Recuperacin de papel y destintadoJuan Carlos Villar Gutirrez villar@inia.es

El reciclado de papel comienza a cobrar importancia en la segunda mitad del siglo XX, en las dcadas de 1950 y 1960 su uso en embalajes empieza a ser importante.

En la dcada de 1970 se incorpora a papeles impresin/escritura e higinicos.

En los 80 y 90, el destintado aument el uso de papel viejo, que aumenta su importancia en la fabricacin de papeles tissue y prensa.

Ventajas del Papel Reciclado como Materia PrimaMenor consumo de energaMenores inversiones en instalacionesReduccin de residuos (papel viejo)Valorizacin del papel viejoGran disponibilidad en reas muy pobladasPULPER EN HOLMEN PAPER. FUENLABRADA. MADRID. 2008PARQUE DE MATERIAS PRIMAS EN HOLMEN PAPERFUENLABRADA. MADRID. 2008

DefinicionesTasa de reciclaje (%) = consumo de papel recuperado como materia prima / consumo de papel y cartn.ndice del esfuerzo del mercado para introducir la fibra reciclada en sus productos. Tasa de utilizacin (%) = consumo de papel recuperado como materia prima / produccin de papel y cartn.ndice del esfuerzo de la industria para utilizar la fibra reciclada como materia prima.Tasa de recogida (%) = papel recuperado que se recoge / consumo de papel y cartn. ndice del esfuerzo de una sociedad para reutilizar el papel

Papeles No ReciclablesDebido a su usoLibros, archivos, papeles de uso higinico y sanitario, papel de cigarrillo, envases de productos qumicos,...Debido a causas tcnicasPapeles de difcil recuperacin.Debido a causas econmicas Los generados en reas apartadas, poco pobladas.TOTAL: . . . 20 % de la produccin

Las fuentes de papel recuperado son:

Hogares y comerciosIndustrias, grandes supermercados, oficinas, ...Sectores relacionados con papel: imprentas, transformadoras de papel y cartn, editoriales,...

Rendimiento en Pasta Segn Clases

Embalaje 90%-95%Impresin/Escritura65%-85%Higinicos 60%-75%Especiales 70%-95%

Paper Recycling ABTCP. So Paulo, 2007

European grade lists

- Confederation of European Paper Industries (CEPI)- Bureau International de la Rcupration (B.I.R.) European Organization on Standardization (CEN), European Standard EN 6434.

1999, CEPI and B.I.R. : "European List of Standard Grades of Recovered Paper and Board". 2001, CENs Management Centre in Brussels adopted the new version of The European Standard EN 643 The European List of Standard Grades of Recovered Paper and Board.

Recovered paper and board grades: Group 1: Ordinary grades Group 2: Medium grades Group 3: High grades Group 4: Kraft grades Group 5: Special grades

EN 643 Definitions

Unusable materials = Nonpaper components + Paper and board detrimental to production.

Nonpaper components (Metal, Plastic, String, Glass, Textiles, Wood, Sand, Synthetic materials, )

Paper and board detrimental to production (.. for a basic or standard level of equipment, are unsuitable as raw material for the manufacture of paper and board)

Moisture (Where the moisture content is higher than 10% the additional weight in excess of 10% may be claimed back)

Quality Control of Recovered Paper

Visual Control

Weight

HumidityCause:Raw material lossCost of transportationLow quality paper (cellulose /hemicelluloses degradation by fungi and bacteria) Methods:Sampling and exact measure in furnace/microwaves (slow)Blade (quicker method but with less precision)

Composicin del papel viejoAditivos del papel: cargas, tintes, aditivos, estuco,... Sustancias aadidas en la fabricacin: tintas, adhesivos, ...Impurezas: cuerdas, metales, tierra, piedras,...FibrasMtodos de Depuracin

Tamizado: acta segn tamao y forma de las partculasLavado: acta segn tamao y forma de las partculasCentrifugado: acta segn densidad y tamao de las partculasFlotacin: acta segn las propiedades superficiales y tamao de las partculas

PulperDepsito cilndrico de acero inoxidable con una hlice que provoca desintegracin del papel.

Geometra del depsito y de la hlice y velocidad son responsables de un funcionamiento adecuado.

Funciones (del pulper y despastillador)Individualizar fibrasSeparar otras sustancias de las fibrasMezcla de reactivosEliminacin de contaminantesDesintegracin y despastilladoFuente: Papermaking Science and Technology

Continuo/Discontinuo

Baja Consistencia

Prdida de resistencia por mojadoFuente: Papermaking Science and Technology

PulperFuente: Papermaking Science and Technology

PulperFuente: Papermaking Science and Technology

DespastilladorSimilar a un refinadorCon guarniciones ms bastasMs separadas, 20 divisionesConsumo de 15-30 Kwh/tConsistencia 4-5%Fuente: Papermaking Science and Technology

Papeles de difcil desintegracin

Combinacin de pulper /despastillador puede ahorrar energa.

Otra solucin: tamizado de la fraccin de salida del pulper y del despastillador.DespastilladorFuente: Papermaking Science and TechnologyAplicable a papeles encolados, estucados y con agentes de resistencia en hmedo. En el procesado de roturas en papeles con resistencia en hmedo.En papeles de difcil desintegracin, se puede recurrir al calentamiento (75C) y a la adicin de reactivos.

DespastilladorEl lmite que aconseja tratamientos trmicos y mecnicos en el despastillador puede fijarse en una resistencia a la traccin de 600 m (hmedo).Fuente: Papermaking Science and Technology

Pulper de tambor Drum pulperFuente: Papermaking Science and TechnologyPara papel sin resistencia en hmedo: prensa, magazine...Consistencia 14-20% en zona de desfibradoLas fuerzas a que someten a la suspensin son suaves, los contaminantes permanecen sin desintegrarsePULPER DE TAMBOR DRUM PULPER EN HOLMEN PAPERFUENLABRADA. MADRID. 2008

Elimina partculas indeseadas y suciedad de la suspensin fibrosa. Las partculas se rechazan/aceptan por su tamao, forma y deformabilidad.

El depurador centrfugo puede ser de agujeros o de ranuras con tamao adecuado para permitir el paso de las fibras y retener las impurezas. Pueden ser presurizados y atmosfricos

Los depuradores centrfugos fraccionan las fibras con mayor o menor grado de pureza, segn exigencias de calidad.

Depuracin por tamizado

Exigencias de calidad en la depuracin

Una depuracin fina, se lleva a cabo a menor consistencia y en depuradores centrfugos de ranuras, es ms eficaz pero consume mas energa. La depuracin grosera se realiza a mayor consistencia y puede emplear depuradores de agujeros.

La seleccin del tamiz y sus condiciones de operacin son un compromiso entre: limpieza, rendimiento y coste.

Depuracin por tamizado

Las partculas deformables, tales como stickies, pueden deformarse por efectos de fuerzas o presin y atravesar las aperturas del tamiz.Depuracin por tamizadoFuente: Papermaking Science and Technology

Depuracin centrfuga (Hidrocicln) Fuente: Papermaking Science and Technology

Depuracin centrfuga (Hidrocicln) La separacin obedece a diferencias de

Densidad Pesados: metales, vidrio, arenaLigeros: plsticos

TamaosAgregados de fibras, cargas, Pueden eliminar partculas de menor tamao que en los tamices 10 micras

StickiesEliminables si tienen suficiente diferencia de densidad

Proceso de separacin que, mediante burbujas de aire, arrastra las partculas a eliminar hacia la superficie.

Adecuado para eliminar partculas hidrfobas de un determinado tamao: tintas, stickies, cargas y pigmentos. Los stickies, con amplios intervalos de tamao y naturaleza, no siempre pueden ser flotados.

La flotacin elimina partculas en el intervalo 10-250 micras y llegan hasta 500 micras en algunos sistemas. El lavado, otro procedimiento de destintado, retira tintas, cargas y stickies y puede eliminar finos y cargas de menos de 30 micras.Destintado por Flotacin

Amplio intervalo de tamaos en las tintas.Flotacin eficiente entre 10-250 micras.

Tamao de particula:Pigmentos, negro de humo 0.02-0.1 micrasFlexogrficas con base agua 1-5 micrasTintas offset pueden llegar a 100 micras Tintas oxidadas se adhieren fuertemente a la fibra, llegan a alcanzar ms de 500 micrasFlotacinPartculas mayores precisan reduccin (dispersin). Partculas menores precisan aglomeracin.Partculas planas son difciles de flotar que las cbicas de igual tamao. En algunos casos se requiere ms de una etapa de flotacin Los jabones de calcio aglomeran partculas pequeas y cambian la naturaleza de las cargas hacindolas flotables.Fuente: Papermaking Science and Technology

FlotacinLas partculas deben estar separadas de las fibras.

Deben tener un tamao adecuado.

Comparacin flotacion vs. lavadorecupera fibras ms eficazmentemayor rendimientomenor consumo de aguapeor eliminacin de las cargaspeor comportamiento con tintas base agua.

Mecanismo no totalmente esclarecido

Se cree que incluye:

Hinchamiento de las fibras durante la desintegracin.

Rotura de las uniones fibra-partcula.

El hinchamiento separa la tinta, al igual que sucede durante la dispersin. La friccin entre fibras tambin contribuye. Algunas tintas ya oxidadas requieren mayores esfuerzos.Flotacin

Flotacin trabaja a:

Consistencia de 0.8%-1.5% Temperatura de 40C-70CpH 7-9Entrada de aire 300% - 1 000% sobre volumen a flotar.

Una segunda etapa de flotacin reduce las prdidas en fibras, finos, cargas y pigmentos.

La segunda etapa trabaja a menor consistencia. La alimentacin es muy diferente (rechazos de la primera etapa) con menos fibras y ms finos y cargas. La calidad del aceptado en esta segunda etapa deber ser mayor que la alimentacin en la primera.Flotacin

FlotacinFuente: Papermaking Science and Technology

B.M. Johansson, Surface and colloid chemistry of flotation de-inking, in: Dept. Pulp and Paper Chemistry and Technology, Royal Institute of Technology, Stockholm, 1999, p. 75.FlotacinEl mecanismo de la flotacin consta de tres etapas:

Separacin de la tinta de las fibrasAdherencia de la tinta a las burbujasExtraccin de la espuma y tintas de la superficie de la clula de flotacin

Las burbujas se forman por inyeccin de aire en la base de la clula de flotacin. A ellas se adhieren las partculas hidrofbicas.

Las burbujas se mueven hacia la superficie y forman all una espuma que se extrae mecnicamente.

Las partculas deben ser hidrofbicas o ser convertidas en hidrofbicas mediante surfactantes.

Partculas y burbuja deben colisionar y unirse, entonces las burbujas arrastrarn a las partculas hacia la superficie de donde sern eliminadas.

Se precisa un nmero elevado de burbujas y con un intervalo amplio de tamaos. FlotacinFuente: Papermaking Science and Technology

Flotacin. Reactivos QumicosNaOH: hinchamiento de la fibra, rotura enlaces fibra tinta, saponificacin

Na2SiO3: dispersante, lcali, estabilizante del H2O2

H2O2: blanqueante

Quelante: estabilizante del H2O2

Surfactantes: dispersantes, colectores, espumantes

a) Dispersante para separar la tinta de las fibras y evitar su redeposicinSurfactantes no inicos (ethoxylated linear alcohols, ethoxylated alkyl phenols, ethoxylated fatty acids, oligoethylene-oxide alkyl ether, and polyethyleneoxide alkyl ether) b) Colector para aglomerar partculas de tinta en otras mayores y hacer la superficie hidrofbicajabones de cido grasos C16 y C18c) Espumante para generar espuma y retirar la tinta de la clulaSurfactantes no inicosSurfactantes: modo de actuacin durante la flotacin

Tintas Especiales

Flexo: base agua, pequeo tamao

EspesadoSu propsito es retirar agua de la suspensin para elevar su consistencia. Se precisa para:Llevar a cabo la dispersin (22%-30%)Hacer menos costosos los procesos, como en el blanqueo (5%, 15%, or 30%) donde los gastos en reactivos y energa y el espacio juegan un papel importante. Hacer ms eficaces algunos procesosFuente: Papermaking Science and Technology

EspesadoSe realiza por filtracin y presin mecnica de la torta si se precisa mayor consistenciaSe forma una torta sobre la superficie filtrante. En los inicios, mayores cantidades de slidos percolan, a medida que se forma una torta ms espesa, los slidos quedan retenidos incluso algunos de menor tamao que hubieran atravesado en los primeros estadios de la filtracin. Los filtros usados en fabricacin de papel superficie filtrante de malla metlica o son placas perforadas. Materiales cermicos y membranas se emplean en la purificacin de agua.

EspesadoFuente: Papermaking Science and Technology_________Recuperacin de papel y destintado

Recycling effects on the morphological structure of fiber

Fibers in paper are bonded by H-bonds between the cellulose (hemicellulose) chains of adjacent fibers

High bonding is achieved means of fiber swellingWater penetrates into the fibers, forms H-bond with cellulose and swells the fibersSwelled fibers are easier to collapse and to conform into a strip formCollapsed fibers show a higher bonding surface than non-collapsed ones

Refining causes internal and external fibrillation making the fibers more accessible to water penetration

Recycling effects on the morphological structure of fiber

Papermaking creates interfiber bonding by draining off the water, pressing and evaporation.

After water evaporation in the dry section, the final humidity content in paper is in the range of 5-10%.

Water between fibers is evaporated and strong interfiber bonds are created

This last stage cause an irreversible loss of quality in fiber. The process is known as Hornification (Cornification).

Recycling effects on the morphological structure of fiber

The main effect of the Hornification is a loss of the fiber capacity to swelling again.

Hornified fibers show less Water Retention Value than the never dried ones

Also the Fiber Saturation Point is reduced by Hornification

Properties which depend of swelling and fiber bonding, burst and tensile, are affected by hornification Refining do not recover the initial swelling capacity of the fibers

Recycling effects on the morphological structure of fiber

The reduction in the fiber capacity of swelling is related with the pore closure.Average pore diameter were measured by never-dried fibers (35 A) and hornified fibers (25 A). Experiments have shown that external and internal pores are closed during hornification

Refining only is able to reopen external pores. Internal pores remain closed

Recycling effects on the morphological structure of fiber

From a chemical point of view, the irreversible loss in the fiber capacity of swelling and pore closure has been explained by:irreversible formation of hydrogen bonds into the fibers formation of a covalent lactone-bond

There is no agreement in which is the true reason. Formation of H-bonds remains as a possibility although no direct evidence is known

Water-fiber and fiber-fiber H-bonds could be broken easily in the same process of papermaking (dry section and pulping, respectively).

Energy of bonds are 20-30 KJ/mol and 200-400 KJ/mol for Hydrogen and covalent bonds respectively

Recycling effects on the morphological structure of fiber

Hornification does not occur at the same level for all the pulps

Mechanical pulps do not suffer appreciable hornification

Kraft pulps experience hornification and loss of their properties in each cycle

The cause of this different behaviour is the chemical composition of the fibers

Delignified fibres also present large pores than the non delignified. Probable due to the extraction of lignin and hemicelluloses from the fiber wall. Hornification (pore closure) is then more intense for kraft fibers

Recycling effects on the morphological structure of fiber

Hemicelluloses also contributes to bonding, flexibility and swell more than cellulose because of its low polimerization.

Act as a barrier in the formation of cellulose-cellulose bonds

The global effect of hemicelluloses is the prevention against fiber hornification

Lignin also could act as a coating and avoid the cellulose-cellulose bonds which cause the pore closure

The combined effect of lignin, hemicelluloses and the lower pore diameter of the non delignified fibers is the responsibles of the lower response to hornification

Solutions?

RefiningDo not recovery completely fiber swellingEnergy consumptionDrainage

Chemical PreventionTreatment with bulking agents (sucrose, glycerol,..)Alkali treatment at high pressure (USA patent)Biorefining with cellulases

Quality of the Recycled papers

No big differences between VF and RF if comparison is properly made

Examples:

Record of velocity in a papermachine (corrugated)SAICA. Zaragoza. Spain100% Recicled Fibers

Record of velocity in a papermachine (newsprint)Holmen Paper. Fuenlabrada (Madrid). Spain100% ONP + Magazine

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