Переработка и использование древесной коры
На складах сырья крупных деревообрабатывающих комбинатов, где почти все сырье подлежит окорке, всегда образуются большие запасы коры и производственникам приходится решать, что делать с этими отходами. На каждом предприятии идут по своему пути, выбор которого зависит от множества факторов, и один из главных - экономический.
Но прежде чем рассмотреть варианты решения проблемы, коротко расскажем, что представляет собой кора.
Кора дерева выполняет защитную функцию: предохраняет древесину от механических повреждений, проникновения грибков и насекомых, воздействия резких изменений температуры, испарения влаги.
Между корой и древесиной находится камбиальный слой - это первичная ткань, из которой образуется новое годовое кольцо и за счет которой прирастает кора. У коры два слоя: снаружи - корка, внутри - луб, обес-печивающий движение органических питательных веществ в стволе.
Доля коры у разных деревьев неодинакова и составляет примерно от 6 до 25 % объема ствола. Замечено, что кора дерева тем толще, чем тяжелее условия произрастания. По характеру поверхности кора может быть гладкой, бороздчатой, чешуйчатой, волокнистой и бородавчатой. Химический состав коры мало отличается от химического состава древесины, но содержание минеральных веществ в коре выше (около 4 %). В коре содержится значительно меньше целлюлозы, но присутствуют водорастворимые экстрактивные вещества (до 30 % в хвойных породах). В березовой корке (бересте) содержится до 40 % суберина - пробкового вещества с низкими водо- и газопроницаемостью и теплопроводностью.
Перейдем к рассмотрению вариантов решения проблемы отходов коры в порядке возрастания прибавочной стоимости продукции, изготавливаемой из окоренной древесины.
Вывоз коры в отвалы
Это вариант для производств, у которых нет возможности перерабатывать отходы и которые поэтому вынуждены избавляться от коры, чтобы не захламлять территорию предприятия (т. н. обременительные отходы). Кору можно вывозить самосвалами на территории, требующие осушения, использовать для подсыпки грунтовых дорог и т. п. Кору охотно покупают дачники, например, для выравнивания участка.
Переработка коры на удобрение
В этом случае используют кору, измельченную в корорубках (рис. 1) и молотковых мельницах.
Двухроторная корорубка (типа КРС-68) с расположением роторов один над другим (рис. 1а) относится к оборудованию, представляющему собой две однороторные корорубки, размещенные в одном корпусе. Кора после измельчения ротором первой ступени попадает в ротор второй ступени, где измельчается в более мелкую фракцию при помощи ножей меньшей ширины, чем у ножей ротора первой ступени, и большего количества ножей на диске, чем в первой корорубке.
Из отечественных конструкций корорубок наиболее удачна модель КР-6, разработанная вологодским ГКТБ (рис. 1б). В ней кора измельчается ножами, жестко закрепленными на роторах, вращающихся навстречу друг другу с разной скоростью. На одном роторе ножей в 3-4 раза больше, чем на другом.
При доизмельчении коры в молотковых мельницах можно получить мелкодисперсный материал, который находит широкое применение в разных технологиях.
Измельченную кору складируют на асфальтированных или бетонированных площадках в кучах высотой 5-10 м с углом естественного откоса 30-40°, пересыпая ее добавками, содержащими азот и фосфор. В коре немало органических соединений.
В период хранения в коре происходят биохимические процессы, температура внутри кучи повышается до 55-60 °С.
Содержащийся в коре лигнин при определенных условиях со временем превращается в гумус. Кора богата различными питательными веществами и разлагается быстрее опилок, за счет высокой пористости она быстро накапливает и хорошо удерживает влагу. В результате химических реакций образуется компост, который по эффективности может конкурировать с другими удобрениями. Опытом использования коры для приготовления удобрений располагают в объединении «Кировмебель», Красноярском ЛПК, на Костромском фанкомбинате.
Использование коры в качестве топлива
Кора - это низкосортное топливо с высоким содержанием влаги, золы и низкими сыпучими свойствами. Перед сжиганием требуется ее специальная подготовка, включающая измельчение и обезвоживание (подсушку).
Влажность коры, полученной в результате окорки древесины, поступившей сплавом, мерзлой, которая оттаивала перед окоркой в бассейнах, а также подвергавшейся паровому обогреву при барабанной окорке, - выше критической. Перед поступлением такой коры в топки на сжигание необходимо снизить ее относительную влажность до 50-60 %. Это достигается посредством механического отжима влаги из коры с помощью короотжимных прессов либо подсушиванием коры при помощи отходящих газов котельных, вентиляционных выбросов и других низкопотенциальных вторичных тепловых энергетических ресурсов. Однако надо помнить: образующаяся при отжиме жидкость является токсичным веществом, которое не должно попадать в открытые водоемы. Устройство же специальных водоемов или очистных сооружений часто делает операцию короотжима экономически невыгодной.
Поэтому существуют способы снижения влажности коры без образования сточных вод. Один из них - подсушка коры высокой влажности перед сжиганием. Критическим значением в этом случае является влажность свыше 60 %, а предварительная сушка за счет сжигания части подсушенной коры целесообразна только в том случае, если первоначальная влажность коры не превышает 75 %. Для коры любой влажности сушка перед сжиганием теплотехнически обоснованна, если процесс осуществляется за счет вторичных тепловых ресурсов (тепла дымовых газов котельных и электростанций, воздуха, выбрасываемого при вентиляции помещений, и т. п.).
Кора высокой влажности из окорочного цеха проходит в магнитный сепаратор, где из нее извлекаются металлические частицы, и поступает в корорубку, где измельчается и направляется в бункерное устройство для накопления и буферного хранения. Из бункерного устройства кора транспортируется в сушильную установку, в которой высушивается посредством тепла дымовых газов, подаваемых в сушилку из борова котельной вентилятором, либо продуктов сгорания определенной доли подсушенной коры, сжигаемой в резервной топке. Подсушенная кора из сушилки подхватывается сушильным агентом, засасываемым вентилятором, и подается в циклон, где отделяется от газов и поступает в бункерное устройство сухой коры. Отработанные газы очищаются от пыли в циклоне и выбрасываются в атмосферу через дымовую трубу. Из бункера сухая кора направляется для сжигания в топки котельной и частично в резервную топку, обеспечивающую приготовление теплоносителя для сушки, если дымовые газы в этих целях по каким-либо причинам не могут быть использованы.
Главным оборудованием в цехе подготовки коры к сжиганию является сушилка. Здесь могут применяться сушилки тех же конструкций, что и в цехах изготовления стружечных плит для сушки стружки: сушильные барабаны или пневматические сушилки со спиральной трубой. Начальная температура теплоносителя может быть очень высокой. Известен опыт использования топочных газов с температурой 900 °С (Крестецкий леспромхоз).
Отходы окорки, как и мягкие отходы деревообработки (опилки), используются и для получения топливных брикетов (ТУ 13-7-785-84). Линия брикетирования включает в себя барабанную корорубку для первичного измельчения коры, центробежную дробилку для вторичного измельчения, барабанную сушилку со спиральной приставкой и топкой, в которой сжигают кору, шнековый делитель для нормированной подачи сухой измельченной коры и брикетирующий пресс для получения готовой продукции. Готовые брикеты размером 160 × 68 × 20-30 мм проталкиваются в бункер-накопитель для отгрузки потребителю. Плотность брикетов составляет 1000-1100 кг/м3, предел прочности при изгибе - 1,5 МПа, теплота сгорания 16-17 Дж/кг - не ниже теплоты сгорания топливных брикетов из опилок.
Использование коры в производстве плит
Кора может использоваться во внутреннем слое трех- и пятислойных стружечных плит. Исследования ЦНИИ фанеры показали, что трехслойные плиты при любом содержании коры во внутреннем слое в 1,2-1,5 раза прочнее однослойных. Внутренний слой на 40-50 % может состоять из измельченной березовой коры. Более низкие результаты дает использование осиновой коры - приходится увеличивать содержание связующего во внутреннем слое с 9-9,5 до 10,5-11 % (от массы абсолютно сухой древесины).
Использование коры, отбираемой непосредственно от окорочных станков, не получило промышленного применения из-за сложностей технологии. По данным ЦНИИМОД, наиболее целесообразно перерабатывать такие отходы путем однократного измельчения в специальных корорубках, мельницах или дробилках. Как показали исследования, продукт, полученный при переработке коры хвойных пород, вполне пригоден для использования в плитном производстве.
Кора как объект химической переработки
Древесная кора является источником многих ценных экстрактивных веществ, из которых получают биологически активные, дубильные, красящие и прочие ценные продукты. Из коры хвойных, в частности пихты белокорой, можно получать эфирное (пихтовое) масло, используемое в ароматерапии и медицинской практике.
Естественно, каждое деревообрабатывающее предприятие должно стремиться к комплексному использованию древесного сырья. Здесь можно рекомендовать схему комплексной переработки коры хвойных деревьев (ели, сосны, кедра) с получением удобрений, сорбционных материалов и химических продуктов (рис. 3). Основная доля (до 90 %) измельченной коры направляется на компостирование. Часть коры подвергается последовательной экстракции с получением дубильного экстракта и пектина. Твердый остаток коры после экстракции является пористым углеродным материалом с высокой сорбирующей способностью. Это его свойство используется для внесения азото- и фосфорсодержащих добавок, необходимых для производства качественных удобрений.
Еще одним эффективным способом переработки коры является пиролиз, т. е. нагрев без доступа воздуха, в результате которого получается уголь-сырец, который можно активировать, т. е. увеличить количество пор в материале. Активацию выполняют термохимическим способом или перегретым паром. В результате получается материал с огромным количеством пор, т. е. с большой площадью активной поверхности (1000-2000 м2 на 1 г) и высокой сорбционной (впитывающей) способностью. Активные угли применяют в самых разных областях промышленности, в основном в фильтрах для очистки различных жидкостей и сточных вод, для сбора разливов нефти и т. п.
Древесные угли изготавливают обычно из древесины березы, однако исследования, проведенные в СибГТУ (г. Красноярск) и других институтах, показали, что древесная кора тоже может быть сырьем для производства этого материала. Например, исследователи выяснили, что выход активных углей из пихтовой коры сплавной древесины составляет 32-33 % от массы коры (оптимальная температура пиролиза 750 °С). Опыты, проведенные на Енисейском ЛПК, показали, что активные угли, полученные из коры, успешно очищают сточные воды от метанола, формальдегида, фенола и других химических загрязнителей.
Это же касается и активных углей из коры сибирской лиственницы и пихты. В ходе комплексной переработки хвойной коры можно получать пихтовое масло, хвойный бальзам, дубители, красители и углеродные сорбенты (активный уголь). Из коры осины производят витаминные и кормовые добавки и удобрения. Из березовой коры получают бетулин (кристаллическое вещество из бересты для лечения ожогов и травм), субериновые вещества (пробковые вещества для залечивания ран), полифенолы (антиоксиданты) и сорбенты.
Береста (наружная часть коры березы) занимает особое место среди древесных материалов. Она использовалась издревле и используется сейчас без всякой переработки, в натуральном виде, для изготовления туесов, корзин, емкостей для пищевых продуктов. Береста - отличное топливо, не требующее сушки перед сжиганием. Из березовой и осиновой коры получают фармакопейную смолу и деготь.
Некоторые предприятия, выпускающие фанеру, занимаются заготовкой коры и поставляют ее как полуфабрикат на специализированные предприятия в соответствии с ТУ 13-707-83 на бересту. Большой опыт химической переработки бересты был накоплен в ПО «Киевдревпром» (Украина), где имелась установка по производству дегтя мощностью до 5 т. Выход дегтя составляет 25 % от массы сухой бересты.
Деготь - темная густая жидкость, содержащая бензол, ксилол, крезол, толуол, фенол и другие вещества. Деготь применяют в медицине (мазь Вишневского) и косметике (дегтярное мыло). После перегонки из дегтя получают креозот, широко используемый для пропитки шпал и других деревянных деталей, контактирующих с землей.
Луб, содержание которого в березовой коре 60-80 % ее массы, может перерабатываться в муку, пригодную в качестве наполнителя синтетических клеев взамен дефицитной древесной муки. Процесс изготовления такой муки включает сушку луба до влажности 4-8 % и размол на мельнице до однородной мелкой фракции, близкой к фракции древесной муки № 140 по ГОСТ 16361-80.
Выбор оптимального варианта переработки коры зависит от многих факторов: породы древесины, способа доставки сырья (водного или сухопутного), объемов получаемой коры, доступности энергоресурсов, наличия потребителей продукции из коры и т. д. В любом случае переработка коры должна носить комплексный характер. Кора из обременительного вторсырья должна стать экономически выгодным ресурсом. Для большинства древесных материалов (пиломатериалов, фанеры, плит) доля сырья в себестоимости продукции составляет около 50 %. Кора же - бесплатное сырье, деньги за которое предприятие уже заплатило при покупке круглых лесоматериалов.
Владимир ВОЛЫНСКИЙ
В публикации использованы материалы сайтов msd.com.ua и sbras.nsc.ru
