Química Orgánica Industrial

1.- Introducción.

Los hidratos de carbono, (CH₂O)_n, son los productos orgánicos naturales más abundantes de la naturaleza y su importancia biológica e industrial es elevada. Los hidratos de carbono de mayor importancia para la industria química son diversos azúcares, el almidón y la celulosa. La estructura y aplicaciones de los azúcares y del almidón se estudiarán en la asignatura Química Industrial Alimentaria. Biotecnología.

La celulosa es el compuesto orgánico natural más abundante y, por tanto, materia prima potencial para la I.Q.O. La madera contiene del 40 al 60% de celulosa y la paja un 30%. Más del 90% de la producción de celulosa se obtiene de la madera y el 10% restante de otras plantas.

La celulosa es el componente fundamental de la pared de las células vegetales en plantas, madera y fibras naturales, y se encuentra combinada, generalmente, con sustancias como la lignina, hemicelulosas (carbohidratos más cortos principalmente pentosanos), pectinas y ácidos grasos. En el algodón y en el lino las fibras de celulosa son de gran pureza (90-95%) y tienen aplicación textil.

La celulosa es un polímero lineal compuesto por unidades de glucosa. Las cadenas de celulosa se acoplan en haces unidos por puentes de hidrógeno. No se puede hablar de PM de la celulosa. Se han dado valores de 50.000 a 2.500.000 umas correspondientes a 300-15.000 unidades de glucosa.

 

El consumo mayor de celulosa es para papel y cartones, en segundo lugar, para obtener fibras textiles (rayón) y los derivados acetato y nitrato de celulosa. La fibra de celulosa que se utiliza en la fabricación del papel procede de la madera, ya se trate de fibra virgen (que siempre será necesaria para la industria papelera, o de fibra recuperada. La madera, recurso natural y renovable, es por tanto la materia prima básica del sector papelero.

La celulosa blanca de fibra larga se usa principalmente para agregar resistencia a los papeles y cartulinas, y la celulosa blanca de fibra corta se usa para dar suavidad y como relleno. Dependiendo de la proporción en las mezclas se obtienen papeles para diferentes usos. Actualmente existen más de 450 variedades de papeles según la clasificación de la International Pulp and Paper Directory.

En el papel, las fibras de celulosa individuales se conforman en una red, tal como se puede ver en el borde roto de una hoja. Estas fibras se adhieren unas a otros por enlaces de hidrógeno. Estos enlaces son débiles comparados con los enlaces iónicos y los enlaces covalentes.

La producción de papel y cartón en el mundo se sitúa actualmente en torno a los 300 millones de toneladas. De estas un 43% se utiliza para envases y embalajes, un 30% para impresión y escritura, un 12% para papel de prensa y un 15% para usos higiénicos, sanitarios y otros papeles.

 

2.- Tecnología de la celulosa.

La fabricación del papel tiene su origen en China, hacia el año 100 antes de Cristo. Como materia prima se utilizaban trapos, cáñamo, paja y hierba, que se golpeaban contra morteros de piedra para separar la fibra original. En el siglo VIII, tras la batalla de Samarcanda, los árabes entraron en contacto con la técnica de elaboración del papel e iniciaron su fabricación en Bagdad, Damasco, El Cairo, Marruecos y finalmente España, que fue la introductora del papel en Occidente. La primera fábrica europea de papel de la que hay constancia histórica, se instaló en Játiva, en el siglo XI.

 

2.1.- Descortezado y triturado de la madera.

El proceso de elaboración del papel se inicia con el descortezado y triturado de la madera. Este proceso se realiza mediante tambores rotatorios, cilindros dentro de los cuales los troncos se golpean contra las paredes o contra otros troncos, y como consecuencia del impacto se desprende la corteza.

Tras el descortezado, la madera se astilla y se tamiza. El parámetro a controlar en el tamizado es el espesor, ya que su correcta elección facilita que en el posterior proceso de cocción, las astillas se impregnen adecuadamente con los reactivos. El espesor de las astillas resultantes ha de debe oscilar entre 3 y 4 mm, aunque en la práctica hasta 7-8 mm son aceptables.

 

2.2.- Aislamiento de la celulosa.

El paso siguiente es la fabricación de la pasta de celulosa. Para ello hay que disolver la lignina que mantiene unidas las fibras de celulosa de la madera. Esta operación se puede realizar por procedimientos mecánicos, químicos o semiquímicos. De este modo se obtienen diferentes tipos de pastas papeleras, adecuadas para la fabricación de distintas variedades de papel.

Celulosa Mecánica.

La celulosa mecánica se obtiene a partir de un proceso en el cual la madera, una vez molida y triturada, se somete a altas presiones y a una temperatura de unos 140 ºC, que es la temperatura de transición vítrea de la lignina. Este proceso requiere un elevado consumo de energía, 1600 kw-h/Tm producida. La celulosa mecánica se caracteriza por su alto rendimiento, normalmente entre un 85% y un 95%. Esto significa que en el producto final (fibras de celulosa) queda de un 85 a un 95% del material original (madera). Un inconveniente que deriva de este hecho es que la lignina remanente en el producto es susceptible de oxidarse, generando el color amarillo que caracteriza a los diarios viejos. Los principales usos de estas celulosas son la fabricación de papel para periódicos y papeles para impresión y escritura de menor calidad. Esta celulosa es menos resistente que la química, no por la presencia de la lignina remanente, sino porque las fibras en ella contenida se han cortado en el proceso de fabricación.

A nivel mundial, del total de 300 millones de toneladas de celulosas producidas, cerca de un 76% correspondieron a celulosas químicas y sólo un 24% a celulosas mecánicas.

Celulosa Química.

En el proceso de producción de celulosa química la mayor parte de la lignina se remueve por disolución con agentes químicos, evitando que el papel final se vuelva amarillo por oxidación de la lignina. Para eliminar la lignina se realiza un proceso de cocción química de la madera (astillas) a altas temperaturas y presiones. Dependiendo de los compuestos químicos (lejías) usados en la cocción, existen celulosas químicas kraft o al sulfato y celulosas al sulfito. Actualmente la producción de pasta de celulosa al sulfato es la más utilizada a nivel mundial. El proceso al sulfito requiere un medio ácido y es muy contaminante, por lo que prácticamente no se utiliza en la actualidad.

 

3.- Proceso de fabricación de la celulosa Kraft.

Las astillas procedentes de la pila de acopio se llevan hacia la tolva de astillas, donde se impregna con vapor de agua para eliminar su contenido de aire (vaso impregnador de alta presión). Es en esta etapa donde comienza a agregarse una disolución acuosa de sosa (NaOH) y sulfuro de sodio (Na₂S) denominada licor blanco o lejía blanca. Esta mezcla se introduce en el digestor continuo que es como una gran olla a presión con forma de cilindro, dentro del cual las astillas se someten a cocción con la lejía blanca. El rango de temperatura de cocción varía entre 130 y 170 °C, siendo más alta en la etapa inicial (parte superior del digestor). El tiempo de cocción oscila de 1 a 2 horas dependiendo de sí la materia prima es una madera frondosa (eucalipto, chopo) o conífera (pino, picea).

Continuamente, a través de las diversas secciones del digestor, se agregan y se retiran líquidos de cocción. A medida que la mezcla de astillas va descendiendo dentro del cilindro, se van liberando las fibras de celulosa y se forma una pasta compuesta por fibras de celulosas y lejía negra que es una mezcla de licor blanco y lignina disuelta. Terminada la cocción la pasta obtenida se separa de la lejía residual, que se dirige al horno de recuperación.

La pasta de celulosa obtenida se somete a una etapa de lavado a altas temperaturas dentro del digestor, en el cual flujos a contracorriente de agua van eliminando el licor negro de la pasta. La operación de lavado es crítica, ya que un lavado ineficaz deja en la pasta restos de lejías negras que consumirán más reactivos en la etapa posterior de blanqueo. Además, una buena eficacia en el lavado permite recuperar más reactivos de cocción, y disminuye la cantidad de estos que es necesario introducir en el sistema para mantener constante su concentración a lo largo del tiempo en cada ciclo de cocción. Se puede lograr una eficacia del 99% en la etapa de lavado.

A continuación la pasta se hace pasar por un estanque de soplado, cuya función es reducir la presión dentro del digestor con objeto de soltar las fibras aún compactas. El proceso de soplado se realiza a menores temperaturas, razón por la cual se inyecta agua fría a la pasta para bajar la temperatura al rango de 75-80 °C. Más tarde la pasta sigue varias etapas de lavado para eliminar el resto de licor negro y luego pasa al clasificador de nudos (astillas que no alcanzaron una cocción completa). Los nudos son devueltos al digestor continuo y las fibras clasificadas pasan sucesivamente etapas de clasificación y lavado, obteniéndose finalmente la celulosa kraft sin blanquear (pasta café) que posee todavía altos niveles de lignina. El contenido de lignina que queda en la pasta de celulosa así obtenida se mide por el índice de kappa. Intervalos usuales de i.k. son de 15-20 (2,4-3,3% de lignina) para pastas de especies frondosas y de 20-30 (3,3-5% de lignina) para pastas de coníferas.

% LIGNINA = 0,165 x i.k.

Una característica ventajosa de este proceso es la recuperación de los reactivos de la cocción. El proceso de recuperación consiste en la concentración de la lejía negra por evaporación y posterior combustión en calderas recuperadoras para producir vapor y energía eléctrica, usados para los diversos procesos productivos de la planta. Las sales minerales resultantes (cenizas) se recuperan después del proceso de combustión por disolución y adición Na₂CO₃ y Na₂SO₄ para compensar las pérdidas habidas en el proceso de cocción. El Na₂SO₄ adicionado, que da nombre al proceso, se transforma en Na₂S por las condiciones reductoras del horno de recuperación.

El proceso kraft es un procedimiento muy eficaz si bien presenta la desventaja de los malos olores producidos por la emisión de tioles y sulfuros. La pulpa que se obtiene es muy blanca. El agua del proceso contiene SO₂ y un pH entre 8 y 9. La celulosa química, así obtenida, se caracteriza por tener un bajo porcentaje de lignina y por su resistencia, ya que las fibras de celulosa quedan intactas, son fáciles de blanquear y poco propensas a perder sus cualidades en el tiempo. El rendimiento del proceso es bajo ya que sólo entre un 40 y un 60% del material original (madera) queda retenido en el producto final (fibras de celulosa).

 

4.- Blanqueo de pasta de celulosa para papel.

La pasta, una vez clasificada y lavada, se somete a varias etapas de blanqueo que buscan eliminar el remanente de lignina contenida en la pasta, proceso ya iniciado en la etapa de cocción, sin producir una merma en la resistencia de las fibras. Generalmente se realizan de 3 a 5 etapas de blanqueo por tratamientos sucesivos con agentes oxidantes y extracciones con hidróxido de sodio acuoso. Así, la lignina y otras sustancias responsables del color de la pasta se transforman en compuestos solubles en agua y se eliminan por sucesivos lavados. Los productos químicos utilizados para blanquear y los símbolos que los representan son los siguientes:

C: Cloro (Cl₂), al combinarse con la lignina, forma los compuestos clorados que se disuelven en disoluciones de sosa. Por motivos medioambientales, el uso de Cl₂ se ha eliminado prácticamente.

D: Dióxido de cloro (ClO₂). Su acción es similar a la del Cl₂, pero su efecto sobre las fibras es menos dañino, y desde el punto de vista ambiental genera hasta un 40% menos de residuos organoclorados (1 kg. de ClO₂ equivale en poder oxidante a 2.63 kg. de Cl₂). Actúa oxidando las moléculas de lignina y rompiendo sus cadenas. El 90% de los compuestos clorados generados son de pesos moleculares elevados y, por tanto, no tóxicos. El dióxido de cloro se produce generalmente dentro de la planta, debido a su carácter explosivo. Su obtención se produce mediante reducción del clorato de sodio (NaClO₃), el cual puede ser comprado externamente o generado internamente mediante electrólisis de la sal (NaCl).

No obstante, las presiones medioambientales de los últimos años han hecho que se desarrollen cada vez más los blanqueos totalmente libres de cloro o TCF (Totally Chlorine Free) donde los derivados clorados se han sustituido por el oxígeno y sus derivados. Así, las plantas de celulosas más modernas cuentan en esta etapa con un proceso adicional de deslignificación con oxígeno (O₂), el cual consiste en aplicar altas dosis de oxígeno a la pasta café para producir la oxidación de la lignina, previo a las etapas de blanqueo. Con ello se reduce sustancialmente el consumo de agentes químicos de blanqueo. El proceso consiste en introducir, después de la cocción y antes del blanqueo, una o dos etapas de deslignificación con oxígeno en medio alcalino.

El poder oxidante del O₂ es 4.4 veces al del Cl₂. Es el agente menos contaminante y más barato. El proceso se realiza a presión para aumentar la solubilidad del oxígeno en el medio de reacción y a temperaturas próximas a los 100 ºC. Se consiguen descensos del índice kappa de aproximadamente 6 puntos, en pastas frondosas, y de hasta 10 puntos en pasta de coníferas.

Su principal inconveniente deriva de su tendencia a reaccionar formando radicales libres que son muy reactivos tanto con la lignina como con la celulosa. Así las moléculas de lignina se rompen y se solubilizan pero también disminuye el grado de polimerización de la celulosa, disminuyendo la resistencia de la pasta. Por ello el O₂ sólo se utiliza con pastas de celulosa que tienen un contenido en lignina igual o superior al 60%. Al no generarse compuestos clorados se pueden usar las aguas residuales para la generación de energía eléctrica (los cloruros producen problemas de corrosión en las calderas).

P: Peróxido de hidrógeno (H₂O₂). Se usa tanto en el blanqueo de pastas químicas como mecánicas y recuperadas. Las condiciones más favorables para que el peróxido reaccione con la lignina y no con la celulosa es un medio básico de NaOH. Tiene las mismas ventajas mediombientales que el oxígeno, pero presenta el inconveniente de ser caro e inestable. Hay que añadir cationes metálicos y agentes quelantes para estabilizarlo. El problema de estos últimos radica en que son difíciles de eliminar de las aguas residuales.

Z: Ozono. Es un oxidante muy enérgico que se genera a partir de aire seco o de oxígeno por la aplicación de altos voltajes en dos electrodos separados por el gas. Reacciona con la lignina a temperatura ambiente y presión atmosférica y es menos agresivo que el oxígeno.

Algunas secuencias son:

• DEDED (D: blanqueo con ClO₂; E: extracción con NaOH).
• D(EOP)D(EP)D (EOP: extracción con NaOH reforzada con H₂O₂ y O₂; EP: extracción con NaOH reforzada con H₂O₂).
• PZ(EP)P (P: blanqueo con H₂O₂; Z: blanqueo con O₃).

El proceso de blanqueo significa necesariamente una pérdida de rendimiento, por cuanto se elimina una parte importante de la lignina que aún permanece en la pasta café y, además, una parte de las fibras de celulosa se degradan como consecuencia de los agentes químicos de blanqueo. Normalmente en todo el proceso de blanqueo se pierde entre un 5 y 9% de la pasta café, para alcanzar una blancura de 87-90% ISO (la pasta sin blanquear tiene una blancura que oscila de un 25-65% ISO).

Los principales parámetros de operación para las diferentes etapas descritas se resumen en la siguiente tabla:

 

5.- Secado y Embalado.

La pasta procedente de la planta de blanqueo se prepara para su secado. La consistencia (porcentaje de fibras contenida en la pasta) inicial, a la entrada de la máquina secadora, es de aproximadamente 1 a 2%. Desde la caja de entrada, la pasta es distribuida uniformemente sobre el fourdrinier (cinta de tela metálica que se mueve horizontalmente). Una vez en la tela, accionada por varios rodillos, se procede a extraer el exceso de agua. Durante este proceso comienzan a producirse las primeras uniones por puentes de hidrógeno entre las fibras para formar una hoja. Esta pasa luego por prensas de succión y de rodillos, donde continúa la extracción de agua. La hoja, que a esta altura posee una consistencia de aproximadamente un 46%, entra a los presecadores, grandes cilindros en cuyo interior circula vapor a altas temperaturas. En este punto se añaden varios aditivos a la pasta con objeto de obtener láminas estables. Así, se adicionan:

• resinas que dan consistencia al papel y aumentan su resistencia a la humedad,
• sales de aluminio, Al₂(SO₄)₃, que fijan la resina a la fibra de celulosa,
• talco, TiO₂, almidón, caolín (arcilla),
• tintes y pigmentos (para papeles coloreados)
• latex,
• fungicidas para evitar la aparición de mohos,
• desespumantes y adhesivos.

Posteriormente, la pasta pasa a los secadores principales, en cuyo interior existen diversos rodillos calientes que conducen la hoja a través de calentadores por convección y radiadores infrarrojos. A la salida de esta área, la hoja posee una consistencia de 87-92% seco.

Finalmente la hoja pasa por la cortadora, dejándola en forma de pliegos, los cuales se apilan en montones y se prensan para que ocupen menos volumen. También existe la posibilidad de enrollar la hoja de celulosa sin usar la cortadora, formándose las bobinas.

 

6.- Tendencias y Mejoras en la Industria Papelera.

Las mejoras tecnológicas registradas en esta industria se han desarrollado en el área de aumento de eficiencias en los procesos productivos y de cuidado del medio ambiente.

Las mejoras en los procesos de blanqueo han significado en la mayoría de los países de Europa la total eliminación del tradicional proceso de blanqueo basado en cloro elemental, reemplazándose con el sistema de blanqueo ECF (Elemental Chlorine Free) ó TCF (Totally Chlorine Free). El proceso ECF ha significado una reducción de residuos de compuestos clorados en más de un 90% respecto del proceso tradicional.

El consumo de agua en los procesos productivos ha disminuido en forma importante como producto de las mejoras tecnológicas. Esto ha permitido que hoy en día se consuman, por tonelada de celulosa producida, sólo 40 metros cúbicos de agua, en circunstancias que en los años 80, el consumo de agua por tonelada de celulosa era de entre 120 y 140 metros cúbicos. Así mismo, mejoras de eficiencia han permitido cerrar el circuito, es decir, reutilizar en mayor grado el agua consumida. Esto ha significado que hoy cerca de un 95% del agua usado en los distintos procesos es purificado y vuelto a usar. Asimismo se purifica antes de devolverlo a los cursos fluviales. Sólo un 5% de agua se pierde por evaporación.

La reducción en las emisiones ha sido otra de las tendencias registradas en esta industria. El nivel de AOX (Absorbable Organic Halogens) ha disminuido en los últimos 20 años desde 8 kg/Tm a 0,2-0,5 kg/Tm de celulosa, el BOD (Biochemical Oxygen Demand) en los últimos 10 años ha pasado de 15 kg/Tm a 1,5 kg/Tm de celulosa y los compuestos sulfurados se han reducido en cerca de 90% desde los años 70.

 

7.- Tratamientos químicos y derivados de la celulosa.

7.1.- El rayón o viscosa (celulosa regenerada).

La celulosa recibe distintos tratamientos para poder utilizarla como fibra en la industria textil. La celulosa no se puede hilar por fusión ya que se descompone (carboniza) antes de fundir.

En la preparación de la fibra denominada viscosa las fibras de celulosa se tratan con una disolución de sosa y S₂C. La sosa produce rotura de cadenas de celulosa dando una celulosa de menor peso molecular. El xantato de celulosa así obtenido es una masa viscosa que se hace pasar a través de unos orificios de platino (hilado en húmedo). Las fibras resultantes se coagulan en un baño que contiene H₂SO₄, Na₂SO₄ y ZnSO₄; así se obtiene una celulosa regenerada con una superficie brillante y sedosa. Las fibras obtenidas se estiran hasta 30 veces su longitud original, se recogen en bobinas y se secan para eliminar el disolvente (agua). Las fibrillas se tuercen y se estiran en haces, formando hilos.

 

* Algún hidroxilo no reacciona con el S₂C.

Si la disolución de viscosa se extiende con laminadoras y posteriormente se coagula, se obtienen películas de tipo celofán. El papel de celofán se prepara enfriando rápidamente el film, para que el tamaño de los cristales sea menor que la longitud de onda de la luz, por ello resulta tan transparente a la luz visible y a la luz ultravioleta. La permeabilidad a los gases es muy pequeña, de ahí su uso para envases de bombones, cigarrillos y dulces entre otros. Se evita la pérdida de aromas y que se enrancien.

 

7.2.- El acetato de celulosa.

Es un derivado de la celulosa de gran consumo por su uso en lacas, películas fotográficas, cinematográficas, de RX y fibras.

Se obtiene por tratamiento de la celulosa con anhídrido acético, en medio de ácido acético o de diclorometano.

 

El producto obtenido es el triacetato (tres grupos acetilo por unidad de glucosa). Para obtener fibras el producto se somete a una hidrólisis parcial para obtener alrededor de 2,5 grupos acetilo por unidad de glucosa. Esto se debe a que los enlaces de hidrógeno entre los grupos hidroxilo residuales refuerzan los hilos. El acetato de celulosa es soluble en acetona y mezclas de acetona y etanol, y estas disoluciones se usan para hilarlo o laminarlo, eliminando posteriormente el disolvente por corriente con aire caliente.

Las laminas son el soporte para las películas fotográficas, cinematográficas y de RX.

 

7.3.- Nitrocelulosa.

Se obtiene tratando la celulosa con una mezcla de HNO₃ y H₂SO₄ concentrados. El producto con un grado de nitración de 2,2 grupos nitrato por cada unidad de glucosa, es la pólvora sin humo propelente para proyectiles. La nitrocelulosa obtenida se gelatiniza con disolventes orgánicos, se moldea en forma de macarrones (propelente que llena las vainas de los proyectiles de artillería) o se corta en pequeños rombos que se pavonan con grafito (recubrir con una lámina delgada) y se usan en los proyectiles de fusil.

El primer plástico moldeable que se fabricó, en gran escala, en el primer tercio del siglo XX, fue el celuloide, una mezcla de nitrocelulosa y alcanfor, muy inflamable. Con celuloide se fabricaron películas fotográficas, juguetes, lacas y fibras textiles entre otros. Estos productos provocaban muchos incendios y fueron sustituidos por el acetato de celulosa u otros polímeros sintéticos.

La nitrocelulosa se utiliza, actualmente, para fabricar lacas y tintas brillantes; para ello se vende humectada con agua y alcoholes (isopropanol, butanol, isobutanol) o plastificada con ftalato de dibutilo, para disminuir el riesgo de incendio y explosión. Se almacena en edificios aíslados, de paredes gruesas y techos ligeros, según reglamentaciones muy estrictas.

 

7.4.- Metilcelulosa (MC), carboximetilcelulosa (CMC) y dietilaminoetilcelulosa (DEAEC).

Son éteres de celulosa con importantes aplicaciones científicas e industriales. Para obtenerlos se trata la celulosa con NaOH concentrada y caliente; con ello se producen rupturas de cadena. Esta celulosa se trata con los cloruros de alquilo correspondientes.

 

Las MC de bajo grado de metilación se hinchan y dispersan en agua, dando disoluciones coloidales muy viscosas con muy pequeña proporción de producto. Por ello se usan como espesante en las industrias farmacéutica, alimentaria, textil y de los detergentes. La CMC se usa como espesante, estabilizador de la suspensión en detergentes y como cambiador de cationes. La DEAEC es un intercambiador de aniones (estabilizante de dispersiones).

 

Información complementaria.

Sistema de Recuperación y Energía.

Las cortezas recuperadas en los descortezadores, los aserrines y astillas subdimensionadas son transportadas mediante correas y usados como combustibles en las calderas de poder para generar vapor.

El licor negro, a la salida del digestor continuo, está compuesto principalmente de material orgánico disuelto (lignina) y sales residuales del licor blanco, generalmente con una concentración de 15 a 18% de sólidos. Éste licor sigue un proceso de concentración mediante evaporadores de múltiples efectos. El proceso de concentrado consiste en flujos de vapor aplicados en contracorriente con el licor negro, bajo diferentes condiciones de temperatura y presión en cada una de las etapas. Además de extraer el agua del licor negro, en los evaporadores se retira en forma de gases algunos compuestos reducidos de azufre (TRS), metanol, trementina y COVs, los cuales posteriormente son condensados, tratados y recuperados para su posterior comercialización y otros usos. A la lejía negra concentrada (con una consistencia de entre 60 y 70%,) se le añade Na₂CO₃ y Na₂SO₄, y se inyecta en el horno de recuperación. Su combustión produce vapor de agua para otras partes del proceso y un residuo sólido (cenizas) constituido por Na₂CO₃ y Na₂S que se recupera para preparar más lejía de cocción. Las emisiones que se producen en estas etapas son:

• CO₂, H₂O, CO y SO₂ procedentes de la combustión.
• NOx que se forman por reacción de O₂ y N₂ a altas temperaturas.
• Inquemados (COVs = acetona, metanol y TRS).
• Partículas en suspensión (Na₂SO₄, K₂SO₄, Na₂CO₃ y NaCl).
• Dioxinas y furanos.

A la ceniza resultante de la combustión del licor negro se le añade agua, y se caustifica agregándole los químicos necesarios para regenerar el licor blanco. El principal químico que se agrega al licor verde es la cal viva (CaO), la cual es producida en los hornos de cal, donde se quema la cal apagada o caliza (CaCO₃) retirándole el CO₂. Las principales reacciones químicas del proceso de caustificación corresponden a:

El proceso de caustificación es lento, generalmente entre 3 y 4 horas. El licor blanco producido se filtra para retirar los compuestos no disueltos, formándose los lodos (CaCO₃). La solución blanca resultante, principalmente compuesto por soda cáustica (NaOH) y sulfuro de sodio (Na₂S), se almacena en un estanque especialmente acondicionado para su posterior uso como licor blanco en la cocción. A los lodos generados se les extrae la humedad excedente y se vuelven a quemar en los hornos de cal junto con la caliza.

El vapor generado en las calderas recuperadora y de poder pasa primero por un turbo generador, en el cual se genera energía eléctrica para los procesos de la planta, luego el vapor a más baja presión y temperatura es usado en diferentes áreas de la planta. En la actualidad, las plantas de celulosas más modernas son excedentarias en energía eléctrica.

 

Propiedades físicas y químicas de la Celulosa.

Las propiedades físicas y químicas que se miden de la celulosa tienen que ver con variables que son relevantes para predecir su desempeño una vez que se convierta en papel. Por tanto, las principales propiedades que se miden de la celulosa son:

• Volumen Específico: Es el inverso de la densidad. En general se prefiere fibras con alto volumen específico debido a que permite hacer una hoja de igual espesor con un menor peso.
• Índice de Tensión: Mide la resistencia a la tracción que tiene un papel con esa celulosa.
• Índice de Rasgado: Mide la energía que es necesaria para rasgar un papel, tal como se hace cuando se corta una hoja con las manos.
• Largo de fibra: Mide el largo promedio de las fibras de celulosa (en milímetros).
• Drenabilidad: Mide la facilidad con que la celulosa evacua el agua que contiene. Es importante para producir papel dado cuando se forma la hoja el contenido de agua es de entre 98% y 99% en peso.
• Contenidos de finos: Mide la cantidad de elementos no fibra en la celulosa.
• Viscosidad: Mide la fricción interna de una mezcla de agua con fibras de celulosa. Es un indicador del grado de polimerización (largo de las cadenas) de las fibras de celulosa.
• Contenido Distribución: en peso del contenido de la celulosa. Por tradición el contenido se clasifica en Alfa-celulosa: celulosa propiamente tal; Beta-Celulosa: celulosa degradada (acortada) y algo de hemicelulosa; Gamma-Celulosa: principalmente hemicelulosa; Lignina; Cenizas: principalmente compuestos de silicio; y Extraíbles: que consisten en ácidos resinosos y ácidos grasos.

Clasificación.

Otra forma de clasificar la celulosa corresponde al tipo de materia prima usada para su fabricación. Dependiendo de ella existen celulosas de fibra larga (softwood pulp) y celulosas de fibra corta (hardwood pulp). La diferencia principal entre estas dos celulosas es su resistencia, la cual depende básicamente de las uniones moleculares que se establecen entre las fibras. La celulosa de fibra larga genera en los papeles una red de uniones más resistentes que las de fibra corta. La longitud de las fibras largas fluctúa entre 2,5 y 4,5 mm, contra los 0,7 a 1,8 mm de las fibras cortas.

Dentro de la celulosa blanca de fibra larga, destacan: Celulosa NBSKP ("Northern Bleached Softwood Kraft Pulp"), producida principalmente en Canadá y los países escandinavos en base a pinos de bosques naturales y de crecimiento lento. Su principal característica es la resistencia, debido a la longitud de las fibras que la constituyen. En el mercado es valorada con un mayor precio. Celulosa BSKP "Southern Pine", producida en el sur de Estados Unidos y norte de Argentina usando pinos de crecimiento rápido, cuya calidad de resistencia es inferior a la NBSKP. Celulosa BSKP "Radiata Pine", producida en Chile y Nueva Zelanda básicamente, en el mercado es calificada como un producto intermedio entre las dos celulosas anteriores. La materia prima está basada en plantaciones de pino radiata de crecimiento rápido.

Dentro de la celulosa blanca de fibra corta, destacan: Celulosa BEKP (Bleached Eucalyptus Kraft Pulp), producida en base a plantaciones de crecimiento rápido de eucaliptos. Los principales productores son Brasil, Chile, Península Ibérica, Australia y Nueva Zelanda. Celulosa Birch, producida con abedules del norte de Europa, los principales productores son Finlandia y Suecia. Celulosa NMHW (Northern Mix Hardwood), producida con una mezcla de varias especies de madera hardwood principalmente en Canadá, Francia, Japón, Corea y este de Europa. Celulosa MTH (Mix Tropical Hardwood), producida con una mezcla de varias especies tropicales de madera hardwood de Indonesia. Celulosa SMHW (Southern Mix Hardwood), producida con una mezcla de varias especias de maderas hardwood en el sur de Estados Unidos. En el mercado es valorada con un mayor precio.

En el último tiempo ha cobrado mayor importancia a nivel mundial el uso adecuado de los recursos naturales. En la industria de los papeles y cartones, el reciclaje es cada vez más relevante, creciendo la recuperación de papeles y cartones para reciclar desde 48 millones de toneladas anuales en 1980, a 134 millones de toneladas en 1998 a nivel mundial, es decir, desde un 23% a un 45% en el porcentaje de recuperación respecto del consumo. La FAO predice que en el 2010 el consumo de papel recuperado alcanzará los 197 millones de toneladas, con una tasa de recuperación del 50%. (FAO 1999). Sin embargo, la degradación de las fibras impone límites a la fracción de papeles que se puede producir con fibras recicladas, por lo que constantemente se deben agregar fibras vírgenes para su producción.