Industria de Celulose e papel

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INDÚSTRIAS DE POLPA E PAPEL 
Profa. Dra. Juliana Fonseca 
POR QUE ESTUDAR O PAPEL? 
 O papel é um dos materiais mais importantes e versáteis que 
conhecemos e é difícil imaginar como seria o nosso dia-a-dia 
sem ele. 
 
 Suas propriedades químicas e físico-mecânicas permitem 
inúmeras aplicações. 
 
 Papéis que serão usados para escrita e impressão, como os 
usados em cadernos e livros, devem ser bem lisos e opacos. 
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POR QUE ESTUDAR O PAPEL? 
 Aqueles usados na produção de jornais não precisam ter 
grande durabilidade com relação à brancura. 
 
 Amarelam-se facilmente. 
 
 Mas devem resistir à tração a que são submetidos nas 
máquinas de impressão. 
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POR QUE ESTUDAR O PAPEL? 
 Papéis sanitários (guardanapos, papéis toalha e higiênicos e os 
usados em fraldas descartáveis e absorventes) devem ser 
macios. 
 
 
 
 
 Papéis usados em embalagens (caixas e sacos) devem 
apresentar boa resistência, pois não podem romper-se com 
facilidade. 
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POR QUE ESTUDAR O PAPEL? 
 Os fatores que determinam essas propriedades dos papéis 
estão relacionados, principalmente, com: 
 
 a matéria-prima 
 os reagentes químicos 
 os processos mecânicos 
empregados em sua produção 
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HISTÓRIA DO PAPEL 
 
 
 Desde os tempos mais remotos, 
o homem utilizou diferentes 
materiais para registrar sua 
história. 
 
 Os primeiros suportes 
empregados foram as cascas e 
folhas de algumas plantas, 
rochas e argila, além de peles e 
ossos de animais. 
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HISTÓRIA DO PAPEL 
 Dos produtos vegetais empregados para a escrita, o papiro foi o que 
alcançou maior importância histórica. 
 Acredita-se que os mais antigos datem de 3.500 anos atrás. 
 Ele foi amplamente utilizado por egípcios, fenícios e gregos e, 
também, por povos da Europa durante a Idade Média. 
 O seu escasseamento, associado à impossibilidade de importação em 
função das guerras, levou à procura de novos materiais para a escrita. 
O papiro é obtido utilizando a parte 
interna, branca e esponjosa do caule 
do papiro, cortado em finas tiras que 
eram molhadas, sobrepostas, cruzadas 
e prensadas. A folha obtida era 
martelada, alisada e colada ao lado de 
outras folhas para formar uma longa 
fita que era enrolada. A escrita dava-
se paralelamente às fibras. 
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HISTÓRIA DO PAPEL 
 Um dos principais substitutos, o pergaminho, já era conhecido e foi o 
material mais amplamente empregado durante os séculos IV a XVI. 
 
 Feito de pele de animal, devidamente tratada e seca para ser escrita 
ou impressa de ambos os lados. 
 
 Geralmente, é utilizada a pele de cabra, carneiro, cordeiro ou ovelha. 
 
 O seu nome deriva do nome da cidade onde se terá fabricado pela 
primeira vez: Pérgamo, na Grécia. 
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HISTÓRIA DO PAPEL 
 A utilização do papel como suporte para a escrita ocorreu inicialmente na 
China, no ano 105 d.C. 
 
 Os chineses mantiveram por muitos séculos o segredo de sua fabricação. 
 
 751 - expansão para o Ocidente  Prisioneiros chineses introduziram, na 
Ásia Central, a indústria do papel. 
 
 Daí em diante, o uso do papel foi cada vez mais disseminado e surgiram 
fábricas em cidades como Bagdá e Damasco. 
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HISTÓRIA DO PAPEL 
 Na Europa, a primeira fábrica de papel surgiu na Espanha em 1144 e, 
ao final do século XVI, o papel já era manufaturado em todo o 
continente europeu. 
 
 
 
 
 
 
 
 A primeira máquina para fabricação de papel surgiu em 1798, na 
França. 
 No Brasil, a produção industrial de papel foi introduzida pelos 
portugueses no ano de 1890. 
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O MATERIAL E A MATÉRIA-PRIMA 
 O papel é formado por fibras celulósicas que se entrelaçam umas com as 
outras, garantindo a sua resistência. 
 
 
 
 
 Principal matéria-prima: a madeira, proveniente do tronco das árvores. 
 Além das fibras da madeira, também podem ser utilizadas as fibras de 
bambu, bagaço de cana, algodão, linho e sisal. 
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O MATERIAL E A MATÉRIA-PRIMA 
 Fibras de Celulose: são constituídas de várias camadas de polímeros 
orgânicos como se fossem pequenos tubos. 
 A madeira é constituída de fibras e de lignina, uma resina que as mantém 
unidas como uma cola. 
 No processo de obtenção de celulose, a lignina é retirada por meios químicos 
deixando as fibras soltas em uma suspensão de água. 
 Colocadas lado a lado, não há praticamente nada que faça as fibras se 
ligarem umas às outras para produzir uma folha com alguma resistência 
mecânica. 
 
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O MATERIAL E A MATÉRIA-PRIMA 
 Refinação de Celulose: abrem-se as paredes da fibra → romper as cadeias de 
polímeros, deixando-as abertas, fazendo com que busquem outras cadeias 
abertas para se unirem em ligações de hidrogênio. 
 Desta maneira a parede "danificada" de uma fibra irá se unir à outra, 
fechando a ligação, formando assim uma rede de fibras com resistência 
mecânica suficiente para formar uma folha de papel. 
 
 
 
 
 
 
 
 Essas ligações são quebradas quando o papel é exposto à água e ele se 
desfaz. 
 Papéis resistentes à umidade possuem aditivos químicos que impedem a 
quebra dessas ligações. 
 
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O MATERIAL E A MATÉRIA-PRIMA 
 No Brasil, a produção de celulose e papel utiliza essencialmente espécies de 
eucalipto, que levam de 6 a 7 anos para atingir a idade de corte. 
 
 Para produzir 1 t de papel são consumidas cerca de 20 árvores de eucalipto. 
 
 Algumas espécies de pinus também são utilizadas, principalmente na região 
Sul do país. 
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EUCALIPTO PINHO 
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O MATERIAL E A MATÉRIA-PRIMA 
 
 A produção de celulose baseia-se principalmente em florestas 
plantadas, embora alguns países asiáticos, a América do Norte e 
a Europa ainda utilizem florestas nativas. 
 
 No Brasil, as principais áreas de reflorestamento estão 
localizadas nas regiões Sudeste e Sul, envolvendo os estados de 
Minas Gerais, São Paulo, Espírito Santo, Santa Catarina e Rio 
Grande do Sul. 
 
 Também há áreas de reflorestamento na Bahia, no Pará e no 
Maranhão. 
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FABRICAÇÃO DA CELULOSE 
 
 Processo Kraft (ou ao Sulfato) 
 
 Processo alcalino, responsável pela maior parte da polpa que 
se fabrica atualmente. 
 
 Tipo de madeira utilizada: quase que qualquer tipo de 
madeira, mole ou dura. 
 
 O processo foi desenvolvido para remover as grandes 
quantidades de óleo e de resinas nestas madeiras. 
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FABRICAÇÃO DA CELULOSE 
Processo Kraft (ou ao Sulfato) 
 
 1879 - Descoberta do processo kraft 
 1885 - Primeira fábrica kraft na Suécia 
 Kraft significa ‘forte” em alemão 
 É a celulose de resistência mais elevada 
 Pode ser produzida com várias espécies 
 Utiliza tecnologia comprovada de produção e eficiente 
recuperação 
 O rendimento é baixo: 
 40-45% (conífera) 
 45-54% (folhosa) 
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FABRICAÇÃO DA CELULOSE 
 
 
 Neste processo, faz-se uma pré-hidrólise, para remover as 
pentosanas e as polioses, que é seguida por um tratamento a 
sulfato (Na2SO4), seguido de um alvejamento em várias etapas. 
 
 As reações químicas são pouco definidas, mas envolvem a 
hidrólise da lignina. 
 
 A hidrólise também produz mercaptanas e sulfetos, que são os 
responsáveis pelo habitual cheiro desagradável das fábricas de 
polpa ao sulfato. 
 
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FABRICAÇÃO CELULOSE PARA PAPEL 
 Fluxograma do Processo Kraft 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Principais necessidades de energia: corte da madeira e vapor d’água parao aquecimento dos digestores. 19 
Etapas do Processo: 
 
1. as toras são cortadas e 
descascadas (Op), 
 
2. as toras são levadas às cortadeiras, 
constituídas por grandes discos 
rotatórios providos de facas 
compridas e pesadas, que reduzem a 
madeira a pequenos cavacos (Op), 
 
Os cavacos são peneirados para 
separar os graúdos, o produto 
desejado e a serragem. 
 
Os graúdos e as lascas passam por 
desintegradores, que os reduzem ao 
tamanho apropriado (Op). 
FABRICAÇÃO DA CELULOSE 
 
Produção dos Cavacos 
 
 Transformar a tora em fragmentos apropriados para polpação 
 
 O tamanho dos cavacos e sua distribuição são muito 
importantes na polpação 
 
 Šdimensões ideais: 20 mm comprimento, 4 mm espessura 
 Šaceitáveis: 10-30 mm comp., 2 a 8 mm espessura 
 ŠMinimizar cavacos super dimensionados, finos, palitos, 
super longos e contaminantes 
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FABRICAÇÃO DA CELULOSE 
 
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Picador 
FABRICAÇÃO DA POLPA (CELULOSE) PARA PAPEL 
Métodos principais de descascar as toras: 
 
1. Usa o atrito provocado por uma ação de tombamento ou de rotação 
sobre uma massa móvel de toras; a ação é provocada por tambores 
cilíndricos em rotação contínua, ou por máquinas estacionárias 
providas por um equipamento de agitação de massas de toras. 
 
A madeira é esfolada, e as toras descorticadas são descarregadas pela 
outra extremidade do tambor. 
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FABRICAÇÃO DA CELULOSE PARA PAPEL 
Descascador de Toras Móvel 
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FABRICAÇÃO DA CELULOSE PARA PAPEL 
Descascador de Toras Móvel 
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http://www.youtube.com/watch?v=NjptSbU-Qv4 
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FABRICAÇÃO DA CELULOSE 
Operações no Pátio de Madeira 
 
 Produção de cavacos 
 Classificação dos Cavacos 
 Cavacos “aceitos” são separados dos finos e dos super-
dimensionados. 
 A classificação é feita em peneiras vibratórias com perfurações 
ou em peneiras especiais para classificação por espessura. 
 ŠFinos são queimados e os 
super-dimensionados são repicados 
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FABRICAÇÃO DA CELULOSE 
 
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FABRICAÇÃO DA CELULOSE 
 
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FABRICAÇÃO DA CELULOSE 
 
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FABRICAÇÃO DA CELULOSE 
 Fluxograma do Processo Kraft 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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3. os digestores (aço inoxidável) são 
carregados com os cavacos. 
 
Adiciona-se o licor branco de 
cozimento, que contém 
essencialmente Sulfato de Sódio e 
Soda Cáustica, e liga-se o vapor 
d’água (Op). 
 
A pressão é elevada a ~7,5 atm. 
Período de cozimento: 3 h (Cq) 
FABRICAÇÃO DA CELULOSE 
 Fluxograma do Processo Kraft 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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A pressão é diminuída a 5,4 atm e a 
carga, massa parda, é lançada num 
tanque de esgotamento, ou numa 
fornalha de recuperação, para que o 
vapor seja usado; com isso se tem 
também uma lavagem mais apurada. 
 
4. a polpa depois da separação do 
licor de cozimento, é lavada (Op). 
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FABRICAÇÃO DA CELULOSE 
 Fluxograma do Processo Kraft 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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O licor de cozimento usado (licor 
negro) é bombeado para a 
estocagem para aguardar a 
recuperação das substâncias 
dissolvidas mediante evaporação e, 
depois, a combustão da matéria 
orgânica dissolvida nas fornalhas de 
recuperação, para reutilização no 
processo (Op e Cq). 
FABRICAÇÃO DA CELULOSE 
 Poder Calorífico 
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FABRICAÇÃO DA CELULOSE PARA PAPEL 
 Fluxograma do Processo Kraft 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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A polpa lavada passa para a sala das 
peneiras, onde atravessa grades, 
calhas de sedimentação e peneiras, 
que separam quaisquer lascas de 
madeira não cozida, após entra nos 
filtros e espessadores (Op). 
FABRICAÇÃO DA CELULOSE PARA PAPEL 
 Fluxograma do Processo Kraft 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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A polpa espessada é em seguida 
alvejada, usando-se dióxido de cloro, 
seguido por neutralização e 
tratamento a hipoclorito de cálcio. 
 
O agente alvejante oxida e destrói os 
corantes formados pela madeira e 
acentuados pelos sulfetos presentes 
no licor de cozimento (Cq). 
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FABRICAÇÃO DA CELULOSE PARA PAPEL 
 Fluxograma do Processo Kraft 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Depois do alvejamento, a polpa é 
lavada e reespessada, sendo 
preparada para formar folhas 
suficientemente secas para serem 
dobradas e agrupadas num fardo 
(Op), ou então pode ser lançada na 
caixa de carga de uma máquina de 
papel, para dar uma polpa seca. 
FABRICAÇÃO DA CELULOSE PARA PAPEL 
 A formação das folhas é feita num espessador a úmido constituído, 
essencialmente, por um cilindro que mergulha numa cuba, ou 
tanque, cheia de polpa, por uma correia sem fim em feltro, que 
arrasta a folha de polpa através de rolos de secagem e, depois, 
através de rolos de prensagem. 
 
 As lâminas contêm de 35-45% de fibra seca. 
 
 
 
 Estas folhas “úmidas” são empilhadas em prensas hidráulicas e 
sujeitas a pressões até 200 atm. 
 
 O produto resultante contém de 50 a 60 % de fibra seca ao ar (Op). 
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FABRICAÇÃO DA CELULOSE PARA PAPEL 
 De todas as polpas, a polpa kraft feita de madeira de coníferas é a 
que tem as fibras mais longas. 
 
 Isto, associado ao fato de os agentes químicos usados não terem 
ação tão energética como a dos empregados nas outras polpas 
químicas → obtenção de papéis muito resistentes. 
 
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FABRICAÇÃO DA CELULOSE PARA PAPEL 
 No passado, a coloração escura do papel kraft limitava seu uso a 
papeis de embrulho, sacos e papelão. 
 
 Hoje em dia, os tratamentos com alvejantes tornaram possível a 
fabricação de polpas claras e brancas, que podem ser misturadas 
com esta polpa de alta resistência, para elevar a resistência dos 
papeis. 
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QUESTÕES AMBIENTAIS 
 A produção de celulose e de papel estão 
 associados com alguns problemas ambientais. 
 
 Exemplo: odores característicos dos compostos voláteis de enxofre 
(mercaptanas) que se formam durante a remoção da lignina pelo 
processo kraft. 
 
 Mesmo em baixas concentrações, a presença desses compostos pode 
ser facilmente percebida na região que circunda as fábricas. 
 
 As empresas produtoras de celulose utilizam equipamentos de 
desodorização e caldeiras de recuperação de produtos químicos e 
realizam o monitoramento contínuo de suas emissões gasosas. 
 
 Contudo, o problema ainda não foi totalmente solucionado. 
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Foto da Suzano 
QUESTÕES AMBIENTAIS 
 É nos estágios de branqueamento que se encontra um dos principais 
problemas ambientais causados pelas indústrias de celulose. 
 
 Reagentes como cloro e hipoclorito de sódio reagem com a lignina 
residual, levando à formação de compostos organoclorados. 
 
 Exemplos: 
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QUESTÕES AMBIENTAIS 
 Esses compostos não são biodegradáveis e acumulam-se nos 
tecidos vegetais e animais, podendo levar a alterações genéticas. 
 
 Legislações ambientais mais severas e pressões dos mercados 
consumidores de celulose, especialmente do mercado internacional, 
têm incentivado a busca de alternativas para a solução desse 
problema. 
 
 Muitas pesquisas têm sido feitas no sentido de utilizar reagentes 
alternativos para o branqueamento, como ozônio e peróxido de 
hidrogênio. 
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QUESTÕES AMBIENTAIS 
 A água industrial, utilizada em grandes quantidades no processo 
produtivo do papel, é submetida a tratamento biológico antes de 
retornar aos cursosd’água. 
 
 
 
 
 
 
 Os resíduos sólidos são removidos e dispostos em locais 
apropriados, dentro da área da própria fábrica. 
 
 Para reduzir a quantidade de resíduos descartados, alguns tipos são 
aproveitados como adubos ou corretivos do solo. 
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 Esse tratamento, realizado em 
lagoas de aeração, promove a 
degradação de compostos orgânicos 
solúveis por bactérias aeróbias, 
solucionando parte dos problemas 
de poluição gerados no processo. 
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Tipo de processo Polpa Kraft 
(sulfato-alcalino) 
Polpa ao sulfito 
(ácido) 
Semiquímico 
(sulfito-neutro) 
Matéria-prima 
celulósica 
Quase qualquer espécie 
de madeira (mole ou 
dura) 
Coníferas; deve ter boa 
coloração e estar livre de 
certos compostos 
hidroxifenólicos 
Madeira dura; usam-se 
também algumas moles 
(pedaços pequenos, 
desfibrados) 
Reação principal no 
digestor 
Hidrólise das ligninas a 
álcoois e ácidos; formam-
se algumas mercaptanas 
RC:CR’ + Ca(HSO3)2  
RCH-CR’.SO3 0,5Ca 
Sulfonação da lignina e 
hidrólise da hemicelulose, 
levando à formação de 
acetato e de formiato. 
Composição do 
licor de cozimento 
Solução de NaOH, Na2S e 
Na2CO3. Análise típica dos 
sólidos: 58,6% de NaOH, 
27,1% Na2S, 14,3% 
Na2CO3. Ação dissolvente 
devida ao NaOH e ao 
Na2S. O Na2CO3 é inerte e 
constitui o resíduo de 
equilíbrio entre a cal e o 
Na2CO3, na formação do 
NaOH. 
7% de SO2, dos quais 4,5% 
combinados como ácido 
sulfuroso e 2,5% como 
sulfito ácido de cálcio ou 
de magnésio, Mg(HSO3)2. 
O cozimento de 1000 kg 
de polpa requer de 195-
240 kg de SO2 e 61-75 kg 
de MgO. Tendência do uso 
de Mg(OH)2 e NH4OH para 
acelerar a solubilização da 
lignina. 
Solução de Na2S 
tamponada com Na2CO3 
ou licor verde kraft. A 
concentração de Na2S fica 
na faixa de 90-200 g/L. O 
licor de cozimento não 
completa a libertação das 
fibras, mas o tratamento 
mecânico a termina. 
Condições de 
cozimento 
Duração: 2-5 h. 
Temperatura: 170-177°C. 
Pressão 7-9 atm. 
Duração: 6-12 h. 
Temperatura: 125-160 °C. 
Pressão: 6-7,5 atm. 
Duração: 36-48 min; polpa 
para papelão: 12-15 min. 
Temperatura: 160-182 °C. 
Pressão: 7-11 atm. 
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Tipo de processo Polpa Kraft 
(sulfato-alcalino) 
Polpa ao sulfito 
(ácido) 
Semiquímico 
(sulfito-neutro) 
Recuperação 
química 
A maior parte do processo 
é dedicada à recuperação 
dos reagentes de 
cozimento, com 
recuperação do calor 
mediante queima da 
matéria-orgânica dissolvida 
no licor da madeira; perdas 
químicas do sistema 
compensadas pelo Na2SO4. 
O SO2 libertado é 
recuperado; o licor de 
magnésio é recuperado e 
reutilizado depois da 
digestão da madeira e da 
lavagem da polpa. 
Caracteriza-se pelo 
elevado rendimento, 65-
85%. As perdas no 
polpeamento ficam entre 
15 e 35 % dos 
componentes da madeira. 
Métodos especiais de 
recuperação e de utilização 
dos subprodutos. 
Materiais de 
construção 
Digestores, tubulações, 
bombas e tanques feitos 
em aço doce ou, de 
preferência, em aço 
inoxidável. 
O licor ácido exige 
revestimento do digestor 
de tijolos à prova de ácido. 
Acessórios de aço cromo-
níquel, chumbo e bronze. 
Sérios problemas de 
corrosão nos digestores e 
no equipamento. É 
necessária a proteção do 
aço inoxidável. 
Características da 
polpa 
Coloração parda; difícil de 
alvejar; fibras fortes; 
resistente à refinação 
mecânica. 
Coloração branca fosca; 
facilmente alvejada; as 
fibras são mais fracas que 
as da polpa kraft. 
Papéis encorpados e 
densos. Fibras com 
resistência próximas às das 
polpas químicas. 
Produtos típicos de 
papel 
Sacos e papel forte e 
pardo; sacos 
multifolhados, papel 
gomado, papel de 
construção; papelões 
usados em caixas , vasilhas, 
caixas de leite e chapas 
onduladas. 
Tipos brancos: papel de 
livro, papel de embrulho 
para pão, papel de seda 
para frutas, papeis 
sanitários. 
Não alvejada: papelão 
ondulado e papel de jornal 
e chapas especiais. 
Alvejada: papeis de 
escrever e bond, papel 
ofset, de seda e papeis 
absorventes. 
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VÍDEO 
 
 https://www.youtube.com/watch?v=w0DmpWvrBJg 
 
 https://www.youtube.com/watch?v=k6njpackp9g 
 
 
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