Большая энциклопедия нефти и газа. О рисе

Институту химии ДВО РАН – 40 лет!

Доктор химических наук Людмила Алексеевна Земнухова заведует лабораторией химии редких металлов Института химии Дальневосточного отделения Российской академии наук. В руководимом профессором Л.А. Земнуховой коллективе проведены систематические исследования перспективного сырья для химической промышленности, которая в том числе выпускает 1 4 бутандиол купить , – отходов производства риса, гречихи из разных регионов России, Китая, Вьетнама, Южной Кореи, показавшие возможность получения из них полезных для практики веществ и материалов: аморфного кремнезёма, полисахаридов, липидов, пигментов, фурфурола, ксилита, целлюлозной массы, ингибиторов раковых клеток, коррозии стали, сорбентов…

Рассказ Людмилы Алексеевны в газете мечтателей и реалистов «Светоград» посвящён тайне кремния, скрытой в рисовой шелухе, которой у нас в стране, в частности на Дальнем Востоке так и не нашли пока достойного и прибыльного применения.

«Я – химик. И большая часть моей научной работы, которая началась с момента поступления в аспирантуру к Рувену Лейзеровичу Давидовичу (ныне он – главный научный сотрудник Института химии ДВО РАН, доктор химических наук, профессор, заслуженный деятель науки Российской Федерации, лауреат премии выдающихся учёных Дальнего Востока – имени профессора В.Т. Быкова), была связана с синтезом и исследованием свойств новых соединений сурьмы. Но вот однажды, спустя 40 лет после окончания химфака Дальневосточного госуниверситета, ДВГУ (где были сделаны первые курсовые работы по отгонке фурфурола из шелухи риса и синтезу кремнийорганических соединений), в одной точке вновь пересеклись кремний и рисовая шелуха, открыв передо мною новый увлекательный мир, о котором и хочется рассказать.

Немного о кремнии

Кремний является одним из элементов, достаточно хорошо изученных человеком. Анализ научной литературы показывает, что он упоминается более чем в 25 тысячах литературных источников. Несмотря на то, что кремний использовался первобытным человеком ещё 600 тысяч лет назад в виде каменных орудий труда, возможности этого элемента и его соединений раскрывались в течение столетий чрезвычайно медленно, но неизменно по восходящей линии.

Составляя по весу 25 процентов земной коры, кремний по степени распространения в природе находится на втором месте, уступая кислороду. Запасы кремния, как сырья, практически неистощимы. И хотя он не встречается в виде свободного элемента из-за ярко выраженного сродства с кислородом, его соединения окружают нас повсюду. Например, диоксид, или кремнезём (SiO2). Такую формулу имеют песок, кварц, диатомит, трепел, опал. Кремнезём входит в состав талька, асбеста, различных силикатов, гранитов.

Начиная с 1793 года учёные проанализировали различные биологические объекты на содержание в них кремния. Анализ результатов позволил известному русскому учёному В.И. Вернадскому сделать вывод: «Не подлежит сомнению, что никакое живое вещество и никакие организмы не могут существовать без кремния». Знаете ли вы, например, что когда пожилые люди бьют больные суставы крапивой, они вводят в свой организм гель диоксида кремния, который заполняет жгучие капилляры листьев крапивы!

Интерес к кремнию резко возрос после 1950 года, когда возникла электроника на базе полупроводниковых свойств этого элемента, лучших, чем у германия. В настоящее время приборы на основе кремния составляют около 98 процентов всех производимых в мире полупроводниковых приборов. Но для электроники кремний нужен очень чистый: сумма примеси разных металлов должна быть не ниже 10-6%! А стартовым (исходным) веществом для всех соединений кремния, в том числе и для получения чистого элементного кремния, является диоксид кремния (SiO2).

Диоксид кремния находится в природе или в кристаллической, или в аморфной форме, в чистом виде он прозрачен (например, горный хрусталь) или имеет белый цвет (например, диатомит). Так, морской или речной песок представляет собой кристаллическую форму кремнезёма, в которой много примесей железа, меди, марганца, титана, хрома и других металлов. Они придают песку ту или иную окраску в зависимости от природы металла и его содержания (известно много кристаллических модификаций кварца, различающихся по содержанию примесей: аметист, раухтопаз, морион, цитрин, авантюрин, кошачий глаз и др.). Очистить такой песок от примесей довольно сложно, потому что металлы входят в кристаллическую решётку кремнезёма и образуют прочные связи. Чтобы их разрушить, надо песок обязательно растворить в кислоте. В аморфном диоксиде кремния нет жёсткой структуры, а окислы разных металлов находятся в свободном состоянии между слоями из молекул окиси кремния, поэтому они легко удаляются. Аморфный кремнезём химически более активен, и при необходимости его можно перевести с помощью нагрева в кристаллическую форму, которую уже нельзя превратить обратно в аморфную (простым нагреванием).

Мир кремния необычайно разнообразен и не оставляет равнодушными учёных разного профиля, соприкоснувшихся с ним. Последние международные научные обсуждения, посвящённые природе диоксида кремния, прошли в 2004 году в Сыктывкаре и Пущино.

Где взять сырьё для получения кремния и его соединений?

Минеральных запасов исходного сырья у нас в стране и мире много. Например, в Средней Азии или в Монголии находятся неиссякаемые залежи песка. В прессе сообщалось о месторождении чистого кварцевого песка в Якутии. Имеются запасы (уже истощившиеся) горного хрусталя на Урале и так далее. Среди залежей аморфного диоксида кремния наиболее известно месторождение диатомита в Калифорнии: огромная белая гора, которая образовалась из отложений диатомовых водорослей (они образуют свой фантастический мир). И у нас в Японском море есть диатомовые водоросли, активно размножающиеся дважды в год (ранней весной и осенью), - из них можно было бы извлекать чистый кремнезём. Но… Любые минеральные формы надо, по крайней мере, добыть (обезобразив при этом ландшафт) или выловить диатомовые водоросли специальными сетями из моря, привезти на обогатительную фабрику и очистить от примесей. И это в то время, когда в мире ежегодно образуется почти сто миллионов тонн обычной рисовой шелухи, являющейся прекрасным сырьём – дешёвым, возобновляемым, с химическим составом, постоянным для данного региона и сорта растения, пригодным для получения около 15 миллионов тонн чистого аморфного кремнезёма!

Есть ли связь между рисовой соломой и космическим кораблём?

Да, есть. И не только с соломой, но и с шелухой. И не только с космическим кораблём, но и с телевизором и музыкальным центром, посудной и зубной пастами, бронежилетом и солнечными батареями… А точкой соприкосновения всех этих предметов является химический элемент кремний (Si). Первая публикация по исследованию рисовой шелухи появилась в 1871 году в Германии, следующая – через два года в США. Сейчас исследования проводятся во всех странах, выращивающих рис. В Калифорнии даже три компании выделяли грант в 2 миллиона долларов на работу по комплексной утилизации в Соединённых Штатах рисовой соломы.

Представители богатых кремнием растений встречаются среди многих семейств, в основном тропической формы. У нас в Приморье много диоксида кремния находится в полевом хвоще, который издавна использовался для чистки домашней посуды и полировки дерева, или в хвое некоторых деревьев. Но хвощ или хвою надо специально собирать, а вся рисовая шелуха концентрируется в одном месте – на предприятии при очистке зерна.

Немного о производстве риса и его отходах

Рис – один из наиболее ценных пищевых продуктов в мире, он занимает второе место после пшеницы по площади посевов, а по валовым сборам даже превосходит её. В Приморье (г. Уссурийск) много лет выведением новых сортов риса занимается кандидат биологических наук В.А. Ковалевская.

Зерно риса находится в оболочке, которую учёные называют цветковой чешуёй, а производственники – лузгой или шелухой. Осенью зерно с полей свозится на крупозаводы, где оно очищается от оболочки, а солома остаётся в поле. Очищенное от лузги зерно имеет жёлтый цвет, а для получения привычного потребителю белого цвета рис шлифуют, удаляя верхний слой. Таким образом, в процессе получения крупы белого шлифованного риса образуется три вида отходов: солома, цветковая чешуя (лузга, шелуха) и отруби (мучка). Количество отходов на предприятии при получении крупы риса составляет до 30 процентов от массы сухого зерна.

Что сейчас делают с отходами?

Солому используют для нужд сельского хозяйства, но зачастую её просто сжигают на полях, загрязняя при этом окружающую среду. Отруби, как правило, идут на корм животным. В последнее время в литературе сообщается о получении из них фармацевтических и пищевых продуктов.

Шелуха имеет более широкий спектр применения. Её используют для упаковки (помните, из Китая поступали к нам ящики с яблоками в рисовой шелухе?), для изготовления абразивов, термо- и звукоизоляторов, сорбентов для очистки соков, воды, воздуха от пыли, для улучшения структуры почв, наполнителя для пластмасс, смол, клеенной фанеры, строительных материалов, добавки в корм животным и птице. Например, в посёлке Черниговка Приморского края, где находился крупозавод, разрушенный в годы перестройки, смешивали мучку с шелухой риса, дробили и продавали как кормовую смесь. В Краснодарском крае и других регионах страны ежедневное образование десятков тонн шелухи до сих пор вызывает «головную боль» у руководителей заводов.

В конце ХХ века наиболее рационально организовал утилизацию шелухи риса Таиланд: на предприятии, одном из крупнейших, за день перерабатывали до 500 тонн риса и получали 100 тонн шелухи! В марте 1997 года был запущен завод, использующий в качестве топлива рисовую шелуху, - он производит энергию мощностью 2,5 мегаватт. Дымовые газы и перегретый пар идут на получение горячей воды, необходимой для сушки крупы, а зола автоматически загружается в контейнеры и продаётся в Европу и, видимо, в Россию. Доходы предприятия только от продажи золы составляют более 300 тысяч долларов в год.

Это эффективное использование?

Нет! А почему? Отвечаю, основываясь на анализе научной литературы: отходы от производства риса отличаются по своему химическому составу от всех других злаковых культур прежде всего большим содержанием в соломе и шелухе аморфного диоксида кремния. Поэтому теплотворная способность соломы и лузги ниже, чем у древесины или соломы и шелухи других зерновых (например овса, гречихи), а при сжигании образуется много мелкодисперсной золы, которая имеет ограниченный диапазон возможного использования (хотя и она может приносить доход производителям шелухи). Качество корма или удобрения из шелухи и соломы очень низкое также из-за высокого содержания кремнезёма. Дробление рисовых отходов быстро приводит к износу оборудования в силу их высокой абразивности. Химический состав всех отходов риса (соломы, шелухи и мучки) указывает на наличие ряда полезных человеку веществ.

Что и сколько можно получать из отходов производства риса?

В настоящее время перечень способов использования только рисовой лузги, предложенных в научной и технической литературе, настолько велик, что, казалось бы, не должно возникать никаких проблем. Первый обстоятельный обзор по использованию лузги появился ещё в 1947 году в США. Однако, оказывается, в большинстве случаев, и в первую очередь это относится к нашей стране, главную роль играет не технология, а сочетание ряда факторов: отсутствие информации у владельцев рисовых отходов, экономическое состояние региона, социальная и политическая ситуация. В США уже давно работают заводы, получающие золу рисовой шелухи хорошего качества, или аморфный кремнезём. (Образцы золы из Таиланда и Китая (Харбин), которые нам довелось исследовать, состояли из аморфной и кристаллической фаз.)

И всё же представим себе, что рядом с предприятием, очищающим зёрна риса, стоит завод, сырьём для которого являются все отходы растения: солома, шелуха и мучка. Что же и в каком объёме этот завод может производить? Самый простой перечень возможной продукции из 1 тонны сырья следующий.

1. Аморфный диоксид кремния – из соломы: от 70 до 120 кг, а из шелухи – от 120 до 200 кг кремнезёма, содержание SiO2 от 90 до 99,999%.

2. Фурфурол – из соломы и из лузги – не менее 50 кг.

3. Ксилит – из лузги: до 80 кг. Стоит примерно в три раза дороже сахара.

4. Сырьё для белёной целлюлозы – из соломы и шелухи – до 320 кг.

5. Рисовое масло – из отрубей: до 180 кг. В 1966 году рисовое масло получали в Бразилии, Бирме, Чили, Индии, Японии и США (лучший метод его получения – не прессование, а экстрагирование растворителями или углекислотой).

6. Фитин и другие производные фитиновой кислоты – из мучки: до 40 кг.

7. Уксусная и щавелевая кислоты, этиловый спирт, ванилин, гамма оризанол, моногалактозилдиацилглицерины и некоторые другие органические вещества; их выход ниже 4 процентов.

За работу по проекту «Разработка технологии получения аморфного диоксида кремния и сопутствующих материалов из возобновляемых отходов риса» Институтом химии ДВО РАН была получена медаль на выставке инновационных проектов «Лидер в области высоких технологий»”, которая состоялась в 2005 году в Москве в рамках VI Международного форума «Высокие технологии XXI века».

Кому эта продукция нужна?

Области применения аморфного кремнезёма обширны и зависят от его характеристик. Он может применяться в тех отраслях, которые используют такие формы кремнезёма, как «диатомовая земля» или «диатомит», «трепел», «белая сажа», «аэросил». Продукт применяется в фармацевтике (наполнитель для лекарств), парфюмерии (наполнитель для зубных паст, кремов), бытовой химии (наполнитель для чистящих и абразивных паст), в резиновой, фарфоровой, стекольной, текстильной, пластмассовой, бумажной отраслях промышленности, а также как сырьё для производства силицидов, карбида кремния, нитрида кремния, водорастворимых силикатов («жидкое стекло») и других соединений кремния, в производстве кварцевых изделий, люминофоров, электродов, литейных форм, звуко- и термоизолирующих материалов, всевозможных строительных материалов (недаром аморфный кремнезём называют лекарством для бетона). Он может служить исходным материалом для получения кремния высокой чистоты (в том числе для солнечных батарей), а также для синтеза всех кремнийорганических соединений различного назначения (некоторые из них японские химики называют главным материалом XXI века).

Ксилит применяется как заменитель сахара в медицине и пищевой промышленности.

Фитин представляет собой смесь солей кальция и магния фитиновой кислоты и применяется в медицине как стимулятор роста и кроветворения, для лечения рахита, для хорошей работы мозга, а также как сырьё для получения инозита, используемого при заболевании печени и нервной системы. Другие соединения фитиновой кислоты могут применяться в качестве сорбентов для очистки молока и воды от радиоактивного стронция и тяжёлых металлов.

Фурфурол незаменим как исходное вещество в органическом синтезе.

Рисовое масло – прекрасное пищевое масло. По составу органических кислот его можно сравнить с арахисовым маслом. Вообще изучению полезных свойств этого масла и рисовой мучки посвящено много страниц научной литературы.

Целлюлозная масса, в том числе белёная (а в Институте химии Дальневосточного отделения РАН разработан безхлорный способ отбелки), в свою очередь является сырьём для получения разнообразных материалов.

Итак, очевидно: прибыль можно получать не только от продажи белого риса, но и от реализации продуктов переработки рисовых отходов. Примерные расчёты показывают, что срок окупаемости затрат – не более года, и он зависит от качества готовой продукции. Ну, а кремнезём – его свойства зависят от сорта риса, способов и условий его извлечения из соломы и шелухи, и это – отдельный разговор».

Рисовая шелуха – не просто отходы, полученные в результате переработки зерна, это еще и источник огромного числа полезных веществ (от кремния до ксилита), которые могут использоваться в различных областях экономики, а также значительно сократят расходы на производство продукции. Синтетические аналоги хоть и используются повсеместно, но перспективные компании все чаще делают выбор в пользу экологически чистых и менее дорогостоящих видов сырья. И здесь рисовая шелуха занимает лидирующие позиции, поскольку может использоваться:

• - в сельском хозяйстве и агробизнесе;
• - в качестве замены традиционным видам топлива;
• - в шинной промышленности;
• - при производстве косметики и бытовой химии;
• - в строительстве;
• - в металлургии;
• - в цементной промышленности;
• - в производстве техники и электроники.

Известно, что при обработке одной тонны зерна образуется около 220 кг. рисовой шелухи. В сельском хозяйстве и агробизнесе широко используется эспандированная шелуха, прошедшая обработку высоким давлением и температурой. Она позволяет заменить привычный грунт для различных видов растений, а добавление ее в почву значительно повышает физические показатели последней и позволяет избежать засоления. Кроме того, рисовая шелуха является прекрасным регулятором влаги в компостных ямах. Также отходы, получаемые при производстве крупы, добавляются в корм скота мясного направления и могут использоваться в качестве подстилки для животных.

Рисовая шелуха стала превосходной заменой традиционным видам топлива. Генераторы, работающие на лузге, зарекомендовали себя как энергосберегающие и экологичные, поскольку выбросы вредных веществ в окружающую среду сводятся к минимуму.

Кроме того, в процессе сгорания тонны рисовой шелухи образуется 230 кг. золы, в которой содержится около 95 процентов силики аморфной формы. Известные западные компании уже несколько лет производят на основе природного материала автомобильные шины. Опытные испытания показали, что образцы имеют превосходное сцепление с мокрым и сухим дорожным покрытием, снижают расход топлива и уровень шума, а также сокращают выбросы углекислого газа в атмосферу.

Из кремния, имеющего аморфную форму, легко удаляются посторонние примеси. А, значит, его использование позволит значительно сократить расходы на производство косметической продукции и бытовой химии, где минерал применяется в качестве наполнителя. А ксилит – органический заменитель сахара, получаемый в процессе переработки рисовой шелухи, может повысить эффективность бизнеса в области фармацевтики.

В последнее время рисовая лузга активно используется при производстве шумо- и теплоизоляционных материалов. Первые широко применяются в строительстве, а последние являются неотъемлемой частью технологического процесса отливки в металлургии.

Кремнезем, образующийся в процессе сжигания рисовой шелухи, нашел свое применение и в производстве цемента. Испытания показали, что бетон, созданный на основе рисовой лузги, является гораздо прочнее обычного, но при этом имеет невысокую себестоимость.

Современные технологии всегда связаны с производством сложной техники и электроники, где невозможно обойтись без кремния. Но здесь нужен особенный минерал – максимально очищенный от посторонних примесей. И как упоминалось выше, кремний, полученный из рисовой шелухи, обладает всеми необходимыми свойствами, а его добыча обходится гораздо дешевле привычных методов обработки.

В.А.Голубев, Е.М. Пузырев, А.В.Лаптов, М.Е.ПузыревООО «НПО ПроЭнергоМаш», г. Барнаул

Рассматриваемая установка используется для энерготехнологической переработки и утилизации кремнийсодержащих растительных отходов типа лузги риса и овса. Целевым продуктом является диоксида кремния различной чистоты, который используется предпочтительно в фармацевтической, лакокрасочной и химической промышленности, в производстве автомобильных шин, водорастворимых силикатов, а также для получения чистого поликристаллического кремния для солнечной энергетики и микроэлектроники. Кроме того, установка может быть применена для выработки низкокалорийного газа и/или тепловой энергии, образующейся при сжигании дробленых твердых топлив или горючих отходов, которая может использоваться, например, для отопления, горячего водоснабжения, технологических нужд, а также для выработки электроэнергии.

В обычных условиях реакция между кварцем и гидроокисью кальция практически не происходит, но существует аморфная разновидность двуокиси кремния, которая способна вступать с гидроокисью кальция в пуццоланическую реакцию при обычных температурах. Эту аморфную разновидность двуокиси кремния называют аморфным (или активным) кремнеземом, либо пуццоланой. Са(ОН) 2 , легко растворима и вымывается проточной водой. При взаимодействии гидроокиси кальция с активным кремнеземом образуются нерастворимые вещества.

Наиболее эффективной оказалась пыль (Кремнеземная пыль в дальнейшем КП), оседающая на рукавных и электрофильтрах производств, выплавляющих нержавеющую сталь.

Первоначальный интерес к применению КП в бетонах был обусловлен проблемами охраны окружающей среды и усиленным контролем загрязнения атмосферы, а также необходимостью экономии энергии в промышленности строительных материалов за счет частичной замены цемента промышленными отходами. Первый опыт применения КП в бетоне отмечен в 1971 г. на металлургическом заводе Фиско в Норвегии .

Образуется КП в результате восстановления углеродом кварца высокой чистоты в электропечах. В процессе выплавки кремниевых сплавов некоторая часть моноокиси кремния SiO 2 переходит в газообразное состояние и, подвергаясь окислению и конденсации, образует чрезвычайно мелкий продукт в виде шарообразных частиц с высоким содержанием аморфного кремнезема .

Первоначально это были отходы ферросплавных производств и имели отрицательную стоимость (доплачивали тем, кто их забирал). Однако, начиная с 80-х годов, материал был переведен в категорию побочного продукта производства и приобрел собственную стоимость, которая с тех пор только возрастает. Сегодня этот продукт называют аморфным (или активным) микрокремнеземом. Другие названия - конденсированный микрокремнезем, белая сажа, силикатный дым.

Кремнеземная пыль, как указано выше, представляет собой очень мелкие шарообразные частички аморфного кремнезема со средней удельной поверхностью около 14-30м 2 /г.

Пуццолановая реакция микрокремнезема повышает гидратацию силиката кальция. Наблюдается отчетливое изменение пористой структуры бетона с содержанием микрокремнезема в сторону уменьшения числа капиллярных пор и увеличения числа более мелких гелевых пор. Повышение гидратации силиката кальция и снижение числа капиллярных пор обеспечивают две основные характеристики бетона с содержанием микрокремнезема - повышенную прочность и повышенную непроницаемость. Двойной эффект придает бетону большую устойчивость к физическим (истирание, эрозия и ударное разрушение) и химическим воздействиям (проникновение воды, сульфатов, хлоридов, органических веществ и кислот) .

Стоимость КП в различных странах колеблется в широких пределах. Если раньше ее рассматривали как неизбежные и ненужные отходы, то сегодня ее стоимость, как правило, превышает стоимость цемента: в Швеции - в 1,5-2 раза, в Великобритании - в 2-3 раза, в США -в 5 раз. В настоящее время производство золы-уноса в мире составляет около 180 млн. т в год.

Между тем вопросы утилизации рисовой шелухи решаются уже несколько десятилетий. Способы ее использования описаны в большом количестве литературных источников как отечественных, так и зарубежных.

Лузга состоит из внешней шелухи, покрывающей зерновку риса. В обычном употреблении термин «лузга риса» относится к побочному продукту, получаемому при обмолоте необрушенного риса, и составляет 16-25% в весовом отношении от обрабатываемого необрушенного риса.

В не размолотом состоянии лузга имеет желтоватый цвет, жесткая, древесноватая и шершавая. В ней велико содержание сырого волокна и золы, за счет чего она имеет очень низкое питательное значение. Она хорошо противостоит погодным воздействиям. По объему занимает примерно в 8 раз больше места, необходимого для нерушенного риса равного веса.

Появилось много сообщений об утилизации лузги. В Индии, по крайней мере на юге, использование в кормах для животных в настоящее время является самой широкой сферой применения лузги риса. Но имеются и противоречивые сообщения о последствиях применения лузги риса в пище для крупного рогатого скота. Отмечается что скармливание лузги вредно для рогатого скота, а в некоторых случаях оказалось даже смертельным. Рисовая лузга не имеет питательной ценности, ее общая перевариваемость очень низка и животные не находят ее привлекательной, когда она скармливается одна.

Поскольку лузга очень объемна, ее размещение вызывает множество проблем для централизованных фабрик риса. Малый насыпной вес (140кг/м 3) делает складирование и транспортировку данного вида отходов убыточными, а высокая зольность, парусность и разнообразный фракционный состав затрудняют их полезное использование. Из каждой тонны необрушенного риса выходит 200кг лузги, которая при сжигании дает около 40кг золы.

Одним из потенциально важных и выгодных областей использования лузги риса (в особенности ее золы) является производство огнеупоров. Низкая теплопроводность, высокая точка плавления, низкая насыпная плотность делают золу великолепным сырьем для этой цели. Кирпичи из золы лузги риса, как сообщалось, являются хорошими теплоизоляторами вплоть до 1450°С и обладают низкой удельной теплопроводностью. Она имеет те же свойства что и КП и даже превосходит ее по активности но только при правильном её получении.

Зола, образуемая при сжигании в поле или при неконтролируемом сжигании в промышленных печах, использующих лузгу в качестве топлива, состоит главным образом из таких кристаллических минералов кремнезема, как кристобалит и тридимит. С другой стороны, зола, производимая при низкой температуре, содержит кремнезем в ячеистой некристаллической форме с высокой площадью поверхности (50-60м 2 /г) и поэтому является высокопуццолановой. Так как зола получается в виде тонкого порошка, она не нуждается в последующем измельчении .

Она относится к высшему классу пуццоланов, так как на них не влияют отклонения состава и разнородность минералогических характеристик, типичные для КП. Оба материала обладают чрезвычайно высокой площадью поверхности, что является основой их высокой пуццолановой активности. Зола рисовой лузги, полученная при низкой температуре представляет собой волокнистое вещество с высоким содержанием кремнезема в виде кристобалита. После термического разложения зольный скелет сохраняет клеточную структуру исходного материала.

По выше названным причинам внутренняя поверхность золы рисовой лузги более чем в 3 раза превосходит поверхность КП. Химический состав рисовой лузги и золы приведен в таблице. 2. Из таблицы видно, что органические вещества в рисовой лузге составляют 82 % (ППП), кремнезем - 15,64 %, а в золе рисовой лузги содержится в основном кремнезем (86,48 %) .

Зола рисовой лузги, полученная в результате контролируемого процесса сжигания, представляет собой очень мягкий материал и легко размельчается до размера менее 45 мкм. Насыпной не обработанной золы чрезвычайно мал 70 кг/м 3 . Путем измельчения, брикетирования и купажирования с пластификаторами его можно повысить до приемлемой с точки зрения транспортировки величины 400-600кг/м 3 .

В ФРГ разработана печь для газификации рисовой шелухи или медленного ее сжигания с целью получения золы с высоким содержанием кремния. В печи осуществляется подогрев лузги до температуры 550-600 °С со скоростью линейного повышения температуры 25°С/мин ±10°С/мин и последующей выдержкой в течение ещё 40 мин (общее время процесса 60 мин) или с подогревом до 800°С (общее время процесса 30-45 мин). При газификации используется водяной пар с температурой 300-600°С .

Известно, что в последних разработках американская компания Thermal Technology соединила процесс карботермического восстановления с технологией пиролиза биомассы для переработки рисовой шелухи в кремний солнечного качества. "Пиролиз дает превосходную смесь SiO 2 и C, подходящую для процесса восстановления, со структурой, которая облегчает очистку для устранения случайных элементов. Используя сочетание пиролиза и карботермического восстановления можно изготовить материал с достаточной чистотой для применения в солнечной отрасли, то есть для производства полупроводников и солнечных батарей .

Установка, созданная ООО «НПО ПроЭнергоМаш» позволяет проводить термодеструкцию (пиролиз) органической части рисовой лузги с получением, охлаждением и первичным измельчением золы. В ней происходит контролируемый пиролиз рисовой лузги при пониженных температурах с минимальной эмиссией загрязняющих веществ в атмосферу. Термическое разложение рисовой лузги проходит постадийно с недостатком окислителя. Распределение тепловыделения в объеме обеспечивает необходимое и достаточное тепловое воздействие на материал для полного термического разложения органической части. При этом минеральная часть не прогревается до критических температур и сохраняет ячеистую не кристаллическую форму. К то муже на установке возможно получение как глубоко выжженного кремнезема с содержанием углерода 5% так и кремнеуглеродного продукта с содержанием углерода до 30 - 50%. Кремнеуглеродный продукт может быть использован в процессе карботермического восстановления кремния.

Таблица 1- Усредненный элементарный состав рисовой лузги

Таблица 2- Химический состав рисовой лузги и золы

Таблица 3 -Требования к рисовой лузге, перерабатываемой на установке

Установка представляет собой легко разборную транспортабельную конструкцию. Она размещена на устойчивой раме и проходит предварительную сборку на заводе, фото.1, что гарантирует быстрый и безошибочный монтаж у заказчика.

При необходимости кремнийсодержащие растительные отходы, в частности рисовую шелуху, очищают от механических примесей, промывают водой, просушивают и просеивают через сито. Для получения диоксида кремния высокой чистоты шелуху обрабатывают горячей водой и дополнительно - раствором минеральной кислоты.

Технологическая схема установки представлена на рис.1. Рисовая лузга периодически загружается в расходный бункер 1 с ворошителем 2. Шнеком топливоподачи 3 лузга дозируется в реторту, где происходит процесс пиролиза и газификации при недостатке окислителя. В топочном объеме 6 газогенератора в результате тангенциального подвода дутья и применения вихревого смесителя 7 формируется вихревое движение, способствующее удержанию твердых частиц в объеме, полноту и равномерность тепломасообменых процессов. Температура в топочной камере поддерживается на уровне 800°С путем регулирования как общей подачи воздуха, так и по зонам дутья. Топливо подается в зону реакции со скоростью тепловой волны, чему способствует тонкое частотное регулирование оборотов шнека топливоподачи.

Продолжением топочного объема 6 является дымовая труба 8 с интегрированным уловителем (дожигателем) 9 горючих газов пиролиза. Сюда подается дополнительный воздух для организации полного их сгорания и снижения температуры выхлопных газов по условию эксплуатации металла дымовой трубы. Дутьевой воздух подается высоконапорным вентилятором 18. Высокая температура дымовых газов и высота установки с дымовой тубой 10м обеспечивают возможность работы установки на самотяге.

Рис. 1– Технологическая схема установки.

1-Расходный бункер лузги; 2-Ворошитель; 3-Шнек топливоподачи; 4-Реторта; 5-Циклон ЦН; 6-Топочный объем; 7-Смеситель; 8-Дымовая труба; 9-Уловитель; 10-Слой топлива; 11-Шнек выгрузки золы; 13-Шибер; 14-Бункер золы; 15- Вентилятор; 16- Шибер; 17-Циркуляционный насос; 18-Вентилятор; 19-Охладитель воздушный; 20- Трубопровод; 21- Расширительный бак;

Обуглившаяся лузга (кремнеуглеродный продукт с содержанием углерода до 50%) и зола пересыпаются из реторты в коксовыжигательную камеру газогенератора, куда дополнительно подается воздух. Выжиг кокса происходит в режиме фильтрации по прямоточной схеме. Выгрузка золы производится охлаждаемым антифризом шнеком выгрузки золы 11 с частотным регулированием, что позволяет в широких приделах регулировать степень выжигания углерода. Продолжительность пребывания лузги в коксовыжигательной камере определяет качество золы с точки зрения её оплавления. Охлажденная зола через шибер 13 выгружается в бункер золы 14. Через полость шнека с помощью вентилятора 15 просасывается часть дымовых газов, которые очищаются от твердых частиц в циклоне 5 и сбрасывается в дымовую трубу 8. Дымовые газы при этом способствуют более полному выгоранию углерода из лузги с минимальным температурным воздействием на золу по прямоточной схеме. Количеством пропускаемых газов можно регулировать полноту выгорания лузги. Сброс дымовых газов обеспечивает дополнительный эжектирующий напор. Очистка дымовых газов может проходить более высокоэффективными уловителями.

Установка имеет также контур охлаждения, включающий шнек выгрузки золы 11, охладитель воздушный 19, циркуляционный насос 17, трубопровод с арматурой 20 и расширительный бак 21. Охладитель воздушный 19 охлаждается атмосферным воздухом, подаваемым встроенным вентилятором.

Для утилизации тепловой энергии пиролизных газов предполагается подача их в котел утилизатор. Котел может быть как паровым, так и водогрейным. При этом предприятие использующее установку утилизации рисовой лузги частично или полностью покроет свои потребности в тепловой и электрической энергии или технологическом паре.

1 – Расходный бункер, 3 – Шнек топливоподачи,7-Смеситель,9-Уловитель,11-шнек выгрузки золы,

15-Вентилятор,17-Циркуляционный насос,18-Вентилятор,19-Охладитель воздушный, 21- расширительный бак,

Рис. 2 - Общий вид установки. 3D модель.

Выработка насыщенного пара составит 3т/ч. Установленная электрическая мощность по паросиловому циклу может составить до 350 КВт. При этом в качестве силовой машины могут быть использованы как паровая турбина так и поршневой паровой двигатель. При использовании тепла расчетный тепловой КПД переработки рисовой лузги с котлом утилизатором около 85%. Основные параметры установки сведены в (табл. 4).

Таблица 4- Характеристики установки по получению золы из рисовой лузги

Общий вид 3D модели установки представлен на (рис.2) .

Фото.1 Фотография установки при контрольной сборке в цехе «НПО ПроЭнергоМаш»

Характеристики исходного сырья на рабочую массу:

Влажность Wр=10%, максимально до 25%; не требуется предварительной подготовки (сушки) сырья;

Плотность лузги насыпная r нлузг =140 кг/м3;

Теплота сгорания низшая Q р н =3082ккал/кг;

Выход летучих Vг =80%.

Характеристики готового продукта (зола) (фото.2):

Выход золы – ηзл=85%;

Плотность золы насыпная rк=70 кг/м3.

Фото.2-Зола рисовой лузги с различной степенью выжига: а) полученная в лаборатории, б) зола из установки.

Предлагаемый способ утилизации позволяет не менее чем в 5 раз снизить массу отходов.

Производительность установки до 321000кг/мес. (445 кг/ч) по рисовой лузге и 50000 кг/мес. по золе (69 кг/ч при условной потере золы 20% и 87кг/ч полный выход золы).

Установка обеспечивает:

Непрерывность технологического процесса и его надежность;

Ремонтопригодность;

Низкое энергопотребление;

Минимальные эмиссии стоков, газообразных и твердых веществ и шума, <100 дб;

Автотермичность (отсутствие дополнительных затрат высокосортного топлива в рабочем режиме);

Минимальное использование ручного труда и минимальное количество персонала;

Блочность и транспортабельность.

Установка получения диоксида кремния отличается высоким выходом товарного продукта, потери составляют не более 15%.

Установка изготовлена в климатическом исполнении УХЛ с категорией размещения 3 по ГОСТ 15150-69(ГОСТ 22261.) и предназначена для эксплуатации в помещениях и вне помещений при температуре окружающего воздуха от - 30°С до + 40°С.

При утилизации тепла от сжигания газов пиролиза в котле утилизаторе полезная тепловая мощность составит 1,6 МВт. Выработка насыщенного пара составит 3т/ч. Установленная электрическая мощность по паросиловому циклу составит до 350 КВт. Расчетный тепловой КПД переработки рисовой лузги при использовании котла утилизатора составит не менее 85%. Фотография установки во время контрольной сборки в цехе предприятия представлена на фото.1.

Предлагаемые способ получения диоксида кремния и тепловой энергии из кремнийсодержащих растительных отходов и установка для сжигания мелкодисперсных материалов позволяют упростить получение диоксида кремния и тепловой энергии в процессе энерготехнологической переработки лузги риса и овса. Утилизация кремнийсодержащих растительных отходов по данной схеме имеет повышенный выход целевого твердого продукта, высокую эффективность и экономичность. При этом разложение органической части, обжиг и отделение целевого твердого продукта от дымовых газов осуществляют в одном технологическом объеме, что обеспечивает малые габариты установки. Кроме того, предлагаемая установка может быть эффективно использована для энерготехнологической переработки других аналогичных по свойствам материалов с указанным техническим результатом либо только для выработки тепловой энергии при сжигании дробленных твердых топлив или горючих отходов. Установка превосходит известные аналоги по минимизации потерь золы и энергопотреблению, имеет повышенную производительность, компактна и универсальна. На данном этапе установка находится в промышленной эксплуатации 6 месяцев и обеспечивает основные заявленные параметры. Дополнительно планирует провести исследование различных воздействий на качества получаемой золы, а также установить котел утилизатор производства ООО «НПО ПроЭнергоМаш».

1.Byung-Wan Jo, Chang-Hyun Kim, Jae –Hoon Lim. Characteristics of cement mortar with nano-SiO2 particles//ACI Materials Journal. – 2007. – Vol. 104, № 3. – Р. 404, il., tabl. – Bibliogr. : 9 ref. (англ)

2.Wolska-Kotanska C. Ksztaltowanie wlasciwosci betonu pylami krzemionkowymi. Inzynieria ibudownictwo No.9, 1993

3. Каприелов С.С., Шейнфельд, А.В. Кардумян Г.С. и др. Опыт возведения уникальных конструкций из модифицированных бетонов на строительстве комплекса «Федерация».//«Промышленное и гражданское строительство», № 8, 2006, с. 20–22.

4. Предтеченский М.В. Влияние кремнеземной пыли на формирование высокопрочных бетонов. [Электронный ресурс]. Режим доступа http://www.gvozdik.ru/analit/167.html , свободный.\

5. Скрябин А.А. Сидоров А.М., Пузырёв Е.М., Щуренко В.П. Способ получения диоксида кремния и тепловой энергии из кремний содержащих растительных отходов и установка для сжигания мелкодисперсных. Пат. RU2291105, МПК 7 С01B033/12, F23C009/00.

6.Schuster E.Anlage zum Verbrennen von als Abfall Anfallenden Reisschalen. Заявка ФРГ, кл.F23G9/00,C07D307/50,№2538877,заявл. 2.09.75, опубл. 10.03.77(РЖЭ, 1978,2Р35П).

7.Компания Thermal Technology производит кремний солнечного качества из рисовой шелухи. [Электронный ресурс]. Режим доступа http://www.cleandex/ru/news/2010/03/10/_Thermal_Technology_silicon_technologies , свободный.

В процессе переработки рисового зерна в крупу в качестве отходов получают немалое количество рисовой шелухи, а также некоторое количест-во отрубей. Масса шелухи достигает 20% веса необрушенного зерна риса. Она играет исключительно важную роль в жизни растения риса, защищая его от повреждений. Однако после обмолота и обрушения рисовых зе-рен шелуха" становится как бы ненужной и ее чаще всего, просто сжигают в печах. Вместе с тем, рисовая шелуха отличается широким диапазоном по-лезных для человека свойств, и этот ее потенциал пока недостаточно исполь-зуется человеком, как в сельском хозяйстве, так и других отраслях экономики.
Сельское хозяйство
В сельских районах рисовая шелуха может употребляться для отопле-ния. Она прекрасно брикетируется, а приготовленные из нее топливные бри-кеты по теплоотдаче близки каменному углю. При сжигании шелухи, получае-мой при переработке одной тонны риса, образуется примерно 40 кг золы, ко-торую можно использовать как эффективное минеральное удобрение.
Вместе с тем нерационально жечь рисовую шелуху, чтобы затем внести ее в почву в виде минеральной золы. Любой, пусть даже не-большой костер, ведет к загрязнению окружающей среды.
Зола рисовой ше-лухи, как и зола любого растения (томат, кукуруза, плодовое дерево), содержит практически все питательные макро- и микроэлементы, характерные для данного вида растений (калий, кальций, фосфор, магний, сера, марганец, молибден, цинк, бор, кобальт и др), кроме тех, которые уле-тучиваются вместе с частичками дыма при сжигании. А улетучиваются, преж-де всего, кислород, углерод, водород и азот, находящиеся в виде химических соединений в сжигаемых растениях. Конечно, зола эффектив-ное минеральное удобрение, она препятствует испарению влаги и делает почву более плодородной, но это лишь кратковременный эффект. Гораздо более эффективно использовать рисовую шелуху как органическое вещест-во в составе компостов или мульчи.
Органическое вещество в почве - это питательная среда для почвенных микроорганизмов. Почвы, богатые органическим веществом, имеют хорошую структуру, благоприятные для растений водный и воздушный режимы. Положи-тельный эффект от внесения органического вещества сохраняется долгие го-ды.
Мульча из рисовой шелухи защищает почву от солнечных лучей, предо-храняя ее поверхностный слои от перегрева и высыхания, так как позволяет поддерживать здесь постоянную температуру. Заделанная в поверхностный слой почвы рисовая шелуха создает благоприятные условия для почвообитающих организмов, оптимизируя ее структуру и повышая влажность. В ре-зультате заметно улучшаются физические показатели почвы и, как следствие, ее способность удерживать питательные вещества и влагу. Это особенно важно для тяжелых по механическому составу кубанских черноземов.
Как органическое вещество, рисовая шелуха может быть хорошим подспорьем в личном подсобном и крестьянско-фермерских хозяйствах, в агрофирмах и аграрных холдингах. Она пригодна в качестве грунта или сре-ды для выращивания различной рассады и саженцев. Так на Крымской опыт-ной станции в Крымском районе нашего края освоена и успешно применя-ется в производстве технология получения укорененных отводков плодовых и ягодных культур в органическом субстрате. В качестве мульчи здесь использу-ют, в том числе, и рисовую шелуху.
Экспандированная рисовая шелуха, т.е. шелуха, прошедшая обработку высокой температурой и высоким давлением, полезна в качестве добавки в среду для культивирования грибов, выращивания рассады и возделывания овощных и других культур, а также цветов. При компостировании пищевых от-ходов такая шелуха может быть использована для поддержания определен-ной влажности компостной массы. Прошедшую обработку рисовую шелуху ре-комендуют добавлять как разбавитель в корм крупному рогатому скоту мяс-ного направления, использовать как подстилку в помещениях для скота. Имеются данные, что рисовая шелуха при внесении в почву помогает решить проблему засоления.
Промышленность, парфюмерия, медицина
Промышленность проявляет интерес к рисовой шелухе, как к уникаль-ному источнику кремния. Казалось бы, что за невидаль кремний и чем крем-ний, входящий в состав рисовой шелухи, лучше кремния, содержащегося в речном или морском песке?
По степени распространения в природе среди химических элементов кремний занимает второе место после кислорода. Почти 25 % веса земной коры составляет кремний, встречающийся повсеместно в виде кремнезема (SiO2).
К кремнезему относят такие минералы, как песок, кварц, диатомит, трепел, опал, Однако не все так просто. Кремний, входящий в состав назван-ных минералов, имеет кристаллическую структуру. Кристаллическая структу-ра молекул минералов содержит много примесей железа, меди, марганца, титана, хрома и других металлов, придающих кремнезему характерный цвет.
Очистить такой кремнезем от примесей весьма проблематично. Кремнезем же, получаемый из рисовой шелухи аморфный, т.е. не имеет кристаллического строения и сравнительно легко поддается очистке от примесей.
Аморфная структура делает кремний из рисовой шелухи весьма цен-ным продуктом для многих отраслей промышленности. В частности, такой кремний идеально подходит для производства полупроводниковых материа-лов для электроники, где необходим минерал высокой степени очистки. Уче-ные-химики из Дальневосточного отделения Российской академии наук раз-работали современные технологии получения аморфного кремния разной степени очистки из рисовой шелухи.
В целом, из 1 тонны рисовой шелухи можно получить 120-200 кг аморфного диоксида кремния (содержание SiO2 от 90 до 99,999%), не менее 50 кг фурфурола, до 80 кг ксилита и около 320 кг сырья для беленой целлюлозы. Аморфный кремний востребован также и парфюмерной промышленно-стью. Ксилит ценен как заменитель сахара для диабетиков.
Кроме шелухи при производстве рисовой крупы получают еще и отру-би. А из одной тонны отрубей можно получить до 180 кг рисового масла. По вкусу оно напоминает масло арахиса. Производство такого масла налажено в Бразилии, Бирме, Чили, Индии, Японии и США. Рисовое масло может быть хо-рошим подспорьем при лечении дисбактериоза.
Из одной тонны мучки, об-разующейся при шлифовке риса можно получить до 40 кг фитина и других производных фитиновой кислоты. Это далеко не полный перечень полезных для человека продуктов, которые могут быть получены из отходов производства крупы риса.
Рисовая шелуха нашла также применение при производстве автомо-бильных шин. Одна известная итальянская фирма выпустила на рынок так на-зываемые "зеленые" шины, компонентом которых является зола из рисовой шелухи. Такие шины значительно уменьшают выбросы углекислоты в атмо-сферу, снижают уровень шума и расход топлива. При этом эти шины отли-чаются хорошим сцеплением на мокрой поверхности и имеют низкое сопро-тивление качению.
Наш край относится к числу немногих рисоводческих регионов России. В перспективе стоит задача получения не менее 1 млн. тонн кубанского риса. При переработке такого количества рисового зерна в крупу край будет иметь ежегодно не менее 200 тыс. тонн рисовой шелухи. И распорядиться ею надо бы по-хозяйски.
А.Н. ГУЙДА, кандидат сельскохозяйственных наук.
Этому снимку более тридцати лет. Тогда мы боролись за 1 миллион тонн кубанского риса…
Фото О.ГАЛУШКО.

Томский политехнический университет

Нгуен Мань Хиеу, аспирант кафедры ОХТ. Научный руководитель: профессор, д.т.н. В. В. Коробочкин Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г. Томск, Россия

Аннотация:

Данная статья посвящена способу получения активированного угля и диоксида кремния путем утилизацией рисовой шелухи. Приведен анализ влияния температурных факторов на процесс термического разложения органических веществ, с целью определения оптимальных условий технологического процесса.

This article provides a method to produce activated carbon and silica from rice husk. Provides an analysis of the influence of factors on the process of thermal decomposition of organic compounds in order to determine the optimum temperature combustion of rice husk to get active carbon with high activity.

Ключевые слова:

рисовая шелуха; аморфный диоксид кремния; активированный уголь; пиролиз; термогравиметрический анализ; рентгенофазовый анализ; метод электронной микроскопии

rice husks; amorphous silica; charcoal; pyrolysis; thermogravimetric analysis; X-ray analysis; electron microscopy

УДК 66.05

Рис - один из наиболее ценных пищевых продуктов в мире, он занимает первое место по валовым сборам, и второе место по площади посевов после пшеницы. Наиболее привычным продуктом остается шлифованный белый рис. Вместе с тем возрастает потребление риса-полуфабриката, который получают либо путем обработки риса паром под давлением, что способствует сохранению в нем значительного количества витаминов и минеральных веществ, либо рис предварительно слегка отваривают, а затем обезвоживают, чтобы свести к минимуму время его приготовления.

В процессе переработки рисового зерна в крупу в качестве отходов получают немалое количество рисовой шелухи, а также некоторое количество отрубей. Рисовая шелуха - это внешняя оболочка ядра риса, которая защищает внутренние компоненты от внешних атак насекомых и бактерий. Для выполнения этой функции и одновременного пропускания необходимого для роста зерна воздуха и влаги, рис в процессе естественной эволюции создал в своей шелухе уникальные нанопористые слои кремнезема. Масса шелухи достигает 20% веса необрушенного зерна риса (табл. 1). Она играет исключительно важную роль в жизни растения риса, защищая его от повреждений. Однако после обмолота и обрушения рисовых зерен шелуха становится как бы ненужной и ее чаще всего, просто сжигают в печах. Вместе с тем, рисовая шелуха отличается широким диапазоном полезных для человека свойств, и этот ее потенциал пока недостаточно используется человеком, как в сельском хозяйстве, так и других отраслях экономики .

Таблица 1.

Химическое содержание рисовой шелухи

Ежегодно в мире образуется порядка 200 млн тонн рисовой шелухи, которая из-за наличия диоксида кремния не подвергается гниению. Требуются огромные площади земельных угодий для ее захоронения. Утилизация отхода рисового производства представляет собой важную техническую задачу. В связи с этим утилизация рисовой шелухи стала, жизненно важной задачей для всех стран мира, которые занимаются возделыванием и переработкой риса и число которых превышает 100 (основные производители: Китай (33% мирового урожая) и Индия (25% мирового урожая)); крупные производители: США, Пакистан, Южная Корея, Египет, Камбоджа, страны Африки и Южной Америки; в странах бывшего СССР основными производителями являются Россия, Узбекистан, Казахстан .

В настоящее время существует несколько способов утилизации и переработки рисовой шелухи. Это либо создание специальных отвалов, либо добавление рисовой лузги в строительные материалы в качестве дополнительных присадок, либо сжигание или использование рисовой шелухи в производстве топливных брикетов, в шинной и в цементной промышленности и др. Недостатком этих способов является низкая экономическая эффективность, так как в производстве топливных элементов не утилизируют значительное количество диоксида кремня, который входит в составе риса а наоборот, в шинной и цементной промышленности используют в основном только кремнёвую часть шелухи, поэтому поиск новой пути переработки рисовой шелухи, которая позволяет одновременно утилизировать и кремнёвую и углеводородную часть рисовой шелухи является важной задачей.

Предполагается новый метод переработки рисовой шелухи, который позволяет получить и активированный уголь, и диоксид кремния. Сущность метода заключается в следующем. Исходную рисовую шелуху подвергают кислотному травлению, промывают водой, сушат, предварительно сжигают в закрытом реакторе с отсосом дыма и улавливанием аморфного углерода. Процесс окислительного сжигания рисовой шелухи ведут в оптимальном режиме и размоле шелухи с контролем кислорода. После сжигания полученную золу подвергают обработке концентрированной щелочей (NaOH 6M). Дисперсный углерод осаждается в воде и извлекается из нее с помощью центрифугирования или отстоя. Полученный уголь сушат и подвергают активации в регулируемом реакторе водяным паром. Остальная жидкость - жидкое стекло после фильтрования подвергают переработке кислотой, после сушки получают диоксид кремня. Для определения сорбционной ёмкости и качества полученного угля, использовали метод йодного числа.

Технологическая схема процесса иллюстрируется на рисунке 1.

Рис. 1. Технологическая схема процесса переработки рисовой шелухи с получением активного угля и диоксида кремния

Температура сжигания шелухи является важным фактором, виляющим на скорость карбонизации и качество полученного активного угля. В данной работе был исследован процесс термического разложения рисовой шелухи, чтобы определить оптимальный температурный режим сжигания. В качестве исследуемых образцов использовали шелухи, взятые от равнины Красной реке Вьетнама. Эксперимент приведен в котле с регулировкой температур.

Ниже приведена кривая ТГА рисовой шелухи.

Рис. 2. Термогравиметрический анализ рисовой шелухи

Из рисунка видно что, при температуре ниже 150 о С происходит процесс испарения воды в шелухе, при температуре 250-350 о С резко происходит процесс разложения лабильных органических веществ, и большинство органических веществ разложено в этом интервале. При дальнейшем увеличением температуры до 600 о С происходит разложение остальных органических соединении.

Чтобы определить количество угля в полученной золе использовали метод абсолютного сжигания, т.е. несколько граммов золы сжигали на длительное время и снижение массы показывает количество угля в золе, результаты анализа показали, что в золе уголь занимает 54-56 % и сумма диоксида кремня и других оксидов занимает 44-46 %.

При температуре сжигания выше 850 о С шелуха была перегрета и поверхность золы имеет белый цвет, что говорит о наличии диоксида кремня, отлипавший после сжигания. Вместе с этим, пористость полученного угля сузилась, поэтому его активность уменьшилась. Структура золы после сжигании при температуре 850 о С показана на рисунке 3.

Рис. 3. Структура золы после сжигания при температуре 850 о С

а - поверхность золы огрубела из- за перегрева; б- головка диоксида кремня отлипала; в- пористость полученного угля сузилась

В результате исследований можно сделать вывод о том что, из рисовой шелухи можно получить и активированный уголь, и диоксид кремня. Режим сжигания играет важную роль в производстве активированного угля из рисовой шелухи, чтобы получить активированного угля с хорошей активностью температура сжигания должна меньшее 850 о С.

Все сказанное выше свидетельствует о перспективности технологий, обеспечивающих комплексное использование отходов производства риса, по направлению получения активированного угля и диоксида кремния. Предварительные оценки показывают, что стоимость химических продуктов, которые получены из тонны упомянутых выше отходов (активированный уголь, аморфный диоксид кремния высокой чистоты, жидкое стекло) превышают цену тонны зерна риса в несколько раз.

Библиографический список:

Рецензии:

23.09.2014, 6:33 Хасанов Шодлик Бекпулатович
Рецензия : Статья посвящена актуальной теме. Предлагаемая технологическая схема получения активированного угля и диоксида кремния отличаются простотой и дешевизной, что является плюсом данной работы. Хотелось бы отметить, что в статье имеются некоторые орфографические и грамматические ошибки, и их следует исправить до включения статьи в журнал. После исправления указанных замечаний статью можно рекомендовать к публикации.