Курсовая работа: Переработки древесного сырья

Для повышения производительного потенциала почв практикуется внесение древесных отходов и без предварительной обработки. Однако их включение в экосистему вызывает азотное голодание растений, хотя наличие там целлюлозно-лигнинного комплекса способствует обогащению почвы гумусом и её структурированию. В связи с этим важной характеристикой субстрата, применяемого для формирования удобрений, является вклад азота, его соотношение в биомассе с углеродом. Данные для некоторых древесных отходов сведены в таблицу.

Таблица 1

Вклад азота в биомассе некоторых отходов

Древесные отходы	Содержание азота, %	Соотношение углерода и азота
Кора хвойных пород	0.40	115
Кора лиственных пород	0.65	65
Отходы окорки с большим вкладом древесины и гнили	0.20	240
Опилки	0.10	500
Лигнин гидролизный	0.10	550
Отработанная древесная зелень пихты	1.60	28

Очевидно, опилки, другие древесные материалы, лигнин не являются ценным сырьем для получения компостов. Однако их скопление на промплощадке может рассматриваться как серьёзный аргумент в пользу использования таких отходов для почвообразовательных целей. Более эффективна для компостирования кора хвойных и лиственных деревьев, а ещё лучше древесная зелень после гидротермообработки. Их утилизации по данному направлению благоприятствует и более высокое содержание в них по сравнению с древесиной минеральных веществ (3-5 %), необходимых для развития сельскохозяйственных растений. Кора и древесная зелень являются эффективными источниками дотирования почвы микро- и макроэлементами. Кроме того, отходы способны фильтровать и адсорбировать вредные для культур приносимые почвенной водой компоненты и постепенно отдавать находящиеся здесь полезные для растений элементы, прежде всего калий и магний.

Ценность таких субстратов заметно возрастает с продолжительностью хранения древесных отходов или после гидротермообработки. Благодаря протеканию микробиологических и биохимических процессов органическая масса превращается в гумусовый ил. По биогенности этот продукт практически одинаков с плодороднейшими почвами и содержит сообщества микроорганизмов, способных к глубокой трансформации трудногидролизуемых компонентов. Положительным свойством образующихся в обоих случаях продуктов является снижение их кислотности. Оно происходит в связи с вымыванием и деструкцией кислотных соединений растительного материала.

Немаловажно, что внесение коры, опилок, других древесных отходов улучшает структуру почвы, делает её комковатой. На таких почвах, как правило, не отмечается подкисления, возрастает влагоёмкость и рыхлость. Всё это обеспечивает повышение урожайности. Наращивание продуктивности обусловлено в том числе и активизацией микробиологических процессов, особенно связанных с превращением углерода. Вместе с тем ускоренная деструкция увеличивает потребность микроорганизмов в азоте и создает его дефицит.

Следует также обратить внимание ещё на один из аспектов использования древесных отходов при выращивании сельскохозяйственной продукции как в открытом грунте, так и в теплицах. Его суть заключается в теплообеспечении корнеобитаемой среды. Теплота образуется за счет протекания биологических экзотермических реакций компонентов растительных тканей. Справедливость такого представления доказана экспериментально.

Для оптимизации протекания микробиологических превращений целлюлозосодержащих материалов целесообразно внесение полного минерального комплекса, в том числе азота в виде аммиачной воды и карбамида. Подобный эффект достигается и при использовании отходов животноводства, чему способствует близкое территориальное расположение лесохимических цехов с животноводческими хозяйствами. Важную роль в активизации микробиологических процессов играет влажность, аэрация компостируемой массы и температура. Определяющей в данном случае является влажность, поскольку для жизнедеятельности аэробных микроорганизмов требуются водные растворы питательных веществ.

Весьма важен и положительный эффект, обусловленный экологическими и социальными причинами. В отсутствие переработки жидкие отходы загрязняют естественные водоемы, за что предприятия платят штрафы. Накапливающиеся твердые отходы нуждаются в транспортировке. Помимо дополнительных затрат это способствует развитию пожароопасных ситуаций. Социальная значимость состоит в организации новых остронеобходимых рабочих мест.

1.3 Материалы из отходов переработки древесины

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.

1.4 Арболит, фибролит и опилкобетоны

Главными представителями группы материалов на древесных заполнителях и минеральных вяжущих являются арболит, фибролит и опилкобетоны.

Арболит - легкий бетон на заполнителях растительного происхождения, предварительно обработанных раствором минерализатора. Он применяется в промышленном, гражданском и сельскохозяйственном строительстве в виде панелей и блоков для возведения стен и перегородок, плит перекрытий и покрытий зданий, теплоизоляционных и звукоизоляционных плит. Стоимость зданий из арболита на 20…30% ниже чем из кирпича. Арболитовые конструкции могут эксплуатироваться при относительной влажности воздуха помещений не более 75%. При большой влажности требуется устройство пароизоляционного слоя.

Фибролит в отличие от арболита в качестве заполнителя и одновременно армирующего компонента включает древесную шерсть – стружку длинной от 200 до 500 мм., шириной 4…7 мм. и толщиной 0,25…0,5 мм. Древесную шерсть получают из неделовой древесины хвойных, реже лиственных пород. Фибролит отличается высокой звукопоглащаемостью, легкой обрабатываемостью, гвоздимостью, хорошим сцеплением со штукатурным слоем и бетоном. Технология производства фибролита включает приготовление древесной шерсти, обработки ее минерализатором, смешиванием с цементом, прессование плит и их термическую обработку.

Опилкобетоны – это материал на основе минеральных вяжущих и древесных опилок. К ним относятся ксилолит, ксилобетон и некоторые другие материалы, близкие к ним по составу и технологии.

Ксилолитом называется искусственный строительный материал, полученный в результате твердения смеси магнезиального вяжущего и древесных опилок, затворенной раствором хлорида или сульфата магния. В основном ксилолит применяется для устройства монолитных или сборных покрытий пола. Преимущества ксилолитовых полов – относительно небольшой коэффициент теплоусвоения, гигиеничность, достаточная твердость, низкая истираемость, возможность разнообразной цветной окраски.

Ксилобетоны - разновидность легкого бетона, заполнителем которого служат опилки, а вяжущим – цемент или известь и гипс, ксилобетон при объемной массе 300…700 кг/м³ и прочности на сжатии 0,4…3 МПа применяют как теплоизоляционный, а при объемной массе 700…1200 кг/м³ и прочности на сжатие до 10 МПА – как конструктивно-теплоизоляционный материал.

Клееная древесина относится к наиболее эффективным строительным материалам. Она может быть слоистой или полученной из шпона (фанера, древеснослоистые пластики); массивной из кусковых отходов лесопиления и деревообработке (панели, шиты, брусья, доски) и комбинированной (столярные плиты). Преимущества клееной древесины – низкая объемная масса, водостойкость, возможность получения из маломерного материала изделий сложной формы, крупных конструктивных элементов. В клееных конструкциях ослабляется влияние анизотропности древесины и его пороков, они характеризируется повышенной глиностойкостью и низкой возгораемостью, не подвержены усушке и короблении. Клееные деревянные конструкции по срокам и трудозатратам при возведении зданий, стойкости при возведении агрессивной воздушной среды часто успешно конкурируют со стальными и железобетонными конструкциями. Их применение эффективно при возведении сельскохозяйственных и промышленных предприятий, выставочных и торговых павильонов, спортивных комплексов, зданий и сооружений сборно-разборного типа.

Древесно-стружечные плиты – это материал, полученный горячим прессованием измельченной древесины, смешанной со связующими веществами – синтетическими полимерами. Преимуществами этого материала являются однородность физико-механических свойств в различных направлениях, сравнительно небольшие линейные изменения при переменной влажности, возможность высокой механизации и автоматизации производства.

Строительные материалы на основе некоторых отходов древесины могут изготавливаться без применения специальных вяжущих. Частицы древесины в таких материалах связываются в результате сближения и переплетения волокон, их когезионной способности и физико-химических связей, возникающих в процессе обработки пресс-массы при высоких давлении и температуры.

Чтобы получить достаточно полное представление об использовании древесины в строительстве, ниже рассмотрены еще строительные материалы, получаемые из древесных отходов. Строго говоря, эта группа материалов в большей мере относится к искусственным материалам (ИСК), так как при их получении происходит частичное или полное изменение химического состава древесины под влиянием химической технологии. Вместе с тем эти материалы можно рассматривать как пример отсутствия четкой границы между природными и искусственными материалами, применяемыми в строительстве. Такие примеры с не вполне четкой границей раздела между этими типами материалов встречаются и при рассмотрении каменных и других материалов.

В нашей стране ежегодно заготовляется огромный объем древесины, которая направляется главным образом на нужды строительства. Однако чем больше вырабатывается деловой древесины, тем больший отход получается при лесозаготовках и переработке стволовой древесины. Технический прогресс коснулся главным образом механизированного производства столярных и древесно-волокнистых плит, деревобетона (арболита), древесностружечных плит, щитов и др., из отходов практически любых размеров. Такие плиты и многие другие изделия анизотропны по свойствам, не коробятся, не усыхают и как полуфабрикат используются при производстве красивых фанерованных дверей, встроенной мебели, облицовочных панелей, перегородок, теплоизоляционных изделий и деталей, стеновых блоков и панелей (из арболита), паркета и кровли и т. п. И, тем не менее, на многих лесосеках и заводах продолжает скапливаться огромное количество отходов.

Из кусковых отходов лесопиления и деревообработки могут быть изготовлены клееные панели, щиты и плиты, щитовый паркет, дверные коробки, кровельная и штукатурная дрань, кровельная плитка и гонт, заготовки для столярного производства, арболит и стеновые блоки и панели из него, древесноволокнистые и древесно-стружечные плиты и др. Они с успехом заменяют деловую древесину. Среди них особой известностью в строительстве пользуются древесно-волокнистые плиты, которые являются современным строительным и отделочным материалом. Для их получения разработаны специальные технологические линии на заводах и комбинатах строительных материалов. Особо ценные сорта плит используют для отделки стен, перегородок, дверных проемов, встроенной мебели, для облицовки кухонной мебели и других элементов в жилых, общественных и промышленных зданиях. Плиты для декоративных целей обрабатывают с получением необходимой окраски их поверхности, тиснения и пр. Большим спросом у строителей пользуются также плиты древесно-стружечные плоского прессования, применяемые в качестве конструкционного и отделочного материала. Широкое применение имеет арболит как стеновой материал. Особенно часто изделия из древесных отходов используют как теплоизоляционный материал. Значительное количество древесных кусковых отходов щепы и стружки, в частности хвойных пород, может быть использовано при производстве кровельного картона. В нем содержание древесного волокна возможно увеличить до 40% и более взамен тряпья, качество которого снизилось в связи с избытком в нем синтетических волокон, непригодных для кровельного картона.

Опилкобетон

Из опилок и стружек материалы и изделия изготавливают либо на основе вяжущих веществ (опилкобетон, ксилолит, термиз, термопорит, гипсопилочные блоки и др.), либо без применения специальных вяжущих (лигноуглеводные пластики, вибролит и др.).

При изготовлении опилочных конгломератов с введением в них вяжущих веществ, кроме опилок вносятся в смесь песок, гравий, минерализаторы (жидкое стекло, известковое молоко, раствор фтористого натрия и др.). Опилки используются не только свежие, но и лежалые. В качестве вяжущих — цемент, известь, гипс, каустический магнезит и др. Так, например, для приготовления ксилолитовой смеси при производстве плит (для устройства полов) используют каустический магнезит, затворяемый на водном растворе хлористого магния. В полуторном или двойном количестве (по общему) по отношению к магнезиту добавляются в смесь опилки влажностью не более 8%, а при необходимости получения жесткого покрытия (а не пластичного) вносится еще небольшая часть кварцевого песка. В так называемые твердые опилочные плиты в качестве связующего вносятся аммиак, смолы или смесь смолы с аммиаком, а при производстве листового тырсолита толщиной от 1,5 до 8 мм используют карбамидную смолу с примесью отвердителя (контакта Петрова).

При изготовлении опилочных конгломератов без введения в их состав каких-либо специальных вяжущих веществ учитывается способность древесины к выделению собственных клеящих веществ в процессе гидролитического расщепления лигноуглеводных комплексов клеточных оболочек и полисахаридов. Технологический период характеризуется сушкой и дозированием древесных частиц, формованием и подпрессовкой на поддоне ковра необходимой толщины, горячим прессованием и охлаждением под давлением пресса. Именно по такой схеме изготовляют лигноуглеводные древесные пластики. На прочность такого пластика оказывает влияние размер древесных частиц: с их измельчением возрастает прочность пластика.

Наиболее ответственный режим на стадии горячего прессования ведется при давлении 1 ... 5 МПа и температуре 160 ... 170С с последующим охлаждением плит пресса до 20°С. Имеет значение порода исходной древесной смеси. Для этих пластиков пригодны ель, лиственница, сосна, береза и осина. Готовые изделия (пластики) используют в качестве конструкционно-отделочного материала; они покрываются в технологический период облицовочным шпоном. Сходными в производстве являются пьезотермопластики — плитный или плиточный материал, изготовляемый при высоких давлениях и температуре из древесных отходов, особенно опилок, без добавления связующих веществ.

Существуют две технологические схемы их производства: без предварительной обработки древесных отходов и с обработкой отходов (гидролизом) древесных опилок — горячей водой (или паром), иногда с химикатами. Пьезотермопластики используют для полов взамен паркета и дверей, в качестве отделочного материала и т. д. Из опилок и мелкой стружки после обработки в молотковой дробилке и вибромельнице, формования и горячего прессования получают плиты вибролита. После сушки плиты показывают достаточно высокие показатели качества. Вибролит используют для настила черного пола, устройства перегородок, щитовых дверей, изготовления встроенной мебели и пр.