Geopolimerização de cinzas e dregs da indústria da pasta de papel

Abstract

A produção de pasta de papel é uma atividade industrial relevante no nosso país, com impacte ambiental ao nível da geração de resíduos, pelo volume envolvido mais do que pela sua perigosidade. Lamas do tratamento de efluentes, borras e lamas do circuito de recuperação de reagentes químicos, cinzas e areias da combustão de biomassa, são os principais resíduos industriais gerados, cuja reciclagem é ainda hoje muito incipiente. A geopolimerização ou ativação alcalina pode constituir uma forma de processar alguns daqueles resíduos, gerando argamassas ou betões de reduzido desempenho estrutural. Para além da matriz sólida, constituída por cinzas volantes e por insolúveis removidos do licor verde (dregs), também o efluente alcalino gerado no processo industrial foi aqui testado como ativador da reação de endurecimento. Como referência, prepararam-se formulações com hidróxido e silicato de sódio como agentes de ativação de metacaulino. Para tal, fez-se uma caracterização dos materiais, com determinação da composição química e mineralógica e da distribuição granulométrica das partículas. Avaliou-se também o pH do efluente recolhido em pontos distintos do processo. Testaram-se cinzas volantes de duas caldeiras distintas, uma que utiliza biomassa residual do processo (essencialmente casca e nós de eucalipto) enquanto a segunda processa resíduos diversos recolhidos no exterior. Apesar dos riscos de não obter produtos de elevado desempenho, assumiram-se condições de processamento próximas da situação de laboração industrial. Os componentes sólidos foram essencialmente usados na condição em que são gerados e a cura das amostras foi efetuada a 40ºC. As amostras processadas foram caracterizadas em termos de composição mineralógica, propriedades físicas (densidade, porosidade e absorção de água), resistência à compressão e condutividade térmica. Avaliou-se também o tempo de presa das misturas. A lixiviação de cloretos das amostras curadas, bem como o seu potencial de absorção de chumbo em solução aquosa complementaram as determinações. De uma forma geral os materiais processados possuem resistência mecânica modesta, incrementada quando se operou cominuição dos componentes sólidos, o que limita a sua utilização em funções estruturais. Em simultâneo, a baixa densidade relativa das amostras é compatível com as características de isolamento térmico. De interesse é também a capacidade de retenção de chumbo, a perspetivar possíveis utilizações em descontaminação ambiental, comuns nos zeólitos.

The production of paper pulp is an important industrial activity in our country, with environmental impact in terms of wastes generation. This is basically a consequence of the large volume produced, since in general the hazardousness is low. Sludge from wastewater treatment, dregs and sludge from the recovery circuit chemical reagents, fly ash and sand from biomass burning in fluidized bed combustors are the main generated wastes, whose recycling is still incipient. The geopolymerization or alkaline activation may be a way to process part of those wastes, generating mortars or concretes. Particularly, fly ash and insoluble components removed from the green liquor (dregs) might constitute the solid matrix, while the alkaline effluents might be tested as the activator solution. For sake of comparison, reference formulations were prepared by using sodium hydroxide and sodium silicate as activators of commercial metakaolin powder. The work firstly involved the characterization of materials, covering chemical and mineralogical compositions and particle size distribution. The liquid effluent was collected at distinct points of the liquor recovering process and its pH was measured, together with the concentration of relevant chemical elements. Fly ash was collected from two separate boilers: (i) one that basically burns bark and undigested eucalyptus wood; (ii) used to process varied biomass wastes collected outside. Despite the risks of producing materials showing properties that are far from ideal, namely in terms of mechanical strength, the selected processing conditions were kept as simple as possible. For example, the solid components were used essentially in the as-received condition, while samples cure was performed at 40°C. The processed samples were characterized in terms of mineralogical composition, physical properties (density, porosity and water absorption), compressive strength and thermal conductivity. We also evaluated the setting time of the mixtures. The concentration of chlorides leached out from cured samples was determined, as well as the absorption of lead from aqueous solution. In general processed materials show modest mechanical resistance, but the simple sieving of fly ash and the exclusive use of the finer fraction might improve the strength. Simultaneously, the low relative density of the samples is consistent with their thermal insulation characteristics. Also of interest is the lead retention capacity shown by the monoliths, envisaging possible uses in environmental decontamination, as is common with zeolites.