ESTUDO DA LIXIVIAÇÃO ÁCIDA DE CAVACOS PARA

REMOÇÃO DE METAIS ANTES DO COZIMENTO KRAFT

E SEUS EFEITOS NO PROCESSO

Erica Moreira

Nalco do Brasil

Jorge Luiz Colodette; José Lívio Gomide; Rubens Chaves Oliveira; Adair José Regazzi

Universidade Federal de Viçosa

Vera Maria Sacon

Votorantim Celulose e Papel

3rd ICEP

International Colloquium on Eucalyptus Pulp

Tendência de se minimizar consumo de água

Surgimento dos circuitos fechados

Acúmulo de elementos não processuais

DANOS

Introdução

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

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

Introdução

• 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

• 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

“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

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.

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

Lixiviação

Metodologia

Foram colocados para saturar

em autoclave por 12h sob

vácuo

Cavacos foram pesados e

acondicionados em redes plásticas

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

• 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

• 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

• 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

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

• Condições escolhidas:

• pH = 2,0

• Tempo = 3h

• Temperatura = 70°C

• Relação Licor/Madeira: 10/1

Lixiviação

0

20

40

60

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

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%

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

Cozimento

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

17,3

9,7

36,2

51,1 57,3

32,4

16,9

9,3

33

52,2

32,8

62,3

0

10

20

30

40

50

60

70P

olp

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)

88 ± 0,5 %ISO

• Branqueamento em 3 seqüências:

• AZMCDP (ECF-light)

• AZMCDP (ECF)

• A/ZHC/EDP (ECF)

Branqueamento

Alvura

Viscosidade

Consumo de reagentes

Propriedades físico-mecânicas das polpas

• Variáveis:

90 ± 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

)

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

)

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

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

Branqueamento

Análise de metais nos filtrados

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

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)

Conclusões

O pH e o tempo de reação tiveram maior influência na

taxa de remoção de metais dos cavacos do que a

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.

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.

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.

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.

À Universidade Federal de Viçosa, pela oportunidade de

realizar esse trabalho.

À Votorantim Celulose e Papel S/A, pelo suporte financeiro

e fornecimento da madeira.

A todos que participaram e contribuíram na execução desse

trabalho.

Agradecimentos

Muito Obrigada!