稻壳灰资源化综合利用及组成结构分析

摘要：挖掘稻壳灰的潜在的利用价值，提高稻壳灰的利用率，对保护环境和发展绿色经济至关重要。本文总结稻壳灰在不同领域的应用，通过文献引证分析稻壳灰的化学组成和微观组成结构，并简单论述了稻壳灰的在未来社会发展中的应用前景。

关键词：稻壳灰；微观结构；二氧化硅；绿色经济

水稻在中国每年生产量为2.0亿吨左右，稻壳占其中百分之二十左右。绝大多数的稻壳灰处理方式为堆放在農田，自然状态下难以腐烂，一般的处理方法是将稻壳焚烧当作肥料或排放到水沟，造成空气、土地和水的污染。稻壳灰中主要含有木质素、纤维素和SiO2以及少量的脂肪和蛋白质，其中SiO2含量在80%以上，其主要化学成分见下表。

本文通过总结稻壳灰在不同领域的应用，分析稻壳灰的化学组成和微观结构，并简单论述了稻壳灰的在未来社会发展中的应用前景。

1稻壳灰的应用

国内外许多学者花费大量精力研究稻壳灰中的硅在新能源领域、农业领域、建材领域和化工领域等方面的综合利用，[3]并取得了巨大的进展，如图1。

在环保领域的应用：①制备去污剂——去污粉：将加工研磨后的稻壳灰、四硼酸钠，、三聚磷酸钠等按比例搅拌均匀研磨制成；②利用稻壳灰的多孔特性及吸附作用制备吸附剂；③制备的环保餐具，具有安全无毒、快速降解等优点。

在农业领域的应用：①制作苗床实现无土栽培，批量生产幼苗；②作为改良剂，增加土壤的透气性和疏松性，改善其酸碱性；③稻壳灰与其他有机物混合可作食用菌的培养基。

在建材领域的应用：①以稻壳灰及石灰为原料可以制成防结块防潮的黑色稻壳灰水泥；②将稻壳灰与水泥、树脂均匀混合压制而成砖块或薄板，具有质量轻、强度高、耐火性好、良好的保温隔热性能等优点；③将稻壳灰制成混凝土活性掺合料，作为人造木板、涂料、保温材料。此外，稻壳灰在化工领域的也有相关应用，如制备水玻璃、氟硅酸钠及白炭黑等。

2稻壳灰的组成结构

关于稻壳灰的研究利用，主要是对稻壳灰中含量较高的硅的研究利用，其SiO2的微观结构主要与稻壳的燃烧时温度密切相关。

通过分析不同焚烧温度条件下生产的稻壳灰的XRD测试曲线图像，对稻壳灰的各组成成分的存在形态进行物相分析，表明无定形形态的SiO2含量与晶质态SiO2含量的比值随焚烧温度升高而变小，晶质态SiO2含量逐渐增加，多孔疏松状的结构逐渐消失。[1]

经过高精度的扫描电镜对稻壳灰的微观构造进行观察，发现一部分与稻壳原有的微观结构形态相似，而另一部分在外界作用下发生破碎，呈碎片化状态（图2a所示）。将稻壳灰表面继续放大，发现稻壳灰的结构表面棱角分明、沟壑排列紧密有序（图2b所示）。经X衍射发现其表面为致密膜状晶质二氧化硅，[2]因此，稻壳的原始微观结构经燃烧、热解等加工程序后并未得到改变，晶质状态SiO2完好保存在棱角沟壑中。

图2c和d显示稻壳灰的内部结构与外部之间存在一个夹层，在夹层中在几微米大小蜂窝状的孔洞。[3]此外，稻壳灰中还含有由凝胶状态的硅离子非致密排列、相互粘聚而构成的纳米级的孔隙。由于这些孔洞和孔隙共同作用，导致了稻壳灰拥有超高的比表面积（一般≥60000m2/Kg）。通过对低温焚烧稻壳灰的化学活性研究，发现稻壳灰在混凝土中具有超高的火山灰活性。[4]

3结语

倘若稻壳灰作为矿物掺合料能在新能源领域、农业领域、建材领域、化工领域等领域的应用并得到推广，必将对环境的保护和经济的可持久发展产生重要的意义。当然，作为一种新型绿色材料，需对稻壳灰的生产设备及生产工艺的深层次研究，研究稻壳灰影响机理，对保护环境和发展绿色经济至关重要。

参考文献：

[1]佘跃心，李锦柱，曹茂柏，等.稻壳灰及掺稻壳灰混凝土应用研究进展述评[J].混凝土，2016（6）：5762.

[2]张霄.稻壳灰混凝土的力学性能和耐久性研究[J].混凝土与水泥制品，2015（11）：9194.

[3]刘妍.稻壳灰资源化综合利用[D].吉林：吉林大学，2013.

[4]欧阳东，陈楷.低温焚烧稻壳灰的显微结构及其化学活性[J].硅酸盐学报，2003，31（11）：11211124.

作者简介：第一作者曾小平（1993），男，硕士，湖北随州人，主要从事边坡工程和道路工程无损检测与监测的研究。