Los procesos de producción de pulpa de papel por medios semiquímicos implican aquellos procedimientos donde se utilizan etapas de tratamientos químicos y etapas de procesado mecánico. Los dos tipos de tratamientos son complementarios, y aúnan en la pasta final las ventajas de las pastas químicas y de las mecánicas.
En la producción sólo mecánica y en la termomecánica de pulpa, las maderas suaves tienden a quebrarse para producir fibrillas con buenas propiedades en cuanto a al formación de enlace de las hojas. Sin embargo, las maderas duras, por razón de su estructura fibrosa más rígida, no forman dichas fibrillas, sino que se rompen en desperdicios cortos no fibrilares, que contribuyen muy poco a las propiedades de enlace, lo que no se mejora ni siquiera sometiendo a las astillas a vaporización por debajo del punto de transición vítrea antes del refinado. Es por ello que el tratamiento termomecánico de maderas duras no logra una buena resistencia de la fibra. Es por ello que para el procesado mecánico de maderas duras es imprescindible recurrir a métodos de pretratamiento químico que mejoren las propiedades de las fibras, sometiéndolas posteriormente a un refinado mecánico.
Proceso a la sosa fría
De los proceso semiquímicos (o qumicomecánicos) el proceso a la sosa fría es el más antiguo. Consiste en el refinado mecánico de las astillas una vez remojadas en una disolución de sosa, durante un período de tiempo de entre 30 y 120 min, dependiendo del tipo de madera y a temperatura ambiente. De esta forma, las astillas se ablandan debido a la absorción acelerada que experimenta la hemicelulosa y las zonas amorfas de la estructura celulósica (las más fácilmente accesibles), produciendo una hinchazón de las mismas que debilita la estructura de la madera.
La temperatura de aplicación de este proceso no puede ser superior a 25ºC si no se quieren obtener pulpas oscurecidas (válidas sólo para la fabricación de cartón), pero a esta temperatura la velocidad de impregnación de la madera por la sosa, sobre todo en maderas duras y densas es lenta, por lo que a veces se lleva a cabo bajo presiones de hasta 10 atm.
El rendimiento de madera a pasta es de entre el 87 y el 92% para maderas duras, y el consumo de sosa, aunque variable en función de la madera, está alrededor de 60 kg de sosa cáustica por tonelada de pulpa para la producción de papel de periódico. El costo de este procesado es menor que el de la pasta mecánica, pues aunque es necesario contar con el gasto en productos químicos, éste se compensa ampliamente con el ahorro energético de la desfibración, que está entre 630 y 900 kWh por tonelada de pulpa seca. El licor utilizado en la impregnación puede volver a ser utilizado de nuevo, añadiéndole la cantidad adecuada de sosa, hasta un máximo de 15 o 20 ciclos, ya que más usos supondrían un oscurecimiento de la pasta. Las características del papel obtenido por este método son muy similares a las de los obtenidos por métodos mecánicos, y sus aplicaciones son las mismas, aunque este método está casi en desuso debido a las mejores propiedades obtenidas por otros métodos similares.
Proceso al sulfito básico
Este proceso se lleva a cabo en el tratamiento de maderas suaves o maderas duras de baja densidad (como el álamo y el eucalipto). El licor empleado para la extracción está compuesto de sulfito sódico (Na2SO3) y por una serie de productos que consigan regular el pH del medio a valores de entre 9 y 12; estos compuestos son carbonato de sodio (Na2CO3), hidróxido de sodio (NaOH) y sulfuro de sodio (Na2S). La acción del sulfito en medio básico es similar a la de la sosa, es decir, acelera el proceso de hidratación de la celulosa, y por consiguiente ablanda la madera, pero presenta la ventaja frente a ésta de producir pulpas más blancas y generar papeles más resistentes.
Las condiciones de operación son más severas que en el proceso a la sosa, pues se lleva a cabo a alta temperatura (proceso quimicotermomecánico), entre 130 y 170ºC, temperatura a la cual la impregnación de las astillas de madera es muy efectiva, lo que acelera la velocidad del proceso y facilita el posterior refinado. La energía consumida en la etapa de digestión química a alta temperatura se estima que resulta 1000 KWh por tonelada de pulpa seca, y la energía consumida en el proceso de refinado es de 800 KWh por tonelada de pulpa seca. El rendimiento del proceso, expresado en porcentaje de pulpa obtenido por cantidad de madera empleada, se sitúa entorno al 60%.
La elección de este sistema en relación con el proceso exclusivamente mecánico habrá de ser evaluado en términos de economía de proceso y beneficios de los productos. Por una parte, el consumo energético total es ligeramente superior al del proceso mecánico, estimado en 1600 KWh, y el rendimiento es inferior (60% frente a 90%), pero por el contrario, la calidad de la pulpa obtenida es muy superior, ya que puede ser empleada en la producción de papeles de altas exigencias de resistencia mecánica, en contraposición con la debilidad de la pasta mecánica. Es por ello que dependiendo del producto que se desee obtener, se empleará uno u otro método.
Proceso al bisulfito
En este proceso se emplea bisulfito sódico para promover la separación de la lignina de las fibras celulósicas en una etapa previa al refinado mecánico final. La acción del bisulfito sobre la lignina produce la sulfonación de las moléculas de lignina, generando ácidos lignosulfónicos más hidrofílicos, de manera que la fibra puede hincharse y absorber agua. Para producir una pulpa quimicomecánica de alta resistencia aplicando maderas duras de elevada densidad resulta necesario un alto grado de sulfonado, debiendo cocerse las astillas para obtener un rendimiento elevado (de hasta el 85%).
Durante el proceso es importante mantener los valores de pH entre 4 y 6, pues en ese rango se obtienen las pulpas más resistentes y más blancas, lo que es importante a la hora de fabricar el papel. Además, para conseguir un buen impregnado de las astillas en reactivos, este proceso se lleva a cabo bajo presiones de entre 5 y 10 kg/cm2 y en ausencia de aire. También es importante tener en cuenta los problemas producidos cuando se supera la temperatura de transición vítrea de la lignina, fenómeno que tiene lugar en el procesado termomecánico, donde la lignina termina por adherirse a la fibra, reduciendo su cohesividad a la hora de confeccionar el papel. Pues bien, si la temperatura habitual de transición vítrea es de 120 a 150ºC, en las astillas tratadas previamente por el procedimiento del bisulfito, ésta se rebaja hasta 70 a 90ºC, debido al cambio en la estructura química ocasionado. Es por ello que deben controlarse las temperaturas alcanzadas en la etapa de refinamiento mecánico, a fin de no superar dichos límites, que perjudicarían considerablemente la calidad de la pulpa.
Con el proceso al bisulfito se puede regular el rendimiento y la calidad de la pulpa obtenida, pues tiempos altos de impregnación supondrán bajos rendimientos (45 a 60%), pero calidades similares a la de las pastas químicas (alta calidad y resistencia mecánica); si el tiempo de impregnación es bajo, el rendimiento aumenta (80 a 85%), pero la calidad de la pulpa es similar a las pastas mecánicas (poca resistencia mecánica y deteriorabilidad).
Proceso al sulfito ácido
En este proceso se emplea una disolución de sulfito sódico a la que se le agrega cierta cantidad de dióxido de azufre (SO2). La acción de este licor sobre las astillas de madera es la de sulfonar intensamente las moléculas de lignina, produciendo entonces que ésta sea más soluble en agua y pueda ser extraída fácilmente.
Las etapas que componen este proceso son, en primer lugar la impregnación a presión atmosférica de las astillas con el licor, cuyo pH se ajusta a valores entre 1.5 y 2. La impregnación dura alrededor de 60 min, y es seguida por la vaporización en un digestor de vapor a unos 120ºC, el cual puede estar o no directamente acoplado al refinador mecánico.
La velocidad global del proceso es aproximadamente tres veces superior al tratamiento al bisulfito, y el grado de blancura de la pasta es elevado. El rendimiento obtenido está entre el 60 y el 70%, según los tiempos relativos en cada una de las etapas.