O lignossulfonato de sódio é um subproduto do processo de polpação com sulfito. É o derivado de lignina mais comercializado no mundo, que representa mais de 90% do mercado de lignina. É um pó ou líquido castanho com excelente solubilidade em água e é amplamente utilizado em várias indústrias, incluindo construção, agricultura e mineração.
Para explorar a possibilidade de substituir os actuais produtos químicos sintéticos, está a ser investigado o seu potencial para o desenvolvimento sustentável. De seguida, serão explicados os conhecimentos básicos e as aplicações industriais.
1. O que é o lignossulfonato de sódio?
O lignossulfonato de sódio (fórmula química C2OH24Na2O1OS2, número de registo CAS 8061-51-6) é um tipo de polímero polielectrólito aniónico. Os seus pesos moleculares variam entre 1.000 e 140.000 Da, o que depende das fontes de madeira e das condições de processamento. Apresenta-se como um pó ou líquido castanho a preto, com a viscosidade a aumentar com a concentração. Serve principalmente como dispersante, aglutinante e emulsionante.
O grupo Sulfo (-SO3一) é carregado negativamente; pode ser adsorvido na superfície de uma partícula carregada positivamente, o que pode impedir a agregação de partículas. Este é o princípio de funcionamento da sua função como dispersante, e é também a base química da aplicação geral em indústrias como o betão, cerâmica e mineração.
A lignina comum não é solúvel em água, e o lignossulfonato de sódio torna-se solúvel em água devido à adição do grupo Sulfo. Expande muito o âmbito de aplicação devido à conveniência e à utilização sem solventes.
2. Qual é a origem do lignossulfonato de sódio?
O lignossulfonato de sódio provém da solução residual do processo de polpação com sulfito. Após o processamento a alta temperatura e alta pressão pela fábrica de papel, utilizando ácido sulfuroso e sulfito, a celulose é extraída da madeira, e uma grande quantidade de lignossulfonato de sódio é deixada na solução residual. O produto final pode ser fabricado após concentração e purificação. As matérias-primas são principalmente madeiras macias (como o abeto e o pinheiro) e madeiras duras, e cerca de 7 milhões de toneladas de lignossulfonato de sódio são produzidas anualmente com estas matérias-primas.
Para além do lignosulfonato de sódio, a hemicelulose, os açúcares e outras matérias orgânicas também permanecem na solução residual. A fábrica moderna irá extrair etanol e cultivar levedura a partir da solução de resíduos, o que pode utilizar totalmente a solução de resíduos e alcançar zero resíduos.
A China é o maior produtor mundial de lignossulfonato de sódio. A principal matéria-prima é a solução de resíduos de uma fábrica de papel, embora algumas fábricas possam também produzir a partir de lenhina Kraft utilizando o método de pós-sulfonação, devido à grande procura do mercado.
3. Quem inventou o lignossulfonato de sódio?
Em 1867, um americano chamado Benjamin Tilghman solicitou uma patente para o processo de polpação com sulfito em Filadélfia, nos Estados Unidos. Diz-se que a inspiração veio da observação do amolecimento da madeira depois de mergulhada em água com enxofre. Esta descoberta lançou as bases para a moderna indústria de pasta de sulfito e papel.
Em 1874, um engenheiro químico sueco chamado Carl Daniel Ekman comercializou esta tecnologia, com o estabelecimento da primeira fábrica de papel de sulfito. O Lignossulfonato de Sódio, como subproduto desta tecnologia, é tratado como resíduo a ser descarregado diretamente e polui os rios.
Os investigadores começaram a investigar o valor comercial da solução de resíduos até ao século XX. Devido ao endurecimento das regulamentações ambientais, as fábricas são forçadas a encontrar uma forma de tratar a solução residual, o que acaba por descobrir a aplicação geral do lignossulfonato de sódio.
4. Tipos de lignossulfonato de sódio
O lignossulfonato pode combinar-se com diferentes catiões, como o sódio (Na⁺), o cálcio (Ca2⁺), o magnésio (Mg²⁺) ou o amónio (NH₄⁺). O Lignossulfonato de Sódio é uma combinação de Lignossulfonato e sódio. É comumente visto no mercado com excelente solubilidade em água e uma ampla gama de aplicações. A solubilidade em água do lignossulfonato de cálcio é menor, mas o custo é relativamente razoável. O lignossulfonato de magnésio é utilizado para determinados fins específicos.
Quando o lignossulfonato de sódio é categorizado por forma física, o pó seco representou aproximadamente 58% da produção global em 2024. A sua principal aplicação é o aditivo para betão. A forma líquida representou 42%, e é usada principalmente na alimentação animal agrícola. Quando o lignossulfonato de sódio é classificado de acordo com a pureza, o grau padrão é usado na construção e na agricultura, e o grau refinado é usado na alimentação animal e na indústria alimentar, enquanto os graus de alta pureza são usados em produtos farmacêuticos e produtos químicos finos.
É importante prestar atenção ao teor de humidade, ao valor do pH (normalmente 8-11) e ao teor de açúcar redutor do pó seco durante a aquisição, uma vez que estes indicadores afectam o desempenho da aplicação do betão. As especificações do produto podem variar significativamente entre diferentes fornecedores, pelo que se recomenda que se peça uma ficha de dados técnicos (FDT) preenchida.
5. Como é produzido o lignossulfonato de sódio?
Existem várias etapas no processo de fabrico:
As aparas de madeira são colocadas num digestor embebido numa solução de ácido sulfuroso a uma temperatura de 130-160°C e pH 1,5-5 durante 4-14 horas. |
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A lenhina está a ser sulfonada e os grupos hidrofílicos de ácido sulfónico são induzidos e tornam-se solúveis em água. |
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A solução residual que contém 50-60% de sólidos secos de lignossulfonato é processada por concentração evaporativa, ultrafiltração e purificação por permuta iónica. |
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O produto final em pó é obtido após secagem por pulverização. |
A chave para toda a produção é o processo de sulfonação, que converte a Lignina hidrofóbica em hidrofílica, e é a fonte fundamental de todas as funções do Lignossulfonato de Sódio.
Algumas fábricas podem aplicar o processo de sulfonação à lenhina Kraft, reagindo o formaldeído com sulfito de sódio a altas temperaturas. Este processo pode produzir produtos com estruturas ligeiramente diferentes, mas com funções semelhantes. Este método torna-se cada vez mais importante, uma vez que a disponibilidade global de lenhina Kraft excede largamente a do processo de sulfito.
6. Aplicações do lignossulfonato de sódio
A principal utilização do lignossulfonato de sódio é no sector da construção, que representa 40% do consumo global. Como agente redutor de água para betão, o lignossulfonato de sódio pode reduzir o consumo de água em 12%. Pode melhorar a resistência e a durabilidade, e também retardar o tempo de presa. Em 2024, este aditivo é utilizado em cerca de 220 milhões de toneladas de betão. Para além da indústria da construção, a agricultura é responsável por cerca de 25%, enquanto 20% de lignossulfonato de sódio são utilizados na indústria metalúrgica e mineira.
No sector da agricultura, o lignossulfonato de sódio é utilizado como aglutinante de pellets para alimentação animal, condicionador do solo e agente fertilizante de libertação lenta. No sector dos metais e mineiro, é utilizado como aglutinante para pós minerais e aditivo para fluidos de perfuração. Além disso, os produtos refinados de lignossulfonato de sódio são aprovados pela FDA para serem utilizados em materiais de contacto com alimentos e rações para animais.
As aplicações emergentes estão também a desenvolver-se rapidamente. O lignossulfonato de sódio está atualmente a ser investigado como aditivo para eléctrodos na indústria de baterias de chumbo-ácido, o que pode melhorar o desempenho de carga e descarga. Pode também ser tratado como um adsorvente de metais pesados no tratamento de águas residuais, que pode remover metais pesados como o chumbo ou o cádmio das águas residuais a um custo relativamente baixo.
7. Vantagens do lignossulfonato de sódio
Em comparação com o redutor de água sintético, como o superplastificante de policarboxilato (PCE), o custo do lignossulfonato de sódio é de cerca de $50 por tonelada, que é apenas um décimo do custo do PCE. O desempenho é mais do que suficiente para a construção geral. O redutor de água sintético só é necessário em edifícios altos ou em betão de alto desempenho.
As outras vantagens incluem a excelente solubilidade em água e a conveniência de utilização. Além disso, é amigo do ambiente, pois é biodegradável e renovável, uma vez que é um subproduto de uma fábrica de papel. O lignossulfonato de sódio também é multifuncional, pois pode ser aplicado em vários sectores. Pode ser utilizado como conservante devido às suas propriedades antibacterianas naturais.
Uma das limitações do Lignossulfonato de Sódio é o facto de não ser adequado para produtos brancos ou de cor clara devido ao seu aspeto acastanhado a negro. O teor de enxofre de aproximadamente 5% também torna o produto inadequado para certas aplicações de alta qualidade (como usos farmacêuticos). Isto explica porque é que a Lenhina Organosolv, mais cara, continua a ser procurada devido à sua elevada pureza.
8. Porque é que o lignossulfonato de sódio é importante para a sustentabilidade
Na produção anual de Lignossulfonato de Sódio numa fábrica de papel, a parte de utilização comercial é equivalente à transformação de resíduos em matérias-primas valiosas. A substituição de produtos químicos sintéticos por cada tonelada de Lignossulfonato de Sódio pode reduzir aproximadamente 1,5 toneladas de emissões de CO2.
A substituição dos aditivos sintéticos pelo lignossulfonato de sódio é facilitada pelo Registo, Avaliação, Autorização e Restrição de Produtos Químicos (REACH) e pela Certificação de Produtos de Materiais de Construção Ecológicos da China. A orientação política é benéfica para o desenvolvimento a longo prazo da indústria devido à procura crescente de materiais de base biológica a nível mundial. O mercado global era de aproximadamente 4,6 mil milhões de RMB (Yuan chinês) em 2024 e, com um crescimento estável, espera-se que atinja os 5 mil milhões em 2030.
9. FAQ sobre o lignossulfonato de sódio
P: Qual é a diferença entre o lignossulfonato de sódio e o lignossulfonato? R: Lignossulfonato é o termo comum e pode ser constituído por diferentes catiões, como cálcio, magnésio ou amónio. O lignossulfonato de sódio refere-se especificamente ao tipo que contém iões de sódio, que é o tipo mais comum no mercado, com excelente solubilidade em água. |
Q: Qual é a reação específica do Lignossulfonato de Sódio e do cimento? R: O grupo Sulfo adsorve-se à superfície das partículas de cimento e impede a agregação de partículas, o que pode tornar a pasta de cimento mais fluida, reduzir o consumo de água e aumentar a resistência final. |
P: O lignossulfonato de sódio pode substituir completamente o redutor de água sintético? R: O lignossulfonato de sódio pode substituir o redutor de água sintético na construção em geral. No entanto, na construção de edifícios altos ou de betão de alto desempenho, o redutor de água sintético, como o superplastificante de policarboxilato (PCE), continua a ser preferido devido à maior taxa de redução de água. |
P: O lignossulfonato de sódio é seguro? R: Os produtos refinados de Lignossulfonato de Sódio são aprovados pela FDA para serem utilizados em materiais de contacto com alimentos e rações para animais. O Lignossulfonato de Sódio de grau industrial também é classificado como tendo baixa toxicidade, com apenas proteção básica na operação diária. |
Q: Qual é o prazo de validade do Lignossulfonato de Sódio? R: O pó seco pode ser armazenado durante dois anos em condições secas e seladas, e o tipo líquido pode ser armazenado durante 6-12 meses. É essencial evitar temperaturas elevadas e a luz solar direta. |
P: Quais são os principais fornecedores? R: Os principais fornecedores estão localizados na China, como a Kingsun Chemicals e a Shenyang Xingzhenghe. Recomenda-se que se peça uma ficha de dados técnicos (TDS) preenchida e um relatório de testes de terceiros durante a aquisição. |
