9.9. Использование отходов древесины

В настоящее время в стране заготавливается около 500 млн. м³ древесины. При этом на всех стадиях процесса от заготовки до переработки древесного сырья образуется значительное количество отходов. Только на лесозаготовках в отходы уходит более 32 % вырубленного леса.

Объем использования древесины в различных производствах составляет: лесопиление и деревообработка - 41 %, целлюлозно-бумажное производство - 23 %, гидролизное и лесохимическое производство - 4 %.

Отходами лесопильного производства являются горбыли, рейки, обрезки досок, вырезки дефектных мест, опилки, стружка и кора. При выработке длинномерных обрезных досок в горбы­ли отходит 6 – 10 % от объема бревна, 10-13 % превращаются в рейки; 2-4 % - в обрезки досок; 11-12 % - в опилки; 2-3 % идет на вырезку дефектных участков. Кроме того, безвозвратно при сушке теряется 5-7 % и распы­ляется 1-2 %. Количество коры составляет около 10-12 % от всего объема бревна (кора, правда, не входит в баланс древесины и считается внебалансовым отходом). В раскройных цехах при раскрое необрезных досок на заготовки образуется 7-10%опилок, 10-15 % обрезков. В строгальных цехах отходы в виде стружки составляют 12-20 % объема поступающих пиломатериалов.

Из всего количества образующихся древесных отходов только 60-65 % используется в качестве вторичного сырья, остальные сбрасываются в отвалы, отрицательно влияя на окружающую среду.

Наибольшую ценность представляют деловые отходы (горбыли, рейки, крупные кусковые отходы). Их можно использовать и для производства целлюлозы, древесноволокнистых плит (ДВП), древесностружечных плит (ДСП), цементностружечных плит (ЦСП) и химической продукции.

Менее ценны отходы (стружки, опилки, мелкие кусковые отходы, щепа).

Опилки и стружки благодаря адсорбирующим, абразивным, изоляционным и другим свойствам широко используют в различных производствах: для хозяйственных целей и как технологическое сырье.

Щепа и мелкие кусковые отходы являются исходным химиче­ским сырьем при производстве строительных материалов, вискоз­ного волокна (а затем тканей), технического спирта, кормовых дрожжей, уксуса, целлюлозы, бумаги, картона и многих других продуктов.

Часть древесных отходов в брикетированном виде применяют как топли­во для бытовых и промышленных печей.

В обобщенном виде возможности утилизации различных отходов лесопиления и деревообработки представлены в табл. 9.1.

Таблица 9.1. Направления использования древесных отходов

Виды отходов	Использование отходов
Кусковые отходы	Для выработки цельных и клееных заготовок, мелкой пилопродукции; технологической щепы для производства целлюлозы и другой продукции с измельчением древесины; в лесохимическом производстве; в качестве топлива
Опилки	Для производства спирта, кормовых дрожжей, целлюлозы, древесной муки, строительных материалов; в лесохимиче­ском производстве; для хозяйственно-бытовых нужд; в сель­ском хозяйстве; для технологических целей
Стружка	Для изготовления плит, строительных блоков; в лесохими­ческом производстве
Кора	Для получения дубителей в лесохимическом производстве; для изготовления удобрений

Поскольку транспортирование отходов древесины на значительные расстояния требует больших затрат, их утилизация на предприятиях, удаленных от мест образования отходов, нерентабельна.

Переработка отходов в технологическую щепу дает возможность уменьшить объем транспортируемых отходов и себестоимость их перевозки для последующей их утилизации.

В зависимости от назначения к технологической щепе предъяв­ляются различные требования. Особенно важно, чтобы щепа не содержала посторонних включений: металла, гнили, песка и т. п. Содержание коры строго лимитируется в зависимости от дальнейшего применения щепы. Например, щепа, идущая на варку цел­люлозы, вообще не должна содержать кору. Содержание коры в щепе, идущей на производство ДВП и ДСП, не должно превышать 5 %. Для изготовления специальных высококачественных ДВП применяется щепа, содержание коры в которой не превышает 3 %.

В процессе производства щепы основной операцией является измельчение древесных отходов на рубильных машинах. В зависимости от формы ротора рубильные машины делятся на барабанные, дисковые и ко­нические.

Полученная на рубильных машинах щепа сортируется по раз­мерам на ситах. Сита совершают качательные движения в горизонтальной плоскости. На верхнем сите остаются самые крупные куски древе­сины, которые поступают на повторное измельчение. Со среднего и нижнего сит выходят две фракции щепы, а опилки и мелочь, про­скочившие через все три сита, поступают в бункер для опилок.

Дальнейшая переработка щепы, полученной из древесных от­ходов, производится вне лесопильного производства на предприя­тиях соответствующих отраслей промышленности (стройматериа­лов, лесохимии, целлюлозно-бумажной и др.) по технологиям, принятым в этих отраслях.

При изготовлении древесно-волокнистых плит используют целлюлозные волокна, полученные путем дальнейшего измельчения щепы. Существует два способа производства ДВП: мокрый и сухой.

При мокром способе плиты получают путем отлива целлю­лозной массы без введения связующего вещества.

При сухом спо­собе в целлюлозную массу вводят 4-8 % связующей смолы. По­мимо смолы в состав массы вводят антисептики и другие добавки, позволяющие придать материалу необходимые свойства: прочность, водостойкость, грибостойкость, пожаростойкость и т.п.

Технологический процесс производства ДВП сухим способом (рис. 9.9) состоит из пропарки, размола щепы на во­локна; сушки волокна; подготовки связующего и добавок; смеши­вания волокна со связующим и другими добавками; формирования ковра; предварительного уплотнения (подпрессовки) ковра; прессо­вания, кондиционирования плит; механической обработки плит.

В зависимости от свойств выпускают пять различных видов ДВП: теплоизоляционные, теплоизоляционно-отделочные, полу­твердые, твердые и сверхтвердые. ДВП широко применяют в стро­ительстве, мебельной промышленности, машиностроении. Напри­мер, для отделки панелей салона автобуса используют маслопропитанные сверхтвердые ДВП с лакокрасочным покрытием.

Для повышения прочности при изгибе плиту пропитывают смесью льняного и таллового масел. Лакокрасочное покрытие на­носят на загрунтованную поверхность плиты.

Рис. 9.9. Схема производства ДВП сухим способом:

1 - рубильная машина; 2 – циклон; 3- щепосортировочная установка; 4- дезинтегратор; 5 - бункер хранения щепы; 6 – расходный бункер щепы; 7 - пропарочный аппарат; 8 – расходные баки парафина и смолы; 9 – размольная укстановка; 10 – циклон сушилки первой ступени; 11- сушилка второй ступени; 12 – формирующая машина; 13 - ленточный пресс предварительной прессовки; 14- головка, формирующая отделочный слой; 15 - пила поперечной резки; 16 - пила продольной резки; 17 - загрузочная этажерка; 20 - камера кондиционирования; 21 – продольная резка; 22 – поперечная резка; 23 – накопитель плит; 24 – автопогрузчик.

Древесно-стружечные плиты изготавливают горячим прессова­нием стружки со связующим - мочевино- или фенолформальдегидной смолой. По способу производства различа­ют ДСП плоского прессования и экструзионные, т. е. получаемые экструзией древесно-стружечной массы через щелевую головку. ДСП выпускают без облицовки и облицованными шпоном и поли­мерной пленкой, а также окрашенными. Этот материал широко используется в мебельной промышленности, строительстве и дру­гих областях.

Технологический процесс производства ДСП включает: измельчение отходов древесины; сорти­ровку измельченной древесины; приготовление рабочего раствора смолы, отвердителя и добавок; дозирование и смешивание компо­нентов связующего, гидрофобных и антисептических добавок и из­мельченной древесины; формирование стружечного ковра или па­кетов; подпрессовку (предварительное уплотнение) стружечного ковра или пакетов; прессование плит; сортировку и складирование плит.

Цементно-стружечные плиты изготовляют из древесной муки и цемента. ЦСП используют в строительстве, в том числе для изготовления наружных ограждающих панелей. ЦСП обладают хорошими тепло- и звукоизоляционными свой­ствами, водостойки, огнестойки, морозостойки и бензостойки.

Ксилолит производят из смеси, содержащей древесную муку, магнезиальный цемент, асбестовое волокно и другие компоненты.

Фибролит - смесь древесной ваты (продукт, вырабатываемый из хвои) с магнезиальным цемен­том и другими веществами используют для изготовления.

Щитовой паркет изготавливают из древесно-стружечных плит и отходов фанерного шпона. Паркетный щит состоит из четырех слоев: лицевого слоя, подслоя, ДСП и нижнего слоя, склеиваемых между собой с помощью различных клеев.

Древесную муку используют в качестве наполните­ля полимерных композиций. Так, из полипропилена, наполненного до 50 % древесной мукой, изготавливают листовой формующийся облицо­вочный материал вудсток. Листы изготавлива­ют штамповкой при температуре 180-190 ^оС.

Из вудстока изготавливают внутренние панели дверей автомобиля, задние стенки спинок сидений, панели багажника и другие детали облицовки. Применяется такой материал и в строительстве. Причиной широкого использования вудстока является низкая сто­имость исходного сырья (полипропилена и древесной муки) в соче­тании с хорошими технологическими (формуемость) и физико-ме­ханическими свойствами. Материал обладает высокой прочностью, теплостойкостью, низким коэффициентом ли­нейного теплового расширения и другими необходимыми свойствами. Он выдерживает без изменения длительное воздействие температур от -20 до 140^оС и теряет жесткость лишь при 160°С, неогнеопасен, устойчив к действию органических растворителей.

Опилки, составляющие значительное количество отходов лесо­пиления и деревообработки, используются в качестве сырья для изготовления различных строительных материалов, а также в тех­нологических целях. Например, из них изготавливают древесно-опилочные плиты (ДОП), используемые для изготовления полов и отделки стен. Процесс состоит из следующих стадий:

• просеивания и сушки опилок;

• смешивания опилок со смолой в смесителе периодического или непрерывного действия;

• прессования при 160-170 °С и давлении 2,0-2,5 МПа в течение 30 с на 1 мм толщины плиты;

• вылеживания в течение 5 суток для снятия внутренних напряжений и усадки.

С применением древесных опилок изготавливают тырсолит, вибролит, паркелит, термопорит и другие строительные материа­лы. В состав этих материалов помимо опилок входят различные связующие и некоторые другие специальные компоненты (антисеп­тики, антипирены и др.). Режимы прессования этих материалов зависят от типа применяемого связующего.

Используют опилки и для изготовления различных видов бето­нов: арболита, опилкобетона, деревобетона, гипсоопилочного бето­на и термиза.

Арболит относится к группе легких бетонов. В качестве вяжущего могут быть использованы портландцемент и гипс. Технологи­ческий процесс изготовления арболита состоит из следующих опе­раций: замачивания опилок в ванне с водой с целью удаления во­дорастворимых веществ; смешивания в бетономешалке с водой, вя­жущими и специальными добавками; укладки смеси в формы; уп­лотнения; выдержки в формах (в зависимости от марки изделия -5 сут. при 20 °С или 1 сут при 40 ^оС при влажности воздуха 75%).

Опилкобетон представляет собой конструкционно-изоляцион­ный бетон, в котором опилки и песок используются в качестве за­полнителя, цемент и известь – в качестве вяжущего. Технология изготовления опилкобетона состоит в перемешивании песка и вя­жущего, добавлении к смеси опилок, перемешивании и добавлении к сухой смеси воды. Перемешивание осуществляется в бетономе­шалке.

Деревобетон от опилкобетона отличается использованием в смеси мелкозернистого гравия.

Гипсоопилочный бетон получают из строительного гипса, опилок и стружки.

Термиз, используемый в качестве теплоизоляционного матери­ала для утепления стен и кровли, производят из гашеной извести, опилок, цемента и суглинка. Технология изготовления термиза сосоит в смешивании в течение 3-4 мин гашеной извести в виде теста с цементом и измельченным суглинком влажностью 3-4 %, добавлении в смесь увлажненных до 120-150% опилок и дальнейшем перемешивании всей композиции.

Благодаря высокой поглощающей способности и низкой стоимости опилки используются для изготовления подстилок на животноводческих фермах, для временного покрытия полов промышленных и транспортных предприятий, рынков и складов. Предпочтительно применение для этих целей сухих опилок. Кроме того, опилки используют в качестве мульчирующего материала в садоводстве и огородничестве для предупреждения роста сорных трав, для очистки полов производственных и общественных помещений, при окраске, полировке и чистке меховых и ковровых изделий, отделке металлов в качестве чистящего и шлифующего материала, ощипывании птицы, в производстве мыла и карборунда.

Используют опилки и в качестве очень дешевого наполнителя при изготовлении пластмассовых и глиняных изделий, в частности для изготовления пористого кирпича и черепицы, а также в производстве неразмываемых сырцовых глин. Кроме того, их применяют и в качестве заполнителя пустот при упаковке стеклянных и фарфоровых изделий, консервов. Сухие опилки применяют как изолирующий материал в строительстве зданий легкого типа.

При переработке отходов древесины методами лесохимической технологии получают такие важнейшие продукты, как древесный уголь, уксусную кислоту, скипидар, канифоль, дубильные вещест­ва и др.

Гидролизная промышленность широко использует отходы дре­весины для производства кормовых дрожжей, этилового спирта, глюкозы, ксилита, фурфурола, органических кислот и других про­дуктов.

Гидролизом древесины называют процесс взаимодействия полисахаридов, являющихся одними из основных компонентов древе­сины, с водой в присутствии катализаторов, в результате которого полисахариды распадаются, образуя моносахариды.

Получающиеся при гидролизе древесных отходов сахара могут быть выделены в кристаллическом виде, но в большинстве случаев они подвергаются дальнейшей биохимической или химической пе­реработке.

Биохимические методы переработки моносахаридов основаны на использовании различных микроорганизмов (дрожжей, дрожжеподобных грибков), которые в результате своей жизнедея­тельности превращают моносахариды в различные ценные продук­ты (этиловый спирт, белковые вещества, уксусную кислоту, глюкозу и др.).

При химической переработке древесных отходов получают фурфурол, являющийся сырьем для получения синтетических смол, пластмасс, лекарственных препаратов и др.

В качестве основного сырья на гидролизных заводах используют древесину лиственных пород. Широкое распространение получили комплексные методы химической переработки древесины, в которых совмещены гидролиз, растворение лигнина (второго значительного компонента древесины) и получение целлюлозы. Приме­ром такой схемы может быть производство сульфитной целлюлозы из ясеневой, буковой, осиновой или березовой древесины.

При сульфитном способе химическая переработка отходов древесины производится при повышенной температуре с применением в качестве варочного раствора сернистой кислоты и ее солей. Суль­фитную целлюлозу получают из малосмолистой хвойной (ель, пихта) и лиственной (береза, осина, бук и др.) древесины.

Различают четыре основных вида сульфитной целлюлозы: небеленую, беленую, беленую облагороженную и растворимую.

Небеленую целлюлозу выпускают трех марок и применяют для выработки бумаги высокой прочности, писчей, газетной, типографской, стойкой обложечной бумаги, различных видов картона и др. Выход небеленой целлюлозы из древесины составляет 44-56 %, а при ступенчатой варке доходит до 70 %.

Беленая целлюлоза применяется в производстве высокопрочной типографской, тонкой, светочувствительной, чертежной, картографической и других видов бумаги. Беленую облагороженную цел­люлозу используют для выработки пергамента, фибры, фильтровальной, туалетной и других бумаг. Растворимая целлюлоза применяется для выработки вискозы и штапельного волокна.

Бисульфитную целлюлозу получают при одноступенчатой сульфитной варке с применением раствора бисульфита магния или натрия. Выход бисульфитной целлюлозы и ее свойства выше, чем сульфитной.

При сульфатном способе целлюлозу варят в смеси водных растворов едкого натра с сернистым натрием. Получаемая этим способом целлюлоза обладает высокой прочностью и применяется для производства технических бумаг, картона, изоляционной и крафтбумаги, а также для изготовления вискозных волокон. Достоинством сульфатного метода производства целлюлозы является возможность использования любых древесных отходов.

Наряду с рассмотренными методами переработки древесных отходов, имеющими широкое промышленное распространение большое самостоятельное значение, используются и менее распространенные, но также экономически целесообразные способы утилизации отходов деревообработки.

Производство дубильных веществ. Растительные дубильные вещества, носящие название таннидов, широко используются при выделке кож. Экстракт таких веществ, извлекаемый из коры де­ревьев, необратимо поглощается кожей и придает ей высокую из­носостойкость и водонепроницаемость.

Наибольшую ценность для производства имеет кора ели и ли­ственницы, содержащая не менее 8 % таннидов. Влажность коры, используемой при производстве дубильных веществ, не должна превышать 19 %.

Кора измельчается, а затем высушивается в сушилках различных типов при температуре до 300 ^оС.

Высушенная и измельченная кора в виде частиц размером 2 -3 мм подается в специальные аппараты – диффузоры, где дубиль­ные вещества экстрагируются водой. Затем полученный водный раствор дубильных веществ фильтруется с целью очистки от посто­ронних твердых частиц и в специальных аппаратах упаривается до необходимой концентрации (вплоть, если это необходимо, до пас­тообразного или даже твердого состояния).

Наряду с производством дубильных веществ кору используют для изготовления удобрений. С этой целью ее компостируют. Воз­можна следующая технология получения удобрений из коры: измельчение коры до размера частиц около 10 мм, смешивание с ми­неральными добавками, вызревание в компостной яме. Для повы­шения активности удобрений из коры в смесь добавляют аммиач­ную селитру, фосфатную муку и хлористый кальций в количестве 5, 10 и 2 кг на 1000 кг коры соответственно.

Производство дегтя. Кору березы используют для получения дегтя. Береста снимается со свежесрубленных деревьев, а иногда и с валежника и дров. Выход дегтя составляет 27-30 % от массы пе­реработанной бересты. Его применяют для изготовления дезинфицирующих средств, жировки кож (с целью придания им водоотталкивающих свойств), смазки шорно-седельных изделий, производства некоторых смазочных материалов и даже топлива для дви­гателей.

Производство древесного угля. Из отходов древесины получа­ют древесный уголь. Наиболее экономично печное углежжение, но иногда вблизи лесосек все еще получают древесный уголь путем сжигания отходов в куче. Выход угля составляет 60-65 % (объемн.) из полусухих хвойных отходов и 40-45 % (объемн.) из сырых березовых отходов.

Печи для углежжения могут быть стационарными и передвиж­ными. Последние используются для производства угля, когда коли­чество образующихся отходов в данном месте невелико.

Использование древесной зелени. Древесная зелень (ветки, хвоя, листья) отделяется от дерева еще на лесосеке и не попадает на лесопиление и деревообработку. Она является сырьем для производства хвойно-соляного лечебного экстракта (с добавлением поваренной соли), хвойного натурального экстракта, хвойных эфирных масел, витаминной муки (с высоким содержанием каротина, микроэлементов и других биологически активных веществ), хвойной хлорофилло-каротиновой пасты, натурального клеточного сока, веточного корма, древесного силоса и других веществ, имеющих практическую ценность в качестве лекарственных препаратов и корма для животных.

Отделенная от древесины зелень в стационарных условиях из­мельчается в молотковых дробилках без сит и пневмотранспортом подается в сушилку. Высушенная зелень измельчается повторно в мельницах молоткового типа. Полученная витаминная мука под­вергается сушке в барабанной сушилке с помощью топочных газов, образующихся при сжигании газообразного или жидкого топлива.

Промышленность выпускает также мобильные установки марок СХПБ-0,1 и СХПБ-0,2 для получения витаминной муки непосред­ственно на лесозаготовках.

Производство топливных брикетов. С целью использования древесных отходов в качестве топлива применяют брикетирование, которое улучшает транспортабельность и придает мелким отходам более удобный для применения вид. Брикетирование возможно при любой начальной температуре отходов, но с повышением температуры возрастает прочность бри­кетов. При повышении температуры отходов можно снизить удель­ное давление прессования, не уменьшая при этом их прочность. Технологический процесс брикетирования древесных отходов состоит из следующих последовательных операций: измельчения, сортировки, сушки и прессования.

Контрольные вопросы

1. Виды древесных отходов.

2. Для чего получают щепу?

3. Как утилизируется стружка?

4. Как утилизируются опилки?

5. Для чего можно использовать древесную кору, листья и хвою?