Измельчение лесосечных отходов и затем отделение от измельченной массы технологической щепы является первоначальной стадией общего процесса переработки лесосечных отходов на полуцеллюлозу, целлюлозу, тарный картон, древесностружечные и древесноволокнистые плиты и лигноуглеводные пластики.
В. Н. Коперин (1968) в своей статье отмечает, что в государственном плане стандартизации начиная с 1967 г. предусмотрены научные исследования и разработка унифицированного стандарта на древесную щепу из отходов лесозаготовок. За последние годы научно-исследовательские институты и передовые предприятия лесной промышленности предложили и изготовили различное оборудование для получения щепы из сучьев, вершин и ветвей, разработана технология этого производства. Крестецкий и Гузерипльский леспромхозы ЦНИИМЭ, Шуйско-Виданский, Какможский и Сюрекский леспромхозы и некоторые другие предприятия приготовляют такую щепу и поставляют ее для производства плит и знергохимического использования.
H. Т. Гончаренко (1966), описывая подготовку сырья для технологической щепы в Японии, отмечает несколько интересных моментов:
1. В Японии для приготовления технологической щепы используется древесина диаметром от 3 см и выше, а также сучья, вершины, откомлевки, стволовая часть, непригодная для распиловки, при этом показатели гнили, кривизна и другие факторы не ограничиваются.
2. Кроме производства щепы на целлюлозно-бумажных предприятиях, существуют специализированные предприятия, которые выработали за 1965 г. более 8,4 млн. пл. м3 щепы для целлюлозно-бумажной промышленности и производства древесноволокнистых плит.
3. Поставка технологической щепы в Японию ежегодно расширяется.
На ножевых машинах при пропускании тонкомера или сучьев образуется щепа или технологическая стружка. Щепа образуется в основном путем скалывания древесины вдоль волокон.
При просеивании щепы через комплект сит она разделяется на фракции: крупную щепу в виде обрубков, широких щепок, драни и т. п., задерживающуюся на сите с квадратными ячейками 30X30 мм нормальную щепу — частицы, проходящие через квадратные ячейки 30X30 мм и остающиеся на сите с отверстиями диаметром 5—6 мм; мелкую щепу (пыль, опилки) — частицы, которые проходят через сито с отверстиями диаметром 5—6 мм. Мелкую фракцию необходимо отделять, так как она содержит мельчайшие частицы гнили, минеральные и другие примеси, которые загрязняют целлюлозу. Эта фракция может использоваться только для изготовления лигноуглеводных древесных пластиков.
Влажность щепы зависит от первоначального сырья, которое подвергается переработке, и от условий хранения щепы и является важным показателем как при производстве стружечных плит, так и в целлюлозно-бумажном производстве. Так, в производстве стружечных плит повышенная влажность щепы замедляет процесс полимеризации связующих веществ, что отрицательно влияет на механические свойства плит. В целлюлозно-бумажном производстве неодинаковая влажность щепы вызывает неравномерность ее провара.
Рубильные машины для производства щепы. Существующие типы отечественных и зарубежных рубильных машин можно разделить на две основные группы: дисковые и барабанные рубильные машины. Все существующие рубильные машины, предназначенные для производства технологической щепы из балансовой древесины, с некоторыми изменениями можно применять для производства технологической щепы из отходов лесоразработок и для измельчения древесной массы, получаемой от рубок ухода за молодняками.
Для измельчения сучьев, образующихся при рубках главного пользования, и древесной массы, заготавливаемой при рубках ухода, особенно хорошо зарекомендовали себя польская передвижная установка и установка, разработанная М. А. Замнховским.
Освобождение щепы от коры. В Японии (Н. Т. Гончаренко, 1966) окорка сырья (щепы) и освобождение ее от гнили производятся в барабанных корообдирках. На ЦБК устанавливаются более мощные барабаны, позволяющие окорять сырье длиной 1; 1,5; 2 м. Кроме сухого метода, для интенсификации, окорки удаления коры и гнили на ЦБК применяют мокрый способ окорки. Барабан состоит из двух цилиндров, имеющих индивидуальный привод, и загружается щепой цепным или ленточным транспортером через загрузочное отверстие; выгрузка производится через выгрузочный лоток. Лучшее качество окорки достигается в том случае, если сырье занимает половину объема барабана. Этот режим достигается путем регулирования подачи сырья и определенным числом оборотов.
Удаление гнили и окорку обеспечивают ножи, установленные на внутренней поверхности барабанов, 90% барабанов оснащены ножами треугольной формы, остальные имеют ножи, центральная и боковая части которых разновысокие. Ножи расположены в шахматном порядке по длине барабана через 250/300 мм, а по диаметру через 300—350 мм. В последнее время стали устанавливать Н-образные ножи, одинаковой высоты в центральной и боковой частях.
В Японии, кроме стационарных, эксплуатируется и небольшое количество передвижных барабанов. По данным потребителей, коры и гнили в щепе не больше 1%, т. е. качество окорки сырья и степень удаления гнили окорочными барабанами высокие.
Фирма «Хосер Машин» выпустила машину, предназначенную для очистки щепы от коры под давлением. Машина состоит из двух или нескольких парных валов, плотно прилегающих друг к другу. Валы вращаются в противоположном друг к другу направлении и захватывают щепу с корой. Частицы же коры либо прилипают к сдавленной поверхности, либо крошатся. Сдавленная щепа, пройдя зону валов, принимает прежнюю форму и свободно падает вниз, в пространство под валами, а частицы коры прилипают к поверхности валов, соскабливаются и поступают в специальный бункер — сборник отходов. Однако часть коры крошится, не прилипая к поверхности валов, и падает вместе со щепой. Поэтому необходимо последующее сортирование и просеивание.
Для улучшения очистки щепы от коры применяется не один, а несколько пар валов (до шести). При одноступенчатой очистке щепы удаляется только 50—60% коры, при трехступенчатой до 85%, при многоступенчатой до 98%. После первых двух ступеней очистки щепа дважды сортируется, в результате чего более крупная щепа остается (и используется для варки), а более мелкая проходит третью ступень обработки.
Определение эффективности одноступенчатой очистки щепы лиственных пород показало, что при исходном содержании коры в щепе 12% количество коры, извлеченной в результате обработки, составляет 61%, утилизация пригодного к переработке волокна 98, содержание коры в щепе после обработки 5%.
Щепа некоторых твердых пород древесины — вяза, американского ореха и кедра поддается очистке этим методом.
Результаты трехступенчатой обработки коры норвежской желтой сосны показали, что при исходном содержании коры 9,5% количество коры, извлеченной в результате обработки, составляет 88%, утилизация волокна 93, содержание коры в щепе после обработки 1,9%.
Следует отметить, что давление, оказываемое на щепу валами в процессе очистки ее от коры, улучшает пропитку щепы варочным раствором и обработку паром, что значительно облегчает процесс варения.
Основной частью агрегатов являются валы диаметром по 61 см с зоной сдавливания длиной 91 см. В результате исследований последних лет установлено, что оборудование агрегатов слишком громоздкое. Однако они просты в управлении, которое стоит не больше, чем оплата труда рабочих, занятых на барабанной корообдирке.
После прохождения технологической щепы через окорочные машины необходима сортировка щепы, т. е. отделение кондиционной фракции от мелочи и коры.
Сортировка щепы. Имеются сортировальные машины разных конструкций. В практике в основном применяются барабанные качающиеся и плоские машины с вибрационными приводами. Так, в Японии технологическая щепа сортируется в основном на плоских вибрационных ситах, где щепа нужных размеров отбирается при помощи подбора сит соответствующих размеров (Н. Т. Гончаренко, 1966). Описана качающаяся гирационная сортировка СЩ-1 ЦНИИМОД. Эта сортировка предназначена для отделения кондиционной щепы от крупной, мелкой фракции и коры. Анализ щепы после сортировки показал (%): кондиционной фракции — 82, крупной — 3, мелкой — 13,5, мелочи, опилок и других примесей до 1,5, т. е. отсортированная щепа отвечала техническим условиям на технологическую щепу для целлюлозно-бумажного производства.
Имеется и ряд других сортировок, которые довольно широко освещены в печати. Сотрудники отдела использования отходов древесины и лесохимии Карпатского филиала УкрНИИЛХА в 1966 г. измельчали сучья на рубильной машине РМО-1600 в Выгодском лесокомбинате (Ивано-Франковская область).
На Выгодском лесокомбинате сучья ели для дробления поступали из цеха хвойно-витаминной муки. Они были подсушены, так как хранились на открытом воздухе около 6 месяцев. Максимальный диаметр сучка не превышал 6 см. Наряду с этим была получена щепа из сучьев пихты и бука. Выход кондиционной щепы из сучьев ели, пихты и бука в среднем составил 50%, что является оптимальным при подготовке щепы из отходов лесопиления для рубильной машины РМО-1600.
Был определен выход технологической щепы из сучьев и тонкомера сосны обыкновенной (из Ровенской области), измельченных на рубильной машине марки АЗ-11, установленной на Костопольском домостроительном комбинате. Щепа была получена из 10 м3 тонкомера сосны диаметром от 2 до 10 см (у корневой шейки), из 10 м3 сучьев диаметром до 6 см в отрубе и веток диаметром также до 6 см в отрубе.
При рубке было отмечено, что лучше всего рубился тонкомер, очищенный от веток, сучья рубились хуже. Ветки, т. е. сучья с хвоей, рубились очень плохо. Щепа, полученная из ветвей, имела много тонких побегов и хвойных игл.
Выход кондиционной щепы из тонкомера сосны обыкновенной составляет 86,7% всей полученной щепы, из сучьев — 78,3 и из ветвей — 57,9%. Кроме того, в щепе из ветвей содержится 35% хвойных игл и тонких мелких побегов.
Наибольший выход кондиционной щепы по отношению к сырью у тонкомера, наименьший — у ветвей: у тонкомера 50%, у сучьев 30 и у ветвей 25%. К крупной фракции были отнесены куски и обрубки, которые задерживались на сите с квадратными ячейками 5×5 см; к кондиционной отнесена щепа, очищенная с помощью сортировки от коры, прошедшая через сито с ячейками 5×5 см и задержавшаяся на сите с квадратными ячейками 0,5 X 0,5 см. Кроме того, было определено процентное соотношение коры и древесины в каждой фракции.
Из тонкомера сосны диаметром от 2 до 10 см (у корневой шейки), очищенного от веток, из сучьев сосны диаметром до 6 м в отрубе, освобожденных от технической зелени, и из ветвей сосны была получена технологическая щепа, у которой определили фракционный состав. В каждой фракции щепы определяли процентное содержание древесины и коры.
В щепе, полученной из тонкомера, больше всего коры в мелочи (33,4%) и во фракции, оставшейся на сите 0,5X0,5 см (27,7%), а в щепе, оставшейся на сите с ячейками 3X3 мм, коры всего лишь 0,7%. В щепе, полученной из сучьев, освобожденных от технической зелени, больше всего коры также в мелочи (более 11%). У сучьев коры в мелочи содержится меньше, чем в мелочи от тонкомера, но зато в щепе, оставшейся на сите с отверстиями 3×3 мм, содержится 5,8% коры, т. е. почти в 6 раз больше, чем содержится ее в этой же фракции у тонкомера. Щепа, полученная из ветвей, также имеет наибольший процент коры в мелочи, который составляет более 24%; в щепе фракции 3X3 мм содержится более 10% коры.
Проведенные исследования показали, что лучшей щепой, содержащей минимальное количество коры, является кондиционная щепа, полученная из тонкомера.
Чтобы определить, как технологическая щепа разделяется по фракционному составу, получили технологическую щепу из тонкомера (жердей) сосны, заготовленного при проведении прореживания, из сучьев диаметром до 6 см в отрубе, а также из ветвей сосны обыкновенной (диаметром до 6 см в отрубе), заготовленных при рубках главного пользования в Ровенской области.
Щепа, полученная из тонкомера, сучьев и ветвей, больше всего имеет древесины во фракции 3×3 и 1X1 мм. Если рассматривать общий процент содержания древесины и коры, то щепа, полученная из сучьев, у которых отделена техническая зелень, содержит больше всего коры, поскольку при рубке сучьев тонкие кончики сучьев обламываются и при отсеивании на сортировке их приходится относить к коре.
Таким образом, фракционный состав технологической щепы, полученной из тонкомера, сучьев и ветвей сосны, неодинаков. Лучшее качество у технологической щепы, полученной из тонкомера; она содержит более 86% кондиционной щепы. Щепа из ветвей содержит очень много тонких побегов, которые забивают рубильную машину и снижают ее производительность. При производстве технологической щепы из сучьев и тонкомера необходимо предварительно отделять от них техническую зелень.
В 1971 г. на рубильной установке АЗ-11 из ветвей от рубок главного пользования и из древесной массы от рубок ухода была получена измельченная древесная масса, фракционный состав которой, определенный по ГОСТ 15815—70. Выход кондиционной щепы из стволиков от прочистки хвойных пород составляет 71,8, лиственных — 70,2%, от осветления соответственно — 68,6 и 66,2%. Выход стандартной щепы из сучьев от рубок главного пользования хвойных пород составляет 54,6, лиственных — 54,1%. Выход щепы из стволиков от прочисток на 8—10% больше, чем из стволиков от осветления и на 25—30% больше, чем из сучьев от рубок главного пользования.
Щепа, полученная из стволиков от прочисток, во фракции 1X1 содержит древесины наибольшее количество, 61,4—62%, из стволиков от осветления — 58,2—59,4%. Наименьшее количество древесины в этой фракции содержит щепа, полученная из сучьев от рубок главного пользования (41,2—46,6%).
Наибольшее содержание коры (20,7—24,1%) имеет щепа, полученная из сучьев, а наименьшее (11,8—12%) — щепа, полученная из стволиков от осветления. Древесная мелочь содержит около 50% коры.
В итоге можно отметить, что выход (%) кондиционной щепы из стволиков от прочисток хвойных пород составляет 80,2, лиственных пород 77,3, из стволиков от осветления соответственно 79,4 и 77, из сучьев от рубок главного пользования хвойных пород 65,9 и лиственных 69,7.
Установлено, что выход щепы из стволиков от прочисток больше, чем из сучьев от рубок главного пользования на 26—30%, и больше, чем из стволиков от осветления на 1—3,7%.