Использование древесных отходов

Классификация и получение древесных отходов. Древесные отходы являются ценным вторичным сырьем для производства разнообразных материалов, изделий и продуктов. При рубке и вывозке древесины из леса около 20 % древесного сырья составляют отходы в виде ветвей, пней, корней, а из вывезенной около 20 % составляет неделовая древесина (дрова). В лесопильном производстве количество отходов составляет 35...42 %; в мебельном – 53...65 % от поступивших пиломатериалов. При выработке фанеры отходы составляют 52...54 %, строганого шпона 30...45 %. Ежегодное количество отходов и неделовой древесины по стране составляет около 300 млн. м³. Па видам обработки все отходы делят на твердые (горбыли, рейки, обрезки, ветви, вершины, пни, корни); мягкие (стружки, опилки, древесная пыль, кора и луб) и древесную зелень (хвоя, листья). По этапам обработки древесины – на отходы, связанные с заготовкой леса (ветви, вершины, пни, корни, кора, обрезки, неделовая древесина, дрова); отходы первичной обработки древесины в лесопилении и фанерном производствах (рейки, горбыли обрезки, стружки, опилки, кора, рванина, карандаш, отструг) и вторичной обработки в мебельных производствах (обрезки, стружки, опилки). Кроме отходов при обработке древесины получаются безвозвратные потери от усушки (6 %) и упрессовки в производстве клееных слоистых материалов.

Разновидности использования древесных отходов в народном хозяй­стве весьма широки. Отходы, являющиеся вторичным сырьем, могут час­тично заменить первичное сырье. Из крупных кусковых отходов выраба­тывают изделия ширпотреба, тарную дощечку, штакетник, штукатурную и кровельную дрань, кровельную плитку и гонт предметы домашнего обихо­да, игрушки, простейшую мебель (вешалки, полочки, подставки, ящики, шкафчики и сотни других наименований мелких изделий). Все мелкие кусковые отходы могут быть переработаны на технологическую шепу – сырье для целлюлозного, ДСтП, ДВП, гидролизного, химического и др. производств. Технологические опилки используют в гидролизном произ­водстве. Хвоя и листья служат ценным сырьем для получения хвойно­витаминной муки, добавляемой к кормам животных и рыб; эфирных ма­сел; хвойных лечебных экстрактов, хлорофилло-каротиновой пасты, при­меняемой как лечебное средство и для изготовления космической продук­ции. Лесосечные отходы перерабатывают на древесный уголь для метал­лургической промышленности, а также на технологическую щепу. Стружки и опилки используют в химической, гидролизной промышленно­сти и в производстве различных строительных материалов.

Арболит – плитный материал из цемента или гипса с заполнением древесной щепой размерами от 2x2x0,5 до 20x5x5 мм. Плотность тепло­изоляционного арболита 0,5...0,6 г/см³, конструктивно-теплоизоляционного 0,65...0,7 г/см³. Его получают отливкой в форму (опалубку). Стекло­древесные панели для перегородок состоят из древесной рамки, обшитой с двух сторон ДВП и заполненной стеклодревесной массой (щепой, связан­ной силикатной пастой) плотностью 0,35...0,45 г/см³. Опилкобетон (с за­полнителем в виде песка и опилок) плотностью 0,95... 1,25 г/см³ предна­значен для изготовления стен (по опалубке) для жилых одноэтажных до­мов, животноводческих ферм, гаражей, сараев, мастерских. (При исполь­зовании вместо песка гравия получается т. н. деревобетон). Гипсоплиточный бетон из смеси гипса, опилок, стружки (плотностью 0,65...0,85 г/см³) – стеновые блоки 500x400x250 мм. Ксилолит в виде рас­твора или готовых плит для полов состоит из опилок, каустического маг­незита и хлористого магния. Плиты прессуют при давлении 1,5...7,5 МПа, плотность 1...1Д г/см³. Древесноопилочные плиты для полов – смесь опи­лок со смолой, прессуемая при 2...2,5 МПа. Плотность 0,5...0,8 г/см³. Тырсолит толщиной 3... 18 мм из смеси опилок и смол применяют для отделки внутренних стен как утеплитель плотностью 0,9 1 г/см³. Пьезотермопластики для настила полов получают из опилок или лигнина без применения связующего и клеевых веществ горячим прессованием под давлением 3...30 МПа. Тепло- и звукоизоляционный материал королит изготавливают из коры и сучьев с применением связующих или без них. При производст­ве линолеума и линкруста, в парфюмерном и стекольном производствах, при изготовлении пластмасс и взрывчатых веществ, в хлебопечении, ме­таллургии и деревообработке используется древесная мука по ГОСТ 16361-87 восьми марок: 1250, 560, 400, 250, 180, 140, Ф и Т (номер помола соответствует размеру ячеек сита в мкм, через которые мука прошла). Крупные частицы древесины (предпочтительно хвойных пород) измель­чают на молотковых дробилках ДМ-1М, мелкие частицы сушат и разма­лывают на жерновах молотковых и роликово-маятниковых мельницах.

(Молотковая мельница В77-2М способна пропустить 300...400 кг/ч про­дуктов размола, из которых муки фракции 180 получается 60...65 %). Для первичного просева используют центробежные бураты - цилиндрические ситовые барабаны, для окончательного просеивания - плоские вращатель­но-колебательные сита. На 1 т муки расходуется 2,5 м³ опилок.

Прессование деталей из измельченной древесины со связующим (плотностью 0,5...1,1 г/см³) применяется при изготовлении мебели, футля­ров, строительных элементов. Оно позволяет сократить и упростить техно­логический процесс изготовления деталей и узлов (особенно криволиней­ной и объемной формы); заменить сборные конструкции цельнопрессо­ванными; получать детали и узлы с достаточно высокой точностью разме­ров и формы, что особенно важно в производстве взаимозаменяемых дета­лей; придавать им особые свойства - влаго-, био-, огнестойкость, повы­шенные плотность и прочность; вводить крепежные и армирующие эле­менты; автоматизировать процесс производства и снизить себестоимость их изготовления. Основным сырьем является измельченная древесина, свя­зующее и добавки. Измельченная древесина используется в виде опилок, резаной стружки, технологической щепы, размельченной до нужной фрак­ции и (лучше) стружки от станков. Оптимальная фракция стружечных час­тиц (прошедших через сито с ячейкой 12x12 мм и оставшихся на сите с ячейкой 2x2 мм) - 12/2 мм. Для изделий сложной формы - 8/2, простой - 20/2, для мелких деталей простой формы - 3/1 мм. Стружки должны быть однородными. Влажность стружек 4...6 %.

Связующим служат карбамидоформальдегидные клеи или лучше (во избежание быстрого старения) – композиционные (смеси из разных клеев) с пластифицирующими добавками, а для повышения водостойкости дета­лей – карбамидомеламино- и феноло-формальдегидные клеи в количестве 12... 15 % (для изделий сложной формы до 20 %) по сухому остатку клея к массе стружки. Добавки вводят для улучшения свойств стружечно-клеевой смеси и будущих деталей. В качестве гидрофобных добавок, уменьшаю­щих водопоглощение, для повышения текучести массы вводят парафин, петролатум, масла, сульфитно-спиртовую барду (обладающую к тому же и клеевыми свойствами). Для улучшения отлипа массы от прессформы при­меняют олеиновую кислоту, соляровое масло, парафин. Технологический процесс состоит из этапов: подготовки стружки; подготовки связующего; их смешивания; дозирования и засыпки в пресс-формы; прессования; на­грева прессмассы; охлаждения; распрессовки. Подготовка стружки вклю­чает измельчение, сортировку и сушку. Подготовка связующего зак­лючается в смешивании клеевых композиций – смолы, отвердителя, пла­стификатора или второго пластифицирующего клея и добавок (несмешиваемые со связующим добавки вводят непосредственно в смеситель). Для смешивания связующего со стружкой используют барабанные смесители с распылением связующего в зоне смешивания. Дозировка готовой массы выполняется объемным, либо более точным весовым методом с автомати­ческим устройством. Прессование деталей выполняют в специальных пресс-формах пластевым, кромочным и кромочно-пластевым способами. Пресс-формы изготавливают из металла, (а при диэлектрическом нагреве в поле ТВЧ отдельные ее элементы делают из диэлектрика), Запрессовку выполняют в гидравлических прессах. При однопозиционном изготовле­нии деталей пресс используется нерационально (10... 15 запрессовок в смену), т. к. производство детали от начала до конца происходит на одной позиции в прессе. Для массового производства деталей применяют более экономичное многопозиционное производство, при котором пресс исполь­зуется только для запрессовки, а остальные операции выполняют вне п рес­са.

П ресс-формы классифицируют: по принципу эксплуатации – на встро­енные в пресс и выносные; по числу и направлению рабочих усилий – с одним рабочим усилием (одноэлементные, многоэлементные) с несколь­кими рабочими усилиями. На рис. 6.84, а, показана схема прессования ножки обеденного стола с одним усилием Р и с двумя прессующими эле­ментами 1 и 2 на рис. 6.84, б, а на рис. 6.84, в – схема прессования с тремя рабочими усилиями: сначала упрессовывают силой Р₁ затем силой Р₂. По числу одновременно прессуемых деталей различают пресс-формы одноме­стные и многоместные (одноэтажные, и многоэтажные) с индивидуальным или групповым обогревом. Давление при прессовании 1,5... 15 МПа. На­грев пресс-форм производят паром, высокотемпературными теплоносите­лями (маслом, дитолилметаном...), электричеством (за счет омического со­противления в поле ТВЧ), горячим воздухом или газами в камерах с тем­пературой нагрева 120...180°С. Время прессования 0,5...1,5 мин/мм толщи­ны прессуемой детали. Охлаждение применяют для предотвращения раз­рыва детали парами воды и ее стабилизации. При охлаждении температура должна снизиться ниже 60°С во избежание снижения прочности деталей. Распрессовку и извлечение деталей выполняют вручную либо в прессе. Кратные заготовки раскраивают на кр углопильных станках.

Метод непрерывно-пульсирующего прессования заключается в том (рис. 6.85), что одновременно несколько деталей прессуются непрерывно в канале 3 между круглыми, прямоугольными и т. п. полуформами 2 пуан­соном 5. Порция массы I засыпается в канал, закрывается полуформой и запрессовывается до момента защелкивания замков 4. Самая нижняя полуформа удерживается упорами или трением. Канал разделен на три зоны; I – зона загрузки с низкой температурой; II – зона нагрева через металл; III – зо на охлаждения и выгрузки.

Химическая переработка древесины включает производство целлю­лозы и продуктов из нее, термическую, гидролизную и экстракционную переработку. Производство бумаги имеет много общего с производством ДВП. Путем измельчения целлюлозы и древесных отходов приготавлива­ют древесно-бумажную массу в водной среде; вводят добавки (наполните­ли, проклейку, красители); отливают массу на непрерывно движущуюся сетку; обезвоживают; прессуют; сушат; сматывают в рулон. Процесс не­прерывный со скоростью 750... 1000 м/мин. Производство эфиров целлю­лозы основано на воздействии на нее кислотами (образуются сложные эфиры) или спиртами (простые эфиры). Азотно-кислые эфиры – нитроцел­люлозу получают воздействием на целлюлозу азотной (и серной – для свя­зывания выделяющейся воды) кислот. При содержании азота (N₂) в эфире 10,7...12,3% получается коллоксилин – исходный продукт для изго­товления нитролаков, кино- и фотопленки, коллодия, целлулоида; при содержании N₂ 12,4... 13 % получают пироксилин, бездымный порох. На основе уксусно-кислых эфиров целлюлозы получают вискозное волокно и ткани: сначала на целлюлозу воздействуют 18...20 %-ным раствором едко­го натра (образуется щелочная целлюлоза). После измельчения и созрева­ния на нее воздействуют сероуглеродом (получают ксантогенат целлюло­зы) и растворяет в слабом растворе едкого натра. Получившийся вязкий оранжевый раствор - вискозу продавливают через решетку с очень мелки­ми отверстиями (фильеру) в водный раствор серной кислоты. Волокна за­твердевают и собирают в пучек – нить искусственного шелка. После про­мывки, сушки и перемотки вискозная нить готова. Обработкой целлюлозы смесью уксусной кислоты и уксусного ангидрида с катализатором полу­чают триацетат – исходный продукт для изготовления ацетатного шелка.

Экстракция измельченной древесины ведется бензином, растворяю­щим древесные вещества; затем из раствора отгоняются: бензин (возвра­щаемый в производство), скипидар, флотационное масло, остаток – кани­фоль. Для извлечения дубильных веществ из древесины и коры дуба, ивы... экстракцию делают горячей водой, которую затем выпаривают.

При гидролизе древесины смесь измельченных древесных отходов с разбавленной серной кислотой нагревают паром в котле до 180...190°С. В результате полисахариды древесины распадаются, образуя моносахариды, т. е. простые сахара, летучие вещества (метиловый спирт, уксусную и му­равьиную кислоты) и твердый остаток – гидролизный лигнин. Раствор, со­держащий сахар, выводят из котла, нейтрализуют (кислоту) известью, от­деляют осадок и направляют в бродильный чан на микробиологическую переработку дрожжевыми бактериями сахара в спирт, в результате чего к концу процесса в растворе содержится 1,2... 1,6 % этилового спирта, отго­няемого в ректификационном аппарате как сырье для получения синтети­ческого каучука, фотохимикатов, красителей, пластмасс, медикаментов...

При термической переработке древесину нагревают до 400...500°С без доступа воздуха, в результате чего получают 32...38 % древесного угля (для медицины, металлургии, производства пороха, кремния), 14... 15 % газа (топливо), 16...20 % смолы (фенолы, растворители, скипидар, масла), 3...7% уксусной кислоты, 1...1,5% метилового спирта, 0,2...0,9% ацетона.

Другие разновидности технологических процессов химической пе­реработки древесины более подробно рассмотрены в спец. литературных источниках, например, [17] (а также указанных в I главе книги [5], [22] и др.).