Valorização de resíduos da indústria de celulose por geopolimerização

Abstract

A gestão dos resíduos industriais, os quais são gerados continuamente e em grandes quantidades, perante uma legislação ambiental exigente é uma preocupação pelo que a procura de soluções tornou-se um desafio da atualidade. Assim, este trabalho teve como propósito o desenvolvimento de materiais alternativos e sustentáveis a partir de resíduos provenientes da indústria da pasta do papel, de forma a minimizar os impactos ambientais e preservar os recursos naturais. A geopolimerização ou ativação alcalina foi a técnica adotada para a valorização dos resíduos, uma vez que permite o aproveitamento e escoamento destes resíduos industriais que aportam particularidades, como a elevada alcalinidade e o considerável teor em silício e alumínio. Os resíduos estudados foram as cinzas volantes (CTB e CA5) resultantes da cogeração de energia, os dregs originados no circuito de recuperação química, as lamas primárias provenientes do tratamento primário de efluentes líquidos e o efluente alcalino originário da produção da pasta crua. Numa primeira fase caracterizaram-se os materiais e, em seguida, procedeu-se ao processamento dos geopolímeros a partir de várias misturas de resíduos utilizando o hidróxido de sódio como ativador. As amostras processadas foram caracterizadas em termos das suas propriedades, nomeadamente resistência mecânica, densidade, porosidade, condutividade térmica, etc. Também se efetuaram ensaios de filtração, de lixiviação e de imersão em meio ácido de forma a avaliar possíveis aplicações para os geopolímeros obtidos. O uso de diferentes condições de processamento permitiu concluir que a ativação alcalina é influenciada por inúmeros parâmetros, em particular pelas condições de cura (temperatura), ativador (tipo e concentração), granulometria das matérias-primas e razões molares entre os vários óxidos. As baixas resistências mecânicas alcançadas limitam a utilização dos geopolímeros processados neste trabalho a aplicações não estruturais. Em contrapartida, possuem propriedades que permitem ponderar a sua aplicação como material de isolamento térmico e em sistemas de tratamento por filtração pois possuem baixa condutividade térmica e uma excelente capacidade de absorção de chumbo e de fixação de espécies tóxicas como o cádmio, chumbo e crómio.

The management of industrial wastes, which are generated continuously and in huge quantities due to increasingly demanding environmental legislation, is a major concern, and hence the search for solutions is a current challenge. This study aimed to develop alternative and sustainable materials from pulp paper industry wastes, in order to minimize environmental impact and preserve natural resources. Geopolymerization, or alkaline activation, was the technique adopted for the waste valorization, since it allows the use and disposal of industrial waste that has particular features, such as high alkalinity and considerable silicon and aluminum content. The studied residues were fly ash (CTB and CA5) from energy cogeneration, solid residue from the chemical recovery circuit, primary sludge from wastewater primary treatment and an alkaline effluent originating from the production of unbleached pulp paper. Initially the materials were characterized, and then the geopolymers were processed from various mixtures of wastes, using sodium hydroxide as activator. The properties of the processed samples were evaluated, namely their mechanical strength, density, porosity, thermal conductivity, etc. In order to assess possible applications for the resulting geopolymers, they were subjected to various tests, such as, filtration, leaching and immersion in acid. The use of different processing conditions showed that the alkaline activation is influenced by several parameters, in particular the curing conditions (temperature), activator (type and concentration), particle size of the raw materials, and the molar ratios between the various oxides. The geopolymers processed in this work have low mechanical strength values, so their use is limited to non-structural applications. In contrast, they have low thermal conductivity and an excellent capacity for lead absorption, and the fixing toxic of species such as cadmium, lead and chromium, suggesting applications as thermal insulation materials and in filtration treatment systems.