Valorization of solid wastes from cellulose and paper industry

Abstract

This thesis reports in detail studies of industrial solid wastes valorization as alternative raw materials. All tested wastes are classified as non-hazardous and are generated in the pulp and paper process, including primary sludge, dregs, grits, lime mud and bottom ash (this generated in a process that occurs in parallel to the production of cellulose, whose aim is the production of energy to supply the plant through the combustion of forest biomass in fluidized bed). A detailed general characterization was performed at each waste and according to their characteristics, they were selected some applications in materials with potential use, specifically in Fibercement, Bituminous Mixture for regularization layer and industrial mortars (rendering mortars and cementitious-adhesive). After decided to application each waste was specifically tested to proceed the setting up of formulations containing different content of waste in replacement of the raw conventional material. As an isolated case, the bottom ash was tested not only as an alternative raw material for construction materials, but also it was tested for its use in fluidized bed in which the waste is generated as raw material. Both dregs and bottom ash had undergone special treatment to make possible to obtain a better quality of waste in order do not compromise the final product characteristics and process. The dregs were tested in bituminous mixtures as received and also washed (on the laboratory scale to remove soluble salts) and bottom ash were washed and screened in industrial scale (for removal of soluble salts, especially chlorides and coarse fraction particles elimination - particles larger than 1 mm size). The remaining residues form used in such as received avoiding additional costs. The results indicated potential and some limitations for each application to the use of these wastes as alternative raw material, but in some cases, the benefits in relation to valorization overlap with its limitations in both aspects, environmental and economic.

O presente trabalho reporta detalhadamente estudos de valorização de resíduos sólidos industriais como matérias-primas alternativas. Todos os resíduos testados são classificados como não perigosos e são gerados no processo de produção de celulose (pasta) e papel, nomeadamente lamas primárias, dregs, grits, lamas de carbonato e cinzas de fundo, estas geradas num processo que ocorre em paralelo à produção de celulose, cujo objectivo é a produção de energia para abastecimento da fábrica através da combustão de biomassa florestal em leito fluidisado. Uma caracterização geral minuciosa foi realizada a cada resíduo e de acordo com as suas características, seleccionaram-se três aplicações em materiais com potencial de utilização: Fibrocimento, Mistura betuminosa para camada de regularização e argamassas industriais (reboco de projecção e cimento-cola). Após o devido enquadramento do resíduo e aplicação, cada resíduo foi caracterizado especificamente para que se procedesse a definição de formulações contendo diferentes percentuais de resíduos em substituição da matéria-prima convencional. Como um caso isolado, as cinzas de fundo foram testadas, não somente como matéria prima alternativa em materiais de construção, como também testou-se a sua reutilização em leito fluidisado no qual o resíduo é gerado. Tanto os dregs como as cinzas de fundo passaram por um tratamento específico para que fosse possível obter uma melhor qualidade do resíduo com o objectivo de não comprometer as características do produto final e processo. Os dregs foram testados em base tal e qual e lavados em escala laboratorial (para remoção de sais solúveis) e as cinzas de fundo foram lavadas em escala industrial (para remoção de sais solúveis, nomeadamente cloretos) e crivadas em escala laboratorial e industrial para eliminação da fracção grosseira do resíduo (partículas de dimensão superior a 1 mm). Os demais resíduos formam usados em base tal e qual, evitando assim custos adicionais. Os resultados obtidos em cada aplicação indicam potencialidades e limitações relativamente ao uso desses resíduos como matéria-prima alternativa, porém em alguns casos, as vantagens relativamente a valorização se sobrepõem às suas limitações, tanto nos aspectos ambientais, como económicos.