稻壳灰的资源化综合利用

1稻壳灰的化学组成

稻壳灰是生物质电厂利用稻壳为燃料燃烧或气化过程所产生的一种工业废渣。其主要化学组成为SiO2、C及微量的K、Na、Ca、Al等，由于稻壳灰中重金属含量较少，是一种非常理想的制备白炭黑的原料。目前，对稻壳灰资源化综合利用的研究多集中在由稻壳灰生产白炭黑并回收活性炭方面。

2由稻壳灰生产白炭黑研究现状

2.1传统沉淀法

目前，传统沉淀法是我国生产白炭黑的主要方法。该法是通过无机酸与水玻璃在一定的条件下反应生成沉淀，然后经过滤、洗涤和干燥制得白炭黑产品。

2.1.1硫酸沉淀法

硫酸沉淀法需经历两个步骤：（1）水玻璃与硫酸反应生成硅酸；（2）硅酸进一步转化成水合SiO2。其反应式如式（1）、式（2）：

硫酸沉淀法制备白炭黑的过程不复杂，但影响因素较多，如硫酸浓度、加酸方式、反应温度、溶液pH值等。

卫延安等对碱煮法处理稻壳制备水玻璃、硫酸法沉淀白炭黑工艺进行了研究，发现合适预处理条件能够明显提高白炭黑质量；阮长青等以稻壳为原料，NaOH、H2SO4为活化剂，采用沉淀法对白炭黑的制备工艺进行了研究，主要考察了加酸速度和加酸方式对白炭黑的影响，得出间歇加酸比连续加酸效果好的结论；崔文雷等以废稻壳为原料，NaOH溶解，分别采用HCl、H2SO4沉淀制备白炭黑，考察了合成方法、反应温度、加料方式对产品质量的影响，得出了优化工艺条件。

河南睿博环境工程技术有限公司对由稻壳灰生产白炭黑并回收活性炭工艺进行了研究，确定了碱溶制备水玻璃、硫酸沉淀白炭黑、碱浸渣活化制备活性炭工艺，确定了优化工艺条件和工艺流程。在优化工艺条件下，稻壳灰中SiO2溶出率达到97%，收得率达到96%（以溶出率为基数），所得活性炭符合工业要求。

2.1.2盐酸沉淀法

盐酸沉淀法原理和硫酸沉淀法相似，水玻璃与盐酸反应生成硅酸，相当于强酸制弱酸的过程，由于硅酸是一种白色胶状沉淀，在硅酸钠溶液中被分散开来，是由于硅酸内各部分亲水性质的不同而导致悬浮于水中，最终形成白色胶状悬浮物。反应式如式（3）、式（4）：

用该方法制备高活性的白炭黑，防止硅酸聚集生成硅凝胶是关键，为此必须严格控制体系的pH值，应尽量选择凝胶点附近的pＨ值为最佳控制值，必要时加入适量的NaCl，以使SiO2原级粒子聚集成二次粒子沉淀下来，并加入适量的表面活性剂，改善产品的吸油值和其色泽亮度。许莹等采用盐酸沉淀法制得了粒径小、品质好的纳米白炭黑。

2.1.3碳化法法

碳化法的原理是利用CO2气体与水玻璃进行碳酸化反应，生成沉淀二氧化硅和碳酸钠。整个反应体系存在气、液、固三相，因此其制备工艺和生成的SiO2的性质不同于一般的“液－液－固”反应体系。其反应式见式（5）、式（6）、式（7）：

碳化法法具有生产成本低，清洁无污染，产品性能稳定等优点，是一条全新的工艺路线，可充分利用工业含CO2的废气为原料，工业化生产高补强白炭黑产品。由于碳酸很不稳定，所以CO2沉淀法制备白炭黑的工艺过程不容易控制，工艺流程还有待完善。

南阳东方应用化工研究所对由稻壳灰生产水玻璃、碳化法生产白炭黑、活化法处理碱浸渣生产活性炭，苛化法处理白炭黑母液并实现碱的全循环利用工艺进行了研究，解决了碱溶、碳化、活性炭制备、碱循环利用等关键技术，确定了最佳工艺条件和工艺流程，实现了对白炭黑生产过程的有效控制。生产出了高分散性轮胎级白炭黑和工业级活性炭，同时实现了生产过程的零排放。

2.2改进沉淀法

Na2CO3沉淀法制备白炭黑的基本原理为：

（1）将稻壳灰和一定浓度的Na2CO溶液混合，然后加热到Ｔ1温度下发生如下反应［见式（8）］：

SiO2以硅酸钠的形式被溶解出来，紧接着发生如式（9）反应。

在T1温度下，经过一点时间后，反应（8）与反应（9）达到动态平衡。

（2）趁热在保温条件下过滤，然后迅速将温度降至某一特定温度，随即发生水合SiO2沉淀相变析出过程，如式（10）。

此相变析出过程包含了SiO2胶粒的成核、粒子增长、聚集和沉淀等过程，最终形成白炭黑。由于Na2CO3沉淀法生产白炭黑绿色、环保，引起了国内外学者的

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