Große Enzyklopädie von Öl und Gas. Über Reis

Institut für Chemie FEB RAS ist 40 Jahre alt!

Doktor der Chemie Lyudmila Alekseevna Zemnukhova Leiterin des Labors für Chemie seltener Metalle am Institut für Chemie der fernöstlichen Abteilung Russische Akademie Wissenschaften. Unter der Leitung von Professor L.A. Das Zemnukh-Team führte systematische Studien zu vielversprechenden Rohstoffen für die chemische Industrie durch, die unter anderem 1 4 Buy-Butandiol-, Reis- und Buchweizen-Produktionsabfälle aus verschiedenen Regionen Russlands, Chinas, Vietnams und Südkoreas produzieren Möglichkeit, daraus Substanzen und Materialien zu gewinnen, die für die Praxis nützlich sind: amorphes Siliciumdioxid, Polysaccharide, Lipide, Pigmente, Furfural, Xylit, Zellulosepulpe, Inhibitoren krebszellen, Korrosion von Stahl, Sorptionsmitteln ...

Die Geschichte von Lyudmila Alekseevna in der Zeitung der Träumer und Realisten "Svetograd" widmet sich dem Geheimnis des in Reisschalen verborgenen Siliziums, das in unserem Land, insbesondere im Fernen Osten, noch keine würdige und gewinnbringende Anwendung gefunden hat.

„Ich bin Chemiker. Und die meisten von mir wissenschaftliche Arbeit, die von dem Moment an begann, als er in die Graduiertenschule von Ruven Leizerovich Davidovich eintrat (jetzt ist er Chefforscher des Instituts für Chemie der fernöstlichen Abteilung der Russischen Akademie der Wissenschaften, Doktor der Chemie, Professor, Geehrter Wissenschaftler Russische Föderation, Preisträger des Preises für herausragende Wissenschaftler des Fernen Ostens - benannt nach Professor V.T. Bykov) war mit der Synthese und Untersuchung der Eigenschaften neuer Antimonverbindungen verbunden. Aber eines Tages, 40 Jahre nach seinem Abschluss an der Fakultät für Chemie der Far Eastern State University, FENU (wo die erste hausarbeiten über die Destillation von Furfural aus Reisschalen und die Synthese von Organosiliciumverbindungen) kreuzten sich an einer Stelle wieder Silizium- und Reisschalen und eröffneten eine neue faszinierende Welt vor mir, über die ich sprechen möchte.

Ein bisschen über Silizium

Silizium ist eines der Elemente, die vom Menschen ziemlich gut untersucht wurden. Die Analyse der wissenschaftlichen Literatur zeigt, dass er in mehr als 25.000 literarischen Quellen erwähnt wird. Obwohl Silizium verwendet wurde primitiver Mann Noch vor 600.000 Jahren wurden die Möglichkeiten dieses Elements und seiner Verbindungen in Form von Steinwerkzeugen im Laufe der Jahrhunderte äußerst langsam, aber immer entlang einer aufsteigenden Linie offenbart.

Silizium macht 25 Gewichtsprozent der Erdkruste aus und liegt nach Sauerstoff an zweiter Stelle in Bezug auf den Verteilungsgrad in der Natur. Siliziumreserven als Rohstoff sind praktisch unerschöpflich. Und obwohl es aufgrund seiner ausgeprägten Affinität zu Sauerstoff nicht als freies Element gefunden wird, umgeben uns seine Verbindungen überall. Zum Beispiel Dioxid oder Siliciumdioxid (SiO 2). Sand, Quarz, Kieselgur, Tripolis, Opal haben eine solche Formel. Kieselsäure ist ein Teil von Talk, Asbest, verschiedenen Silikaten und Graniten.

Seit 1793 haben Wissenschaftler verschiedene biologische Objekte auf ihren Siliziumgehalt untersucht. Die Analyse der Ergebnisse ermöglichte es dem berühmten russischen Wissenschaftler V.I. Wernadskis zum Schluss: "Es besteht kein Zweifel, dass ohne Silizium keine lebende Substanz und keine Organismen existieren können." Wussten Sie zum Beispiel, dass ältere Menschen, wenn sie mit Brennnesseln auf schmerzende Gelenke stoßen, Kieselgel in ihren Körper injizieren, das die stechenden Kapillaren der Brennnesselblätter füllt?

Das Interesse an Silizium stieg nach 1950 stark an, als die Elektronik aufgrund der Halbleitereigenschaften dieses Elements besser als die von Germanium entstand. Bauelemente auf Siliziumbasis machen derzeit etwa 98 Prozent aller weltweit hergestellten Halbleiterbauelemente aus. Für die Elektronik wird Silizium jedoch sehr rein benötigt: Die Verunreinigungsmenge verschiedener Metalle muss mindestens 10-6% betragen! Die Ausgangssubstanz für alle Siliziumverbindungen, einschließlich zur Gewinnung von reinem elementarem Silizium, ist Siliziumdioxid (SiO2).

Siliziumdioxid kommt auf natürliche Weise entweder in kristalliner oder amorpher Form vor, ist in seiner reinen Form transparent (z. B. Bergkristall) oder weiß (z. B. Kieselgur). See- oder Flusssand ist also eine kristalline Form von Kieselsäure, in der es viele Verunreinigungen von Eisen, Kupfer, Mangan, Titan, Chrom und anderen Metallen gibt. Sie geben Sand die eine oder andere Farbe, abhängig von der Art des Metalls und seinem Gehalt (es gibt viele kristalline Modifikationen von Quarz, die sich im Gehalt an Verunreinigungen unterscheiden: Amethyst, Rauchtopaz, Morion, Citrin, Aventurin, Katzenauge usw.) . Es ist ziemlich schwierig, solchen Sand von Verunreinigungen zu reinigen, da Metalle in das Kristallgitter von Siliciumdioxid eintreten und starke Bindungen bilden. Um sie zu zerstören, muss der Sand in Säure aufgelöst werden. Amorphes Siliziumdioxid weist keine starre Struktur auf, und Oxide verschiedener Metalle befinden sich in einem freien Zustand zwischen Schichten von Siliziumoxidmolekülen, so dass sie leicht entfernt werden können. Amorphes Siliciumdioxid ist chemisch reaktiver und kann bei Bedarf durch Erhitzen in eine kristalline Form umgewandelt werden, die nicht mehr wieder in amorphes umgewandelt werden kann (durch einfaches Erhitzen).

Die Welt des Siliziums ist ungewöhnlich vielfältig und lässt nicht gleichgültige Wissenschaftler verschiedener Profile zurück, die damit in Kontakt gekommen sind. Die letzten internationalen wissenschaftlichen Diskussionen über die Natur von Siliziumdioxid fanden 2004 in Syktyvkar und Pushchino statt.

Woher bekomme ich Rohstoffe für die Gewinnung von Silizium und seinen Verbindungen?

In unserem Land und auf der Welt gibt es viele mineralische Rohstoffreserven. In Zentralasien oder der Mongolei gibt es beispielsweise unerschöpfliche Sandablagerungen. Die Presse berichtete über eine Lagerstätte aus reinem Quarzsand in Jakutien. Im Ural gibt es (bereits erschöpfte) Bergkristallreserven und so weiter. Unter den Ablagerungen von amorphem Siliziumdioxid ist die Kieselgur-Ablagerung in Kalifornien die bekannteste: ein riesiger weißer Berg, der aus Ablagerungen von Kieselalgen gebildet wurde (sie bilden ihre eigene Fantasiewelt). Und wir haben Kieselalgen im Japanischen Meer, die sich zweimal im Jahr (im Frühjahr und Herbst) aktiv vermehren und aus denen reine Kieselsäure gewonnen werden kann. Aber ... Mineralische Formen müssen mindestens abgebaut werden (die Landschaft entstellen) oder Kieselalgen müssen mit speziellen Netzen aus dem Meer gefangen, zur Verarbeitungsanlage gebracht und von Verunreinigungen gereinigt werden. Und dies zu einer Zeit, in der die Welt jährlich fast hundert Millionen Tonnen gewöhnliche Reisschale produziert, die ein ausgezeichneter Rohstoff ist - billig, erneuerbar, mit einer chemischen Zusammensetzung, die für eine bestimmte Region und Pflanzensorte konstant ist und für die Herstellung von etwa 100 Millionen Tonnen geeignet ist 15 Millionen Tonnen reines amorphes Siliciumdioxid!

Gibt es eine Verbindung zwischen Reisstroh und einem Raumschiff?

Ja, gibt es. Und das nicht nur mit Stroh, sondern auch mit Schalen. Und das nicht nur mit einem Raumschiff, sondern auch mit einem Fernseher und einem Musikzentrum, Geschirr und Zahnpasta, Körperschutz und Sonnenkollektoren ... Und der Kontaktpunkt all dieser Objekte ist chemisches Element Silizium (Si). Die erste Veröffentlichung zur Untersuchung von Reisschalen erschien 1871 in Deutschland, die nächste - zwei Jahre später in den USA. Derzeit wird in allen Reisanbauländern geforscht. In Kalifornien gewährten sogar drei Unternehmen einen Zuschuss von 2 Millionen US-Dollar, um an einem umfassenden Recycling von Reisstroh in den USA zu arbeiten.

Vertreter silikonreicher Pflanzen finden sich in vielen Familien, hauptsächlich in tropischer Form. In Primorje haben wir viel Siliziumdioxid im Schachtelhalm, der seit langem zum Reinigen von Haushaltsgeschirr und zum Polieren von Holz verwendet wird, oder in den Nadeln einiger Bäume. Schachtelhalm oder Nadeln müssen jedoch speziell gesammelt werden, und alle Reisschalen werden an einem Ort konzentriert - im Unternehmen beim Reinigen des Getreides.

Ein wenig über die Reisproduktion und ihre Abfälle

Reis ist eines der wertvollsten Lebensmittel der Welt, er steht nach Weizen an zweiter Stelle in Bezug auf die Anbaufläche und übertrifft ihn sogar in Bezug auf den Bruttoertrag. In Primorye (Ussuriisk), Kandidat der Biowissenschaften V.A. Kovalevskaya.

Ein Reiskorn befindet sich in einer Schale, die Wissenschaftler als Blumenschuppen bezeichnen, und Produktionsarbeiter als Rümpfe oder Schalen. Im Herbst wird Getreide von den Feldern zu Grützefabriken transportiert, wo es von der Schale abgezogen wird und das Stroh auf dem Feld verbleibt. Das von der Schale geschälte Korn hat eine gelbe Farbe, und um die dem Verbraucher vertraute weiße Farbe zu erhalten, wird der Reis poliert, wobei die oberste Schicht entfernt wird. Bei der Gewinnung von Getreide aus weiß poliertem Reis entstehen drei Arten von Abfällen: Stroh, Blumenschuppen (Schale, Schale) und Kleie (Mehl). Die Abfallmenge im Unternehmen beim Empfang von Reisgetreide beträgt bis zu 30 Prozent der Masse des trockenen Getreides.

Was wird jetzt mit Abfall gemacht?

Stroh wird für die Bedürfnisse der Landwirtschaft verwendet, aber oft wird es einfach auf den Feldern verbrannt, während die Umwelt verschmutzt wird. Die Kleie wird üblicherweise als Tierfutter verwendet. Kürzlich berichtet die Literatur über den Erhalt von Pharma- und Lebensmittelprodukten von ihnen.

Schale hat ein breiteres Anwendungsspektrum. Es wird zum Verpacken verwendet (erinnern Sie sich, Kisten mit Äpfeln in Reisschalen kamen aus China zu uns?), Zur Herstellung von Schleifmitteln, Wärme- und Schallisolatoren, Sorptionsmitteln zum Reinigen von Säften, Wasser und Luft aus Staub, um die Struktur von Böden zu verbessern , Füllstoff für Kunststoffe, Harze, Sperrholz, Baustoffe, Futtermittelzusatzstoffe für Tiere und Geflügel. Zum Beispiel wurde in dem Dorf Chernigovka im Primorsky-Territorium, in dem sich eine Grütze befand, die während der Perestroika zerstört wurde, Mehl mit Reisschalen gemischt, zerkleinert und als Futtermischung verkauft. Im Krasnodar-Territorium und in anderen Regionen des Landes verursacht die tägliche Bildung von mehreren zehn Tonnen Schale den Betriebsleitern immer noch "Kopfschmerzen".

Am Ende des 20. Jahrhunderts organisierte Thailand die Verwendung von Reisschalen am rationalsten: Eines der größten Unternehmen verarbeitete bis zu 500 Tonnen Reis pro Tag und erhielt 100 Tonnen Schalen! Im März 1997 wurde eine Reisschalenanlage in Betrieb genommen, die 2,5 Megawatt Energie produziert. Rauchgase und überhitzter Dampf werden verwendet, um heißes Wasser zu erhalten, das zum Trocknen von Getreide erforderlich ist, und Asche wird automatisch in Behälter geladen und nach Europa und anscheinend nach Russland verkauft. Die Einnahmen des Unternehmens aus dem Verkauf von Asche betragen mehr als 300.000 Dollar pro Jahr.

Ist es eine effektive Nutzung?

Nein! Und warum? Meine Antwort basiert auf der Analyse der wissenschaftlichen Literatur: Die Abfälle aus der Reisproduktion unterscheiden sich in ihrer chemischen Zusammensetzung von allen anderen Getreidekulturen, vor allem durch den hohen Gehalt an amorphem Siliziumdioxid in Stroh und Schalen. Daher ist der Heizwert von Stroh und Schalen niedriger als der von Holz oder Stroh und Schalen anderer Getreidearten (z. B. Hafer, Buchweizen), und beim Verbrennen entsteht viel feine Asche, die nur in begrenztem Umfang möglich ist Verwendungen (obwohl es auch Einkommen für Schalenproduzenten generieren kann). Die Qualität von Futter oder Dünger aus Schale und Stroh ist sehr gering, auch aufgrund des hohen Kieselsäuregehalts. Das Zerkleinern von Reisabfällen führt aufgrund seiner hohen Abrasivität schnell zu einem Verschleiß der Geräte. Die chemische Zusammensetzung aller Reisabfälle (Stroh, Schale und Mehl) weist auf das Vorhandensein einer Reihe von Substanzen hin, die für den Menschen nützlich sind.

Was und wie viel kann aus Reisabfällen gewonnen werden?

Gegenwärtig ist die in der wissenschaftlichen und technischen Literatur vorgeschlagene Liste der Möglichkeiten, nur Reishülsen zu verwenden, so umfangreich, dass anscheinend keine Probleme auftreten sollten. Die erste umfassende Überprüfung des Schalengebrauchs erfolgte bereits 1947 in den Vereinigten Staaten. Es stellt sich jedoch heraus, dass in den meisten Fällen, und dies gilt vor allem für unser Land, die Hauptrolle nicht die Technologie spielt, sondern eine Kombination einer Reihe von Faktoren: Mangel an Informationen von den Eigentümern von Reisabfällen, der Wirtschaftsstaat der Region, soziale und politische Situation... In den USA gibt es seit langem Fabriken, in denen Reisschalenasche oder amorphes Siliciumdioxid von guter Qualität hergestellt wird. (Die Ascheproben aus Thailand und China (Harbin), die wir untersuchen konnten, bestanden aus amorphen und kristallinen Phasen.)

Und doch stellen wir uns vor, dass neben einer Pflanze, die Reiskörner raffiniert, eine Pflanze steht, deren Rohstoffe alle Pflanzenabfälle sind: Stroh, Schalen und Mehl. Was und in welchem \u200b\u200bUmfang kann diese Pflanze produzieren? Die einfachste Liste möglicher Produkte aus 1 Tonne Rohstoffen lautet wie folgt.

1. Amorphes Siliziumdioxid - aus Stroh: 70 bis 120 kg und aus Schale - 120 bis 200 kg Kieselsäure, SiO2-Gehalt 90 bis 99,999%.

2. Furfural - aus Stroh und Schale - mindestens 50 kg.

3. Xylit - aus der Schale: bis zu 80 kg. Es kostet etwa dreimal so viel wie Zucker.

4. Rohstoffe für gebleichten Zellstoff - aus Stroh und Schalen - bis 320 kg.

5. Reisöl - aus Kleie: bis zu 180 kg. 1966 wurde Reisöl in Brasilien, Burma, Chile, Indien, Japan und den USA gewonnen (die beste Methode, um es zu erhalten, ist nicht das Pressen, sondern die Extraktion mit Lösungsmitteln oder Kohlendioxid).

6. Phytin und andere Derivate der Phytinsäure - aus Mehl: bis zu 40 kg.

7. Essigsäure und Oxalsäure, Ethylalkohol, Vanillin, Gamma-Oryzanol, Monogalactosyldiacylglycerine und einige andere organische Substanzen; ihre Ausbeute liegt unter 4 Prozent.

Für die Arbeit am Projekt "Entwicklung von Technologien zur Herstellung von amorphem Siliziumdioxid und verwandten Materialien aus nachwachsenden Reisabfällen" erhielt das Institut für Chemie der fernöstlichen Abteilung der Russischen Akademie der Wissenschaften auf der Ausstellung innovativer Projekte eine Medaille das Gebiet der Hochtechnologien ", das 2005 in Moskau im Rahmen des VI. Internationalen Forums" Hochtechnologien des 21. Jahrhunderts "stattfand.

Wer braucht diese Produkte?

Die Anwendungsbereiche von amorphem Siliciumdioxid sind umfangreich und hängen von seinen Eigenschaften ab. Es kann in solchen Industrien verwendet werden, die solche Formen von Kieselsäure wie "Kieselgur" oder "Kieselgur", "Tripolis", "weißer Ruß", "Aerosil" verwenden. Das Produkt wird in der Pharma- (Füllstoff für Arzneimittel), Parfümerie- (Füllstoff für Zahnpasten, Cremes), Haushaltschemikalien (Füllstoff für Reinigungs- und Schleifpasten), Gummi, Porzellan, Glas-, Textil-, Kunststoff-, Papier- und Rohstoffindustrie verwendet zur Herstellung von Siliziden, Siliciumcarbid, Siliciumnitrid, wasserlöslichen Silikaten ("flüssiges Glas") und anderen Siliciumverbindungen zur Herstellung von Quarzprodukten, Leuchtstoffen, Elektroden, Gussformen, Schall- und Wärmeisoliermaterialien aller Art Baumaterialien (kein Wunder, dass amorphes Siliciumdioxid als Medizin für Beton bezeichnet wird). Es kann als Ausgangsmaterial für die Herstellung von hochreinem Silizium (einschließlich Solarzellen) sowie für die Synthese aller Organosiliciumverbindungen für verschiedene Zwecke dienen (einige von ihnen werden von japanischen Chemikern als Hauptmaterial des XXI bezeichnet Jahrhundert).

Xylitol wird als Zuckerersatz in der Medizin- und Lebensmittelindustrie eingesetzt.

Phytin ist eine Mischung aus Kalzium- und Magnesiumsalzen der Phytinsäure und wird in der Medizin als Stimulans für Wachstum und Hämatopoese, zur Behandlung von Rachitis, für die gute Funktion des Gehirns und auch als Rohstoff für die Produktion von Inosit verwendet verwendet bei Erkrankungen der Leber und des Nervensystems. Andere Phytinsäureverbindungen können als Sorptionsmittel zur Reinigung von Milch und Wasser von radioaktivem Strontium und Schwermetallen verwendet werden.

Furfural ist als Ausgangssubstanz in der organischen Synthese unersetzlich.

Reisöl ist ein ausgezeichnetes Speiseöl. In Bezug auf die Zusammensetzung der organischen Säuren kann es mit Erdnussbutter verglichen werden. Im Allgemeinen widmen sich viele Seiten der wissenschaftlichen Literatur der Untersuchung der vorteilhaften Eigenschaften dieses Öl- und Reismehls.

Zellstoff, einschließlich gebleichter Zellstoff (und das Institut für Chemie der fernöstlichen Abteilung der Russischen Akademie der Wissenschaften hat eine chlorfreie Bleichmethode entwickelt), ist wiederum ein Rohstoff für die Gewinnung einer Vielzahl von Materialien.

Es liegt also auf der Hand: Gewinne können nicht nur durch den Verkauf von weißem Reis erzielt werden, sondern auch durch den Verkauf von verarbeiteten Reisabfällen. Ungefähre Berechnungen zeigen, dass die Amortisationszeit nicht mehr als ein Jahr beträgt und von der Qualität des fertigen Produkts abhängt. Nun, und Kieselsäure - ihre Eigenschaften hängen von der Art des Reises, den Methoden und Bedingungen seiner Extraktion aus Stroh und Schale ab, und dies ist ein separates Gespräch. "

Reishülsen sind nicht nur Abfälle aus der Getreideverarbeitung, sondern auch eine Quelle für eine Vielzahl nützlicher Substanzen (von Silizium bis Xylit), die in verschiedenen Bereichen der Wirtschaft eingesetzt werden können und die Produktionskosten erheblich senken . Obwohl überall synthetische Analoga verwendet werden, entscheiden sich vielversprechende Unternehmen zunehmend für umweltfreundliche und kostengünstigere Rohstoffe. Und hier nimmt Reisschale eine führende Position ein, da sie verwendet werden kann:

• - im landwirtschaft und Agrarindustrie;
• - als Ersatz für traditionelle Kraftstoffe;
• - in der Reifenindustrie;
• - bei der Herstellung von Kosmetika und Haushaltschemikalien;
• - im Aufbau;
• - in der Metallurgie;
• - in der Zementindustrie;
• - bei der Herstellung von Technologie und Elektronik.

Es ist bekannt, dass die Verarbeitung einer Tonne Getreide etwa 220 kg ergibt. Reisschale. In der Landwirtschaft und im Agribusiness werden häufig expandierte Schalen verwendet, die einer Hochdruck- und Temperaturverarbeitung unterzogen wurden. Es ermöglicht Ihnen, den üblichen Boden für verschiedene Arten von Pflanzen zu ersetzen, und das Hinzufügen zum Boden nimmt erheblich zu physikalische Indikatoren Letzteres und vermeidet Versalzung. Darüber hinaus sind Reishülsen ein ausgezeichneter Feuchtigkeitsregulator in Kompostgruben. Der bei der Herstellung von Getreide anfallende Abfall wird auch dem Rinderfutter zugesetzt und kann als Einstreu für Tiere verwendet werden.

Reishülsen sind ein hervorragender Ersatz für traditionelle Kraftstoffe geworden. Rumpfgeneratoren haben sich als energieeffizient und umweltfreundlich erwiesen, da die Emissionen von Schadstoffen in die Umwelt minimiert werden.

Zusätzlich werden bei der Verbrennung einer Tonne Reisschalen 230 kg gebildet. Asche, die etwa 95 Prozent amorphe Kieselsäure enthält. Namhafte westliche Unternehmen stellen seit mehreren Jahren Autoreifen auf Basis natürlicher Materialien her. Pilotversuche haben gezeigt, dass die Proben auf nassen und trockenen Straßen einen hervorragenden Halt haben, den Kraftstoffverbrauch und den Geräuschpegel senken sowie die Kohlendioxidemissionen senken.

Verunreinigungen lassen sich leicht aus amorphem Silizium entfernen. Dies bedeutet, dass durch seine Verwendung die Kosten für die Herstellung von kosmetischen Produkten und Haushaltschemikalien, bei denen das Mineral als Füllstoff verwendet wird, erheblich gesenkt werden. Und Xylit, ein organischer Zuckerersatz aus der Reisschalenverarbeitung, kann die Effizienz eines Pharmaunternehmens verbessern.

In letzter Zeit wurde Reisschale aktiv bei der Herstellung von Lärm- und Wärmeisolationsmaterialien verwendet. Die ersteren werden häufig im Bauwesen eingesetzt, während die letzteren ein wesentlicher Bestandteil des Gießprozesses in der Metallurgie sind.

Die beim Verbrennen von Reisschalen gebildete Kieselsäure hat auch bei der Herstellung von Zement Verwendung gefunden. Tests haben gezeigt, dass Beton auf Reisschalenbasis viel stärker als üblich ist, aber gleichzeitig geringe Kosten verursacht.

Moderne Technologien immer verbunden mit der Herstellung komplexer Technologien und Elektronik, wo es unmöglich ist, auf Silizium zu verzichten. Aber hier brauchen Sie ein spezielles Mineral - das am meisten von Verunreinigungen gereinigte. Und wie oben erwähnt, hat aus Reisschalen gewonnenes Silizium alle notwendigen Eigenschaften und seine Extraktion ist viel billiger als die üblichen Verarbeitungsverfahren.

V. A. Golubev, E. M. Puzyrev, A.V. Laptov, M.E. Puzyrev LLC NPO ProEnergoMash, Barnaul

Die betrachtete Anlage dient zur energietechnischen Aufbereitung und Entsorgung von silikonhaltigen Pflanzenabfällen wie Reisschalen und Hafer. Das Zielprodukt ist Siliziumdioxid verschiedener Reinheiten, das vorzugsweise in der Pharma-, Lack- und Lackindustrie sowie in der chemischen Industrie, bei der Herstellung von Autoreifen, wasserlöslichen Silikaten sowie zur Gewinnung von reinem polykristallinem Silizium für Solarenergie und Mikroelektronik eingesetzt wird . Darüber hinaus kann die Anlage zur Erzeugung von kalorienarmem Gas und / oder Wärmeenergie verwendet werden, die durch Verbrennen von zerkleinerten festen Brennstoffen oder brennbaren Abfällen erzeugt wird, die beispielsweise zum Heizen, zur Warmwasserversorgung, für technologische Zwecke sowie für den Einsatz verwendet werden können zur Stromerzeugung.

Unter normalen Bedingungen findet die Reaktion zwischen Quarz und Calciumhydroxid praktisch nicht statt, aber es gibt einen amorphen Typ von Siliciumdioxid, der bei gewöhnlichen Temperaturen eine puzzolanische Reaktion mit Calciumhydroxid eingehen kann. Diese amorphe Art von Siliciumdioxid wird als amorphes (oder aktives) Siliciumdioxid oder Puzzolana bezeichnet. Ca (OH) 2, leicht löslich und mit fließendem Wasser ausgewaschen. Wenn Calciumhydroxid mit aktivem Siliciumdioxid wechselwirkt, entstehen unlösliche Substanzen.

Am effektivsten war der Staub (Silikastaub, im Folgenden als KP bezeichnet), der sich auf dem Beutel und den Elektrofiltern der Edelstahlschmelzindustrie absetzt.

Das anfängliche Interesse an der Anwendung von CP in Beton war auf Umweltprobleme und eine verstärkte Kontrolle der Luftverschmutzung sowie auf die Notwendigkeit zurückzuführen, Energie in der Baustoffindustrie zu sparen, indem Zement teilweise durch Industrieabfälle ersetzt wurde. Die ersten Erfahrungen mit der Verwendung von CP in Beton wurden 1971 im metallurgischen Werk Fisko in Norwegen gemacht.

KP entsteht durch Kohlenstoffreduktion von hochreinem Quarz in Elektroöfen. Beim Schmelzen von Siliciumlegierungen geht ein Teil des Siliciummonoxids SiO 2 in einen gasförmigen Zustand über und bildet unter Oxidation und Kondensation ein äußerst feines Produkt in Form von kugelförmigen Partikeln mit einem hohen Gehalt an amorphem Siliciumdioxid.

Anfangs waren dies Abfälle aus der Eisenlegierungsindustrie und hatten einen negativen Wert (sie zahlten extra an diejenigen, die sie nahmen). Ab den 1980er Jahren wurde das Material jedoch in die Kategorie eines Nebenprodukts der Produktion überführt und erhielt seinen eigenen Wert, der seitdem nur noch zugenommen hat. Heute wird dieses Produkt als amorpher (oder aktiver) Silikastaub bezeichnet. Andere Namen sind kondensierter Silikastaub, weißer Ruß, Silikatrauch.

Silikastaub ist, wie oben angegeben, ein sehr kleines kugelförmiges Teilchen aus amorphem Siliciumdioxid mit einer durchschnittlichen spezifischen Oberfläche von etwa 14 bis 30 m 2 / g.

Die puzzolanische Reaktion von Silikastaub erhöht die Hydratation von Calciumsilicat. Es gibt eine deutliche Änderung der porösen Struktur von Beton, der Mikrosiliciumdioxid enthält, hin zu einer Verringerung der Anzahl der Kapillarporen und einer Erhöhung der Anzahl kleinerer Gelporen. Eine Zunahme der Hydratation von Calciumsilikat und eine Abnahme der Anzahl der Kapillarporen liefern zwei Hauptmerkmale von Beton, der Mikrosiliciumdioxid enthält - erhöhte Festigkeit und erhöhte Undurchlässigkeit. Der Doppeleffekt macht Beton widerstandsfähiger gegen physikalische (Abrieb, Erosion und Schlagzerstörung) und chemische Einflüsse (Eindringen von Wasser, Sulfaten, Chloriden, organischen Substanzen und Säuren).

Die Kosten eines kommerziellen Vorschlags in verschiedenen Ländern sind sehr unterschiedlich. Wenn es früher als unvermeidlicher und unnötiger Abfall angesehen wurde, übersteigen seine Kosten heute in der Regel die Kosten für Zement: in Schweden - 1,5-2-mal, in Großbritannien - 2-3-mal, in den USA - 5-mal. Derzeit werden weltweit rund 180 Millionen Tonnen Flugasche pro Jahr produziert.

Inzwischen sind die Probleme der Verwendung von Reisschalen seit mehreren Jahrzehnten gelöst. Die Methoden seiner Verwendung werden in einer Vielzahl von Literaturquellen im In- und Ausland beschrieben.

Die Schale besteht aus der äußeren Schale, die das Reiskorn bedeckt. Im allgemeinen Sprachgebrauch bezieht sich der Begriff "Reisschale" auf ein Nebenprodukt, das beim Dreschen von ungeschältem Reis anfällt und 16 bis 25 Gew .-% des verarbeiteten ungeschälten Reises ausmacht.

Wenn die Schale nicht gemahlen ist, hat sie eine gelbliche Farbe, ist hart, holzig und rau. Es hat einen hohen Gehalt an Rohfasern und Asche, wodurch es einen sehr niedrigen Nährwert hat. Es widersteht Witterungseinflüssen gut. Volumenmäßig nimmt es etwa das Achtfache des Platzes ein, der für ungebrochenen Reis mit gleichem Gewicht erforderlich ist.

Es gab viele Berichte über die Entsorgung von Schalen. In Indien, zumindest im Süden, ist die Verwendung in Tierfutter derzeit die am weitesten verbreitete Verwendung von Reishülsen. Es gibt aber auch widersprüchliche Berichte über die Auswirkungen der Verwendung von Reisschalen in Viehfutter. Es wird angemerkt, dass das Füttern der Schale für Rinder schädlich ist und sich in einigen Fällen sogar als tödlich herausstellte. Reishülsen haben keinen Nährwert, ihre allgemeine Verdaulichkeit ist sehr gering und Tiere finden sie nicht attraktiv, wenn sie alleine gefüttert werden.

Da die Schale so sperrig ist, verursacht ihre Platzierung viele Probleme für zentralisierte Reisfabriken. Ein geringes Schüttgewicht (140 kg / m 3) macht die Lagerung und den Transport dieser Art von Abfällen unrentabel, und ein hoher Aschegehalt, Luftwiderstand und verschiedene fraktionierte Zusammensetzungen erschweren ihre nützliche Verwendung. Jede Tonne ungeschälten Reis produziert 200 kg Schale, die beim Verbrennen etwa 40 kg Asche ergibt.

Einer der potenziell wichtigen und rentablen Einsatzbereiche von Reisschalen (insbesondere ihrer Asche) ist die Herstellung von feuerfesten Materialien. Geringe Wärmeleitfähigkeit, hoher Schmelzpunkt und geringe Schüttdichte machen Asche zu einem hervorragenden Rohstoff für diesen Zweck. Es wurde berichtet, dass Reisschalen-Ascheziegel bis zu 1450 ° C gute Wärmeisolatoren sind und eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Es hat die gleichen Eigenschaften wie der CP und übertrifft ihn sogar in seiner Aktivität, jedoch nur, wenn er korrekt empfangen wird.

Asche aus der Feldverbrennung oder unkontrollierten Verbrennung in Industrieöfen unter Verwendung von Schale als Brennstoff besteht hauptsächlich aus kristallinen Siliciumdioxidmineralien wie Cristobalit und Tridymit. Andererseits enthält die bei niedriger Temperatur erzeugte Asche Siliciumdioxid in einer zellulären nichtkristallinen Form mit einer großen Oberfläche (50-60 m 2 / g) und ist daher stark puzzolanisch. Da die Asche in Form eines feinen Pulvers erhalten wird, muss sie nicht weiter gemahlen werden.

Es gehört zur höchsten Klasse der Puzzolane, da sie nicht von Abweichungen in der Zusammensetzung und Heterogenität der für KP typischen mineralogischen Eigenschaften betroffen sind. Beide Materialien haben eine extrem große Oberfläche, was die Grundlage für ihre hohe puzzolanische Aktivität ist. Bei niedriger Temperatur erhaltene Reisschalenasche ist eine faserige Substanz mit einem hohen Siliciumdioxidgehalt in Form von Cristobalit. Nach der thermischen Zersetzung behält das Ascheskelett die Zellstruktur des ursprünglichen Materials bei.

Aus den oben genannten Gründen ist die innere Oberfläche der Reisschalenasche mehr als dreimal höher als die Oberfläche des KP. Die chemische Zusammensetzung von Reisschale und Asche ist in der Tabelle angegeben. 2. Die Tabelle zeigt, dass die organische Substanz in Reisschalen 82% (PPP), Kieselsäure - 15,64% und Reisschalenasche hauptsächlich Kieselsäure (86,48%) enthält.

Reisschalenasche, die aus einem kontrollierten Verbrennungsprozess gewonnen wird, ist ein sehr weiches Material und kann leicht auf eine Größe von weniger als 45 Mikrometern zerkleinert werden. Die unverarbeitete Massenasche ist mit 70 kg / m 3 extrem klein. Durch Mahlen, Brikettieren und Mischen mit Weichmachern kann es unter dem Gesichtspunkt des Transports von 400-600 kg / m 3 auf einen akzeptablen Wert erhöht werden.

In der Bundesrepublik Deutschland wurde ein Ofen zur Vergasung von Reisschalen oder zu deren langsamer Verbrennung entwickelt, um Asche mit hohem Siliziumgehalt zu erhalten. Im Ofen wird die Schale mit einer Geschwindigkeit des linearen Temperaturanstiegs von 25 ° C / min ± 10 ° C / min auf eine Temperatur von 550 bis 600 ° C erhitzt und anschließend weitere 40 min gehalten (Gesamtprozesszeit 60 min). oder beim Erhitzen auf 800 ° C (Gesamtprozesszeit 30-45 Minuten). Bei der Vergasung wird Wasserdampf mit einer Temperatur von 300-600 ° C verwendet.

Es ist bekannt, dass das amerikanische Unternehmen Thermal Technology in den neuesten Entwicklungen den Prozess der carbothermischen Reduktion mit der Technologie der Biomassepyrolyse kombiniert hat, um Reisschalen zu Solar-Silizium zu verarbeiten. "Pyrolyse erzeugt eine ausgezeichnete Mischung aus SiO 2 und C, die für den Reduktionsprozess geeignet ist, mit einer Struktur, die die Reinigung erleichtert, um streunende Elemente zu beseitigen. Unter Verwendung einer Kombination aus Pyrolyse und carbothermischer Reduktion kann ein Material mit ausreichender Reinheit für Solaranwendungen wie z als Halbleiter- und Sonnenkollektoren.

Die von NPO ProEnergoMash LLC erstellte Anlage ermöglicht die thermische Zerstörung (Pyrolyse) des organischen Teils der Reisschale durch Herstellung, Kühlung und Primärzerkleinerung von Asche. Es unterliegt einer kontrollierten Pyrolyse von Reisschalen bei niedrigen Temperaturen mit minimaler Emission von Schadstoffen in die Atmosphäre. Die thermische Zersetzung der Reisschale erfolgt stufenweise ohne Oxidationsmittel. Die Verteilung der Wärmefreisetzung im Volumen liefert den notwendigen und ausreichenden thermischen Effekt auf das Material für die vollständige thermische Zersetzung des organischen Teils. Gleichzeitig erwärmt sich der mineralische Teil nicht auf kritische Temperaturen und behält seine zelluläre nichtkristalline Form. Darüber hinaus kann die Anlage sowohl tief gebranntes Siliciumdioxid mit einem Kohlenstoffgehalt von 5% als auch ein Siliciumdioxid-Kohlenstoffprodukt mit einem Kohlenstoffgehalt von bis zu 30-50% produzieren. Das Silicium-Kohlenstoff-Produkt kann im Prozess der carbothermischen Reduktion von Silicium verwendet werden.

Tabelle 1 - Durchschnittliche Elementarzusammensetzung der Reisschale

Tabelle 2 - Chemische Zusammensetzung von Reisschale und Asche

Tabelle 3 - Anforderungen an die in der Anlage verarbeitete Reisschale

Die Installation ist eine leicht zerlegbare transportable Struktur. Es wird auf einen stabilen Rahmen gestellt und werkseitig vormontiert, Foto 1, was eine schnelle und fehlerfreie Installation beim Kunden garantiert.

Bei Bedarf werden silikonhaltige Pflanzenabfälle, insbesondere Reisschalen, von mechanischen Verunreinigungen gereinigt, mit Wasser gewaschen, getrocknet und durch ein Sieb gesiebt. Um hochreines Siliziumdioxid zu erhalten, wird die Schale mit heißem Wasser und zusätzlich mit einer Mineralsäurelösung behandelt.

Das technologische Schema der Installation ist in Abb. 1 dargestellt. Reisschale wird periodisch mit einem Dreher 2 in den Vorratsbehälter 1 geladen. Die Schale wird durch die Brennstoffzufuhrschnecke 3 in die Retorte dosiert, wo der Prozess der Pyrolyse und Vergasung ohne Oxidationsmittel stattfindet. In dem Ofenvolumen 6 des Gasgenerators wird infolge der tangentialen Zufuhr der Explosion und der Verwendung des Wirbelmischers 7 eine Wirbelbewegung gebildet, die zur Rückhaltung fester Partikel im Volumen, zur Vollständigkeit und zur Vollständigkeit beiträgt Gleichmäßigkeit von Wärme- und Stoffaustauschprozessen. Die Temperatur in der Brennkammer wird auf 800 ° C gehalten, indem sowohl die Gesamtluftzufuhr als auch die Strahlzonen geregelt werden. Kraftstoff wird mit der Geschwindigkeit einer Hitzewelle in die Reaktionszone eingespeist, was durch eine Feinfrequenzregelung der Geschwindigkeit der Kraftstoffzufuhrschraube erleichtert wird.

Fortsetzung des Verbrennungsvolumens 6 ist der Schornstein 8 mit einer integrierten Falle (Nachbrenner) 9 aus brennbaren Pyrolysegasen. Hier wird zusätzliche Luft zugeführt, um ihre vollständige Verbrennung zu organisieren und die Temperatur der Abgase entsprechend den Betriebsbedingungen des Metalls des Schornsteins zu senken. Die Druckluft wird von einem Hochdruckventilator 18 geliefert. Die hohe Temperatur der Rauchgase und die Höhe des Geräts mit einem Kamin von 10 m gewährleisten die Möglichkeit, das Gerät unter Schwerkraft zu betreiben.

Feige. 1– Technologisches Schema der Installation.

1-Verbrauchsschalenbunker; 2-Turner; 3-Schnecken-Kraftstoffversorgung; 4-Retorte; 5-Zyklon CN; 6-Ofen-Volumen; 7-Mischer; 8-Schornstein; 9-Fänger; 10-Schicht-Kraftstoff; 11-Schnecke zum Entladen von Asche; 13-Tor; 14-Aschebehälter; 15- Lüfter; 16-Tor; 17-Umwälzpumpe; 18-Fan; 19-Luftkühler; 20-Pipeline; 21- Ausgleichsbehälter;

Verkohlte Schale (ein siliciumhaltiges Produkt mit einem Kohlenstoffgehalt von bis zu 50%) und Asche werden aus der Retorte in die Verkokungskammer des Gasgenerators gegossen, wo zusätzlich Luft zugeführt wird. Der Koks wird im Filtrationsmodus gemäß dem Direktflussschema ausgebrannt. Das Entladen der Asche erfolgt durch eine gefriergekühlte Ascheentladeschraube 11 mit Frequenzregelung, die es ermöglicht, den Grad der Kohlenstoffverbrennung in breiten Gängen zu regulieren. Die Verweilzeit der Schale im Koksofen bestimmt die Aschequalität hinsichtlich ihres Rückflusses. Die abgekühlte Asche wird durch das Tor 13 in den Aschebehälter 14 abgelassen. Durch den Schneckenhohlraum wird mit Hilfe des Ventilators 15 ein Teil der Rauchgase angesaugt, die im Zyklon 5 von festen Partikeln gereinigt und in den Aschenbehälter 5 abgelassen werden Schornstein 8. Die Rauchgase tragen zu einem vollständigeren Ausbrennen von Kohlenstoff aus der Schale bei minimaler Temperaturwirkung auf die Asche in einem Direktströmungsschema bei. Die Menge der durchgelassenen Gase kann verwendet werden, um die Vollständigkeit des Ausbrennens der Schale zu kontrollieren. Die Abgabe von Rauchgasen sorgt für zusätzlichen Ausstoßkopf. Die Rauchgasreinigung kann mit hocheffizienten Fallen durchgeführt werden.

Die Installation hat auch einen Kühlkreislauf, der eine Ascheabgabeschraube 11, einen Luftkühler 19, eine Umwälzpumpe 17, eine Rohrleitung mit Armaturen 20 und einen Ausgleichsbehälter 21 umfasst. Der Luftkühler 19 wird durch atmosphärische Luft gekühlt, die von einem gebauten geliefert wird -in Fan.

Für die Nutzung der Wärmeenergie von Pyrolysegasen wird davon ausgegangen, dass diese in den Abhitzekessel eingespeist werden. Der Kessel kann sowohl Dampf als auch heißes Wasser sein. Gleichzeitig wird ein Unternehmen, das eine Reisschalen-Recyclinganlage einsetzt, seinen Bedarf an Wärme und elektrischer Energie oder Prozessdampf teilweise oder vollständig decken.

1 - Zufuhrbehälter, 3 - Kraftstoffzufuhrschnecke, 7-Mischer, 9-Fänger, 11-Asche-Abgabeschnecke,

15-Lüfter, 17-Umwälzpumpe, 18-Lüfter, 19-Luftkühler, 21-Ausgleichsbehälter,

Feige. 2 - Gesamtansicht der Installation. 3D-Modell.

Die Produktion von Sattdampf beträgt 3 t / h. Die im Dampfkreislauf installierte elektrische Leistung kann bis zu 350 kW betragen. In diesem Fall können sowohl eine Dampfturbine als auch eine Kolbendampfmaschine als Antriebsmaschine verwendet werden. Bei Verwendung von Wärme beträgt der berechnete thermische Wirkungsgrad der Reisschalenverarbeitung mit einem Abhitzekessel etwa 85%. Die Hauptparameter der Installation sind in (Tabelle 4) zusammengefasst.

Tabelle 4 - Eigenschaften der Anlage zur Herstellung von Asche aus Reisschalen

Die allgemeine Ansicht des 3D-Modells der Installation ist in (Abb. 2) dargestellt.

Foto.1 Foto der Installation während der Steuerungsmontage in der Werkstatt "NPO ProEnergoMash"

Eigenschaften der Rohstoffe pro Arbeitsgewicht:

Luftfeuchtigkeit Wр \u003d 10% bis maximal 25%; Es ist keine vorbereitende Vorbereitung (Trocknung) der Rohstoffe erforderlich.

Schalenschüttdichte r n Schale \u003d 140 kg / m3;

Die niedrigste Verbrennungswärme Q p n \u003d 3082 kcal / kg;

Flüchtige Ausbeute Vg \u003d 80%.

Eigenschaften des fertigen Produkts (Asche) (Foto 2):

Ascheausbeute - ηzl \u003d 85%;

Schüttdichte rк \u003d 70 kg / m3.

Foto 2 - Reisschalenasche mit unterschiedlichem Verbrennungsgrad: a) im Labor gewonnen, b) Asche aus der Anlage.

Die vorgeschlagene Entsorgungsmethode ermöglicht es, die Abfallmasse um mindestens das Fünffache zu reduzieren.

Anlagenproduktivität bis zu 321000 kg / Monat. (445 kg / h) für Reisschalen und 50.000 kg / Monat. in Bezug auf Asche (69 kg / h mit einem bedingten Ascheverlust von 20% und einer Gesamtaschenausbeute von 87 kg / h).

Die Installation bietet:

Kontinuität des technologischen Prozesses und seine Zuverlässigkeit;

Wartbarkeit;

Energieeffizient;

Mindestemissionen von Abwässern, gasförmigen und festen Stoffen sowie Lärm,<100 дб;

Autotherme Leistung (keine zusätzlichen Kosten für hochwertigen Kraftstoff im Betriebsmodus);

Minimaler Einsatz von Handarbeit und eine Mindestanzahl an Personal;

Blockierbarkeit und Portabilität.

Die Siliziumdioxid-Produktionseinheit zeichnet sich durch eine hohe Ausbeute eines Handelsproduktes aus, die Verluste betragen nicht mehr als 15%.

Das Gerät wird in der Klimaversion UHL mit Platzierungskategorie 3 gemäß GOST 15150-69 (GOST 22261) hergestellt und ist für den Innen- und Außenbetrieb bei Umgebungstemperaturen von -30 ° C bis + 40 ° C vorgesehen.

Bei Nutzung der Wärme aus der Verbrennung von Pyrolysegasen in einem Wärmerückgewinnungskessel beträgt die Nutzwärmekapazität 1,6 MW. Die Produktion von Sattdampf beträgt 3 t / h. Die installierte elektrische Leistung für den Dampfkreislauf beträgt bis zu 350 kW. Der berechnete thermische Wirkungsgrad der Reisschalenverarbeitung bei Verwendung eines Abhitzekessels beträgt mindestens 85%. Ein Foto der Installation während einer Testmontage in der Werkstatt des Unternehmens ist in Foto 1 dargestellt.

Das vorgeschlagene Verfahren zur Erzeugung von Siliziumdioxid und Wärmeenergie aus siliziumhaltigen Pflanzenabfällen und eine Anlage zum Verbrennen fein dispergierter Materialien ermöglichen es, die Erzeugung von Siliziumdioxid und Wärmeenergie bei der energietechnischen Verarbeitung von Reisschalen und Hafer zu vereinfachen. Die Verwendung von siliciumhaltigen Pflanzenabfällen gemäß diesem Schema hat eine erhöhte Ausbeute des angestrebten festen Produkts, eine hohe Effizienz und Wirtschaftlichkeit. In diesem Fall werden die Zersetzung des organischen Teils, das Rösten und die Trennung des festen Zielprodukts von den Rauchgasen in einem technologischen Volumen durchgeführt, wodurch die geringen Abmessungen der Anlage sichergestellt werden. Darüber hinaus kann die vorgeschlagene Anlage effektiv zur energietechnischen Verarbeitung anderer Materialien mit ähnlichen Eigenschaften mit dem angegebenen technischen Ergebnis oder nur zur Erzeugung von Wärmeenergie beim Verbrennen von zerkleinerten festen Brennstoffen oder brennbaren Abfällen verwendet werden. Das Gerät übertrifft die bekannten Analoga bei der Minimierung von Ascheverlusten und Energieverbrauch, hat die Produktivität gesteigert, ist kompakt und vielseitig. Zu diesem Zeitpunkt ist das Gerät seit 6 Monaten im kommerziellen Betrieb und liefert die wichtigsten deklarierten Parameter. Darüber hinaus ist geplant, eine Studie über verschiedene Auswirkungen auf die Qualität der entstehenden Asche durchzuführen und einen von NPO ProEnergoMash LLC hergestellten Abhitzekessel zu installieren.

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7.Thermal Technology stellt aus Reisschalen Silizium in Solarqualität her. [Elektronische Ressource]. Zugriffsmodus http: //www.cleandex/ru/news/2010/03/10/_Thermal_Technology_silicon_technologies, kostenlos.

Bei der Verarbeitung von Reiskorn zu Getreide wird eine beträchtliche Menge Reisschale als Abfall sowie eine bestimmte Menge Kleie anfallen. Die Schalenmasse erreicht 20% des Gewichts der ungebrochenen Reiskörner. Es spielt eine äußerst wichtige Rolle im Leben der Reispflanze und schützt sie vor Schäden. Nach dem Dreschen und Zusammenfallen der Reiskörner wird die Schale jedoch sozusagen unnötig und wird meistens einfach in Öfen verbrannt. Gleichzeitig hat die Reisschale eine breite Palette nützlicher Eigenschaften für den Menschen, und dies Das Potenzial wird noch nicht ausreichend genutzt. Der Mensch sowohl in der Landwirtschaft als auch in anderen Wirtschaftssektoren.
Landwirtschaft
In ländlichen Gebieten können Reishülsen zum Heizen verwendet werden. Es ist perfekt brikettiert und die daraus hergestellten Brennstoffbriketts sind hinsichtlich der Wärmeübertragung nahe an der Kohle. Beim Verbrennen der Schale, die bei der Verarbeitung einer Tonne Reis anfällt, entstehen etwa 40 kg Asche, die als wirksamer Mineraldünger verwendet werden kann.
Gleichzeitig ist es irrational, Reisschalen zu verbrennen, um sie dann in Form von Mineralasche in den Boden zu geben. Jedes, auch ein kleines Feuer, führt zu Umweltverschmutzung.
Reisschalenasche enthält wie die Asche jeder Pflanze (Tomate, Mais, Obstbaum) fast alle für diese Pflanzenart charakteristischen Makro- und Mikroelemente (Kalium, Kalzium, Phosphor, Magnesium, Schwefel, Mangan, Molybdän, Zink, Bor) , Kobalt usw.), mit Ausnahme derjenigen, die während der Verbrennung zusammen mit Rauchpartikeln verdampfen. Und vor allem verdampfen Sauerstoff, Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoff, die in verbrannten Pflanzen in Form chemischer Verbindungen vorliegen. Natürlich ist Asche ein wirksamer Mineraldünger, verhindert die Verdunstung von Feuchtigkeit und macht den Boden fruchtbarer, aber dies ist nur ein kurzfristiger Effekt. Es ist viel effizienter, Reishülsen als organische Substanz in Kompost oder Mulch zu verwenden.
Organische Stoffe im Boden sind ein Nährboden für Bodenmikroorganismen. Böden, die reich an organischen Stoffen sind, haben eine gute Struktur, Wasser- und Luftregime, die für Pflanzen günstig sind. Der positive Effekt der Einführung organischer Stoffe hält viele Jahre an.
Reisschalenmulch schützt den Boden vor Sonnenstrahlen und verhindert, dass seine Oberflächenschichten überhitzen und austrocknen, da hier eine konstante Temperatur aufrechterhalten werden kann. In die Oberflächenschicht des Bodens eingebettete Reisschalen schaffen günstige Bedingungen für bodenlebende Organismen, optimieren deren Struktur und erhöhen die Feuchtigkeit. Dadurch werden die physikalischen Parameter des Bodens spürbar verbessert und infolgedessen seine Fähigkeit, Nährstoffe und Feuchtigkeit zu speichern. Dies ist besonders wichtig für die Kuban-Chernozeme, die eine schwere Textur aufweisen.
Als organische Substanz kann Reisschale eine gute Hilfe in privaten Tochter- und Bauernbetrieben, in landwirtschaftlichen Betrieben und landwirtschaftlichen Betrieben sein. Es eignet sich als Boden oder Medium für den Anbau verschiedener Sämlinge und Setzlinge. In der Krim-Versuchsstation in der Krimregion unserer Region wurde die Technologie der Wurzelbildung von Obst- und Beerenfrüchten in einem organischen Substrat beherrscht und erfolgreich in der Produktion angewendet. Reisschalen werden hier auch als Mulch verwendet.
Erweiterte Reishülsen, d.h. Die Schale, die durch hohe Temperatur und hohen Druck verarbeitet wurde, eignet sich als Zusatz zum Medium für den Anbau von Pilzen, den Anbau von Sämlingen und den Anbau von Gemüse und anderen Kulturen sowie von Blumen. Bei der Kompostierung von Lebensmittelabfällen können solche Schalen verwendet werden, um einen bestimmten Feuchtigkeitsgehalt der Kompostmasse aufrechtzuerhalten. Es wird empfohlen, die verarbeitete Reisschale als Verdünnungsmittel für die Rindfleischerzeugung zu verwenden, um sie als Einstreu in Viehställen zu verwenden. Es gibt Hinweise darauf, dass Reishülsen, wenn sie auf den Boden aufgetragen werden, zur Lösung des Problems der Versalzung beitragen.
Industrie, Parfümerie, Medizin
Die Industrie zeigt Interesse an Reishülsen als einzigartiger Siliziumquelle. Es scheint, welche Art von beispiellosem Silizium und wie Silizium, das Teil der Reisschale ist, besser ist als Silizium, das in Fluss- oder Meersand enthalten ist?
In Bezug auf den Grad der Verteilung in der Natur unter den chemischen Elementen steht Silizium nach Sauerstoff an zweiter Stelle. Fast 25% des Gewichts der Erdkruste besteht aus Silizium, das in Form von Kieselsäure (SiO2) allgegenwärtig ist.
Kieselsäure enthält Mineralien wie Sand, Quarz, Kieselgur, Tripolis, Opal. Allerdings ist nicht alles so einfach. Silizium, das Teil der genannten Mineralien ist, hat eine kristalline Struktur. Die Kristallstruktur von Mineralmolekülen enthält viele Verunreinigungen von Eisen, Kupfer, Mangan, Titan, Chrom und anderen Metallen, die Siliciumdioxid eine charakteristische Farbe verleihen.
Es ist sehr problematisch, solche Kieselsäure von Verunreinigungen zu reinigen. Die aus Reisschale erhaltene Kieselsäure ist amorph, d.h. hat keine kristalline Struktur und ist relativ leicht von Verunreinigungen zu reinigen.
Die amorphe Struktur macht Reisschalen-Silizium für viele Branchen zu einem sehr wertvollen Produkt. Insbesondere ist solches Silizium ideal für die Herstellung von Halbleitermaterialien für die Elektronik, bei denen ein hochgereinigtes Mineral benötigt wird. Wissenschaftler und Chemiker der fernöstlichen Abteilung der Russischen Akademie der Wissenschaften haben moderne Technologien entwickelt, um aus Reisschalen amorphes Silizium mit unterschiedlichem Reinigungsgrad zu gewinnen.
Im Allgemeinen werden von 1 Tonne Reisschale 120 bis 200 kg amorphes Siliciumdioxid (SiO 2 -Gehalt 90 bis 99,999%), mindestens 50 kg Furfural, bis zu 80 kg Xylit und etwa 320 kg Rohstoffe zum Bleichen verwendet Zellstoff kann erhalten werden. Amorphes Silizium ist auch in der Parfümerieindustrie gefragt. Xylitol ist als Zuckerersatz für Diabetiker wertvoll.
Neben Schalen wird Kleie-Bi auch bei der Herstellung von Reisgrütze gewonnen. Und aus einer Tonne Kleie können Sie bis zu 180 kg Reisöl gewinnen. Es schmeckt nach Erdnussbutter. Die Produktion dieses Öls wurde in Brasilien, Burma, Chile, Indien, Japan und den USA etabliert. Reisöl kann eine gute Hilfe bei der Behandlung von Dysbiose sein.
Bis zu 40 kg Phytin und andere Derivate der Phytinsäure können aus einer Tonne Mehl gewonnen werden, die beim Mahlen von Reis entsteht. Dies ist keine vollständige Liste der für den Menschen nützlichen Produkte, die aus Reisgetreideabfällen gewonnen werden können.
Reisschalen werden auch bei der Herstellung von Autoreifen verwendet. Ein bekanntes italienisches Unternehmen hat sogenannte "grüne" Reifen auf den Markt gebracht, deren Bestandteil Reisschalenasche ist. Diese Reifen reduzieren die Kohlendioxidemissionen in die Atmosphäre erheblich, reduzieren Lärm und Kraftstoffverbrauch. Gleichzeitig zeichnen sich diese Reifen durch guten Grip auf nassen Oberflächen aus und weisen einen geringen Rollwiderstand auf.
Unsere Region ist eine der wenigen Reisanbaugebiete in Russland. In Zukunft besteht die Aufgabe darin, mindestens 1 Million Tonnen Kuban-Reis zu erhalten. Bei der Verarbeitung einer solchen Menge Reiskorn zu Getreide wird die Region jährlich mindestens 200.000 Tonnen Reishülsen haben. Und es wäre notwendig, es sachlich zu entsorgen.
EIN. GUYDA, Kandidat der Agrarwissenschaften.
Dieses Bild ist über dreißig Jahre alt. Dann haben wir um 1 Million Tonnen Kuban-Reis gekämpft ...
Foto von O. GALUSHKO.

Polytechnische Universität Tomsk

Nguyen Manh Hieu, Doktorand der Abteilung für chemische Technologien. Wissenschaftlicher Berater: Professor, Doktor der technischen Wissenschaften V. V. Korobochkin Nationale Forschung Polytechnische Universität Tomsk, Tomsk, Russland

Anmerkung:

Dieser Artikel befasst sich mit einem Verfahren zur Herstellung von Aktivkohle und Siliziumdioxid durch Recycling von Reisschalen. Die Analyse des Einflusses von Temperaturfaktoren auf den Prozess der thermischen Zersetzung organischer Substanzen wird durchgeführt, um die optimalen Bedingungen für den technologischen Prozess zu bestimmen.

Dieser Artikel bietet eine Methode zur Herstellung von Aktivkohle und Kieselsäure aus Reisschalen. Bietet eine Analyse des Einflusses von Faktoren auf den Prozess der thermischen Zersetzung organischer Verbindungen, um die optimale Temperaturverbrennung von Reisschalen zu bestimmen, um Aktivkohle mit hoher Aktivität zu erhalten.

Stichworte:

reisschale; amorphes Siliziumdioxid; Aktivkohle; Pyrolyse; thermogravimetrische Analyse; Röntgenphasenanalyse; elektronenmikroskopische Methode

reisschalen; amorphes Siliciumdioxid; Holzkohle; Pyrolyse; thermogravimetrische Analyse; Röntgenanalyse; Elektronenmikroskopie

UDC 66.05

Reis ist eines der wertvollsten Lebensmittel der Welt. Er steht an erster Stelle bei der Bruttoernte und an zweiter Stelle bei der Anbaufläche nach Weizen. Polierter weißer Reis bleibt das häufigste Produkt. Gleichzeitig steigt der Verbrauch an halbfertigem Reis, der entweder durch die Verarbeitung von Reis mit unter Druck stehendem Dampf erzielt wird, was zur Erhaltung einer erheblichen Menge an Vitaminen und Mineralstoffen beiträgt, oder der Reis wird vorläufig leicht gekocht und dann dehydriert, um die Garzeit zu minimieren.

Bei der Verarbeitung von Reiskörnern zu Getreide werden eine beträchtliche Menge Reishülsen sowie eine bestimmte Menge Kleie als Abfall anfallen. Reishülsen sind die äußere Hülle des Reiskerns, die die inneren Komponenten vor äußeren Angriffen durch Insekten und Bakterien schützt. Um diese Funktion zu erfüllen und gleichzeitig die für das Kornwachstum notwendige Luft und Feuchtigkeit zu leiten, hat Reis im Verlauf der natürlichen Evolution einzigartige nanoporöse Siliciumdioxidschichten in seiner Schale erzeugt. Die Schalenmasse erreicht 20% des Gewichts des ungebrochenen Reiskorns (Tabelle 1). Es spielt eine äußerst wichtige Rolle im Leben der Reispflanze und schützt sie vor Schäden. Nach dem Dreschen und Zusammenfallen der Reiskörner wird die Schale jedoch sozusagen unnötig und wird meistens einfach in Öfen verbrannt. Gleichzeitig weist Reisschale eine Vielzahl von Eigenschaften auf, die für den Menschen nützlich sind, und dieses Potenzial wird vom Menschen sowohl in der Landwirtschaft als auch in anderen Wirtschaftssektoren noch nicht ausreichend genutzt.

Tabelle 1.

Chemischer Gehalt der Reisschale

Jedes Jahr werden weltweit etwa 200 Millionen Tonnen Reisschalen gebildet, die aufgrund des Vorhandenseins von Siliziumdioxid nicht verrotten. Für die Bestattung sind riesige Landflächen erforderlich. Die Entsorgung von Reisabfällen ist eine wichtige technische Herausforderung. In dieser Hinsicht ist die Verwendung von Reisschalen zu einer wichtigen Aufgabe für alle Länder der Welt geworden, die Reis anbauen und verarbeiten und deren Zahl 100 übersteigt (Hauptproduzenten: China (33% der Welternte) ) und Indien (25% der Welternte)); große Produzenten: USA, Pakistan, Südkorea, Ägypten, Kambodscha, Länder Afrikas und Südamerikas; In den Ländern der ehemaligen UdSSR sind Russland, Usbekistan und Kasachstan die Hauptproduzenten.

Derzeit gibt es verschiedene Methoden zur Entsorgung und Verarbeitung von Reishülsen. Dies ist entweder die Schaffung spezieller Deponien oder die Zugabe von Reisschalen zu Baumaterialien als zusätzliche Zusatzstoffe oder die Verbrennung oder Verwendung von Reisschalen bei der Herstellung von Brennstoffbriketts, in der Reifen- und Zementindustrie usw. Der Nachteil dieser Verfahren ist eine geringe Wirtschaftlichkeit, da in der Produktion Brennstoffzellen nicht eine signifikante Menge an Siliziumdioxid verwenden, das Teil von Reis ist, sondern im Gegenteil, in der Reifen- und Zementindustrie verwenden sie hauptsächlich nur den Siliziumteil der Schale. Daher ist die Suche nach einer neuen Art der Verarbeitung von Reisschalen, bei der sowohl die Silizium- als auch die Kohlenwasserstoffanteile der Reisschalen gleichzeitig verwendet werden können, eine wichtige Aufgabe.

Es wird ein neues Verfahren zur Verarbeitung von Reishülsen vorgeschlagen, mit dem sowohl Aktivkohle als auch Siliziumdioxid gewonnen werden können. Das Wesentliche der Methode ist wie folgt. Die ursprüngliche Reisschale wird einem Säureätzen unterzogen, mit Wasser gewaschen, getrocknet und zuvor in einem geschlossenen Reaktor mit Rauchabsaugung und amorpher Kohlenstoffabscheidung verbrannt. Der Prozess der oxidativen Verbrennung von Reisschalen wird in einem optimalen Modus durchgeführt und die Schalen werden mit Sauerstoffkontrolle gemahlen. Nach der Verbrennung wird die entstehende Asche mit konzentrierten Laugen (NaOH 6M) behandelt. Dispergierter Kohlenstoff wird in Wasser ausgefällt und durch Zentrifugation oder Sediment daraus extrahiert. Die resultierende Kohle wird getrocknet und in einem kontrollierten Reaktor mit Dampf aktiviert. Der Rest des Flüssig-Wasser-Glases wird nach der Filtration einer Säureverarbeitung unterzogen, nach dem Trocknen wird Siliziumdioxid erhalten. Um die Sorptionskapazität und Qualität der erhaltenen Kohle zu bestimmen, wurde die Jodzahlmethode verwendet.

Das Prozessablaufdiagramm ist in Abbildung 1 dargestellt.

Feige. 1. Technologisches Diagramm des Prozesses zur Verarbeitung von Reisschalen zur Gewinnung von Aktivkohle und Siliziumdioxid

Die Verbrennungstemperatur der Schale ist ein wichtiger Faktor, der die Karbonatisierungsrate und die Qualität der resultierenden Aktivkohle beeinflusst. In dieser Arbeit wurde der Prozess der thermischen Zersetzung von Reisschalen untersucht, um das optimale Temperaturregime für die Verbrennung zu bestimmen. Als Testproben wurden Rümpfe aus der Ebene des Roten Flusses von Vietnam verwendet. Der Versuch wird in einem Kessel mit Temperaturregelung durchgeführt.

Unten ist die TGA-Kurve der Reishülsen.

Feige. 2. Thermogravimetrische Analyse von Reishülsen

Die Abbildung zeigt, dass bei Temperaturen unter 150 ° C der Prozess der Verdampfung von Wasser in der Schale stattfindet, bei einer Temperatur von 250 bis 350 ° C der Prozess der Zersetzung labiler organischer Substanzen abrupt abläuft und die meisten organischen Substanzen zersetzt werden in diesem Intervall. Bei einem weiteren Temperaturanstieg auf 600 ° C kommt es zur Zersetzung der verbleibenden organischen Verbindungen.

Um die Menge an Kohle in der resultierenden Asche zu bestimmen, wurde das absolute Verbrennungsverfahren verwendet, d.h. Mehrere Gramm Asche wurden lange Zeit verbrannt und die Abnahme der Masse zeigt die Menge an Kohle in der Asche. Die Ergebnisse der Analyse zeigten, dass Kohle in der Asche 54-56% und die Menge an Siliziumdioxid und anderen Oxiden einnimmt belegt 44-46%.

Bei einer Verbrennungstemperatur über 850 ° C war die Schale überhitzt und die Oberfläche der Asche hatte eine weiße Farbe, was auf das Vorhandensein von Siliziumdioxid hinweist, das nach der Verbrennung abgelaufen war. Gleichzeitig verengte sich die Porosität der resultierenden Kohle, so dass ihre Aktivität abnahm. Die Aschestruktur nach der Verbrennung bei einer Temperatur von 850 ° C ist in Abbildung 3 dargestellt.

Feige. 3. Aschestruktur nach Verbrennung bei einer Temperatur von 850 ° C.

a - die Ascheoberfläche ist durch Überhitzung ausgehärtet; b - der Kopf des Siliziumdioxids hat sich gelöst; Die Porosität der resultierenden Kohle verengte sich

Als Ergebnis der Forschung kann geschlossen werden, dass sowohl Aktivkohle als auch Siliziumdioxid aus Reisschalen gewonnen werden können. Der Verbrennungsmodus spielt eine wichtige Rolle bei der Herstellung von Aktivkohle aus Reishülsen. Um Aktivkohle mit guter Aktivität zu erhalten, sollte die Verbrennungstemperatur unter 850 ° C liegen.

All dies zeugt von den Aussichten auf Technologien, die die integrierte Verwendung von Reisproduktionsabfällen zur Gewinnung von Aktivkohle und Siliziumdioxid gewährleisten. Vorläufige Schätzungen zeigen, dass die Kosten für chemische Produkte, die aus einer Tonne des oben genannten Abfalls (Aktivkohle, hochreines amorphes Siliziumdioxid, Wasserglas) gewonnen werden, den Preis einer Tonne Reiskorn um ein Vielfaches übersteigen.

Bibliografische Liste:

Bewertungen:

23.09.2014, 06:33 Khasanov Shodlik Bekpulatovich
Rezension: Der Artikel ist einem relevanten Thema gewidmet. Das vorgeschlagene technologische Schema zur Herstellung von Aktivkohle und Siliziumdioxid ist einfach und billig, was ein Vorteil dieser Arbeit ist. Ich möchte darauf hinweisen, dass der Artikel einige Rechtschreib- und Grammatikfehler enthält und diese korrigiert werden sollten, bevor der Artikel in das Journal aufgenommen wird. Nach der Korrektur dieser Kommentare kann der Artikel zur Veröffentlichung empfohlen werden.