Классификация древесных отходов и технологии вторичной переработки

Отходами производства называются остатки сырья,  материалов и полуфабрикатов, образующиеся в процессе производства основной продукции и утратившие частично или полностью потребительскую стоимость исходного сырья и материалов.

К отходам производства в лесной и деревообрабатывающей промышленности относят кусковые и мягкие отходы лесопиления и деревообработки, мебельного и фанерного производства, шпалопиления и др. К отходам отнесены также кора, сучья, ветви, вершины, древесная зелень, пни и корни.

Классификация древесных отходов

Древесные отходы состоят из следующих материалов:

• Хвойные, лиственные
• Кусковые
• Отходы лесозаготовок на лесосеке
• Обломки ствола, хворост, валежник
• Отходы кроны
• Пни и корни
• Отходы лесозаготовок на лесных складах
• Отходы кроны
• Отходы раскряжевки
• Отходы лесопиления
• Обрези бревен
• Горбыль, рейка
• Отрезки пиломатериалов
• Отходы деревообработки
• Рейки, торцовые срезы
• Отрезки пиломатериалов
• Древесные отходы
• Хвойные, лиственные
• Кусковые
• Отходы фанерного производства
• Карандаши
• Отрезки бревен
• Шпон рванина, обрезки шпона и фанеры
• Отстриг
• Мягкие
• Отходы лесопиления
• Щепа
• Опилки
• Отходы деревообработки
• Опилки
• Стружка
• Шлифованная пыль
• Кора
• Отходы окорки, кора на древесине
• Кора
• Древесные отходы
• Хвойные, лиственные
• Древесная зелень
• Отходы лесозаготовок
• Листва (хвоя)
• Мелкие ветви

В крупных городах представлет проблему утилизация древесных отходов, образующихся при рубках ухода за деревьями и санитарной рубке в процессе ухода за зелеными насаждениями на улицах, парках, скверах, лесопарках и т.п. – это низкокачественная древесина средней крупности, вершины, сучья, окомлевки хвойных и лиственных пород. Кроме того, проблему представляют также древесные отходы, выделяемые при сортировке ТБО – отходы пиломатериалов при ремонте зданий и помещений, выбывшие из употребления деревянные изделия, тара и мебель.

Попытка классификации отходов по отраслевому принципу была сделана в 80-е годы – были разработаны и утверждены ТУ 13-539-85 «Отходы древесные. Технические условия». В настоящее время действует ГОСТ Р 56070-2014 «Отходы древесные. Технические условия».

Древесные отходы производства представляют собой отходы лесозаготовок, лесопиления и деревообработки. Древесные отходы классифицируются по трем основным признакам: виду древесных отходов (породный состав, тип отходов, размер), отраслевой принадлежности и области применения.

Наибольшую ценность у древесных отходов представляют крупнокусковые отходы  (длиной более метра) в виде стволов малоценной древесины, реек, горбыля, обрезки пиломатериалов и заготовок, карандаши.

Менее ценными являются кусковая мелочь и мягкие древесные отходы. Использование их в качестве сырья ограничено.

Общий объем образования древесных отходов производства в Российской Федерации оценивается в 15-20 млн. плотных кубических метров, и объем использования – в 8-13 млн. м³, главным образом, за счет использования крупных кусковых отходов.

Основные направления хозяйственного использования и переработки древесных отходов

• Щепа технологическая для использования в: производстве ДВП, ДСП и ЦСП, целлюлозно-бумажной промышленности (ЦБП), гидролизном производстве, лесохимической промышленности
• Использование в лесохимическом и гидролизном производстве
• В качестве топлива или для производства топлива
• Производство арболита и аналогичных изделий из легких бетонов с древесным наполнителем
• Производство тары
• Производство изделий народного и производственного потребления

Структура использования древесных отходов

• Щепа для ЦБП — 40%
• Гидролизное и лесохимическое производство — 40%
• ДСП -10%
• ЦСП — 10%

Характеристика технологий переработки древесных отходов

Технологическая схема производства щепы из крупнокусковых отходов

Технологическая схема производства щепы из мелкокусковых отходов

Требования к размерам щепы в зависимости от направления использования

Назначение щепы	Размеры щепы, мм
	длина	оптимальная длина	толщина не более
Для ЦБП Для ДВП Для ДСП Плоского прессования Экструзионного прессования Для гидролизного производства	15-25 10-35 20-60 5-40 5-35	18 25 40 20 20	5 530 30 5

Основные требования к породному составу

Назначение щепы	Содержание  в щепе различных пород древесины
	хвойные	лиственные	Состав смеси, %
			хвойная часть	лиственная часть
Для ЦБП Сульфитная варка Сульфитная варка Вискозная целлюлоза Для ДСП Для ДВП Для гидролизного производства: дрожжевого Спиртового Фурфурольного Глюкозного	Ель,пихта Все породы Ель,пихта Ель,сосна,кедр,пихта Все породы Все породы — « — — « — Не допускается Все породы	Береза,осина,бук Все породы Не допускается Береза,ольха,липа,бук,осина,тополь,клен Все породы (для сухого способа производства) Все породы — « — — « — Не допускается	Не менее 90 Не более 10 Не допускается Не допускается Не менее 70 В любом соотношении Не менее 70 Не допускается — « —	Не менее 10 Не менее 90 Не допускается Не допускается Не более 30 В любом соотношении Не более 30 Не допускается — « —

Технология лесохимической переработки древесных отходов включает:

• Сушку щепы
• Термическую обработку древесины без присутствия кислорода (1000 –1700^о С)
• Очистку газовой смеси
• Улавливание уксусной кислоты с получением ацетата кальция
• Улавливание смол
• Дальнейшую переработку  уловленных продуктов

Основные продукты лесохимической переработки древесины:

• Древесный уголь
• Уксусная кислота
• Ацетат кальция
• Скипидар
• Пек (канифоль)
• Фенолы лесохимические
• Антиокислитель

Гидролиз древесины – биохимический процесс, основанный на использовании микроорганизмов (дрожжей, дрожжеподобных грибков).

Основные продукты гидролиза древесины

• Глюкоза
• Спирт
• Фурфурол
• Кормовые дрожжи

Основные направления использование древесных отходов в производстве строительных материалов

• Щитовой паркет
• Реечные щиты
• Легкие бетоны
• Арболит
• Опилкобетон
• Деревобетон
• Гипсоопилочный бетон
• Строительный брус
• Стеновой камень
• Плита полимерно-древесная
• Лигно-углеродные древесные пластики

Технология производства щитового паркета включает:

• Сушку отходов лесопиления
• Раскрой на заготовки
• Формирование щита со склеиванием заготовок между собой и с основанием
• Наклейка фриз (паркета)
• Выдерживание в прессе
• Обработку краев щита, шлифовку, выемку паза по краю щита

Технология производства щитового паркета включает:

• Сушку отходов лесопиления
• Раскрой на заготовки
• Формирование щита со склеиванием заготовок между собой и с основанием
• Наклейка фриз (паркета)
• Выдерживание в прессе
• Обработку краев щита, шлифовку, выемку паза по краю щита

Легкие бетоны с использованием древесных отходов:

• Арболит
• Опилкобетон
• Деревобетон
• Гипсопилочный бетон

Состав арболита:

• Древесные частицы (преимущественно хвойных пород) в виде дробленки  (или костры, стеблей хлопчатника, стеблей кукурузы и др.)
• Минеральное вяжущее ( цемент, гипс, известь и др.)
• Минерализаторы (хлористый кальций, жидкое стекло, сернокислый алюминий совместно с известью)

Технологическая схема производства арболитовых изделий

Основные  физико-механические свойства арболита

Наименование	Назначение
	Теплоизоляционный		Конструктивно-теплоизоляционный
Марка сопротивления сжатию, кГ\см2	10	15	25	35
Максимальный объемный вес, кГ\м3	550	600	650	700
Морозостойкость, цикл	—	10	15	25
Осевое сжатие, кГ\см2	6	9	15	20
Сжатие при изгибе, кГ\см2	—	—	20	25
Растяжение при изгибе, кГ\см2	2	5	7	10
Модуль упругости, кГ\см2	1500	2000	3000	4000
Коэффициент теплопроводности, ккал\ м х  град (при влажности 0%)	0,085	0,095	0,1	0,11

Рекомендуемый состав арболита

Материалы, кг	Расход материала по маркам
	10	15	25	35
Дробленка	180÷190	200-210	220-230		240-25
Цемент  М 400	280-300	300-330	330-360		360-400
Вода	330-360	360-390	390-430		430-480
Хлористый кальций	8	8	8		8

Технология  приготовления  опилкобетона, деревобетона, гипсоопилочного бетона включает:

• Смешивание вяжущего и песка(щебенки)
• Введение опилок
• Введение воды
• Опилкобетон, деревобетон и гипсоопилочный бетон являются конструктивно-теплоизоляционными материалами

Коэффициент теплопроводности составляет для:

• опилкобетона – 0,24-0,43Вт\(м-к)
• Деревобетона  — (0,25-0,43Вт\(м-к)
• Гипсоопилочного бетона – 0,23 – 0,28 Вт\(м-к)

Рекомендуемый состав опилкобетона марки  М10

Наименование материала	Расход, кг
Цемент М-300 Известь гашеная Песок Опилки	105 150 530 210

Рекомендуемый состав  деревобетона

Наименование материала	Расход, кг
Цемент М400 Известь гашеная Гравий мелкозернистый Песок Опилки (хвойных пород) Вода	125 110 380 250 210 250

Технология производства стенового камня с использованием мягких древесных отходов (стружки и опилок хвойных пород) включает:

• Измельчение кусковых древесных отходов
• Сортировку мягких древесных отходов (влажность 20÷30%) с магнитным уловителем
• Смешивание с минерализатором
• Смешивание с цементом
• Формирование камня
• Твердение в течение 15 суток

Физико-механические свойства камня:

• Плотность, кГ\м³ 860-920
• Предел прочности при сжатии, МПа 3,8÷4,1
• Влажность, % 12-13
• Коэффициент теплопроводности, Вт\( м х К) 0,166-0,18
• Морозостойкость, циклов 25-35
• Назначение — для кладки стен, перегородок при малоэтажном строительстве

Основные виды оборудования, применяемые для изготовления легких бетонов и стенового камня:

• Дозировочные устройства –товарные весы типа РП – 1Г13М и др.
• Магнитные уловители
• Рубильные машины
• Молотковые дробилки
• Бетоносмесители
• Виброформовочные станки или пресса

Технологическая схема производства строительного бруса

Технология производства строительного бруса (ВТОРДРЕВ) с использованием древесных отходов включает:

• Подготовку сырья
• Подготовку минерального вяжущего
• Сушку сырья
• Приготовление пресс-массы
• Прессование бруса экструзионным способом
• Раскрой и пакетирование
• Складирование и выдержка

Композиционный состав смеси для изготовления строительного бруса:

• Древесные частицы — 51,2%
• Хлористый магний (бишофит) — 14,6%
• Магнезит каустический — 34,2%

Назначение бруса  — кладка стен, перегородок индивидуальных построек и складских помещений (малоэтажное строительство).

Физико-механические свойства материала бруса:

• Плотность, кГ\м³  1000-1200
• Влажность, % до 15
• Предел прочности при изгибе, МПа, не менее   2,6-3
• Разбухание в воде, %, не более 1%
• Теплопроводность, Вт \ ( м х град.) 0,32
• Водопоглощение, %                 не более 14%
• Морозостойкость, циклов 35
• Брус относится к категории трудносгораемых материалов
• Брус не содержит и не выделяет токсичных продуктов

Технико-экономические показатели установки по производству строительного бруса (ВТОРДРЕВ):

• Производительсть, м³ 4000
• в т.ч. древесных отходов, т  2500
• Потребление электроэнергии, кВт\ч 600000
• Потребление воды, м³ 1200
• Численность рабочих, чел.    5
• Занимаемая площадь, м² 400
• Стоимость установки, тыс.$ США 160

Технология производства топливных брикетов из древесных отходов включает:

• Измельчение древесных отходов до размеров частиц 5-7мм
• Сушку отходов
• Получение брикетов

Основные способы получения брикетов:

• Прессование
• Экструзия
• Плунжерный способ

Физико-механические свойства топливных брикетов:

• Плотность, кг\м³                                             900 ÷ 1200
• Теплотворная способность, ккал\кг 4000 ÷ 4500
• Влажность,% 0 ÷ 5
• Прочность на сжатие, МПа 8÷14

Технические характеристики установки брикетирования древесных отходов фирмы «Экодрев»:

• Сырье — мягкие древесные отходы хвойных пород         ( до 70%)
• Производительность, т\год                                       1200
• Установленная мощность оборудования, кВт 250
• Численность персонала, чел. 5
• Занимаемая площадь, м²                   150
• Стоимость оборудования, тыс.$ США 50

Технология производства лигноуглеводных древесных пластиков (ЛУДП) включает:

• Измельчение древесных отходов
• Сушку древесных отходов
• Формрование ковра
• Холодную подпрессовку
• Горячее прессование с последующим охлаждением под давлением
• Обрубку плит пластика

Требования к древесным отходам:

• используются отходы как хвойных, так и лиственных пород;
• допускается присутствие коры

Назначение плит – напольное покрытие.

Физико-механические свойства  ЛУДП:

• Плотность, кГ\м³ 1100÷1280
• Разбухание за 24 часа, % 9,4÷12,1
• Водопоглощение за 24часа,%          9,4÷14
• Влажность,% 7÷11
• Предел прочности при статическом изгибе, Г\см²      160÷300

Технические характеристики установки по производству ЛУДП:

·       Производительность, м2 \год	15000
·       Установленная мощность, кВт	150
·       Занимаемая площадь, м2	120
·       Численность персонала, чел.\ смену	2
·       Стоимость оборудования, млн.руб.	2,0

Технология производства древесно-полимерных плит включает:

·       Измельчение полимерных  отходов
·       Смешивание мягких древесных и измельченных полимерных отходов
·       Формирование пакета
·       Прессование плиты
·       Обрезку плит по периметру. ( Отходы обрезки измельчают вместе с отходами полимеров)

Требования к отходам для производства древесно-полимерных плит:

·       Влажность отходов	не более 5%
Физико-механические свойства плит:
·       Плотность, кГ\м3	800÷1000
·       Предел прочности при  статическом изгибе, Мпа	не менее 8
·       Водопоглощение за 24 часа, %	не более 15
Назначение плиты: для облицовки стен, потолков, перегородок жилых, производственнных  и складских помещений.

Технические характеристики установки получения древесно-полимерных плит (НИЦПУРО):

·       Производительность, м2 \год	50000
·       Установленная мощность, кВт	85
·       Численность персонала при двухсменной работе, чел.	5
·       Стоимость организации производства в готовом помещении, млн. руб.	1,5
·       Сточные воды	отсутствуют
·       Отходы производства	отсутствуют

 Рекомендации по организации производств по переработке отходов

Основными  (типовыми) направлениями вовлечения древесных отходов в хозяйственный оборот, рекомендуемых для широкомасштабного внедрения в большинстве регионов России следует считать:

• продажу кусковых древесных отходов на дрова населению;
• продажу древесных отходов заготовительным предприятиям, в том числе в виде щепы или для ее изготовления;
• организацию производства материалов строительного назначения (плит, стеновых камней, древесно-полимерных плит и т.д.).