Industrie du papier et de la cellulose

La masse fondue issue de la chaudière de récupération est dissoute dans la liqueur de lavage faible pour former la liqueur verte. Trois grandeurs mesurées ici commandent toute la ligne : l'alcali total titrable (TTA, 110–130 g/L en Na₂O), la sulfidité (25–35 %) et la densité. Un TTA trop élevé surcharge le caustificateur et fait chuter le rendement ; trop bas, la liqueur blanche envoyée au lessiveur est faible et l'indice kappa visé n'est pas tenu.

Le retrait des dregs est le vrai travail de cette étape. En sortie de clarificateur ou de filtre à liqueur verte, les MES doivent être ramenées à 20–50 mg/L. Chaque journée d'exploitation au-dessus de cette limite revient à charger la boucle en inertes de façon permanente. Les dregs séparés sont lavés à contre-courant et sortis du cycle ; l'eau de lavage retourne à la ligne de liqueur faible, ce qui borne la perte d'alcali.

Une erreur fréquente sur le terrain consiste à surveiller le filtre à dregs au seul critère « est-ce que ça a l'air limpide ». La liqueur verte est foncée par nature ; l'œil ne distingue pas 30 mg/L de 300 mg/L. La limpidité doit être suivie par une mesure régulière des MES, et le régime de précouche ainsi que la fréquence de lavage réglés sur ce chiffre.

Dans l'extincteur, le CaO réagit avec l'eau et la chaleur de réaction porte la température dans la plage 95–103 °C. Cette plage n'est pas arbitraire : plus bas, l'extinction ralentit et reste incomplète ; trop près de l'ébullition, on s'expose aux retours de vapeur et aux débordements. La courbe de montée en température est l'indicateur le plus pratique de la réactivité du lot livré — elle dit comment il se comportera sans attendre le t60 du laboratoire.

Un temps de séjour de 20 à 30 minutes est typique. Pendant ce temps, les grains grossiers non éteints, le sable et les fragments inertes sont rejetés par le classificateur à grits. Le taux de grits est un indicateur de santé de l'installation : sur une ligne normale il vaut 1–3 % de la charge de chaux. Au-dessus de 5 %, soit la chaux livrée est surcuite, soit sa coupure supérieure est trop grossière pour le temps de séjour ; la troisième possibilité est une eau d'extinction trop froide.

Les grits ne sont pas qu'un poste de perte. La chaux libre qu'ils contiennent réagit avec l'eau là où ils sont déposés, s'échauffe et génère des poussières. La conception de la ligne grits est donc à la fois une question de bilan matière et de sécurité ; convoyage fermé, trempe humide et élimination contrôlée sont la règle.

La caustification se fait généralement dans 3 à 4 réacteurs en série, avec un temps de séjour total de 90 à 150 minutes. À l'approche de l'équilibre, la vitesse chute ; le rendement gagné dans les derniers étages est faible, mais il compte pour la maturation cristalline des boues de chaux. Raccourcir ce temps ne coûte qu'un ou deux points de rendement, tandis que la filtrabilité se dégrade visiblement — le vrai prix se paie en siccité de gâteau, pas en rendement.

La charge de chaux se règle à 1,05–1,15 mol/mol vis-à-vis du Na₂CO₃, calculée sur le CaO disponible. La seule façon fiable de trouver le bon point est de faire varier la charge par paliers à composition de liqueur verte constante, en mesurant le rendement conjointement avec la vitesse de décantation des boues et la siccité du gâteau. On repère ainsi le sommet de la courbe et de quel côté on travaille ; un chiffre de rendement isolé ne portera jamais cette information.

Le rendement dépend non seulement de la charge mais aussi de la température de la liqueur verte, de son TTA et de sa sulfidité. Un TTA élevé donne un rendement plus faible à charge identique — cela ne veut pas dire que la chaux est mauvaise. Le rendement doit donc toujours être rapporté avec le TTA, la température et la sulfidité, et les comparaisons entre postes faites à ces trois valeurs constantes.

La suspension sortant du caustificateur est séparée en liqueur blanche et boues de chaux. Les MES de la liqueur blanche affectent directement la qualité des réactifs envoyés au lessiveur ; les lignes modernes à filtres à disques sous pression descendent sous 10 mg/L, là où les clarificateurs classiques restent plusieurs fois au-dessus.

Les boues de chaux sont lavées à contre-courant pour récupérer les composés sodiques qu'elles retiennent. Un lavage insuffisant se paie deux fois : en perte d'alcali, et par les anneaux et boulettes que le sodium déclenche au four. L'eau de lavage revient dans la boucle en liqueur faible ; le bilan hydrique global de l'usine, les condensats et les surplus se construisent avec la logique employée en traitement des eaux et des eaux usées.

La siccité du gâteau est l'indicateur de sortie de cette étape et doit se tenir entre 70 et 80 %. Une baisse de siccité tient presque toujours aux boues elles-mêmes : surchaulage, charge croissante en phosphore ou temps de caustification raccourci. Changer la toile filtrante ne corrige aucune des trois causes ; cela ne fait que différer le symptôme de quelques semaines.

Dans le four rotatif, les boues sont séchées, chauffées et recalcinées dans une zone de cuisson à 1150–1250 °C. L'objectif est de descendre le CO₂ résiduel sous 1,5 % tout en préservant la porosité de la chaux. Une chaux surcuite se densifie, perd de la surface spécifique et devient paresseuse à l'extinction ; une chaux sous-cuite ne participe pas du tout à la caustification et retourne aux boues, circulant en charge morte.

La formation d'anneaux et de boulettes est la panne la plus coûteuse du four. Ses déclencheurs sont connus : sodium dans des boues mal lavées, chaux libre restée dans les boues, forte charge en SiO₂ et Al₂O₃, humidité d'alimentation fluctuante. Aucun des quatre ne se décide dans le four : tous sont fixés en amont. Face à un problème d'anneaux, on lit d'abord les données de lavage et de charge de chaux, et l'on touche au brûleur en dernier.

Les fumées du four ne sont pas seulement un rejet mais une ressource : le CO₂ qu'elles transportent alimente le réacteur de carbonatation d'une unité PCC satellite et devient la matière première de la charge qui finit dans la feuille. Le volet poussières et soufre réduit du même flux est un problème classique d'épuration, résolu par la combinaison électrofiltre + laveur.

Grits, dregs, purge de boues et pertes inévitables font que la chaux d'appoint entre en continu, typiquement à hauteur de 5–15 % de la chaux en circulation. Ce flux est aussi le seul vrai moyen de diluer les inertes : plus l'appoint est propre, plus le niveau d'équilibre des impuretés dans la boucle est bas. La chaux d'appoint n'est donc pas un poste de « complément » mais un levier qui règle la chimie de tout le cycle.

L'appoint ne se choisit pas au seul prix. CaO disponible ≥ 92 %, P₂O₅ ≤ 0,05 %, MgO ≤ 1,5 %, SiO₂ + Al₂O₃ ≤ 1,5 %, perte au feu ≤ 3 % et réactivité rapide (t60 de 1 à 4 min) : voilà le profil recherché par une ligne kraft typique. Demander un certificat par lot ne suffit pas ; vérifier dans son propre laboratoire les premiers mois est le seul moyen de voir la distribution réelle d'un fournisseur et sa variabilité d'un lot à l'autre.

Deux points commandent le stockage : le CaO capte à la fois l'humidité et le CO₂ de l'air. Une chaux partiellement hydratée ou recarbonatée peut sortir du silo sans encombre et pourtant ne pas donner la courbe de température attendue à l'extinction, faisant grimper le taux de grits. Silos fermés, ventilation à air sec et rotation de stock raisonnable sont indispensables ; dans les magasins de produits emballés et de pièces détachées, le même problème se traite à une autre échelle par les méthodes du contrôle industriel de l'humidité.

Le choix de la charge se fait en lisant trois grandeurs à la fois : opacité visée, perte de résistance acceptable et charge en fines que le système de rétention peut supporter. Le taux de charge se situe entre 10 et 30 % de cendres dans la feuille. Grâce à la forte diffusion lumineuse du PCC, la même opacité s'obtient à taux de cendres plus faible, ce qui soulage directement le budget résistance et réduit la demande de collage.

Au couchage, c'est la raideur de la distribution granulométrique qui décide : 60–90 % en dessous de 2 µm est une plage typique, et plus la distribution est resserrée, meilleurs sont le lissé, le brillant et la réceptivité à l'encre. L'abrasivité est ici le coût caché ; un pigment à forte teneur en quartz résiduel raccourcit la durée de vie des lames et des toiles et reprend le gain à la tonne.

Sur une machine en collage alcalin (AKD/ASA), le pH de partie humide est tenu entre 7,5 et 8,5. En dessous, le carbonate commence à se dissoudre ; au-dessus, l'efficacité de collage et la rétention se dégradent. Des qualités du même carbonate précipité produites sous un autre régime de pureté servent du côté industrie chimique et pharmaceutique ; en papeterie, ce qui décide, c'est l'habitus cristallin et la distribution bien plus que la pureté.

Avant de passer à une nouvelle source de charge ou à un nouveau fournisseur de chaux d'appoint, il faut établir une référence avec les données actuelles de la ligne : cendres, opacité, résistances, rétention et taux de grits ; la comparaison n'a de sens qu'à ce prix. Pour les échantillons, les analyses et la planification d'un essai machine, l'équipe technique est joignable via la page contact.