Лесопромышленность в Российской Федерации



План

 

1.       Химическое строение и состав древесины

2.       Технические свойства древесины

3.       Применение древесины                                                          

4.       Методы переработки древесного сырья

5.       Лесохимическая промышленность

5.1. Продукция лесохимии

5.2.  Структура лесопромышленного комплекса Российской Федерации.

5.3. Пиролиз древесины

5.4. Производство смолы и скипидара

5.5. Производство жидкого дыма

6.       Утилизация отходов

6.1. Производство топливных гранул

6.2. Брикетирование опилок

6.3. Создание композитных материалов на основе поливинилхлоридного        пластика

6.4. О переработке древесных отходов в Северо – западном регионе

7. Экологические проблемы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.       Строение и химический состав древесины

Строение древесины

Сделав аккуратный поперечный разрез ствола дерева, мы сможем увидеть кору с древесиной, а также саму сердцевину дерева. На древесине будут также видны все годичные слои.

 

Для более точного представления о реальном строении дерева, в древесине изучают три основных разреза ствола - это тангентальный разрез, поперечный разрез и наконец радиальный разрез. На тангентальном разрезе древесины все слои имеют вид конусообразных линий. В поперечном же разрезе все слои представляют из себя концентрические окружности. А на радиальном разрезе — это продольные полосы.

 

Поперечный разрез дает представление о так называемых сердцевинных лучах, это такие блестящие, направленные к коре линии. Например у дуба и бука они очень ярко выделяются, а у других пород, таких как сосна и липа, они едва заметны. Для производства различных мозаичных работ очень ценятся породы древесины с отчетливо выраженными сердцевинными лучами. При радиальном разрезе мы увидим, что сердцевинные лучи будут представлять из себя ленточки различной длины; тангентальный разрез придаст им вид коротких черточек.

 

Для каждой породы древесины характерна еще одна черта — это так называемая текстура древесины. Она образуется если перерезать волокна годичных слоев, а также сердцевинных лучей. Именно от годичных колец, сердцевинных лучей, строения волокон и будет зависеть текстура древесины. Также текстурный рисунок очень сильно зависит от красящего пигмента и от разницы в цвете между ранней и поздней древесиной. Это отчетливо заметно при тангентальном разрезе. Ширина годичных колец также оказывает существенное влияние на выразительность текстуры, это особенно заметно у каштана и тополя. Иногда различия по ширине колец могут сочетаться с их волнистым строением.

 

У лесных пород древесина как правило окрашена в светлые цвета. А у таких пород как граб или береза цвет одинаковый по всей толщине ствола. У дуба, сосны обычно центральная часть более темная. У ствола темноокрашенная часть называется ядром, а более светлая заболонью. Те породы, у которых ядро больше выражено, называют ядровыми; остальные же породы называют заболонными. Ядро формируется за счет того, что клетки древесины отмирают, откладываются красящие вещества и смолы. У молодых деревьев ядра нет. Переход от заболони к ядру бывает как плавным, так и резким. Для древесины это одна из самых важных характеристик, ведь именно по ней решают какой материал выбрать для различных мозаичных или облицовочных работ.

 

Сосуды для проводки питательных веществ хорошо видны при поперечном разрезе. Такие сосуды в основном бывают именно в древесине годичных слоев. Если сосуды образуют так называемые сплошные кольца, тогда такие породы называют кольцесосудистыми. Рассеянно сосудистыми называют породы, у которых сосуды равномерно распределены по всей ширине слоя.

 

Дуб, ильм, ясень, карагач — это кольцесосудистые, а граб, береза, груша, липа, осина и ольха — это пример рассеяннососудистых. Сосуды будут видны как продольные полоски при радиальном и тангентальном разрезах.

 

Химический состав древесины

Древесина состоит из органических веществ, в состав которых входят химические элементы: углерод С (49,5%), водород Н (6,3%), кислород О (44,2%) и азот N (0,12%).
Химические элементы образуют сложные органические вещества. Главные из них - целлюлоза, лигнин и гемицеллюлоза - образуют клеточную стенку и составляют 95-99% массы абсолютно сухой древесины. К остальным относятся дубильные вещества и смолы.

 

         Целлюлоза

         Лигнин

         Гемицеллюлозы

         Живица

         Дубильные вещества

       Биологически активные вещества
 

Целлюлоза.Целлюлоза имеет широкое применение в во многих сферах. Она идет на изготовление бумаги, картона, ваты, искусственного шелка, меха и кожи, взрывчатых веществ, целлулоида, целлофана, вискозных, кордных нитей, фото- и кинопленок, лаков, пластмасс и др.

Лигнин. Лигнин используется в производстве пластмасс, ванилина, активированного угля и др.

Гемицеллюлозы. Гемицеллюлозы при гидролизе образуют простые сахара. При химической переработке древесины из гемицеллюлоз получают много ценных продуктов, одним из которых является фурфурол. Фурфурол применяют в производстве пластмасс, синтетических волокон, смол, для приготовления медицинских препаратов.
Путем разделения древесины на волокна и последующего их прессования получают древесноволокнистые плиты. Гидролизом (воздействием кислот) древесных отходов (щепы, опилок) можно получить этиловый спирт, глюкозу, кормовые дрожжи, фурфурол, метанол, скипидар, углекислоту и др. При сухой перегонке древесины (нагревание при высокой температуре без доступа воздуха) получается древесный уголь, жидко и газообразные продукты.

Живица. При перегонке живицы (смолистого вещества хвойных пород) получают канифоль и скипидар. Канифоль и скипидар применяются в различных производствах: для получения мыла, лаков, красок, олиф, линолеума, смазок, в кожевенной и резиновой промышленности, медицине и др.

Дубильные вещества. Дубильные вещества, или танниды, используют в кожевенной промышленности для дубления сырой кожи, что придает ей стойкость против гниения, эластичность, способность не разбухать. Танниды содержатся в ядре дуба (6-11%) и каштана (6-13%), а также в коре ивы, лиственницы, дуба, ели, пихты (от 5 до 16%).
Дубильные вещества растворимы в воде и спирте, легко окисляются, при соединении с солями железа дают темно-синюю окраску. Получают их путем экстрагирования горячей водой измельченной коры и древесины.
 

Биологически активные вещества. В живых клетках древесной зелени - тонких ветвях, листьях, а также и в молодой коре (хвое) - содержится много биологически активных элементов: витаминов, хлорофилла, каротина, ферментов, микроэлементов, фитонцидов и др. В хвое содержится аскорбиновой кислоты - витамина С - в 6 раз больше, чем в лимонах и апельсинах.
Биологически активные вещества могут иметь большое значение для медицины, животноводства и пищевой промышленности. В хвойно-витаминной муке содержится каротина и витаминов значительно больше, чем в сене и других кормах, поэтому ее используют как ценную добавку к кормам для животных и птиц.
Широкое применение в медицине находит хлорофиллокаротиновая паста для лечения кожных заболеваний, ожогов, язв и других болезней.
Хвойная паста добавляется в мыло, зубные пасты, шампуни. В древесной зелени содержатся эфирные масла, которые обладают антимикробной и антибактериальной активностью.
 

2. Технические свойства древесины

Техническими свойствами древесины называют те свойства, которые имею значение как в процессе ее обработки, так и при использовании в дальнейшем готовых изделий или их деталей. Технические свойства подразделяются на физические и механические.

К основным физическим свойствам древесины относятся: внешний вид древесины (ее цвет, текстура, рисунок, блеск), объемный вес и связанные с ним плотность и пористость, влажность и связанные с нею усушке и коробление древесины.

К механическим свойствам древесины относятся твердость, упругость, пластичность и прочность.

К твердым породам древесины относятся: самшит, граб, груша, ясень, бук, дуб и клен, к мягким — липа, тополь, ель, сосна, ольха и другие.

Твердые породы имеют хорошую гвоздимость. Они лучше, чем мягкие породы, удерживают забитые гвозди.

Большой упругостью обладает древесина дуба, березы, граба. Повышение влажности древесины влечет за собой понижение ее упругости.

Хорошей пластичностью отличается древесина бука, ясеня, вяза. Пластичностью древесины пользуются, например, при изготовлении гнутых деталей в судостроении и авиации.

С повышением влажности пластичность древесины заметно повышается. Поэтому при изготовлении гнутых изделий древесину предварительно парят или замачивают на некоторое время в горячей воде.

Прочность древесины из-за неоднородности ее строения различна. Так, например, древесина лучше сопротивляется сжатию вдоль волокон, чем поперек, а сопротивление ее скалыванию поперек волокон выше, чем по направлению волокон.

Испытание прочности образцов из древесины (на сжатие, изгиб и скалывание) можно производить в школьных гидравлических (масляных) прессах.

В техническом моделировании нашли широкое применение такие породы древесины, как сосна, ель, береза, дуб, липа, бук, клен и бамбук.

Древесина сосны (объемный вес 0,5 г/см3) прямослойная, смолистая, желтовато-розового цвета, хорошо обрабатывается: раскалывается, пилится и строгается. Изготовленные из сосны рейки после замачивания или кипячения в воде легко гнутся и после просушки устойчиво сохраняют приданную им форму. Отделываются изделия из сосны обычно окраской кроющими, масляными или нитроцеллюлозными красками. Сосна применяется для изготовления ящиков и панелей, подставок и стоек моделей и приборов, каркасов летающих и плавающих моделей, каркасов щитов и подрамников, стапелей для сборки моделей и многих других работ.

Древесина ели (объемный вес 0,47 г/см3) светло-желтого цвета, мягкая, легкая и значительно менее смолистая, чем у сосны, но более сучковатая (сучки при высыхании часто выпадают). Хорошо колется и гнется. Мало коробится. Применяется для тех же целей, что и сосна, и отделывается так же, как и сосна.

Древесина березы (объемный вес 0,7 г/см3) белого или чуть желтоватого цвета, твердая и плотная (плотность равномерная), хорошо обрабатывается и, в частности, хорошо точится на токарном станке, прекрасно окрашивается протравами (морилками) и часто имитируется под ценные породы — красное и черное дерево, орех.

Береза применяется для изготовления оснований, подставок, панелей, стоек и штативов для моделей и приборов, винтов, колодок и ручек инструментов.

Древесина липы (объемный вес 0,48 г/см3) белого цвета, однородная, мягкая, легкая, обладает небольшой прочностью, хорошо окрашивается водными растворами протрав и полируется.

Липа применяется для изготовления воздушных винтов летающих и плавающих моделей, долбленых корпусов плавающих моделей, сложных по форме бобышек и болванок, а также для изделий, покрываемых резьбой.

Древесина дуба (объемный вес 0,71 г/см3) светло=бурого или слегка коричневатого цвета, твердая, прочная, с красивой текстурой. Хорошо обрабатывается, но требует при этом значительных физических усилий. Окрашивается водными растворами протрав в различные оттенки коричневого и серого цвета и покрывается лаком или восковой политурой. Полируется с трудом.

Юные техники используют древесину дуба для изготовления подставок и панелей для приборов  и   моделей,    а   также  рамок, ящиков, шкатулок. Дубовая ножевая фанера применяется для- фанерования ящиков для радиоприемников, панелей, подставок и кронштейнов для приборов и моделей, различных предметов домашнего обихода, изготовляемых из древесины простых пород (например, сосны и ели).

Древесина бука (объемный вес 0,65 г/смг) твердая, плотная, мелкослойная и прочная, розовато-белого цвета, с красивой текстурой, хорошо колется и обрабатывается режущими инструментами. Сильно усыхает и при этом очень коробится. В распаренном виде отлично гнется. Окрашивается протравами в различные оттенки коричневого и красного цвета. Хорошо лакируется и полируется. Применяется юными техниками для изготовления подставок, штативов и панелей для приборов и моделей, рамок, раскладок для щитов, винтов летающих моделей, колодок и рукояток инструментов.

Древесина клёна (объемный вес 0,60 г/см3) белого цвета, однородная, плотная, твердая, упругая и гибкая, хорошо окрашивается и полируется. Употребляется для изготовления подставок, панелей и ручек для инструментов.

Деловая (наружная) часть древесины бамбука (объемный вес 0,52 г/см3) обладает высокой прочностью и гибкостью, хорошо колется вдоль волокон. Реечки из бамбука легко гнутся над пламенем без предварительного замачивания и распаривания.

tify">Для изготовления различных приборов, моделей и наглядных пособий юные техники, используют, кроме перечисленных, еще древесину тополя и осины (заменяет липу), а также древесину местных древесных пород — сибирского кедра, лиственницы, пихты, кавказского ореха.

3. Применение древесины

Трудно назвать какую-либо отрасль хозяйства, где древесина не использовалась бы в том или ином виде (натуральном или переработанном), и перечислить разнообразные изделия, в которые древесина входит составной частью. По объему использования и разнообразию применения в народном хозяйстве с древесиной не может сравниться никакой другой материал.
Древесину используют для изготовления мебели, столярно-строительных изделий (дверей, окон, полов, паркета, панельных деревянных домов). Из нее делают элементы мостов, судов, кузовов, вагонов, тару, шпалы, спортивный инвентарь, музыкальные инструменты, спички, карандаши, бумагу, предметы обихода, игрушки, сувениры.
Натуральную или модифицированную древесину применяют в машиностроении и горно-рудной промышленности; она является исходным сырьем для целлюлозно-бумажной промышленности, производства древесных влит. До 20000 самых разных видов изделий и материалов создают из древесины и около 19 500 из них — с помощью химии.
При химической переработке древесины можно получить целлюлозу, виноградный сахар, целлофан, древесный спирт, уксусную кислоту, винный спирт, искусственное волокно, мех, кожу, фото- и кинопленку, вату, бумагу, скипидар, канифоль и др.
Пиломатериалы, древесностружечные, древесноволокнистые, столярные плиты, фанера и пластики являются основным конструкционным материалом столярных изделий. Широкое применение в изготовлении столярных изделий находят лущеный и строганный шпон. Из лущеного шпона изготовляют клееную слоистую древесину — фанеру, фанерные плиты, клееные детали мебели, детали корпусов телевизоров и радиоприемников, тару. Строганный и синтетический шпон на основе пропитанных бумаг — основной облицовочный материал для деталей, изготовленных из древесины малоценных пород, фанеры и древесностружечных плит. Широкому использованию древесины способствуют ее высокие физико-механические качества, хорошая обрабатываемость, а также эффективные способы изменения отдельных свойств древесины путем химической и механической обработки. Древесина легко обрабатывается, имеет малую теплопроводность, достаточно высокую прочность, хорошую сопротивляемость ударным и вибрационным нагрузкам, в сухой среде долговечна, имеет небольшую массу. Древесина соединяется крепежными изделиями, прочно склеивается, сохраняет красивый внешний вид и хорошо воспринимает отделку.

 

4. Методы переработки древесного сырья

 

Древесина служит исходным сырьем для выработки более двадцати тысяч продуктов и изделий. Способы переработки древесного сырья делят на три группы: механические, химико-механические и химические.

 

Механическая переработка древесины заключается в изменении ее формы пилением, строганием, фрезерованием, лущением, сверлением, раскалыванием. В результате механической обработки получают разнообразные товары народного потребления и промышленного назначения, продукцию и сырье для смежных перерабатывающих отраслей промышленности. Механическим истиранием древесины получают волокнистые полуфабрикаты.

 

При химико-механической переработке получают промежуточный продукт из древесины, однородный по составу и размерам, - специально резаную стружку, дробленый шпон. Промежуточный продукт, получаемый механическим способом, покрывают связующим веществом. Под действием температуры и давления происходит реакция полимеризации связующего, в результате чего промежуточный древесный продукт прочно склеивается. При химико-механической переработке получают фанеру, столярные, древесностружечные и цементно-стружечные плиты, арболит и фибролит. Химико-механический способ используют при получении волокнистых полуфабрикатов в целлюлозно-бумажной промышленности.

 

Химическая переработка древесины осуществляется термическим разложением, воздействием на нее растворителей, щелочей, кислот, кислых солей сернистой кислоты.

 

Термическое разложение или пиролиз древесины, осуществляется нагреванием древесины при высокой температуре без доступа воздуха. При пиролизе получают твердые, жидкие и газообразные продукты. Из них наибольшее практическое значение имеет древесный уголь.

 

При помощи растворителей из древесины, предварительно измельченной в щепу, извлекают различные экстрактивные вещества. При экстракции водой получают дубители. Клеящие свойства камеди, извлекаемой водой из древесины лиственниц используются в полиграфической, текстильной и спичечной промышленности. При экстракции бензином осмола, измельченного в щепу, из древесины извлекают канифоль. Ее широко используют для получения высококачественной бумаги, как заменитель жиров в мыловарении, для производства лаков, линолеума, резины, электротехнических и других изделий.

 

Переработка древесины в целлюлозно-бумажном производстве. Для производства бумаги и картона широко применяются волокнистые полуфабрикаты в виде древесной массы и целлюлозы. Для нужд бумажного и картонного производства используется около 93% целлюлозы. Остальная часть служит сырьем для химической переработки на искусственное вискозное или ацетатное волокно, кинопленку, пластмассу, бездымный порох, целлофан и другие продукты.

 

Переработка древесины при производстве древесноволокнистых плит. Плиты находят широкое применение в строительстве, малоэтажном стандартном домостроении, автомобиле и судостроении, производстве мебели, контейнеров и ящиков. Для производства древесноволокнистых плит используют древесное сырье предварительно измельченное в щепу. Потребление 1 млн. плит, изготовленных из отходов, сберегает 54 тыс. м3 круглых деловых лесоматериалов.

 

Древесина содержит целлюлозу и гемицеллюлозы - естественные высокомолекулярные полимеры - полисахариды, которые пу-тем реакции присоединения воды можно опять превратить в простые сахара. Эта реакция, называемая гидролизом , позволяет перерабатывать древесину в пищевые и кормовые продукты.

5. Лесохимическая промышленность

Она основана на химической переработке древесины. К ней относятся: сухая перегонка древесины, углежжение и различные виды канифольно-скипидарных производств.

  В дореволюционной России Л. п. производила смолу, древесный уголь, дёготь и в небольшом количестве скипидар, уксусную кислоту и др. продукты. Самые древние промыслы — углежжение и смолокурение возникли в 12 в. Углежжение было распространено на Урале в связи с развитием металлургической промышленности. Смолокурение развивалось в основном на Севере, что вызывалось большой потребностью в смоле, употреблявшейся для смоления деревянных корпусов судов, канатов. Смола пользовалась большим спросом за рубежом. Перед 1-й мировой войной 1914—18 выработка смолы в России составляла 90 тыс. т, скипидара-сырца 20 тыс. т в год. В 20-х гг. 19 в. в России построен первый завод, выпускавший уксусную кислоту и уксуснокислый натрий. К концу 1-й мировой войны ежегодно перерабатывалось около 440 тыс. складочных м3 берёзовых дров и выпускалось 10 тыс. т уксуснокислого кальция, 9 тыс. т смолы, 41 тыс. т угля. Уксуснокислый кальций перерабатывался на уксусную кислоту, которая использовалась главным образом в текстильной промышленности. В период Гражданской войны и военной интервенции 1918—20 Л. п. значительно пострадала, однако уже к 1925 был достигнут уровень производства продуктов сухой перегонки древесины конца 1-й мировой войны. В две предвоенные пятилетки (1929—1937) реконструированы действующие и построены новые лесохимические предприятия, что дало возможность значительно увеличить производство лесохимических продуктов и, кроме того, организовать выпуск новых видов (ацетатные растворители, ингибиторы и др.). С развитием подсочки сосны (в 1928 было добыто 8,3 тыс. т живицы, а в 1936—89 тыс. т) создана промышленность по переработке живицы на канифоль и скипидар, а для переработки соснового пневого осмола построены канифольно-экстракционные заводы. С 1931 импорт канифоли прекращен и по производству канифоли и скипидара СССР занял 2-е место в мире (после США). В послевоенные годы выпуск лесохимических продуктов значительно возрос за счёт строительства новых заводов и внедрения на действующих предприятиях более совершенных технологических процессов (см. табл.).

 

  Производство канифоли и канифольных продуктов в СССР, тыс. т

Годы	Канифоль	Канифольные продукты	Всего канифоли и канифольных продуктов
1940 1950 1960 1970 1972	45,8 67,2 122,6 131,7 127,6	0,4 0,6 1,8 36,9 50,5	46.2 67,8 124,4 168,6 178,1

 

  Большая часть предприятий Л. п. расположена в Европейской части СССР. Значительно расширяются мощности по производству древесного угля на действующих Ашинском (Челябинская область), Сявском (Горьковская область) лесохимических комбинатах, предусматривается строительство новых предприятий в основном в восточных районах — Красноярском крае, Иркутской области и Приморском крае, где войдут в действие крупные канифольно-экстракционные заводы.

  В ряде социалистических стран (Болгарии, Венгрии, Польше, Румынии, Чехословакии, Югославии) имеются лесохимические предприятия, вырабатывающие канифоль, скипидар, древесный уголь и др. продукты.

  В капиталистических странах Л. п. наиболее развита в США, Канаде, Швеции, Финляндии; она получила развитие также в Испании, Франции, Мексике, Португалии, Греции и некоторых др. странах.

 

5.1. Продукция лесохимии

Продуктами целлюлозно-бумажного производства являются целлюлоза, бумага, картон, древесноволокнистые плиты, древесностружечные плиты, кровельные материалы и изоляционные материалы, нитроцеллюлоза, лигнин, технические лигносульфонаты. Основным процессом в производстве является варка, тепловая обработка древесины растворами химических реагентов, способных растворять лигнин (чаще всего щелочные растворы сульфидов, сульфитов, сульфатов натрия). Входе варки волокна целлюлозы, связанные лигнином высвобождаются, а лигнин переходит в раствор. Сырьём для данного производства служат преимущественно хвойные и лиственные породы древесины.
Основными направлениями развития являются: вовлечение в переработку отходов лесозаготовки и обработки древесины, тростника, соломы и т. п.; использование вторичных ресурсов (макулатуры); совершенствование систем, обеспечивающих экологическую безопасность. Удельный вес целлюлозно-бумажного производства в валовом выпуске предприятий лесохимии составляет 84%.

Термич. деструкция Ц. начинается при 150 °С и приводит к выделению низкомол. соед. (Н2, СН4, СО, спирты, карбоновые к-ты, карбонильные производные и др.) и продуктов более сложного строения. Направление и степень разложения определяются типом структурной модификации, степенями кристалличности и полимеризации. Выход одного из осн. продуктов деструкции - левоглюкозана изменяется от 60-63 (хлопковая Ц.) до 4-5% по массе (вискозные волокна). При т-ре св. 300 °С происходит пиролиз с образованием продуктов карбонизации. Карбонизация и графитация ЦII (вискозные волокна) используются при получении углеродных волокон. При облучении образца светом с длиной волны < 200 нм протекает фотохим. деструкция Ц., в результате к-рой снижается степень полимеризации, увеличиваются полидисперсность, содержание карбонильных и карбоксильных групп.

Действие на Ц. окислителей приводит гл. обр. к неизбирательному окислению спиртовых и карбонильных групп до карбоксильных, сопровождающемуся деструкцией Ц. Окисление О2 воздуха в щелочной среде, при к-ром скорость разрушения нецеллюлозных компонентов выше скорости окисления Ц., является одним из эффективных способов отбеливания техн. Ц. На использовании окислительной деструкции в щелочной среде основана одна из стадий произ-ва вискозных волокон и простых эфиров Ц. (предсозревание щелочной Ц.); как побочная эта р-ция протекает при отбеливании Ц. и ее облагораживании (см. ниже). Нек-рые окислители (периодат Na, тетраацетат Pb, N2O4) отличаются высокой избирательностью по отношению к гидроксильным группам у атомов С-2 и С-3; при их действии идет одновременное окисление этих групп ОН с разрывом кольца и образованием диальдегида.