1. INTRODUÇÃO
4.13. Reações de Branqueamento da Polpa CTMP
4.13.1. Preparo das Polpas para as Reações
4.13.1.1. Preparo Básico
O preparo básico da amostra de polpa foi realizado de maneira idêntica, tanto para o branqueamento em sistemas pressurizados, quanto para o branqueamento à pressão atmosférica, realizado em banho de água.
Uma determinada massa (mseca) de polpa foi pesada em saco de polietileno. Com o
auxílio de uma proveta, mediu-se um volume (mL) de água destilada (VH2O) necessário para
obter a porcentagem de consistência final (Cons) da suspensão aquosa de polpa, de interesse no processo; empregando pipeta volumétrica, mediu-se um volume de solução do reagente
(VR) de branqueamento, transferindo para a proveta com água destilada. A quantidade de
reagente que deve ser adicionada à polpa foi expressa em porcentagem massa/massa (%m/m), ou seja, massa (g) de reagente por massa seca de polpa (g). O volume (mL) de reagente foi calculado segundo a Equação (12), considerando a concentração da solução-estoque de
85 reagente expressa em porcentagem e a Equação (13) mostra o cálculo do volume (mL) considerando a concentração do reagente, em gramas por litro. O cálculo para obter o volume de água destilada necessário para atingir a consistência requerida na reação foi realizado segundo a Equação (14). % % çã % çã % ú çã
Onde: VR é o volume de reagente, em mL, correspondente à porcentagem de reagente
a ser adicionada; m é a massa em gramas de polpa (base seca ou base úmida); %Ra é a porcentagem de reagente a ser adicionada, por grama de polpa; [Re] é a concentração da
solução-estoque de reagente, expressa em g L-1 ou em %; dR corresponde à densidade do
reagente, em g mL-1 e Cons é a consistência de interesse para que ocorra a reação.
Os reagentes, peróxido de hidrogênio em solução a 50% e a solução de silicato de sódio (100%), foram cedidos pela empresa Melhoramentos Papéis. As outras soluções empregadas no branqueamento foram preparadas em laboratório e padronizadas seguindo os procedimentos descritos na literatura (MORITA; ASSUMPÇÃO, 1972; BACCAN et al., 2001). A Tabela 8 apresenta as concentrações das soluções-estoque empregadas nas reações dos diferentes tipos de branqueamento.
86 Tabela 8- Soluções-estoque empregadas nas reações de branqueamento e suas concentrações.
Soluções H2O2 NaOH Na2SiO3 MgSO4 (NH4)6Mo7O24. 4H2O
Concentração 50% (d = 1,191 g mL-1) 57,12 g L -1 100% (d = 1,395 g mL-1) 12,32 g L -1 1000 mg L-1
Após medir os volumes, os reagentes foram transferidos ao saco de polietileno contendo a polpa, sendo a mistura homogeneizada manualmente. Após este procedimento, determinou-se o pH inicial da mistura sobrenadante (pH antes da reação), que foi transferida para o equipamento de reação, dependendo do sistema de branqueamento empregado, como a seguir:
•
Sistemas P
(SC/CO2)e P
(SC/N2)-
Quando o experimento foi realizado em sistemapressurizado (tanto com CO2, quanto com N2), a mistura aquosa de polpa foi transferida
quantitativamente para o reator de 300 mL de capacidade, o qual foi fechado e instalado no forno do equipamento. O reator foi fixado por quatro parafusos em um sistema de trilhos deslizantes e conectado à linha de fluido pela parte inferior (entrada) e ao restritor pela parte superior (saída); o restritor foi mantido fechado.
Instalado o reator, o registro do cilindro foi aberto e o sistema teve a sua pressão elevada até atingir o equilíbrio com o cilindro. Iniciou-se o aquecimento do restritor e da resistência que envolve o reator. Toda a operação de aquecimento foi feita com base em programação eletrônica previamente realizada. O tempo de aquecimento necessário para atingir a temperatura de reação foi de aproximadamente 20 a 30 minutos.
Terminada a reação, a temperatura do reator foi reprogramada e iniciou-se a etapa de resfriamento, mantendo-se a pressão inalterada, a fim de evitar a degradação térmica da polpa obtida. Após resfriamento do reator, o fluxo foi interrompido. O reator foi então aberto e retirado do forno e a polpa, transferida para um béquer contendo um saco de tecido, cuja função é separar a fração sólida (polpa) da fração líquida (filtrado). Em seguida, a polpa foi
87 lavada exaustivamente com água destilada e centrifugada a fim de eliminar o excesso de água. Finalmente, a polpa foi armazenada em saco de polietileno para eventuais análises.
•
Sistema P
(banho)–
Quando o experimento foi realizado empregandobranqueamento convencional, ou seja, em banho de água à pressão atmosférica, a polpa foi transferida para um saco plástico, adicionando em seguida, o licor de branqueamento contendo os reagentes. O saco foi lacrado e a mistura aquosa de polpa foi homogeneizada. Utilizou-se um banho termostatizado, onde a polpa foi mantida pelo tempo de reação preestabelecido. Ao final da reação, a polpa foi transferida para um béquer contendo uma sacola de tecido e o filtrado foi recolhido, sendo a polpa lavada com água destilada, seca em centrífuga e armazenada em saco de polietileno.
4.13.1.2.Tratamento da Polpa CTMP-L com Quelante e Ácido
Foi realizado o estudo de monitoramento dos íons cálcio, magnésio, manganês, ferro e cobre, a fim de reduzir a concentração de íons metálicos na polpa. Para tanto, uma fração de polpa CTMP-L recebeu tratamento ácido e outra fração recebeu tratamento de quelação.
Ambos os tratamentos - ácido e quelante - foram realizados em sacos plásticos com quatro subamostras de 50 g de polpa, a 2% de consistência empregando água deionizada. A solução aquosa de polpa foi transferida para um banho de temperatura controlada a 50°C, por 60 minutos.
Para o tratamento ácido adicionou-se à polpa uma solução de ácido sulfúrico
(H2SO4) 2,0 mol L-1, ajustando o pH para 1,5. Em seguida, a polpa foi retirada do banho,
lavada com água deionizada e o pH foi ajustado para 4,0. As quatro subamostras foram misturadas e bem homogeneizadas para posterior uso em algumas reações de branqueamento.
88 Para o tratamento com agente quelante, ou complexante, adicionou-se à polpa uma
solução de ácido etilenodiaminotetraacético (EDTA, representado por H4Y) a 0,60%, o qual
corresponde a um dos complexantes mais comuns e mais empregados. O pH foi ajustado para
5,3 para garantir a formação de espécies predominantes protonadas (H2Y2-) capazes de
favorecer a complexação com os íons metálicos, como o exemplo dado pela seguinte reação (BACCAN, et al., 2001):
, onde M2+ representa um íon metálico.
Em seguida, a polpa foi retirada do banho e lavada com água deionizada, apresentando pH final 6,1. As quatro subamostras foram misturadas e bem homogeneizadas para posterior uso em algumas reações de branqueamento e quantificação dos íons metálicos (cálcio, magnésio, manganês, ferro e cobre) por espectrofotometria de absorção atômica.
A polpa tratada com estágio ácido foi denominada de “CTMP-L-A” e a polpa tratada por agente quelante foi denominada de “CTMP-L-Q”.
Inicialmente, foram realizadas várias reações de branqueamento em meio ácido e em meio alcalino, empregando apenas a polpa CTMP-L (sem remoção de íons metálicos), cujos procedimentos experimentais são apresentados nos próximos itens. Somente após estudar o comportamento da polpa CTMP-L frente aos diversos tipos de branqueamento, se procedeu com o estudo de monitoramento de íons metálicos. Assim, foram selecionadas algumas condições já estudadas para então, realizar o branqueamento das polpas tratadas com ácido (CTMP-L-A) e com agente quelante (CTMP-L-Q).
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