稻壳资源的开发

稻壳约占稻谷籽粒质量的20%，是大米加工过程中的主要副产物。我国是世界上稻谷产量最高的国家，约占世界稻谷总产量的1/3以上，稻壳资源十分丰富。若能将稻壳有效地加以利用，变废为宝，就能为粮食工业带来更大的经济效益，同时为社会创造更多的财富。

稻壳中约含40%的粗纤维（包括木质素和纤维素）和20%左右的五碳糖聚合物（主要为半纤维素），另外，约含20%灰分及少量粗蛋白、粗脂肪等有机化合物。

（1）稻壳锅炉。稻壳做燃料是一种最古老、最普遍的利用方法。在产稻区，民间多用稻壳烧水做饭，也有用稻壳烧制砖瓦的。许多粮食加工厂用稻壳烧锅炉，以提供生产所需的热能和蒸汽，或用于烘干谷物。

燃烧稻壳的锅炉，国内外均有，它可供生产和生活上用汽用热，也可用于驱动蒸汽机带动发电机发电，为碾米厂提供动力。但由于稻壳体积大、易燃、不耐烧，因此烧煤锅炉改烧稻壳时，需对锅炉的炉箅、炉膛进行改造。炉膛尺寸应根据锅炉大小而定。炉箅可采用圆钢、扁钢制作，也可用生铁铸成，缝隙2～3毫米，斜度为43°～55°，面积不小于烧煤炉箅的面积。炉箅上端设一稻壳进料斗。进料斗下设进料闸门，使稻壳均匀、自动地进入炉膛，以保证炉火的旺盛和稳定。稻壳烧锅炉易点火、易燃、升压快，停火也容易，可均衡地提供用汽且操作方便，只需扳动闸门，稻壳就可自动进入炉膛，减轻了操作人员的劳动强度，改善了工作场所的卫生条件。此外，烧煤锅炉改烧稻壳的经济效益显著。

（2）稻壳煤气。所谓稻壳煤气，是指稻壳在空气有限供应情况下进行燃烧时产生的一种混合气体。稻壳煤气通常是在发生炉中产生的，故又称为发生炉煤气。稻壳在发生炉内可分为四层：稻壳预热层、以燃烧反应为主的氧化层、以还原反应为主的还原层、稻壳灰层。稻壳在发生炉中的反应过程如下：空气进入发生炉内，与氧化层的稻壳接触燃烧产生大量热量，生成CO₂。含有大量CO₂的气体在还原层与赤红的稻壳反应，还原为CO。同时，水蒸气也加入反应，分解出CO和H₂。稻壳煤气成分分析如表1-1所示。稻壳煤气的热量为5 648～6 636焦耳/立方米。

表1-1 稻壳煤气成分分析（%）

稻壳通过发生炉产生的煤气被送入煤气机，并带动发电机组发电，这就是稻壳煤气发电。稻壳煤气发电机组装置简单，操作方便，易于管理。整套系统包括稻壳输送及加料装置，煤气机，灰渣输送装置及发配电系统，其中最主要的设备是稻壳煤气发生炉和煤气机。利用稻壳发电，每加工1吨大米所产生的稻壳可发电110～140度，除满足加工1吨大米所需电耗（通常为25度左右）外，多余的可供其他方面使用。该发电机组燃料费用仅为柴油机的1/6。我国生产的稻壳煤气发电机组，除江苏、江西、湖南等省使用以外，还供出口，其良好的经济效益深受用户好评。利用稻壳煤气发电，不仅有助于缓和当前电力紧张状况，保证碾米厂的正常生产，而且对于解决偏僻地区稻谷生产用电也有着重要的意义。

稻壳加工成的饲料称为统糠饲料。统糠饲料是70%～80%稻壳粉与米糠的混合物，是一种营养价值很低的初级混合饲料。统糠的营养价值取决于米糠的比例。米糠的比例大，营养价值就高；反之，营养价值就低。稻壳粉在统糠饲料中只起填充物的作用。

从营养分析的角度看，稻壳粉的消化能、代谢能和可消化蛋白质均为负值。稻壳粉的干物质中，粗蛋白、粗脂肪和无氮浸出物含量很低，粗纤维和灰分含量特别高，没有营养价值，它既不是能量饲料，也不是蛋白质饲料，不适于作配合饲料的主要原料。另外，由于灰分的成分大部分是硅酸盐，不易为畜禽消化利用，喂多了会影响畜禽对钙、磷的吸收，出现矿物质缺乏症。

但是，由于统糠饲料的原料来源丰富，生产工艺及设备简单，成本低，价格便宜，所以目前仍有一部分地区农民用统糠饲料喂猪及家禽。此外，统糠饲料虽因粗纤维含量高不易消化，营养价值低，但粗纤维也是各种畜禽所不可缺少的。因为饲料中一定数量的粗纤维，是动物消化所必需的。粗纤维具有较强的吸附能力，有利于胃的蠕动，在消化道中可吸附养分、消化酶和水分，从而有利于消化。同时，粗纤维也是畜禽小肠中淀粉酶、胰蛋白酶及大肠中脲酶的活化剂，所以目前许多日增重效果较好的配合饲料中仍含有5%～10%的统糠。

经过膨化的稻壳，由于其纤维组织完全溃散成膨松状态，并使紧紧包围在纤维素外面的木质素全部被撕裂而脱落。这种立体组织之间很容易含水，因此膨化后的稻壳吸水性很高，最大容水量可达4.5%。由于吸水性的提高，各种营养成分的溶水机会就增多，故容易被畜禽消化吸收，总消化率可达17%～20%，比原来提高1倍以上。据国外的研究表明，膨化稻壳喂牛后的排出量是70%～80%，稻草的排出量是70%～75%，二者排出率相当。因此，稻壳膨化后可以代替稻草作为牛饲料。

稻壳经水解可以得到糠醛或木糖，进一步水解可制取酒精或乙酰丙酸，综合利用还可获得醋酸钠、硅酸钠、活性炭、植物激素等。由糠醛出发，可制取合成树脂、涂料、农药和医药等所需的多种化工原料。稻壳经干馏后，除了可以从馏出液中制取糠醛等数种化工原料外，燃烧后的稻壳灰中还含有大量的二氧化硅，可以用来制取活性炭、二氧化硅、硅酸钠（水玻璃）等多种化工产品。稻壳制取化工原料如图1-1所示。

图1-1 稻壳水解生产的化工原料

（1）提取二氧化硅。将稻壳在500℃下热处理20小时得到含二氧化硅91.7%的稻壳灰。碳酸二乙酯能选择性地先与二氧化硅反应生成四甲氧基硅烷，而四甲氧基硅烷极容易再被制成二氧化硅。用稻壳制高纯二氧化硅时，按上述步骤得到高纯净四甲氧基硅烷，最后用溶胶-凝胶法制成二氧化硅。

（2）水解制糠醛。糠醛又称呋喃甲醛，为醛类化合物，是有机化学工业的重要原料之一，可以用它制成各种塑料、糠醛树脂和聚酯树脂、合成橡胶、合成染料、合成药物等。糠醛又是一种良好的溶剂，在石油工业上用途很广。

制取糠醛的方法有稀酸加压水解、稀酸常压水解等方法。稀酸加压水解法，是将稻壳与稀酸在高压（400～600千帕）下蒸煮，用高压或过热蒸汽（反应温度160～200℃）驱出反应物，再经分馏后制得糠醛。稀酸常压水解法，是将稻壳与食盐（或芒硝等代用品）及稀酸在常压下共煮蒸馏（反应温度100～103℃）。前一种方法不用食盐，生产成本较低，糠醛得率较高，但需较多的设备，生产投资大，工艺也比较复杂。第二种方法设备简单，操作容易，成本不高，但纤维素较难水解。

加压水解和常压水解生产糠醛均可用明矾代替硫酸，操作方法基本相同，其优点是明矾没有腐蚀性，可以延长设备使用期限。明矾价廉，生产安全。

糠醛生产工艺流程如下：

稻壳→拌料→浸渍→炊蒸→蒸馏→冷却→分离→糠醛

（3）稻壳灰制取吸附剂。稻壳灰成分是三氧化硅和硅酸盐化合物，它比单一成分的硅酸盐吸附效果好，所以经过处理后的稻壳灰可作为吸附剂。

稻壳灰吸附剂已用于许多行业。应用稻壳灰进行食用油脂脱酸能取得很好效果，特别是用稻壳灰吸附大豆油中的游离脂肪酸，不仅便宜，而且能提高产品质量。

制作稻壳灰吸附剂工艺如下：

稻壳→筛选→灼烧（马福炉500℃）→调pH值→碱性吸附剂（pH值8.7）→碱性灰→加硫酸20%（体积分数）→20℃放置5小时→去离子水洗→烘干3小时→酸性吸附性（pH值3.6）→稻壳灰吸附剂

（4）稻壳灰制取硅酸钠、活性炭和白炭黑。硅酸钠又称水玻璃，在化学工业及制皂、石油、纺织、造纸、玻璃、印染、建筑和煤矿等工业中有着多种用途。活性炭具有大量毛细孔结构和细小孔隙，表面积很大，可达100～1 000立方米/克。因此，活性炭具有很好的吸收和吸附性能，能除去空气中的有害物质，使有色液体脱色，吸附混浊液体中的悬浮物质使液体澄清。活性炭的用途很广，食品工业上广泛用它来脱色、脱臭、防腐，同时还可用它作滤毒剂和空气净化剂。因活性炭质轻，能浮于水面，所以国内外也常用它作为吸油剂，清除海上油污。将活性炭进一步精制便可得到医药上使用的药用炭和针用炭，附加值更高。印度用稻壳灰代替硅石，用烧碱代替纯碱，在加压条件下加热到105℃，仅用10～60分钟即可完成制硅酸钠的反应，比用纯碱和硅石在高温（1 100～1 350℃）下反应的传统工业方法大大降低了成本。制得的硅酸钠，加入适量的无机酸，使之生成白色沉淀物质，经漂洗、干燥、粉碎和过筛，即可得白炭黑。白炭黑可用作橡胶、塑料、造纸、涂料、油漆等行业的增强剂或填充剂。

用稻壳灰提取水玻璃、活性炭的工艺流程如下：

（5）稻壳灰制取高模数硅酸钾。硅酸钾的用途很广，主要用于电视荧光粉、电焊条黏结剂、高温涂料黏结剂、洗涤剂、焊接用的电极还原染料、防火剂、防腐剂、展色剂、墙壁涂料、高级陶瓷涂料等。目前，国内在电焊条的制造上，均采用硅酸钠或硅酸钾钠作为涂料黏结剂；而国外的电焊条制造工业已采用硅酸钾作为涂料黏结剂。

生产硅酸钾的原料为石英砂。但由于石英砂中的二氧化硅是结晶形的，晶态二氧化硅在苛性碱溶液中的溶解度小，其聚合分子的聚合度高，因而它对碱溶液是不活泼的。用石英砂配成的配合料的硬化是由复杂的胶体化学过程所引起的，而且工艺复杂，劳动强度大，成本高，效果不理想。稻壳灰中的二氧化硅是天然无定型的，具有较大的反应活性。在不含铁杂质及黏性杂质含量不高的情况下，无定型二氧化硅在苛性碱溶液中溶解度最大，它是湿法制造硅酸钾最合适的原料。

由稻壳灰制取高模数硅酸钾的工艺流程如下：

（1）制板材。稻壳是一种人造纤维板的原料。稻壳板不仅具有天然木材的加工性能，而且具有防火、防蛀、防霉、隔热、吸音等优点，可用于家具的面板、侧板、室内外墙板、天花板等的制作。一般每吨稻壳可制成1平方米板材，其使用价值可顶替3立方米的原木。如果建立一个年产3 000立方米的小型稻壳板厂，每年就能为国家节约木材9 000立方米，这对缓和木材供需矛盾和保护森林资源有着重要意义。

稻壳制板的原理是：稻壳经粉碎、筛选后，加入适量的胶粘剂（或不加胶粘剂，而加硫酸）充分混合，在高温高压作用下，使稻壳表面的部分纤维发生化学变化，转变为塑性的，经黏结可成为具有一定强度的板材。

①无黏结剂工艺。无黏结剂生产稻壳板的工艺流程如下：

稻壳→粉碎→筛选→拌酸→铺装成形→热压→冷却→整形→稻壳板

稻壳表面形状很不规则，具有波纹。要使稻壳颗粒紧密接触而发生反应是很困难的。此外，稻壳中二氧化硅含量高达20%～25%，使得板材吸收较高比率的水分，最终会引起板材强度下降。如果将稻壳研成粉末状可克服上述困难。稻壳粉末颗粒以60目为最佳。

粉碎后的稻壳与硫酸（浓度2%）充分混合（硫酸用量为稻壳质量的5%～8%），然后置于日光下干燥。将干燥后的混合物装入所需形状的模具中，用热压机缓慢地压制。在温度约165℃、6～7兆帕压力作用下，可获得密度为1.1～1.3克/立方厘米的板材。加热加压时间为20～25分钟，温度越高，热压时间越短。温度在175～200℃时，热压一般只需12～15分钟。

②树脂黏结剂工艺。用树脂作黏结剂生产稻壳板的工艺流程如下：

稻壳→粉碎→筛选→添加胶粘剂→拌和→铺装成形→热压→冷却→整形→稻壳板

稻壳经粉碎后经10～20目筛筛选，除去大颗粒和杂质。将稻壳粉与胶粘剂充分混合，胶粘剂用量为稻壳质量的7%～14%，然后进行干燥。把经过干燥的拌胶稻壳粉装入模具中，在热压机中缓慢压制，压制成厚10毫米、容重0.8～0.9克/立方厘米的稻壳板，其工艺条件是：加胶量14%，压力8.2兆帕，温度140～145℃，时间18～20分钟。在压力相同的情况下，温度愈高，压制时间愈短。

稻壳板一般以脲醛树脂或酚醛树脂作为胶粘剂。使用树脂的主要优点是不需用任何催化剂，而且制成的板材使用寿命长，耐贮性好。胶粘剂的性能直接影响到板材质量，而其成本又占稻壳板的—半以上，因此选择和制备性能好、价格又低廉的胶粘剂很重要。目前，国外大多采用酚醛树脂作胶粘剂。

此外，也可用无机物作黏结剂。若用100克稻壳与一个含20克硅藻土、60克硅酸钠、10克氧化锌和5克黄麻纤维的混合物混合，然后装入模具进行热压，也可以获得具一定强度的板材。

（2）制水泥。取稻壳灰50%～90%、石灰或熟石灰10%～15%进行混合加工，可以制成比表面积大于1 000平方厘米/克的水泥。

值得一提的是，将稻壳灰掺入水泥中后，可以大大改善水泥的性能，主要表现在水泥的早期强度提高，并有很好的抗压强度。含70%稻壳灰的水泥强度同标准水泥基本相同，含有50%稻壳灰和30%稻壳灰的水泥的强度都比标准水泥高得多。含稻壳灰30%的水泥，其3天、7天和12天的抗压强度要比标准水泥高出40%，90天的强度要高出30%。

此外，稻壳灰水泥在酸碱环境中具有良好的耐久性。普通波特兰水泥含60%～65%的氧化钙，水化后生成25%左右的游离氢氧化钙，显然它不能抵抗酸碱的侵蚀。而掺有稻壳灰的水泥与其形成鲜明的对照，仅含氧化钙20%～40%，水化以后几乎不含游离氢氧化钙。将普通波特兰水泥试块和含35%稻壳灰的波特兰水泥试块，分别浸在5%的盐酸和硫酸溶液内存放1 500小时。在5%盐酸溶液中，普通波特兰水泥质量损失35%，而稻壳灰波特兰水泥仅损失8%；在5%硫酸溶液中，普通波特兰水泥损失27%，而稻壳灰波特兰水泥仅损失13%。

（3）制砖。在制砖泥土中加入适量的稻壳粉，制作的砖坯容易干燥，而且在焙烧过程中很少产生裂纹。这种砖比一般砖质量轻，具有很高的硬度和抗冲击性能。

国外已研究出几种利用稻壳制作耐火砖的新方法。其中，印度是用15%～20%黏土与稻壳灰掺和，在球磨机中磨细，再添加1%～2%聚乙烯醇乳液，浇注成形，置于120℃下烘干24小时。然后以每小时50℃的升温速率，将坯加热至1 100～1 175℃，保持12～24小时，冷却后即为绝热耐火砖成品。日本的制法是：把耐火黏土、密胺树脂、磷酸铝和稻壳粉放在坯模里，然后置于170～180℃和15兆帕压力下热压制成。