Переработка макулатуры: технологии, оборудование, производство бумажной продукции

Переработка макулатуры позволяет существенно снизить потребность в вырубке деревьев для изготовления разных сортов бумаги и картона. Они почти полностью состоят из волокон древесной целлюлозы, которые плотно соединяет клей.

Целлюлоза — это основное вещество оболочек клеток растений. Оно не растворяется в воде и представляет собой волокна разный длины. Высушенную массу целлюлозы соединяют с клеем и спрессовывают — так получаются бумага и картон.

В процессе переработки макулатуру обрабатывают в несколько этапов:

• отделение клея от волокон;
• очистка от мусора и грязи;
• облагораживание — очистка массы до состояния, пригодного для производства бумажных изделий.

Для переработки подходит макулатура любого типа:

• газеты, журналы;
• бумажные пакеты;
• картонные коробки;
• упаковки из целлюлозы.

Все вторичное сырье сначала превращают в однородную массу целлюлозы, из которой потом производят новые изделия.

Способы переработки

Превращение макулатуры снова в бумаги и картон происходит постепенно. Количество этапов переработки зависит от типа вторичного волокна и дальнейшего использования сырья. Весь процесс можно разделить на две условные стадии.

Первая стадия

Схематично начальный этап переработки состоит из:

• сортировки;
• измельчения;
• первичного роспуска;
• очистки от примесей.

Пригодную для переработки макулатуру разделяют на элементы размером до 5 см. Для измельчения используют мельницы и дробилки. Они могут быть специализированными или предназначенными для древесной щепы, пластика или другого похожего сырья.

Без предварительного измельчения этап первичного роспуска потребует слишком большого количества электроэнергии. Большие куски бумаги потребуют слишком много времени на растворение клея.

Этап дробления часто пропускают при небольших объемах поступления макулатуры. Мельница является довольно дорогим оборудованием. В таком случае для первичного роспуска применяют более сильные химические вещества — гидроразбиватели. Ротор при перемешивании массы должен быть установлен вертикально. При такой обработке получается масса, подходящая для производства картона или мягких упаковок.

Вторая стадия

Для производства именно бумажных листов обработка должна включать дополнительные этапы:

• вторичный роспуск;
• тонкая очистка;
• дополнительная обработка.

Первые два действия выглядят одинаково независимо от марки макулатуры или желательного конечного продукта. В процессе дополнительной обработки может существенно отличаться набор используемых реагентов. Его состав и особенности зависят от требований к качеству итогового сырья.

Результатом второй стадии является очищенный водный раствор, пригодный для производства бумаги разных сортов. Для изготовления самого качественного продукта в раствор иногда добавляют непереработанную целлюлозу.

Сортировка макулатуры

Первым этапом переработки является сортировка всей макулатуры по категориям качества. Таким образом отбирают лишь то вторичное сырье, которое соответствует технологическому оснащению предприятия и конкретным моделям установок.

Вся макулатура разделяется по следующим характеристикам:

• цвет;

• влажность;

• степень загрязнения;

• длина волокон целлюлозы.

Для изготовления бумаги конкретного сорта требуется определенный технологический процесс преобразования сырья и его очистки.

В России существует ГОСТ 10700-97, в соответствии с которым вторичное целлюлозное волокно относят к одной из трех групп:

• Группа «А». Отходы производства белой немелованной бумаги, всех видов белой бумаги с линовкой или полосой, бумаги из сульфатной небеленой целлюлозы, невлагопрочные бумажные мешки.
• Группа «Б». Отходы производства картона всех видов, в том числе гофрированного, кроме обувных, кровельных и электроизоляционных, полиграфическая продукция без переплета, кроме газет.
• Группа «В». Газеты, литые предметы из целлюлозной массы, бумажные гильзы, втулки, бумага и картон с пропиткой или покрытием, черного или коричневого цвета, с копировальным слоем.

Сортировка производится вручную, хотя существуют способы частичной автоматизации процесса. Разработка идет одновременно в областях создания новых устройств и компьютерных программ. Необходимо создать определенные базы данных, с помощью которых компьютеры смогут различать группы и сорта бумаги. В настоящее время этому препятствует ряд технических сложностей.

Первичный роспуск на волокна

На этой стадии происходит растворение клея, соединяющего волокна внутри структуры бумаги. Для его удаления макулатуру:

• помещают в специальные устройства — гидроразбиватели;
• заливают водой;
• тщательно смешивают.

Основными деталями гидроразбивателей являются:

• статор;
• крыльчатка или барабан (ротор);
• резервуар;
• электродвигатель.

Отличия разных типов заключается в:

• положении ротора: вертикальное или горизонтальное;
• мощности;
• концентрации итогового водного раствора.

Принцип действия устройства очень схож со стиральной машиной. Ротор (его тип зависит от конкретной модели) раскручивает и перемешивает смесь воды и бумаги за счет создания внутренних завихрений. Волокна целлюлозы впитывают воду, разбухают и разрывают жесткую структуру клея. Макулатура преобразуется в жидкую массу, которая называется пульпа. Она используется в следующих этапах переработки. Удары о стенки резервуара гидроразбивателя способствуют более качественному роспуску. Целлюлоза также отстает от пленок из иных материалов, что помогает очистке волокон от загрязнений.

При удалении клея вода замещает жесткие связи между волокнами собственными соединениями. Они обладают гораздо меньшей прочностью и оставляют возможность перемещения волокон относительно друг друга.
Основным компонентом целлюлозного волокна являются фибриллы. Они выглядят как длинные тонкие нити и группируются в слои — ламели. На стадии первичного роспуска с волокнами происходит следующее:

• связь между отдельными волокнами разрывается;
• сами волокна укорачиваются;
• разрывы происходят между ламелями;
  ламели также укорачиваются;
• из-за разрушения структуры волокна, на его поверхности появляется бахрома из фибрилл.

В процессе перемешивания масса под воздействием трения разделяется на несколько составляющих:

• волокна;
• клей;
• посторонний мусор.

Вращения барабана или крыльчатки обеспечивают тщательное перемешивание и перетирание макулатуры. Чем качественнее производится первичный роспуск, тем меньше понадобится ресурсов на очистку.

Полученную на данном этапе переработки пульпу можно использовать для производства:

• картона низкого сорта;
• мягкого наполнителя, аналога пенопласта;
• упаковки для яиц.

Очистка от примесей

Для этого этапа требуются специальные модели гидроразбивателей. Они оснащены разными типами улавливателями для удаления из жидкой макулатурной массы:

• ниток, веревок;
• скрепок, скобок;
• полимерных пленок;
• песка.

Дополнительные улавливатели устанавливают для повышения степени очистки вторичных волокон и снижения расходов электроэнергии на следующих этапах.

В нижней части резервуара гидроразбивателя находится грязесборник. Там скапливаются крупные элементы мусора, которые прошли через улавливатели на стадии первичного роспуска.

Следующий этап очистки происходит в вибрационном сите, куда пульпа поступает по трубам после улавливателей. В устройстве отсеиваются инородные предметы, оставшиеся после предыдущих этапов.

Дополнительным компонентом процесса очистки может стать переливной ящик. Жидкая фракция постепенно переливается через край, а тяжелые загрязнения оседают на дно.

Пульпу, прошедшую через очистку, можно применять для изготовления:

• качественного картона;
• кровельных материалов;
• дальнейшей переработки с целью производства бумаги разных сортов.

Вторичный роспуск на волокна

Процесс очень похож на первичный роспуск, но для него используют совершенно другую технику:

• турбосепараторы;
• файберайзеры;
• энштипперы;
• пульсационные мельницы.

Первые три агрегата работают по одинаковому принципу. По сути они представляют собой гидроразбиватели с особыми формами ротора. Тип вращающейся части определяет:

• мощность устройства;
• объем резервуара (ванны);
• концентрации смеси;
• степень роспуска волокон целлюлозы.

Три устройства способны подготовить сырье низкого или среднего качества. Пульсационная мельница выделяется сложной формой не только ротора, но и статора. Они похожи на диски особой конфигурации. Такая форма обеспечивает определенную частоту гидроударов во время вращения, этот процесс и называется пульсацией. Очень небольшой промежуток между дисками (0,2-2 мм) сравним с длиной самих волокон.

При вращении возникают завихрения и происходит засасывание раствора. Пульсация и трение полностью ликвидируют все клеевые соединения между волокнами. Пульсационная мельница способна перерабатывать сырье для продукции высокого качества.
Все агрегаты данного этапа оборудованы улавливателями загрязнений. В процессе вторичного роспуска макулатурная масса дополнительно избавляется от загрязнений.

Во время вторичного роспуска важно одновременно обеспечить полное разрушение связей между волокнами целлюлозы и предотвратить измельчение мусора. Иначе грязь будет очень сложно убрать из суспензии, даже с помощью спецоборудования.
Производить сырье для низкокачественного картона или литых целлюлозных изделий можно на одном устройстве. Этапы переработки будут включать:

• первичный роспуск;
• очистка;
• дополнительный роспуск.

Для качественной бумаги этот метод не подходит. Более эффективная переработка подразумевает применение раздельных агрегатов.

Тонкая очистка

Процесс всегда включает комбинацию из нескольких методов в определенной последовательности. Высокую степень чистоты суспензии не может обеспечить ни один отдельный способ. Чаще всего встречается следующая схема:

1. Использование сортировочного устройства.
2. Применение термодисперсионного устройства.

Далее в процессе тонкой очистки могут быть задействованы несколько устройств, которые следует рассмотреть подробно.

Сортировочное устройство

После предыдущих этапов очистки суспензия доходит на сортировочное устройство для доочистки от твердого мусора и сортировки разделенных волокон по размеру. Агрегат представляет собой вибрационное сито с мелкими ячейками. Самые короткие волокна и мелкие загрязнения попадают в грязеприемник. Слишком маленькие волокна нельзя использовать для изготовления бумаги. Их нужно либо утилизировать в соответствии с государственными стандартами РФ, либо отправить на еще один этап переработки.

Отделенные мелкие волокна можно замешать с пульпой после первичного роспуска для производства картона низкого качества, мягких упаковок или строительных материалов. После прохождения сортировочного устройства макулатурная масса годится для изготовления картона и бумаги средних сортов.

Термодисперсионное устройство

Данный агрегат позволяет удалить из суспензии:

• нефтепродукты;
• жиры, масла;
• смолы;
• пленки.

Нагрев жидкой массы вторичных волокон позволяет отделить водорастворимые составляющие и водонерастворимые. Вторые после обработки отделяют от основной смеси и отправляют в мусороприемник агрегата.

На заключительном этапе тонкой очистки пульпу еще раз подвергают перетирке для избавления от слишком мелких волокон. Обработка производится на устройствах, аналогичных гидроразбивателю или пульсационной мельнице.

Весь удаленный на каждом этапе мусор необходимо либо переработать, либо утилизировать в соответствии с установленными в России правилами.

Дополнительная обработка

Во время этого процесса из макулатурной массы убирают красители и повышают ее качества для производства высококачественной бумаги. Для улучшения бумагообразующих свойств к пульпе иногда примешивают чистую древесную целлюлозу. В ней содержится большое количество волокон изначальной большой длины, которые помогут соединить короткие, полученные из вторичного сырья.

Чтобы избавить макулатурную массу от лишних пигментов и улучшить ее цвет используют:

• термическую обработку;
• механическую обработку;
• комплекс химических реагентов, он подбирается в соответствии с группой и цветом массы и назначением конечного продукта обработки.

Для производства бумаги высших сортов требуется пульпа с определенными параметрами. Такими характеристиками являются:

• цвет;
• химический и микробиологический состав;
• структура и размеры волокон целлюлозы;
• наличие и состав примесей.

Показатели волокон влияют на плотность и прочность будущей бумаги. Наличие большого количества коротких волокон потребует увеличения расхода клея. При качественном роспуске образуется плотная бахрома из нитей фибрилл. Чем их больше, тем плотнее будут связи между волокнами, и тем крепче будет бумага.

Если длина значительной части волокон не превышает 0,2 мм, то сырье не подходит для изготовления бумаги. Но густая фибрилльная бахрома позволяет производить из такой макулатурной массы картон или изделия из целлюлозного литья. Если пульпа целиком состоит из волокон недостаточной длины, то необходимо добавить к ней древесную целлюлозу.

Дополнительно макулатурную массу можно:

• отбелить;
• покрасить в определенный цвет;
• избавить от запахов;
• подвергнуть антимикробной обработке.

Все эти действия позволят улучшить качество материала для изготовления самых разных продуктов на основе целлюлозы.

Переработка ламинированного картона

Ламинированный картон относится к отдельной большой группе макулатуры. Его используют при массовом производстве упаковок для напитков: Тетра Пак, Пюр-Пак, Тралин-Пак. Большой спрос на соки и молоко делает этот вид отходов повсеместно распространенным.

Многоступенчатая переработка ламинированного картона позволяет получить несколько разных видов сырья:

• целлюлозу высокого качества разного сорта и цвета;
• вторичный полиэтилен;
• полиалюминий.

Полностью разделить ламинированный картон на составляющие технически сложно и энергозатратно. Поэтому этот вариант переработки использует очень небольшой число предприятий.

Переработка бумаги в домашних условиях

Небольшое количество макулатуры можно переработать даже дома. Правда без специальных устройств качество полученного сырья будет невысоким. Оно подойдет только для изготовления самодельной бумаги, которая может пригодиться хендмейдерам.

Этапы изготовления самодельной бумаги:

1. Для домашней переработки не подходит глянцевая или ламинированная макулатура. Подходящие отходы нужно измельчить: разрезать или порвать.
2. Мелкие кусочки бумаги нужно поместить в блендер или кухонный комбайн, залить водой и размешать до состояния однородной жидкой массы.
3. Кашицу следует выложить на раму с марлей или мелкое сито, разровнять и уложить под пресс.
4. Дождаться полного высыхания.

Плотные листы с неровной поверхностью можно использовать для дизайнерских проектов или производства ручных изделий.

Оборудование для переработки макулатуры

Для переработки макулатуры на рынке представлен большой ассортимент оборудования. Всю технику можно поделить на условные три группы:

• отдельные агрегаты для каждого этапа обработки;
• мини-заводы — комплексные установки для последовательного или одновременного выполнения нескольких действий с сырьем;
• целые технологические линии и заводы, способные полностью осуществить все процессы переработки.

Набор и размеры устройств определяют через объем стабильных поставок макулатуры. Если масса не превышает 5 тонн за сутки, то оптимальнее будет закупить технику для мини-завода.

Множество отдельных устройств окупаются при стабильном потоке отходов от 10 до 50 тонн в сутки. Если поставки превышают эти значения, то имеет смысл вложиться в оснащение полноценного завода.

Товары из переработанной макулатуры

Наиболее распространенной конечной целью переработки макулатуры является изготовление бумаги и картона. Но на разных этапах обработки пульпу можно также использовать для производства:

• эковаты — утеплителей из органики;
• отделочные материалы;
• материалов для строительства крыши;
• изоляции;
• мягких упаковок для яиц;
• одноразовых горшков для растений;
• одноразовой посуды;
• туалетной бумаги;
• салфеток и бумажных полотенец;
• ткани и элементов одежды.

Для изготовления любого из этих товаров первая большая стадия переработки будет одинаковой.
Мечтой предпринимателей является технология разрушения клеевых связей между волокнами без замачивания, но все разработки в этой области пока нерентабельны.

Различные виды отделки на основе целлюлозы имеют параметры сравнимые с изделиями из ДВП, но производство спрессованной бумажной массы намного дешевле. Утеплители из вторичного волокна очень близки по своим характеристикам к неограническим видам: базальтовой и стеклянной. При этом эковата полностью безопасна для людей и окружающей среды и может быть полностью переработана в будущем.

Благодаря низкой цене популярностью пользуются наполнители и макулатурной крошки. Они выступают аналогом измельченного пенопласта. При подготовке сырья для такого наполнителя требуется минимальное количество устройств, а производство самой крошки нужен всего один станок.

Перспективы отрасли

Макулатура — это дешевое и доступное сырье, поэтому процесс переработки и развитие его технологий и методов привлекает сегодня множество людей. Законы о защите лесов и большие трудозатраты на производство древесной целлюлозы привлекают дополнительное внимание предпринимателей к использованию вторичного сырья. Сокращение объема доступной для вырубки древесины способствует разработке эффективных и рентабельных способов переработки.

На начальном этапе бизнес по переработке макулатуры потребует значительных денежных вливаний, но они очень быстро окупаются. Значительную прибыль обеспечивает очень дешевое исходное сырье и значительный спрос на бумагу, картон и другие товары на основе целлюлозы. Современные технологии позволяют производить из вторичного волокна бумагу высших сортов и успешно конкурировать с изготовителями бумаги из древесины.

Доход предприятия дополнительно зависит от его месторасположения и региональных особенностей. К ним относятся:

• цена и доступность электроэнергии;
• цена и доступность воды;
• организация сброса отработанной воды;
• утилизация отходов.

Развитие отрасли направлено на оптимизацию количества этапов обработки для повышения качества итогового продукта и уменьшения энергозатрат. Дополнительную прибыль обеспечивают новые технологи в сфере строительства, которые обеспечивают спрос на вторичное сырье из целлюлозы.

Большинство людей не занимается сбором макулатуры и просто выкидывает газеты и журналы. Таким образом поддерживается очень низкая стоимость изначального сырья.

Совершенствование технологий позволяет многократно увеличить количество циклов переработки, что позволит значительно сократить вырубку лесов и улучшить экологическую обстановку. Раздельный сбор мусора помогает увеличить объемы макулатуры и, следовательно, производство товаров из вторичных волокон. Это позволит большему количество людей организовать прибыльный бизнес и одновременно спасти множество деревьев.