PROCESOS INDUSTRIALES DE LA PULPA Y EL PAPEL

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La deslignificación prolongada ha sido una de las aplicaciones más populares de la antraquinona en lugares como América del Sur y Japón. La AQ posee muchas ventajas que la hacen el aditivo más usado en la producción de papel tales como; es un catalizador redox ideal para las reacciones, es estable a altas temperaturas, es inicua y no cauda ningún daños al ambiente.

3.4 Procesos no convencionales

3.4.1 Sistemas de deslignificación extendida catalizados.

- Cocciones con oxígeno.

Este proceso consiste en alterar la fase de cocción, alternando vapor a alta y a baja presión e invirtiendo el sentido de la corriente de cocción a mitad de la fase. Los resultados son una menor concentración de lignina adherida a la celulosa y una mayor viscosidad que facilita la separación del resto de la lignina durante una fase de oxigenación. Existen otros sistemas que se basan en los mismos principios que pueden ser instalados directamente en los sistemas de cocción tradicionales, que ofrecen resultados muy positivos.

Oxigenación.

En las tecnologías modernas se considera una etapa de deslignificación con oxígeno, que permite reducir la cantidad de agentes de blanqueo usados posteriormente. Este proceso de aplicación previo al blanqueo reduce significativamente la lignina. No obstante, este paso es delicado puesto que el oxígeno también ataca a la celulosa, por lo que es necesario encontrar un punto de equilibrio para que dicha operación sea rentable.

La deslignificación o pre−blanqueo con oxígeno debe su desarrollo, principalmente, al control ambiental. Al remover cerca del 50% de la lignina en una etapa usando oxígeno, hay una gran reducción de la carga de poluentes (DBO). Ese material orgánico disuelto puede ser enviado para la caldera de recuperación, donde se transforma en energía. Además del aspecto energético, el uso de oxígeno antes de la etapa de cloración proporciona una deslignificación equivalente a una reducción del 30 al 50% del número Kappa de pasta no blanqueada. Es evidente que las secuencias iniciadas con una etapa con oxígeno presentarán un consumo bastante inferior de compuestos clorados. El proceso puede ser efectuado de dos maneras: con oxígeno en torres presurizadas utilizando celulosa a consistencia media, o la deslignificación con oxígeno a consistencia media en un reactor atmosférico.

- Pulpeo alcalino con antraquinona.

[pic 4]

Las antraquinonas constituyen el grupo más números de las quinonas naturales y son la base y fuente de una importante cantidad de colorantes. Son compuestos aromáticos polihidroxilados más o menos metilados y cuando hay sustituyentes en la posición C-2 o en C-3, el estado de oxidación del átomo de carbono puede variar y ser o formar grupos más complejos. [pic 5]

Las antraquinonas naturales se encuentran libres y al estado de combinaciones glicosidicas. Pueden hallarse en la corteza y la raíz de los diversos géneros y especies de las familias. Rubiáceas, Rhamnáceas, Poligonáceas, Leguminosas, Escrofulariáceas, Liliáceas y Verbenáceas; en los líquenes, hongos, y en los insectos tintóreos de la familia de los Cóccidos.

Cerca de la mitad de las antraquinonas naturales conocidas han sido aisladas con relativa facilidad, tanto de los líquenes como de los hongos. Las propiedades tintóreas y laxantes de algunas plantas superiores, están relacionadas con su contenido de antraquinonas a-hidroxiladas.

Delignificación con antraquinona

Otras quinonas han demostrado también un comportamiento positivo respecto a la mejora de la velocidad de delignificación y su rendimiento. Donnini et al., trabajaron con 300 aditivos para el pulpeo alcalino (Donnini, et al., 1983), mientras que algunos muestran efectos iguales o mejores que la AQ, la mejor relación costo/utilidad de la AQ hace que ésta sea la única dentro de la familia de productos que haya adquirido una aceptación comercial (Holton, 1977b; Ringley, 1986; Vanderhoek y Nelson, 1986; Devic y Schirmann, 1988; Suganuma, 1998; Dimmel, et al., 1999).

En los últimos años, la delignificación prolongada ha sido una de las aplicaciones más populares de la AQ en lugares como América del Norte donde se produce la mayor cantidad de pasta a escala mundial o el Japón, con numerosos proyectos o plantas ya en funcionamiento. De esta manera se pueden producir pastas con bajo contenido de lignina sin una reducción en el rendimiento o una degradación de las propiedades de la fibra, además contribuyendo a reducir la contaminación (Blain, 1993).

Las dos propiedades principales que definen la antraquinona son su capacidad de aceleración de la delignificación alcalina y de estabilización de los carbohidratos con la preservación del rendimiento (Corchaux, et al., 1996a; 1996b).

La antraquinona además tiene atributos clave para conseguir ser un catalizador redox apropiado para las reacciones que se producen durante el proceso de cocción. Es estable a altas temperaturas (punto de fusión 282-285ºC) y en presencia de una fuerte carga de álcali caliente. La antraquinona es inocua y no tiene ningún efecto medioambiental adverso.

Además tiene un costo relativamente bajo. Por estas razones la AQ ha tenido éxito como agente delignificador. Unas de las mayores ventajas medioambientales de la utilización del la AQ son: la disminución de la contaminación atmosférica a través de la reducción de la sulfidez o la eliminación total del azufre, y la reducción de la contaminación de las aguas de los efluentes de las plantas de blanqueo a causa de la delignificación prolongada que disminuye el número de kappa de la pasta a blanquear.

Además de los procesos NaOH/AQ y kraft/AQ, tres procesos no convencionales se emplean habitualmente o bien se encuentran en fase piloto. Estos son combinaciones de la AQ con iones sulfito o bisulfito, AQ en el proceso con polisulfuro y combinaciones de AQ con metanol.

La solubilización de la AQ se debe por la reducción electroquímica. Los electrones que provienen de los grupos aldehidos que se encuentran en las terminaciones de los polisacáridos de la fibra se transfieren a la molécula de AQ. La pérdida de electrones de los grupos aldehidos los convierte a estos en grupos carboxílicos. Esta transformación estabiliza los polisacáridos evitando la pérdida de rendimiento en el proceso conocida en inglés con el nombre de peeling. Este fenómeno consiste en la repetida depolimerización