Отходы переработки древесины и другого растительного сырья

До 50% всей перерабатываемой древесины составляют побочные продукты в виде отходов, большая часть которых сжигается или вывозится в отвал. Между тем они являются ценным сырьем для производства разнообразных строительных материалов, а также для гидролизной, целлюлозной и других отраслей промышленности. 

Отходы древесины образуются на всех стадиях ее заготовки и переработки. К ним относятся: ветви, сучья, вершины, откомлевки, козырьки, опилки, пни, корни, кора и хворост, которые в сумме составляют около 21% всей массы древесины. При переработке древесины на пиломатериалы выход продукции составляет в среднем 65%, а остальная часть образует отходы в виде горбыля (14%), опилок (12%), срезок и мелочи (9%). При изготовлении из пиломатериалов строительных деталей, мебели и других изделий получают отходы в виде стружки, опилок и отдельных кусков древесины, составляющие до 40% массы переработанных пиломатериалов.

Для производства строительных материалов и изделий в основном используют опилки, стружку и кусковые отходы. Последние применяют как непосредственно для изготовления клееных строительных изделий, так и перерабатывая их на техническую щепу, а затем на стружку, дробленку, волокнистую массу и т. д.

В производстве строительных материалов применяют отходы как хвойных, так и лиственных пород. При этом для производства большинства материалов хвойные породы предпочтительнее, так как они содержат меньше водорастворимых экстрактивных веществ, а также различных сахаров, дубильных и смолянистых веществ, отрицательно влияющих на процессы твердения цементов. В древесине хвойных пород велико содержание длинных и прочных волокон, что позволяет получать из нее высококачественную волокнистую массу.

Древесные отходы без предварительной переработки (опилки, стружка) или после измельчения (щепа, дробленка, древесная шерсть) могут служить заполнителями в строительных материалах на основе минеральных и органических вяжущих. Эти материалы характеризуются невысокой объемной массой и теплопроводностью, а также хорошей обрабатываемостью. Пропиткой древесных заполнителей минерализаторами и последующим смешиванием с минеральными вяжущими обеспечивается биостойкость и трудносгораемость материалов на их основе. Общие недостатки материалов на древесных заполнителях – высокое водопоглащение и сравнительно низкая водостойкость. По назначению эти материалы делятся на теплоизоляционные и конструктивно-теплоизоляционные.

Важным источником строительного сырья также являются сельскохозяйственные отходы растительного происхождения. Особенно значительным является объем таких отходов переработки растительного сырья, как стебли хлопчатника и костра.

Костра - это отход первичной переработки стеблей конопли и льна после пропускания их через пенькомяльные машины, отделяющие пеньку от измельченной одревесневшей части стебля. Костра практически не содержит водорастворимых сахаров, так как они выщелачиваются при предварительном вымачивании лубяных культур на пенькообрабатывающих предприятиях. Поэтому костру перед смешиванием с цементом, в отличие от древесного заполнителя, предварительно не замачивают в проточной воде или растворе солей.

Дробленые стебли хлопчатника (гуза-пай) остаются после уборки хлопка. В стеблях хлопчатника так же, как и в древесине, присутствуют водорастворимые вещества, состав которых представляет собой сложный комплекс органических соединений. В качестве заполнителей композиционных строительных материалов, кроме рассмотренных выше отходов, могут быть использованы рисовая солома, рисовая и подсолнечная лузга.

Отходы целлюлозно-бумажной промышленности

Отходы целлюлозно-бумажной промышленности представляют собой осадки сточных вод и другие промышленные шламы. Скоп – продукты, получившиеся в результате механической очистки сточных вод. Это грубодисперсные примеси, состоящие в основном из волокон целлюлозы и частиц каолина. Активный ил – продукт биологической очистки сточных вод, находящийся в виде коллоидов и молекул. Шламы – продукты физико-химической очистки.

Отходы промышленности строительных материалов

При получении цементного клинкера до 30% объема обжигаемого продукта уносится с дымовыми газами из печей в виде пыли. Эта пыль улавливается и возвращается в производство. Так же она может использоваться для раскисления почв и в производстве вяжущих веществ.

Кирпичный бой, старый и бракованный бетон, бетонный лом (отход предприятий сборного железобетона и строительных объектов) используются в качестве искусственного щебня. Арматурная сталь так же является отходом предприятий сборного железобетона. Разработаны различные технологии разрушения строительных конструкций , а так же специальное оборудование для переработки некондиционного бетона и железобетона.

Пиритные огарки – отходы при получении серной кислоты из пирита . Складирование их требует отчуждения больших площадей земли. Влияние их на окружающую среду исключительно вредное и неуправляемое. Состав в основном представлен железом ( 40-63%), имеется серебро и золото ( 1 г на 1 т) и некоторые редкоземельные элементы.

Электротермофорфорные шлаки – отходы производства фосфорной кислоты, получаемой по электротермическому способу. В гранулированном виде содержат 95-98% стекла (в основном оксиды кремния и кальция).

Прочие отходы и вторичные ресурсы – отходы и бой стекла, макулатуры, трапье, резиновая крошка, отходы и попутные продукты производства полимерных материалов, попутные продукты нефтехимической промышленности и т.д.

Важнейшие виды строительных материалов, получаемые из вышеперечисленных отходов промышленности, представлены в таблице

Отходы промышленности, используемые в производстве строительных материалов

Отходы	Материалы
Шлаки черной металлургии: доменные мартеновские ферромарганцевые	Портландцемент (производство клинкера), портландцемент с минеральной добавкой, шлакопортландцемент, смешанные безцементные вяжущие, заполнители для бетонов, шлаковая вата, шлакоситаллы, белый портландцемент и т.д.
Отходы цветной металлургии: шлаки (медеплавильных печей, никелевого производства, свинцовой шахтной плавки и т.д.); шламы(бокситовый, нефелиновый, каолиновый и др.)	Вяжущие автоклавного твердения, песок и щебень, портландцемент (производство клинкера), нефелиновый цемент, материалы для укрепления грунтов, огнеупоры, теплоизоляционные материалы и т.д.
Золы и шлаки тепловых электростанций	Вяжущие, пористый гравий, газобетон, силикатные изделия, добавки к керамике и т.д.
Вскрышные породы: Вскрышные и пустые породы, хвосты обогащения, флотационные хвосты	Портландцемент (производство клинкера), воздушная известь, минеральная вата, стекло, пигменты, керамический кирпич, силикатный кирпич, заполнители для бетонов и т.д.
Отходы угледобычи и углеобогащения, коксохимических предприятий углеобогатительных фабрик, шахтные негорелые породы	Пористый заполнитель для бетона, керамический кирпич, материалы для строительства дорог
Гипсовые отходы химической промышленности: фосфогипс, фторгипс, титаногипс, борогипс, сульфогипс	Замена традиционного гипсового сырья
Отходы древесины и лесохимии: кора, пни, вершины, ветви, сучья, горбыль, стружки, щепа, опилки, лигнин, скоп и т.д.	Арболит, фибролит, ДВП, ДСП, столярные плиты, опилкобетон, ксилолит, клеенные изделия, щитовой паркет, дрань, лигноуглеводные древесные пластики, королит, блоки из сучков, плиты из цельной коры, выгорающие добавки, пластифицирующие добавки, отделочные материалы, кровельный картон
Отходы промышленности строительных материалов: цементная пыль, каменная пыль, крошка, кирпичный бой, бракованный и старый бетон и т.д.	Портландцемент, заполнители для бетона, минеральный заполнитель, добавки, смешанные вяжущие вещества и т.д.
Пиритные огарки	Портландцемент (корректирующая добавка)
Электротермофосфорные шлаки	Портландцемент (компонент сырьевой смеси), шлакопортландцемент, сульфатостойкий шлакопортландцемент, литой щебень, шлаковая пемза, стеновая керамика (компонент шихты)
Прочие отходы и вторичные ресурсы: стекольный бой и отходы стекла, макулатура, тряпьё, изношенные шины	Стекло, наполнитель для асфальта, добавка при производстве стеновой керамики, пористый заполнитель для бетона, кровельный картон, изол, фольгоизол и т.д.

Принципы выбора и использования сырья

Главными критериями выбора сырья должны быть его распространенность и энергетическое состояние.

Важным критерием степени пригодности сырья является его химический состав. При допустимых колебаниях от требуемого, состав сырья можно корректировать добавками, что и практикуется повсеместно на производстве. Регулируя или выбирая сырье с заданным химическим составом, мы тем самым управляем свойствами конечного продукта. В большей степени это относится к побочным продуктам, например металлургическим шлакам. Из-за незавершенности процессов кристаллизации последние подвержены самораспаду с превращением твердого вещества в порошок.

Выбор сырья определяется уровнем знания возможностей технологии, а выбор оптимального варианта переработки зависит от вида сырья. Например, вибротехнология предопределяет получение ячеистых бетонов на основе газобетонов, а пенобетон получают по несколько отличной технологии с использованием другого набора исходных компонентов. В зависимости от агрегатного состояния стекла (твердый гранулят или растворимое стекло) технология его переработки и составы сырьевых композиций будут различны. Правильный подбор сырья должен сокращать производственный цикл.

При производстве строительных материалов следует стремиться использовать сырье, допускающее повторную переработку при браке, или отходы после сепарации в виде обрезков, боя и т. д. Так, при производстве изделий из ячеистого бетона образующийся отход - так называемая «горбуша» - утилизируется путем его возврата в бетоносмеситель, обрезки минераловатных изделий и «корольки» идут на переплавку, а термопластичные отходы можно использовать при производстве изделий из пластмасс.

Таким образом, можно назвать следующие основные принципы выбора и использования сырья в производстве строительных материалов и изделий:

•          достаточность и комплексное использование сырья;

•          наибольшее соответствие производству требуемой продукции и принимаемой технологии переработки сырья;

•          получение продукта с требуемыми показателями качества;

•          максимальное энергосодержание сырьевых веществ, обусловленное их нестабильным или метастабильным состоянием;

•          способствование максимальному сокращению длительности производственного цикла и созданию безотходных технологий, а также разработке энергосберегающих технологий и сохранению экологического равновесия.

Если существует возможность выбора сырья, то ее нужно реализовать на основе вариантных проработок с учетом приведенных факторов.

Контрольные вопросы.

1. Укажите основные породообразующие минералы.

2. Какие горные породы используются для производства строительных материалов, например, вяжущих, бетонов, строительных растворов?

3. Какие техногенные отходы могут быть использованы для производства строительных материалов?

4. Укажите основные принципы формирования материалов оптимальной структуры.

5. Укажите основные принципы выбора и использования сырья для производства строительных материалов.