一种稻壳灰粉末复合材料及造粒方法和应用与流程

1.本发明属于环境工程废物处理和农业用肥技术领域，更具体涉及一种稻壳灰粉末复合材料，还涉及一种稻壳灰粉末复合材料的造粒方法，还涉及一种稻壳灰粉末复合材料的用途。


背景技术：

2.中国作为世界最大的水稻种植国家，每年的稻壳产量高达4000万吨，数量极其庞大。但是，目前中国对稻壳的利用率较低，大部分被丢弃或直接焚烧，造成严重的环境污染。结合文献报道和实际的市场情况可知，目前最有效利用的方式是气化发电。这一方式既解决了资源的废弃和污染问题，又能缓解中国面临能源危机。但是这一条路线的实施同时也带来了大量的稻壳气化发电废弃物发电稻壳灰，如不妥善处理，比重极轻的碱性稻壳灰也会对大气和地下水环境造成污染。稻壳灰作为一种富含硅元素的生物炭材料，具有广泛的应用价值。因此，为了便于运输和使用，对于稻壳灰造粒固化方法的研发显得尤为重要。
3.2000年后，中国稻壳灰的利用开始得到重视。经检索，中国发明专利中现有关于稻壳灰的收集、运输和使用的技术并不多见，共检索4项：
4.专利号201410373871.8：本发明公开了一种喷淋收集稻壳灰的方法，属于环保技术领域，具体的方法如下：粗烧出渣
→
多管除灰
→
喷淋除尘
→
干燥
→
风机排出。本发明的有益效果在于：最大程度收集稻壳灰，利用稻壳灰，同时保护环境，减少排放的废气中含有的稻壳灰，且达到资源综合利用，节省能源，降低排放，节能环保的效果。
5.专利号201310143665.3：本发明提供一种稻壳灰的综合利用方法。东三省年产水稻为50亿公斤，水稻有15％的是稻壳，稻壳燃烧后产生15％左右稻壳灰。这些稻壳燃烧后可生成稻壳灰1.125亿公斤，稻壳灰中含有二氧化硅56％，氧化铝30％，三氧化二铁4.6％。氧化钾3.5％和氧化钙3.4％，稻壳灰到处堆放不仅占用土地，它所含的碱性氧化物遇到水会变成碱，也会污染水源。申请人把稻壳灰通过磁选、碱洗、洗去氧化铝，稀释得到氢氧化铝，液体浓缩得到氢氧化钾，盐酸酸洗洗去氧化钙。浓缩得到氯化钙，剩下的是二氧化硅。经过上述方法将稻壳灰分离出三氧化二铁、氢氧化铝、氢氧化钾、氯化钙和二氧化硅五种化工原料，使稻壳灰得到了综合利用。它不但保护了环境又产生了经济效益。
6.专利号201320455829.1：本发明涉及一种稻壳燃烧炉稻壳灰自动收集装置，涉及锅炉技术领域，包括一置于地面上且呈筒状的燃烧炉体，所述燃烧炉体的燃烧室底部设有一炉板，该炉板呈网状结构，用于放置待燃烧的稻壳，其网眼的大小不会使未燃烧的稻壳从网眼落下，所述燃烧炉体底部位于炉板下方设有一稻壳灰收集仓，所述炉板底面连接有一伸缩轴，所述伸缩轴的一端连接有传动机构，该传动机构带动伸缩轴运动，从而带动炉板的伸缩运动，使燃烧后的稻壳灰在炉板的运动下从网眼落入到稻壳灰收集仓内。本实用新型结构简单，设计新颖，能够自动收集燃烧后的稻壳灰，无需人工清理，且燃烧率高。
7.专利号201310101758.x：本发明涉及一种稻壳灰基多孔材料及其制备方法。其技术方案是：以70～95wt％的稻壳灰和5～30wt％的增塑剂为原料，外加所述原料10～40wt％
的水和1～15wt％的结合剂，混合均匀，机压成型；再将成型后的坯体在110～150℃条件下干燥20～24h，然后在1000～1350℃条件下保温2.5～12小时，即得稻壳灰基多孔材料。其中：增塑剂为黏土、膨润土和叶腊石中的一种；结合剂为羧甲基纤维素、糊精、淀粉和蔗糖中的一种。本发明具有生产成本低、工艺简单、节能环保和易于工业化生产的特点；所制备的多孔材料具有较高的强度、较低的体积密度和较低导热系数，适用于气体液体过滤与净化分离、化工催化、高级保温、生物植入和吸声减震领域。
8.上述针对稻壳灰的处理方法最大的问题是只针对了收集和利用，对于稻壳灰的存放和运输仍然存在问题。


技术实现要素：

9.本发明的目的是在于提供了一种稻壳灰粉末复合材料，配方合理，使用方便，高纯度、低黏性、能耗低、无污染、成粒效率高、颗粒质量高。
10.本发明的另一个目的是在于提供了一种稻壳灰粉末复合材料的造粒方法，方法易行，操作简便，减少了碱性粉状物对环境的污染，并有利于稻壳灰的收集、运输和使用，达到了废物利用的效果。
11.本发明还有一个目的是在于提供了一种稻壳灰粉末复合材料在土壤镉污染修复中的应用，稻壳灰粉末复合材料能有效降低重金属污染土壤中植物的镉富集，并为植物生长提供硅源和营养元素，提升土壤ph，降低了土壤镉生物有效性，最终提升了植物生长和产量。
12.为了实现上述的目的，本发明采用以下技术措施：
13.本发明的技术原理是：有机高分子化合物有利于提高材料的成粒性及其抗压强度，但大多数有机高分子材料易残留，对土壤和水体环境影响较大。羧甲基淀粉钠是一种无毒、无味、不易霉变的醚类淀粉，具有超强的粘结性能，在吸湿之后能保持颗粒完整不破碎，并具有一定的强度，在加入膨润土之后会影响淀粉膜的完整性，略微降低颗粒的抗压强度，但是膨润土对材料具有增韧作用，使产品流动性更好，容易造型。而尿素能提升淀粉粘结剂的黏度和稳定性，有效提高产品的强度和耐久性。同时，过磷酸钙不但能增加材料ph，固定土壤重金属，补充土壤中磷和钙元素，还可吸收物料中游离的水，并放出热量，蒸散水分。本发明将这几种材料合理配合，用于稻壳灰造粒。
14.一种稻壳灰粉末复合材料，它由以下重量份的原料制成：
[0015][0016]
一种稻壳灰粉末复合材料，它由以下重量份的原料制成：
[0017][0018]
一种稻壳灰粉末复合材料，它由以下重量份的原料制成(产率高)：
[0019][0020]
一种稻壳灰粉末复合材料，它由以下重量份的原料制成(综合性能强)：
[0021][0022]
一种稻壳灰粉末复合材料，它由以下重量份的原料制成(无需烘干)：
[0023][0024][0025]
上述五种原料，最关键的是膨润土和尿素。它们是这些材料中重要的一环。膨润土和尿素能有效的提高了颗粒韧性，也能使颗粒保存的更持久。但膨润土会降低颗粒的强度，所以膨润土和羧甲基淀粉钠的比例十分重要。由于稻壳灰是一种稻壳灼烧后的灰分材料，碳和硅含量较高，难以通过一般的方式粘结成粒。此外，过磷酸钙的加入能吸收造粒时加入的水分，同时放热，蒸散水分。这样能有效的减少了烘干所消耗的时间和能量。本发明效率高，有效的降低了成本，快速的粘结稻壳灰成粒，达到了便于储存运输，降低了污染的目的。
[0026]
一种稻壳灰粉末复合材料的造粒方法，其步骤是：
[0027]
a、将稻壳灰颗粒过筛，获得粒径在0.25mm以下的稻壳灰粉末；
[0028]
b、将稻壳粉末、膨润土、尿素和过磷酸钙按一定比例混合均匀，投放进入圆盘造粒机中(现在设备)，获得混合物料，备用。随后制备羧甲基淀粉钠溶液：将羧甲基淀粉钠与水按1：1混合之后倒入高压喷瓶中待用；
[0029]
c、造粒：将步骤b中的混合后物料倒入实验室圆盘造粒机(普通)中，启动造粒机(普通)，转动造粒的同时喷入步骤b中的羧甲基淀粉钠溶液，获得一种混合物；
[0030]
d、筛分：转动造粒3
‑
5分钟后，将其中粒径>4.75mm和<1.0mm的粒料筛分出来粉碎后作为回料继续造粒，获得一种混合物物料；
[0031]
e、将混合物物料烘干，利用烘干机进行烘考，温度控制在40
‑
60℃下烘干，时间控制在3－6分钟，得到一种稻壳灰粉末复合材料(成品)。取出粒径在1.0
‑
4.75mm的粒料，烘干后监测其质量，合格后得到成品。
[0032]
通过上述五个步骤的技术措施：最关键的是材料的选择和投放比例以及造粒方法，也就是步骤b和步骤c。羧甲基淀粉钠作为粘结剂，将难以粘结的灰分物质稻壳灰粘结起来。其中粘结剂与加水量的比例相当重要，直接影响造粒时材料的成粒效率和颗粒性能，造粒后材料的干燥、筛分及稳定性、分散性能理化性质。此外，适当比例膨润土和尿素的加入有效增强了造粒产物的韧性和产率。同时过磷酸钙的加入节约了烘干时间，也提高了成品的土壤调理性能。
[0033]
稻壳灰中含有大量的碳和灰分，质轻且难以团聚成粒。这些飞灰和烟尘在环境中分散性和迁移性极强，不妥善处理会严重污染环境。本发明提供了一种稻壳灰的造粒配方和方法，并研究了此材料用于土壤镉污染的潜力。
[0034]
其发明相对于现有技术的进步在于提供了一种生物质焚烧产物的造粒方法。
[0035]
技术方案与现有技术的主要区别是在此前并未出现生物质焚灰的针对性造粒方法。
[0036]
一种稻壳灰粉末复合材料在土壤镉污染修复中应用，其步骤是：
[0037]
a、在水稻插秧前，施入稻壳灰造粒材料(5kg/亩)。
[0038]
b、对土壤进行旋耕，使其与耕层土壤混匀。
[0039]
c、灌水插秧，其他施肥与管理均与常规水稻种植相同。
[0040]
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
[0041]
(1)本发明的材料制备过程非常简单，将原料物料混合，配合适当的圆盘造粒方法即可；
[0042]
(2)本发明对稻壳灰的造粒效果好，颗粒抗压强度高，稳定性强；适宜于稻壳灰生产再利用过程中的运输、存放和应用。
[0043]
(3)本发明所得材料适用于土壤镉污染治理，能有效的降低了土壤镉有效态含量和植物镉吸收，并提升植物营养元素积累，促进了植物生长。
[0044]
本发明所采用的物料均是廉价易得并环境友好的材料。根据市场可比价格，每采用本方法造粒1吨稻壳灰，约需成本费用人民币84
‑
192元。根据对稻壳灰造粒强度和成粒率的不同要求，可以采用不同比例的粘结剂材料。故在处理稻壳灰的造粒问题时，实施本发明是经济可行的。
[0045]
本发明制备的造粒稻壳灰具有良好的效果。直接使用羧甲基淀粉钠等材料作为稻壳灰造粒粘结剂时，其成粒率低，返料率高，所制颗粒细粒和超大粒较多。将羧甲基淀粉钠以一定比例与水混合成为液体粘结剂后，加入膨润土、尿素和过磷酸钙作为辅料，稻壳灰造粒效果良好，成粒率大于90％，返料率低，粘结剂用量不超过3％，颗粒抗压碎力强。因此，本发明针对易飘散的稻壳灰采用羧甲基淀粉钠等材料作为粘结剂造粒的方法是完全可行的，且制备的稻壳灰不影响其在环境保护、工业生产和建筑材料中的应用。
附图说明
[0046]
图1为一种稻壳灰粉末复合材料的造粒方法流程图。
具体实施方式
[0047]
实施例1：
[0048]
一种稻壳灰粉末复合材料，它由以下重量份(g)的原料制成：
[0049][0050][0051]
一种稻壳灰粉末复合材料的造粒方法，其步骤是：
[0052]
a、稻壳灰过筛，获得粒径在0.25mm以下的稻壳灰粉末；
[0053]
b、物料混合：将稻壳粉末、膨润土、尿素和过磷酸钙按一定比例混合均匀，投放进入圆盘造粒机中，获得混合物料，备用。
[0054]
c、粘结剂混合：将羧甲基淀粉钠溶于等质量比例水中，混合之后倒入高压喷瓶中待用；
[0055]
d、圆盘造粒：将步骤b中混合后物料倒入实验室圆盘造粒机(普通)中，启动造粒机，转动造粒的同时喷入步骤b中的羧甲基淀粉钠溶液，获得一种混合物；
[0056]
e、筛分：转动造粒3或4或5分钟后，将其中粒径>4.75mm和<1.0mm的粒料筛分出来粉碎后作为回料继续造粒，获得一种混合物物料；
[0057]
f、成品封装：将混合物物料烘干，利用烘干机进行烘考，温度控制在40或44或48或52或56或60℃下烘干，时间控制在3或4或5或6分钟，得到稻壳灰粉末复合材料(成品)。取出粒径在1.0
‑
4.75mm的粒料，烘干后监测其质量，合格后得到成品。
[0058]
本实施例所制备的材料产率达82％，平均抗压强度高于10n，参照中国复混肥标准中颗粒抗压碎力必须大于6n，本方法所得材料优于国家标准。并且本造粒稻壳灰在经过7天的堆放之后，颗粒完好率可达88％。
[0059]
实施例2：
[0060]
一种稻壳灰粉末复合材料，它由以下重量份(g)的原料制成：
[0061]
[0062]
其制备步骤与实施例1相同。
[0063]
本实施例所制备的材料产量达到76％，平均抗压强度高于10n，优于国家标准。并且本造粒稻壳灰在经过7天的堆放之后，颗粒完好率可达95％。
[0064]
实施例3：
[0065]
一种稻壳灰粉末复合材料，它由以下重量份(g)的原料制成：
[0066][0067]
其制备步骤与实施例1相同。
[0068]
本实施例所制备的材料产量达72％，平均抗压强度高于9n，优于国家标准。并且本造粒稻壳灰在经过7天的堆放之后，颗粒完好率可达92％。
[0069]
通过上述的具体技术措施，有关造粒效果情况，请见表1。
[0070]
表1三种实例的造粒效果
[0071][0072]
实施例4：
[0073]
一种稻壳灰粉末复合材料在土壤镉污染修复中应用，其步骤是：
[0074]
a、在水稻插秧前，施入稻壳灰造粒材料(5kg/亩)。
[0075]
b、对土壤进行旋耕，使其与耕层土壤混匀。
[0076]
c、灌水插秧，其他施肥与管理均与常规水稻种植相同。
[0077]
表2土壤的基本理化性质
[0078][0079]
表3三种实例对土壤镉的钝化效果
[0080][0081]
由表3可以看出，稻田土壤施用本方法中的3个实例材料后，土壤有效态镉含量显著降低。水稻成熟后，茎叶中镉含量高于籽粒中镉含量，并且施用处理后的水稻中镉积累量下降。此外，水稻产量、千粒重和空壳率在施用处理后，均有不同程度的提升。结果表明，本稻壳灰造粒方法制备的材料具有应用于土壤镉污染修复的潜力。