生物质气化灰渣的利用

第14卷第2期环境卫生工程Environmental Sanitation Engineering生物质气化灰渣的利用李俊飞,王德汉,项钱彬,刘承昊(华南农业大学资源环境学院,广东广州510642)楠要:生物质气化灰渣稻壳灰含有大量无定形SiO且保持纳米尺度批粒结构,有巨大比表面积,具有高火山灰活性的特点,越来越引起人们的关注。结合国内外现阶没的研究或果,舟绍了稻壳灰在化学工业、建村行业、环境治理、农业等方面的应用。同时,根据低遇稻壳灰的特点,展望了今后稻壳灰综合利用的前景。关键词:稻壳灰;特性;利用中图分号:X705文献标识码:A文绵号:1005-8206(2006)02-0001-04Application of Biologlcal Material Steal Melt ResidueLi Junfei, Wang Dehan, Xiang Qianbin, Liu Chenghao( College of Rescources and Environment, South China Agrieultural University, Guangdong Guangzhou 510642)Abstract: Biological material steal mel residue rice husk ash(RHA)consists of nano SiO: particle, sticking slackly eachother, has very high speeifiehigh pozzolanic activity. this peculiarity arouse many people', attention. Combininresearch achievements both home and abroad at present stage, rice husk ash utilization in chemistry industry, construction materi-industry, environment control and agriculture etc, was introduced. Based on the peculiarity of RHA, the research directionRHa integrate utilization in the future was presentedKey words: Rice husk ash: Characteristic: Tilization水稻是世界上种植面积最广、产量最大的农等报道,在NH保护下,经700℃烘烤后得作物,当前全世界稻谷产量近6亿t,我国总产量的稻壳灰,含47%S02,含52%C(均为质量分约2亿t,而稻壳是大米加工后的主要副产物,约数)。在空气中燃烧,稻壳灰的颜色随温度而异占稻谷质量的20%。按此计算,我国每年稻壳的600℃以下呈黑色,800℃呈灰白色,1200℃自产生量可达4000万。稻壳是一种生物质,将中带黄色,各温度下得到的稻壳灰,其对应的颗其生物质能利用气化发电在我国已有近40a的历粒分布,比表面积也不同:在500-800℃时,有史1。随着大米加工业的集中与大型化处理稻最大的比表面积,它的数值已接近一般肢体硅壳,将稻壳生物质气化获得可燃性气体用于发电(180m/s),这个温度范内获得的壳灰有很或作为民用能源是一种意义重大的利用方式。大的活性;900℃以上,比表面积下降。稻壳灰但是,在生物质能气化过程中,会产生大量的生中气孔的大小以及呈开放还是封闭也与处理温度物质气化灰渣—稻壳灰,其量大约为稻壳的有关,在400℃保温12h情况下,小于或等于1020%因,由于稻壳灰和稻壳相比较,体积并没有pm的闭气孔占70%;温度升到900℃,就只剩下发生显著减少,故必须做进一步处理,以达到完8%,这时气孔呈开放的网络结构。NPit!"在改消除的目的。进燃烧流化床的过程中发现,在控制燃烧温度和燃烧时间的条件下,可以制得高火山灰活性的在一般情况下,稻壳中有22%木质素、35%壳灰纤维素、图8%戊聚糖。除了碳氢化合卜述在制稻壳灰时,要注意控制燃壳中还含有15%-20%的无定形水合中国煤化工,得到的稻壳灰才具有巨壳中各种成分的含量因产地不同而不YHCNMHG活性的特性在程壳气化是稻壳燃烧后得到的产物,稻壳灰的产地、反应条件等因素的影响下,故得到的气化灰渣有上述特性。1.1燃烧温度对稻壳灰性质影响1.2稻壳灰的组成结构燃烧温度对稻壳灰性质的影响很大。陈正行稻壳灰的化学组成因水稻的品种、产地和稻壳厚度的不同而有所差异。稻壳灰中晶体形态因收概日期:2005-10-10温度变化较大,700℃以前石英与方石英并存,但环境卫生工程第14卷以石英为主,随温度上升,方石英增加,到1280表明白碳黑中SO2为无定形水合SiO2,制得的产℃方石英不再增加,稻壳灰的晶型基本稳定品质量合格,而且生产成本低廉。蒋晶洁等在欧阳东等对低温焚烧后的稻壳灰的显微结稻壳灰利用研究中指出,燃烧后的稻壳和38%的构进行了分析,得出稻壳经低温(600℃)燃烧工业烧碱在一定工艺参数和条件下,可制得高质后SO2保持无定形状态,稻壳灰是由纳米尺度的量的成品水玻璃或者SiO2粉体;在制水玻璃的过SiO2(≤50mm)凝胶粒子疏松地粘聚而成,且具有程中产生的滤渣,由于其中的siO已被去除,其大量由SO2凝胶粒子非紧密粘聚而形成的纳米尺含碳量可达98%以上,加水可制得活性炭。利用度空。这使得稻壳灰有巨大比表面积和超高火稻壳灰生产水玻璃,变废为宝,不仅节约了资山灰活性的特性。源,而且具有良好的杜会效益和经济效益。王元据陈正行报道,稻壳灰与硅藻土相比,稻壳纲等研究将工业煤气发生炉中制煤气后排放的灰中的碱和碱土金属氧化物含量较高,但稻壳灰废料——稻壳灰水热合成制取硬硅钙石。其方法的耐火度不及硅藻土。是将稻壳灰、氢氧化钙和水按适当比列混合,制另据日本 Qingge Feng等对稻壳灰的火山成料浆,然后注入带有搅拌装置的高压釜内,在灰活性的研究,将稻壳先用1mol的盐酸处理,密闭状态下,经过升温、恒温和降温,完成水热然后与未经酸处理的稻壳进行同样的低温燃烧处合成反应。试验结果表明,通过合理选择硅钙理。研究结果表明:经过盐酸酸化处理后得到的比、水固比、搅拌时间、反应时间、反应温度等稻壳灰比未经酸化处理得到的稻壳灰有更高、更水热合成条件,稻壳灰中的S02能够与Ca(OH)2稳定的火山灰活性。而且经过酸化处理后得到的反应生成硬制硅钙石晶体。稻壳灰的火山灰活性受燃烧时间的影响较小,另据陈正行等"报道,稻壳灰是铸锅行业中未经处理的则影响很大。稻壳的预处理对稻壳灰很好的传统制模面料,具有非常优越的热性能性质的影响较大。R.V. Krishnarao等研究指良好的透气性和强度,能保证铁锅薄壁灰口铸铁出,经过酸预处理过的稻壳,由于酸处理使得稻的特性,确保模型反复铸造70-100次的寿命要壳中很多含碳的混合物被去除,因而经焚烧得到求,所以至今还找不到比稻壳灰更好的材料。在的稻壳灰含碳比未经预处理的要少;在低温(400陶瓷合成中,传统制陶业制得的陶瓷其主要成分℃)条件下,经酸处理后的稻壳样中碳的氧化比是石英,这就使得在骤冷过程中陶瓷容易破裂。较缓慢。这些研究说明稻壳的预处理对焚烧制取 Cs Prasad等1研究了利用稻壳灰中的无定形玻稻壳灰也有一定的影响。璃态硅来代蒈石英制取陶瓷。结果表明:利用稻2稻壳灰的利用壳灰作添加料制取陶瓷时,烧制温度比对照要低在20世纪70年代,国外就有对稻壳灰进行50~100℃,且得到的产品机械强度增加。添加资源化利用的报道叫。随着分析仪器的发展,稻壳灰烧制陶瓷,能节省成本,应用潜力大对稻壳灰研究的进一步加强,人们对稻壳灰的性V.P.Dla等研究了利用稻壳灰制取有超高质有了更多的了解,从环境保护和合理利用资源表面积的活性硅粉。研究中所用的稻壳灰来源于的角度出发,对稻壳灰进行了大量研究和应用。大米加工厂的稻壳燃烧,为了增加硅的相对含据欧阳东报道,低温稻壳灰含有大量无定形量,减少其他杂质含量,稻壳灰在直径为24.5cmSiO2且保持纳米尺度微粒结构导致低温稻壳灰有的瓷坩锅里进行加热,却热速率为10℃/min,最巨大的比表面积和超高的火山灰活性理沿*AnM℃、500℃、600℃、700引起了人们对稻壳灰利用的关注中国煤化工壳灰研磨以增加比表面2.1化工行业稻壳灰含有大量的SO2,可以代替CNMHG40min、80mim。结果表,,取超高比表面积的活性原料通过一定的工艺流程制得价廉物美的硅酸盐硅,在控温700℃条件下燃烧6h,可以得到含硅产品,如白磯黑、水玻璃、制膜面料等。这在国量达95%的硅粉,将其在湿润状态下碾磨可使颗内外都有研究应用。粒的比表面积从54m/增加到81m2/g阮长青等研究将稻壳低温(600℃,102.2建材行业h)灰化制备白碳黑,制得的产品经红外光谱分析根据稻壳灰中有大量无定形态的SiO2,低温第2期李俊飞,等生物质气化灰渣的利用燃烧后的稻壳具有特殊的纳米结构,其火山灰活 Qingge Feng等叫,研究了用农业固体废弃物稻壳性超过造粒硅灰的特性,稻壳灰可以作为配置高制稻壳灰来吸附废水中的汞和铅离子。稻壳灰的强超高强混凝土的超高活性摻合料。早在20世纪制得方法:先将稻壳用1mol盐酸浸泡4h,然后70年代,有人就进行过利用稻壳灰作为制取混凝洗净,烘下。控温700℃,4h,热解稻壳,得到土材料的研究。此后,其它一些国家如日本、澳有巨大比表面积的稻壳灰。试验结果表明:稻壳大利亚、新西兰、印度、泰园等研究了稻壳灰并灰适合于吸附废水中有害重金属汞和铅离子,相用于混合水泥比其他很多方法,它具有成本低廉,吸附能力强VE.Ajwe等利用含有大量硅的稻壳灰代和吸附速度快等优点。李立清采用动态和静态替硅土制取水泥。实验中,首先将稻壳在炉子里吸附试验,研究了用稻壳灰作为含汞废水处理中进行脱碳预处理,然后将预处理的稻壳放入650汞的吸附材料,以蒈代价格昂贵的活性炭吸附℃电炉气化,得到白色稻壳灰,接着把稻壳灰同剂。研究结果表明,稻壳灰是一种有效去除废水其他原料如氧化铝、氧化铁等一起在温度为1400中Hg(Ⅱ)离子的吸附剂。℃熔炉里炼制成熔渣,将熔渣同其他一些添加剂稻壳灰作为脱色吸附剂在国内外已有研究粉碎混合即得水泥。结果表明:用稻壳灰代替一美国的U. Kalapayht等以稻壳灰制成硅酸钠薄定量的硅土制得的水泥,其物理和化学指标都能膜进行煎炸油脱除FFA(游离脂肪酸)试验。制达到行业要求,且成本相对较低,能解决农业废膜的方法是:稻壳灰加NaOH溶液,煮沸h,使弃物稻壳的去向问题,减轻稻壳灰带来的环境压RHA中的SO2溶解生成硅酸钠溶液,过滤,浓力,稻壳灰是值得推荐的一种材料。有关RHA用缩,加3mol/ L NaOH溶液以免SiO2沉淀。将硅于高强超高强混凝土的报道很少。欧阳东等ω的酸溶液倒、在室温下晾48h至干,手工取试验表明:利用低温稻壳灰代替10%-20%水泥膜平均厚度为0.84-1.0mm,为增加膜在试验温时,可提高混凝土抗压强度10MPa以上,低温度(80℃)下的强度,以酷膜进行加固。结果表稻壳灰是可以和硅灰媳美的矿物掺合料。但ls明,稻壳灰作为吸附剂对FFA有较好的脱除率ailM.S等研究了利用稻壳灰代替10%-30%其中以SiO2的含量依次为45%、50%的膜对FFA的水泥生产高强度的混凝土,结果表明:加人稻脱除最好。马来四亚K.Y.Liew等m进行了梭处壳灰后,高强度混凝土的强度有所下降。这可能理稻壳灰吸附棕榈油中胡萝卜素的研究。研究的因实验中稻壳灰的性质,实验工艺参数等不同引稻壳灰制取过程为:稻壳经过水洗,干燥,然后的,但稻壳灰作为高活性摻合料用于高强超高再加热处理,得到的稻壳灰进行嫩磨,过师,用强混凝土的效果如何,还需要进行大量的研究。一定浓度的酸进行处理,过滤,制得了洗涤和未律宾把稻灰用作生产黏土砖的拌料。生产工艺洗涤吸附剂样品。结果以未洗涤酸化稻壳灰的脱为将稻壳灰和黏土以l:3混合后脱坯,经干燥焙色效果明显。表明了稻壳灰可作为一种吸附剂烧后制出成品。焙烧时,在窑炉底部铺上一层30且经过酸洗后的稻壳灰,其吸附能力更强。马cm厚的稻壳,按间隔5cm和离窑壁15cm摆好霄进行了稻壳灰对油中叶黄素的吸附活性研第一层砖坏。用稻壳填满砖坯之间的空隙,再在究,也得出以酸性稻壳灰对叶黄素的吸附活性较第一层砖坯上盖上5coC1的稻壳,用同样的方法高。稻壳灰可作为一种新型油脂吸附脱色剂摆好第二层。窑炉大约可容纳1200块砖、砖窑2.4农业应用容积为3mx5mx4m。从下部引火m右重大功效,尤其是水稻等块砖通常需1周,然后冷却即成。H中国煤化工量。稻壳灰中含有大量的2.3环境治理CNMHG够做到资源化利用和生态利用纳米技术解决污染问题将成益和环境效益。曾益坤染治理发展的重要方向2。低温稻壳灰在利用稻壳灰制取硅酸钾中介绍:通过对稻壳燃无定形SiO2且保持纳米微粒结构,有巨烧后得到的稻壳灰成分的研究,得到稻壳灰中含积,有很强的吸附能力,在废水、废气有很低的K和P,不适合作肥料。但经米铁等理等方面有很大的用途分析,稻壳灰中无机成分KO2.9%,Na:O废水中的重金属离子危害巨大,日本的0.06%,A1O10.63%,Fe:0O30.36%,Ca0环境卫生工程第14卷1.67%,Mg2.8%,TO20.03%,SiOh86.54%;欧(1欧阳东,陈槽,帮壳结构的研究(料科学与工学原阳东等对稻壳灰的显微结构分析得出低温焚烧3012143167-66|金生,稻谷壳在材产品中的综合利用上每建材,19943)27-28得到的稻壳灰中的硅是以无定形SO2存在,活性(陈正行,事锡兴,铸钢材料壳灰的科学作U1下金科,191高,并且是由纳米尺度的SO2凝胶粒子疏松地粘3):13-14而成。M.A. Saleque等进行过化肥、牛粪、for preparation of silenus asbel PI U s1936,稻壳灰综合作用对稻谷的生长、营养吸收及增产9阳东,陈椭.剩壳灰显酸结构及其中纳米s0的电镜观赛[电子效果试验。试验中的稻壳灰营养成分(以干基学微,203,225):390-y9)N(0.2±0.03)g/kg,P(10±0.08)g/ [1o]Qingge Fkg,K(100±1.1)g/kg。将化肥、牛粪、稻壳“b与出he“计 petedlaereI!). Joumal d Collid andenact Saien, 2004,34: 321-326灰同孟加拉国某地区的土壤混合,经过近9a的1Rvkm】5 hanyan, 'T Jagadish Komar. Siudies an the fon试验表明:与空白相比,经添加牛粪、稻壳灰的 tian of black particles in ree hask aliea abl土壤对土壤中的P和K能够起到明显控释作用Society,2001,21:99-104因而更有效的利用了P和K。在种植水稻的过程ulir emts prepared brredroe, BelrumIPl US,178,Flen4l05459中添加牛粪和稻壳灰,可以相应的减少化肥的施13阳东,能与硅灰焦夹的矿物合料一低稻壳灰[1中区建材03,6:42-44以上这些研究表明稻壳灰中含有丰富的硅4长,,雾,等,帮的置德备台素,含有多种微量元素。将它作为添加料制取复1s蒋逃,蛇明艳,王玉院,萼,稻壳灰开发利用削研究D.哈尔滨合肥用于农业生产,能够为作物提供硅素及其他范大学白然科学学报,195,日(1):0-51微量元素,还能够起到改良土壤的作用。但稻壳161王无解,梅,用解光水合成硬硅的究(1盐通,1995(5):60-64灰对磷等营养元素是否能起到很好的控释作用还1 c s Pssed, K N Mait. Vemurepal Fett ef no hmek ah in whitee有待进一步研究eeepeaitieuslII Ceramice Isternatiose 2001(27)1 539-6353结束语3.1我国是盛产水稻的农业大国,有丰富的生物质稻壳,生物质气化发电是稻壳的重要利用途II9IVIEAj-CAOkdke,FCAN,A吗mmTechnolog,200073:37-19径,同时,每年也产生了数量巨大的生物质灰渣(20欧用东,陈槽,低福发烧椭灰的显做结构及其化学括性1鞭益—稻壳灰,且尚未找到合适的开发利用途径。学,2031(11212ef rire husk sah an hy32稻壳灰有巨大的比表面、含有大量的S0O2 strengh concrete [J]. Ceaetrxbigm and Builing Ma7ss且保持无定形状态、具有纳米级别的微粒结构等(21刘转年,金奇,钠米技术处度水环污染治雅技术与设新特性,应引起人们的极大兴趣2002,10(3):75·13.3基于稻壳灰含有大量的硅,国内外对稻壳23]Qiagge Feeg Qingyu Lis, Fushang Gang. Adenpuan u灰在化学工业、建材方面的基础研究和应用较(41李立,利用光灰吸图水中H(D(!污染防治技,19.1多。在农业利用方面,可以开展稻壳灰的农业化(2)学行为研究,进一步了解稻壳灰中硅的释放特2 Kalapathy. A aew Mesod for Frme Fatty. id Redact性,以及对磷的吸附与释放规律,确定其可行如mm,Joumal af Colloid and Int性;同时,根据对稻壳灰的显微结构研究发现,t261kYLAse fro Palm oUy by Adid-Thealed Red它是一种价廉物美的纳米材料,其93(70):59-51有很大的利用前景中国煤化工Ⅱ油加,x,期(,11围技术简介四川粮油科技,194参考文献CNMHG236=24I生物质灰化学特性的研[,太阳能学运行及经济性分析U,太阳能学报,200,20(2):140-144酸,2004,2502)2]年满根.相壳的使川价值与开发利雨[1l商业科技开友,1951):1301XAsp, M J Abedn, ttal. Long-term sHeets of inorganic3]刘,黄殊,林志杰,等,壳灰的高效低污染利川前景研J1 Field Creps Rescarch,2004,8:534):15-17李立江,李宜英,等.利用壳飘气化,开发电力源[作者简介:李俊飞(1931-),在读士,研究方向为固体度弃物的资源化利