Optimisation of the high temperature chlorine dioxide bleaching stage for eucalyptus kraft pulp

Este estudo teve como principal objetivo otimizar as variáveis operacionais (pH, fator kappa, tempo e temperatura) do primeiro estágio de branqueamento de polpa celulósica de eucalipto com dióxido de cloro, realizado em alto tempo/temperatura (DHT), tendo como base a seqüência de três estágios DEopD. Teve também como objetivo comparar os desempenhos de quatro tratamentos de pré-branqueamento de polpa kraft-O2 de eucalipto, a saber: (1) estágio ácido em alta temperatura seguido de estágio de dióxido de cloro convencional, com lavagem intermediária da polpa (AD); (2) estágio ácido seguido de estágio de dióxido de cloro em alta temperatura, sem lavagem intermediária da polpa (A/D); (3) estágio de dióxido de cloro em alta temperatura (DHT); e (4) estágio de dióxido de cloro convencional (D) - referência. O desempenho dos vários tratamentos foi medido ao final do branqueamento da polpa a 90% ISO, pela comparação das seqüências ADEop(DnD), A/DEop(DnD), DHTEop(DnD) e DEop(DnD). As condições mais adequadas para operar o estágio DHT incluem fator kappa entre 0,18 e 0,26, p de 3-4, temperatura de 95 °C e 90-120 minutos. de reação. Quando operado nessas condições, o estágio DHT é mais eficiente para deslignificar a polpa, porém apresenta menor seletividade e menor eficiência de alvejamento em relação ao estágio D convencional (60°C, 30 min) operado no mesmo pH e fator kappa. O pH de operação do estágio DHT independe do tempo e da temperatura de reação, estando o valor ótimo na faixa de 3-4. O alto tempo/temperatura utilizado no estágio DHT reduz a formação de OX e metais na polpa e de AOX e oxalato no filtrado. O estágio DHT melhora a estabilidade de alvura da polpa branqueada e resulta numa economia global de ClO2 da ordem de 10-12%, reduzindo o custo do branqueamento em cerca de 7%; no entanto, ele reduz o rendimento global do branqueamento (~1%) e a viscosidade (~14%), o teor de xilanas (~2%) e o teor de AHex´s (~18%) da polpa branqueada. Também aumenta a carga orgânica do efluente de branqueamento. O estágio DHT não afeta as propriedades físicas da polpa branqueada, mas aumenta o requerimento de energia no refino (~18%). Numa avaliação geral, o estágio (DHT) é mais atrativo que o estágio D convencional, uma vez que reduz o custo total do branqueamento sem prejudicar a qualidade da polpa, além de minimizar a geração de compostos organoclorados. Na comparação entre as tecnologias AD, A/D, DHT e D, verificou-se que a ordem de eficiência entre elas é AD > A/D = DHT > D. Embora não haja diferença de eficiência entre A/D e DHT, a primeira apresenta maior seletividade. A tecnologia AD é a mais eficiente, pois resulta numa economia de dióxido de cloro três vezes maior que a das tecnologias A/D e DHT, além de produzir polpas com maior viscosidade. Deve ser ressaltado, no entanto, que as tecnologias A/D e DHT eliminam um estágio de branqueamento em relação à AD e permitem o branqueamento até 90% ISO numa seqüência de três estágios, que tem sido a tendência nos últimos anos para minimizar o investimento de capital.The objective of this study was to optimise the operational conditions (pH, kappa factor, time and temperature) of the first chlorine dioxide bleaching stage operated with a long period of time and a high temperature (DHT), using a 3-stage (DEopD) bleaching sequence as a reference. It was also the objective of the study to compare the performance of four different pre-bleaching treatments for eucalyptus kraft-O2 pulp, namely: (1) hot acid stage followed by conventional chlorine dioxide stage with inter-stage washing (AD); (2) hot acid stage followed by hot chlorine dioxide stage without inter-stage washing (A/D); (3) chlorine dioxide stage at long time and high temperature (DHT); and (4) conventional chlorine dioxide stage (D) - reference. The various treatment performances were assessed at 90% ISO brightness by comparing the sequences ADEop(DnD), A/DEop(DnD), DHTEop (DnD) and DEop(DnD). The most suitable conditions to operate the DHT stage include kappa factor between 0.18 and 0.26, 3-4 pH, 95°C, and 90-120 min. When operated under these conditions the DHT stage shows higher delignification efficiency and lower selectivity and brightening action in relation to a conventional D stage (30 min, 60 °C) for similar kappa factor and pH values. The DHT stage time and temperature does not significantly affect the optimum pH of this stage which seems to be in the range of 3-4. The high temperature and time used in the DHT stage decreases the metals content and OX formation in the pulp. It also decreases the oxalate and AOX contents in the filtrates. The DHT stage results in improved pulp brightness stability and decreased chlorine dioxide requirement by 10-12%, thus decreasing bleaching costs by about 7%. On the other hand, it decreases overall bleaching yield (~1%), viscosity (~14%), pulp xylan (~2%) and HexA´s (~18%) contents. It also increases effluent organic load. Furthermore, the DHT stage increases refining energy requirement although it has no significant impact on pulp strength properties. In general, the DHT stage is more attractive than the conventional one because it decreases overall bleaching costs and the generation of chlorinated organics, without penalising pulp quality. The comparison among the technologies AD, A/D, DHT and D showed the following order of efficiency: AD>A/D=DHT>D. Although the A/D and DHT efficiencies are similar, A/D technology is more selective. The AD stages shows to be the most attractive technology to bleach eucalyptus pulp because it saves three times as much chlorine dioxide as the A/D and DHT. Moreover, it producing pulps with higher viscosities. It should be noted that the A/D and DHT technologies save one bleaching stage in relation to the AD one and still allow for the achievement of 90% ISO brightness pulp in a less capital intensive three bleaching stage sequence.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superio