Mètodes de Fabricació de Pasta de Paper: Sulfit i Sulfat (Kraft)

Pasta Termomecànica

En aquest procés, s'utilitzen estelles de fusta que s'impregnen amb vapor a temperatura elevada per estovar la lignina. Això facilita la separació de les fibres i redueix la necessitat d'un tractament mecànic intens. Les estelles es passen per un refinador similar a l'utilitzat en altres processos, però l'efecte mecànic és menys fort. Aquest mètode consumeix molta energia.

Pasta Semiquímica

La pasta semiquímica combina un tractament químic, que dissol part de la lignina, amb un desfibrat mecànic posterior. Això permet mantenir un bon rendiment i millorar les característiques de la pasta. Les estelles de fusta es sotmeten a un tractament químic que estova les fibres i elimina part de la lignina. Després, passen a un molí mecànic i es refinen. L'aigua utilitzada es recicla. El tractament químic es realitza en un digestor, que pot ser continu o discontinu.

Pasta Química

La pasta química implica remullar la fusta amb productes químics per eliminar impureses com la lignina. S'utilitzen licors específics per a aquest propòsit. L'operació es realitza a una pressió i temperatura determinades dins d'un digestor, on la fusta es barreja amb els licors. L'eliminació de la lignina depèn de diversos factors:

• Condicions físiques del procés.
• Naturalesa dels agents químics utilitzats.
• Tipus de fusta.
• Temps de durada de l'operació.

Hi ha dos mètodes principals de pasta química: sulfit i sulfat (Kraft).

Mètode Sulfit

El mètode sulfit va ser desenvolupat el 1857 per Benjamin Tilghman. Inicialment, la pasta tractada amb àcid sulfurós resultava fosca. L'addició de Ca⁺² va ajudar a evitar aquest enfosquiment. Aquest mètode va ser àmpliament utilitzat des de 1867 fins a 1920, quan el mètode Kraft va començar a guanyar popularitat. Cap al 1930, el mètode Kraft ja era dominant. Als anys 50, es va descobrir que l'ús de Mg⁺² o NH₄⁺ facilitava la solubilització de la lignina i permetia treballar a un pH més àcid.

Procés Sulfit

A mesura que la temperatura i la pressió augmenten, les estelles absorbeixen l'àcid calent. La reacció principal no comença fins que s'arriba als 110ºC. S'assoleix una temperatura màxima de 140ºC i el procés dura entre 6 i 8 hores, depenent del grau de deslignificació desitjat. Aquest temps varia segons el tipus de fusta, la composició dels licors i la quantitat d'aigua. Aproximadament una hora abans de finalitzar el procés, s'atura l'escalfament i la pressió disminueix. El gas resultant es dirigeix a un acumulador de gas.

Química del Pulpejat al Sulfit

Les reaccions primàries durant la cocció al sulfit són:

1. L'SO₂ es combina amb la lignina, formant àcid lignosulfònic, que és relativament insoluble.
2. En presència d'una base, es formen sals lignosulfòniques, que són més solubles.
3. La lignina sulfonada es fragmenta en molècules més petites i solubles.
4. Les hemicel·luloses s'hidrolitzen en sucres solubles.

Operació i Control de la Cocció

Les variables més importants en la cocció al bisulfit són: pH, SO₂ lliure, temperatura i velocitat de reacció (que depèn de la temperatura). Cal tenir en compte que una temperatura més alta redueix el temps de cocció, mentre que una temperatura més baixa l'augmenta. Per verificar la velocitat de la reacció, es controla la lignina solubilitzada mitjançant un assaig al permanganat. Les coccions lentes són negatives per a la productivitat. Les estelles i els licors s'introdueixen als digestors per assegurar una bona impregnació i un augment uniforme de la temperatura.

Tractaments Posteriors

La pasta obtinguda després de la cocció conté:

1. Restes de nusos de fusta que no s'han cuit correctament i que s'eliminen mitjançant un procés de classificació.
2. Lignina i altres components que enfosqueixen la pasta, i que requereixen un procés de blanqueig.
3. Sorres i sediments, que s'eliminen en la fase de depuració.

Mètode Sulfat (Kraft)

El mètode sulfat, també conegut com a procés Kraft, va ser desenvolupat per C.F. Dahl. La pasta resultant és de color groc en comparació amb la pasta al sulfit. Aquest mètode es va desenvolupar inicialment per substituir el Na₂CO₃. La innovació va consistir a afegir sulfat sòdic (Na₂SO₄) a la caldera de recuperació. El sulfat es reduïa a sulfur (S^2-). Dahl va observar que el sulfur, en presència del licor, també dissolia la lignina. Les pastes al sulfat eren més resistents que les pastes al sulfit, i Dahl va obtenir una patent per al procés el 1884. "Kraft" significa "fort" en alemany i suec, reflectint la major resistència d'aquesta pasta.

El mètode Kraft va esdevenir predominant a partir de 1930, gràcies a la introducció de la caldera de recuperació. Aquesta caldera combinava la combustió del licor residual amb la recuperació de calor i productes químics en una sola unitat. La introducció del diòxid de clor (ClO₂) com a agent blanquejant va permetre obtenir pastes Kraft blanquejades amb propietats similars a les del sulfit.