утилизация отходов древесины

В России находится около 50% мировых запасов древесины. Более половины ее ежегодных заготовок направляется на нужды строительства.

Анализ потребления древесины показывает, что ее заготовка и переработка сопровождаются огромными потерями. 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. Утилизация отходов древесины имеет огромное народнохозяйственное значение. С одной стороны, она позволяет удовлетворить потребность строительства во многих конструктивных, облицовочных и теплоизоляционных материалах, по техническим свойствам в ряде случаев превосходящих пиломатериалы, а с другой — существенно сократить объемы вырубки леса.

Объемы строительно-монтажных работ увеличиваются гораздно быстрее, чем объемы заготовляемой древесины. В связи с этим кондиционная древесина становится в строительстве все более дефицитным материалом. Удельные нормы расхода лесоматериалов в капитальном строительстве постоянно снижаются. Использование отходов заготовки и переработки древесины является важнейшим источником удовлетворения потребностей строительства в эффективных строительных материалах.

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.

Отходы, образующиеся в процессе обработки древесины, классифицируют в зависимости от их вида на три группы: твердые (или кусковые), мягкие (опилки, стружка) и кора. Отходы классифицируют также в зависимости от последовательности получения: образуемые при заготовке леса; использовании древесины в круглом виде; первичной и вторичной обработке и переработке древесного сырья.

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.

Опилки — один из наиболее массовых отходов лесопиления и деревообработки. Частично опилки используют на гидролизных заводах спиртового и дрожжевого профиля, как выгорающую добавку при производстве кирпича или как заполнитель в гипсоопилочных плитах, но значительная их часть сжигается или сбрасывается в отвал. Фракционный состав опилок зависит от способа получения и составляет 10—0,2 мм. Частицы крупностью менее 0,2 мм составляют древесную муку. Насыпная плотность и пористость древесных отходов зависят от вида древесных пород и фракционного состава.

Способ получения опилок предопределяет их физические особенности. При распиловке бревен на лесопильной раме получают опилки крупностью до 7 мм, имеющие форму, близкую к кубической. При обработке древесины на круглопильных станках опилки имеют волокнистую структуру и размеры 1—2 мм. Опилки, полученные на лесопильной раме, имеют большие размеры поперек волокон, что, как правило, неблагоприятно сказывается на механических свойствах изделий.

Технологическая щепа — это продукт первичного измельчения кусковых отходов и неделовой древесины, предназначенный для последующей переработки на дробленку, стружку или волокнистую массу. Щепу получают на дисковых или барабанных рубильных машинах.

Требования к щепе определяются ее назначением. Обычно нормируются размеры щепы, содержание в ней гнили, коры и минеральных примесей. При изготовлении волокнистой массы в производстве древесно-волокнистых плит для нормальной работы размольных агрегатов желательно, чтобы куски щепы были приблизительно одинаковы: длина волокон 20—25 мм, ширина поперек волокон 15—30 мм и толщина 3—5 мм. Для производства древесно-стружечных плит плоского прессования оптимальная длина щепы составляет 40 мм, а при эк-струзионном — 20, оптимальная же толщина в обоих случаях равна 30 мм. В технологической щепе содержание гнили ограничено (до 5%) или вообще недопустимо, содержание минеральных примесей должно составлять 0,3—1%. Объем коры в производстве древесно-волокнистых плит не должен превышать 15%, а древесно-стружечных — 12%.

Характер последующей переработки щепы определяется видом получаемого материала. Для получения арболита применяют дробленку или стружку, древесно-стружечных плит — стружку, древесно-волокнистых плит — волокнистую массу.

Древесная дробленка должна иметь коэффициент формы (отношение наибольшего размера к наименьшему) 5—10 и толщину 3—5 мм.

Наибольшая длина — до 25 мм. Такая форма частиц позволяет приблизить по абсолютному значению влажностные деформации вдоль и поперек волокон и снизить их отрицательное воздействие на струк-турообразование и прочность арболита.

Стружка для изготовления арболита должна иметь минимальную толщину 0,1 — 1 мм и длину 2—20 мм, для наружных слоев древесностружечных плит — соответственно 0,1—0,2 и 10—20, средних слоев — 0,4 и 40—60. Стружка может быть получена и непосредственно из отходов лесопиления без предварительной их переработки на щепу.

Сырье перед переработкой на стружку подвергается специальной подготовке, заключающейся в сортировке по породам, гидротермической обработке, окорке, разделке, удалению гнили. Гидротермическая обработка древесины производится паром при давлении 0,25— 0,3 МПа или проваркой ее в воде при 70—85 °С. Нагрев и увлажнение древесины снижают шероховатость стружек, сокращают количество мелкой фракции. Древесина, поступающая на переработку в стружку, должна иметь влажность 30—40% и температуру в зависимости от породы 10—50 °С.

Волокнистую массу для изготовления древесно-волокнистых плит получают механическими, термохимическими и химико-механическими способами.

Механический размол основан на истирании древесины в специальных машинах, рабочими органами которых служат быстро вращающиеся рифленые диски или металлические билы. Для облегчения размола и увеличения выхода волокнистой массы в смесь добавляют большое количество воды.

Особенностью термомеханического размола является предварительная обработка волокнистой массы паром при давлении 0,8— 1 МПа.

Химико-механические способы основаны на различной растворимости отдельных химических веществ, составляющих древесину, в слабых растворах щелочей. Эти способы состоят из двух процессов: химической обработки щепы и механического размола.

Средняя длина волокон в массе колеблется от сотых долей миллиметра до 3—4 мм, а диаметр их составляет 30—50 мкм.

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.

При применении в производстве экструзионных древесно-стру-жечных плит сырья из лиственных пород повышается расход смолы, уменьшается производительность пресса на 30—40%, а прочность плит снижается на 25—30%.

Для уменьшения количества экстрагируемых веществ в древесных отходах содержание примесей коры должно быть минимальным, полезно также вылеживание древесины после рубки на складах в течение 4—6 мес. «Цементные яды», содержащиеся в древесине, обезвреживаются ее минерализацией, т. е. пропиткой растворами солей, такими как хлорид кальция, сернокислый глинозем, растворимое стекло и др.

Разработаны технологии получения строительных материалов из коры и одубины — отхода производства дубильных экстрактов.

Дубильные экстракты используются в кожевенной промышленности, для обработки и облагораживания натуральной кожи.

Исследования подтвердили возможность организации производства арболита на одубине фракции 2,5—10 мм. Полученный на этих отходах арболит имеет среднюю плотность около 650 кг/м3 и прочность 1,5—2 МПа.

Количество коры на стволах деревьев различных пород (в % к объему стволов) составляет: для сосны — 11 — 17, ели — 9—16, березы — 13—15, осины — 11—18, дуба— 16—23, лиственницы — 22—24, кедра— 11—16, пихты— 11—15%.

Механические свойства коры зависят от влажности и изменяются в больших пределах. Так, при увеличении влажности коры сосны от 20 до 70% временное сопротивление растяжению вдоль волокон снижается в 2,3 раза, поперек волокон — в 6,7 раза, временное сопротивление срезу поперек волокон — в 2,1 раза, вдоль волокон — в 3,8 раза.

Химический состав коры резко отличается от состава древесины. Это различие обусловливается их разным анатомическим строением. Кора содержит значительно больше экстрактивных веществ, чем древесина.

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. Длина частиц конопляной костры составляет 10—70 мм (льняной — 55 мм), ширина — до 3 мм и толщина — 0,2—0,3 мм. Средняя плотность 100— 120 кг/м3.

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. При вылеживании стеблей хлопчатника в результате биологического и климатического воздействия содержание в ней водорастворимых веществ уменьшается.

Содержание очесов, пакли и других комковатых включений в костре льна, конопли и дробленых стеблях хлопчатника не должно превышать 4% по массе.

В качестве заполнителей композиционных строительных материалов, кроме рассмотренных выше отходов, могут быть использованы рисовая солома, рисовая и подсолнечная лузга.