Produkcja papieru – etapy, surowce i kontrola procesu

Wytwarzanie masy włóknistej polega na rozdzieleniu włókien surowca i przygotowaniu ich do formowania papieru. W procesach chemicznych usuwa się znaczną część ligniny przez działanie chemikaliów i temperatury. W procesach mechanicznych włókna są uwalniane głównie przez działanie mechaniczne, a większa część składników drewna pozostaje w masie. Papier do recyklingu jest rozwłókniany w wodzie, a zależnie od wymaganego gatunku może być sortowany, oczyszczany i odbarwiany.

Wytwarzanie papieru zaczyna się od przygotowania masy papierniczej o określonym składzie i stężeniu, a kończy na roli macierzystej albo arkuszach. Papiernia niezintegrowana może korzystać z masy dostarczonej w postaci bel lub z masy pompowanej z sąsiedniej instalacji. Papiernia zintegrowana łączy w jednej lokalizacji produkcję masy i maszyny papiernicze.

Unijny dokument referencyjny BAT dla produkcji masy włóknistej, papieru i tektury obejmuje procesy chemiczne, mechaniczne i chemimechaniczne, przetwarzanie papieru do recyklingu z odbarwianiem lub bez niego oraz właściwe papiernictwo. Oznacza to, że pojęcie „produkcja papieru” w praktyce przemysłowej może obejmować szeroki zestaw instalacji.

Rozwłóknianie i mielenie

Rozwłóknianie rozdziela arkusze masy lub papier odzyskany na zawiesinę włókien. Mielenie zmienia zdolność włókien do wiązania i odwadniania; może powodować fibrylację, zwiększenie elastyczności i skracanie włókien. Intensywność obróbki wpływa jednocześnie na wytrzymałość, porowatość, objętość właściwą i szybkość odwadniania.

Mieszanie składników

Receptura może obejmować włókna długie i krótkie, masy o różnym sposobie otrzymania, włókna odzyskane oraz składniki mineralne. Wypełniacze wpływają między innymi na optykę, gładkość, drukowność i udział popiołu, ale ich zastosowanie zmienia też strukturę połączeń włóknistych.

Chemia części mokrej

Środki zaklejające ograniczają zwilżanie, dodatki wytrzymałościowe wspierają wybrane właściwości mechaniczne, a środki retencyjne i odwadniające oddziałują na zatrzymywanie drobnych cząstek oraz przebieg usuwania wody. Dobór dodatków zależy od pH, ładunku powierzchniowego, przewodności i składu obiegu wodnego.

Zaklejanie powierzchniowe nanosi na wstęgę roztwór lub dyspersję, która może zwiększać wytrzymałość powierzchniową, ograniczać pylenie i modyfikować wnikanie cieczy. Po aplikacji konieczne jest ponowne suszenie.

Powlekanie tworzy warstwę zawierającą pigmenty, spoiwa i dodatki. Warstwa może poprawiać gładkość, jednorodność optyczną i zachowanie podczas drukowania. Powlekanie może odbywać się w maszynie papierniczej albo na oddzielnej powlekarce.

Kalandrowanie polega na przeprowadzeniu papieru przez układ walców. Nacisk, temperatura i liczba przejść wpływają na gładkość, połysk, grubość i objętość właściwą; silniejsze wygładzanie może jednocześnie zmniejszać grubość.

Przewijanie, rozcinanie i krojenie nadają rolom i arkuszom wymagane wymiary. W tej fazie usuwa się wybrane wady, kontroluje krawędzie, liczbę arkuszy, napięcie nawoju i sposób pakowania.

Obiegi wodne transportują włókna i dodatki, odbierają wodę z sekcji sitowej oraz prasowej i mogą zawracać ją do wcześniejszych etapów. Zamykanie obiegów ogranicza pobór świeżej wody, ale zwiększa stężenie substancji rozpuszczonych i koloidalnych, dlatego wymaga kontroli jakości wody procesowej.

Energia jest zużywana między innymi przez napędy, pompy, rafinery, układy próżniowe, sprężarki, wentylację i suszenie. W celulozowniach chemicznych część substancji rozpuszczonych z drewna może być wykorzystana w układach odzysku chemikaliów i energii. Bilans zależy od technologii i stopnia integracji zakładu.

Istotne strumienie środowiskowe obejmują ścieki, osady, odpady z sortowania, emisje do powietrza, zapach, hałas i ciepło odpadowe. W Unii Europejskiej wymagania dla instalacji objętych dyrektywą o emisjach przemysłowych opierają się na konkluzjach BAT dla produkcji masy włóknistej, papieru i tektury.