y fragancias que se pueden obtener por
fraccionamiento del aguarrás y por tratamiento químico de estas fracciones. Se pueden
incluir los aceites esenciales sintéticos de limón, lima, yerbabuena, menta verde y nuez
moscada; como semisintéticos tenemos linalol, citrocelol, geraniol, mentol y las
iononas. También se han preparado algunas fragancias y sabores completamente
nuevos.
El aguarrás es mucho más valioso como materia prima que como disolvente.
q
Resina: La resina se obtiene de la extracción de tocones como del procesamiento
del aceite de turpentina. La disponibilidad de tocones viejos disminuyendo
constantemente, así como aumenta la competencia con la resina del aceite.
La resina contiene principalmente resinas biterpénicas como al abiético y el
pamárico. Las resinas se modifican generalmente antes de someterse a
hidrogenación, esterificación, reacción con formaldehído o ácido maleico y otros
procesos similares. El empleo de la sao sódica de la resina en el jabón amarillo para
lavandería casi ha desaparecido. Su principal utilización es como agente de apresto
para papel en forma de sal de aluminio precpitado. Esterificada, se conoce como
goma éster, ingrediente de algunos barnices. La resina también se emplea en
promotores de adhesividad, adhesivos, gomas de mascar y recubrimientos.
q
Aceite de turpentina: Es el nombre genérico que se da al aceite obtenido por
acidificación del licor negro, residuo de los digestores de pulpa de madera (Kraft).
Durante el proceso se disuelven las grasas, los ácidos grasos, la resina y las resinas
ácidas contenidas en la madera de pino en forma de sales sódicas. Cuando el licor
negro se concentra para poder recuperar parte de su valor químico y energético, las
sales se vuelven insolubles y se pueden eliminar con la nata. La espuma café
obtenida se acidifica con ácido sulfúrico, convirtiéndola en un líquido al que se le da
el nombre de aceite de turpentina.
Por fraccionamiento al vacío se separa el material crudo en sus componentes. Los
ácidos grasos del aceite de turpentina siguen gozando de ventas altas porque, junto
con otras propiedades buenas, son los ácidos orgánicos más baratos que hay.
El aceite de turpentina es la principal fuente de aguarrás.
q
Ligninas y lignosulfonatos: Las ligninas constituyen la mayor parte del contenido
no celulósico de la madera. Los procedimientos más nuevos de laboratorio
proporcionan lignina de buena calidad con pesos moleculares de 200 a 1000. pero la
lignina del proceso Kraft tiene un peso molecular de 1000 a 50000 y se altera
quimicamente por sulfonación. Durante años sabe que esto podría ser una
importante fuente de productos químicos benzoicos, pero el desarrollo ha sido lento.
En la actualidad se utiliza principalmente como combustible, pero conforme el
petróleo se vuelve más escaso y caro empiezan a aparecer proposiciones y fábricas
para usar este material.
Los procesos de fabricación de pulpa de altos rendimientos y los métodos de
blanqueo más eficientes dejan mucha más liginina en el papel, por lo que es una de
las aplicaciones más económicas. La composición de la lignina y su peso molecular
varían según la especie de madera empleada. La tecnología química sobre la
fragmentación de moléculas grandes para producir pequeñas no está tan desarrollada
como la utilizada para la producción de moléculas grandes a partir de las de menor
tamaño. Esto impide el progreso en el desarrollo de procesos económicos para el
empleo de la lignina.
A pesar de estas dificultades, algunos productos fabricados con lignina son
rentables.
1.8. PRODUCTOS EXTRACTIVOS Y DE CONVERSIÓN DE LA MADERA.
La madera es fuente de muchos productos químicos y farmaceúticos, y gran número
de ellos se producen fuera de Estados Unidos. Los taninos se extraían de madera de
castaña y roble así como de sus cortezas y hojas, pero se volvió incosteable. El
aceite de la madera de cedro aún se emplea para los arcones y el aceite de sasafrás
se emplea como saborizante. Varios aceites esenciales obtenidos de las ramitas; la
corteza o de los frutos tienen muchas aunque pequeñas ventas. También se obtienen
gomas de ciertas variedades de árboles como la tara y la acacia blanca.
El hule es un producto forestal bien conocido. Algunos árboles producen aceites y
desperdicios que se comercializan; el aceite de jojoba y la cera de carnauba son
probablemente los más conocidos. La quinina se obtiene de la corteza de la quina. El
furfural se produce mediante el tratamiento alcalino de la madera, hollejos de avena
u olotes de maiz. Hay diversas especias que se producen en pequeñas cantidades
para oficios especializados que pocas veces se consideran como productos químicos.
La corteza que se elimina de los árboles en los aserraderos y las fábricas de pulpa
constituye una molestia costosa. Se obtiene algún beneficio económico de la harina
de cortezas, pero la mayor parte se quema para usarse como acondicionador de
suelos, o se desperdicia. Hay una planta en Oregon que convierte la corteza de abeto
en una cera vegetal de alta calidad, un extendedor de resinas termofijables y un
sustituto de fenol. También se pueden producir corcho y fibras para cuerdas, pero
será necesario hacer más uso de la corteza y los subproductos de madera en el
futuro, y los productos de madera no se deben considerar principalmente como
combustibles.
1.9. Ahora, para hacernos una idea de todos los productos químicos que se pueden
obtener de la madera vamos a ver un esquema general:
SEGUNDA PARTE: EL PAPEL
1. INTRODUCCIÓN
El papel es un material en forma de hojas delgadas que se fabrica entretejiendo fibras de
celulosa vegetal. El papel se emplea para la escritura y la impresión, para el embalaje y
el empaquetado, y para numerosos fines especializados que van desde la filtración de
precipitados en disoluciones hasta la fabricación de determinados materiales de
construcción. El papel es un material básico para la civilización del siglo XX, y el
desarrollo de maquinaria para su producción a gran escala ha sido, en gran medida,
responsable del aumento de los niveles de alfabetización y educación en todo el mundo.
2. HISTORIA
El hombre en su inquietud por comunicarse con sus semejantes y dejar constancia de su
paso por el mundo, es posible que comenzara utilizando la corteza de los árboles para
grabar y escribir y luego siguió haciéndolo en piedras, tablas de yeso y madera. Más
tarde en Egipto, se empezó a usar el papiro hecho a base de fibras de plantas entretejidas
y pegadas. Después se sustituyó el papiro por el pergamino (piel de animal pulida,
preparada y secada).
Pero el papel propiamente dicho fue inventado en China hacia el año 105 de nuestra era.
Aquí el papel original se hacía con trapos, fibra de corteza y bambú. Los trozos de
bambú se remojaban durante más de 100 días y después se hervían en una lechada de
cal durante casi 8 días para liberar las fibras. El papel más antiguo conservado se fabricó
con trapos alrededor del año 150.
Durante 500 años, el arte de la fabricación de papel estuvo limitado a China, y fue
introducido en Europa después de que los árabes apresaran algunos artesanos chinos.
Finalmente el procedimiento pasó a Europa por España donde la primera fábrica de
papel se estableció alrededor de 1150.
La invención de la imprenta en el siglo XV, propició la multiplicación de las fábricas de
papel, y la progresiva difusión de la literatura impresa estimuló la inventiva para obtener
mejores y más baratas calidades de papel, de ahí que en los siglos XVII y XVIII se
realizaran numerosos intentos de reducir el coste de papel mediante el desarrollo de una
máquina que reemplazara al proceso de moldeado a mano en la fabricación de papel.
Así la primera máquina efectiva fue construida en 1798 por el francés Nicholas Robert.
Esta máquina fue mejorada por los hermanos británicos Henry y Sealy Fourdrinier, que
en 1803 fabricaron la primera de las máquinas que llevan su nombre. Entonces, con el
aumento de la demanda de papel, surgió la escasez de trapo (que era lo que en aquella
época se empleaba como materia prima en la fabricación de papel), por lo que se ideó
un proceso mecánico para hacer pulpa de madera (es decir, utilizando la madera como
materia prima) , pero la calidad del papel era mala. Por lo que se continuó investigando
en este campo y ya en 1851, Watt y Burgess desarrollaron el primer proceso químico (el
proceso soda). A partir de aquí los experimentos se fueron sucediendo y en 1857
Tilghman consiguió la patente para el proceso de sulfito, y el proceso kraft se derivó de
los experimentos realizados por Dahl en 1884.
En la actualidad siguen estando vigentes estos procesos para la obtención de la
pulpa de papel, aunque con ciertas variantes lógicamente, pero con la idea básica de
hace 100 años.
3. MATERIALES
Para la fabricación del mejor papel todavía se utilizan trapos, sobre todo para el
elaborado a mano. Las fibras herbáceas, lino, hierbas y otras plantas, son también
fuente de materia prima, así como la paja. Pero en la actualidad, más del 95% del
papel que se produce se obtiene de la pulpa de la madera (celulosa de madera).
La fabricación de papel se realiza casi exclusivamente con fibras de vegetales
celulósicas. Tales fibras varían en magnitud y forma, pero todas ellas son huecas,
como tubos cerrados por los extremos y a veces algo cónicas. En su estado natural
permanecen unidas por diversas sustancias, principalmente lignina (contrariamente a
la celulosa, la lignina es difícilmente biodegradable), que normalmente es preciso
disolver y eliminar; este se lleva a cabo mediante un tratamiento químico y posterior
lavado de la pulpa.
Por lo tanto actualmente la principal materia prima empleada es la madera. Las
especies de madera más utilizadas son:
•
•
Coníferas (pinos, abetos): Se utilizan en fabricación de pasta química al
sulfato, pasta mecánica y mecanoquímica. Se les llama de fibra larga o
resinosas.
Frondosas (hayas): La especie más empleada es el eucalyptus. Se emplea
para procesos al sulfato. Se las llama de fibra corta.
Como se puede apreciar, tanto la madera dura (de árboles de hoja caduca hayas)), como
la blanda (de coníferas) se emplean para hacer papel, pero se prefiere la blanda porque
tiene las fibras largas.
En cuanto a la corteza no se puede usar porque no es fibrosa y es difícil de
blanquear. La corteza se elimina en las fábricas de pulpa por uno de dos métodos de
descortezamiento: El primero raspa la corteza para quitarla utilizando la fricción
entre los troncos de madera rodándolas en un tambor cilíndrico rotativo. La corteza
se transporta en una corriente de agua, se cuela y generalmente se quema. Una
compañía en Oregón recupera cera y un material parecido al corcho de la corteza. El
segundo es el método hidráulico de descortezado, que es el más empleado. En éste,
un chorro de agua a alta presión se dirige tangencialmente al tronco (con una presión
de alrededor de 10 MPa) descortezándolo limpiamente, rompe la corteza y se la
lleva por un canal. La corteza recuperada se comprime antes de quemarla para
reducir el contenido de agua y facilitar la combustión.
4. PROCESOS DE FABRICACIÓN DE PASTA
El objetivo de los procesos de obtención de la pulpa (producto intermedio en la
manufactura de papel y cartón) es la separación de fibras de celulosa de la madera, para
ello hay que librar dichas fibras de la matriz de lignina que las une, manteniendo
intactas las celulosas y de esta manera aumentar el rendimiento de fibras utilizables.
Las propiedades de los productos terminales, papeles y cartón, dependerá de las
propiedades de las pulpas utilizadas en su manufactura. Estas variarán a su vez con las
especies de fibras de distintas maderas, así como del proceso empleado en la obtención
de pulpa.
Hay muchos procesos y variaciones de procesos básicos que se pueden usar para hacer
pulpa de madera. Algunos funcionan mejor con madera blanda que con la dura; otros
proporcionan rendimientos altos de papeles de menor calidad. Así, la producción de
pulpa se logra por medios químicos o mecánicos, o por combinación de los dos
procesos, ya que las fibras se pueden separar mecánicamente o por disolución de la
lignina por medios químicos.
4.1
PROCESOS QUÍMICOS:
El aislamiento de fibras de celulosa se realiza consumiendo reactivos químicos para
disolver la lignina.
Con estos procesos las ligninas y hemicelulosas se pierden, por lo que los rendimientos
no pasan del 40 al 60%. En cambio, las fibras se blanquean mejor y son más resistentes
y de mayor calidad. Los métodos químicos se dividen en ácidos o alcalinos, según el
pH del reactivo. Los primeros son más enérgicos, la separación de la celulosa es mejor
y se puede aplicar para fines químicos y para obtener papeles de buena calidad. Tienen
el inconveniente de que no pueden emplearse con maderas resinosas, pues a pH bajos,
los fenoles y ácidos de las resinas se condensan con la lignina formando complejos
insolubles y coloreados que manchan la pasta. En los métodos alcalinos, por el
contrario, esas sustancias se eliminan en las lejías residuales en forma de sales o
fenolatos solubles. Esta es una de las razones por las que en un 80% se utilice el
proceso kraft.
PROCESO KRAFT
El proceso kraft (del alemán kraft=fuerte,resistente; que es la cualidad que poseen este
tipo de pulpas) o de sulfato, es de tipo alcalino y es con el que se obtiene la mayor
cantidad de pulpa que se fabrica actualmente. Es la superación del proceso obsoleto de
soda que actuaba con una solución fuerte (12%) de NaOH y Na2CO3, y que
proporcionaba bajos rendimientos y sólo funcionaba bien con maderas duras de fibra
corta.
Recibe el nombre de proceso con sulfato porque se añade Na2SO4 (en el de soda se
añadiría Na2CO3) al licor de cocimiento del proceso. Sin embargo, la cocción se hace
con una solución que contiene Na2S, NaOH y Na2CO3 formado del sulfato durante la
preparación y recuperación del licor para la cocción.
Aunque se pueden cocer todo tipo de maderas por el proceso kraft y las fibras
obtenidas son blanqueables y fuertes, es muy importante que las soluciones utilizadas
se puedan recircular y regenerar, para reducir o eliminar el problema de la
contaminación de los ríos. Las sustancias odoríferas que se desprenden durante la
cocción son fuertes contaminantes del aire y difíciles de controlar.
Este proceso de fabricación consta de las siguientes etapas:
•
DESCORTEZADO Y DESASTILLADO PREVIO DE LOS TRONCOS:
Los troncos se cortan al tamaño conveniente y se descortezan como ya se
describió, luego se llevan a la troceadora, en donde grandes discos
giratorios con cuchillas pesadas reducen la madera a astillas de tamaño
preseleccionado. Las astillas se clasifican sobre mallas vibratorias para
separar las demasiado grandes, las de tamaño adecuado y el aserrín. Las
astillas grandes se mandan a retroceadoras para reducirlas al tamaño
adecuado.
•
COCCIÓN EN DIGESTORES ALIMENTADOS CON VAPOR: En el
digestor se utilizan como reactivos solubilizantes de la lignina el NAOH y
el NA2S. Entonces a causa de las reacciones de hidrólisis y solubilización
de la lignina se liberan las fibras de celulosa, pero la hidrólisis también
libera mercaptanos y sulfuros orgánicos, que son los responsables de los
malos olores.
Cuando las astillas entran al digestor, se les da un tratamiento previo con
vapor de aproximadamente 100 kPa, volatilizando el aguarrás y los gases
incondensables. Luego pasan a una zona de impregnación de presión
mayor a más o menos 900 kPa, donde se ajusta su temperatura y
encuentran el licor de cocimiento. El tiempo de cocción es de 1.5 horas a
170°C. Una corriente de licor de cocción frío detiene rápidamente la
reacción de cocción. Y a continuación y también en el digestor,se
procede a realizar un lavado de las astillas, reduciendo el contenido
químico de éstas y reduciéndose la presión, produciendo vapor de
evaporación instantánea que se emplea para el tratamiento previo con
vapor de las astillas que entran.
•
PASTA CAFÉ: El contenido del digestor, es decir, las astillas con el licor
que se les adhiere (pasta café), pasan a un tanque de descarga. Y de aquí
esta pasta es trasladada a lo que se llama caja de pasta café, donde se lleva
a concentraciones muy bajas, utilizando lejía negra diluida.
•
LAVADO: En la sección de lavado, se lava la pasta mediante un sistema
de filtración a vacío y en contracorriente. Después esta pasta pasa a la
sección de depuración y espesado donde como líquido filtrado se obtiene
la lejía negra diluída (con sulfato sódico, carbonato sódico y materia
orgánica).
•
PRODUCTOS: El licor de cocción filtrado (lejía negra diluída), está
ahora listo para su tratamiento de recuperación de su contenido químico y
su consiguiente reutilización. La pulpa lavada se depura y concentra en un
espesor enviándose a blanqueo o fábrica de papel.
Después del blanqueo (en caso de que lo haya), la pulpa se lava y se
vuelve a espesar en preparación para hacer hojas gruesas lo
suficientemente secas para hacer bultos, almacenarlas y embarcarlas; a
estas hojas se les llama láminas. También se puede hacer papel
directamente con la pulpa.
La pulpa kraft, hecha con madera de coníferas, tiene las fibras más largas
de todas las pulpas. Esto, unido al hecho de que las materias químicas
empleadas no son tan fuertes en su acción como las utilizadas en otras
pulpas químicas, hace posible que se produzcan papeles muy fuertes.
Aunque en el pasado, el color oscuro del papel kraft limitó su empleo a
papeles para envolver, bolsas y cartón.
RECUPERACIÓN DEL LICOR NEGRO
Un proceso esencial para el proceso kraft es la recuperación del licor gastado del
proceso de cocción. Este proceso es más difícil de llevar a cabo económicamente que el
proceso mismo de obtención de la pulpa.oooooooo
El licor negro eliminado de la pulpa en el lavador de pulpa contiene el 95 o 98% de los
productos químicos cargados al digestor. Los compuestos orgánicos de azufre están
presentes en combinación con sulfito de sodio. Hay también carbonato de sodio, así
como pequeñas cantidades de sulfato de sodio, sal, sílice y trazas de cal, óxido de
hierro, alúmina y potasio. Los sólidos son generalmente del orden del 20%.
El proceso de recuperación de lejías seguiría la siguiente secuencia:
El licor negro procedente de los lavadores de pulpa se concentra en evaporadores de
múltiple efecto. Este concentrado es rociado directamente a un horno de recuperación
de reactivos donde se quema la materia orgánica mediante combustión y tiene lugar la
reducción del sulfato a sulfito, produciéndose vapor y una mezcla de sales fundidas o
escoria:
Na2SO4 + 2C Õ Na2S + 2CO2
El carbón (agente reductor) viene de las sustancias orgánicas de la madera.
Esta masa fundida se disuelve constituyendo un licor verde que pasa a un proceso de
caustificación, tratándose con lechada de cal. La reacción de caustificación se lleva a
cabo rápidamente:
Na2CO3 (aq) + Ca(OH)2 (s) Õ 2NaOH (aq) + CaCO3 (s)
lejías verdes
lejías blancas
∆H=-8.79 kJ
El lodo resultante (los productos de la caustificación), se separa en decantadores y
filtros rotativos continuos. El lodo de carbonato de calcio se envia a un horno de cal
para recuperar el óxido de calcio y así poder volverlo a utilizar en el proceso. El
filtrado es el licor blanco que se emplea en la cocción de las fibras, o sea, se emplea
para alimentar la digestión. Contiene hidróxido de sodio, sulfuro de sodio y pequeñas
cantidades de carbonato de sodio, sulfato de sodio y tiosulfato.
CONCLUSIONES SOBRE EL PROCESO KRAFT
Ya para finalizar con el proceso kraft presentamos las ventajas que ofrece :
•
•
•
•
•
•
Puede utilizarse cualquier especie de madera, lo que da una gran
flexibilidad al suministro de madera.
En las astillas puede tolerarse una cantidad relativamente grande de
corteza.
Los tiempos de cocción son breves.
La pulpa tiene una resistencia excelente.
El proceso de recuperación de licor gastado se conoce muy bien.
Se logran productos secundarios valiosos (trementina).
PROCESO AL SULFITO
El proceso normal de sulfito, es un proceso ácido que consiste en la digestión de la
madera en una solución acuosa que contiene bisulfito de calcio y un exceso de dióxido
de azufre. El proceso con sulfito tiene dos tipos principales reacciones, que
probablemente son concurrentes : (1) La sulfonación y solubilización de la lignina con
el bisulfito y (2) la división hidrolítica del complejo celulosa-lignina.
En cuanto al proceso en sí, aun cuando se emplea comúnmente el abeto, también se
utilizan apreciables cantidades de pinabete y bálsamo. La madera se descorteza, se
limpia y se desmenuza como se describe para la pulpa sulfatada; las astillas son como
de 1.5 cm de longitud. Luego se conduce a tolvas de almacenamiento que están
encima de los digestores antes de su cocción. El digestor se llena con las astillas, y el
licor ácido de cocción se bombea por el fondo.
Las condiciones de cocción en el digestor dependen de la naturaleza de la madera, la
composición del ácido y la calidad de pulpa cargada. La presión varía desde 480 hasta
1100 kPa, dependiendo del tipo de planta. El tiempo y la temperatura van desde 6 a 12
horas y de 170 a 176°C.
Una vez realizada la correspondiente digestión en las condiciones fijadas, el contenido
del digestor (1) se pasa a un tanque de descarga (2) grande y redondo con un fondo
falso y equipado con los medios para lavar la pulpa con agua fresca, y desde aquí la
pulpa se bombea a una serie de mallas (3), donde se eliminan los nudos y grandes
hacinamientos de fibras. El producto aceptado de las mallas se envia a centrífugas para
eliminar materias extrañas. La pulpa relativamente pura se concentra en espesadores.
El agua pasa y la pulpa se retiene en la malla.
La pulpa se envía luego a los blanqueadores, donde se introduce dióxido de cloro.
Cuando se agota el cloro se añade lechada de cal para neutralizar la masa. La pasta se
lava, se espesa y se envía a los tanques de pasta de la máquina. La pulpa de los tanques
se transforma en láminas con un contenido aproximado de 35% de fibra base seca, y
las láminas se secan y se empacan como producto con 80 a 90% de fibra seca.
La pulpa de sulfito es un tipo de alta calidad que sirve para fabricar algunos de los
papeles más finos. Es fácil de blanquear, pero las fibras son débiles y el proceso se
empezó a reemplazar tan pronto como el proceso de blanqueado con ClO2 hizo
práctico el blanqueo del método kraft, de ahí que la cantidad de pulpa obtenida con
este proceso disminuya constantemente. Actualmente genera menos del 10% de la
producción de pulpa química para papel.
LICOR DE DESECHO DEL PROCESO AL SULFITO
Al inicio del desarrollo de la pulpa sulfítica, hemos hecho referencia al bisulfito de
calcio como alimentación al digestor, pero el licor residual del proceso al sulfito
basado en calcio no permite ni la recuperación ni la reutilización del contenido de Ca
ni del S, de ahí que se detuviera la práctica común de emplear la base de calcio y tirar
el licor residual en un río cercano (tanto por motivos medio ambientales como por la
necesidad de recuperar los productos químicos costosos).
El sodio también se ha intentado utilizar para sustituir al calcio como base para el
proceso de obtener pulpa en forma limitada, pero no es posible volver a emplear el
licor residual del proceso de sulfito de sodio debido a que el sulfito de sodio no se
descompone para formar dióxido de azufre, pero en cambio el sulfito de magnesio sí
lo hace. Con lo nos encontramos con que únicamente la base de magnesio es
manejable fácil y convenientemente, lo que explica por qué es preferido.
En vista de que disponer del licor residual (más de la mitad de las materias primas que
entran al proceso aparecen aquí como sólidos orgánicos disueltos) crea un serio
problema de contaminación o utilizacion, la cal se sustituye por un lodo de óxido de
magnesio, lo que hace posible la recuperación de energía y sustancias químicas al
mismo tiempo que se soluciona el problema de disposición del licor residual. Por lo
que el proceso de sulfito más nuevo y más aceptable desde el punto de vista técnico, es
el basado en bisulfito de magnesio, ya que produce mayor concentración de dióxido de
azufre combinado y más activo, sin peligro de precipitación con separación y
disolución más rápida de los componentes no celulósicos de la madera (lignina y
hemicelulosa).
Las reacciones esenciales que se efectúan durante la preparación del licor de cocción
son relativamente sencillas :
S + O2 Õ SO2
2SO2 + H2O + CaCO3 Õ Ca(HSO3)2 + CO2
2SO2 + H2O + MgCO3 Õ Mg(HSO3)2 + CO2
2SO2 + Mg(OH)2 Õ Mg(HSO3)2
SO2 + H20 + NH3 Õ NH4HSO3
El proceso a grandes rasgos ilustrado en la figura vendría a ser el siguiente :
Tras lavar la pulpa en los lavadores de 3 etapas, por un lado obtendríamos la pulpa que
convertiríamos en láminas (su proceso ya está explicado), y por otro obtendríamos el
llamado licor débil rojo de cocción, que se evaporaría en los evaporadores (5) y (7), y se
quemaría en una caldera (para proporcionar vapor) (8,9). Con esto se forman MgO y
dióxido de azufre. El MgO se apaga con agua (10) y se bombea a la torre de
enfriamiento y acidulación (11) (donde se lleva a cabo la absorción del gas en el agua)
en donde se pasa el dióxido de azufre (obtenido en la caldera y enfriado posteriormente)
para formar licor de bisulfito fresco (Mg(HSO3)2) (12).
El licor final, que se carga a los digestores, es una solución de bisulfitos de calcio,
magnesio o amonio, que tiene alrededor de 4.5% de dióxido de azufre « total » y 3.5%
de dióxido de azufre « libre » (suma del ácido sulfuroso y la porción que requiere álcali
para convertir un disulfito en sulfito neutro).
CONCLUSIONES SOBRE LA PULPA AL SULFITO :
La pulpa al sulfito goza de las siguientes ventajas :
• Bajo costo de los reactivos que se necesitan para la cocción
• Alta blancura de las pulpas planqueadas y facilidad de blanqueabilidad de
las pulpas con los agentes relativamente simples para su blanqueo.
Sin embargo también tiene sus desventajas como son :
• Sólamente se puede producir pulpa de unas especies leñosas determinadas
• Las pulpas producidas son claramente más débiles que las logradas
mediante el proceso kraft.
4.2. PROCESOS MECÁNICOS
La pasta se obtiene aportando energía mecánica, sin consumo de reactivos químicos.
Sólo se disuelven aquellos componentes de la madera solubles en agua.
Los troncos de madera (que generalmente son de especies blandas de coníferas como el
abeto y el bálsamo) se sostienen contra la superficie de una piedra de molino de gran
tamaño y giratoria aplicando presión sobre los mismos y conforme la piedra muele la
madera convirtiéndola en fibras, se rocía un flujo de agua sobre la piedra para retirar la
pulpa, a la vez que se retira el calor generado en la operación.
Las fibras liberadas caen en un drenaje de pasta y pasan a una malla para separar las
astillas. El material fino que pasa la malla cae a un tanque y las partículas gruesas que
no pasan se envían a algún tipo de refinador y luego se regresan a las mallas. Lo fino se
concentra en espesadores donde se prepara la pulpa mecánica. El agua que sale de los
espesadores contiene del 15 al 20% de la fibra original y se recircula a los molinos
donde se emplea para facilitar el flujo hacia el drenaje de pasta. Conforme el proceso
sigue es necesario añadir agua fresca al sistema para mantener baja la temperatura, así
que hay que eliminar algo del agua blanca. Después se cuelan las fibras valiosas. El
único cambio químico que ocurre durante el proceso es una ligera hidratación de la
celulosa debida al largo tiempo de contacto con el agua tibia.
La pasta mecánica se diferencia de la pulpa química en que contiene prácticamente toda
la lignina de la madera original, no existiendo en ella las fibras como entidades
individuales, sino por el contrario como grupos y fragmentos de fibras. El rendimiento
se eleva a aproximadamente un 90-95% de la madera original en contraste con casi 50%
en el caso de la pulpa química.
La pasta mecánica es baja en resistencia comparada con las pulpas al sulfito y al sulfato.
Debido a que la pasta mecánica contiene prácticamente la totalidad de la madera, los
papeles fabricados con ella se deterioran (es decir, se produce la descomposición
química de los componentes no celulósicos) en cuanto a su resistencia, amarilleando al
envejecer. Por esta razón, la pulpa de pasta mecánica se utiliza únicamente en papeles
relativamente impermanentes, tales como papel de periódico, libros baratos, revistas,
papel higiénico... Para todos estos usos la pasta mecánica tiene propiedades deseables
como su bajo costo, buena calidad para la impresión, elevada opacidad y características
de drenado que pueden controlarse en el caso del trabajo de las máquinas de papel a alta
velocidad. Las cualidades para la impresión son buenas, debido a la masa alta, gran
suavidad, elasticidad y buena absorción de tinta.
El tipo de contaminación de las aguas residuales no es grave, y se resuelve por procesos
convencionales de clarificación y filtración.
5. FASE DE BLANQUEO
Independientemente del proceso de fabricación de pasta que se utilice puede existir una
fase complementaria de blanqueo para eliminar los excesos de lignina de la pasta una
vez lavada y depurada, consiguiéndose un aumento de blancura.
El blanqueo tiene por objeto aumentar la « brillantez » (eliminación de los tonos
oscuros) al máximo, con la mínima pérdida de rendimiento en pasta. La brillantez mide
la blancura de la pulpa, y se determina en una pequeña porción de papel mediante
espectrofotometría, por comparación con una escala arbitraria
El método de blanqueo depende del tipo de pasta :
• Blanqueo de pulpa mecánica o semiquímica : Como estas pulpas
contienen casi la misma lignina que la madera original (brillantez=50-60),
el tratamiento sólo eleva la brillantez en 10 a 12 puntos, para no
solubilizar demasiada lignina. La lignina residual resta brillantez a los
productos, que oscurecen con el tiempo. Se utilizan agentes oxidantes
(peróxido de sodio o agua oxigenada) o reductores (hidrosulfito de sodio
y de zinc que son ditionitas disueltas en agua)
•
Blanqueo de pulpa química. Es inevitable en este caso cierta
solubilización parcial, con la consiguiente pérdida de rendimiento.
En todos los casos, la facilidad de blanqueo se establece mediante el índice de KAPPA
que se define como el número de mililitros de KMnO4 0.1N que son decolorados por 1
g de pulpa seca a 25°C durante 5 minutos. Las pulpas fáciles de blanquear tienen un
número K de 6 a 10 o incluso menor ; para pastas difíciles o no blanqueables puede ser
mayor de 20.
Los procesos de blanqueo son de muchos tipos (C, E, H, D, P y O) ; a veces son
necesarios varios de estos tratamientos sucesivos para alcanzar la brillantez deseada.
ASPECTOS MEDIOAMBIENTALES DEL BLANQUEO
El blanqueo en la forma convencional requiere grandes cantidades de agua. La mayoría
de las fábricas de pulpa han reducido su consumo de agua en forma considerable,
volviendo a usar el agua de una etapa a otra.
Actualmente los efluentes de las plantas de blanqueo constituyen el problema más grave
para la industria de la pulpa y el papel.
6. FABRICACIÓN DEL PAPEL
Las diferentes pulpas, aun cuando con frecuencia se utilizan para fabricar hojas
gruesas, no proporcionan las propiedades deseables en papel terminado, como una
adecuada superficie, opacidad y resistencia ; y entonces hablamos de la fabricación
de papel :
Hoy la mayoría de papel se fabrica en máquinas Fourdrinier, similares a la primera
máquina eficaz para fabricar papel, desarrollada en los primeros años del siglo XIX.
El corazón de la máquina Fourdrinier es una cinta sin fin de tela metálica que se mueve
horizontalmente. La pulpa acuosa cae sobre la cinta sin fin de tela metálica que se
mueve horizontamente. Una pila poco profunda situada bajo la cinta recoge la mayor
parte del agua que escurre en esta etapa. Esta agua se vuelve a mezclar con la pulpa
para aprovechar la fibra que contiene. La extensión de la hoja de la pulpa húmeda sobre
la cinta se limita mediante tiras de goma que se mueven por los lados de la cinta. Las
bombas de succión situadas bajo la cinta aceleran el secado del papel, y la cinta se
mueve de un lado a otro para contribuir al entrelazado de las fibras. A medida que el
papel avanza, pasa bajo un cilindro giratorio cubierto de tela metálico o de alambres
individuales, llamado cilindro de afiligranar, que confiere al papel una textura
apropiada. Además, la superficie del cilindro tiene letras o figuras trazadas con alambre
que pasan al papel en forma de marcas de agua que identifican al fabricante y la calidad
del papel.
Cerca del final de la máquina, la cinta pasa a través de dos rodillos cubiertos de fieltro.
Estos rodillos extraen aún más agua de la tira de papel y consolidan las fibras, con lo
que dan al papel suficiente resistencia para continuar pasando por la máquina sin el
soporte de la cinta. A continuación el papel se transporta mediante una cinta de tela a
través de dos grupos de cilindros de prensado de metal liso. Estos cilindros
proporcionan un acabado liso a las dos superficies del papel.
Una vez prensado, el papel está totalmente formado; a continuación se pasa por una
serie de rodillos calientes que completan el secado. La siguiente etapa es el satinado, un
prensado con rodillos fríos lisos que produce el acabado mecánico. Al final de la
máquina Fourdrinier, el papel se corta con cuchillas giratorias y se enrolla en bobinas.
Todas estas operaciones suponen consumos importantes de agua, especialmente. Por
tonelada de papel acabado se necesitan, aparte la pasta : 100 a 200 m3 agua de calidad,
500 kg combustible (para vapor), 250 a 1400 kWh, según el tipo de papel.
Como las fibras de celulosa, una vez secas, no formarían por sí solas láminas estables,
es preciso añadir a las pastas ciertas sustancias antes del laminado. Las más corrientes
son : resinas o colas para dar consistencia al papel y hacerlo resistente a la humedad y a
la tinta ; sales de aluminio para fijar estas resinas a la celulosa ; cargas inertes tales
como carbonato cálcico, caolín... para dar opacidad y consistencia ; y colorantes de
naturaleza varia, si se desea una tonalidad determinada de papel. Y a partir de aquí,
piensa en el sinfín de utilidades que puede llegar a tener una sencilla hoja de papel.
PARTE Nº3: CONTAMINACIÓN POR LA INDUSTRIA PASTERO-
PAPELERA
Cuando se estudia la contaminación producida por la industria de la pasta y el
papel, hay que tener en cuenta su incidencia en los diferentes medios: agua, aire
y suelo.
CONTAMINACIÓN DEL AGUA
¿Qué es lo que se entiende por compuesto contaminante? Sustancia que
puede alterar el ambiente natural.
Según esto la EPA ( United States Enviromental Protection Agency) divide los
contaminantes en 8 grupos:
1.- Sustancias que consumen oxígeno
2. - Agentes que causan enfermedad
3. - Compuestos sintéticos orgánicos
4. - Nutrientes de las plantas
5. - Sustancias inorgánicas químicas minerales
6. - Sedimentos
7. - Sustancias radiactivas
8. - Descargas térmicas
Siguiendo esta clasificación se irán analizando el tipo de sustancias y el
proceso en el que se producen, así como las incidencias que producen en el
medio receptor.
1. - Sustancias que consumen oxígeno
El grupo de materiales que consumen oxígeno es de carácter orgánico. La
mayoría de las pruebas no miden la cantidad de materia orgánica en forma
directa, sino que relacionan ésta con la cantidad de oxígeno que se requeriría
para oxidar la materia orgánica.
Los métodos de laboratorio más empleados para determinar este tipo de
sustancias son los siguientes:
-Demanda bioquímica de oxígeno (DBO), es una medida del oxígeno
requerido para oxidar la materia orgánica en una muestra mediante la acción de
los microorganismos. Siendo al parámetro más usado la DBO5, utilizada para
designar un período de incubación de cinco días.
-Demanda química de oxígeno (DQO), mide la cantidad de oxidante
consumido por una muestra de agua a analizar utilizando agentes oxidantes
fuertes.
-Carbono orgánico total (COT), prueba que se realiza al inyectar una cantidad
conocida de muestra en un horno a elevada temperatura. El carbono orgánico, se
oxida formando dióxido da carbono en presencia de un catalizador y se puede
medir cuantitativamente mediante un catalizador infrarrojo.
-Demanda total de oxígeno (DTO), la sustancia orgánica se convierte en
productos terminales estables en una cámara de combustión catalizada con
platino. La DTO se determina monitoreando el contenido de oxígeno presente en
el gas portador de nitrógeno.
2. -Agentes que causan enfermedad
La principal preocupación en esta categoría corresponde a microorganismos
patógenos, hongos, bacterias o virus, que pueden ocasionar enfermedades.
Para el análisis de la existencia de estos patógenos se toma como indicador la
presencia de organismos coliformes entre los que se incluyen el género
Escherichia y Aerobacter. Su presencia indica la posibilidad de patógenos, su
ausencia los descarta.
Dos métodos son los más aceptados para obtener el número de organismos
coliformes presentes:
-La técnica del número más probable (TNP): basada en el análisis
estadístico de un número de resultados positivos y negativos obtenidos.
-Técnica del filtro de membrana: que hace pasar un volumen conocido de
muestra de agua a través de un filtro con poros. Las bacterias retenidas en el
filtro, se desarrollaran en agar y se cuentan posteriormente.
3. -Compuestos orgánicos sintéticos
Estos compuestos se pueden clasificar en cuatro grupos:
-Detergentes
-Plagicidas
-Aceites y grasas
-Productos químicos
Llevan asociados un potencial tóxico. Los medios comunes para determinar la
toxicidad consisten en emplear pruebas de bioensayo, cuyos objetivos consisten
en determinar:
1. -La medida de toxicidad aguda o límite de tolerancia (TLm)
2. -La dosis letal del 50% de los individuos (DL50)
-Detergentes, sus aplicaciones están relacionadas con la limpieza, para el lavado de
fieltros. Conllevan problemas añadidos al de la toxicidad, ya que producen espumas,
disminuyen la tensión superficial del agua y contribuyen a la eutrofización de las aguas.
-Plagicidas, en la industria del papel se utilizan los microbicidas para mantener la
población microbial en el sistema de agua dentro de ciertos límites, a fin de evitar el
incremento de lodos. Entre los microbicidas más empleados están: cloro, fenoles,
compuestos cuaternarios de amonio, de organoazufres y de plata.
La detección de los plagicidas se lleva a cabo por técnicas de gas cromatográfico.
-Aceites y grasas, otros efectos producidos sobre el medio:
·Reducen el aireado del flujo
·Reducen la penetración de la luz
·Presenta riesgo potencial de incendios
Este tipo de efectos son debidos en la industria pastero-papelera a: La descarga de aceites
lubricantes ya gastados y la posibilidad de derrames (calderas). Su detección se lleva a
cabo por el método de extracción de hexano.
-Productos químicos, proceden básicamente de los procesos de producción de pulpa y de
los procesos de blanqueado de la pasta. Los efectos derivados en el medio ambiente, son:
·Organoeléctricos, debido a los compuestos orgánicos de azufre
·Contaminación por coloración, que proviene de derivados ligníticos .Se encuentra en
forma de materia en suspensión y en disolución tiene los siguientes efectos:
-Retarda la transmisión de la luz
-Mayor coste en el tratamiento aguas abajo
-Interfieren en el metabolismo de los organismos bajos en la cadena alimentaria.
·Alta toxicidad, los compuestos organo-clorados son los desechos de esta industria más
preocupantes. Son las reacciones que vienen del blanqueo de la pasta de papel.
El cloro empleado como reactivo ataca al polímero complejo de lignina con el fin de su
decoloración.
Las cloroligninas son compuestos muy tóxicos y poco biodegradables. La dioxina
(2,3,7,8-tetraclorodibenceno) aquí producida, es uno de los compuestos organo-cloradosaromáticos más tóxicos que se conocen.
4. -Nutrientes de las plantas
Se refiere a la cantidad de nitrógeno y fósforo, así como una serie de iones metálicos.
Esta industria es deficitaria en estos elementos, de manera que en tratamiento de los
vertidos han de añadirse.
En la producción de pulpa mediante el proceso al sulfito con base de amonio, se puede
dar algún problema con el amoniaco.
5. -Productos químicos inorgánicos y sustancias minerales
Son tres las clases de material que interesan: ácidos, álcalis y metales pesados.
El pH va a depender del proceso de producción:
- Muy ácidos
Producción de pulpa al sulfito ácido
- Muy alcalinos
Producción de pulpa de Kraft
Antes del tratamiento biológico, el pH se ha de ajustar dentro de un margen de pH de 6 a
8.
Con los metales el problema esta en su toxicidad. En la industria que nos ocupa los
metales pesados que intervienen en los procesos de fabricación son:
-Aluminio (Al)
-Cromo (Cr)
-Cobre (Cu)
-Níquel (Ni)
-Titanio (Ti)
-Hierro (Fe)
-Mercurio (Hg)
-Zinc (Zn)
La detección de este tipo de contaminantes se hace por la polarografía y por la
espectroscopia de absorción atómica.
6. -Sedimentos
Son los componentes sólidos sediméntales que pueden ocasionar la formación de
sedimentos en las partes bajas de los ríos. Entre los efectos en el medio destacan:
- Cubren los lechos de los ríos y alteran la vida béntica existente.
- Requieren de los recursos de oxígeno del río.
- Su descomposición anaerobia produce olores desagradables.
- La descomposición anaerobia produce gases que hacen flotar sólidos del lecho.
Este tipo de sedimentos pueden clasificarse en tres:
- Sólidos disueltos, entre los de origen orgánico lignina y derivados, hidratos de
carbono, ácidos y alcoholes.
- Sólidos en suspensión, constituidos por cortezas, residuos de fibras, cenizas, cal …
- Sólidos totales, es la suma de los anteriores.
Su reducción o eliminación se puede llevar a cabo gracias a un tratamiento biológico.
7. -Materiales radiactivos
En la industria de la pulpa y el papel no aparece ningún material radiactivo en ninguno
de los procesos.
8. -Contaminación térmica
La adición de agua que contiene energía térmica a un río hará que se produzcan
desequilibrios de temperatura en los mismos, siendo los efectos más notables:
- El aumento de la actividad metabólica de los organismos.
- Una mayor demanda en cuanto a los recursos de oxígeno.
- Una disminución de la solubilidad del oxígeno.
- Choques térmicos en peces.
- Desplazamiento de los organismos presentes.
Estos efectos van a conllevar una tendencia hacia un estado de eutrofia en el río con
desaparición de la vida piscícola.
La EPA recomienda una temperatura máxima en el receptor de agua de 32ºC y una
elevación máxima por encima de la natural de 5ºF.
La solución a este problema e sencilla y pasa por la utilización de un buen sistema
difusor en la tubería de descarga.
CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA
Según la definición antes dada de sustancia contaminante, se pueden dar dos tipos de
contaminación:
- Natural, erupciones volcánicas, incendios …
- Debida a la actividad humana.
Efectos de la contaminación atmosférica
Entre los diferentes tipos de efectos que producen las emisiones de contaminantes a la
atmósfera, destacan los siguientes:
- Lluvia ácida, producida como consecuencia de la deposición por vía seca o húmeda
de las emisiones de SOx y NOx , que afecta gravemente a los seres vivos.
- Efecto invernadero, conlleva un incremento de la temperatura terrestre, es decir,
un sobrecalentamiento global del planeta. Las emisiones procedentes de la actividad
humana están incrementando las concentraciones de gases invernadero: dióxido de
carbono, metano, clorofluorocarbonos y oxido nitroso.
- Alteración del ciclo meteorológico , interviniendo en el proceso de formación de
nubes.
- Enfermedades, la contaminación del aire es un factor que contribuye a los
problemas pulmonares, como bronquitis, asma enfisema.
CONTAMINACIÓN DEL SUELO
El suelo también es susceptible de ser contaminado a consecuencia de la actividad de
la industria pastero-papelera.
Como fuente de contaminación cabe destacar:
- La contaminación del suelo también se produce como consecuencia de los derrames
y vertidos que se producen en el proceso productivo y consecuencia de este.
Igualmente se producen una serie de fangos en el tratamiento de los vertidos que
han de ser gestionados.
- La erosión del suelo, que es consecuencia de la obtención de la materia prima por
tala indiscriminada de la vegetación. Como resultado queda al descubierto y sin
protección el suelo, sobre el que las lluvias tienen un efecto arrasador.
MEDIDAS CORRECTORAS DE LA CONTAMINACIÓN DE LA INDUSTRIA
PAPELERA.
Las técnicas de control de la contaminación pueden agruparse en dos categorías:
- Medidas internas o tratamientos aplicados en la propia fábrica con el fin de reducir o
eliminar los agentes contaminantes, con objeto de reciclar y aprovechar al máximo
las materias desechables.
-
Medidas externas o tratamientos fuera de la fábrica, antes de su carga generalmente
a ríos o al mar, con objeto de cumplir la legislación vigente según la administración.
El industrial papelero puede por tanto plantearse la depuración de sus vertidos al objeto
de volver a utilizar sus aguas en fábrica (reutilización) o en la propia operación
originadora del vertido (reciclaje o cierre de circuitos). El problema está en que la
calidad exigida del agua para recircular es siempre mayor que la exigida para verter.
La calidad de agua para poder ser reutilizada debe cumplir unos requisitos mínimos:
-
-
Bajo contenido en materia orgánica, para evitar la producción de lodos en el
proceso, así como para evitar contenidos altos en nutrientes clásicos (Por ejemplo: el
fósforo).
Baja dureza que podría interferir en el blanqueo.
Ausencia de metales pesados causantes de la pérdida de calidad en los procesos.
La línea de tratamiento de vertidos en la Industria Papelera se puede esquematizar como
sigue:
1. Eliminación de la posible toxicidad.
2. Medidas internas.
3. Tratamiento primario o de eliminación de la materia en suspensión.
4. Tratamiento secundario o de eliminación de la materia orgánica.
5. Tratamiento terciario para reducción del color y de afino.
6. Tratamiento de lodos.
1. ELIMINACIÓN DE LA POSIBLE TOXICIDAD.
Los metales pesados que podrían encontrarse en los efluentes de las fábricas, pueden
deberse a tres fuentes principales:
q
q
q
Los productos químicos que se utilizan en la producción de la pulpa.
Los aditivos utilizados en la fabricación del papel.
Los productos de la corrosión de los equipos.
2. MEDIDAS INTERNAS.
Entre los factores que impulsan en mayor grado la economía del agua se encuentran:
q
q
Reducir las pérdidas de fibras, finos y cargas.
Costo reducido en la compra o procesado del agua fresca.
q
q
Un costo reducido para el calentamiento de flujos del proceso. Este último adquiere
una importancia mayor en una época preocupada con la conservación de la energía.
Vamos a tratar en este punto las principales fuentes de contaminación:
Patio de madera y operaciones de astillado:
Muchos finos de cortezas escapan al efluente por vía húmeda, causando contaminación
local.
Los descortezadores hidráulicos producen sólidos en suspensión muy finos, porque
rompen la corteza en pequeñas partículas que no se asientan bien. Pueden lograrse una
reducción en la carga de desperdicio mediante reciclado de la mayor parte del agua
utilizada al descortar, sin embargo ha de eliminarse la mayor parte de los sólidos, para
evitar el desgaste de las bombas. La eliminación de los sólidos en suspensión se pueden
llevar a cabo en un sistema sedimentador independiente.
De cualquier manera una práctica que mejora sustancialmente el problema es el
descortezado en seco.
q
Modificaciones al proceso en la fabricación Kraft.
Este método de producción de pasta, es el que más se usa, y el que mejor se presta a la
recuperación para su reutilización de los productos químicos.
El efluente procede de tres fuentes distintas:
- Filtrado en el separador.
- condensados
- pérdidas intermitentes
MEDIDAS EXTERNAS
3. TRATAMIENTO PRIMARIO
Las técnicas aquí empleadas están calculadas para eliminar los sólidos orgánicos e
inorgánicos sedimentables mediante procesos físicos o fisicoquímicos. Se efectúan en
tanques de sedimentación, mejorándose los resultados al efectuar un tratamiento
químico.
Este tratamiento consiste en agregar uno o varios reactivos a las aguas a tratar, para
producir un flóculo o compuesto químico insoluble que absorbe la materia coloidal,
envolviendo a los sólidos en suspensión no sedimentables y depositándose en el fondo
del tanque.
Las operaciones básicas que se desarrollan en este tipo de procesos son:
q
q
q
Operaciones de pretratamiento: cribado, desarenado...
Equipos de almacenamiento y dosificación de los reactivos.
Cámara de mezcla y floculación.
Tanque de sedimentación.
q Evacuación y tratamiento de los primnarios.
Con estos tratamientos se logran eliminaciones de sólidos suspendidos de hasta un 90%
y el 70% en la DBO5, en casos ideales.
q
Operaciones de que consta:
q
q
q
Fase de pretratamiento.
Tratamiento físico.
Tratamiento químico.
4. TRATAMIENTO SECUNDARIO O BIOLÓGICO.
Se efectúa cuando las aguas negras, después del tratamiento primario todavía contienen
sólidos orgánicos en suspensión o solución. En este tratamiento se emplean cultivos
biológicos para llevar a cabo una descomposición biológica aeróbica u oxidación del
material orgánico, transformándolos en compuestos más estables.
El tratamiento secundario es poco empleado en nuestro país en procesos papeleros.
Lo que se produce es una degradación o rotura de las moléculas orgánicas más o menos
complejas (polímeros o no) en otras más pequeñas para que se puedan disolver.
Seguidamente está la etapa de mineralización de la materia orgánica y producir energía
para el propio mantenimiento de los microorganismos.
Las plantas de lodos moderna incluyen casi sin excepción una torre de refrigeración y
una balsa de homogenización antes del tanque de aireación. Estas son necesarias,
porque la mayor parte de los efluentes de las fábricas de pasta y papel están calientes
para tratamientos biológicos.
5. TRATAMIENTO TERCIARIO.
Es un tratamiento final de afino, consiste en una nueva precipitación química, es un
intercambio iónico, etc., con objeto de eliminar el color, la DBO hasta valores próximos
al 98% y otros contaminantes.
El agua coloreada procede de tres operaciones fundamentales:
q
q
q
La producción química de pulpa.
El blanqueo de la pulpa.
La producción del papel de color.
El flujo dominante en color de la planta de blanqueo procede de la entrada de extracción
acústica.
6. TRATAMIENTO DE LODOS.
Los lodos son una mezcla de aguas y sólidos sedimentados que deben someterse a algún
tratamiento capaz de modificar sus características, para que pueda disponerse de ellos
sin causar molestias de salud.
El mecanismo más empleado en la industria papelera es la deshifratación de fangos
mediante espesamiento, concentración, filtración o centrifugación, abundando los filtros
banda y los filtros prensa.
BIBLIOGRAFÍA
q
INTRODUCCIÓN A A QUÍMICA INDUSTRIAL
prof. Dr. Angel Vien Ortuño.
q
MANUAL PARA TÉCNICOS DE PUPA Y PAPEL
G.A. SMOOL.
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MANUAL DE PROCESOS QUÍMICOS EN LA INDUSTRIA.
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REVISTA DE INGENIERIA QUÍMICA Nº 327, AÑO 1996 Y A REVISTA DE
OCTUBRE DE 1999.
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TRABAJO DE LA INDUSTRIA PASTERO-PAPELERA.