Informe Proceso de Blanqueo

UNIVERSIDAD DE TARAPACÁ

ESCUELA UNIVERSITARIA DE INGENIERÍA

INDUSTRIAL, INFORMÁTICA Y DE SISTEMAS

Ingeniería Civil Industrial

PROCESO DE BLANQUEO

Asignatura : Taller de integración de conocimientos

Alumna : Soledad Ignacio Flores

Profesor : Diego Villagra

Arica-Chile

2015

Escuela Universitaria de Ingeniería Civil IndustrialUniversidad de Tarapacá

INDICE

INTRODUCCION.............................................................................................................................3

DESARROLLO................................................................................................................................4

1. Definición de Celulosa.....................................................................................................4

2. Proceso de la celulosa.....................................................................................................4

3. Blanqueo de la celulosa: Proceso clave......................................................................5

CONCLUSION...............................................................................................................................11

BIBLIOGRAFIA..................................................................................................................................12

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INTRODUCCION

La industria de la celulosa se sitúan dentro de las más grandes del mundo, esto incluye

la fabricación de pasta, papel, cartones y derivados.

La materia prima indispensable de la producción de papel es la madera que procede

de los bosques, pero últimamente, a lo largo de los años ha aumentado la utilización de

bosques tropicales y selvas.

La composición química de la madera es muy variada. Principalmente se compone de

celulosa, lignina, hemicelulosa, y de un 5% a un 10% de otros materiales.

La lignina es un complejo polímero aromático asociado a los polisacáridos de la pared

celular vegetal, su estructura estéreo-irregular y amorfa hacen de ella una molécula muy

particular y difícil de degradar

En la naturaleza existen diferentes microorganismos asociados a la descomposición de

la madera, pero hasta ahora los únicos que son capaces de degradar la lignina en forma

eficiente son los hongos basidiomicetes llamados de pudrición blanca.

Parte del proceso básico necesario es poder eliminar la lignina de la madera para

hacer el papel u otros productos derivados. Este compuesto, constituyente de la madera y

que actúa como cemento en su estructura, es el principal obstáculo para poder obtener

celulosa y papel de buena calidad.

Industrialmente la pulpa de celulosa blanqueada se obtiene a través de un proceso de

dos etapas: el pulpaje y el blanqueo, que será presentado a lo largo del informe.

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DESARROLLO

1. Definición de Celulosa

La celulosa o fibra es el elemento constitutivo de la madera. Desde el punto de vista

químico, la celulosa es un polímero natural formado por unidades de glucosa. Las fibras

se encuentran en la madera unidas entre sí por un compuesto químico complejo llamado

lignina que le da la rigidez. La fabricación de la celulosa consiste en separar la fibra de la

lignina mediante procesos industriales químicos o mecánicos.

En el mercado mundial se distinguen básicamente dos tipos de celulosa según la materia

prima que le dio origen: la celulosa de fibra larga y la celulosa de fibra corta, según

provengan de maderas de especies coníferas o de latifoliadas, respectivamente.

2. Proceso de la celulosa.

El proceso químico de fabricación que utiliza ARAUCO es el denominado kraft o al sulfato.

En este proceso, se separan las fibras de la lignina que las une a través de un ataque

químico de la madera, previamente convertida en astillas.

El proceso kraft permite obtener una pulpa de alta resistencia, ya que la separación de las

fibras se produce sin mayor daño a ellas. Por otra parte, mediante procesos auxiliares y

complementarios se pueden recuperar los productos químicos que intervienen en la

producción de la pulpa y volver a usarse en un ciclo siguiente. Cabe destacar que las

plantas productoras de celulosa constituyen un elemento esencial para el desarrollo del

sector forestal, por cuanto están concebidas para procesar residuos industriales, tales

como astillas provenientes de aserraderos y trozos de árboles que no tienen una

aplicación industrial alternativa.

Asimismo, todas las plantas productoras de celulosa blanqueada de ARAUCO han

adoptado la tecnología ECF (sigla que en inglés significa "libre de cloro elemental"), que

es universalmente reconocida como de mínimo impacto medioambiental y que permite

maximizar el rendimiento de madera minimizando, a la vez, el consumo de agua y las

emisiones gaseosas.

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Por otra parte, puede afirmarse en forma categórica que los efluentes líquidos

provenientes de plantas de celulosa que utilizan la tecnología ECF en el proceso de

blanqueo, no tienen efectos negativos en los ecosistemas acuáticos. Por estas razones se

ha conferido la denominación BAT (sigla en inglés para "mejor tecnología disponible") al

proceso de blanqueo ECF y constituye la opción obvia para una empresa como ARAUCO

comprometida a minimizar el impacto ambiental de su actividad industrial.

Anualmente se transan en el mundo aproximadamente 48 millones de toneladas métricas

de celulosa, tratándose de un mercado altamente competitivo en el cual Chile tiene una

participación de 6%, aproximadamente.

3. Blanqueo de la celulosa: Proceso clave

El blanqueamiento de la pulpa es la etapa más importante en la producción de celulosa,

donde intervienen la mayor cantidad de químicos y se pueden generar altos niveles de

contaminación. Sin embargo, la industria de la celulosa ha asumido el desafío de fabricar

un producto de la mejor calidad posible con procesos eficientes e insumos más inocuos

que se recuperan para evitar la contaminación ambiental.

De todas las etapas que tiene el largo proceso de fabricación de la celulosa ninguno es

tan importante como el blanqueo, ya que debido a la lignina –la sustancia que mantiene

unidas a las fibras de madera- la pasta puede presentar un color amarillento o café, más

intenso según el porcentaje de lignina presente.

Si bien la celulosa puede usarse cruda y sin blanquear para fabricar papeles altamente

resistentes como el liner y productos de embalaje–para los cuales se utiliza

exclusivamente madera de fibra larga de pino- cuando se la utiliza para fabricar papel de

impresión, tissue, fotográfico, entre otros. La pasta debe ser blanqueada. Lo que

determina el blanqueo el índice Kappa, que consiste en usar permanganato de potasio

(KMnO4) sobre la pasta para determinar la cantidad de lignina residual (1,1 a 1,8%),

dependiendo de la especie.; los valores obtenidos para eucalipto pueden variar entre 18 y

21 y para pino entre 27 y 30. Mientras más alto es el IK, más se necesita blanquear el

producto.

El propósito del proceso de blanqueo es cumplir ciertos criterios de calidad, asociados al

nivel y estabilidad de la blancura, limpieza y propiedades de resistencia de la celulosa

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producida. “Este proceso se lleva a cabo para cubrir la demanda de consumidores que

quieren papeles blancos para múltiples usos, desde los productos de impresión y

escritura, hasta productos de embalajes y papeles higiénicos, entre otros”, explica Charles

Kimber, gerente de Asuntos Corporativos de Arauco.

El proceso de remoción de la lignina de las astillas de madera se puede llevar a cabo

transformando su estructura molecular con diferentes tipos de pulpaje, que tienen

rendimientos distintos y generan pulpas de diversas propiedades y calidades. El más

utilizado es el pulpaje químico, también llamado sulfato o método Kraft, en el que se

remueven casi totalmente la lignina y todos los compuestos no-celulósicos, obteniéndose

una pulpa de intensa blancura.

El método Kraft consiste en introducir la madera en digestores a alta temperatura (170º C

para el caso del pino, y 166º C en eucalipto), donde mediante el uso de una mezcla de

hidróxido, carbonato, sulfato y sulfuro de sodio se disuelve la lignina y se producen

mercaptanos, substancias orgánicas azufradas de olor muy desagradable (ver artículo

“Desafío constante”). Luego se separa la fibra del líquido que contiene sales orgánicas de

sodio y que constituye el licor negro, que se lleva a la caldera recuperadora donde en

base a altas temperaturas sus compuestos orgánicos son transformados en carbonato y

los sulfatos reducidos por el calor a sulfuros. Este proceso permite una alta recuperación

de los desechos y una escasa contaminación ambiental.

“El proceso Kraft se adapta igualmente para pino y para eucalipto, pero el eucalipto es

más fácil de cocer por poseer una menor cantidad de lignina (21% versus 28%,

respectivamente), por lo que en su proceso se usan menos reactivos químicos”, explica

Javier González, profesor titular de la Facultad de Ciencias Forestales y Conservación de

la Naturaleza de la Universidad de Chile.

El proceso de blanqueo demanda la mayor parte del consumo de agua en una planta de

celulosa, y por lo mismo genera efluentes líquidos que son una potencial fuente de

contaminación, ya que en estado bruto contienen lignina, alcoholes, cloratos y metales

pesados. Sin embargo, hoy su impacto ambiental está reducido a su mínima expresión, ya

que las plantas trabajan en ciclo cerrado con los productos químicos, y toda el agua

residual es tratada biológicamente.

Cualquiera sea el proceso utilizado, el blanqueamiento de la celulosa implica,

necesariamente, una reducción de rendimiento de la madera, medido en m3 de madera

por tonelada de celulosa. Normalmente, en todo el proceso se pierde entre un 5 y 9% de

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la pasta café, para alcanzar blancura estándar de 87-90%, según la norma ISO-2470

(International Organization for Standardization).

3.1. Menor contaminación

El producto tradicional que se usó durante años para blanquear la celulosa fue el cloro

elemental, en estado molecular o gaseoso, junto con otros químicos con contenido de

cloro como el hipoclorito, pero debido a que su uso generaba subproductos no peligrosos

para las personas y contaminantes del medio ambiente, como las dioxinas y furanos, hace

unos 25 años se lo reemplazó por las tecnologías Libre de Cloro Elemental (Elemental

Chlorine Free, ECF) o Totalmente Libre de Cloro (Totally-Chlorine Free, TCF). El primero

usa dióxido de cloro (ClO2) como agente oxidante más Álcali para la extracción de lignina,

peróxido y óxígeno para reforzamiento en las etapas de extracción. El segundo emplea

peróxido de hidrógeno (H2O2-agua oxigenada) además de oxígeno, ozono, ácido

peracético y Álcali para la extracción de la lignina. Ambos reducen significativamente la

cantidad de compuestos clorados liberados en el ambiente y son más eficientes porque se

logra una mayor blancura a un menor costo de producción.

“El cloro es más barato al ser un subproducto de la producción de soda cáustica, pero es

altamente corrosivo y contaminante ya que produce una serie de toxinas muy difíciles de

tratar”, explica Mario Rubio, gerente comercial de Proquiel Químicos. “Con dióxido de

cloro se implementó una solución parcial, más cara pero menos contaminante; sin

embargo, genera algunos subproductos tóxicos en los efluentes y es un producto de

manejo complicado por ser explosivo. Así se llegó finalmente al peróxido de hidrógeno,

que permite un proceso bastante más limpio a un costo es aceptable; además, si se lo

combina con oxígeno, tiene aún mejores resultados”.

El impacto ambiental que generaba el cloro al ser eliminado por los efluentes líquidos o

gaseosos de a planta era fuerte. El dióxido de cloro, en cambio, gatilla un oxidación que

forma compuestos orgánicos solubles al agua y produce una cantidad mucho menor de

compuestos orgánicos clorados, los que al tener menor peso molecular son fácilmente

biodegradables y no producen dioxinas, lo que disminuye los niveles de contaminación

de sus efluentes y emanaciones atmosféricas.

“El blanqueo con peróxido de cloro y reforzado con oxígeno logran una elevada tasa de

blanqueo con menor contaminación”, señala Denise Triviño, gerente de la División

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Química y Metalurgia de Linde Gas Chile S.A. “El oxígeno es una alternativa eficiente,

fácil de aplicar y amistosa con el medio ambiente”.

Mario Rubio refuerza la idea de que debido a la alta contaminación producida

antiguamente se ha perfeccionado la búsqueda e instauración de procesos limpios y

eficientes. “También se han logrado más eficiencia por la vía del manejo de temperaturas

y los tiempos de proceso en los digestores, utilizando menor cantidad de productos en el

tratamiento de efluentes”, apunta.

3.2. Desechos recuperados

El blanqueo consta de entre tres y seis etapas o ciclos que se llevan a cabo con

diferentes reactivos químicos que van gradualmente aumentando el grado de blancura de

la pasta, y consiste en mezclar la pasta de celulosa con el agente blanqueador en un

reactor a altas temperaturas y en un ambiente ácido durante el tiempo necesario para que

se lleve a cabo la reacción.

Dado que en este proceso se generan algunos componentes orgánicos que no son

solubles en un ambiente ácido, después de cada una de estas etapas se realiza un lavado

de la pasta con productos químicos que generan un medio alcalino para extraer estos

componentes y restos de lignina en la estación de lavado. Después de la primera mezcla

se usa oxígeno y peróxido de hidrógeno para convertir en solubles los posibles

compuestos clorados que se podrían haber formado durante la primera mezcla.

Finalmente, se vuelve a mezclar la pasta con el agente blanqueador y otros productos

químicos sucesivas veces hasta obtener la blancura deseada en la pasta. La blancura

objetivo es del 90%. Por último se realiza un lavado y se neutraliza el agente blanqueador

con SO2.

“Dependiendo de la planta, las secuencias siguen un orden denominado ODEopDED o

bien OADEopDD, donde O se refiere a la etapa de oxígeno, D a la de dióxido, Eop es una

etapa alcalina reforzada con oxígeno y peróxido de hidrógeno, y A es una etapa ácida

normalmente usada para fibra de eucalipto”, apunta Miguel Pereira, profesor del

Laboratorio de Productos Forestales de la Universidad de Concepción.

El efluente es conducido a las plantas de tratamiento para ser purificado, eliminando todas

las sustancias nocivas antes de devolverlo a los ríos o al mar. En el caso del cxígeno, los

residuos líquidos son llevados a la caldera recuperadora, donde combustionan junto al

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licor negro para generar energía y recuperar parte de los reactivos químicos (soda). En el

caso del ClO2 se generan residuos líquidos de bajo pH y carga orgánica, que son tratados

en las plantas de tratamientos de efluentes.

A su vez, para mitigar la emanación de olores se han implementado sistemas de limpieza

de partículas y de recuperación de gases odorosos, que son quemados en las calderas.

Respecto a los sólidos, existen los programas de cero residuos que reciclan los desechos.

“Las medidas de control son cada vez más claves en los procesos de control de plantas y

su certificación. Todos los cambios producidos en las últimas dos décadas apuntan a ser

cada vez menos contaminantes”, indica Javier González.

3.3. Aumento de oxígeno

Para hacer más eficiente el proceso, en el último tiempo las plantas de celulosa han

comenzado a implementar una etapa previa al proceso de blanqueo llamada

deslignificación o pre blanqueo de la madera, en que se aplican altas dosis de oxígeno a

la pasta café para oxidar la lignina y disminuir su concentración antes que la pulpa llega a

la etapa de blanqueado. Con ello se ha conseguido la optimización del proceso mediante

la reducción del uso de reactivos de blanqueante y el reemplazo de reactivos por otros

que contaminan menos.

“La innovación fue reemplazar el Cl2 por dióxido y agregar oxígeno en la primera

extracción y peróxido en la segunda”, señala Javier González. La inclusión del oxígeno ha

permitido disminuir considerablemente el uso de cloro y dióxido de cloro. “Este proceso

reduce el consumo de blanqueadores químicos más costosos y disminuye la carga de

efluentes de la planta de blanqueo”, acota Denisse Triviño. Acota Miguel Pereira: “La

deslignificación con O2 ha y el reemplazo de Cl2 por ClO2 ha permitido disminuir de

manera considerable la generación de los contaminantes más nocivos”.

Estas aplicaciones de oxígeno han sido una de las mejoras más importantes incorporadas

a la industria en la última década, ya que reducen la cantidad de agentes con compuestos

clorados que se usan en el proceso posteriormente, mejoran notablemente la calidad de

los efluentes que se vierten al medio ambiente y posibilita que la lignina removida en la

primera estación de lavado pueda ser reprocesada en el Sistema de Recuperación de

Productos Químicos y Energía. Otros productos como el ozono y el peróxido de hidrogeno

también se usan en el pre blanqueo de la celulosa en lugar del oxígeno, pero tienen

mayor costo de producción y están aún en una etapa muy incipiente.

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“El oxígeno actúa deslignificando la pulpa a diferencia del ClO2, que la blanquea. En

general, el uso de oxígeno tiene muchas más ventajas que el ClO2 porque es más barato,

menos riesgosos y menos contaminante, pero no es posible técnicamente usar sólo

oxígeno para blanquear pulpas a los niveles de mercado (88-90 % ISO), por lo que no se

puede reemplazar en su totalidad el uso del dióxido de cloro, que permite alcanzar altas

blancuras”, sostiene Pereira

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CONCLUSION

En Chile se están introduciendo técnicas menos contaminantes para el blanqueado de la

pasta de celulosa, pero aún así, la mayor cantidad de celulosa es blanqueada con cloro.

Este método de blanqueo produce elementos altamente tóxicos, lo que ha contribuido a

caracterizar a esta industria como altamente contaminante. Además, al evaluar los

impactos que tiene esta industria sobre el estado de los recursos naturales en su

conjunto, se puede evidenciar una presión sobre el bosque nativo. El Sistema de Cuentas

Nacionales ha sobredimensionado el aporte de esta industria en el crecimiento económico

nacional, ya que, al estimar el PIB Verde, que incorpora los costos de mitigación de la

industria, se puede observar que éste es menor que el PIB tradicional, diferencia que

aumenta cada vez más en el tiempo, dando cuenta del creciente costo que generan estas

emisiones a la sociedad. En las regiones y comunas forestales, la instalación y

funcionamiento de las plantas de celulosa así como la extensión de las plantaciones no

han contribuido al desarrollo económico de las mismas, ni tampoco a reducir los niveles

de pobreza, los que, paradójicamente, son los más altos del país. Es necesario, por lo

tanto, recalcar que el importante desarrollo de la actividad forestal en los últimos años ha

contribuido muy poco a la superación de la pobreza. Y esto se puede explicar,

básicamente, en el hecho de que la actividad forestal, y en este caso el de la celulosa, no

se opera con los principios del desarrollo sustentable.

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BIBLIOGRAFIA

Arauco . (2015 ). Arauco, sembremos el futuro. Obtenido de http://www.arauco.cl/informacion.asp?idq=697&parent=688&ca_submenu=3197&tipo=3&idioma=17

LIGNUM. (2015). Blanqueo de la celulosa. Obtenido de http://www.lignum.cl/informes-tecnicos/blanqueo-de-la-celulosa-el-proceso-clave/

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Documents

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