BR112015030608B1

BR112015030608B1 - Processo para tratamento de polpa de papel e polpa de papel

Info

Publication number: BR112015030608B1
Application number: BR112015030608-0A
Authority: BR
Inventors: Frédéric Pouyet; Dominique Lachenal; Christine Chirat
Original assignee: L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude; Arkema France; Xylem Water Solutions Herford GmbH; Association De Gestion De L'ecole Francaise De Papeterie Et Des Industries Graphiques (Agefpi); Degremont France
Priority date: 2013-06-13
Filing date: 2014-06-13
Publication date: 2022-03-15
Also published as: CN105556030B; JP2016524053A; CA2916017C; WO2014199101A1; FR3007044A1; US10006168B2; RU2670540C2; US20160130751A1; RU2015153381A; EP3008240A1; CN105556030A; RU2015153381A3; NO3008240T3; JP6401252B2; CA2916017A1; EP3008240B1; BR112015030608A2; PL3008240T3; CL2015003506A1; ES2675003T3

Abstract

PROCESSO PARA TRATAMENTO DE POLPA DE PAPEL E POLPA DE PAPEL Esta invenção se refere a um processo para tratamento da polpa química, compreendendo uma etapa de tratamento da polpa com ozônio seguido por uma etapa de extração alcalina, em que a extração alcalina é realizada na presença de íons de magnésio (Mg2+).

Description

CAMPO TÉCNICO

[001] A invenção se refere ao tratamento de polpas de papel químicas, em particular, ao branqueamento de polpas de papel químicas, especialmente Kraft, soda ou sulfito.

[002] No quadro da presente invenção, foi mostrado que durante um processo de polpa de papel química incluindo o tratamento com ozônio, seguido por extração alcalina, foi possível reduzir a despolimerização da celulose substancialmente se a extração alcalina se realiza na presença de cátions de magnésio (Mg2+).

TÉCNICA ANTERIOR

[003] Polpas de papel, conhecidas como polpas de papel químicas ou polpas de fabricação de papel química são obtidas, depois do cozimento da madeira utilizando reagentes que removem a maior parte de lignina, tal como a soda, eventualmente catalisada por quinonas (processo soda utilizado para a obtenção de polpas de soda), soda combinada com sulfeto de sódio (processo Kraft utilizado na produção de papel kraft) ou bissulfitos (processo sulfito usado para a obtenção de polpas de sulfito).

[004] No processo convencional para a produção de polpas de papel químicas branqueadas, uma primeira fase conhecida como deslignificação ou pré-branqueamento envolve a remoção de cerca de metade da lignina contido na polpa de papel. Esta operação, convencionalmente realizada por um tratamento químico com oxigênio (O), é inerentemente acompanhado pelo branqueamento da polpa de papel, devido à depleção da lignina de cor castanha.

[005] A fase seguinte, conhecida como branqueamento, consiste na remoção de toda a lignina residual, mantendo apenas a fração de "carboidratos" (celulose e hemicelulose), que é totalmente branco. Este tratamento se baseia na oxidação dos ciclos fenólicos na lignina que, depois de ser convertida em grupos hidrofílicos -COOH, pode ser eliminada por lavagem com uma solução, vantajosamente em meio alcalino, para melhorar a sua solubilização.

[006] Em geral, o branqueamento da polpa de papel química é realizado por uma sucessão de processos, referidos como a sequência de branqueamento, implementando um ou vários oxidantes, o mais generalizado dos quais são o dióxido de cloro ou de ClO2 (processamento referido como D), oxigênio ou O2 (processamento referido como O), e agente de branqueamento ou peróxido de hidrogênio ou H2O2 (processamento denominado P).

[007] Estes tratamentos oxidantes degradam a lignina residual, essencialmente responsável pela cor da polpa de papel depois do cozimento, e vários outros cromóforos a ser encontrados na polpa. Estes reagentes formam grupos carboxila sobre a lignina e os outros cromóforos, tornando-os hidrófilos e causando a sua solubilização em água do meio de reação. No entanto, a solubilização só é eficaz quando o meio é alcalino, como no caso de tratamentos O e P. No entanto, quando o oxidante apenas está ativo em um meio ácido, como no caso do dióxido de cloro (D), torna-se necessário ter o tratamento oxidante seguido por processamento alcalino usando soda (E), possivelmente reforçada por um oxidante que é ativo em meio alcalino (oxigênio e/ou agente de branqueamento), adicionado em pequenas quantidades, de acordo com o processamento Eo ou Ep, ou mesmo Eop (as letras minúsculas indicam a utilização de pequenas quantidades de oxidante no processamento E).

[008] Por conseguinte, um processo convencional completo de branqueamento pode compreender, por exemplo, a sequência OODE (ou Eo ou Ep ou EOP) DP, em que: - OO representa duas oxidações sucessivas por oxigênio em meio alcalino; - D é uma fase de oxidação utilizando dióxido de cloro em meio ácido; - E é um processo para extrair produtos oxidados na presença de soda, cujas variantes podem consistir na adição de oxigênio (Eo) e/ou peróxido de hidrogênio (Ep) em pequenas quantidades; e - P é o processamento por branqueamento em meio alcalino.

[009] Hoje, mais do que 95% de polpas químicas são branqueadas por uma sequência contendo um oxidante clorado tal como o dióxido de cloro (ClO2), dicloro (Cl2), hipoclorito de sódio (NaClO) ou hipoclorito de cálcio (Ca(ClO)2). Estes levam à formação de compostos organoclorados encontrados essencialmente em efluentes de branqueamento, mas que também podem contaminar a polpa branqueada. O impacto real desses compostos no meio ambiente da planta e a qualidade dos papéis foi aberto para discussão durante várias décadas. No entanto, as indústrias do papel estão buscando reduzir a formação destes compostos organoclorados por meios diferentes. Uma das soluções mais comuns consiste em privilegiar, entre os agentes contendo cloro, o uso de dióxido de cloro (ClO2), que produz muito menos compostos organoclorados do que os dicloro ou hipocloritos. Além disso, ele não tem efeito prejudicial sobre a celulose, ao contrário dos outros oxidantes clorados. As polpas branqueadas produzidas são de alta qualidade. No entanto, compostos organoclorados são, no entanto, ainda formados. Um dos meios mais abrangentes seria substituir todos os reagentes clorados por outros oxidantes não clorados. Oxigênio (O) e agente de branqueamento (P) já são utilizados extensivamente. No entanto, eles não têm a capacidade de branqueamento de polpas kraft totalmente.

[0010] A partir de 1992, o ozônio (processamento referido como Z) foi adicionado à lista de reagentes utilizados no processo de branqueamento. O ozônio é um agente oxidante muito promissor, neste contexto, uma vez que a sua eficiência de deslignificação excede a de dióxido de cloro para a mesma quantidade de reagente aplicado.

[0011] Como dióxido de cloro (D), o ozônio funciona em meio ácido. Deste modo, da mesma maneira como para a deslignificação por dióxido de cloro, deslignificação por ozônio deve ser combinada com extração alcalina (E) para ser mais completa. Portanto, o processo de deslignificação usando ozônio é geralmente referido como ZE, indicando que a oxidação por ozônio em meio ácido é seguida por extração alcalina, vantajosamente na presença de soda. É notado que estas duas etapas podem ser separadas por lavagem, geralmente com água, o que ajuda a aumentar o pH da reação. Se a lavagem não é utilizada, a transformação é então referida como [ZE].

[0012] Na prática, e até agora, várias plantas em todo o mundo usam ozônio no branqueamento de sequências do tipo OOZEP, por exemplo, para a substituição completa de reagentes clorados, ou OOZDEP, por exemplo, para a possível substituição de dióxido de cloro.

[0013] A principal desvantagem que agora está a impedir o desenvolvimento deste tipo de sequência de branqueamento é a oxidação e despolimerização da celulose que ocorre durante a fase de ozônio e no processamento alcalino seguinte. O processo de deslignificação por ZE de ozônio despolimeriza a celulose de forma significativa.

[0014] A investigação foi conduzida em soluções deste problema técnico familiar para o perito na técnica.

[0015] Por conseguinte, Chirat et al. (Paperi Ja Puu, vol 76, n° 6-7 páginas 417-422 (1994)) propôs interpor uma fase de redução de entre Z e E, de preferência usando boroidreto de sódio. A melhoria é evidente sob estas condições. No entanto, boroidreto de sódio é um reagente muito caro, descartando a sua aplicação industrial, e nenhum reagente alternativo foi proposto para o momento.

[0016] Outra solução consiste em realizar o tratamento ZE em duas etapas de acordo com a sequência ZEZE, compartilhando a carga de ozônio entre os dois estágios de processamento Z (R.W. Allison, Appita Journal, vol 36 No. 1 páginas 42-46 (1982)). Apesar de alguma melhoria, a despolimerização da celulose é ainda considerável na ausência de qualquer ação química para erradicar a despolimerização provocada por ozonização seguido de extração alcalina.

[0017] Esta invenção é, por conseguinte, parte da investigação de soluções técnicas para evitar ou reduzir a despolimerização da celulose a partir de polpa de papel química, como observado durante o processamento pela sequência de ZE.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[0018] Esta invenção é baseada na observação, pelos inventores, do fato de que a degradação da celulose neste contexto é muito provavelmente iniciada durante o processamento de ozônio, mas piora em meio alcalino.

[0019] Consequentemente, enquanto na técnica anterior, a atenção foi focada totalmente na própria fase de processamento de ozônio, em particular, na tentativa de proteger a polpa a partir de radicais livres, o que é mais, sem qualquer sucesso real, foi demonstrado como parte da presente invenção que a ação na extração alcalina (e, portanto, possivelmente após o processamento de ozônio) produz resultados satisfatórios.

[0020] Além disso, a presente invenção oferece uma solução técnica definitiva, ou seja, a conclusão da extração alcalina na presença de íons específicos, neste caso, cátions de magnésio (Mg2+), vantajosamente a uma concentração apropriada.

[0021] Deste modo, e na prática, a adição de íons de magnésio é proposto: - durante a fase de processamento de ozônio (Z), vantajosamente depois da adição do ozônio; ou - após processamento de ozônio (Z) e antes da adição de uma solução alcalina, por exemplo, soda para a extração alcalina (E); ou - na solução de lavagem quando a polpa é lavada entre o processamento de ozônio e de extração alcalina ou após esta lavagem; ou - possivelmente durante a fase de processamento de dióxido de cloro (D), vantajosamente depois da adição de dióxido de cloro, quando tem lugar entre o processamento de ozônio e a extração alcalina.

[0022] Evidentemente, a condição essencial é que a extração alcalina (E) tem lugar na presença de íons de magnésio (Mg2+). Devido à tendência de íons de magnésio para precipitar em meio alcalino, eles são vantajosamente adicionados a um pH neutro ou ácido, a montante da extração alcalina real. Portanto, na prática, estes cátions não são diretamente adicionados à solução de extração alcalina, em geral, uma solução de soda, mas já se encontram no meio de reação quando ele é adicionado.

[0023] Numa forma de realização preferida da invenção, os íons de magnésio são adicionados à polpa antes da solução alcalina ser adicionada a ela, isto é, quando o pH da polpa é não alcalino ou em outras palavras, quando o meio de reação tem um pH ácido (pH inferior a 7) ou um pH neutro (pH inferior ou igual a 7). Isto impede a formação de hidróxido de magnésio de baixa solubilidade que pode ser prejudicial para a distribuição completa de magnésio no meio. Vantajosamente, os íons de magnésio são adicionados entre a fase de tratamento da polpa com ozônio e a etapa de extração alcalina.

[0024] Assim, a presente invenção diz respeito a um método para o tratamento da polpa de papel química que compreende uma etapa de tratamento da polpa com ozônio seguida por uma fase de extração alcalina, em que a extração alcalina se realiza na presença de íons de magnésio (Mg2+).

[0025] Nesta invenção, a expressão "método de tratamento" pode também ser entendida como significando "método de branqueamento".

[0026] O processo de acordo com a invenção é particularmente adequado para o tratamento de polpas de papel químicas, por exemplo, polpas de soda, polpas kraft ou polpas de sulfito e, vantajosamente, polpas kraft ou de sulfito.

[0027] Polpas de papel químicas, adequadas para o tratamento pelo método de acordo com a invenção, são de polpas de madeira dura e de madeira macia, e também não polpas de madeira tais como plantas anuais.

[0028] O método de acordo com a invenção é definido por, pelo menos, duas etapas específicas, isto é, uma fase de ozonização e uma fase de extração alcalina, com vantagem com soda, enquanto a fase de extração alcalina se realiza após a fase de ozonização.

[0029] Numa forma de realização específica, a fase de ozonização é seguida diretamente pela fase de extração alcalina. Neste caso, o processo de acordo com a invenção compreende a sequência [ZE].

[0030] Alternativamente, a fase de ozonização e a fase de extração alcalina pode ser separada por meio de lavagem, realizada com vantagem com água, obtida por exemplo a partir de lavagem realizada após fases de branqueamento subsequentes adicionais, durante a lavagem de refluxo é particularmente prevalente no processo de branqueamento de polpa. Neste caso, o método de acordo com a invenção compreende a sequência de ZE. Vantajosamente, os íons de magnésio são adicionados entre a fase de lavagem e fase de extração alcalina.

[0031] Num método alternativo, uma outra etapa de processamento pode ser inserida entre as fases de ozonização e de extração alcalina, por exemplo, transformação com dióxido de cloro (D), possivelmente seguido por lavagem. O método de acordo com a invenção compreende então a sequência ZDE.

[0032] De um modo vantajoso, uma etapa de processamento de metal pesado, realizada a pH ácido e na presença de agentes complexantes como EDTA, não é interposta entre a fase de ozonização e a fase de extração alcalina. Em outras palavras, de forma vantajosa, nenhum agente de complexação tais como EDTA é adicionado durante o processamento de ozônio ou entre o processamento de ozônio e de extração alcalina.

[0033] Além disso, e de um modo preferencial, um tratamento de acordo com a invenção compreende uma sequência mais complexa com tratamentos a montante e/ou a jusante destes, pelo menos, duas fases.

[0034] Por conseguinte, e de um modo convencional, o branqueamento de polpas de papel químicas se inicia com tratamento com oxigênio (O), ou mesmo o tratamento com oxigênio em dobro (OO). Vantajosamente, este tratamento é realizado num meio alcalino, sob pressão de gás de oxigênio, a uma temperatura de cerca de 100°C. Ele permite a remoção de cerca de metade da lignina da celulose e desencadeia o pré- branqueamento da polpa.

[0035] Nesta situação, as duas etapas específicas do processo de acordo com a invenção, em particular de tratamento com ozônio (Z), são vantajosamente aplicados em uma polpa chamada pré-branqueada, processada por O ou OO.

[0036] Numa forma privilegiada, a sequência ZE de acordo com a invenção é vantajosamente realizada em uma polpa de papel tendo: - um nível de brilho igual a ou maior do que 40%, vantajosamente igual ou maior do que 50%. O nível de brilho é determinado de acordo com o padrão ISO 3688-197; e/ou - um número kappa menor ou igual a 15, de modo vantajoso menor ou igual a 10. Estes valores devem ser comparados com o número kappa de polpas não branqueadas, que é, geralmente, entre 20 e 30. O padrão usado para o número kappa é ISO 302-1981.

[0037] O processo de branqueamento também pode incluir, a montante ou a jusante da sequência ZE referido na invenção, um ou vários dos seguintes tratamentos, numa ordem apropriada, e implementados sob condições conhecidas pelo perito: - Tratamento com dióxido de cloro (D), realizado a pH ácido, a uma temperatura que está vantajosamente compreendida entre 50 e 100°C, durante uma duração vantajosamente compreendida entre 30 minutos e 3 horas, com quantidades de dióxido de cloro, vantajosamente compreendidas entre 0,1% e 1 % em peso comparada ao peso da polpa medida quando seca, seguido ou não por extração alcalina, por exemplo com soda, a uma temperatura que está vantajosamente compreendida entre 50°C e 100°C; e /ou - Tratamento com oxigênio (O), a pH básico e uma pressão de oxigênio, vantajosamente, compreendida entre 2 e 10 bar (0,2 MPa e 1 Mpa), a uma temperatura vantajosamente compreendida entre 80 e 110°C e durante uma duração vantajosamente compreendida entre 30 min e 1 h; e/ou - Tratamento com peróxido de hidrogênio (P), a um pH básico, a uma temperatura vantajosamente compreendida entre 70°C e 110°C, com quantidades de peróxido de hidrogênio, vantajosamente compreendidas entre 0,3% e 3% em peso comparado ao peso da polpa medida quando seca, para uma duração vantajosamente compreendido entre 1 h e 3 h; e/ou - Tratamento por acidólise (A) com um ácido mineral, ácido sulfúrico, vantajosamente, a um pH vantajosamente compreendido entre 3 e 4, a uma temperatura vantajosamente compreendida entre 80 e 100°C, durante uma duração vantajosamente compreendida entre 2 e 4 h, e vantajosamente na presença de um agente de extinção de cátion metálico como o EDTA.

[0038] Por conseguinte, a sequência ZE referida na invenção é vantajosamente integrada num processo mais complexo, por exemplo, OOAZEP, OOAPZE, OOAZDEP, OOZEDD ...

[0039] De um modo notável, o efeito benéfico dos íons de magnésio na despolimerização da celulose é observado qualquer que seja o posicionamento da sequência ZE e, por conseguinte, seja qual for o estado de branqueamento inicial da polpa processado.

[0040] Como já foi mencionado, o objetivo da presente invenção é propor um processo de branqueamento de polpa química, incluindo uma fase de ozonização seguida por uma fase de extração alcalina, de preferência com soda, ZE, o que provoca uma degradação mínima para a celulose. De um modo inesperado, foi demonstrado que, quando a fase E é realizada na presença de pequenas quantidades de cátions de magnésio, o processo ZE produz polpas cujo grau de polimerização da celulose é substancialmente aumentado.

[0041] A montante do processamento ZE de acordo com a invenção, e com vantagem, a polpa pode ser colocada através de tratamento com ácido Hart, tal como descrito acima, para eliminar pelo menos parcialmente os ácidos hexenourônicos que representam uma impureza indesejada nas polpas químicas Kraft de madeiras de folha caduca, em que eles consomem reagentes de branqueamento e são prejudiciais para ajudar a estabilidade do brilho. Após este tratamento com ácido, a polpa é lavada com vantagem para eliminar os produtos de degradação dos ácidos hexenourônicos. No entanto, se a reação de ozonização tem lugar a uma consistência elevada (a consistência sendo definida como a relação em massa entre a polpa e a mistura de água + polpa), mudando a partir da consistência da fase A, geralmente compreendida entre 5 e 10%, e a consistência desta fase Z, geralmente compreendida entre 30 e 45%, significa a eliminação de uma grande parte da água presente na fase A, fazendo a operação de lavagem inútil.

[0042] Há também a possibilidade de realizar o tratamento com dióxido de cloro (D) pouco antes do tratamento com ozônio. A polpa pode ser lavada entre as 2 fases, mas esta lavagem não é obrigatória por causa da compatibilidade do pH destas 2 reações.

[0043] No que se refere à fase de ozonização, ela tem lugar de uma maneira convencional. Ela pode ser vantajosamente realizada sob as seguintes condições: - A um pH ácido, com vantagem compreendido entre 2 e 4, ou, possivelmente, compreendido entre 2 e 10, vantajosamente compreendido entre 4 e 8, quando a ozonização é realizada no final da sequência de branqueamento; - A uma temperatura compreendida entre 0 e 100°C, vantajosamente entre 20 e 60°C, por exemplo, 25°C, ou, possivelmente, compreendida entre 60°C e 80°C, quando a ozonização é realizada no final da sequência de branqueamento; - Em uma faixa de consistências compreendidas entre 1 e 50%, vantajosamente entre 8 e 12% ou entre 30 e 45%, ou seja, na consistência medida ou elevada; - Na presença de uma quantidade de ozônio compreendida entre 0,05 e 2% em peso de polpa seca, vantajosamente entre 0,1 e 1%, por exemplo, 0,6%; - Durante o tempo necessário para a adição e o consumo de ozônio, normalmente de alguns minutos, por exemplo, de 1 minuto a 2 horas.

[0044] Extração alcalina, na medida em que está em causa, é por definição realizada a um pH básico (superior a 7), na presença de uma base. De um modo vantajoso, é uma base forte e ainda mais vantajosamente de soda ou hidróxido de sódio (NaOH). A soda pode ser acompanhada por outra base com a mesma dosagem, por exemplo, sulfeto de sódio. Esta última possibilidade pode ser vantajosa em uma planta kraft porque o reagente de cozimento é uma mistura de soda e sulfeto de sódio.

[0045] As condições convencionais preferíveis para a extração alcalina são as seguintes: - Uma temperatura compreendida entre 20 e 100°C, vantajosamente compreendida entre 70°C e 100°C; - Uma faixa de consistências compreendidas entre 5 e 30%, vantajosamente entre 8 e 12%; - A quantidade de base, com vantagem, de soda, compreendida entre 0,1 e 5% em peso de polpa seca, compreendida de preferência entre 0,5 e 2%. É notado que a quantidade de base que é necessária para atingir um pH alcalino. Por conseguinte, esta quantidade é maior quando não há nenhuma lavagem antes da extração alcalina. Na prática, o pH deve ser maior do que 7, com vantagem superior a 10, e ainda mais vantajosamente compreendida entre 11 e 12; - Durante vários minutos, por exemplo, 5 minutos, há várias horas, por exemplo, 4h, vantajosamente entre 30 minutos e 2 horas, por exemplo, 1h.

[0046] De maneira notável, ozonização e extração alcalina tem lugar em condições convencionais.

[0047] Os íons de magnésio (Mg2+) necessários para realizar a presente invenção são vantajosamente fornecidos na forma de sais de magnésio. "Sal de magnésio" se refere a qualquer composto capaz de liberar os cátions Mg++, por exemplo, sulfato de magnésio (MgSO4), carbonato de magnésio (MgCO3), hidróxido de magnésio (Mg(OH)2), óxido de magnésio (MgO ou de magnésia), ou gluconato de magnésio (C12H22MgO14). Misturas destes sais podem ser usadas.

[0048] De preferência, a quantidade de íons de magnésio (Mg2+) em comparação com o peso seco da polpa é verificada. Vantajosamente, é: - igual ou superior a 0,01%, ou mesmo 0,02%; - menos do que ou igual a 0,5%, ou mesmo 0,1%;

[0049] Por conseguinte, na presente invenção, "pequenas quantidades de íons de magnésio" se referem a uma proporção de massa que está vantajosamente compreendida entre 0,01 e 0,5%, e ainda mais vantajosamente compreendida entre 0,02 e 0,1%.

[0050] No caso dos cátions de Mg++ sendo fornecido sob a forma de compostos alcalinos (por exemplo MgO e Mg(OH)2), a alcalinidade da fase E é vantajosamente ligada à presença de uma base forte, vantajosamente de NaOH, o que implica que os cátions de Mg ++ são um aditivo, adicionado em pequenas quantidades.

[0051] De um modo preferível, estes íons de magnésio são adicionados à polpa como os sais de magnésio, vantajosamente por dissolução destes sais numa solução aquosa, eventualmente água, tendo um pH ácido ou neutro. Uma solução como esta pode ser preparada extemporaneamente e adicionada à polpa de papel. Alternativamente, e quando a polpa já está em contato com uma solução, em particular, uma solução de ozônio, uma solução de lavagem ou uma solução de dióxido de cloro, o sal de magnésio pode ser adicionado diretamente à referida solução.

[0052] É notado que no campo de fabricação de papel, a utilização de íons de magnésio para proteger a celulose a partir da despolimerização já foi recomendada durante uma fase de branqueamento com oxigênio (O) (FR 1 387 853). Nesta fase, realizada em meio alcalino numa solução de soda, a celulose é degradada devido à presença de oxigênio. Na verdade, nenhuma despolimerização da celulose ocorre nesse meio alcalino, desde que o oxigênio não esteja presente. Por outro lado, assim que é adicionado o oxigênio, a despolimerização severa da celulose é observada, a qual é atenuada consideravelmente quando os cátions de Mg2+ são adicionados ao meio. É aceito que os peróxidos, subprodutos da reação do oxigênio com os componentes de celulose, são realmente responsáveis pela despolimerização da celulose (The Ljungberg Textbook, Pulp Technology, KTH Stockholm Editor, 2004, Capítulo 27, página 11). Neste último caso, se decompõem em espécies de radicais altamente oxidantes em meio alcalino, causando a degradação da celulose. Esta decomposição é catalisada por os cátions de metais de transição, inibidos pelos sais de magnésio.

[0053] Da mesma forma, a adição de sais de magnésio também é utilizada convencionalmente no processamento de polpa de papel química por peróxido de hidrogênio ou agente de branqueamento em meio alcalino (The Ljungberg Textbook, Pulp Technology, KTH Stockholm Editor, 2004, Capítulo 27, página 25). De modo mais geral, é um fato conhecido que os sais de magnésio são agentes de estabilização em branqueamento.

[0054] No método de acordo com a invenção, a situação é muito diferente, porque os sais de magnésio estão presentes numa fase E alcalina, em que nem oxigênio nem agente de branqueamento são adicionados.

[0055] De acordo com uma forma de realização vantajosa do método de tratamento de acordo com a invenção, a etapa de extração alcalina é realizada na presença de íons de magnésio, mas na ausência de oxigênio e/ou peróxido de hidrogênio. Em outras palavras, na etapa de extração alcalina implementada na presente invenção, nenhum oxigênio ou agente de branqueamento são adicionados. Mais geralmente, e vantajosamente, a extração alcalina de acordo com a invenção está relacionada com a mudança para um pH alcalino e não à ação de um agente oxidante, em particular, oxigênio e/ou peróxido de hidrogênio.

[0056] É verdade que a realização de uma extração alcalina já foi proposta, especialmente em uma sequência de branqueamento convencional com base em dióxido de cloro e não com base em ozônio, utilizando agentes alcalinos outros que soda, tais como de magnésio (MgO) ou hidróxido de magnésio (Mg(OH)2) (Pulp and Paper Canada, vol 108, n° 7-8 páginas 4147). No entanto, foi observado que a substituição de soda por estes agentes alcalinos leva a um menor desempenho de deslignificação e de branqueamento. Sob estas condições, as quantidades de magnésio aplicadas são muito maiores do que na presente invenção uma vez que significa substituir a soda.

[0057] Por conseguinte, e numa forma de realização preferida, a extração alcalina é na realizada na presença de íons de magnésio, com vantagem um sal de magnésio, mas também na presença de um agente alcalino forte, vantajosamente soda (NaOH) ou uma mistura de soda e sulfeto de sódio. De um modo consistente com este, os íons de magnésio, com vantagem na forma de sais de magnésio, aparecem em pequenas quantidades, de preferência numa proporção em massa igual ou superior a 0,01%, ou mesmo igual a ou superior a 0,02% e menos do que ou igual a 0,5%, ou mesmo menos do que ou igual a 0,1%, incompatível com uma função de agente alcalino.

[0058] Como já foi mencionado, após o processo de ZE acordo com a invenção, a polpa pode ser colocada através de outras fases de branqueamento de modo a que este atinja a pureza exigida e o brilho, em particular, e, vantajosamente, através da utilização de peróxido de hidrogênio.

[0059] Também é possível repetir a sequência ZE específica da invenção, caso em que o processo compreende, por exemplo, a sequência ZEZE ou [ZE] [ZE]. Cátions de magnésio são vantajosamente presentes em cada uma das fases de extração E de um tal processo. Para ter a certeza disto, é preferível adicionar um pouco cada vez o processo de acordo com o procedimento previamente descrito é retomado, por exemplo, para a primeira fase E, em seguida, para a segunda fase E, no caso de etapas 2 ZE de acordo com a invenção.

[0060] A vantagem da invenção reside no fato que o processo ZE, nas suas várias formas de realização de acordo com a invenção, produz uma polpa cuja celulose é menos despolimerizada que depois de um processo não modificado ZE (na ausência de íons de magnésio). Por exemplo, o grau de polimerização da celulose é medido por viscosimetria de acordo com a norma ISO N° 5351/1-1981.

[0061] Além disso, o efeito de um processo ZE aplicado a uma polpa química é o de reduzir o seu teor de lignina residual, responsável pela sua coloração, e, por conseguinte, aumentar o seu brilho. É importante notar que o processo ZE de acordo com a invenção, para um desempenho de deslignificação igual e de brilho aumentado, produz uma polpa com um melhor grau de polimerização, em seguida, depois de um processo não modificado ZE.

[0062] Por conseguinte, e de um outro aspecto, esta invenção diz respeito a uma polpa de papel que é capaz de ser obtida utilizando um método de acordo com a invenção. Em particular, esta é caracterizada por um grau de polimerização superior do que a de uma polpa obtida por um processo que é, de fato, semelhante, mas em que a etapa de extração alcalina (E) ocorre na ausência de íons magnésio.

EXEMPLOS

[0063] A invenção e as suas vantagens resultantes serão compreendidas de forma mais clara a partir do que se segue. No entanto, estes não devem ser considerados como limitando casos de qualquer forma.

EXEMPLO 1 (de acordo com a técnica anterior)

[0064] De uma maneira conhecida, polpa kraft de eucalipto é processada em duas fases sucessivas utilizando o oxigênio (OO) para produzir uma polpa pré-branqueada, tendo as seguintes propriedades: - fator de lignina residual representado pelo número kappa: 10; - brilho: 51,2%; - grau de polimerização (DP) da celulose: 1630.

[0065] Viscosimetria mede o grau de polimerização da celulose de acordo com a norma ISO N° 5351/1-1981.

[0066] Na sequência de uma operação convencional conhecida como tornar os tecidos felpudos, o qual consiste em abrir mecanicamente a estrutura da polpa para facilitar a reação do ozônio com as fibras, a polpa é então processada com ozônio (Z) na consistência elevada (40%) a 25°C, com uma quantidade de ozônio correspondente a 0,6% do peso da polpa seca a um pH de 2,5 durante o tempo necessário para adicionar o ozônio (que reage instantaneamente), que é de aproximadamente 3 minutos. Seguindo este tratamento, a polpa é lavada abundantemente com água pura, em seguida, tratada com soda (E) a uma consistência de 10%, com uma quantidade de soda de 2% em comparação à polpa, a 70°C durante 1h. O pH da polpa é então maior do que 11.

[0067] Seguindo este tratamento, a polpa tem as seguintes características: - número kappa: 6,1; - brilho: 75,8%; - DP da celulose: 1203.

[0068] Parece que a deslignificação e branqueamento que ocorre durante este processo são acompanhados por severa despolimerização da celulose.

EXEMPLO 2 (de acordo com a invenção)

[0069] A mesma sequência tal como descrito no Exemplo 1 é repetida, mas desta vez através da adição de 0,3% em peso de MgSO4 7H2O (isto é, aproximadamente 0,03% de Mg) com relação ao peso de polpa seca, após a lavagem e antes da adição de soda, que é num momento em que o pH da polpa ainda não é alcalino.

[0070] Seguindo este tratamento de acordo com a invenção, a polpa tem as seguintes características: - número kappa: 6,0; - brilho: 75,7%; - DP da celulose: 1327.

[0071] Este exemplo indica as vantagens da invenção que, mantendo o mesmo nível de desempenho relativamente à deslignificação e maior brilho do processo convencional ZE, reduz substancialmente a despolimerização da celulose.

EXEMPLO 3 (de acordo com a invenção)

[0072] O mesmo experimento como descrito no Exemplo 2 é reproduzido exceto que a quantidade de MgSO4 7H2O, neste caso, é de 2% (isto é 0,2% de Mg) em peso, em relação ao peso da polpa seca.

[0073] Seguindo este tratamento, a polpa tem as seguintes características: - número kappa: 6; - brilho da polpa: 73%; - DP da celulose: 1340.

[0074] Neste exemplo, é evidente que a utilização de cargas excessivas de MgSO4 tende a reduzir o desempenho do processo de deslignificação e de branqueamento de uma muito ligeira melhoria adicional do DP da celulose.

EXEMPLO 4

[0075] Para ilustrar a vantagem do processo ZE de acordo com a invenção em diferentes sequências de branqueamento dos demonstrados anteriormente, a mesma polpa tal como no exemplo 1, já submetida a tratamento OO, é tratada primeiro por acidólise (tratamento A) a pH 3, durante 3h a 90°C, e na presença de EDTA, um agente sequestrante convencional para cátions de metais de transição, de modo a remover uma parte dos ácidos hexenourônicos que aparecem.

[0076] É depois tratada por uma fase usando peróxido de hidrogênio (P) a uma consistência de 10%, com 2% de peróxido de hidrogênio a 90°C durante 2h.

[0077] Seguindo esta sequência, a polpa tem as seguintes características: - brilho: 68%; - DP da celulose: 1328.

[0078] Além disso, análises revelam que é quase livre de cátions de metais de transição considerados por ser um obstáculo no processo de branqueamento.

[0079] A polpa preparada deste modo é colocada através de tratamento ZE sob condições convencionais ilustradas no Exemplo 1, em especial com 0,6% de ozônio em peso comparado ao peso da polpa medida seca.

[0080] Seguindo este tratamento OOAPZE, a polpa tem as seguintes características: - brilho: 84,8% - DP da celulose: 1165.

[0081] Assim, um aumento do brilho da polpa é observado, mas com uma redução no grau de polimerização da celulose.

[0082] Por outro lado, se o magnésio for adicionado sob as mesmas condições que no exemplo 2 (0,3% em peso de MgSO4 7H2O, isto é, aproximadamente 0,03% de Mg em comparação com o peso seco medido da polpa, após a lavagem e antes da adição da soda), a polpa tem as seguintes propriedades: - brilho: 84,8% - DP da celulose: 1250.

[0083] Por conseguinte, para o brilho inalterado há menos degradação da celulose. Este exemplo mostra que o processo ZE de acordo com a invenção mantém a sua plena vantagem quando ela é colocada na parte inferior da sequência de branqueamento e numa polpa que já tenha sido purificada.

EXEMPLO 5

[0084] Numa outra forma de realização da invenção, a polpa do exemplo 1 é tratada com ozônio, tal como indicado no exemplo 1, em seguida, sem qualquer transição, a consistência da polpa é reduzida para 10% pela solução de soda e a extração alcalina (E) continua sob as condições do exemplo 1.

[0085] Seguindo este tratamento [ZE], a polpa tem as seguintes características: - número kappa: 6,4; - brilho: 74,2% - DP da celulose: 1140.

[0086] Este processo que já não inclui a fase de lavagem entre Z e E, evidentemente, oferece um desempenho inferior ao do processo do Exemplo 1 (número kappa mais elevado e o brilho inferior). A redução do grau de polimerização da celulose permanece considerável.

[0087] Se o processo é modificado de acordo com a invenção, isto é, adicionando a carga de MgSO4 do exemplo 2 como uma solução em água (0,3% em peso de MgSO4 7H2O, isto é, aproximadamente 0,03% de Mg em relação ao peso de polpa seca), imediatamente após a fase Z e antes da adição da solução de soda, a polpa tem as seguintes características: - número kappa: 6,5; - brilho: 74%; - DP da celulose: 1260.

[0088] As melhorias do grau de polimerização da celulose, devido à presença dos cátions de magnésio, são novamente elevadas nesta forma de realização.

Claims

1. Processo para tratamento de polpa de papel química, caracterizado pelo fato de que compreende uma etapa de tratamento da polpa com ozônio seguido por uma etapa de extração alcalina, em que a extração alcalina é realizada na presença de íons de magnésio (Mg2+) e na ausência de oxigênio e/ou peróxido de hidrogênio, em de que os íons de magnésio representam entre 0,01 e 0,5% em peso do peso seco da polpa.

2. Processo para tratamento de polpa de papel química de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os íons de magnésio aparecem na forma de sais de magnésio, vantajosamente sulfato de magnésio, carbonato de magnésio, hidróxido de magnésio, óxido de magnésio, gluconato de magnésio ou misturas dos mesmos.

3. Processo para tratamento de polpa de papel química de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que os íons de magnésio representam entre 0,02 e 0,1% em peso do peso seco da polpa.

4. Processo para tratamento de polpa de papel química de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que os íons de magnésio são adicionados a um pH neutro ou ácido, vantajosamente entre a fase de tratamento da polpa com ozônio e a etapa de extração alcalina.

5. Processo para tratamento de polpa de papel química de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a lavagem, vantajosamente em água, é realizada entre a fase de tratamento da polpa com ozônio e a etapa de extração alcalina.

6. Processo para tratamento da polpa de papel química de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que os íons de magnésio são adicionados entre a lavagem e a etapa de extração alcalina.

7. Processo para tratamento de polpa de papel química de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a etapa de extração alcalina é realizada usando uma solução de soda.

8. Processo para tratamento de polpa de papel química de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a polpa química é uma polpa kraft ou de sulfito.

9. Processo para tratamento de polpa de papel química de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que compreende também, a montante da fase de tratamento da polpa com ozônio, ou a jusante da etapa de extração alcalina, uma ou várias etapas de processamento da polpa com peróxido de hidrogênio.

10. Polpa de papel, caracterizada pelo fato de ser obtida pelo processo como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9.