Рисовая шелуха является многотоннажным отходом во всех странах, производящих рис, и ее утилизация до сих пор остается нерешенной проблемой. Наличие в рисовой шелухе значительного количества неорганических примесей не позволяет утилизировать ее по традиционной для сельскохозяйственных отходов технологии компостирования. При сжигании шелухи можно получить энергию, но те же примеси, представляющие собой оксиды кальция и магния, препятствуют полному сгоранию и образуют в качестве отхода значительное количество золы. Именно наличие примесей остаточного углерода и оксидов кальция и магния не позволяет перерабатывать золу рисовой шелухи в чистый оксид кремния для получения востребованных силикатных продуктов, например, различных видов стекол. Ученые ПНИПУ предложили безотходную комплексную технологию утилизации золы рисовой шелухи с получением полезных материалов, которые можно применять в различных сферах, начиная от строительства и ремонта до защиты поверхностей от коррозии.
Статья опубликована в журнале «Construction and Geotechnics», том 15 №1, 2024 год. Исследование выполнено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
После производства риса остается большое количество шелухи, например, в Китае — до 40 млн тонн в год, поэтому вопрос ее утилизации крайне актуален. Она плохо подвергается естественному биологическому разложению и становится серьезным загрязнителем окружающей среды, накапливаясь в виде трудноразлагаемого отхода на полигонах. Отличительная особенность такой шелухи — высокая доля неорганических компонентов. Так, если в обычной древесине или в соломе содержится не более 5-7 масс.% неорганических примесей, то в рисовой шелухе их содержание доходит до 19-21 масс.%. Поэтому она не только плохо разлагается естественным путем, но и трудно горит, при этом сохраняет в золе высокую долю несгоревшего углерода. В результате, рисовая шелуха представляет собой аморфный диоксид кремния (аморфный кремнезем) с наличием примесей оксидов кальция и магния и несгоревшего углерода.
Складывается удивительно расточительная ситуация — аморфный оксид кремния из золы рисовой шелухи, который является ценным сырьем для ряда промышленных продуктов, утилизируется путем добавления в асфальтобетон вместо песка только по причине наличия в нем значительного количества примесей. Между тем природные минералы, состоящие из аморфного оксида кремния, например, трепел и диатомит, специально добывают сотнями тысяч тонн для извлечения того же аморфного оксида кремния. Ученые Пермского Политеха предложили заменить невозобновляемое природное сырье на возобновляемое.
Одним из важнейших промышленных продуктов, получаемых из природных кремнеземных минералов, — жидкое стекло (силикатный клей). Его активно используют при изготовлении жаропрочных и кислотостойких материалов, лакокрасочных и декоративных покрытий для защиты от коррозии и во многих других областях. Именно жидкое стекло и может быть получено по предложенной учеными технологии из золы рисовой шелухи в качестве основного продукта. А примеси в ходе технологических операций отделяются и преобразуются в другой ценный продукт — гранулированное пеностекло, которое применяют в качестве теплоизоляционной прослойки в объектах жилого, коммерческого и промышленного строительства. Углерод же, присутствовавший в золе рисовой шелухи, тоже используется в технологии, но только для образования газов, которые и вспенивают изнутри стекло при производстве пеностекла.
— Можно сравнить показатель годового производства золы с добычей минерального аналога — диатомита, который является ценным ископаемым сырьем, и горнодобывающие компании несут большие затраты на его добычу. В то время как зола из рисовой шелухи считается бесполезным отходом. Мы предлагаем рассматривать ее как ценный ресурс оксида кремния, который в отличие от аналога является возобновляемым. Поэтому нужно ориентироваться не на уничтожение золы рисовой шелухи, а на полное использование всех ее компонентов и получение востребованных продуктов, — поделился доктор технических наук, заведующий кафедрой «Строительное производство и геотехника» ПНИПУ Вадим Офрихтер.
Утилизация золы рисовой шелухи для производства продукции с высокой добавочной стоимостью затруднена из-за наличия в ней примесей — оксидов и углерода. Выделение этих примесей неизбежно требует высоких эксплуатационных затрат. Ученые ПНИПУ предложили другое решение, при котором углерод удаляется путем окисления. Получается чистое жидкое стекло, а оксиды магния и кальция отделяются не в виде отходов, а в виде ценного продукта — гранулированного вспененного стекла. Их можно применять для теплоизоляции, для изготовления легких техногенных грунтов и как заполнитель в композиционных материалах.
Такой способ переработки будет комплексным и эффективным решением экологической проблемы утилизации отходов производства риса.