稻壳富含硅元素,在稻壳组织中以非晶质二氧化硅植硅体微粒存在,占稻壳质量成分的15-22%。稻壳在燃烧过程中,二氧化硅不能挥发,稻壳灰富集二氧化硅质量成分50-80%,含量多少取决于燃烧温度和时间以至于残余炭的多少。将稻壳灰中的二氧化硅提取出来,用于生产白炭黑,杂质少,不含重金属和有害元素,可以用于食品、日用品和医药生产。尤其作为碳减排循环经济的绿色产品,受到国内外白炭黑用户的推崇和欢迎,市场价格比常规石英矿物质酸碱法生产的白炭黑要高出许多。
白炭黑是一种水合非晶无定型二氧化硅白色粉体,因其具有黑炭黑属性,俗称白炭黑。常用性价比较高的白炭黑就是沉淀白炭黑,它是以高纯石英砂或其它高纯二氧化硅为原料与纯碱高温反应制得硅酸钠并水溶为液体,再与无机酸在液相中反应,形成纳米级二氧化硅微粒,微粒经过可控的堆积成长,成为表面布满很多间隙孔洞的微米级二氧化硅颗粒。这种颗粒是非晶质无定型微粒体,孔洞直径2-5nm,具有较大的孔容和颗粒比表面积,以及较高的吸油值,能够吸附橡胶等高分子材料结合为一体,对橡胶和塑料高分子材料起到补强作用。其优良的表面活性、补强性、触变性、分散性、增稠性、吸附性、电绝缘性、透明性和消光性,使其在橡胶制品、塑料、牙膏、制药、化妆品、造纸、油墨、涂料、玻璃等行业中有着广泛的应用。白炭黑是由石英砂(晶体二氧化硅)加工而成的,石英砂并不值钱,每吨也就200-300元,加工成叫做白炭黑的二氧化硅,价值就翻了30多倍,生产过程的成本投入可想而知,其中主要成本就是燃料,占到生产成本的三分之二以上。如果利用稻壳作为燃料,相较于天然气燃料,具有明显的成本优势。比较如下:
(1)以石英砂为起始原料生产白炭黑:每吨白炭黑消耗热能976万大卡,包括固体水玻璃烧制、水玻璃溶解、中和反应、白炭黑干燥和废水蒸发回用所有工序的用热。采用天然气燃料,按热值8500大卡/m3,价格按3.6元/m3,每吨白炭黑燃料成本达到4133.6元。
(2)以稻壳为原料生产白炭黑,既是原料,又是燃料:每吨白炭黑消耗热能790万大卡,包括稻壳灰脱硅生产水玻璃、中和反应、白炭黑干燥和废水蒸发回用所有工序的用热。相较于常规做法,不需要能耗较高的固体水玻璃烧制工序,整体耗能每吨白炭黑会减少186万大卡。生产过程以稻壳作为燃料烧蒸汽锅炉和干燥用热风炉,按稻壳燃烧实际利用热值2080大卡/kg,价格580元/吨,每吨白炭黑需要燃烧3.8吨稻壳的热量,每吨白炭黑燃料成本是2204元,有明显的成本优势。
(3)热能和产能平衡:按稻壳的二氧化硅计算,生产1吨白炭黑需要5.6吨稻壳;按热量需求,生产1吨白炭黑需要3.8吨稻壳的热量,加上5.6吨稻壳产出的0.42吨稻壳活性炭的干燥耗热60万大卡,工厂联合生产1吨白炭黑总热耗需要4.5吨稻壳的热量。工厂使用5.6吨稻壳,可以富余2吨蒸汽外供销售。
(4)综合成本比较:以石英砂为原料,以天然气为燃料,工艺废水用蒸汽多效蒸发回用,生产1吨白炭黑工艺消耗成本大约5900元;以稻壳为原料和燃料,工艺废水也是采用蒸汽多效蒸发回用,生产1吨白炭黑按需要5.6吨稻壳计算,工艺消耗成本大约5000元,成本是比较低的。尤其还会副产0.42吨活性炭,价值1300元以上;还能富余2吨蒸汽,价值360元。由此看出,使用稻壳生产白炭黑的综合经济效益是比较好的。