Известные материалы для наполнения и модифицирования бумажной массы имеют ряд недостатков: дорогое производство, подверженность разложению, быстрое пожелтение и так далее. Материал со смесью карбонатов лития и кальция — наиболее эффективный вариант, однако его получение затруднено и негативно влияет на экологию. Ученые Пермского Политеха разработали новую суспензию с теми же элементами, но с использованием смеси, получаемой после обработки кислотных шахтных вод. Это не только улучшит характеристики бумажной массы, но и расширит технические средства защиты окружающей среды. Разработанная технология способствует импортозамещению иностранных продуктов.

Разработка проведена в рамках реализации программы стратегического академического лидерства «Приоритет-2030». Федеральная служба по интеллектуальной собственности уже приняла положительное решение о выдаче патента на изобретение.

Модификация бумажной массы нужна для улучшения ее свойств и характеристик. Это позволяет получать новые виды бумаги с заранее заданными эксплуатационными свойствами. Один из известных и наиболее эффективных материалов для этого процесса содержит смесь карбоната кальция (улучшает печатные свойства) и карбоната лития (повышает жесткость и устойчивость к механическим воздействиям). Однако получить карбонат лития отдельно сложно, дорого и экологически невыгодно. Гидроксид лития, из которого он изымается, — вещество второй группы опасности, наносящее вред окружающей среде. Кроме того, карбонаты кальция и лития не взаимодействуют между собой химически, поэтому снижается «прилипание» веществ друг к другу, страдает прочность бумаги.

Возникает необходимость введения соединений, удерживающих эту смесь в изделии. Ученые Пермского Политеха создали материал для наполнения и модифицирования бумаги, который не только решает проблему взаимодействия двух этих веществ, но и оказывает положительное экологическое влияние. Он содержит смесь, которая образуется после обработки кислой шахтной воды сульфатного класса (с повышенным содержанием тяжелых металлов, сульфатов и лития), необходимой для нейтрализации вредных химических веществ и предотвращения загрязнения окружающей среды.

Такие воды обрабатываются гидроксидом кальция (Ca(OH)₂) при показателе кислотности и щелочности 13–14. В воде остается гидроксид лития (LiOH) и избыточное количество непрореагировавшего гидроксида кальция (Ca(OH)₂). После этого кислая вода освобождается от тяжелых металлов и насыщается углекислым газом (CO₂), что снижает кислотно-щелочной показатель среды до 9–10. В результате образуется водная суспензия из смеси карбоната кальция и карбоната лития — именно то, что требуется для производства бумаги.

«Этот продукт впервые предложен в качестве модифицированного наполнителя для применения в любое время года при получении древесной массы и производстве, в основном, листовой бумаги. Одновременная обработка в воде излишка Са(ОН)2 и LiOH углекислым газом значительно упрощает процесс предварительного измельчения компонентов смеси, используемой ранее, и позволяет сохранить белизну на более длительный срок пребывания на воздухе из-за ускоренного поглощения СО2 из воздуха», — комментирует Ольга Ручкинова, доктор технических наук, заведующая кафедрой «Теплогазоснабжение, вентиляция и водоснабжение, водоотведение» ПНИПУ.

Разработанный материал ученых ПНИПУ позволяет не только существенно повысить эксплуатационные свойства бумажной массы, но эффективно утилизировать химические отходы после обработки кислотных шахтных вод, тем самым расширяя арсенал технических средств защиты окружающей среды.