ESTUDO DA LIXIVIAÇÃO ÁCIDA DE CAVACOS PARA REMOÇÃO DE METAIS ANTES DO COZIMENTO KRAFT E SEUS EFEITOS NO PROCESSO

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1 3 rd ICEP International Colloquium on Eucalyptus Pulp 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

2 Introdução Tendência de se minimizar consumo de água Surgimento dos circuitos fechados Acúmulo de elementos não processuais DANOS

3 Introdução Decomposição de reagentes (Mn, Fe, Cu) Incrustações no digestor (Silicatos e sais de Cálcio) Corrosão e incrustações nos evaporadores (Ca, Al, SiO2, K, Cl) DANOS Redução da Temperatura de Fusão das cinzas (Cl, K) Reversão de Alvura (Fe 2+ )

4 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

5 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)

6 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)

7 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)

8 Estudar o efeito da lixiviação ácida de cavacos de eucalipto antes do cozimento, no rendimento do processo, na branqueabilidade e nas propriedades físicomecânicas da polpa. Objetivo

9 ph Tempo Temperatura 1,5 2,0 2,5 1h 3h 5h 50 C 70 C 90 C Lixiviação Estudo Preliminar Remoção de: Cu, Mg, Fe, Ca, Mn, K e Cl -

10 Lixiviação Metodologia Cavacos foram pesados e acondicionados em redes plásticas Foram colocados para saturar em autoclave por 12h sob vácuo

11 Lixiviação Metodologia Banho de vapor Foram secados para eliminar excesso de umidade e transferidos para um saco de polietileno. Filtrados para análise Cavacos para cozimento

12 % remanescente Influência do Tempo Lixiviação Resultados Tempo (h) Ca Cu Mg Fe Mn K Cl

13 % remanescente Influência do ph Lixiviação Resultados ,5 2 2,5 ph Cu Mg Fe Ca Mn K Cl

14 % remanescente Influência da Temperatura Lixiviação Resultados Temperatura Cu Mg Fe Ca Mn K Cl

15 TOC (mg/l) TOC (mg/l) TOC (mg/l) Influência do tempo, temperatura e ph na remoção de TOC Lixiviação Resultados Tempo (h) Temperatura ( C) ,5 2 2,5 ph

16 Lixiviação Condições escolhidas: ph = 2,0 Tempo = 3h Temperatura = 70 C Relação Licor/Madeira: 10/1

17 Remoção (%) Remoção na Lixiviação Remoção Efetiva Cu Mg Fe Ca Mn K Cl 46,1 88,9 12,0 72,5 69,5 95,6 49,5 41,0 79,1 10,6 64,5 61,9 85,1 44,0 Lixiviação Remoção Efetiva Teor de metais na madeira (mg/kg) Cu Mg Fe Ca Mn K Cl - 3,69 65,43 9,62 151,33 26,44 323,55 556,0

18 AA % Rend. Dep (%) Cozimento Definição da carga de álcali Ref Lix Ref Lix Kappa Kappa Testes: Lixiviados: AA= 18% AA(% Referência: NaOH): AA=18,5% 16; 18; 20; 22

19 Cozimento Resultados Parâmetro Cavacos de Referência Cavacos Lixiviados Número kappa 17,3 a 16,9 b Viscosidade (mpa.s) 57,3 b 62,3 a Rend. Depurado (%) 53,4 b 54,1 a

20 Rendimento (%) Cozimento Rendimento Lix Coz Total Lix 98,2 54,1 53,1 Ref ,4 53,4

21 Polpa Marrom Pré-O2 Polpa Marrom Pré-O2 Polpa Marrom Pré-O2 9,7 9,3 17,3 16,9 36, ,4 32,8 51,1 52,2 57,3 62,3 Pré-O2 Resultados REF LIX Kappa Alvura Viscosidade (%ISO) (mpa.s)

22 Branqueamento Branqueamento em 3 seqüências: AZ MC DP (ECF-light) AZ MC DP (ECF) A/Z HC /EDP (ECF) 88 ± 0,5 %ISO 90 ± 0,5 %ISO 90 ± 0,5 %ISO SEQ 1 SEQ 2 SEQ 3 Variáveis: Alvura Viscosidade Consumo de reagentes Propriedades físico-mecânicas das polpas

23 Alvura (%ISO) Alvura (%ISO) Alvura (%ISO) Branqueamento Alvura SEQ SEQ P. Marrom O A Z D P Estágios 0 P. Marrom O A Z D P Estágios P. Marrom SEQ 3 O A/Z/E D P Estágios SEQ 1 SEQ 2 SEQ 3 REF 88,0 a 89,9 a 90,5 a LIX 87,6 a 90,5 b 90,5 a

24 Viscosidade (mpa.s) Viscosidade (mpa.s) Viscosidade (mpa.s) SEQ Branqueamento Viscosidade SEQ P. Marrom O A Z D P Estágios P. Marrom O A Z D P Estágios SEQ 3 SEQ 1 SEQ 2 SEQ 3 REF 6,2 a 9,4 a 12,0 a LIX 9,8 b 11,5 b 15,2 b 0 P. Marrom O A/Z/E D P Estágios

25 Consumo (kg/t a.s.) NaOH H2O2 NaOH H2O2 NaOH H2O2 SEQ 1 SEQ 2 SEQ 3 Branqueamento Consumo de reagentes 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 Economia de até 75% de H 2 O 2 Economia de mais de 30% de NaOH

26 Branqueamento Análise dos filtrados Parâmetro Pre-O 2 SEQ 1 SEQ 2 SEQ 3 Ref Lix Ref Lix Ref Lix Ref Lix TOC (kg/t) 6,1 a 6 b 9 a 6 b 6 a 5,9 a 5,1 a 4,9 b DQO (kg/t) 35,8 a 33,3 b 35,3 a 29,4 b 28,5 a 28 a 23,1 a 23,9 a COR (kg/t) 46,8 a 34,6 b 14,8 a 12,9 b 10,8 a 9,8 b 10,7 a 9,4 b AOX (kg/t) - - 0,07 a 0,06 a 0,16 a 0,13 b 0,11 a 0,1 a Rend. (%) 98,57 a 98,58 a 97,36 a 97,60 b 97,60 a 97,60 a 97,68 a 97,69 a

27 Branqueamento Análise de metais nos filtrados Concentração (mg/kg) Pre-O2 SEQ 1 SEQ 2 SEQ 3 Ref Lix Ref Lix Ref Lix Ref Lix Cu 0,29 a 0,24 b 0,67 a 0,24 b 0,81 a 0,2 b 0,53 a 0,26 b Mg 24,5 a 27,5 b 16,4 a 17,7 b 17,8 a 17,9 a 8,2 a 9,4 b Fe 1,32 a 0,67 b 0,44 a 0,27 b 0,4 a 0,37 a 0,29 a 0,06 a Ca 65,1 a 104,7 b 33,6 a 36 a 37 a 41,9 b 18,7 a 14,1 b Mn 0,29 a 0,2 b 0,1 a 0,03 b 0,11 a 0,05 b ND ND K 4,5 a 4,19 b 1,7 a 1,18 b 1,43 a 0,53 b 0,46 a 0,26 b Cl ,96 a 22,76 a 94,03 a 88,48 a 153,2 a 168,8 b

28 MOE (MN.m/kg) RPA (s/100cm3) Ind. Rasgo (mn.m2/g) Propriedades Físico-Mecânicas Seqüência , Índice de Tração (N.m/g) 11,0 8,0 5, Índice de Tração (N.m/g) 6,5 5,5 4,5 3, Índice de Tração (N.m/g) Lix Ref

29 Conclusões A lixiviação ácida de cavacos antes do cozimento reduziu consideravelmente o conteúdo de metais dos cavacos. 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.

30 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.

31 Conclusões A lixiviação ácida dos cavacos não causou prejuízos de rendimento no cozimento kraft. 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.

32 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. 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.

33 Agradecimentos 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.

34 Muito Obrigada!