Aplicación del generador de ozono en el blanqueo de pulpa

1. Introducción

La industria papelera es un sector fundamental y estratégicamente importante, estrechamente relacionado con el desarrollo económico nacional y el sustento de las personas. Sin embargo, los procesos tradicionales de blanqueo de pulpa con cloro generan aguas residuales que contienen contaminantes refractarios y tóxicos, como halógenos orgánicos adsorbibles (AOX) y dioxinas, lo que provoca una grave contaminación ambiental. Con regulaciones ambientales cada vez más estrictas y políticas nacionales que promueven el ahorro de energía, la reducción de emisiones y el desarrollo ecológico y bajo en carbono, las tecnologías de blanqueo libre de cloro elemental (ECF) y totalmente libre de cloro (TCF) han sido ampliamente adoptadas. Entre ellas, el blanqueo con ozono ha ganado una atención creciente en la industria de la pulpa y el papel debido a su proceso corto, rápida velocidad de reacción, bajo costo de blanqueo y baja descarga de aguas residuales.

2. Propiedades del ozono y mecanismo de blanqueo

El ozono (O₃) es un oxidante potente con un potencial de oxidación de 2,07 eV, mucho más alto que el del cloro (1,36 eV) y el del dióxido de cloro (1,5 eV). En la industria papelera, el ozono se genera normalmente in situ a partir de oxígeno mediante energía eléctricaa través de un generador de ozono, con una concentración de ozono de aproximadamente 8%–14% en volumen. Producir 1 kg de ozono consume aproximadamente 12,24 kWh de electricidad, lo que es comparable a la energía y el costo de producir dióxido de cloro.

Durante el blanqueo de la pulpa, el ozono reacciona con la lignina, rompiendo los enlaces carbono-carbono en los anillos aromáticos de las estructuras de lignina tanto fenólicas como no fenólicas. Esta degradación oxidativa de la lignina logra la decoloración y el blanqueo de la pulpa.

3. Ventajas del Blanqueo con Ozono

El blanqueo con ozono ofrece múltiples beneficios significativos:

1. Respetuoso con el medio ambiente – un proceso totalmente libre de cloro (TCF)
   Los efluentes del blanqueo con ozono no contienen halógenos orgánicos adsorbibles (AOX), lo que los hace mucho más respetuosos con el medio ambiente. En comparación con el blanqueo tradicional a base de cloro, el blanqueo con ozono no produce compuestos orgánicos clorados.

2. Excelente rendimiento de blanqueo y alta blancura de la pulpa
   Como oxidante fuerte, el ozono es altamente reactivo. La experiencia práctica en plantas extranjeras muestra que la blancura de la pulpa puede alcanzar fácilmente el 93% ISO con el blanqueo con ozono. Estudios han informado que, en condiciones de consistencia de pulpa del 40% y una dosis de ozono de 0,9 kg/(min·t), la blancura de la pulpa de bagazo con álcali de oxígeno puede aumentar del 58,6% al 74,5% ISO.

3. Costos de blanqueo reducidos
   Las investigaciones indican que 1 kg de ozono tiene una capacidad de blanqueo equivalente a 2–3 kg de dióxido de cloro, sin embargo, el costo de producción de 1 kg de ozono es aproximadamente el mismo que el de 1 kg de dióxido de cloro. Por lo tanto, el blanqueo con ozono puede reducir eficazmente los costos generales de blanqueo.

4. Menor descarga de aguas residuales y carga contaminante reducida
   El filtrado de la etapa de blanqueo con ozono no contiene iones de cloruro y no es corrosivo. Tiene un bajo contenido de cloro y puede reciclarse después del tratamiento. Con el blanqueo con ozono, la descarga de aguas residuales por tonelada de pulpa puede reducirse a menos de 10 m³, e incluso hasta 5 m³. Tanto el AOX como el DQO en el efluente de blanqueo disminuyen significativamente.

5. Ahorro de energía y reacción rápida
   El blanqueo con ozono opera a bajas temperaturas y generalmente no requiere calentamiento con vapor de la pulpa, ahorrando así consumo de vapor. Entre todos los agentes de blanqueo de pulpa, el ozono tiene la reactividad más fuerte y el tiempo de reacción más corto, por lo que el reactor de blanqueo puede ser muy compacto, reduciendo sustancialmente la inversión de capital.

6. Reducción de la reversión de blancura y mejora de la operabilidad de la máquina de papel
   El blanqueo con ozono reduce significativamente la tendencia de reversión de blancura (amarillamiento) de la pulpa y disminuye el contenido de extractivos en la pulpa en un 50%–75%, lo que ayuda a mejorar la operabilidad de la máquina de papel.

4. Desafíos y Soluciones en el Blanqueo con Ozono

A pesar de sus ventajas, el blanqueo con ozono enfrenta ciertos desafíos. El principal problema es que el ozono es un oxidante no selectivo: al reaccionar con la lignina, también puede degradar los carbohidratos (celulosa y hemicelulosa), lo que provoca una disminución de la viscosidad de la pulpa y un deterioro de las propiedades de resistencia.

Mediante una investigación prolongada del proceso, este problema puede mitigarse eficazmente con las siguientes medidas: controlar la dosis de ozono, ajustar el tiempo de reacción y añadir agentes protectores (por ejemplo, ácido oxálico). Los estudios han demostrado que, en condiciones de temperatura de blanqueo de 10 °C, concentración de ozono de 80 g/Nm³ y dosis de ácido oxálico del 1,0 %, la pulpa de eucalipto puede alcanzar una blancura del 72,8 % ISO con una viscosidad de 678 mL/g, y el papel resultante tiene un índice de tracción de 78,9 N·m/g, cumpliendo todas las propiedades físicas con buenos criterios de rendimiento.

5. Estado Actual y Perspectivas Futuras

En 1992, la planta de Union Camp en Franklin, Virginia, EE. UU., fue la primera en comercializar el blanqueo con ozono. En septiembre de 2011, 23 fábricas de pasta en todo el mundo, con un total de 26 líneas de producción, utilizaban tecnología de blanqueo con ozono. La capacidad de producción de avanzada generador de ozonoha alcanzado ahora 750–1.000 kg/h, suficiente para satisfacer las necesidades de blanqueo de una fábrica de pasta con una capacidad anual de 650.000 toneladas.

En China, la investigación teórica sobre el blanqueo con ozono comenzó en la década de 1980 y ha sentado una base sólida. En los últimos años, con continuas mejoras en generador de ozonoy reactores por parte de fabricantes nacionales e internacionales de equipos, las empresas chinas de pasta y papel están mostrando un interés creciente y adoptando la tecnología de blanqueo con ozono.

6. Conclusión

La tecnología de blanqueo con ozono, como un proceso de blanqueo de pulpa verde y eficiente, ofrece ventajas notables en la mejora del brillo de la pulpa, la reducción de emisiones contaminantes y la disminución de los costos de blanqueo. Con requisitos ambientales cada vez más estrictos y avances continuos en la generación de ozono, se espera que el blanqueo con ozono se convierta en un proceso de blanqueo limpio dominante en la industria de la pulpa y el papel, con una aplicación más amplia en el futuro.