CN1041705C - 由有机植物物料制造生物产二氧化硅的改进方法 - Google Patents

Abstract

在一种由有机植物物料制造生物产二氧化硅的方法中，通过一个螺旋输送器(13)将植物物料由料斗(12)连续地送入到温度保持在约450℃，且以约1转/分钟速度转动的呈倾斜管(11)状的炉子中。物料向下通过该倾斜管，在炉中停留时间不多于约30分钟。生物产二氧化硅被从管(11)的下端收集到收集罐(18)中，并让其冷却。所述倾斜管(11)可装在一个带轮子的平台(19)上，以使该炉子可以移动。

Description

由有机植物物料制造生物产二氧化硅的改进方法

本发明涉及由有机植物物料制造生物产二氧化硅的改进方法，具体涉及到由稻壳或糠、稻杆、问荆、棕榈叶，特别是扇叶树头榈的叶子以及向日葵和竹子制造生物产二氧化硅的改进方法。

对于水稻种植者来说，处理稻壳是个大问题，因为它不适于当肥料使用，而且直至现在不得不用掩埋或焚烧的方法进行处理。在人口稠密区掩埋空间经常不够，而焚烧又会造成不希望的大气污染。可是众所周知，稻壳中含有很高含量的生物产二氧化硅，能够由稻壳灰制造凝硬性材料，对于那些拥有大量很容易得到而实际上又不值钱的稻壳的发展中国家来说，这具有很大的潜在经济优越性。

早先曾有人尝试用稻壳与硅酸盐水泥混合制造砖。这一般能满足强度的要求，但是杯子状的稻壳需要很多数量的水泥，因此这种砖是不经济的。鉴于此，有人建议将稻壳粉碎成灰状，用来制造凝硬性材料。

在将稻壳转化成灰的过程中，燃烧过程中除去了有机物，剩下了富含二氧化硅的残渣。当稻壳开始加热时，在100℃以下，通过所吸收的水分被汽化而发生失重。在大约350℃时，挥发份着火引起了进一步的失重，稻壳开始燃烧。从400℃到500℃，残余的碳发生氧化，这时发生最大份量的失重。灰中的二氧化硅仍处于无定形态。在600℃以上，一部分二氧化硅转变为石英。

在早先进行的有关稻壳灰的工作中，在炉中通过燃烧大量成堆的稻壳来制造稻壳灰，经常要很长的时间。在这样的条件下，发现了最佳的燃烧方式，即在450℃的温度下燃烧3小时。在这样的条件下，由于需要耗能，对于大多数工业应用(如果不是说对所有工业应用的话)生产过程并不经济。对于燃烧上面指出的那些有机植物物料也会碰到类似的问题。

因此，本发明谋求改进稻壳灰的制法，使其能在工业化的基础上更经济地生产，而且本发明的主要目的是提供一种由有机植物物料制造生物产二氧化硅的改进方法。

本发明提出了一种由有机植物物料制造生物产二氧化硅的方法，其中将植物物料连续地送入到一个温度保持在400～500℃之间的倾斜旋转炉中，在炉中该物料的停留时间不超过大约30分钟，并从该炉中连续地收集生物产二氧化硅，并使之冷却。

优选的是，该旋转炉温度保持在大约450℃，在该炉中物料的停留时间希望在15～30分钟之间。

较理想的是，通过一个料斗的该倾斜旋转炉的顶端送入有机植物物料。通过一个出料槽由炉的较低的一端收集一般呈灰状的生物产二氧化硅。

在送入炉前可将有机植物物料研磨成粉。

本发明的一个优选的实施方案是，有机植物物料呈稻壳或米糠的形式，而生物产二氧化硅呈灰的形式。

现在将要参照附图解释和详述本发明，其中：

图1是进行制造稻壳灰试验的炉子示意图；

图2是一个表明研细稻壳分级曲线的图；

图3～7是表明用图1中所示的炉子进行稻壳试验时温度-时间关系图；以及

图8是适于用本发明的方法连续制造稻壳灰的炉子的示意图。

用图1中所示的管式炉[1]进行稻壳试验，所述管式炉的加热段长度为700毫米，管内径为75毫米。在该炉内固定一内径为60毫米的陶瓷衬管[2]，由一个图上未标明的摩擦驱动装置支撑着，使之可转动。为了在燃烧的过程中使物料保留在该管的中段(大约300毫米)，分别在管[4]和管[6]的顶端插入两个未紧固的圆盘[3]和[5]。空气可如箭头所示通过管[4]，而热电偶[7]插到另一个管[6]中。

由Tarragona得到稻壳，用研磨过的和未研磨过的稻壳进行试验。该研磨过的稻壳的分级情况如附图中图2所示。研磨过的和未研磨过的稻壳的堆积密度分别为513和107千克／米³。选择两种温度和两种不同的燃烧时间，按照如下的条件进行全部5个试验：

                                         目标温度          时间

试验1    研磨的稻壳                        450℃          30分种

试验2    研磨的稻壳                        750℃          60分钟

试验3    研磨的稻壳                        450℃          60分钟

试验4    研磨的稻壳                        750℃          30分钟

试验5    研磨的稻壳                        450℃          60分钟

目标温度上限定为750℃，以确保不会发生超过此可接受限度的现象。

先在管中加入稻壳，让该管转动一段不长的时间，以使物料分布均匀。采用的转速为每分钟1转，然后将炉子设定于目标温度。对炉子加热线圈温度和内管温度都进行监测，并且在试验过程中视需要进行微小的调整。

为了使物料有自由翻滚的效果，管的装填高度不超过其直径的约1／3。对于研磨过的稻壳大约加入90克。对于未经研磨的稻壳，为了保证有合理的产出量，装料体积要大于理想值，在此情况下加入42克。

当在给定温度下将炉子保持所需时间后，可让其冷却。对于在450℃下进行的试验，可立即拉出内管，可盖上一个保温层或防护膜，使其冷却，又不致冷却过快而发生损坏。在更高的温度下，不能除去内管，必须让其过夜冷却。

然后从管中倒出灰，将在整个燃烧过程中一直留在中部的物料与进一步沿着管移动的物料分开。

尽管炉子升温很快，但是在进行冷却的同时让灰在高温下再保持一段时间是不得不接受的。在温度较低时这不是个严重的问题，但在解释高温试验中所得到的数据时，显然要考虑到这一点。

图3～7显示了对于各次试验的温度-时间关系，在这些图上指出了在30或60分钟时间内发生的主要事件。显示出了炉温和衬管内的温度。

由在炉子加热线圈中的热电偶控制炉温，很明显，在达到平衡以前，内管温度应低于此炉温，但也可有例外，就是由于燃烧本身造成的暂时升温。开始时将炉温设定在目标温度之上50℃，在以后的步骤中视需要做些微小调节。

我们发现，由于在管中通过空气，使热电偶记录下来的衬管内温度降低了约70℃，当说明试验结果时必须考虑到这一点。

出于操作上的原因，必须将稻壳加入到冷的炉中，然后升高炉温。如同能在图上看到的，相当快就做到这一点，在15分钟内就达到了500℃。在加热初期，赶出了水蒸汽，当衬管温度达到180℃时开始冒烟。在达到这一步时，开启空气源。在燃烧阶段，衬管温度迅速升高，在试验3、4和5中，短时间地超过了炉温。在10～20分钟之内燃烧完毕，有些情况下这发生在达到目标温度之前。

对于研磨过的稻壳一些细粉部分燃烧的细颗粒会被空气流带出，但未研磨过的稻壳都留在管子中。

在燃烧到所需的时间之后，从管子中除去灰，仔细地将在燃烧过程中从中心段移动出的物料分开，只使用留在中心段的物料用于后面的分杆。

对试样灰进行三部分分析：

(a)测定碳、氢和氮的含量，

(b)进行EDAX分析，以测定存在的硅和金属元素的量，

(c)进行X射线衍射分析，确定存在硅的形式。

这些分析的结果如下，表示含量的单位是重量百分数。

元素	1C	2C	3C	4C	5C
C	2.10	1.48	2.14	1.35	2.10
H	0.19	-	0.93	0.10	0.19
N	-	-	-	-	-
Si	87.48	86.01	86.47	84.84	93.46
K	4.98	4.92	6.27	5.97	1.26
Fe	0.87	0.35	0.63	0.86	0.01
Cu	4.49	4.33	2.94	3.72	2.37
Zn	2.18	2.35	2.59	1.99	1.60
Ca	-	2.04	1.11	2.62	1.30

对二氧化硅结晶度的X-射线报告有如下结果：

试样1c  几乎全部为无定形态；少量(百分之零点几)为不能

              确定的物质，可能是长石。

试样2c  大约有1％是方英石；

              痕量无法确定的物质(如1c)，可能是石英。

试样3c  如1c。

试样4c  如2c。

试样5c  完全无定形。

据认为，痕量无法确定的物质涉及到由于事前使用研磨机而带来的污染。这与其被鉴定可能是长石是一致的。对于研磨过的稻壳灰试样，其钾含量较高，而且在较小程度上其铜含量也高同样是真实的。这台研磨机以前曾用于研磨粘土和土壤的试样，有发生污染的可能性。

生产出的所有灰试样都满足高度元定形二氧化硅含量的要求。因此，在小规模上确定了这样一个原则，即在低温和短时间内能制造有用的灰。燃烧之后延长在炉中的停留时间对最终产品没有任何好的影响，应尽可能地缩短在炉中的停留时间。

关键的因素是要确保在燃烧的过程中，稻壳或稻壳的粒子彼此要保持相互尽可能地被分离，为做到这一点就要使用旋转炉并用小加料量。如果加料太多，就有在燃烧过程中由于放热而造成过分升温的危险。在试验5中明显地指出了这一点，在这个试验中，使用了较多的物料，在燃烧过程中有很剧烈的升温。如果达到的温度太高，那么灰的结晶含量将增大。

在燃烧之前对稻壳进行预研磨，对于所涉及的较短燃烧时间方面，表现不出有任何好处。在最终的灰的组成方面，未研磨的稻壳给出了最好的结果。

然而，由事先的研磨会得到其它一些好处，这就是由于增大了堆积密度而降低了运输成本，并且使炉子的处理能力增大。在这些试验中使用的研磨粒子的粒度可能比最佳尺寸小，因为有一些粒子小到足可以在空气流中被转移出炉子，尽管这种现象还保持在最低可能的程度上。

这些试验指出，如果在正确条件下保持炉温在450℃，就能够在比较短的时间内制造出稻壳灰，因此这就使得制造稻壳灰具有了工业基础、经济上的可能。如果当稻壳被加热时，它们可以连续地移动通过炉子并受到搅动，加热时间能缩短到15至20分钟。

因此，使用了如附图中图8所示意的炉子。如在图8中所显示的，该炉子包括一个倾斜的管子[11]，它安装在支架(未显示)上，通过适当的驱动机构(也未显示)围绕其纵向轴转动。在基本沿着其长度上，这个炉子装有加热元件(也未显示)。在其上端或靠近其上端处，该炉子装有一个加料斗[12]，通过该料斗，用一个螺旋加料器[13]向炉内加入稻壳，这种稻壳可以是研磨过的。一个烟出口[14]从管式炉[11]通向过滤器[15]，过滤器装在一个转动支架[16]上，过滤过的空气通过管道[17]由过滤器[15]通到空气抽提系统(未显示)中。在管式炉[11]远离加料斗[12]的一端，装上一个集灰罐[18]，灰就收集在这个罐里。加料斗[12]、炉管[11]和集灰罐[18]可以装在一个平台[19]上，藉助于调节千斤顶[20]可抬高或降低该平台，以保证料斗[12]位于高于罐[18]所处的水平面，使得加入到炉管[11]中的物料倾向于由料斗[12]通过管子向下到达罐[18]中。平台[19]进一步还希望装有一对轮子[21]，用轮子可移动这套装置，也希望在调节千斤顶[20]上装上相似，但较小的轮子[22]。

较理想的是，该炉子以大约1转／分的速度转动，炉温设定在450℃。通过管[11]的转动速度和所述管子的倾角来确定稻壳在炉中的停留时间。然而，在理想条件下，在稻壳从料斗[12]进入炉中后大约15分钟，就有可能从罐[18]中收集到灰。这就确保在工业上较经济地连续地制造出稻壳灰。

这种灰具有较高的无定形二氧化硅含量，可用来制造致密混凝土和空心砖(aircrete blocks)。由于燃烧条件良好，灰中的碳含量也较低(大约2％重量比)，这是很合要求的，因为碳含量太高会减低灰的反应性能。

虽然在上面参照由稻壳制灰叙述了本发明，应该注意到，本发明并不仅限于制造稻壳灰，而是一般性地适用于由有机植物物料制造生物产二氧化硅。

Claims (13)

1．由有机植物物料制造生物产二氧化硅的方法，其中植物物料连续地加入到温度保持在400～500℃的倾斜旋转炉中，所述物料在炉中停留15～30分钟，并从炉中连续地收集生物产二氧化硅，并让其冷却。

2．按照权利要求1的方法，其中旋转炉保持在450℃的温度。

3．按照权利要求1的方法，其中有机植物物料通过料斗加入到倾斜旋转炉的上端。

4．按照权利要求1的方法，其中通过一个出料斗从倾斜旋转炉的下端收集生物产二氧化硅。

5．按照权利要求1的方法，其中在加入到炉中之前，所述有机植物物料被研磨成粉。

6．按照权利要求1的方法，其中有机植物物料呈稻壳或稻糠的形式，而生物产二氧化硅呈灰的形式。

7．实施权利要求1中的方法的设备，所述设备包括一个由装在支持架上的围绕其纵轴转动的倾斜管[11]、使该倾斜管围绕其所述纵轴转动的机构和基本沿整个管长分布的位于炉中的许多加热元件组成的炉子；一个接收有机植物物料的料斗[12]；在该管的一端从料斗向炉子中加入有机植物物料的装置；以及从管的另一端收集燃烧过的物料的装置，其特征在于所述炉子装有一个出烟口[14]，其通向装在旋转支架[16]上并通往空气抽提系统的过滤器[15]。

8．按照权利要求7的设备，其中所述从料斗[12]向管[11]中加入有机植物物料的装置包括有一个螺旋输送器[13]。

9．按照权利要求7或8的设备，其中所述收集燃烧过物料的装置包括一个收集罐[18]。

10．按照权利要求7的设备，其中所述炉子被装在具有调节平台倾角因而调节管子倾角的装置的平台[19]上。

11．按照权利要求10的设备，其中所述调节装置包括一个调节千斤顶[20]。

12．按照权利要求10的设备，其中平台装有轮子[21]，通过这些轮子可移动该设备。

13．按照权利要求7的设备，其中所述转动管子的装置设置为以大约1转／分钟的速度转动管子。

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