Post on 15-Dec-2018
Erica Moreira
Jorge Luiz Colodette
José Lívio Gomide
Rubens Chaves Oliveira
Adair José Regazzi
Universidade Federal de Viçosa
Vera Maria Sacon
Votorantim Celulose e Papel
ESTUDO DA LIXIVIAÇÃO ÁCIDA DE CAVACOS PARA
REMOÇÃO DE METAIS ANTES DO COZIMENTO KRAFT
E SEUS EFEITOS NO PROCESSO
UFV
Introdução
Tendência de se minimizar consumo de água
Surgimento dos circuitos fechados
Acúmulo de elementos não processuais
DANOS
UFV
Decomposição de
reagentes (Mn, Fe, Cu) Incrustações no
digestor (Silicatos e
sais de Cálcio)
Reversão de
Alvura (Fe2+)
Redução da
Temperatura de Fusão
das cinzas (Cl, K)
Corrosão e incrustações
nos evaporadores
(Ca, Al, SiO2, K, Cl)
Introdução
DANOS
UFV
Introdução
Maior parte dos íons metálicos entram no
processo com a madeira
Interesse em remover os metais da
madeira antes do cozimento
Lixiviação Ácida dos
Cavacos
UFV
• Remove grande parte dos metais presentes na madeira (LINDGREN et al.,2002; BRELID, 2002; KANGAS et al., 2002; LUNDQVIST et
al.,2005a e 2005b)
• Aumenta a taxa de deslignificação (LUNDQVIST et al., 2005a;
KANGAS et al., 2002)
• Aumenta a alvura da polpa marrom (LUNDQVIST et al., 2005a)
Introdução UFV
• Melhora as propriedades de resistência (LUNDQVIST et al.
2005a)
• Remoção de 40% Ca pode levar a uma redução de 40%
do efluente do branqueamento (LINDGREN et al.,2002)
• EUCALIPTO: A lixiviação ácida não apresentou
resultados positivos na taxa de deslignificação e na
seletividade do cozimento (LUNDQVIST et al. , 2005b)
Introdução UFV
“A aplicação industrial da lixiviação ácida
já se mostrou factível, entretanto, seu
efeito na eficiência da produção depende
de cada situação, de cada processo, e não
se podem tirar conclusões gerais.”
(LUNDQVIST, 2005a)
Introdução UFV
Objetivo
• Estudar o efeito da lixiviação ácida de
cavacos de eucalipto antes do cozimento,
no rendimento do processo, na
branqueabilidade e nas propriedades físico-
mecânicas da polpa.
UFV
Lixiviação
Estudo Preliminar
1h
3h
5h
50°C
70°C
90°C
• pH
1,5
2,0
2,5
Remoção de:
Cu, Mg, Fe, Ca, Mn, K e Cl- • Tempo
• Temperatura
UFV
Lixiviação
Metodologia
Foram colocados para saturar
em autoclave por 12h sob
vácuo
Cavacos foram pesados e
acondicionados em redes plásticas
UFV
Lixiviação
Metodologia
Foram secados para
eliminar excesso de
umidade e transferidos
para um saco de
polietileno.
Banho de
vapor
Cavacos para
cozimento Filtrados para
análise
UFV
• Influência do Tempo
0
20
40
60
80
100
1 3 5
Tempo (h)
% r
em
an
es
ce
nte Ca
Cu
Mg
Fe
Mn
K
Cl
Resultados
Lixiviação UFV
• Influência do pH
0
20
40
60
80
100
1,5 2 2,5
pH
% r
em
an
escen
te Cu
Mg
Fe
Ca
Mn
K
Cl
Resultados
Lixiviação UFV
• Influência da Temperatura
0
20
40
60
80
100
50 70 90
Temperatura
% r
em
an
escen
te Cu
Mg
Fe
Ca
Mn
K
Cl
Resultados
Lixiviação UFV
150
200
250
300
350
1 2 3 4 5
Tempo (h)
TO
C (
mg/L
)230
250
270
290
1,5 2 2,5
pH
TO
C (
mg/L
)
180
250
320
390
50 60 70 80 90
Temperatura (°C)
TO
C (
mg/L
)
• Influência do tempo,
temperatura e pH na
remoção de TOC
Resultados
Lixiviação UFV
• Condições escolhidas:
• pH = 2,0
• Tempo = 3h
• Temperatura = 70°C
• Relação Licor/Madeira: 10/1
Lixiviação UFV
0
20
4060
80
100
Re
mo
çã
o (
%)
Remoção na
Lixiviação
46,1 88,9 12,0 72,5 69,5 95,6 49,5
Remoção
Efetiva
41,0 79,1 10,6 64,5 61,9 85,1 44,0
Cu Mg Fe Ca Mn K Cl
Cu Mg Fe Ca Mn K Cl -
3,69 65,43 9,62 151,33 26,44 323,55 556,0
Teor de metais na madeira (mg/kg)
Remoção Efetiva
Lixiviação UFV
Testes:
AA(% NaOH): 16; 18; 20; 22
Cozimento
51
52
53
54
55
56
14 17 20 23Kappa
Re
nd
. D
ep
(%
)
Ref
Lix
15
17
19
21
23
13 15 17 19 21 23
Kappa
AA
% Ref
Lix
Definição da carga de álcali
• Lixiviados: AA= 18%
• Referência: AA=18,5%
UFV
Cozimento Resultados
ParâmetroCavacos de
Referência
Cavacos
Lixiviados
Número kappa 17,3a
16,9b
Viscosidade (mPa.s) 57,3b
62,3a
Rend. Depurado (%) 53,4b
54,1a
UFV
Cozimento
• Rendimento
0
50
100
Re
nd
ime
nto
(%
)
Lix 98,2 54,1 53,1
Ref 100 53,4 53,4
Lix Coz Total
UFV
17,3
9,7
36,2
51,1 57,3
32,4
16,9
9,3
33
52,2
32,8
62,3
010
20304050
6070
Polp
a
Marr
om
Pré
-O2
Polp
a
Marr
om
Pré
-O2
Polp
a
Marr
om
Pré
-O2
Kappa Alvura Viscosidade
REF
LIX
Pré-O2
Resultados
(%ISO) (mPa.s)
UFV
• Branqueamento em 3 seqüências:
• AZMCDP (ECF-light)
• AZMCDP (ECF)
• ZHC/EDP (ECF)
Branqueamento
Alvura
Viscosidade
Consumo de reagentes
Propriedades físico-mecânicas das polpas
UFV
• Variáveis:
90 ± 0,5 %ISO
88 ± 0,5 %ISO
90 ± 0,5 %ISO
SEQ 1
SEQ 2
SEQ 3
SEQ 1 SEQ 2 SEQ 3
REF 88,0a
89,9a
90,5a
LIX 87,6a
90,5b
90,5a
Alvura
Branqueamento
SEQ 1
0
15
30
45
60
75
90
P.
Marrom
O A Z D P
Estágios
Alv
ura
(%
ISO
)
SEQ 2
0
15
30
45
60
75
90
P. Marrom O A Z D P
Estágios
Alv
ura
(%
ISO
)
SEQ 3
0
15
30
45
60
75
90
P.
Marrom
O A/Z/E D P
Estágios
Alv
ura
(%
ISO
)
UFV
SEQ 1 SEQ 2 SEQ 3
REF 6,2a
9,4a
12,0a
LIX 9,8b
11,5b
15,2b
Branqueamento
Viscosidade
SEQ 1
0
20
40
60
80
P. Marrom O A Z D P
Estágios
Vis
cosid
ade
(mP
a.s
)
0
20
40
60
80
P.
Marrom
O A Z D P
Estágios
Vis
cosid
ade
(mP
a.s
)
SEQ 2
SEQ 3
0
20
40
60
80
P.
Marrom
O A/Z/E D P
Estágios
Vis
co
sid
ad
e
(mP
a.s
)
UFV
Consumo de cloro ativo total
Branqueamento
0
20
40
60
80
CA
T, kg/t a
.s.
REF 69,7 43,8 54,53
LIX 30,94 35,49 50,67
SEQ 1 SEQ 2 SEQ 3
UFV
0
10
20
30
40
50
Co
nsu
mo
(kg
/t a
.s.)
LIX 32,5 6,0 34,8 3,0 39,5 1,0
REF 47,0 24,0 34,2 5,0 40,5 3,0
NaOH H2O2 NaOH H2O2 NaOH H2O2
SEQ 1 SEQ 2 SEQ 3
Branqueamento
• Economia de até 75% de H2O2
• Economia de mais de 30% de NaOH
Consumo de reagentes UFV
Branqueamento
Reversão de Alvura
0
0,1
0,2
0,3
0,4
SEQ 1 SEQ 2 SEQ 3
NC
P
REF
LIX
UFV
Ref Lix Ref Lix Ref Lix Ref Lix
TOC (kg/t) 6,1a
6b
9a
6b
6a
5,9a
5,1a
4,9b
DQO (kg/t) 35,8a
33,3b
35,3a
29,4b
28,5a
28a
23,1a
23,9a
COR (kg/t) 46,8a
34,6b
14,8a
12,9b
10,8a
9,8b
10,7a
9,4b
AOX (kg/t) - - 0,07a
0,06a
0,16a
0,13b
0,11a
0,1a
Rend. (%) 98,57a
98,58a
97,36a
97,60b
97,60a
97,60a
97,68a
97,69a
SEQ 3Parâmetro
Pre-O2 SEQ 1 SEQ 2
Branqueamento
Análise dos filtrados UFV
Ref Lix Ref Lix Ref Lix Ref Lix
Cu 0,29a
0,24b
0,67a
0,24b
0,81a
0,2b
0,53a
0,26b
Mg 24,5a
27,5b
16,4a
17,7b
17,8a
17,9a
8,2a
9,4b
Fe 1,32a
0,67b
0,44a
0,27b
0,4a
0,37a
0,29a
0,06a
Ca 65,1a
104,7b
33,6a
36a
37a
41,9b
18,7a
14,1b
Mn 0,29a
0,2b
0,1a
0,03b
0,11a
0,05b ND ND
K 4,5a
4,19b
1,7a
1,18b
1,43a
0,53b
0,46a 0,26b
Cl- - - 26,96
a22,76
a94,03
a88,48
a153,2
a168,8
b
SEQ 3Concentração
(mg/kg)
Pre-O2 SEQ 1 SEQ 2
Branqueamento
Análise de metais nos filtrados UFV
Propriedades Físico-Mecânicas
Seqüência 1
5,0
8,0
11,0
14,0
20 40 60 80 100
Índice de Tração (N.m/g)
Ind
. R
asg
o (
mN
.m2
/g)
0
40
80
120
160
20 40 60 80 100
Índice de Tração (N.m/g)
RP
A
(s/1
00cm
3)
Lix
Ref 3,5
4,5
5,5
6,5
20 40 60 80 100
Índice de Tração (N.m/g)
MO
E
(MN
.m/k
g)
UFV
Conclusões
O pH e o tempo de reação tiveram grande influência na
taxa de remoção de metais dos cavacos, ao contrário da
temperatura.
A perda de matéria orgânica durante a lixiviação foi
dependente do tempo, da temperatura e do pH, e nas
condições escolhidas para se efetuar a operação (70 °C, pH
2,0 e 3 h), perdeu-se 1,8% de rendimento.
A lixiviação ácida de cavacos antes do cozimento reduziu
consideravelmente o conteúdo de metais dos cavacos.
UFV
Conclusões
O K foi o metal removido em maior extensão, sendo seguido
por Mg e Ca.
O Fe foi o metal mais difícil de remover.
Para uma mesma carga de álcali ativo no cozimento, o
número kappa da polpa marrom lixiviada foi menor e para
um mesmo número kappa, esta polpa apresentou maior
rendimento e maior viscosidade.
UFV
A polpa lixiviada apresentou melhor desempenho na
pré-deslignificação com oxigênio, resultando em maior
alvura e menor número kappa.
Durante o branqueamento, a alvura e a viscosidade da
polpa lixiviada mantiveram-se mais elevadas e o número
kappa mais baixo.
Conclusões
A lixiviação ácida dos cavacos não causou prejuízos de
rendimento no cozimento kraft.
UFV
Não se observaram diferenças marcantes entre as
propriedades físico-mecânicas das polpas lixiviadas e de
referência, ou seja, a lixiviação ácida dos cavacos antes do
cozimento não acarretou danos às propriedades da polpa.
Conclusões
O consumo de reagentes de branqueamento diminuiu de
forma considerável, sendo que a polpa lixiviada consumiu
apenas 1/4 do peróxido de hidrogênio gasto pela polpa de
referência no último estágio da Sequência 1.
UFV
Agradecimentos
À Universidade Federal de Viçosa, pela oportunidade de
realizar esse trabalho.
Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e
Tecnológico (CNPq), pela bolsa concedida.
À Votorantim Celulose e Papel S/A, pelo suporte financeiro
e fornecimento da madeira.
A todos que participaram e contribuíram na execução desse
trabalho.
Muito Obrigada!
UFV