Распечатать страницу

7

ПОЛУЧЕНИЕ ХИМИКО-ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ МАССЫ ИЗ ПШЕНИЧНОЙ СОЛОМЫ

106-118

УДК 676.034.22

DOI: 10.17816/2542-1468-2026-3-106-118

Шифр ВАК 4.3.4

В.В. Яловенко¹, О.В. Яловенко¹, А.А. Зуйков², Е.Н. Осминин², В.В. Горошников²

¹ООО «Песчанокопская аграрная лаборатория», Россия, 347561, Ростовская обл., Песчанокопский р-н, с. Развильное, ул. Усадьба СХТ, д. 3

²ОАО «Центральный научно-исследовательский институт бумаги» (ЦНИИБ), Россия, 141260,

Московская обл., Пушкинский р-н, пос. Правдинский, ул. Ленина, д. 15/1

zuykov_a@mail.ru

Одним из путей эффективного решения утилизации соломы при удалении ее с поля является глубокая технологическая переработка в волокнистые полуфабрикаты для бумажной промышленности. Таким полуфабрикатом может стать химико-термомеханическая масса из соломы злаковых культур. В качестве химического реагента для производства химико-термомеханической массы был выбран вместо традиционно используемого едкого натра (NaOH) — гидроксид калия (KОН). Применение KОН для получения химико-термомеханической массы позволяет направить отработанные растворы после их нейтрализации серной или фосфорной кислотой в качестве калийного удобрения для подкормки различных растительных культур, т. е. существенно повысить экологичность разрабатываемого процесса получения химико-термомеханической массы. В результате проведенных экспериментов показано влияние расхода химикатов, температуры и времени обработки на изменение степени помола и базовые показатели механической прочности лабораторных образцов химико-термомеханической массы, определены оптимальные условия получения химико-термомеханической массы из пшеничной соломы, обеспечивающие высокие физико-механические свойства массы, пригодной для производства упаковочных видов бумаги, картона и литьевых изделий.

Ключевые слова: волокнистое сырье, производство химико-термомеханической массы, пшеничная солома, прочность химико-термомеханической массы, бумага, картон, литьевые изделия из химико-термомеханической массы

Ссылка для цитирования: Яловенко В.В., Яловенко О.В., Зуйков А.А., Осминин Е.Н., Горош-ников В.В. Получение химико-термомеханической массы из пшеничной соломы // Лесной вестник / Forestry Bulletin, 2026. Т. 30. № 3. С. 106–118. DOI: 10.17816/2542-1468-2026-3-106-118

Список литературы

[1] Постановление Правительства РФ № 1479 «О противопожарном режиме в Российской Федерации» от 16.09.2020 г.

[2] Иванов А.В., Петрова Л.К. Современные проблемы утилизации соломы в сельском хозяйстве // Агрохимический вестник, 2020. № 4. С. 45–49.

[3] Сидоров О.Н., Кузнецова Е.Д. Влияние соломы на плодородие почв и урожайность зерновых культур // Земледелие, 2019. № 6. С. 12–15.

[4] Зайцев В.Г. Биохимические процессы разложения соломы в почве // Почвоведение, 2018. № 3. С. 34–40.

[5] Альтернативные методы управления растительными остатками в растениеводстве вместо сжиганий. СПб.: ООО «КСИ-Принт», 64 c.

[6] Комаров А.А. Технологии переработки соломы в целлюлозно-бумажной промышленности // Бумажная промышленность, 2021. № 2. С. 22–27.

[7] Лебедев С.И. История развития целлюлозно-бумажной промышленности России. М.: Лесная пром-сть, 2017. 320 с.

[8] Григорьев М.П., Семенова Н.В. Перспективы использования недревесного сырья в целлюлозно-бумажном производстве // Экология и промышленность Рoссии, 2022. № 1. С. 50–55.

[9] Зуйков А.А., Яловенко В.В., Яловенко О.В., Тюрин Е.Т. Термомеханическая масса из соломы гороха и способ изготовления из нее бумаги и картона. Пат. 2817124C1 Российская Федерация МПК D21F 11/12, Патентообладатель(и): ООО «Песчанокопская аграрная лаборатория» (ООО «Песчанокопская аграрная лаборатория») D21B 1/12, 2024 г. Опубликовано: 10.04.2024. Бюл. № 10.

[10] ГОСТ 33980–2016 Продукция органического производства. Правила производства, переработки, маркировки и реализации. 2016. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200141713 (дата обращения 10.02.2024).

[11] ГОСТ 6840 Целлюлоза. Методы определения содержания α-целлюлозы. URL: https://rusneb.ru/catalog/000199_000009_008001640/ (дата обращения 10.02.2024).

[12] Морозов В.П., Калинина И.С. Исследование свойств термомеханической массы из соломы пшеницы // Химия растительного сырья, 2020. № 4. С. 123–130.

[13] Луканин П.В., Смирнова О.С., Казаков В.Г. Способ кислотно-щелочной переработки черного щелока сульфатного производства целлюлозы. Пат. RU 2617569 C2. Патентообладатель(и): Санкт-Петербургский государственный технологический университет растительных полимеров. Опубликовано: 25.04.2017 Бюл. № 12.

[14] Белов А.Н. Современные технологии производства бумаги и картона. СПб.: Профессия, 2021. 416 с.

[15] Hosseinpour R., Karimi A., Latibari A. Non-wood CTMP for packaging: Strength properties vs. energy consumption // Cellulose, 2022, v. 29, pp. 123–135.

[16] Paavilainen L. Agricultural fibres in papermaking // Paperi ja Puu, 2000, v. 82(5), pp. 366–371.

[17] Лебедев А.В. Сравнительный анализ свойств бумаги из соломы и древесины // Бумажная промышленность, 2023. № 4. С. 18–23.

[18] Smith J., Clark T., O’Neill R. Sodium vs. potassium hydroxide in straw pulping // J. of Cleaner Production, 2020, v. 256, art. № 120312.

[19] Морозова Т.И. Физико-химические свойства соломенной целлюлозы // Химия растительнoго сырья, 2021. № 1. С. 55–62.

[20] Петров К.А. Экологические аспекты целлюлозно-бумажного производства // Эколoгия промышленности, 2021. № 3. С. 45–50.

[21] Иванова Е.С. Циркулярная экономика в сельском хозяйстве // Экономика и экoлогия, 2022. № 5. С. 78–84.

[22] Вураско А.В., Шерстобитов А.Л., Агеев М.А., Сиваков В.П. Делигнификация соломы пшеницы растворами гидроксида калия с использованием калийного черного щелока в качестве органоминерального удобрения // Известия Санкт-Петербургской лесотехническoй академии, 2023. № 242. С. 216–231. https://doi.org/10.21266/2079-4304.2023.242.216-231

[23] ГОСТ Р 58658–2019 Продукция и продовольствие с улучшенными характеристиками. Удобрения минеральные. Общие технические условия (с Поправками). URL: https://docs.cntd.ru/document/1200169969 (дата обращения 10.02.2024).

[24] Сидоров П.Н. Влияние калия на урожайность пшеницы // Агрохимия, 2023. № 2. С. 30–35.

[25] Chen L., He Z., Wang J. Potassium hydroxide pulping of wheat straw // Bioresource Technology, 2019, v. 274, pр. 45–52.

[26] Кузнецов В.Д. Калийные удобрения в земледелии. М.: Агропромиздат, 2020. 200 с.

[27] Liu Y., Sun L., Huang Y. Soil salinity control by potassium-based pulping wastes // Environmental Science & Technology, 2021, v. 55(8), pр. 5123–5132.

[28] Яловенко О.В., Яловенко В.В., Тюрин Е.Т., Зуйков А.А. Способ получения волокнистого полуфабриката из растительного сырья. Патент RU 2809473 C1. Патентообладатель(и): ОАО «ЦНИИБ». Опубликовано: 12.12.2023. Бюл. № 35.

[29] ГОСТ 30061–93 Зерно и солома зерновых культур, лук репчатый, почва. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200023562 (дата обращения 10.02.2024).

[30] Петров К.Л. Критерии оценки растительного сырья для целлюлозно-бумажного производства // Бумажная промышленнoсть, 2020. № 5. С. 34–38.

[31] TAPPI UM 242 Определение микрокаппа числа [Determination of micro-kappa number]. Методы испытаний TAPPI [TAPPI Test Methods]. М.: ЦНИИБ, 2015, 5 с.

[32] ГОСТ 14363.4 Целлюлоза. Метод подготовки проб к физико-механическим испытаниям. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200017971 (дата обращения 10.02.2024).

[33] ТУ 5421-001-00253497–2010 Масса древесная химико-термомеханическая. ЗАО «Интернешнл Пейпер», г. Светогорск. URL: https://baltcell.ru/wp-content/uploads/2023/11/massa_drevesnaya_himiko-termomehanicheskaya_belenaya_2021.pdf (дата обращения 10.02.2024).

[34] ISO 5269-2:2004. Pulp Preparation of laboratory sheets for physical testing. URL: https://www.iso.org/standard/39341.html (дата обращения 10.02.2024).

[35] ГОСТ Р 13525.1; 2; 3. Полуфабрикаты волокнистые, бумага и картон. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200018195 (дата обращения 10.02.2024).

Сведения об авторах

Яловенко Владимир Валерьевич — заместитель генерального директора ООО «Песчанокопская аграрная лаборатория», vladimiryalovenko@mail.ru

Яловенко Ольга Владимировна — генеральный директор ООО «Песчанокопская аграрная лаборатория», vladimiryalovenko@mail.ru

Зуйков Александр Александрович — канд. техн. наук, первый заместитель генерального директора по науке ОАО «Центральный научно-исследовательский институт бумаги», zuykov_a@mail.ru

Осминин Евгений Никитович — зав. лабораторией печатных видов бумаги и химических продуктов ОАО «Центральный научно-исследовательский институт бумаги», e.osminin@mail.ru

Горошников Виктор Васильевич — ст. науч. сотр. ОАО «Центральный научно-исследовательский институт бумаги», cniib@mail.ru

PRODUCTION OF CHEMICAL-THERMOMECHANICAL PULP FROM WHEAT STRAW

V.V. Yalovenko¹, O.V. Yalovenko¹, A.A. Zuykov², E.N. Osminin², V.V. Goroshnikov²

¹Limited Liability Company «Peschanokopsk Agrarian Laboratory», SHT Estate, Razvilnoye Village, Peschanokopsky District, 347561, Rostov reg., Russia

²Open Joint Stock Company «Central Research Institute of Paper», 15/1, Lenin st., 141260, Pravdinsky Settlement, Pushkinsky District, Moscow reg., Russia

zuykov_a@mail.ru

One of the ways to effectively dispose of straw when it is removed from the field is through deep processing into fiber-based semi-finished products for the paper industry. One such semi-finished product is the chemical-thermomechanical mass made from cereal straw. Instead of the traditionally used caustic soda (NaOH), potassium hydroxide (KOH) was chosen as the chemical reagent for the production of CTMР. The use of KOH for the production of CTMР allows the spent solutions to be used after their neutralization with sulfuric or phosphoric acid as a potassium fertilizer for the feeding of various plant crops, i.e., to significantly improve the environmental friendliness of the developed CTMР production process. As a result of the conducted experiments, the effect of chemical consumption, temperature, and processing time on the change in the degree of grinding and the basic indicators of the mechanical strength of laboratory samples of HTMM was shown, and the optimal conditions for obtaining CTMP from wheat straw were determined, which ensure high physical and mechanical properties of the mass suitable for the production of packaging paper, cardboard, and injection products.

Keywords: fibrous raw material, chemical-thermomechanical pulp production, wheat straw, chemical-thermomechanical pulpstrength, paper, cardboard, molded chemical-thermomechanical pulp products

Suggested citation: Yalovenko V.V., Yalovenko O.V., Zuykov A.A., Osminin E.N., Goroshnikov V.V. Poluchenie khimiko-termomekhanicheskoy massy iz pshenichnoy solomy [Production of chemical-thermomechanical pulp from wheat straw]. Lesnoy vestnik / Forestry Bulletin, 2026, vol. 30, no. 3, pp. 106–118. DOI: 10.17816/2542-1468-2026-3-106-118

References

[1] Postanovlenie Pravitel’stva RF No. 1479 «O protivopozharnom rezhime» ot 16.09.2020 g. [Regulation of the Government of the Russian Federation no. 1479 «On fire safety regime» from 16.09 2020].

[2] Ivanov A.V., Petrova L.K. Sovremennye problemy utilizatsii solomy v sel’skom khoziaistve [Current issues of straw utilization in agriculture]. Agrokhimicheskii vestnik [Agrochemical Bulletin], 2020, no. 4, pp. 45–49.

[3] Sidorov O.N., Kuznetsova E.D. Vliianie solomy na plodorodie pochv i urozhainost’ zernovykh kultur [Influence of straw on soil fertility and cereal crop yield]. Zemledelie [Crop Production], 2019, no. 6, pp. 12–15.

[4] Zaitsev V.G. Biokhimicheskie protsessy razlozheniia solomy v pochve [Biochemical processes of straw decomposition in soil]. Pochvovedenie [Soil Science], 2018, no. 3, pp. 34–40.

[5] Al’ternativnye metody upravleniia rastitel’nymi ostatkami v rastenievodstve vmesto szhiganii [Alternative methods of crop residue management instead of burning]. Saint Petersburg: KSI-Print, Bellona, [n.d.].

[6] Komarov A.A. Tekhnologii pererabotki solomy v tselliulozno-bumazhnoi promyshlennosti [Straw processing technologies in pulp and paper industry]. Bumazhnaia promyshlennost’ [Paper Industry], 2021, no. 2, pp. 22–27.

[7] Lebedev S.I. Istoriia razvitiia tselliulozno-bumazhnoi promyshlennosti Rossii [History of the pulp and paper industry in Russia]. Moscow: Lesnaia promyshlennost’ [Forestry], 2017, 320 p.

[8] Grigor’ev M.P., Semenova N.V. Perspektivy ispol’zovaniia nedrevesnogo siriia v tselliulozno-bumazhnom proizvodstve [Prospects for using non-wood raw materials in pulp and paper production]. Ekologiia i promyshlennost’ Rossii [Ecology and Industry of Russia], 2022, no. 1, pp. 50–55.

[9] Zuykov A.A., Yalovenko V.V., Yalovenko O.V., Tyurin E.T. Termomekhanicheskaya massa iz solomy gorokha i sposob izgotovleniya iz nee bumagi i kartona [Thermomechanical pulp from pea straw and a method for producing paper and cardboard therefrom]. Patent. 2817124C1 Russian Federation IPC D21F 11/12, Patent holder(s): Peschanokopskaya Agrarnaya Lab, LLC (Peschanokopskaya Agrarnaya Lab, LLC) D21B 1/12, 2024. Published: 10.04.2024. Bulletin No. 10.

[10] GOST 33980–2016 Produktsiya organicheskogo proizvodstva. Pravila proizvodstva, pererabotki, markirovki i realizatsii [Organic products. Rules for production, processing, labeling and sale. 2016]. Available at: https://docs.cntd.ru/document/1200141713 (accessed 10.02.2024).

[11] GOST 6840 Tsellyuloza. Metody opredeleniya soderzhaniya α-tsellyulozy [Cellulose. Methods for determination of α-cellulose content]. Available at: https://rusneb.ru/catalog/000199_000009_008001640/ (accessed 10.02.2024).

[12] Morozov V.P., Kalinina I.S. Issledovanie svoistv termomekhanicheskoi massy iz solomy pshenitsy [Investigation of properties of thermomechanical pulp from wheat straw]. Khimiia rastitel’nogo siriia [Chemistry of Plant Raw Material], 2020, no. 4, pp. 123–130.

[13] Lukanin P.V., Smirnova O.S., Kazakov V.G. Sposob kislotno-shchelochnoy pererabotki chernogo shcheloka sul’fatnogo proizvodstva tsellyulozy [Method of acid-base processing of black liquor from sulfate pulp production]. Patent. RU 2617569 C2. Patent holder(s): Saint Petersburg State Technological University of Plant Polymers. Published: 25.04.2017 Bull. No. 12.

[14] Belov A.N. Sovremennye tekhnologii proizvodstva bumagi i kartona [Modern technologies of paper and cardboard production]. Saint Petersburg: Professia, 2021, 416 p.

[15] Hosseinpour R., Karimi A., Latibari A. Non-wood CTMP for packaging: Strength properties vs. energy consumption. Cellulose, 2022, v. 29, pp. 123–135.

[16] Paavilainen L. Agricultural fibres in papermaking. Paperi ja Puu, 2000, v. 82(5), pp. 366–371.

[17] Lebedev A.V. Sravnitel’nyi analiz svoistv bumagi iz solomy i drevesiny [Comparative analysis of properties of straw and wood-based paper]. Bumazhnaia promyshlennost’ [Paper Industry], 2023, no. 4, pp. 18–23.

[18] Smith J., Clark T., O’Neill R. Sodium vs. potassium hydroxide in straw pulping. J. of Cleaner Production, 2020, v. 256, art. № 120312.

[19] Morozova T.I. Fiziko-khimicheskie svoistva solomennoi tselliulozy [Physicochemical properties of straw cellulose]. Khimiia rastitel’nogo siriia [Chemistry of Plant Raw Material], 2021, no. 1, pp. 55–62.

[20] Petrov K.A. Ekologicheskie aspekty tselliulozno-bumazhnogo proizvodstva [Ecological aspects of pulp and paper production]. Ekologiia promyshlennosti [Industrial Ecology], 2021, no. 3, pp. 45–50.

[21] Ivanova E.S. Tsirkuliarnaia ekonomika v sel’skom khoziaistve [Circular economy in agriculture]. Ekonomika i ekologiia [Economics and Ecology], 2022, no. 5, pp. 78–84.

[22] Vurasko A.V., Sherstobitov A.L., Ageev M.A., Sivakov V.P. Delignifikatsiya solomy pshenitsy rastvorami gidroksida kaliya s ispol’zovaniem kaliynogo chernogo shcheloka v kachestve organomineral’nogo udobreniya [Delignification of wheat straw with potassium hydroxide solutions using potassium black liquor as an organomineral fertilizer]. Izvestiya Sankt-Peterburgskoy lesotekhnicheskoy akademii [Bulletin of the St. Petersburg Forest Engineering Academy], 2023, no. 242, pp. 216–231. https://doi.org/10.21266/2079-4304.2023.242.216-231

[23] GOST R 58658–2019 Produktsiya i prodovol’stvie s uluchshennymi kharakteristikami. Udobreniya mineral’nye. Obshchie tekhnicheskie usloviya (s Popravkami) [Products and foodstuffs with improved characteristics. Mineral fertilizers. General specifications (with Amendments)]. Available at: https://docs.cntd.ru/document/1200169969 (accessed 10.02.2024).

[24] Sidorov P.N. Vliianie kalia na urozhainost’ pshenitsy [Effect of potassium on wheat yield]. Agrokhimiia [Agrochemistry], 2023, no. 2, pp. 30–35.

[25] Chen L., He Z., Wang J. Potassium hydroxide pulping of wheat straw. Bioresource Technology, 2019, v. 274, pр. 45–52.

[26] Kuznetsov V.D. Kaliinye udobreniia v zemledelii [Potassium fertilizers in agriculture]. Moscow: Agropromizdat, 2020, 200 p.

[27] Liu Y., Sun L., Huang Y. Soil salinity control by potassium-based pulping wastes. Environmental Science & Technology, 2021, v. 55(8), pр. 5123–5132.

[28] Yalovenko O.V., Yalovenko V.V., Tyurin E.T., Zuykov A.A. Sposob polucheniya voloknistogo polufabrikata iz rastitel’nogo syr’ya [Method for producing a fibrous semi-finished product from plant raw materials]. Patent RU 2809473 C1. Patent holder(s): JSC TsNIIB. Published: 12.12.2023. Bulletin No. 35.

[29] GOST 30061–93 Zerno i soloma zernovykh kul’tur, luk repchatyy, pochva [Grain and straw of grain crops, onions, soil]. Available at: https://docs.cntd.ru/document/1200023562 (accessed 10.02.2024).

[30] Petrov K.L. Kritterii otsenki rastitel’nogo siriia dlia tselliulozno-bumazhnogo proizvodstva [Criteria for assessing plant raw materials for pulp and paper production]. Bumazhnaia promyshlennost’ [Paper Industry], 2020, no. 5, pp. 34–38.

[31] TAPPI UM 242. Opredelenie mikro-kappa chisla [Determination of micro-kappa number]. Metody ispytanii TAPPI [TAPPI Test Methods]. Moscow: TsNIIB, 2015, 5 p.

[32] GOST 14363.4 Tsellyuloza. Metod podgotovki prob k fiziko-mekhanicheskim ispytaniyam [Cellulose. Method of sample preparation for physicomechanical testing]. Available at: https://docs.cntd.ru/document/1200017971 (accessed 10.02.2024).

[33] TU 5421-001-00253497–2010 Massa drevesnaya khimiko-termomekhanicheskaya [Chemical-thermomechanical wood pulp]. International Paper CJSC, Svetogorsk. Available at: https://baltcell.ru/wp-content/uploads/2023/11/massa_drevesnaya_himiko-termomehanicheskaya_belenaya_2021.pdf (accessed 10.02.2024).

[34] ISO 5269-2:2004 Pulp Preparation of laboratory sheets for physical testing [Pulp Preparation of laboratory sheets for physical testing]. Available at: https://www.iso.org/standard/39341.html (accessed 10.02.2024).

[35] GOST R 13525.1; 2; 3 Polufabrikaty voloknistye, bumaga i karton [Semi-finished fibrous products, paper and board]. Available at: https://docs.cntd.ru/document/1200018195 (accessed 10.02.2024).

Authors’ information

Yalovenko Vladimir Valer’evich — Deputy General Director of LLC «Peschanokopsk Agrarian Laboratory», vladimiryalovenko@mail.ru

Yalovenko Ol’ga Vladimirovna — General Director of LLC «Peschanokopsk Agrarian Laboratory», vladimiryalovenko@mail.ru

Zuykov Aleksandr Aleksandrovich — Cand. Sci. (Tech.), First Deputy General Director for Science of JSC «Central Research Institute of Paper», zuykov_a@mail.ru

Osminin Evgeniy Nikitovich — Head of the Laboratory of Printing Papers and Chemical Products at JSC «Central Research Institute of Paper», e.osminin@mail.ru

Goroshnikov Viktor Vasil’evich — Senior Researcher at JSC «Central Research Institute of Paper», cniib@mail.ru