Durbano - imbianchimento Na - Istituto Salesiano San Zeno

XVIII corso di Tecnologia per Tecnici Cartari
edizione 2010/2011
Il processo di
imbianchimento
riducente della
pastalegno con il
Sodio-Boro-Idruro
di Durbano Marco
Scuola Interregionale
di tecnologia per tecnici Cartari
Istituto Salesiano «San Zeno» - Via Don Minzoni, 50 - 37138 Verona
www.scuolagraficasanzeno.com - [email protected]
INDICE
1. Premessa
2. Il processo di imbianchimento nello stabilimento di Verzuolo
2.1. Sbianca ossidante
2.2. Sbianca riducente
3. Il processo di imbianchimento riducente con il sodio-boro-idruro
3.1. Caratteristiche del processo
3.2. Impianto e sue caratteristiche
3.3. Prove e risultati
3.4. Costi e vantaggi
4. Conclusioni
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1. Premessa
POLITICA PER L’AMBIENTE E PER LA SALUTE E
SICUREZZA SUL LAVORO
Per la ricerca, sviluppo e produzione di vari tipi di carte in bobina e in formato la politica
espressa dall’Alta Direzione viene recepita, sviluppata e implementata dalle Direzioni di
Stabilimento e dalle Funzioni di Sede coinvolte per competenza e ruolo.
Burgo Group, consapevole del proprio ruolo e responsabilità nei confronti della comunità e
dell’ambiente in cui opera, nonché nell’assicurare un ambiente di lavoro salubre e sicuro a
tutti i suoi Collaboratori e alle altre Parti Interessate, ha definito la Politica oggetto del
presente documento impegnandosi a renderla operante, mantenuta aggiornata, diffusa a tutto
il personale e disponibile al pubblico e a chiunque ne faccia richiesta.
Il rispetto e tutela dell’Ambiente e della Salute e Sicurezza sul Lavoro riguardano l’intera
Organizzazione e costituiscono il fondamento delle strategie operative e di mercato della
Società.
Prerequisiti fondamentali delle nostre attività, dei prodotti e del relativo sviluppo sono:
• La compatibilità con l’ambiente che li ospita e la protezione del personale e della
popolazione dagli effetti ambientali avversi.
• La prevenzione e protezione, per i dipendenti e le altre Parti Interessate, dai rischi di
Salute e Sicurezza sul Lavoro a cui possano essere esposti.
• La conformità alla legislazione vigente e alle altre eventuali prescrizioni sottoscritte
in relazione ai fattori di impatto ambientale e/o ai pericoli di Salute e Sicurezza sul
Lavoro identificati nonché alle normative volontarie a cui l’Organizzazione aderisce.
• La chiara definizione, nell’ambito di tutta l’Organizzazione, delle responsabilità nella
gestione della tutela dell’Ambiente e della Salute e Sicurezza sul Lavoro.
• L’orientamento al miglioramento continuo della prevenzione e delle prestazioni
ambientali e di Salute e Sicurezza sul Lavoro.
• La disponibilità delle risorse umane, tecnico – strumentali ed economiche necessarie.
Quanto sopra si traduce, annualmente, in specifici obiettivi e traguardi di miglioramento
gestiti nell’ambito dei sistemi conformi ai requisiti del Regolamento EMAS, della Norma
ISO 14001 e della Norma BS OHSAS 18001.
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Principi Guida
a. Prodotti, Processi, Tecnologie e Gestione delle risorse
Sviluppiamo e fabbrichiamo prodotti ponendo attenzione alla qualità in modo di
minimizzare l’impatto ambientale e prevenire lesioni e malattie per tutte le Parti Interessate.
Implementiamo nuove attività, processi e impianti previa valutazione dei fattori di rischio e
delle problematiche ambientali e di Salute e Sicurezza sul Lavoro collegate.
Utilizziamo le migliori tecnologie disponibili economicamente accessibili.
Ci impegniamo ad una attenta gestione dell’energia e all’ottimizzazione dell’uso delle
risorse naturali e delle materie prime.
b. Minimizzazione dell’impatto ambientale e del rischio di Salute e Sicurezza sul
Lavoro
Ci proponiamo di valutare, controllare, eliminare e ridurre le incidenze delle nostre attività
sulle varie componenti dell’Ambiente e della Salute e Sicurezza sul Lavoro tenendo conto
della natura e dell’entità dei fattori di impatto ambientale e dei rischi identificati.
c. Formazione, Coinvolgimento e Consultazione
Pianifichiamo ed effettuiamo documentata formazione affinché il personale sia addestrato e
sensibilizzato a svolgere e controllare quanto di pertinenza in modo sicuro e responsabile (la
sensibilizzazione, al fine di evitare comportamenti pericolosi, è rivolta anche al personale
esterno che opera per Burgo Group all’interno dei suoi Siti).
Per favorire il coinvolgimento e la partecipazione di tutti i Lavoratori sono pianificate ed
effettuate periodiche riunioni informative integrate da adeguati supporti di comunicazione.
Inoltre sono messe in atto procedure che assicurano la pronta consultazione dei Lavoratori,
anche attraverso i loro Rappresentanti.
d. Fornitori
Sono coinvolti in relazione agli obiettivi di miglioramento della tutela dell’Ambiente e della
Salute e Sicurezza sul Lavoro correlati ai prodotti e/o servizi richiesti.
Riguardo alle materie prime fibrose approvvigionate, sono preferiti i Fornitori che
aderiscono a Sustainable Forest Management affinché sia mantenuto e aumentato lo stato di
salute dell’ecosistema forestale.
e. Emergenze
Per rispondere a potenziali incidenti e ad altri eventi imprevisti, sono stabilite appropriate
procedure di emergenza in cui si enfatizza il concetto di prevenzione attraverso un’analisi
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dei rischi e l’adozione di adeguate misure per contenerne gli effetti. Le stesse sono
riesaminate e modificate a fronte di eventi registrati e/o in caso di sviluppo di nuove attività,
prodotti e processi.
f. Informazioni e Comunicazione
Informiamo sistematicamente il personale riguardo agli aspetti ambientali e ai rischi di
Salute e Sicurezza correlati alle attività svolte, affinché ne comprenda le implicazioni per
quanto concerne il proprio ruolo e comportamento nel lavoro.
Ci impegniamo a perseguire un dialogo aperto e costruttivo con tutte le Parti Interessate
assicurando trasparenza e affidabilità dei dati e delle informazioni.
Ove applicabile è resa disponibile la Dichiarazione Ambientale e i suoi argomenti, al fine di
dare trasparente comunicazione sui risultati ottenuti e sui nuovi obiettivi da raggiungere.
Ing. Alberto de Matthaeis
Dr. Girolamo Marchi
Direttore Generale
Amministratore Delegato
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2. IL PROCESSO DI IMBIANCHIMENTO
NELLO STABILIMENTO DI VERZUOLO
Lo scopo di tale processo è quello di rendere la pastalegno più bianca. Migliorare il grado di
bianco non significa solamente soddisfare requisiti di estetica, ma ha ragioni tecniche ben
precise: per esempio una stampa su sfondo bianco dà risultati migliori nella riproduzione dei
colori (le immagini pubblicitarie dovrebbero così avere maggior effetto). Oltre ad ottenere
una pasta più bianca è importante che questo livello di bianco raggiunto sia stabile nel
tempo, è inoltre importante che la pasta in questione non perda le caratteristiche di
resistenza della fibra e di opacità. Infine, ma non meno importante, il processo di
imbianchimento deve essere effettuato al minor costo e nel maggior rispetto dell’ambiente
possibili.
Nella produzione di pasta legno per le carte grafiche, l’imbianchimento necessario per
l’aumento del grado di bianco rappresenta un aspetto determinante per la qualità del
materiale semilavorato e pertanto anche per il prodotto finito.
La pasta legno allo stato greggio presenta un grado di bianco tra il 55% ed il 62% per la
pasta SGW e tra il 58% ed il 65% per la PGW in base a vari fattori (stagione, produzione in
corso, etc.)
La pasta greggia presenta una colorazione bruno-giallastra, responsabile di tale colorazione
è in gran parte la lignina. Essendo, l’aumento del grado di bianco, lo scopo
dell’imbianchimento, risulta evidente quanto sia importante distruggere i punti cromofori
presenti nella lignina, senza tuttavia intaccare la stessa per non diminuire le caratteristiche
meccaniche e di resa della pasta.
Questo dipende dal materiale legnoso, dal tipo di reattivi utilizzati, dalla loro
concentrazione, dalla temperatura e dal tempo di imbianchimento.
Il sistema cromoforo viene modificato chimicamente, ma non eliminato totalmente, così che
l’effetto di colorazione dopo il trattamento può essere nuovamente ripristinato.
Questo è il motivo per il quale si verifica l’ingiallimento, nel tempo, di carte contenenti
pasta legno.
I procedimenti usati nello stabilimento Burgo di Verzuolo per l’imbianchimento sono la
sbianca ossidante con perossido di idrogeno e la sbianca riducente con idrosolfito di sodio.
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2.1 SBIANCA OSSIDANTE
Per processo di sbianca ossidante si intende quel procedimento chimico-fisico che sfutta
l’azione di reagenti chimico-ossidanti sui punti cromofori della lignina.
Il più utilizzato nella sbianca della pasta legno per carte grafiche è il processo con perossido
di idrogeno (acqua ossigenata) dove solitamente, per le paste legno a scopo grafico, si
guadagnano tra i 10 ed i 15 °B (ISO-Brightness).
Il processo si svolge in una torre di sbianca alla temperatura di circa 60-70°C ed a
consistenze tra il 30 ed il 40 % per un tempo compreso tra 1,5 e 2,5 h.
All’ingresso della torre di sbianca è posto un miscelatore rotativo a pioli che ha lo scopo di
omogeneizzare l’impasto ed i reattivi.
I reattivi impegnati in una sbianca ossidante con perossido sono i seguenti:
• Perossido di idrogeno (H2O2) è il reattivo di sbianca vero e proprio: è ben nota
infatti l’azione sbiancante dell’acqua ossigenata, la quale si decompone liberando
ossigeno che reagisce chimicamente con le fibre, decolorandole.
• Idrossido di sodio (NaOH) o talvolta idrossido di calcio (Ca(OH)2) hanno il
compito di portare il pH intorno a 11-12, valore ottimale per l’azione dell’acqua
ossigenata; ad alte concentrazioni e su sbianche più spinte è da preferirsi il secondo
in quanto non ha un così marcato effetto estrattivo sulle resine e le essenze presenti
nel legno che finirebbero per aumentare il COD delle acque reflue, inoltre lo si
ritrova in macchina trasformato in filler come carbonato di calcio (CaCO3) .
• Silicato di sodio (Na2SIO3) liquido trasparente a consistenza leggermente oleosa, che
funge da stabilizzante nell’azione dell’acqua ossigenata sulle fibre, nel senso che
rallenta la velocità della reazione permettendo così all’acqua ossigenata di reagire in
profondità e non solo superficialmente sulla massa fibrosa.
• DTPA (acido dietilen-triamino-pentacetico) svolge un azione sequestrante sui diversi
metalli pesanti naturalmente contenuti nel legno in quanto una forte presenza di ioni
di metalli pesanti favorisce la decomposizione del perossido per cui si rende
necessaria la loro disattivazione.
• Bisolfito di sodio (NaHSO4) indispensabile per l’abbattimento del perossido
eventualmente non reagito ed al tempo stesso per abbassare il pH intorno a 5-6 al fine
di rispettare il chimismo ed il pH della macchina continua. E’ inoltre importante se la
sbianca al perossido è seguita da un sbianca riducente al fine di risparmiare reattivi.
Tali reattivi, fatta eccezione per il bisolfito che sarà dosato a fine processo, vengono
premiscelati e successivamente opportunamente dosati all’interno del miscelatore per
entrare in intimo contatto con le fibre di pasta legno. L’ingresso in torre avviene dall’alto e ,
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dopo opportuni tempi di permanenza nella stessa, la pastalegno viene estratta dal basso. Le
tecniche di estrazione possono essere due:
1. Prediluizione interna alla torre stessa (impianto SGW di Verzuolo) Fig.1 ,
2. Estrazione per mezzo di girante a stella che convoglia l’impasto in due coclee che a
loro volta trasportano la bianchita in due stand-pipe di diluizione (impianto PGW di
Verzuolo) Fig.2 .
Fig. 1
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Fig.2
La pastalegno bianchita così ottenuta potrà essere pompata in macchina tal quale (SGW di
Verzuolo) oppure può essere “lavata” (PGW di verzuolo) addensandola in apposite presse a
tela gemella (TWP) al fine di recuperare nelle acque di spremitura quanto più reattivo
inutilizzato possibile e reindirizzarlo in testa al processo.
Entrambe le pastelegno vengono in fine trattate con bisolfito di sodio per correggerne il pH
e per abbattere l’eventuale residuo di perossido. Nel caso la produzione lo richieda, possono
essere miscelate con pastalegno greggia (per °B bassi) o ulteriormente bianchite con un
processo di sbianca riducente (per incrementarne il °B).
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2.2 SBIANCA RIDUCENTE
La sbianca riducente è un processo che sfrutta l’azione di agenti chimico-riducenti sui punti
cromofori della lignina sensibili a tali reattivi, viene comunemente utilizzato per
incrementare il °B (ISO-Brightness) di ulteriori 1-4 punti dopo la sbianca al perossido ed ha
il vantaggio di sviluppare le sue potenzialità, intorno al 75%, già nei primi minuti dal
dosaggio del reagente per poi arrivare al massimo intorno ai 40-60 min solitamente in una
tina di stoccaggio. Il reattivo più comunemente usato nella sbianca riducente è il ditionito di
sodio (noto anche come idrosolfito di sodio, Na2S2O4 o commercialmente Albite) che però è
molto instabile in soluzione acquosa, soprattutto in presenza di aria, e dalla decomposizione
si sviluppano tiosolfato, bisolfito e bisolfato di sodio che a loro volta accelerano la reazione
di scissione della molecola. Necessita, quindi, di essere prodotto in situ disciogliendo tale
sale in acqua prima del dosaggio. Proprio questo ultimo passaggio è uno dei “punti critici”
in quanto può capitare che il prodotto si decomponga a contatto con piccole quantità di
acqua e si autoincendi, sviluppando oltre alle fiamme anche gas molto tossici all’uomo quali
SO2 . Motivo per cui all’idrosolfito viene riservato un locale a parte, solo per la sua
preparazione, ed i luoghi dove viene stoccato in forma solida devono essere ben aerati al
riparo dall’umidità ed avere un adeguato sistema antincendio e di rilevamento di gas a base
di zolfo.
Nello stabilimento di Verzuolo il ditionito viene conservato all’interno di cisternette di circa
1000 Kg cad. che ne facilita la conservazione e la movimentazione. Quando necessario la
cisternetta viene portata all’impianto di preparazione.
Gli impianti di preparazione in stabilimento sono due (SGW Fig.3 e PGW Fig.4) e sono
molto simili tra loro. La cisternetta viene caricata dall’alto ed appoggiata sulla guarnizione
della tramoggia per impedire il contatto con l’umidità (e limitare quello con l’aria), la
valvola di fondo viene, quindi, aperta, il reattivo cade nella tramoggia e da questa, per
mezzo di una coclea dosatrice, convogliata in un serbatoio di miscelazione (e stoccaggio) da
cui sarà prelevato da una pompa e dosato nell’impasto. Prima di dosare il ditionito
nell’impasto bisogna, però, accertarsi di aver eliminato tutti i residui di perossido dalla
sbianca precedente, in quanto il perossido reagirebbe con l’idrosolfito consumandolo
inutilmente. A tale scopo viene aggiunto bisolfito di sodio di modo da abbattare l’agente
ossidante ed abbassare, al tempo stesso, il pH della pasta (tra 5 e 6) e renderla più affine alle
condizioni della macchina continua.
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Fig. 3 : Impianto di dissoluzione dell’idrosolfito i SGW (Burgo - Verzuolo)
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Fig.4 : Impianto di dissoluzione dell’idrosolfito in PGW (Burgo – Verzuolo)
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3. IL PROCESSO DI IMBIANCHIMENTO
RIDUCENTE CON IL SODIO-BORO-IDRURO.
Il sodio-boro-idruro (o boro-idruro di sodio, NaBH4) si ottiene normalmente facendo reagire
il sodio idruro con il borato di metile secondo la seguente formula:
4 NaH + B(OCH3)3 --> NaBH4 + 3 NaOCH3
A temperatura ambiente è un solido, generalmente venduto in forma di polvere, solubile in
acqua fredda ed instabile in acqua molto calda, con cui reagisce. È un reagente riducente
selettivo particolarmente impiegato nella produzione di farmaci, intermedi e prodotti di
chimica fine. Nell’industria cartaria può essere impiegato per la produzione di idrosolfito di
sodio facendolo reagire con l’anidride solforosa (SO2) o il bisolfito di sodio (NaHSO3)
prima della sbianca riducente.
Può essere conservato a lungo in acqua se stabilizzato con idrossido di sodio (NaOH), tale
soluzione, commercialmente nota col nome di “Borino ”, è composta dal 12% di boroidruro di sodio e circa il 40% di idrossido di sodio. Questa soluzione offre un
metodo semplice ed economico per sostituire il ditionito di sodio, in polvere e da diluire, per
la sbianca della pastalegno. Il liquor di idrosolfito è tipicamente fatto mescolando soda
caustica, biossido di zolfo, acqua e Borino. La reazione chimica è la seguente:
NaBH4 + 3,2 NaOH + 8 SO2 + 4,8 NaOH → 4 Na2S2O4 +
NaBO2
+ 6 H2O
Secondo l'equazione chimica sopra descritta le seguenti quantità di prodotti chimici sono
necessarie per generare 1Kg di ditionito di sodio : 0.453 kg di Borino, 0.276 kg di NaOH e
0.735 kg di SO2; parte della soda e dell’anidride solforosa possono essere facilmente
sostituiti utilizzando bisolfito di sodio, già presente in cartiera come abbattitore di H2O2. La
resa di produzione è dell’ 85-95%, a seconda delle condizioni e delle attrezzature. In questo
modo si ha l’effetto sinergico di tre agenti riducenti che agiscono sulla pasta con effetto
sbiancante e di color-stripping.
Sodio bisolfito:
lieve agente riducente, agisce come riduttore di ossigeno acidificando
l’impasto ed abbattendo il residuo di perossido.
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Sodio-boro-idruro: forte agente riducente, attacca i punti cromofori della lignina,
reagisce “in situ” con il bisolfito di sodio originando idrosolfito di
sodio.
Idrosolfito di sodio: moderato agente riducente, stabilizza il colore aumenta il grado di
bianco della pastalegno, è prodotto sul posto miscelando
normalmente Borino, 1-3 Kg/t di pasta (come prodotto), ed il bisolfito
di sodio, 3-15 Kg/t di pasta (come attivo) .
3.1 CARATTERISTICHE DEL PROCESSO
In pratica il processo di sbianca riducente al boro-sodio-idruro si svolge in tutto e per tutto
come quello con ditionito in polvere, l’unica differenza è che non è necessario disciogliere il
prodotto in acqua, ma è sufficiente pre-miscelare la soluzione di sodio-boro-idruro e soda
con il bisolfito di sodio andando così a produrre in situ l’idrosolfito necessario alla sbianca
per poi dosarlo in funzione della produzione di pastalegno.
La miscela andrebbe, normalmente, aggiunta all’impasto di legno per mezzo di un
dispersore o sull’aspirazione di una pompa, i tempi di reazione sono estremamente rapidi
(quindi senza torri di sbianca), somministrata a temperature medio-alte, 50-70°C o anche
oltre (prestazioni più elevate si hanno a temperature superiori), ed a pH tra 5 e 8, il dosaggio
medio si dovrebbe aggirare tra l’1 ed i 3 Kg/t di Borino a seconda delle caratteristiche
dell’impasto; in tale modo si possono avere guadagni di °B ~1-7% (ISO-Brightness). Anche
una media consistenza rappresenta una condizione ottimale (3-10%).
3.2 IMPIANTO E SUE CARATTERISTICHE
Come già sottolineato il Borino non necessita di pre-diluizione in acqua come avviene per
l’idrosolfito e quindi nell’impianto non sono più necessari: il preparatore per la soluzione di
ditionito, un ambiente idoneo a tale operazione o un magazzino di stoccaggio delle
cisternette. La soluzione di sodio-boro-idruro e soda viene consegnata in forma sfusa e
liquida. Per lo stoccaggio può essere sufficiente un serbatoio di 30-50 m3 in acciaio inox. Il
Borino è chimicamente stabile e si distingue per periodi di conservazione lunghi senza
decomporsi se correttamente stoccato. Un eventuale sfiato esterno è, invece, necessario
onde evitare l’accumulo di idrogeno generato da una lentissima decomposizione o durante
una diluizione. Il composto teme le basse temperature in quanto può cristallizzare a 10° C e
diventa troppo viscoso per essere pompato a 15-16° C.
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La temperatura di conservazione ideale è dai 18- 20° C in su.
Per il dosaggio dei prodotti chimici sono, di solito utilizzate 3 pompe dosatrici. Una per
dosare il NaHSO3 che abbatte il perossido ed acidifica la soluzione, l’altra per dosare la
miscela di sodio-boro-idruro e soda, la terza per dosare nuovamente sodio-bisolfito che
miscelandosi al borino darà origine all’ idrosolfito (Fig.5).
Fig. 5 Esempio di dosaggio dei reattivi
3.3 PROVE E RISULTATI
Nel periodo compreso tra il mese di ottobre ed il mese di dicembre (in più step) sono state
eseguite delle prove su entrambe gli impianti (SGW e PGW) dello stabilimento Burgo di
Verzuolo.
Tali prove, per molti versi simili tra loro, hanno dato risultati incoraggianti sia dal punto di
vista qualitativo che da quello economico.
Prova di sbianca con Borino su pasta SGW
La sostituzione del ditionito nello sbiancamento della pasta legno (SGW) con la tecnologia
al Borino è stata precedentemente testata in laboratorio con buoni risultati. Una prova
sull’impianto è stata, quindi, necessaria per accertare il pieno potenziale del Borino. Questo
rapporto riassume i risultati dello studio.
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La tecnologia della sbianca al Borino si basa sulla miscelazione di due soluzioni chimiche:
sodio bisolfito e Borino (una soluzione di sodio boroidruro e di idrossido di sodio) che
vengono dosati direttamente nel flusso di pasta. Le due sostanze chimiche separate sono
stabili e quindi non c'è rischio di decomposizione. L'efficacia della sbianca al Borino si basa
sugli effetti multipli di tre agenti riducenti che agiscono sui gruppi cromofori della pasta:
bisolfito di sodio, Borino e idrosolfito di sodio prodotto in situ. Inoltre, l’impianto per la
sbianca al Borino è estremamente semplice in quanto sono sufficienti due pompe per il
dosaggio dei reattivi.
E’ stata eseguita una breve prova di sbianca con agente riduttivo (Borino) in sostituzione del
ditionito su pasta legno (SGW) a Verzuolo nel mese di ottobre (2011). Attualmente vengono
utilizzati circa 8 kg/t di ditionito dopo lo sbiancamento al perossido. Durante il processo
viene dosato un eccesso di Na-bisolfito al fine di abbattere il residuo di perossido non
reagito.
Dosando 3 kg/t di Borino si è raggiunto un aumento di grado di bianco di circa 2,6 punti
rispetto agli 1,9 con il ditionito, ossia circa un guadagno di circa 0,5 punti. Al momento è
stato testato solo il rapporto: Borino - Na-bisolfito 1:7 Kg.
In futuro saranno testati diversi rapporti Borino - Na-bisolfito per raggiungere
un’ottimizzazione della sbianca.
Prova di set-up
Il punto di dosaggio del Borino è stato anticipato di circa 50 metri prima del punto di
dosaggio della ditionite ovvero all'ingresso della pompa della tina del post raffinatore dove
vengono miscelati pasta greggia e pasta bianchita al perossido di idrogeno e il punto di
incontro dei reattivi (Borino e Na-bisolfito) è stato stimato a circa 30 cm a valle del punto
del dosaggio. Questa differenza permette un maggiore tempo di contatto tra pasta e reattivi.
Sia il Borino che il Na-bisolfito sono stati diluiti con acqua in fase di dosaggio. Solo un
rapporto di dosaggio di Borino è stato testato ovvero 3 kg / t di pasta (pari a 13,5 l / h) con
un rapporto Borino Na-bisolfito di 1:7.0 con un dosaggio di Na-bisolfito di 90 L / h. La
produzione di pasta legno in SGW al momento della prova era di circa 5,9 t / h. La
consistenza in uscita dalla torre di sbianca era di circa il 3,8% e la temperatura intorno ai 3540 °C. Il post-raffinatore è stato by-passato durante la prova. La temperatura dopo la sbianca
con agenti riducenti era salita a circa 40-45 °C.
Il dosaggio normale di ditionito era di 8 kg/t.
Durante il test con il Borino la PM 8 produceva la carta denominata “Uno Roto” utilizzando
una miscela di pasta legno bianchita al perossido di idrogeno (60%) e pasta legno greggia
(40%), il tutto veniva poi trattato con sbianca riducente al fine di ottenere un grado di
bianco di 65-68 punti.
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Campioni di riferimento sono stati presi durante tutta la settimana, malgrado alcune fermate
della continua. Il primo campione preso il mattino del 25 ottobre è stato prodotto senza
dosaggio di agenti riducenti ed utilizzato come “ZERO” di riferimento.
Perossido residuo
Dopo la torre di imbianchimento c'è un’importante quantità di perossido residuo nella pasta,
circa 100 ppm a seconda del dosaggio di perossido. Durante il periodo di prova sono stati
utilizzati 1,9 kg / t di acqua ossigenata. Il perossido residuo è stato completamente eliminato
con il 7% Na-bisolfito. Questo è stato osservato la settimana prima del test.
Con la produzione di carta molto bianca (es: Uno Roto White e Uno Roto Extra White) che
utilizza il 100% di bianchita al perossido (2,6 kg / t di H2O2) l’incremento del grado di
bianco nella fase riduttiva era solo di circa 0-0,5 punti con il 3% Na-bisolfito. Dopo
l'aumento del dosaggio di Na-bisolfito al 9% ed eliminando tutto il residuo di perossido
l’aumento è stato di 2,2 punti in media dosando sempre 8 kg / t di ditionito.
Al fine di poter confrontare l'efficienza dello sbiancamento al Borino rispetto al ditionito, è
stato quindi importante assicurarsi che non vi fosse residuo di perossido nell’impasto prima
della fase riduttiva.
Analisi
Sono stati prelevati campioni di pasta greggia, dopo la torre di sbianca, dopo il postraffinatore (dove pasta legno bianchita e greggia vengono miscelate) e dopo lo
sbiancamento riduttivo (pompa survoltrice). Non ci sono misurazioni on-line di brightness
sulla linea SGW così il °B doveva essere monitorato con test di laboratorio. Redox, pH e
perossido residuo o solfiti sono stati anche misurati su tutte le paste analizzate.
Preparazione dei campioni da analizzare
I campioni vengono analizzati secondo le norme ISO con l’unica differenza che vengono
essiccati con il Rapid Cote nel vuoto a 85 °C per 10 min per accelerare i tempi di analisi.
Proprietà ottiche
Le proprietà ottiche dei campioni sono state determinate con spettrofotometro Elrepho
(illuminante D65).
Risultati
I risultati dei campionamenti eseguiti durante le varie fasi sono elencati nella Tabella 1. A
causa di alcune fermate , non è stato possibile eseguire molti campionamenti. Tuttavia, tutti
i campioni sono stati prelevati nelle stesse condizioni: con una pasta bianchita al perossido
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al 60%, pasta greggia al 40% e con il 7% di Na-bisolfito aggiunto per abbattere il perossido
residuo.
Un primo campionamento è stato fatto il 25 ottobre in cui non era dosato l’agente riducente.
La miscela fornita quel giorno ha raggiunto anche l’80% di bianchita, quindi questo valore
non è indicato nei grafici (Fig.6 , Fig.7 e Fig. 8), ma è indicato nella tabella finale (Tab.1).
Sono stati prelevati anche campioni di pasta greggia (Linea verde Fig.8) e dopo
l’imbianchimento al perossido al fine di osservare se ci sono stati alcuni cambiamenti sulla
pasta-legno greggia in arrivo o sul processo di sbianca con H2O2 durante il test per
scongiurare sbalzi anomali sui risultati dovuti ad imprevisti esterni al processo. L’aumento
di °B nel processo di sbianca al perossido alle condizioni attuali è piuttosto stabile e
mediamente intorno ai 14 punti.
Sono stati eseguiti 3 campionamenti di riferimento poco prima di iniziare il dosaggio del
Borino e uno subito dopo l'arresto. In media, l’aumento di brightness con ditionito all’8% è
stato di circa 1,9 punti (2,2 punti quando il risultato più basso è stato omesso). Il primo
grafico (Fig.6) mostra °B della pasta greggia, la pasta al post-raffinatore (mix greggiabianchita indicato con linea nera) e la pasta con sbianca riducente al ditionito (di riferimento
in verde) e quella con il Borino (blu). Il secondo grafico (Fig.7) mostra l’aumento di
brightness e il °B finale con il ditionito (verde) e il Borino (blu).
Fig.6
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Fig.7
Fig.8 Confronto fra dati finali (linea rossa), pastalegno greggia (linea verde) e miscela
greggia-bianchita al post-raffinatore (linea blu).
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Tab. 1
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Prova di sbianca con borino su pasta PGW
Nel mese di dicembre (2011) sono stati eseguiti una breve serie di test anche sull’impianto
PGW per molti versi analoghi a quelli eseguiti in SGW precedentemente descritti. Le
differenze sostanziali sono state: il dosaggio esclusivamente sulla pastalegno bianchita al
perossido (in SGW sulla miscela greggia-bianchita) e la difficoltà di trovare un punto di
innesto dei reattivi adeguato senza andare a modificare l’impianto precedente del dosaggio
del idrosolfito, quindi si è optato per distribuire sodio bisolfito e borino (diluiti con acqua)
in un'unica soluzione attraverso la tubazione del NaHSO3 già esistente, senza, perciò, andare
a pretrattare la pasta per abbattere l’eccesso di perossido ed il pH, ma dosando un leggero
eccesso di bisolfito ed, attraverso il suo incremento, andando a trovare il risultato migliore.
Prova di set-up
Mantenendo 8 Kg/t di ditionito si è, prima, andato a dosare solo il bisolfito e,
incrementandolo, si è trovata la dose più efficace per abbattere l’eccesso di perossido che
inizialmente era oltre ai 100 ppm. Con un dosaggio di bisolfito pari al 2% ci si è resi conto
che il perossido era del tutto abbattuto, ma in ultimo si è optato per il 3% in quanto dava
risultati migliori una volta dosato il ditionito per quanto concerne il °B finale e, anche, per
prevenire eventuali sbalzi futuri di residuo di perossido dovuti a imprevisti a monte del
processo (Fig.9). In tale modo si è compreso quale fosse il dosaggio di bisolfito più idoneo e
si è preso il valore di bianco finale come riferimento per le prove in seguito svolte.
Fig.9 Confronto tra vari dosaggi di bisolfito a parità di ditionito.
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I risultati della prova di set-up si possono riassumere così (Tab.2):
H2O2 residuo Solfito residuo (ppm) (ppm) Brightness Delta Prima del ditionito 73.2 0% NaHSO3 74.0 0.8 >100 2% NaHSO3 75.3 2.1 10 3% NaHSO3 76.4 3.2 40 Tab.2
Analisi
Le analisi si sono svolte con le stesse metodologie della prova in SGW non tralasciando
anche qui fattori come pH, temperatura e Redox
Risultati
I risultati dei campionamenti eseguiti durante i test sono elencati nella Tabella 3. Le prove
di set-up sono state eseguite tra il 05/12/2011 ed il 07/12/2011, mentre la prova con la
miscela di sodio-boro-idruro e soda si è svolta il giorno seguente (08/12/2011), le condizioni
erano comunque le stesse non essendovi state variazioni in macchina sul tipo di carta, ne in
PGW sul tipo di legno ed i dosaggi degli altri reattivi. La prova come già detto si è svolta
dosando il reattivo solo su pastalegno bianchita.
Si è potuto constatare che il °B non solo è migliorato con il dosaggio del borino rispetto alla
ditionite (Fig.10) a parità di idrosolfito, ma che l’efficacia dello stesso era legata anche al
dosaggio del bisolfito in miscela che risultava altrettanto efficiente come nel pre-dosaggio
(in tale modo si potrebbe escludere l’utilizzo di una pompa). Il rapporto iniziale borinobisolfito era di 1:8 su 2,5 Kg/t di borino è poi stato inalzato a 1:10 dove si è raggiunta la
parità con il ditionito, per poi tornare a 1:8 ma con 3 Kg/t di borino ed aumentare il bianco
finale rispetto al ditionito.
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Fig.10
Tramite la tabella seguente (Tab.3) si possono riassumere i risultati più significativi mentre
quella successiva riassume tutte le prove svolte in PGW (Tab.4).
Delta °B Perossido residuo (ppm) Solfito residuo (ppm) Ditionito 8 Kg/t 1.1 100 2.5 Kg/t borino 1:8 0.6 100 2.5 Kg/t borino 1:8 0.7 100 2.5 Kg/t borino 1:10 1.0 3 Kg/t borino 1:8 1.8 80 Tab.3
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Tab.4
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3.4 COSTI E VANTAGGI
Visti i costi dei singoli prodotti e facendo le dovute proporzioni (Tab.5) si può riassumere,
in modo indicativo, quanto segue.
Il costo per la sbianca riducente con ditionito in polvere è di circa 22.4 €/t in SGW e circa
11.2 €/t in PGW.
Il costo per la sbianca riducente con boro idruro di sodio in soluzione è di circa 20.6 €/t in
SGW e circa 9.8 €/t in PGW.
Va tenuto conto che in entrambe i casi il °B finale con il borino è sempre stato leggermente
superiore a quello con il ditionito in polvere.
Prodotto Prezzo a ton.* Ditionito Bisolfito Borino Bisolfito 1400 160 2000 160 Consumo in SGW (Kg/t) 8 70 3 70+21 Consumo in PGW (Kg/t) 8 0 3 24 Costo in SGW (€/t) 11.2 11.2 6 14.6 Costo in PGW (€/t) 11.2 0 6 3.8 Tab.5: Costi dei trattamenti in azzuro la sbianca al ditionito in rosa con il boro-idruro di
sodio.
*Prezzi indicativi a carattere di esempio.
Mettendo a confronto le due tecniche dal punto di vista economico sono immediati i
vantaggi a favore del boro-idruro di sodio. Oltre a questo vanno aggiunti sempre a favore
del borino i seguenti punti di vista:
Logistica: essendo in soluzione è sufficiente una pompa per lo svuotamento di un
autocisterna, mentre per il ditionito vanno movimentate cisternette in fase di scarico, da
trasportare al preparatore e da caricare sullo stesso, quindi minor rischio per gli addetti.
Stoccaggio: è sufficiente un serbatoio in acciaio inox, mentre per il ditionito serve un locale
idoneo per le cisternette.
Incendio: non è infiammabile, mentre il ditionito è passibile di autoignizione con
conseguente sprigionarsi di gas tossici all’uomo (SO2) necessita di impianto antincendio e
rilevatori di gas.
Impiantistica: l’impianto si riduce a solo due pompe dosatrici, mentre il ditionito necessita
di un preparatore per disperdere la polvere in acqua composto da almeno una coclea
dosatrice, un solutore con agitatore ed una pompa di dosaggio.
Manutenzione: ridotta alle due pompe, per il ditionito essendovi più parti in movimento è
inevitabilmente maggiore (es.:carroponte per caricare le cisternette sul preparatore, coclee,
agitatore e pompe).
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4. CONCLUSIONI
Visti i risultati delle prove, i vantaggi economici, quelli sulla sicurezza e quelli impiantistici
e manutentivi, si può dedurre che nella sbianca riducente con idrosolfito sia da preferire
l’utilizzo di soluzioni di boro-idruro di sodio e idrossido di sodio da miscelare in situ con
bisolfito di sodio, piuttosto che il ditionito di sodio da disciogliere in acqua.
Un particolare ringraziamento a:
Mario Cicolin e Tea Hannuksela
(Tecnici di Kemira)
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