Influência das características anatômicas, químicas e físicas da madeira de Eucalyptus e Corymbia na qualidade do carvão para uso siderúrgico

Abstract

O presente estudo teve por objetivo avaliar a influência das propriedades físicas, químicas e anatômicas da madeira sobre a produção e características de qualidade do carvão vegetal produzido em diferentes temperaturas de carbonização. Foram utilizadas madeiras oriundas de três materiais genéticos, Corymbia citriodora e dois clones de híbridos naturais de E. urophylla (VM04 e MN463) amostradas em três posições radiais distintas. Cada material genético foi representado por três indivíduos contendo o diâmetro médio da população. As madeiras foram caracterizadas fisica, química e anatomicamente. Posteriormente os materiais foram carbonizados a uma taxa de aquecimento de 100oC/hora em três temperaturas finais de carbonização (350, 450 e 550oC). O carvão vegetal produzido foi caracterizado física, química e mecanicamente, além disso foram obtidos os rendimentos gravimétricos do processo de carbonização. Observou-se um decréscimo, no sentido medula-casca, do teor de extrativos totais, lignina total, carbono elementar, poder calorífico superior e diâmetro do lume da fibra. Entretanto, há uma tendência de incremento da densidade básica, teor de holocelulose e oxigênio elementar, comprimento da fibra, largura da fibra, espessura da parede, fração parede da fibra e frequência de vaso o mesmo sentido. Não foi observado um padrão de variação radial caracteristico para o teor de minerais. Maiores temperaturas finais de carbonização promoveram acréscimo do teor de carbono elementar, carbono fixo, minerais, resistência e rigidez no carvão vegetal produzido, além de reduzir o teor de oxigênio e hidrogênio elementar, compostos voláteis. Carvão produzido com madeira mais próxima da medula tende a apresentar maior rendimento gravimétrico e teor de minerais, menor densidade relativa aparente, menor teor de hidrogênio elementar, menor resistência, rigidez e densidade energética. O diâmetro do lume, espessura da parede e fração parede da fibra apresentam alta relação com a densidade básica da madeira. As demais características anatômicas como comprimento da fibra, largura da fibra, frequência e diâmetro de vaso apresentaram baixas relações com a densidade básica da madeira. A densidade relativa aparente, densidade energética, tensão máxima suportada e resistência a penetração da semi esfera do carvão vegetal apresentam altas relações com a densidade básica, diâmetro do lume, espessura da parede e fração parede da fibra. Quanto maior for a densidade básica, espessura da parede da fibra e fração parede da fibra, maior será a densidade relativa aparente, resistência e rigidez do carvão vegetal. Entretanto, quanto maior for o diâmetro do lume da fibra menor tenderá ser a densidade relativa aparente, resistência a penetração da semi esfera e tensão máxima suportada pelo carvão vegetal. Carvão com maior densidade relativa aparente tende a apresentar maior resistência e rigidez.

The purpose of this research was to evaluate the anatomical, chemical and physical properties of wood in relation to charcoal quality obtained from different carbonization temperatures. Were used wood from three genetic resources, namely Corymbia citriodora and two clones of natural hybrids of E. urophylla (VM04 and MN463), sampled on three different radial positions. For each genetic resource, represented by three individuals with around the plantation mean diameter, after characterization, the wood was carbonized at 100oC per hour, and the final temperatures were 350, 450 and 550oC. The charcoal obtained from these temperatures was also characterized. Besides, the gravimetric yields of the carbonization process were derived. It was found an decrease in the direction medulla-bark for the content of total extractives, total lignin, elemental carbon, higher heating value and diameter of fiber lumen. There is a increase tendency in the basic density, content of holocellulose and elemental oxygen, fiber length and width, wall thickness and fraction of fiber wall and vessel frequency. It was not found a typical radial variation pattern for the mineral content. The higher final carbonization temperatures led to an increase in content of elemental and fixed carbon, minerals, charcoal strength and stiffness, besides causing decrease in content of elemental oxygen and hydrogen, volatile compounds. The charcoal obtained from wood extracted nearest to medulla tends to show greater gravimetric yield and mineral content, lower values of apparent relative density, content of elemental hydrogen, strength, stiffness and energy density. Beyond another anatomical characteristics, which showed weak relations with wood basic density, the lumen diameter, wall thickness and fraction of fiber wall were found to show strong relations. The apparent relative density, energy density, Maximum tension support and resistance to penetration of the semi sphere of charcoal showed strong relations with wood basic density, lumen diameter, wall thickness, and fraction of fiber wall. However, as greater is the wood basic density, fiber wall thickness and fraction of fiber wall, the greater will be the apparent relative density, and charcoal strength and stiffness. Besides, when the diameter of fiber lumen is greater, the apparent relative density, resistance against semisphere penetration and charcoal maximum tension are lower. Therefore, charcoal with greater apparent relative density tends to show greater strength and stiffness.