x GEF119 - 7.0 Branqueamento (25)

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BRAQUEAMENTO DA POLPA CELULÓSICA
Branqueamento: etapa mais poluidora da produção de celulose
� Grande parte das indústrias utilizam o cloro elementar como agente de 
branqueamento
� Enfoque ambiental: processos que permitam a fabricação de um 
produto de alta alvura, boas propriedades de resistência, alto grau de 
limpeza e de custos competitivos, sem gerar a degradação do meio 
ambiente.
� Visando a redução de compostos organo-clorados nos seus produtos e 
efluentes, as indústrias vêm desenvolvendo novos processos para reduzir a 
carga de poluente do branqueamento
O que é branqueamento?
Branqueamento é um tratamento físico-químico aplicado à polpa celulósica 
para melhorar as propriedades da pasta, elevando sua alvura, limpeza e 
pureza química
Considerações
� A celulose e as polioses não contribuem na coloração das polpas pois 
são naturalmente brancas
� A lignina, sujeira, feixes de fibras, rejeitos, contribuem para a cor escura
� Os parâmetros usuais que medem a eficiência do branqueamento são as 
propriedades óticas da pasta (alvura, brancura, opacidade e estabilidade 
de alvura) relacionadas com a absorção ou reflexão da luz
Objetivos do branqueamento
� Atacar e remover a lignina residual
� Atacar e destruir moléculas causadoras da cor escura
� Atacar e remover/descolorir sujeiras e feixes de fibras
� Aumentar a alvura da polpa e também promover sua limpeza
Desafios do branqueamento 
Branquear e limpar a polpa por meio da remoção de substâncias que Branquear e limpar a polpa por meio da remoção de substâncias que 
absorvem luz (polpas para papel)
� com mínima danificação química e mecânica da fibra
� com mínima perda de rendimento
� com mínimo custo e impacto ao meio ambiente
� com mínima oxidação dos carboidratos
Branqueamento de pastas químicas x pastas de alto 
rendimento
Pastas químicas
�Maior parte da lignina foi removida na polpação
� Pre-branqueamento: remoção dos derivados de lignina remanescentes 
na pasta 
� Branqueamento: são aplicados agentes que modificam quimicamente as 
substâncias coloridas, descolorindo-assubstâncias coloridas, descolorindo-as
Pastas de alto rendimento
� Pastas de alto rendimento são ricas em lignina
� O branqueamento deve promover uma melhora no aspecto visual, sem 
implicar em alteração de outras características (não pode atacar a lignina, 
pois o rendimento seria muito reduzido)
� São usados reagentes que modificam quimicamente as substâncias 
coloridas, tornando as pastas mais claras
Aspectos gerais do branqueamento
Teor de lignina residual
� É usado para avaliar a intensidade de deslignificação nos estágios de pré-
branqueamento, e indicar a quantidade de reagentes para o branqueamento 
em estágios posteriores 
�Medido por meio do número Kappa, nº de permanganato e nº Roe
Efeito do branqueamento na qualidade da polpaEfeito do branqueamento na qualidade da polpa
� Durante o branqueamento ocorre degradação dos carbohidratos
paralelamente à remoção e modificação da lignina, afetando a viscosidade
� A viscosidade se relaciona com o grau de polimerização da celulose, e, 
indiretamente, com a resistência do papel
� A intensidade da degradação dos carbohidratos pode ser medida por meio 
da variação da viscosidade antes e depois do processo de branqueamento
Como medir a cor da polpa?
� Fator de refletância difusa no azul (alvura ISO) é usado para avaliar a 
qualidade óptica da pasta após o branqueamento
� Pasta celulósica é ligeiramente mais absorvente de luz azul que do resto 
do espectro. Por isso é usado o filtro para comprimento de onda de 457 nm
(azul) para medir a quantidade de luz refletida pela superfície do papel
� A absorção da luz depende da capacidade dos componentes de um 
material de absorver a energia luminosa e convertê-la em outra forma de 
energia não visível
Medidor de alvura em celulose
� O espalhamento ou reflexão da luz depende da estrutura do material e do 
índice de refração de seus componentes
Propriedade ótica de interesse: Alvura
� Alvura é a quantidade, em percentagem, de luz refletida quando uma 
luz incide sobre uma folha
� Polpas mais claras vão refletir a luz em maior intensidade
� Alta alvura representa uma polpa ou papel altamente branqueado
Luz refletida Luz incidente
Folha de papel
Tipo de papel Alvura % ISO
Impressão/cópia 80-90
Jornal 55-75
Embalagem (sacos) 25-30
Propriedades óticas da pasta celulósica
� A celulose e as polioses não contribuem na coloração das polpas enquanto 
a lignina contribui para cor escura das polpas
� Os grupos funcionais que conferem cor às substâncias são conhecidos 
como cromóforos. A maioria possui ligações insaturadas como C=O, C=C ou 
N=N, em sistemas conjugados
� Alguns grupos funcionais, como as hidroxilas (-OH), as aminas (-NH2) e os 
halogêneos (Cl, Br), não conferem cor às substâncias, porém conseguem halogêneos (Cl, Br), não conferem cor às substâncias, porém conseguem 
aumentar a absorção de um cromóforo e deslocar seu comprimento máximo 
de absorção, sendo denominados auxôcromos
� Inicialmente assumiu-se que a fonte primária de cor na polpa era a lignina. 
Mais tarde, as análises espectrais mostraram que outras estruturas possuem 
propriedades cromóforas específicas
� Os mais importantes grupos cromógenos são as carboxilas conjugadas, as 
duplas ligações e combinação de ambas
Sequência de branqueamento
� O processo de branqueamento é realizado em uma seqüência de etapas 
em que diversos reagentes são aplicados
� Na tecnologia do branqueamento, um estágio se inicia com a adição de 
um reagente à pasta e termina com a remoção dos produtos da reação 
� Os equipamentos são projetados para favorecer o contato das fibras 
com o reagente (mistura), permitindo que a reação ocorra sob condições 
adequadas (retenção, duração) e removendo os produtos formados pela 
reação (lavagem)reação (lavagem)
� O sucesso de cada etapa de branqueamento depende do controle de 
variáveis inter-dependentes, que devem ser otimizadas para cada estágio:
• Quantidade de reagentes
• Consistência
• Temperatura
• Tempo de retenção
• pH
Variáveis do processo de branqueamento
� Quantidade de reagente: é expressa em teor percentual do reagente ativo, 
relativo à massa de pasta seca. Para cada tipo de pasta e dependendo da 
alvura final desejada, existem relações que estabelecem a quantidade de 
reagentes a ser aplicada 
� Consistência: definida como o teor percentual de pasta seca, relativo à 
massa total da suspensão (solução e pasta), sendo diferenciadas três faixas de 
consistência: baixa (de 0,5 a 5%), média (de 5 a 15%) e alta (acima de 15%)
� Temperatura: a temperatura deve favorecer a reação sem consumo 
excessivo de energia (vapor). Geralmente trabalha-se entre 30 e 70°C
� Tempo de retenção: estudos da cinética da reação em conjunto com as 
demais variáveis definem o tempo de retenção. Como regra geral, ao final do 
estágio deve-se ter consumido cerca de 90% do reagente aplicado, variando o 
tempo entre 5 minutos até 4 horas.
� pH: o pH da solução indica o nível de acidez ou alcalinidade em que a 
concentração do reagente ativo é máxima, favorecendo o branqueamento
Como a polpa é branqueada?
� Os alvejantesmais comuns são oxidantes
� Na maioria dos casos esses oxidantes são eletrófilos fortes
•Mecanismo: “roubam” elétrons da lignina e de outras moléculas, 
quebrando as ligações existentes
� Apesar dos resultados serem os mesmos, os processos e a química 
envolvido no branqueamento de polpa química (kraft ou sulfito) são muito
diferentes daqueles de polpas mecânicasdiferentes daqueles de polpas mecânicas
• Polpas químicas: contém pouca lignina
• Polpas mecânicas: contém a mesma quantidade de lignina
que estava presente na madeira usada na polpação� Lignin is the main source of color in pulp due to the presence of a variety 
of chromophores naturally present in the wood or created in the pulp mill
Mecanismo químico do branqueamento
A ação dos reagentes de branqueamento, em fase líquida sobre a fibra, 
depende das seguintes etapas:
1. Difusão dos reagentes em solução, até a superfície da fibra
2. Absorção do reagente pela fibra
3. Reação química
4. Dessorção do reagente excedente da fibra
5. Difusão de produtos de reação para fora da fibra5. Difusão de produtos de reação para fora da fibra
Em outras palavras, o reagente penetra na fibra, reage, e os produtos 
são retirados. Ocorre degradação da fibra 
(Por isso, as roupas velhas vão ficando mais “finas”)
Branqueamento da polpa marrom
� Polpa marrom exibe grande variação de alvura, dependendo do processo de 
polpação e do material usado
• Polpação sulfito: produz polpa com 65% de alvura
• Polpação kraft, soda e semi-química: produz polpa com 15% de alvura
� Holocelulose: naturamente clara, não contribui para a coloração da polpa
� Lignina: grupos cromóforos são os responsáveis pela coloração� Lignina: grupos cromóforos são os responsáveis pela coloração
Duas abordagens são utilizadas no branqueamento químico de polpas:
• Químicos seletivos atacam os grupos cromóforos nas não atacam a 
lignina. Esse método promove branqueamento com alvura de ~70% e 
mantém o rendimento em polpa
• Químicos que atacam totalmente a lignina. Esse método promove
branqueamento com alvura superior a 90%, mas reduz o rendimento em
polpa
Processos de branqueamento 
menos agressivos ao meio ambiente
� Processos enzimáticos: utilizam enzimas biodegradáveis
� Processos com hipoclorito de sódio: oxidação descolore e solubiliza a 
lignina residual
� Processos com dióxido de cloro: agente oxidante de alta seletividade � Processos com dióxido de cloro: agente oxidante de alta seletividade 
da lignina e resina presentes nas pastas celulósicas 
� Processos com peróxidos: removem pouca lignina em comparação aos 
outros processos, porém visam apenas a modificação da estrutura das 
substâncias que estão presentes na massa
� Processo com oxigênio: substitui dois estágios de uma seqüência 
convencional de branqueamento e apresenta a grande vantagem de ser 
compatível com outros processos de branqueamento livres de cloro (o 
oxigênio é um reagente mais barato do que os compostos clorados)
Principais agentes químicos branqueadores
Nome Código Fórmula
Cloração C Cl2
Extração alcalina E NaOH
Hipocloração H NaClOHipocloração H NaClO
Dióxido de Cloro D ClO2
Oxigênio O O2
Peróxido de hidrogênio P H2O2
Notação dos agentes de branqueamento
Notação dos agentes de branqueamento
Sequências de branqueamento mais comuns
� A seqüência de branqueamento compreende uma série de etapas em 
que diversos reagentes são aplicados. Podem ser qualquer combinação
desses agentes
� As sequências de branqueamento mais usadas atualmente levam em
consideração a questão ambiental
� Uso de cloro elementar está em desuso nos EUA, Canadá e Europa
� Duas categorias de sequências de branqueamento são mais usadas:
• ECF - Elemental Chlorine Free (ECF emprega dióxido de cloro - ClO2)
• TCF - Total Chlorine Free (livre de dióxido de cloro)
Principais agentes químicos no branqueamento
convencional, ECF e TCF de polpas químicas
C
ECF - Elementary Chlorine Free; TCF - Total Chlorine Free 
TCF
ECF
C
Questões a serem consideradas para escolha da sequência
Tipo de polpa
• Polpas de alto rendimento: contêm a maior parte da lignina e são 
branqueadas, modificando-se a lignina, em vez de removê-la
• Polpa química: maior parte da lignina já foi removida sendo o 
branqueamento realizado por meio da remoção da lignina remanescente 
ou modificação dos grupos cromóforos
Grau de brilhoGrau de brilho
• A seqüência de branqueamento e número de estágios dependem das 
exigências de níveis de brilho
• A seqüência CEH ou DEH é suficiente para atingir até 70% de alvura 
• 4-5 estágios são necessários para alvura de 80-90% e mais estágios para 
alvura superior a 90%
Tipo de papel Alvura % ISO
Impressão/cópia 80-90
Jornal 55-75
Embalagem (sacos) 25-30
Seqüências clássicas de branqueamento
H
CEH
CEHH
CEHEH
CEHHD
ECF - Elementary Chlorine Free
DED
CEHDH
CEDED
CEHDED
CEDH
DED
DEDED
(ZD)EOPDD
ODEOPDD
TCF - Total Chlorine Free 
OAPP
OZEPY
OXZEPY
Não tem C (Cl2) 
ou H (NaClO)
Não tem C (Cl2), H
(NaClO) ou D (ClO2)
Nome Código Fórmula
Cloração C Cl2
Extração E NaOH
Hipocloração H NaClO
Dióxido de Cloro D ClO2
Oxigênio O O2 e NaOH
Peróxido de hidrog P H2O2
Hidrosulfito Y Na2S2O4
Seqüências típicas de branqueamento Kraft
� (CD)(EO)DED – comuns até 1995
� D(EOP)DED – requeridas por legislação
� OD(EOP)D – requeridas por legislação
� Cada etapa de branqueamento ocorre em uma torre
Seqüência de produção de polpa 
branqueada de alta alvura 
Nome Cod Fórmula
Cloração C Cl2
Extração alcalina E NaOH
Hipocloração H NaClO
Dióxido de Cloro D ClO2
CEHDED
Qual é a seqüência?
NaOH
Cl2
NaClOClO2NaOH
ClO2
Resumo
� Branqueamento é etapa mais poluidora da produção de celulose
� Alto consumo de água (baixos níveis de consistência exigidos)
� Sequências com ozônio, oxigênio e peróxidos permitem que os efluentes 
sejam encaminhados para a caldeira de recuperação e que o circuito seja 
fechadofechado
� Sequências que envolvem cloro vão produzir efluentes potencialmente 
poluidores
� Grupos cromóforos presentes na lignina causam coloração
� Seja ecológico: dê preferência aos papeis não-branqueados!
	Capa
	x GEF119 - 7.0 Branqueamento (24)