O processo produtivo básico do papel - aqui não levamos em consideração as particularidades dos diferentes tipos de papel que podem ser produzidos a partir da celulose – pode ser dividido em quatro etapas: a extração e preparação da madeira; o polpeamento; a transformação da madeira em celulose marrom; a transformação da celulose marrom em celulose branqueada e a etapa de finalização do papel desejado.
Na preparação da madeira considera-se a colheita da floresta plantada, seguida de seu transporte à indústria, sua transformação em pedaços menores, chamados de cavacos, e por fim a separação mecânica dos cavacos, através de uma série de peneiras, que possuem o tamanho ideal para entrada no digestor.
A segunda etapa diz respeito a definição do processo de produção da polpa de celulose, o chamado polpeamento. O principal objetivo deste processo é separar a lignina das fibras de celulose. Nesta etapa, deve se selecionar qual tipo de processo será utilizado: mecânicos, semiquímicos ou químicos. No Brasil, o processo usualmente utilizado é o processo químico Kraft que sucintamente consiste no cozimento dos cavacos de madeira junto a hidróxido de sódio e sulfeto de sódio promovendo a dissolução da lignina e a liberação das fibras. Adotando o processo Kraft, segue-se para a terceira etapa que é a transformação da madeira em celulose marrom. Aqui se dão quatro subetapas: a) a digestão – onde há o cozimento da madeira junto ao hidróxido de sódio e sulfeto de sódio para separar a celulose marrom da ligninga; b) a separação do licor negro da celulose – gerado pela reação da lignina com os agentes químicos, o licor negro tem que ser separado da celulose marrom; c) caldeira de recuperação – o licor negro é tratado até poder ser queimado na caldeira de recuperação para gerar energia e manter a unidade industrial; e d) o fechamento do circuito através da recuperação do hidróxido de sódio, sulfeto de sódio e a água.
Uma vez separada a celulose, segue-se para a quarta etapa que consiste na transformação da celulose marrom em celulose branqueada. Esta etapa está dividida em quatro subetapas: a) a lavagem da celulose com água para eliminar o residual de licor negro; b) o pré-branqueamento através do uso de oxigênio puro; c) o branqueamento através da utilização de compostos de cloro; d) e a secagem da celulose através de máquina específica formada por cilindros aquecidos a vapor ou colchões de ar aquecido.
Produzida a celulose, a finalização do papel se dá usualmente em unidades totalmente autônomas. Esta etapa está dividida em três: a) máquina de papel, onde normalmente ocorre a recomposição da celulose através de sua diluição em água e aplicação de aditivos para se atingir as características desejadas do papel; b) o rebobinamento para estocagem e aplicação nas máquinas específicas; c) máquinas para confecção de produtos finais, a depender das características desejadas (gramatura, brilho, etc).
Extração e Preparação da Madeira Existem dois seguimentos na produção de polpa celulósica, o de “fibra curta” e o de “fibra longa”: o primeiro utiliza como matéria-prima madeira de espécies do gênero Eucalyptus spp. e é voltado para a produção de papéis de escrever, imprimir e para fins sanitários; o segundo utiliza madeira de espécies do gênero Pinus spp. e é voltado para a produção de embalagens.
De acordo com o guia da ABTCP (Associacao Brasileira Tecnica de Celulose e Papel), atualmente no Brasil, a grande parte da produção do papel se dá a partir da celulose de fibras curtas que são obtidas da madeira de processos de reflorestamento. Esta madeira podem ser duras, como o eucalipto, ou moles, como pinus.
De acordo com o artigo Introdução ao Processo de Obtenção de Celulosecitar web|URL = www.crq4.org.br/sms/files/file/dc417.pdf|título = Introdução ao Processo de Obtenção de Celulose|data = |acessadoem = 02/07/2015|autor = |publicado = }}, todas as madeiras possuem os seguintes componentes: Celulose, Hemiceluloses, Lignina e quantidade variáveis de outras substancias. Estas outras substancias podem ser divididas em duas classes. A que engloba materiais que podem ser extraíveis (água) e materiais não extraíveis (compostos inorgânicos).
No Brasil, as plantações florestais podem ser feitas nas áreas próprias das empresas produtoras, através de arrendamento ou sob a modalidade de contratos de fomento. Esta última modalidade tem crescido no Brasil, por permitir atender parte da demanda de madeira da indústria, diminuir o capital investido em terras, fortalecer a economia regional, bem como por diminuir a concentração fundiária . Em função do longo ciclo de vida das espécies utilizadas - em média sete anos de crescimento para se atingir a idade ideal para uso na produção de celulose, por exemplo - e a importância da madeira como insumo para o processo, os contratos de fomento podem ser classificados como parcerias estratégicas em que as empresas fornecem as mudas a serem plantadas, bem como a assistência técnica e expertise ao fomentado.
De acordo ainda com o guia da ABTCP, na floresta, as arvores são derrubadas, desgalhadas e as toras cortadas, para assim serem levadas à produção, onde são separadas de acordo com seu tamanho. No Brasil, o modal mais utilizado para o transporte da madeira é o rodoviário, representando cerca de 60% no custo logístico total. ALVES, Rafael Tonetto et al. Análise técnica e de custos do transporte de madeira com diferentes composições veículares. Rev. Árvore [online]. 2013, vol.37, n.5 [cited 2015-07-04], pp. 897-904 . Available from: <http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0100-67622013000500012&lng=en&nrm=iso>. ISSN 0100-6762. http://dx.doi.org/10.1590/S0100-67622013000500012.As que não tem o tamanho ideal para o cozimento, são utilizados para geração de energia, já as que tem o tamanho ideal, seguem para equipamentos descascadores e logo em picadores que cortam a madeira em cavacos de tamanhos específicos necessários.
Polpeamento A produção da polpa, ou polpeamento, de acordo com artigo Introduçãoao Processo de Obtenção de Celulose, é o processo de separação da fibra da madeira mediante à utilização de energia. Vale ressaltar que a qualidade e características do resultado do polpeamento se deve à quantidade de energia utilizada para a separação destas fibras.
Processos de Polpeamento Esta energia pode ser obtida através de três processos distintos, como explica o guia ABTCP: Processos Mecânicos; Processo Semiquímicos; Processos Químicos.
Processos Mecânicos Separação das fibras desagregando a madeira por ação abrasiva (material é prensado a úmido contra rolo giratorio de material abrasivo). Este processo tem um rendimento alto em comparação aos outros, variando entre 90 e 95%. O resultado é papel de fibra curta e frágil cuja aplicação acaba sendo limitada pois o papel tende a escurecer com certa velocidade, mesmo aplicando métodos de branqueamento. Neste prcesso não há a separacao completa das fibras dos outros constituintes do vegetal.
Este tipo de processo é muito utilizado para a fabricação de papel jornal, revistas, etc.
Processo Semiquímicos Os processos semiquimicos sao similares aos mecânicos porém com a introdução de alguns reagentes químicos. Estes reagentes químicos podem ser sulfito, carbonato ou hidroxido de sódio a uma concetração especifica com níveis de pH próximos ao neutro. Estes então, são utilizados para tratar os cavacos da madeira. Desta forma a lignina e o carboidratos são dissolvidos e as fibras são separadas com maior facilidade e menor utilização de energia em relação aos processos mecânicos. Estes por sua vez resultam em polpas mais puras. O rendimento deste processo gira em torno dos 65% aos 90%.
Processos Químicos Há vários processos químicos, aqui explicaremos sucintamente um, o Processo Kraft pois é o processo químico mais utilizado atualmente no Brasil, de acordo com o guia da ABTCP. O processo KRAFT consiste em combinar dois reagentes químicos, Hidróxido de Sódio e Sulfeto de Sódio para atuar nos cavacos de madeira. Isto provoca na dissolução da Lignina e a liberação das fibras, que estas por suas vez preservam a sua resistência. Este processo tem um rendimento entre 40 e 60% e é de branqueamento muito fácil, pois a pasta obtida já apresenta coloração clara. Este processo produz uma grande quantidade de polpas diferentes, e são principalmente destinadas à produção de embalagens de papelão e de papeis de alta resistência.
Transformação da Madeira em Celulose Marrom Esta fase ocorre após a picagem, seleção e estocagem, em que se dão as etapas de digestão, sepração do licor negro da celulose, concentração nos evaporadores, queima na caldeira de recuperação, formação do licor verde e caustificação/calcinação.
Digestão É considerada a etapa "coração" do processo produtivo do papel, onde os cavacos que foram selecionados são direcionados ao digestor (vaso de pressão). Neste vaso de pressão ocorre a impregnação do cavaco com o chamado licor branco - solução aquosa alcalina que contém reagentes como hidróxido de sódio (NaOH) e sulfeto de sódio (Na2S) em temperaturas entre 110 e 120 graus celsius e pressão entre 8,0 e 10,0 kgf/cm2. Nessas condições de cozimento ocorre a dissolução da lignina a partir da reação do licor branco com a madeira, transformando os cavacos em celulose marrom.
Da reação do licor branco com a lignina forma-se o licor negro onde se concentram, além da própria lignina, quase todos os reagentes e várias outras substâncias constituintes da madeira.
Esta etapa do processo possui um tempo de duração que pode variar de trinta minutos até eventualmente mais de 3 horas podendo ser realizado na forma de batelada ou contínuo. Ultimamente tem-se optado pelos digestores em fluxo contínuo, uma vez que, além de ser mais econômico, apresentam menor níveis de emissão atmosférica odoríferas, o que recomenda sua adoção em quase todas as plantas. Como o próprio nome já diz, no fluxo contínuo todo o processo ocorre sem interrupção em duas colunas, uma para impregnação com vapor e outra para o processo de digestão.
Separação do Licor Negro da Celulose Dentro do processo da digestão, conforme já foi mencionado, a reação do licor branco com a lignina no vaso de pressão, forma o licor negro o qual é extremamente rico em material orgânico de alto poder calorífico, o que torna viável sua utlização como insumo energético. Para tal utilização faz-se necessária a separação do licor negro da celulose, o qual ocorre após o cozimento da massa, transportando a massa e o licor para um tanque de descarga (blow tank), onde a pressão é equalizada e é feita a separação em celulose e licor negro.
Concentração nos evaporadores e queima na caldeira de recuperação Após a separação do licor negro da celulose, o mesmo é enviado para o setor de Evaporação com o intuito de, através da evaporação, aumentar a concentração de sólidos da mistura através da remoção do excesso de água. Quando obtem-se a concentração "ótima", o licor é bombeado para os queimadores da caldeira de recuperação.
Formação do Licor Verde e Processo de Caustificação O licor verde é formado a partir da adição de licor branco fraco ou água quente nos constituintes inorgânicos do licor negro (''smelt''). A primeira etapa consiste em um tratamento por filtração ou decantação para remover as cinzas e as impurezas dos constituintes sempre presentes após um processo de queima. Segue-se o processo de caustificação, onde ao licor verde é adicionado óxido de cálcio (CaO), que reage com o Na2 CO3 e forma novamente hidróxido de sódio (NaOH), recompondo o licor branco forte, acrescido de uma lama calcária que é precipitada na reação. Esta é separada e enviada para um Forno de Cal, onde ocorre a calcinação da lama, regenerando o CaO para reutilização no processo e liberando CO2 .O licor branco regenerado também retorna ao processo de digestão, fechando o ciclo.
Processo de Transformação da Celulose Marrom em Celulose Branqueada