Optimizing of oxygen delignification and conventional and bleaching of eucalyptus dissolving pulp

A demanda na produção de polpa para dissolução ou polpa solúvel tem aumentado na última década e muitas fábricas de Celulose e Papel estão convertendo suas operações para produzir polpa para dissolução. Um dos fatores que diferencia a polpa para dissolução da polpa para fabricação de papéis é o seu alto teor de alfa celulose e baixos teores de hemiceluloses, lignina e cinzas. Além disso, polpa para dissolução apresenta baixa polidispersividade, elevada alvura e alta reatividade a reagentes químicos específicos. A quantidade e os diferentes tipos de hemiceluloses é a variação química mais significante e tem um impacto na processabilidade e qualidade do produto final. Atualmente as técnicas para produção de polpa solúvel são: (1) pré-hidrólise kraft, que consiste em pré-hidrólise dos cavacos com água ou vapor antes do cozimento kraft, e (2) cozimento sulfito ácido. Em ambos os casos, hemiceluloses são despolimerizadas e solubilizadas, e é possível alcançar alto teor de alfa-celulose, sendo a cristalinidade também afetada. O Brasil possui um papel de destaque no cenário mundial de produção de polpa celulósica, destacando-se como o quarto maior produtor deste produto, no entanto, a produção de polpa para dissolução é ainda reduzida. Tendo em vista a demanda de mercado para polpa solúvel e pouco conhecimento relativo à sua produção a partir da madeira de eucalipto é que foi realizado este trabalho. O objetivo foi aperfeiçoar a deslignificação com oxigênio e o branqueamento de uma polpa pré-hidrólise kraft de Eucalyptus spp. por meio de sequências isentas de cloro elementar (ECF) e convencionais, visando obter polpa solúvel com os padrões de qualidade desejados pelo mercado. Os principais resultados desse trabalho foram: (1) o branqueamento de polpa solúvel (grau viscose) foi viável com sequências ECF ou convencionais, atingindo-se os padrões de qualidade exigidos para esse tipo de polpa, exceto pelo conteúdo mineral; (2) recomenda-se a deslignificação intensiva com oxigênio a fim de se ter flexibilidade no controle do número kappa e, especialmente da viscosidade da polpa; (3) o branqueamento da polpa solúvel é perfeitamente viável pela sequência ECF de três estágios D(EP)D, com a qual se consegue alvuras de 92% ISO; (4) a aplicação da sequência ECF de quatro estágios D(EP)DP pode ser interessante já que a etapa final de peróxido permite abaixamento da viscosidade (pH final 10 e 11) e do nível de OX da polpa branqueada; (5) a aplicação da sequência convencional D(EH)DP produz resultados muito satisfatórios de branqueamento e de qualidade da polpa (ótimo controle de viscosidade pelo controle do pH final da etapa EH); (6) o uso de uma etapa quelante ao final do branqueamento, em sequências tais como D(EP)DPQ e D(EH)DPQ reduz significativamente os teores de cinzas, ferro e cálcio da polpa solúvel, porém essa etapa só é recomendada se o teor desses minerais estiverem acima dos limites desejáveis quando da operação industrial, já que ele não agrega qualquer outro valor; (7) não se recomenda o uso do cloro elementar no primeiro estágio de branqueamento em sequências tais como (DC)(EP)DP ou (DC)(EH)DP; e (8) nas sequências D(EH)DP e D(EH)DPQ não se recomenda operar o estágio D0 em pH < 1,7 por resultar polpa com viscosidade abaixo do limite mínimo.The demand for the dissolving pulp production has increased in the last decade and many pulp mills are adjusting their operations to produce it. One important parameter which differentiates the dissolving pulp from paper pulp is its high content of alpha cellulose and low levels of hemicelluloses, lignin and ash. Moreover, dissolving pulp is also characterized by low polydispersity, high brightness and reactivity to chemical reagents specific. The amount and different types of hemicelluloses is the most significant chemical trait of such pulps and has an impact on processability and final product quality. Currently, techniques for the production of soluble pulp are: (1) prehydrolysis kraft, which consists of chips prehydrolysis with water or steam before of the kraft cooking, and (2) acid sulphite cooking. In both cases, hemicelluloses are solubilized and depolymerized, and it is possible to achieve high content of alpha cellulose, being the crystallinity also affected. Brazil has a huge potential for pulp paper production, being the fourth largest producer in the world; however, the production of dissolving pulp is limited. The demand for dissolving pulp is growing and the knowledge regarding its production from eucalypt is scarce. This work aimed at optimzinge the oxygen delignification and bleaching steps for a prehydrolysis kraft dissolving pulp from Eucalyptus spp. using elemental chlorine free (ECF) and conventional sequences, to attain desirable market qualities. The main findings of this work were: (1) dissolving pulp bleaching (viscose grade) was feasible by using conventional and ECF sequences, reaching the quality required for this type of pulp, except for mineral content, (2) it is recommended the intensive oxygen delignification in order to have flexibility in controlling the kappa number and especially the pulp viscosity; (3) the dissolving pulp bleaching sequence is perfectly feasible using a ECF sequence with three stages, D(EP)D, which achieved 92% ISO of brightness; (4) using the ECF sequence with the four stage D(EP)DP, may be interesting due to the final peroxidation which deliver a lower viscosity (final pH 10), and low OX level of the bleached pulp; (5) the application of the conventional sequence D(EH)DP produced very satisfactory bleaching results, and good pulp quality (excellent viscosity control by controlling the final pH of the (EH) stage; (6) the use of a chelation stage at the end of the bleaching, in sequences such as D(EP)DPQ and D(EH)DPQ reduced the ash, iron and calcium pulp content, but this step is only recommended if the concentration of these minerals are out of the specification for the dissolving pulp; (7) it is not recommend the use of elemental chlorine in the first stage of bleaching sequences such as (DC)(EP)DP or (DC)(EH)DP; and (8) in the sequences D(EH)DP e D(EH)DPQ it is not recommend operating the D0 stage at pH < 1.7 due to the pulp quality fall under the limit