Il processo Kraft: la tecnologia chiave per la delignificazione nella produzione di carta e cellulosa
Il processo Kraft rappresenta la tecnologia più diffusa per la delignificazione nel settore della carta e della cellulosa, coprendo l’85% della produzione globale di cellulosa. Questo metodo consente la separazione della lignina dalla cellulosa e dall’emicellulosa. Il termine “Kraft”, che significa “forza” in tedesco, fu attribuito a questo processo da Karl Friedrich Theodor Dahl nel 1879, zoologo tedesco.
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Il ruolo della soluzione di polpatura
Durante il processo Kraft, viene impiegato il liquore bianco, una miscela composta da idrossido di sodio (NaOH) e solfuro di sodio (Na2S), per separare la lignina dalle fibre di cellulosa. Rispetto ad altre tecnologie, come quella al solfito, il processo Kraft offre notevoli vantaggi economici e operativi, oltre a garantire una qualità superiore della polpa.
Reazioni chimiche all’interno del processo
Il trattamento dei trucioli di legno avviene in una miscela calda di soluzione ad alto pH, in presenza di acqua e dei citati idrossido di sodio e solfuro di sodio, a temperature comprese tra 150 e 180 °C per circa due ore. Durante questo processo, la lignina si depolimerizza in frammenti più piccoli, solubili in soluzione acquosa, grazie all’azione degli anioni idrossido e solfuro acido generati dall’idrolisi di H2S. Attraverso queste reazioni chimiche, si riesce a separare il 90-95% della lignina presente nel materiale di partenza nel liquore nero.
Nel processo Kraft, la lignina subisce significative modifiche a causa dell’esposizione a nucleofili forti, come OH − e HS −, in presenza di carboidrati ad alte temperature. Le reazioni possono essere suddivise in due categorie: reazioni di degradazione, che portano alla liberazione di frammenti di lignina e alla loro dissoluzione, e reazioni di condensazione, che aumentano la dimensione molecolare di tali frammenti, favorendone la precipitazione.
Uno degli intermedi chiave ottenuti durante la polpazione è il chinone metide, un composto organico con un gruppo carbonilico e una struttura a cicloesadiene. Questa sostanza può subire reazioni di addizione nucleofila, modificando notevolmente la chimica e la struttura iniziali della lignina. Per ottenere prodotti a valore aggiunto dalla lignina, la stessa viene precipitata dal liquore nero alcalino tramite acidificazione, che aiuta nella protonazione delle strutture fenoliche.
Il ciclo di recupero chimico
Un aspetto cruciale del processo Kraft è il ciclo di recupero chimico ed energetico. Questo ciclo non solo recupera energia mediante la combustione del materiale organico disciolto nel liquore nero, ma consente anche il riciclaggio dei prodotti chimici utilizzati e minimizza i rifiuti generati.
Il liquore di polpaggio, noto per il suo colore caratteristico, contiene la metà del materiale organico originariamente presente nel legno e quasi tutte le sostanze chimiche inorganiche impiegate nella delignificazione. Il liquido deve essere concentrato attraverso un processo di evaporazione a stadi multipli, al fine di produrre un liquido combustibile.
Il bilancio energetico di un impianto di cellulosa Kraft dipende da diversi parametri, tra cui la quantità di legno in ingresso, il consumo energetico dei processi e la resa della polpa, la quale varia a seconda del tipo di legno e della tipologia di polpa desiderata.
