A Tabela 1 fornece uma visão geral dos tipos de exposições que podem ser esperadas em cada área de operações de papel e celulose. Embora as exposições possam ser listadas como específicas para determinados processos de produção, as exposições a funcionários de outras áreas também podem ocorrer dependendo das condições climáticas, proximidade de fontes de exposição e se trabalham em mais de uma área de processo (por exemplo, controle de qualidade, mão de obra em geral piscina e pessoal de manutenção).

Tabela 1. Riscos potenciais à saúde e segurança na produção de celulose e papel, por área de processo

RMP = refino de polpação mecânica; CMP = polpação químico-mecânica; CTMP = polpação químico-termomecânica.

A exposição aos riscos potenciais listados na tabela 1 provavelmente dependerá da extensão da automação da planta. Historicamente, a produção industrial de celulose e papel era um processo semiautomático que exigia muita intervenção manual. Em tais instalações, os operadores se sentariam em painéis abertos adjacentes aos processos para visualizar os efeitos de suas ações. As válvulas na parte superior e inferior de um digestor de batelada seriam abertas manualmente e, durante os estágios de enchimento, os gases no digestor seriam deslocados pelos cavacos de entrada (figura 1). Os níveis químicos seriam ajustados com base na experiência e não na amostragem, e os ajustes do processo dependeriam da habilidade e conhecimento do operador, o que às vezes causava transtornos. Por exemplo, a supercloração da celulose exporia os trabalhadores a jusante a níveis elevados de agentes de branqueamento. Na maioria das fábricas modernas, o progresso de bombas e válvulas controladas manualmente para controladas eletronicamente permite a operação remota. A demanda por controle de processo dentro de tolerâncias estreitas exigiu computadores e estratégias de engenharia sofisticadas. Salas de controle separadas são usadas para isolar os equipamentos eletrônicos do ambiente de produção de celulose e papel. Conseqüentemente, os operadores geralmente trabalham em salas de controle com ar-condicionado que oferecem proteção contra ruído, vibração, temperatura, umidade e exposições químicas inerentes às operações da fábrica. Outros controles que melhoraram o ambiente de trabalho são descritos abaixo.

Figura 1. Tampa de abertura do trabalhador no digestor batch controlado manualmente.

Arquivo MacMillan Bloedel

Riscos de segurança, incluindo pontos de pressão, superfícies molhadas, equipamentos móveis e alturas, são comuns em todas as operações de celulose e papel. Proteções ao redor de transportadores móveis e peças de máquinas, limpeza rápida de derramamentos, superfícies de passagem que permitem a drenagem e grades de proteção em passarelas adjacentes às linhas de produção ou em altura são essenciais. Procedimentos de bloqueio devem ser seguidos para manutenção de transportadores de cavacos, rolos de máquinas de papel e todas as outras máquinas com partes móveis. Os equipamentos móveis utilizados no armazenamento de cavacos, áreas de embarque e desembarque, armazenamento e outras operações devem ter proteção contra capotamento, boa visibilidade e buzinas; as faixas de tráfego para veículos e pedestres devem ser claramente marcadas e sinalizadas.

Ruído e calor também são perigos onipresentes. O principal controle de engenharia são os gabinetes do operador, conforme descrito acima, geralmente disponíveis nas áreas de preparação de madeira, polpação, branqueamento e formação de chapas. Também estão disponíveis cabines fechadas com ar-condicionado para equipamentos móveis usados ​​na pilha de cavacos e outras operações de pátio. Fora desses recintos, os trabalhadores geralmente precisam de proteção auditiva. O trabalho em processo quente ou áreas externas e em operações de manutenção de embarcações exige que os trabalhadores sejam treinados para reconhecer sintomas de estresse por calor; nessas áreas, o cronograma de trabalho deve permitir períodos de aclimatação e descanso. O clima frio pode criar riscos de congelamento em trabalhos ao ar livre, bem como condições de nevoeiro perto de pilhas de cavacos, que permanecem quentes.

A madeira, seus extratos e microrganismos associados são específicos das operações de preparo da madeira e das fases iniciais da polpação. O controle das exposições dependerá da operação em particular e pode incluir cabines do operador, fechamento e ventilação de serras e transportadores, bem como armazenamento de cavacos fechado e baixo estoque de cavacos. O uso de ar comprimido para limpar o pó de madeira cria altas exposições e deve ser evitado.

As operações de polpação química apresentam a oportunidade de exposição a produtos químicos de digestão, bem como subprodutos gasosos do processo de cozimento, incluindo compostos de enxofre reduzidos (polpa kraft) e oxidados (polpa sulfito) e compostos orgânicos voláteis. A formação de gás pode ser influenciada por diversas condições operacionais: a espécie de madeira utilizada; a quantidade de madeira despolpada; a quantidade e concentração de licor branco aplicado; a quantidade de tempo necessária para a polpação; e temperatura máxima atingida. Além das válvulas automáticas de fechamento do digestor e das salas de controle do operador, outros controles para essas áreas incluem ventilação de exaustão local em digestores em batelada e tanques de sopro, capazes de ventilar na taxa de liberação dos gases do recipiente; pressão negativa em caldeiras de recuperação e sulfito-SO₂ torres de ácido para evitar vazamentos de gás; compartimentos completos ou parciais ventilados sobre lavadores pós-digestão; monitores contínuos de gás com alarmes onde podem ocorrer vazamentos; e planejamento e treinamento de resposta a emergências. Os operadores que coletam amostras e realizam testes devem estar cientes do potencial de exposição ácida e cáustica no processo e fluxos de resíduos, e a possibilidade de reações colaterais, como gás sulfeto de hidrogênio (H₂S) produção se o licor negro da polpação kraft entrar em contato com ácidos (por exemplo, em esgotos).

Em áreas de recuperação química, produtos químicos de processo ácidos e alcalinos e seus subprodutos podem estar presentes em temperaturas acima de 800°C. As responsabilidades do trabalho podem exigir que os trabalhadores entrem em contato direto com esses produtos químicos, tornando as roupas pesadas uma necessidade. Por exemplo, os trabalhadores varrem os respingos de cheiro derretido que se acumulam na base das caldeiras, arriscando-se assim a queimaduras químicas e térmicas. Os trabalhadores podem ser expostos à poeira quando o sulfato de sódio é adicionado ao licor negro concentrado, e qualquer vazamento ou abertura liberará gases nocivos (e potencialmente fatais) de enxofre reduzido. O potencial para uma explosão de água com cheiro sempre existe ao redor da caldeira de recuperação. Vazamentos de água nas paredes dos tubos da caldeira resultaram em várias explosões fatais. As caldeiras de recuperação devem ser desligadas a qualquer indicação de vazamento, e procedimentos especiais devem ser implementados para a transferência do cheiro. O carregamento de cal e outros materiais cáusticos deve ser feito com transportadores fechados e ventilados, elevadores e silos de armazenamento.

Nas fábricas de branqueamento, os operadores de campo podem ser expostos aos agentes de branqueamento, bem como orgânicos clorados e outros subprodutos. As variáveis ​​do processo, como resistência química do branqueamento, teor de lignina, temperatura e consistência da polpa, são constantemente monitoradas, com operadores coletando amostras e realizando testes de laboratório. Devido aos perigos de muitos dos agentes de branqueamento usados, monitores de alarme contínuo devem estar instalados, respiradores de escape devem ser distribuídos a todos os funcionários e os operadores devem ser treinados em procedimentos de resposta a emergências. Os gabinetes dossel com ventilação de exaustão dedicada são controles de engenharia padrão encontrados no topo de cada torre de branqueamento e estágio de lavagem.

Exposições químicas na sala de máquinas de uma fábrica de celulose ou papel incluem o arraste químico da planta de branqueamento, os aditivos para fabricação de papel e a mistura química nas águas residuais. Poeiras (celulose, cargas, revestimentos) e fumaças de exaustão de equipamentos móveis estão presentes nas operações de secagem e acabamento. A limpeza entre as execuções do produto pode ser feita com solventes, ácidos e álcalis. Os controles nesta área podem incluir fechamento completo sobre o secador de folhas; fechamento ventilado das áreas onde os aditivos são descarregados, pesados ​​e misturados; uso de aditivos em forma líquida em vez de em pó; uso de tintas e corantes à base de água em vez de à base de solvente; e eliminando o uso de ar comprimido para limpar papel aparado e usado.

A produção de papel em fábricas de papel reciclado é geralmente mais empoeirada do que a produção de papel convencional usando celulose recém-produzida. A exposição a micro-organismos pode ocorrer desde o início (coleta e separação do papel) até o final (produção do papel) da cadeia produtiva, mas a exposição a produtos químicos é menos importante do que na produção de papel convencional.

As fábricas de celulose e papel empregam um extenso grupo de manutenção para atender seus equipamentos de processo, incluindo carpinteiros, eletricistas, mecânicos de instrumentos, isoladores, maquinistas, pedreiros, mecânicos, carpinteiros, pintores, encanadores, mecânicos de refrigeração, funileiros e soldadores. Juntamente com suas exposições comerciais específicas (consulte o Processamento de metal e trabalho de metal e Ocupações capítulos), esses profissionais podem estar expostos a qualquer um dos perigos relacionados ao processo. À medida que as operações da fábrica se tornaram mais automatizadas e fechadas, as operações de manutenção, limpeza e garantia de qualidade tornaram-se as mais expostas. As paradas de fábrica para limpar vasos e máquinas são motivo de preocupação especial. Dependendo da organização da fábrica, essas operações podem ser realizadas por pessoal interno de manutenção ou produção, embora seja comum a subcontratação de pessoal não pertencente à fábrica, que pode ter menos serviços de saúde e segurança ocupacional.

Além das exposições de processo, as operações da fábrica de celulose e papel acarretam algumas exposições dignas de nota para o pessoal de manutenção. Como as operações de polpação, recuperação e caldeira envolvem alto calor, o amianto foi usado extensivamente para isolar tubos e vasos. O aço inoxidável é frequentemente usado em vasos e tubulações durante as operações de polpação, recuperação e branqueamento e, até certo ponto, na fabricação de papel. A soldagem deste metal é conhecida por gerar vapores de cromo e níquel. Durante as paradas de manutenção, sprays à base de cromo podem ser aplicados para proteger o piso e as paredes das caldeiras de recuperação da corrosão durante as operações de inicialização. As medições de qualidade do processo na linha de produção são frequentemente feitas usando medidores infravermelhos e de radioisótopos. Embora os medidores sejam geralmente bem protegidos, os mecânicos de instrumentos que os atendem podem estar expostos à radiação.

Algumas exposições especiais também podem ocorrer entre os funcionários em outras operações de suporte da fábrica. Trabalhadores de caldeiras de energia lidam com cascas, resíduos de madeira e lodo do sistema de tratamento de efluentes. Nas fábricas mais antigas, os trabalhadores removem as cinzas do fundo das caldeiras e depois as vedam aplicando uma mistura de amianto e cimento ao redor da grade da caldeira. Em caldeiras de força modernas, esse processo é automatizado. Quando o material é alimentado na caldeira com um nível de umidade muito alto, os trabalhadores podem ser expostos a retornos de produtos de combustão incompleta. Os trabalhadores responsáveis ​​pelo tratamento da água podem estar expostos a produtos químicos como cloro, hidrazina e várias resinas. Por causa da reatividade do ClO₂, o ClO₂ o gerador geralmente está localizado em uma área restrita e o operador está estacionado em uma sala de controle remoto com excursões para coletar amostras e fazer a manutenção do filtro de bolo de sal. Clorato de sódio (um oxidante forte) usado para gerar ClO₂ pode tornar-se perigosamente inflamável se for derramado sobre qualquer material orgânico ou combustível e depois secar. Todos os derramamentos devem ser umedecidos antes que qualquer trabalho de manutenção possa prosseguir, e todo o equipamento deve ser completamente limpo depois. Roupas molhadas devem ser mantidas molhadas e separadas das roupas de rua, até serem lavadas.

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Como muitos produtos químicos de branqueamento são reativos e perigosos para o transporte, eles são produzidos no local ou nas proximidades. Dióxido de cloro (ClO₂), hipoclorito de sódio (NaOCl) e perácidos são sempre produzidos no local, enquanto o cloro (Cl₂) e hidróxido de sódio ou cáustico (NaOH) são geralmente produzidos fora do local. O tall oil, produto derivado da resina e dos ácidos graxos extraídos durante o cozimento kraft, pode ser refinado no local ou fora dele. A terebintina, um subproduto kraft de fração mais leve, é frequentemente coletada e concentrada no local e refinada em outro lugar.

Dióxido de cloro

Dióxido de cloro (ClO₂) é um gás amarelo-esverdeado altamente reativo. É tóxico e corrosivo, explode em altas concentrações (10%) e é rapidamente reduzido a Cl₂ E O₂ na presença de luz ultravioleta. Deve ser preparado como um gás diluído e armazenado como um líquido diluído, impossibilitando o transporte a granel.

ClO₂ é gerado pela redução do clorato de sódio (Na₂ClO₃) com SO₂, metanol, sal ou ácido clorídrico. O gás que sai do reator é condensado e armazenado como uma solução líquida a 10%. ClO moderno₂ geradores operam com eficiência de 95% ou mais, e a pequena quantidade de Cl₂ produzido será coletado ou eliminado do gás de ventilação. Reações secundárias podem ocorrer dependendo da pureza dos meios de dosagem, da temperatura e de outras variáveis ​​do processo. Os subprodutos são devolvidos ao processo e os produtos químicos usados ​​são neutralizados e encaminhados para o esgoto.

Hipoclorito de sódio

O hipoclorito de sódio (NaOCl) é produzido pela combinação de Cl₂ com uma solução diluída de NaOH. É um processo simples e automatizado que quase não requer intervenção. O processo é controlado mantendo a concentração cáustica tal que o Cl residual₂ no vaso de processo é minimizado.

Cloro e Cáustica

Cloro (Cl₂), usado como agente de branqueamento desde o início de 1800, é um gás altamente reativo, tóxico e de cor verde que se torna corrosivo quando a umidade está presente. O cloro é geralmente fabricado pela eletrólise da salmoura (NaCl) em Cl₂ e NaOH em instalações regionais e transportados para o cliente como um líquido puro. Três métodos são usados ​​para produzir Cl₂ em escala industrial: a célula de mercúrio, a célula de diafragma, e o desenvolvimento mais recente, a célula de membrana. Cl₂ é sempre produzido no ânodo. Em seguida, é resfriado, purificado, seco, liquefeito e transportado para a fábrica. Em fábricas de celulose grandes ou remotas, instalações locais podem ser construídas, e o Cl₂ pode ser transportado como um gás.

A qualidade do NaOH depende de qual dos três processos é usado. No antigo método de célula de mercúrio, o sódio e o mercúrio se combinam para formar um amálgama que é decomposto com água. O NaOH resultante é quase puro. Uma das deficiências desse processo é que o mercúrio contamina o local de trabalho e tem resultado em sérios problemas ambientais. O NaOH produzido a partir da célula do diafragma é removido com a salmoura gasta e concentrado para permitir que o sal cristalize e se separe. O amianto é usado como o diafragma. O NaOH mais puro é produzido em células de membrana. Uma membrana à base de resina semipermeável permite que os íons de sódio passem sem salmoura ou íons de cloro e se combinem com a água adicionada à câmara do cátodo para formar NaOH puro. O gás hidrogênio é um subproduto de cada processo. Geralmente é tratado e usado em outros processos ou como combustível.

Produção de óleo de pinho

A polpação Kraft de espécies altamente resinosas, como pinho, produz sabões de sódio de resina e ácidos graxos. O sabão é coletado dos tanques de armazenamento de licor negro e dos tanques de escumação de sabão que estão localizados no trem do evaporador do processo de recuperação química. O sabão refinado ou o tall oil podem ser usados ​​como aditivo de combustível, agente de controle de poeira, estabilizador de estradas, aglutinante de pavimentos e fluxo para telhados.

Na planta de processamento, o sabão é armazenado em tanques primários para permitir que o licor negro assente no fundo. O sabão sobe e transborda para um segundo tanque de armazenamento. O ácido sulfúrico e o sabão decantado são alimentados em um reator, aquecidos a 100°C, agitados e então deixados em repouso. Depois de assentar durante a noite, o tall oil bruto é decantado em um recipiente de armazenamento e deixado em repouso por mais um dia. A fração superior é considerada resina líquida seca e é bombeada para armazenamento, pronta para embarque. A lignina cozida na fração inferior se tornará parte do lote subsequente. O ácido sulfúrico gasto é bombeado para um tanque de armazenamento, e qualquer lignina arrastada é depositada no fundo. A lignina deixada no reator é concentrada por vários cozimentos, dissolvida em soda cáustica 20% e retornada ao tanque primário de sabão. Periodicamente, o licor negro coletado e a lignina residual de todas as fontes são concentrados e queimados como combustível.

Recuperação de terebintina

Os gases dos digestores e o condensado dos evaporadores de licor negro podem ser coletados para recuperação da terebintina. Os gases são condensados, combinados e depois retirados da terebintina, que é recondensada, recolhida e enviada para um decantador. A fração superior do decantador é retirada e enviada para armazenamento, enquanto a fração inferior é reciclada para o decapante. A terebintina bruta é armazenada separadamente do resto do sistema de coleta porque é nociva e inflamável e geralmente é processada fora do local. Todos os gases não condensáveis ​​são coletados e incinerados nas caldeiras de força, no forno de cal ou em um forno dedicado. A terebintina pode ser processada para uso em cânfora, resinas sintéticas, solventes, agentes de flotação e inseticidas.

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Além da recuperação de licor, as fábricas de celulose recuperam uma parte significativa da energia da queima de resíduos e subprodutos do processo em caldeiras de força. Materiais como casca, resíduos de madeira e lodo seco coletados de sistemas de tratamento de efluentes podem ser queimados para fornecer vapor para alimentar geradores elétricos.

As fábricas de celulose e papel consomem grandes quantidades de água potável. Uma fábrica de celulose kraft branqueada de 1,000 toneladas por dia pode usar mais de 150 milhões de litros de água por dia; uma fábrica de papel ainda mais. Para evitar efeitos adversos nos equipamentos da fábrica e manter a qualidade do produto, a água de entrada deve ser tratada para remover contaminantes, bactérias e minerais. Vários tratamentos são aplicados dependendo da qualidade da água de entrada. Leitos de sedimentação, filtros, floculantes, cloro e resinas de troca iônica são usados ​​para tratar a água antes de ser usada no processo. A água que é usada nas caldeiras de energia e recuperação é ainda tratada com removedores de oxigênio e inibidores de corrosão, como hidrazina e morfolina, para evitar a formação de depósitos nos tubos da caldeira, reduzir a corrosão do metal e evitar o transporte de água para a turbina a vapor .

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Os produtos finais das fábricas de celulose e papel dependem do processo de polpação e podem incluir celulose de mercado e vários tipos de produtos de papel ou papelão. Por exemplo, a polpa mecânica relativamente fraca é convertida em produtos de uso único, como jornais e lenços de papel. A celulose Kraft é convertida em produtos de papel multiuso, como papel de carta de alta qualidade, livros e sacolas de supermercado. A polpa de sulfito, que é principalmente celulose, pode ser usada em uma série de diversos produtos finais, incluindo papel especial, rayon, filme fotográfico, TNT, plásticos, adesivos e até mesmo sorvetes e misturas para bolos. As polpas químico-mecânicas são excepcionalmente rígidas, ideais para o suporte estrutural necessário para embalagens de papelão ondulado. As fibras da pasta de papel reciclado são geralmente mais curtas, menos flexíveis e menos permeáveis ​​à água e, portanto, não podem ser usadas para produtos de papel de alta qualidade. O papel reciclado é, portanto, usado principalmente para a produção de produtos de papel macio, como lenços de papel, papel higiênico, toalhas de papel e guardanapos.

Para produzir celulose de mercado, a polpa de celulose geralmente é peneirada mais uma vez e sua consistência ajustada (4 a 10%) antes de estar pronta para a máquina de celulose. A polpa é então espalhada em uma tela de metal móvel ou malha plástica (conhecida como “tela”) na “parte úmida” da máquina de celulose, onde o operador monitora a velocidade da tela em movimento e o teor de água da polpa ( figura 1; as prensas e a tampa do secador podem ser vistas no canto superior esquerdo; nas fábricas modernas, os operadores passam muito tempo nas salas de controle). Água e filtrado são puxados através do fio, deixando uma teia de fibras. A folha de celulose é passada por uma série de rolos rotativos (“prensas”) que espremem a água e o ar até que a consistência da fibra seja de 40 a 45%. A folha é então flutuada através de uma sequência de vários andares de secadores de ar quente até que a consistência seja de 90 a 95%. Finalmente, a folha contínua de celulose é cortada em pedaços e empilhada em fardos. Os fardos de celulose são compactados, embalados e embalados em fardos para armazenamento e transporte.

Figura 1. Extremidade úmida da máquina de celulose mostrando manta de fibra no arame.

Biblioteca Canfor

Embora semelhante em princípio à fabricação de folhas de celulose, a fabricação de papel é consideravelmente mais complexa. Algumas fábricas usam uma variedade de pastas diferentes para otimizar a qualidade do papel (por exemplo, uma mistura de madeira dura, madeira macia, kraft, sulfito, polpas mecânicas ou recicladas). Dependendo do tipo de pasta utilizada, é necessária uma série de passos antes de formar a folha de papel. Geralmente, a polpa de mercado seca é reidratada, enquanto a polpa de alta consistência do armazenamento é diluída. As fibras de celulose podem ser batidas para aumentar a área de ligação de fibras e, assim, melhorar a resistência da folha de papel. A polpa é então misturada com aditivos “wet-end” (tabela 1) e passada por um conjunto final de peneiras e limpadores. A polpa está então pronta para a máquina de papel.

Tabela 1. Aditivos para fabricação de papel

O espalhador de fluxo e a caixa de entrada distribuem uma fina suspensão (1 a 3%) de celulose refinada em um fio móvel (semelhante a uma máquina de celulose, só que a uma velocidade muito maior, às vezes superior a 55 km/h) que transforma as fibras em uma folha fina de feltro. A folha passa por uma série de rolos de prensagem até a seção de secagem, onde uma série de rolos aquecidos a vapor evapora a maior parte da água restante. As pontes de hidrogênio entre as fibras se desenvolveram completamente neste estágio. Finalmente, o papel é calandrado e enrolado. A calandragem é o processo pelo qual a superfície do papel é alisada e sua espessura reduzida. A folha de papel calandrada e seca é enrolada em uma bobina, rotulada e transportada para o depósito (figura 2; observe os resíduos de papel sob a bobina e o painel de controle do operador aberto). Os aditivos “dry-end” podem ser adicionados antes da calandragem na máquina de papel ou em operações de revestimento “fora da máquina” separadas no setor de conversão da indústria.

Figura 2. Extremidade seca de uma máquina de papel mostrando a bobina de papel cheia e o operador usando o cortador de ar para cortar a extremidade.

George Astrakianakis

Uma variedade de produtos químicos é usada no processo de fabricação de papel para fornecer ao papel características de superfície e propriedades de folha específicas. Os aditivos mais comumente usados ​​(tabela 1) são normalmente usados ​​no nível percentual, embora alguns, como argila e talco, possam contribuir com até 40% do peso seco de certos papéis. A Tabela 1 também indica a diversidade de aditivos químicos que podem ser usados ​​para fins de produção e produtos específicos; alguns deles são usados ​​em concentrações muito baixas (por exemplo, slimicidas são adicionados à água de processo em partes por milhão).

O processo de fabricação de papelão é semelhante ao de fabricação de papel ou celulose. Uma suspensão de polpa e água é dispersa em um fio móvel, a água é removida e a folha é seca e armazenada em rolo. O processo difere na forma como a folha é formada para dar espessura, na combinação de várias camadas e no processo de secagem. A placa pode ser feita de folhas simples ou multicamadas com ou sem núcleo. As folhas são geralmente de celulose kraft de alta qualidade (ou mistura kraft e CTMP), enquanto o núcleo é feito de uma mistura de celulose semiquímica e reciclada de baixo custo ou de celulose totalmente reciclada e outros resíduos. Revestimentos, barreiras de vapor e múltiplas camadas são adicionados de acordo com o uso final para proteger o conteúdo da água e danos físicos.

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O branqueamento é um processo de vários estágios que refina e ilumina a polpa crua. O objetivo é dissolver (pastas químicas) ou modificar (pastas mecânicas) a lignina de cor marrom que não foi removida durante a polpação, mantendo a integridade das fibras da polpa. Uma fábrica produz celulose personalizada variando a ordem, a concentração e o tempo de reação dos agentes de branqueamento.

Cada etapa de branqueamento é definida pelo seu agente de branqueamento, pH (acidez), temperatura e duração (tabela 1). Após cada estágio de branqueamento, a polpa pode ser lavada com soda cáustica para remover os produtos químicos usados ​​no branqueamento e a lignina dissolvida antes de passar para o próximo estágio. Após o último estágio, a polpa é bombeada através de uma série de peneiras e limpadores para remover quaisquer contaminantes como sujeira ou plástico. Em seguida, é concentrado e encaminhado para armazenamento.

Tabela 1. Agentes clareadores e suas condições de uso

* Concentração de fibra em solução aquosa.

Historicamente, a sequência de branqueamento mais comum usada para produzir celulose kraft branqueada de qualidade comercial é baseada no processo CEDED de cinco estágios (consulte a tabela 1 para a definição dos símbolos). As duas primeiras etapas do branqueamento completam o processo de deslignificação e são consideradas extensões da polpação. Devido a preocupações ambientais sobre orgânicos clorados em efluentes de fábricas de celulose, muitas fábricas substituem o dióxido de cloro (ClO₂) para uma porção do cloro (Cl₂) usado na primeira etapa do clareamento (C_DEDED) e usar oxigênio (O₂) pré-tratamento durante a primeira extração cáustica (C_DE_ODE). A tendência atual na Europa e na América do Norte é a substituição completa por ClO₂ (por exemplo, DEDED) ou eliminação de ambos Cl₂ e ClO₂. Onde ClO₂ é usado, dióxido de enxofre (SO₂) é adicionado durante a fase final de lavagem como um “anticloro” para parar o ClO₂ reação e controlar o pH. Sequências de branqueamento sem cloro recém-desenvolvidas (por exemplo, OAZQP, OQPZP, onde Q = quelação) usam enzimas, O₂, ozônio (O₃), peróxido de hidrogênio (H₂O₂), perácidos e agentes quelantes, como o ácido etilenodiaminotetracético (EDTA). O branqueamento totalmente sem cloro foi adotado em oito fábricas em todo o mundo em 1993. Como esses métodos mais novos eliminam as etapas de branqueamento ácido, a lavagem ácida é uma adição necessária aos estágios iniciais do branqueamento kraft para permitir a remoção de metais ligados à celulose.

As polpas de sulfito são geralmente mais fáceis de branquear do que as polpas kraft devido ao seu menor teor de lignina. Sequências curtas de branqueamento (por exemplo, CEH, DCEHD, P, HP, EPOP) podem ser usadas para a maioria dos tipos de papel. Para polpas de sulfito de grau solúvel usadas na produção de rayon, celofane e assim por diante, tanto a hemicelulose quanto a lignina são removidas, exigindo sequências de branqueamento mais complexas (por exemplo, C₁C₂ECHDA). A lavagem ácida final é tanto para controle de metais quanto para propósitos de anticloro. A carga de efluentes para polpas de sulfito de grau de dissolução é muito maior porque grande parte da madeira bruta é consumida (rendimento típico de 50%) e mais água é usada.

O termo brilho é usado para descrever o branqueamento de polpas mecânicas e outras polpas de alto rendimento, porque elas são branqueadas pela destruição de grupos cromóforos sem dissolução da lignina. Os agentes clareadores incluem H₂O₂ e/ou hidrossulfito de sódio (NaS₂O₄). Historicamente, o hidrossulfito de zinco (ZnS₂O₄) era comumente usado, mas foi amplamente eliminado por causa de sua toxicidade no efluente. Agentes quelantes são adicionados antes do branqueamento para neutralizar quaisquer íons metálicos, evitando assim a formação de sais coloridos ou a decomposição de H₂O₂. A eficácia do branqueamento mecânico da pasta depende da espécie de madeira. Madeiras duras (por exemplo, álamo e choupo) e madeiras macias (por exemplo, abeto e bálsamo) com baixo teor de lignina e extrativos podem ser branqueadas para um nível de brilho mais alto do que o pinho e o cedro, mais resinosos.

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A polpação é o processo pelo qual as ligações dentro da estrutura da madeira são rompidas mecanicamente ou quimicamente. As pastas químicas podem ser produzidas por processos alcalinos (isto é, sulfato ou kraft) ou ácidos (isto é, sulfito). A maior proporção de pasta é produzida pelo método do sulfato, seguido dos métodos mecânico (incluindo semi-químico, termomecânico e mecânico) e do sulfito (figura 1). Os processos de polpação diferem no rendimento e na qualidade do produto, e para os métodos químicos, nos produtos químicos utilizados e na proporção que pode ser recuperada para reutilização.

Figura 1. Capacidades mundiais de celulose, por tipo de celulose

Despolpação Mecânica

As pastas mecânicas são produzidas triturando a madeira contra uma pedra ou entre placas de metal, separando assim a madeira em fibras individuais. A ação de cisalhamento quebra as fibras de celulose, de modo que a polpa resultante é mais fraca do que as polpas separadas quimicamente. A celulose de união de lignina a hemicelulose não se dissolve; apenas amolece, permitindo que as fibras sejam retiradas da matriz da madeira. O rendimento (proporção da madeira original na celulose) costuma ser superior a 85%. Alguns métodos mecânicos de polpação também usam produtos químicos (ou seja, as polpas químico-mecânicas); seus rendimentos são menores, pois removem mais materiais não celulósicos.

Na polpação de madeira moída (SGW), o método mecânico mais antigo e historicamente mais comum, as fibras são removidas de toras curtas pressionando-as contra um cilindro abrasivo rotativo. Na polpação mecânica do refinador (RMP, figura 2), que ganhou popularidade depois de se tornar comercialmente viável na década de 1960, lascas de madeira ou serragem são alimentadas através do centro de um refinador de disco, onde são trituradas em pedaços mais finos à medida que são empurradas para fora barras e ranhuras progressivamente mais estreitas. (Na figura 2, os refinadores estão colocados no meio da imagem e seus grandes motores estão à esquerda. Os cavacos são fornecidos pelos tubos de grande diâmetro e a polpa sai pelos menores.) Uma modificação do RMP é a polpação termomecânica (TMP ), em que os cavacos são vaporizados antes e durante o refino, geralmente sob pressão.

Figura 2. Polpa mecânica do refinador

Biblioteca Canfor

Um dos primeiros métodos de produção de polpas químico-mecânicas envolvia toras pré-cozidas no vapor antes de fervê-las em licores de polpação química e, em seguida, moê-las em moedores de pedra para produzir polpas de “madeira química”. A polpação químico-mecânica moderna usa refinadores de disco com tratamento químico (por exemplo, bissulfito de sódio, hidróxido de sódio) antes, durante ou após o refino. As pastas produzidas desta maneira são referidas como pastas químico-mecânicas (CMP) ou pastas químico-termomecânicas (CTMP), dependendo se o refino foi realizado à pressão atmosférica ou elevada. Variações especializadas de CTMP foram desenvolvidas e patenteadas por várias organizações.

Polpação Química e Recuperação

As pastas químicas são produzidas pela dissolução química da lignina entre as fibras de madeira, permitindo assim que as fibras se separem relativamente intactas. Como a maioria dos componentes não fibrosos da madeira é removida nesses processos, os rendimentos são geralmente da ordem de 40 a 55%.

Na polpação química, os cavacos e os produtos químicos em solução aquosa são cozidos juntos em um recipiente de pressão (digestor, figura 3) que pode ser operado em batelada ou continuamente. No cozimento em batelada, o digestor é enchido com cavacos através de uma abertura superior, os produtos químicos de digestão são adicionados e o conteúdo é cozido em temperatura e pressão elevadas. Terminado o cozimento, a pressão é liberada, “soprando” a polpa deslignificada para fora do digestor e para um tanque de retenção. A sequência é então repetida. Na digestão contínua, os cavacos pré-cozidos são alimentados no digestor a uma taxa contínua. Lascas e produtos químicos são misturados na zona de impregnação na parte superior do digestor e, em seguida, passam pela zona de cozimento superior, zona de cozimento inferior e zona de lavagem antes de serem soprados para o tanque de sopro.

Figura 3. Digestor kraft contínuo, com transportador de cavacos em construção

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Os produtos químicos de digestão são recuperados na maioria das operações químicas de polpação atualmente. Os principais objetivos são recuperar e reconstituir os produtos químicos da digestão do licor de cozimento gasto e recuperar a energia térmica pela queima do material orgânico dissolvido da madeira. O vapor e a eletricidade resultantes suprem algumas, se não todas, as necessidades energéticas da fábrica.

Polpação de Sulfato e Recuperação

O processo de sulfato produz uma polpa mais forte e escura do que outros métodos e requer recuperação química para competir economicamente. O método evoluiu a partir da polpação de soda (que utiliza apenas hidróxido de sódio para a digestão) e começou a ganhar destaque na indústria nas décadas de 1930 a 1950 com o desenvolvimento do branqueamento com dióxido de cloro e processos de recuperação química, que também produziam vapor e energia para a fábrica. O desenvolvimento de metais à prova de corrosão, como o aço inoxidável, para lidar com os ambientes ácidos e alcalinos das fábricas de celulose também desempenhou um papel importante.

A mistura de cozimento (licor branco) é hidróxido de sódio (NaOH, “cáustico”) e sulfeto de sódio (Na₂S). A polpação kraft moderna geralmente é realizada em digestores contínuos geralmente revestidos com aço inoxidável (figura 3). A temperatura do digestor é elevada lentamente até aproximadamente 170°C e mantida nesse nível por aproximadamente 3 a 4 horas. A polpa (denominada pasta marrom por causa de sua cor) é peneirada para remover a madeira crua, lavada para remover a mistura de cozimento gasta (agora licor negro) e enviada para a planta de branqueamento ou para a sala de máquinas de celulose. A madeira não cozida é devolvida ao digestor ou enviada para a caldeira de força para ser queimada.

O licor negro coletado do digestor e dos lavadores de massa marrom contém matéria orgânica dissolvida cuja composição química exata depende da espécie de madeira despolpada e das condições de cozimento. O licor é concentrado em evaporadores até conter menos de 40% de água, sendo então pulverizado na caldeira de recuperação. O componente orgânico é consumido como combustível, gerando calor que é recuperado na parte superior do forno como vapor de alta temperatura. O componente inorgânico não queimado se acumula no fundo da caldeira como um cheiro derretido. O smelt flui para fora do forno e é dissolvido em uma solução cáustica fraca, produzindo “licor verde” contendo principalmente Na dissolvido₂S e carbonato de sódio (Na₂CO₃). Este licor é bombeado para uma planta de recaustificação, onde é clarificado, então reagido com cal apagada
(Ca(OH)₂), formando NaOH e carbonato de cálcio (CaCO₃). O licor branco é filtrado e armazenado para uso posterior. CaCO₃ é enviado para um forno de cal, onde é aquecido para regenerar a cal (CaO).

Polpa Sulfito e Recuperação

A polpação com sulfito dominou a indústria do final de 1800 até meados de 1900, mas o método usado durante essa época era limitado pelos tipos de madeira que podiam ser despolpados e pela poluição criada pela descarga de licor de cozimento residual não tratado em cursos d'água. Métodos mais novos superaram muitos desses problemas, mas a polpação de sulfito é agora um pequeno segmento do mercado de celulose. Embora a polpação com sulfito geralmente use digestão ácida, existem variações neutras e básicas.

O licor de cozimento de ácido sulfuroso (H₂SO₃) e íon bissulfito (HSO₃^-) é preparado no local. Enxofre elementar é queimado para produzir dióxido de enxofre (SO₂), que passa por uma torre de absorção que contém água e uma das quatro bases alcalinas (CaCO₃, a base sulfito original, Na₂CO₃, hidróxido de magnésio (Mg(OH)₂) ou hidróxido de amônio (NH₄OH)) que produzem o ácido e o íon e controlam suas proporções. A polpação de sulfito é geralmente realizada em digestores de batelada revestidos de tijolos. Para evitar reações indesejadas, o digestor é aquecido lentamente a uma temperatura máxima de 130 a 140°C e os cavacos são cozidos por um longo tempo (6 a 8 horas). À medida que a pressão do digestor aumenta, o dióxido de enxofre gasoso (SO₂) é drenado e remisturado com o ácido de cozimento cru. Quando restar aproximadamente 1 a 1.5 horas de tempo de cozimento, o aquecimento é interrompido e a pressão é diminuída pela purga de gás e vapor. A polpa é soprada para um tanque de retenção, depois lavada e peneirada.

A mistura de digestão gasta, chamada de licor vermelho, pode ser usada para recuperação de calor e química para todas as operações, exceto à base de bissulfito de cálcio. Para polpação de sulfito à base de amônia, o licor vermelho diluído é primeiro removido para remover o SO residual₂, então concentrado e queimado. O gás de combustão contendo SO₂ é resfriado e passado por uma torre de absorção onde a amônia fresca se combina com ela para regenerar o licor de cozimento. Por fim, o licor é filtrado, fortificado com SO fresco₂ e armazenado. A amônia não pode ser recuperada porque é convertida em nitrogênio e água na caldeira de recuperação.

Na polpação de sulfito à base de magnésio, a queima do licor de polpação concentrado fornece óxido de magnésio (MgO) e SO₂, que são facilmente recuperados. Nenhum cheiro é produzido neste processo; em vez disso, o MgO é coletado do gás de combustão e abafado com água para produzir hidróxido de magnésio (Mg(OH)₂). ENTÃO₂ é resfriado e combinado com o Mg(OH)₂ em uma torre de absorção para reconstituir o licor de cozimento. O bissulfito de magnésio (Mg(HSO₃)₂) é então fortificado com SO fresco₂ e armazenado. A recuperação de 80 a 90% dos produtos químicos de cozimento é possível.

A recuperação do licor de cozimento de sulfito à base de sódio é mais complicada. O licor esgotado concentrado é incinerado e aproximadamente 50% do enxofre é convertido em SO₂. O restante do sódio e enxofre é coletado no fundo da caldeira de recuperação como um cheiro de Na₂S e Na₂CO₃. O cheiro é dissolvido para produzir licor verde, que é convertido em bissulfito de sódio (NaHSO₃) em várias etapas. O NaHSO₃ é fortificado e armazenado. O processo de regeneração produz gases de enxofre reduzido, em particular o sulfeto de hidrogênio (H₂S)

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