Celulose e papel

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CELULOSE E PAPEL
UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
CÂMPUS APUCARANA
Professora: Maria Carolina Sérgi Gomes
INTRODUÇÃO
� Desde os tempos remotos – homem desenha na superfície de diversos
materiais.
� Pedra: primeiro suporte para a escrita
� Há mais de 6500 anos – egípcios relatavam episódios importantes.
� Babilônicos criaram a tábua de argila.
� Gregos e romanos - gravavam a escrita em chapas metálicas.
� Egípcios - inventaram o papiro
�Material feito de tiras extraídas dos caules de uma
planta encontrada nas margens do Nilo.
� Antiga Grécia (cidade de Pérgamo) – pergaminho –
obtido da parte interna da pele do carneiro.
� Chineses escreviam na seda.
� 1744 –descoberta dos efeitos alvejantes da
molécula do cloro.
� Possibilidade de produção de papel branco a partir
de qualquer madeira.
� 105 a.C . – nova invenção dos chineses – mistura aquosa de fibras
maceradas de redes de pescar e casca de árvores.
�Mais tarde – chineses e árabes aprimoraram a técnica de produção de
papel
� Séc X – construídos moinhos papeleiros em Córdoba – Espanha.
INTRODUÇÃO
� 1268 - italianos começam a fabricar papéis à base de fibras de
algodão e de linho – mais resistentes.
� 1719 – Algodão foi substituído pela madeira.
� Até o final do séc. XVIII – escrever em uma folha branca era um
verdadeiro luxo.
Notícia: 04/06/2013
Exportação de celulose continua em alta no País
Na contramão das exportações, que enfrentam dificuldades,
setor consegue manter aumento de vendas ao exterior graças
à demanda da China e ao crescimento da produção nacional.
�Madeira (principal fonte de celulose); 
�Algodão;
�Trapos;
�Papel velho 
�Rejeitos grossos das indústrias têxteis. 
MATÉRIAS-PRIMAS
A fabricação de papel tem como principais matérias-primas as 
fibras vegetais (celulose)
� Fibras de sementes e frutos. Ex.: línter do algodão, palha de coco.
� Fibras de folhas. Ex.: sisal, fórmio, abacaxi.
� Fibras de madeira de:
- coníferas. Ex.: pinheiro do Paraná, Pinus.
- folhosas. Ex.: eucaliptos, espécies nativas.
� Fibras de floema de dicotiledôneas herbáceas.
Ex.: crotalária, rami, juta.
� Fibras vasculares de monocotiledôneas
Ex.: palhas de cereais (arroz, trigo, milho), bagaço de cana-de-
açúcar, bambu.
� Fibras de estipes. Ex.: coqueiros, palmeiras.
Matérias-primas na produção de celulose
MATÉRIA-PRIMA PRINCIPAL: MADEIRA
� Principal matéria-prima na fabricação de papel: fibras vegetais.
� Fonte mais utilizada: madeira.
� Dois tipos são utilizados: coníferas e folhosas 
No Brasil:
� Condições climáticas favoráveis – produtividade das florestas de pinus e 
eucalipto é alta.
� Desenvolvimentos biotecnológicos – maiores níveis mundiais de 
produtividade.
Produtividade:
� Eucalipto: 75 m3/ha.ano
� Nos EUA: 5 a 15 m3/ha.ano)
� Pinus: 18 a 37,6 m3/ha.ano
Giminosperma ou coníferas (madeiras moles)
Ex. : pinheiro
Celulose de 
coníferas 
� Comprimento: 3 a 5 mm
� Diâmetro: 20 a 50 µm
� Espessura da parede primária: 3 a 5 µm
� São fibras longas – têm maior valor de
mercado e são mais escassas;
� Conferem maior resistência mecânica –
são próprias para papéis de
embalagens;
� Menor rendimento (± 48%)
Angiospermas ou folhosas (madeiras duras)
Ex. Eucalipto
Celulose de folhosas 
� Comprimento: 0,8 a 1,5 mm
� Diâmetro: 20 a 50 µm
� Espessura da parede primária: 3 a 5 µm
� Fibras curtas
� Maior rendimento em papel (> 50%)
� Mais macias
� Maior opacidade
� Menos resistência mecânica – próprias
para papéis de impressão e escrita
Composição química da madeira
Componentes químicos da madeira podem ser divididos em dois grupos: 
Componentes fundamentais: compostos orgânicos que aparecem
em toda e qualquer madeira.
� Celulose (polímero linear, insolúvel em água, principal componente da
parede celular vegetal)
� Hemicelulose (mistura de polímeros)
� Lignina (ligante que mantém as fibras unidas)
Componentes acidentais: compostos orgânicos e inorgânicos não 
essenciais para a estrutura das paredes celulares e lamela média.
� Extrativos (terpenos, graxas e ceras, compostos fenólicos, taninos)
� Compostos minerais (Al, Ca, Cu, Fe, K, Mg, Mn, etc.)
Composição química da madeira
Fibras celulósicas
Processo industrial de produção de papel
Fibras de celulose
� Troncos das árvores (95% de toda a produção mundial)
� Folhas
� Frutos (algodão)
� Rejeitos industriais (bagaço de cana, palha de arroz
� Fibras de origem animal (lã)
� Fibras de origem sintética (poliéster, poliamida)
Processos de obtenção da pasta de celulose
Objetivos:
� Separar as fibras de celulose da lignina
� Branqueamento das fibras
� Método mecânico
� Métodos termomecânicos
� Método termoquímico-mecânico
� Métodos químicos
Método termoquímico-mecânico Kraft ou Sulfato
Kraft = força, resistência
Química do processo:
Madeira em forma de cavacos
Tratamento com licor branco
hidróxido de sódio (NaOH ) + sulfeto de sódio (Na2S) 
Dissolução da lignina
Liberação das fibras
Etapas do processo
Preparação da madeira
Cozimento
Lavagem alcalina
Branqueamento
Secagem
Embalagem
Madeira (fibras + lignina) + reagentes químicos � celulose + lignina solúvel
Madeira + licor branco � celulose + licor negro
Preparação da madeira
� Toras de madeira são recebidas já descascadas.
� Dimensões de até 3 m de comprimento.
� Diâmetro de 7 a 40 cm.
Razões para descascar:
� A casca contém pouca quantidade de fibras.
� Maior consumo de reagentes químicos nas etapas de polpeamento e branqueamento.
� Ocuparia espaço útil nos digestores (diminuindo a produtividade).
� Dificultaria a lavagem e depuração da polpa.
� Diminuiria as propriedades físicas do produto final.
� Prejudicaria o aspecto visual da pasta (aumento de impurezas).
Descascadores
Preparação da madeira
Quando descascada na floresta:
� Cascas – húmus – adubo para o solo
Quando descascada na indústria:
� Problemas de disposição – 10 a 20% do volume total da madeira utilizada.
� Baixa densidade – transporte para aterro florestal é muito caro.
� Alternativa: queima na caldeira – combustível.
� Poder calorífico da ordem de 4000 kcal/kg.
� Transporte das toras de madeiras descascadas até a indústria.
� Lavagem das toras
� Retirada das cascas da madeira
� Eliminar areia e terra 
� Diminuir o desgaste das facas do picador
� Madeira úmida é mais facilmente picada
� Redução do consumo energético
� Redução do risco de quebra das facas.
Picadores – Transformação da madeira em cavacos
� Aumenta a superfície de contato
� Facilita o cozimento
� Cavacos muito grandes ou pequenos são descartados - biomassa para caldeira.
� Evitar supercozimento dos menores e subcozimento dos maiores.
� Cavacos com a dimensão ideal – seguem para o digestor.
� Peneira vibratória / Rolos
Classificação dos cavacos
Peneiras Vibratórias
Classificação dos cavacos
Classificação dos cavacos
Cozimento dos cavacos de madeira
� Digestores industriais de grande porte
� Ação química do licor branco (NaOH + Na2S) e vapor de água
� Cerca de 2 horas
� Temperatura de até 170 oC
Objetivo:
Dissociar a lignina existente entre as fibras da madeira.
celulose
Madeira + licor branco 
celulose + licor negro
Digestores em batelada
Lavagem alcalina
Após o cozimento � massa dos digestores � depuração
� Depuração grossa – peneiramento
Retirados os nós da madeira e os cavacos não cozidos.
� Lavagem em filtros rotativos a vácuo
Geração do licor negro fraco.
� Depuração – peneiras vibratórias ou hidrociclones
� EspessadorAumentar a consistência
Massa espessada
Produção de papel
Processos intermediários de branqueamento
Objetivo:
Separar as fibras de celulose da lignina dissolvida
Branqueamento
� Branqueamento da polpa marrom obtida no cozimento.
� Etapas de branqueamento – grau de brancura desejado da fibra.
� Etapas mais onerosas na produção de celulose.
� Consumo de produtos químicos tóxicos e de difícil manejo.
Característica importante � estabilidade da alvura
Cor pode sofrer alterações, tornando o material amarelado ou escurecido.
Reversão depende: luz, calor, umidade, tipo de pasta e processo de 
branqueamento utilizado.
Os principais agentes branqueadores:
• Cloro (Cl2)
• Dióxido de Cloro (ClO2)
• Oxigênio (O2)
• Ozônio (O3)
• Peróxido de Hidrogênio (H2O2)
• hipoclorito de sódio (NaClO)
Reagentes oxidantes
• Bissulfito de sódio (NaHSO3)
• Ditionitos de zinco e sódio (ZnS2O4 e Na2S2O4)
• Boro – hidreto de sódio (NaBH4)
Reagentes redutores
Branqueamento
Menores custos
Maior estabilidade da alvura
� Reagentes utilizados no branqueamento são representados por símbolos.
� Um processo combinado desses reagentes é representado por uma sigla.
� Símbolos referentes aos produtos ou processos utilizados.
Cloro – C (cloração)
NaOH – E (extração alcalina)
NaClO – H (hipocloração)
ClO2 – D (dioxidação)
H2O2 – P (peroxidação)
O2 – O (oxigênio)
O3 – Z (ozonização)
Exemplo:
• CEHD (cloração, extração alcalina, hipocloração, dioxidação) – com lavagem
da pasta entre os estágios.
• CEH/D – não há lavagem da pasta entre os estágios de hipocloração e
dioxidação
Branqueamento
Branqueamento
� Processos de clareamento com cloro – produtos muito tóxicos nos efluentes. 
� Clorofenóis e dioxinas.
� Tratamento do efluente se torna difícil.
� Modificação dos processos.
� Eliminação do uso de cloro elementar e seus derivados.
� Alternativas: uso de oxigênio, peróxido de hidrogênio e ozônio.
Polpas produzidas são classificadas em:
� ECF- elementary chlorine free
� TCF – total chlorine free
Alvura do papel
Tipo de Papel Alvura %
Impressão/cópia 80-90
Jornal 60-70
Embalagem (sacos) 25-30
Branqueamento
Transformação da madeira.
SECAGEM E EMBALAGEM
Secagem:
� Mesa de deságue e prensas primárias – retiram grande parte da água presente.
� Prensa secundária – prensada entre feltros.
� Teor seco de aproximadamente 50%
� Túnel secador – troca calor com ar quente soprado
� Teor seco de aproximadamente 90%
Ao final do branqueamento celulose está bastante diluída em água
Fardos de celulose � clientes
FABRICAÇÃO DO PAPEL
� Adição de carga mineral à pasta de celulose (Silicato de alumínio, 
carbonato de cálcio, dióxido de titânio, etc.)
� Conferir maior opacidade ao papel.
� Outros aditivos: cola, amidos, corantes.
Massa de celulose aditivada (diluída em água) passa por etapas de:
� Drenagem (circuito fechado – água é reaproveitada para diluição da 
massa)
� Prensagem
� Secagem
PRENSAGEM
SECAGEM FINAL 
(cilindros aquecidos a vapor)
CALANDRAGEM
PRÉ-SECAGEM
ROLO JUMBO
CAIXA
Distribuidora
ROLOS DE
SUCÇÃO
SEÇÃO DE
FORMAÇÃO
SEÇÃO DE
PRENSAGEM
SEÇÃO DE
SECAGEM
SEÇÃO DE
ACABAMENTO
SEÇÃO DE
ENROLADEIRA
PARTE
ÚMIDA
PARTE
SECA
Entrada da massa
(dosador) caixas de sucção
CALIBRADOR DE
ESPESSURA
MESA PLANA
(tela móvel)
96%
83% 63% 6%
FABRICAÇÃO DO PAPEL
Para a fabricação de papéis com alta resistência superficial
Prensa de colagem numa parte intermediária da seção de secagem
Espessura da folha � determinada pela 
pressão de calandras.
Gramatura (g/m²) � determinada pelo volume 
de massa que cai na tela.
CORTADEIRA
TRANSPORTE
ARMAZENAGEMENFARDAMENTO
EMPACOTAMENTO
ROLO JUMBO BOBINAS
SEÇÃO DE
REBOBINAMENTO
SEÇÃO DE
ACABAMENTO E EMBALAGEM
SEÇÃO DE
ARMAZENAMENTO E TRANSPORTE
FABRICAÇÃO DO PAPEL
RECUPERAÇÃO DO LICOR NEGRO
TRATAMENTO DO LICOR NEGRO
� Fator importante no balanço econômico do processo Kraft -
recuperação do licor
Composição do licor negro:
� MATERIAL ORGÂNICO: componentes da 
madeira que foram dissolvidos. 
� MATERIAL INORGÂNICO: reagentes 
químicos do cozimento.
Licor negro fraco
16-18% de teor de sólidos
Licor negro forte
80% de teor de sólidos
Unidade de Recuperação
Sistema de 
concentração 
de múltiplos 
estágios
Setores básicos da unidade de recuperação:
1- Fornalha de recuperação
2- Setor de caustificação
3- Setor de calcinação
EVAPORADORES
FORNALHA DE RECUPERAÇÃO
� Equipamento onde é queimado o licor negro.
� Da queima - resultam sais fundidos que se depositam no fundo da
fornalha.
� Dissolução dos sais com licor branco � licor verde (esverdeado pela
presença de sais de Fe II).
� Perdas de enxofre e soda no processo são supridas pela adição de
sulfato de sódio (junto com o licor negro forte).
� Caldeira de recuperação.
� Reator químico para a recuperação dos inorgânicos.
� Evita desperdício de reagentes químicos.
� Combustão gera vapor superaquecido para o processo.
� Vapor é utilizado na polpação, na fabricação do papel e, ainda, para produzir
energia elétrica.
Queima do licor - Produção de energia
SETOR DE CAUSTIFICAÇÃO
� Local onde ocorre a reação da cal com o licor verde
� Regeneração do NaOH e precipitação do CaCO3.
Ca(OH)2 + Na2CO3 <--> ↓CaCO3 + 2 NaOH
� Conversão da ordem de 85-90% - reação reversível
� Regeneração do NaOH – licor branco fraco
� Precipitação do CaCO3 – forma de lama
Lavagem e concentração em filtro rotativo a vácuo
Licor branco fraco. Lama de cal com ~75% de sólidos
Setor de calcinação
SETOR DE CALCINAÇÃO
� Forno de cal
� Forno rotativo onde o CaCO3 parcialmente seco é calcinado.
� Temperatura entre 950 e 1200 oC.
� Decomposição em CaO e CO2.
� CaO gerado retorna ao setor de caustificação. 
MANEJO FLORESTAL SUSTENTÁVEL
Manejo florestal sustentável - administração da floresta para obtenção de
benefícios econômicos e sociais, respeitando-se os mecanismos de sustentação do
ecossistema.
� Atividade desenvolvida em florestas nativas e não 
homogêneas
� Realização de uma exploração planejada
� Extração de espécies previamente selecionadas
� Tratamentos silviculturais à floresta
Objetivos:
� Aumentar a produtividade da extração de madeira, reduzindo o ciclo de corte e a
área necessária.
� Preservar a biodiversidade, mantendo a qualidade da água e do ar.
� Gerar benefícios socioeconômicos.
Problemas causados pela atividade florestal:
� Extinção de espécies
� Desmatamento
� Ameaça aos povos da floresta
Conselho de Certificação Florestal 
(FSC- Forest Stewardship Council)
Formado por: ambientalistas, indústrias processadoras de madeira,
produtores florestais, populações indígenas e grupos comunitários de
25 países.
Objetivo:
Auditar as práticas de exploração florestal com base em princípios
ecológicos, econômicos e sociais.
� Ferramenta voluntária – atesta a origem da matéria-prima florestal em um produto
� Garante que a empresa ou comunidade maneja suas florestas de acordo com 
padrões: ambientalmente corretos, socialmente justos e economicamente viáveis.
Certificação nacional - Cerflor
MANEJO FLORESTAL SUSTENTÁVEL
Qual a importância da certificação para a indústria papeleira?
� Permanência no mercado
� Durabilidade do empreendimento e permanência no mesmo local
� Manutenção dos empregos da comunidade
� Oportunidade de introduzir novos produtos no mercado
� Passaporte para a modernidade e para a economia globalizada.
� Viabilização dos investimentos� Melhoria da imagem dos empresários do setor
Distingue os que operam de forma correta daqueles que estão na
ilegalidade, que agem de forma predatória ao destruir a floresta e sua
biodiversidade, o que os obriga a buscar sempre novas florestas,
mudando constantemente de lugar, sem benefício para a comunidade
local, utilizam trabalho infantil, mantém empregados sem carteira
assinada e sem equipamentos de segurança, não pagam impostos, e
assim por diante.
RECICLAGEM DO PAPEL
Tão importante quanto consumir papel de fontes certificadas, em que haja 
manejo florestal, é destiná-lo à reciclagem após a sua utilização.
Benefícios da reciclagem do papel:
• Redução do consumo de água utilizada na
produção;
• Redução do consumo de energia;
• Deixa-se de cortar árvores
Para cada tonelada de aparas (papéis 
cortados usados na reciclagem) deixa-se de 
cortar de 15 a 20 árvores!!!
� Os papéis não podem ser reciclados indefinidamente sem que haja a perda de
qualidade;
�Após cada utilização, perdem parte de sua propriedades e só podem ser
reciclados para uso menos nobre que o original;
� Existem alguns tipos de materiais que contaminam o papel, tornando-o difícil de
reciclar.
RECICLAGEM DO PAPEL
� COLETA: ocorre por cooperativas ou
catadores;
� SEPARADOS por tipos;
� VENDIDOS para “aparistas” (que
transformam o papel em aparas);
� ENFARDADOS (transformados em
fardos) e;
� VENDIDOS NOVAMENTE para as
indústrias produtoras de papel.
RECICLAGEM DO PAPEL
RECICLAGEM DO PAPEL
Trituradas em 
meio aquoso 
para a 
separação das 
fibras
Separação de 
impurezas 
como areia, 
grampos, etc.
RECICLAGEM DO PAPEL: PROCESSO
O CICLO DO PAPEL
Referências
NAVARRO, R. M. S.; NAVARRO, F. M. S.; TAMBOURGI, E. B. Estudo de diferentes processos de
obtenção da pasta celulósica para fabricação de papel. Revista Ciências & Tecnologia, Ano 1 • n. 1 •
julho-dezembro 2007.
BRACELPA - Associação Brasileira de Celulose e Papel. Setor de celulose e papel do Brasil. Disponível
em:
<http://www.bracelpa.org.br/bra/releases_bracelpa/Florestas_Plantadas_sao_referencia_mmundia_02%2
009%20_2_.pdf>Acesso em: 16 de setembro de 2011.
SHREVE, R. Norris; BRINK JUNIOR, Joseph A. Indústrias de processos químicos. 4. ed. Rio de
Janeiro: Guanabara Koogan, c1997.
CARREIRO, M. R. M. Análise Energética e Ambiental do Processamento do Licor Negro Gerado em
Fábricas de Celulose e Papel. Dissertação de mestrado. UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ.
Dezembro de 2009.
SILVÉRIO, F. O. Caracterização de extrativos de madeira de eucalyptus e depósitos de pitch envolvidos
na fabricação de celulose e papel . Universidade Federal de Minas Gerais . Belo Horizonte 2008.
Gomide, J. L. Tecnologia e Química da Produção de celulose. Universidade Federal de Viçosa.
Disponível em: http://www.celso-
foelkel.com.br/artigos/outros/Arquivo%2003%20Tecnologia_e_Quimica_da_Produ%E7%E3o_de_Celul
ose_-_P.pdf. Acesso em 19 de setembro de 2011.