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ORCID:  http://orcid.org/0000-0002-2528-3516
Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Title: Utilização de resíduos dregs da indústria de papel e celulose para a produção de ligantes álcali-ativados
Alternate title (s): Investigation of the use of green liquor dregs to produce alkali-activated binders
Author: Oliveira, Cecilia Prado
First Advisor: Motta, Leila Aparecida de Castro
First member of the Committee: Costa, Eliane Betania Carvalho
Second member of the Committee: Dias, Cleber Marcos Ribeiro
Summary: A indústria do papel e celulose destaca-se por sua produção mundial. Entretanto, estima-se que são gerados cerca de 88 kg de resíduos sólidos por tonelada de papel produzida. Desse total, 4 a 20 kg por tonelada referem-se aos resíduos dregs, provenientes da etapa de recuperação química do processo de polpação Kraft. Diante disso, este trabalho avalia a produção de ligantes álcali-ativados à base de metacaulim e dregs. Os resíduos foram tratados termicamente para a obtenção de óxido de cálcio reativo, responsável pela redução da porosidade em materiais álcali-ativados. Por meio de análises térmicas e estatísticas, determinou-se que o tratamento térmico a 915 ºC por 2 h permite a descarbonatação completa dos dregs. Os resíduos calcinados nas condições estabelecidas foram caracterizados por meio das técnicas de termogravimetria, fluorescência de raios-X, difração de raios-X e granulometria a laser. Os resultados da caracterização sugerem a eficácia do tratamento térmico quanto à formação de CaO e diminuição da perda ao fogo. As propriedades dos ligantes álcali-ativados produzidos com os dregs tratados termicamente foram investigadas a partir de um planejamento composto central, que considerou as variáveis independentes referentes a: razão mássica entre ativadores e precursores nas misturas; tempo de cura das amostras; e porcentagem de substituição do metacaulim pelos dregs tratados. As pastas foram submetidas a ensaios de mini abatimento, compressão, propagação da onda ultrassônica, determinação da variação dimensional (retração ou expansão linear) e espectroscopia por infravermelho. A partir da análise de superfícies de resposta, observou-se que o acréscimo da relação ativadores/precursores e da porcentagem de dregs tratados na mistura acarreta o aumento do espalhamento e a diminuição da resistência à compressão e módulo de elasticidade dinâmico. Entretanto, destaca-se que todas as pastas apresentaram resistências à compressão superiores a 20 MPa aos 3 dias e 25 MPa aos 7 dias. Além disso, as perdas de resistência associadas ao incremento da porcentagem de dregs entre 4,05 e 15,95% para razões ativador/precursor de 0,54 e 0,66 ficaram entre 1,16 e 3,33 MPa. Desse modo, demonstra-se a viabilidade técnica da incorporação de resíduos dregs na produção de ligantes álcali-ativados, desde que associada a formulações adequadas.
Abstract: The pulp and paper industry stands out for its worldwide production. However, roughly 88 kg of solid waste are generated per ton of paper produced, from which 4 to 20 kg are green liquor dregs derived from the chemical recovery cycle in the kraft pulping process. The present study evaluates the use of green liquor dregs to produce metakaolin-based alkali-activated binders. The residues were thermally treated to obtain reactive calcium oxide, which is known for its porosity-reducing effects in alkali-activated materials. It was determined by thermal and statistical analysis that calcination at 915 ºC for 2 h causes decarbonation of calcite in the residues. Green liquor dregs calcined at these conditions were characterized by thermogravimetry analysis, X-ray fluorescence, X-ray diffraction and laser granulometry. The results suggest that thermal treatment was efficient in terms of CaO formation and loss on ignition reduction. The evaluation of binders produced with thermally treated green liquor dregs was based on a central composite design that considered three variables: the mass ratio of activator/precursor; curing time; and metakaolin substitution percentage for thermally treated dregs. Tests of mini-slump, compression, ultrasonic wave transmission, determination of length change and infrared spectroscopy were conducted. By response surface methodology, it was determined that increasing activator/precursor ratio and percentage of dregs causes an increase in the spread of pastes and a decrease in its compressive strength and dynamic modulus of elasticity. However, it is noteworthy that the compressive strength of all mixtures was superior to 20 MPa at 3 days and 25 MPa at 7 days. Also, the decrease in strength ranged between 1.16 and 3.33 MPa when increasing GLD percentage from 4,05 to 15,95% in mixtures with activator/precursor mass ratio of 0.54 and 0.66. These factors indicate that using green liquor dregs to produce alkali-activated binders is feasible, if associated with proper formulations.
Keywords: Ligantes álcali-ativados
Dregs
Resíduos
Tratamento térmico
Geopolímero
Alkali-activated binders
Dregs
Solid waste
Thermal treatment
Geopolymer
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL
Subject: Engenharia civil
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil
Quote: OLIVEIRA, Cecilia Prado de. Utilização de resíduos dregs da indústria de papel e celulose para a produção de ligantes álcali-ativados. 2023. 114 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2023. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2023.242.
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2023.242
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/39071
Date of defense: 18-Aug-2023
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