Calcium effect on the Kraft pulp delignification of Eucalyptus dunnii, Eucalyptus globulus and Eucalyptus grandis

Abstract

Previous studies indicate that in Populus tremula and Betula pendula the cooking process could be affected by calcium content. It is suggested that calcium ions decrease Kraft delignification rate by formation of calciumlignin interaction, which lead to decrease solubility of lignin during the process. In Eucalyptus globulus, formation of different bindings between calcium and substances released from this species during Kraft cooking delignification is exposed as explanation for the absence or reduction of the calcium effect. The Eucalyptus genus in Uruguay is considered a heavy consumer of soil nutrients due to its high growing rate, even though appreciable variations in nutrient content exists between different Eucalyptus species and within the same species. This work studies the calcium effect on Kraft delignification in five Eucalyptus dunnii, four Eucalyptus globulus and three Eucalyptus grandis of different age, soil type and geographical Uruguayan areas, and determines the content of calcium and phosphorus in wood, pulp and black liquor. Results suggest that there is a detrimental influence of calcium on the performance of the Kraft process in the Eucalyptus genus since higher wood calcium content gives lower yield at constant Kappa number, and higher Kappa number and lower ISO brightness at constant cooking conditions. Important differences among species were found in wood calcium content, E. dunnii presented higher values and a wider range than E. globulus and E. grandis, so the calcium detrimental effect in Kraft process is clearer observed in E. dunnii samples. Moreover three Eucalyptus samples were chosen to perform an acid leaching previous Kraft process, in order to compare the cooking behavior with and without metals extraction, these results indicate that not appear to be this procedure a suitable way to remove calcium from Eucalyptus wood, at least for samples used in this work and especially in cases with high wood calcium content.

Estudios previos indican que en Populus tremula y Betula pendula el proceso de cocción puede ser afectado por el contenido de calcio. Se sugiere que los iones de calcio disminuyen la tasa de delignificación en la cocción Kraft debido a la formación de interacciones calcio-lignina, las cuales llevan a la disminución de la solubilidad de la lignina durante el proceso. En Eucalyptus globulus, la formación de diferentes enlaces entre el calcio y sustancias liberadas por esta especie durante el proceso de delignificación Kraft es expuesto como la explicación para la ausencia o reducción del efecto calcio. El género Eucalyptus en Uruguay es considerado un gran consumidor de nutrientes del suelo debido a su alta tasa de crecimiento, aunque existen apreciables variaciones en el contenido de nutrientes entre diferentes especies de Eucalyptus y dentro de la misma especie. Este trabajo estudia el efecto del calcio en la delignificación Kraft en cinco Eucalyptus dunnii, cuatro Eucalyptus globulus y tres Eucalyptus grandis de diferentes edades, tipos de suelos y áreas geográficas del Uruguay, y determina el contenido de calcio y fósforo en madera, pulpa y licor negro. Los resultados sugieren que hay una influencia perjudicial del calcio en la performance del proceso Kraft en el género Eucalyptus desde que contenidos de calcio en madera más altos dan rendimientos más bajos a número de Kappa constante, y números de Kappa más altos y grados de blanco más bajos en condiciones de cocción constantes. Fueron encontradas importantes diferencias en el contenido de calcio en madera entre las especies, E. dunnii presentó valores más altos y rango más amplio que E. globulus y E. grandis, por lo tanto el efecto perjudicial del calcio en el proceso Kraft es observado más claramente en las muestras de E. dunnii. Por otra parte tres muestras de Eucalyptus fueron elegidas para realizar una extracción ácida previa al proceso Kraft, en orden de comparar el comportamiento en la cocción con y sin extracción de metales, estos resultados indicaron que no parece ser este procedimiento una manera adecuada para remover el calcio de la madera de Eucalyptus, al menos para las muestras utilizadas en este trabajo y especialmente en los casos con alto contenido de calcio en madera.