| 草木灰浸取提鉀研究 摘 要 草木灰富含元素鉀,，提取其中的鉀元素作為鉀肥使用，可以有效減少我國(guó)鉀 肥進(jìn)口數(shù)量,。伴隨著鯉前秩稈發(fā)電廠的興建,，提取秸稈燃燒后草木灰中豐富的生 物鉀資源受到越來越廣泛的重視。 本課題開展蘋木灰浸取試驗(yàn)研究,，對(duì)浸取革木灰提取鉀索的工藝條件進(jìn)行探 討,，研究工藝條件（浸取時(shí)間、浸取溫度,、草木灰粒徑等因素）對(duì)鉀素提取率的 影響,，優(yōu)化浸取參數(shù)，提高提鉀取率,。 試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)攪拌轉(zhuǎn)速,，草木灰粒徑，灰水質(zhì)量比及浸取溫度等對(duì)鉀的浸取率及 浸取速度有明顯影響,。加大攪拌轉(zhuǎn)速能強(qiáng)化外擴(kuò)散加快Ｋ＋浸出速率,，當(dāng)轉(zhuǎn)速高于 ５００ｒ／ｍｉｎ時(shí)，浸取過程符合Ａｖｒａｍｉ模型,，浸取的表觀活化能約為１０．０４ｋＪ／ｍｏｌ,，外 擴(kuò)敖影響不明顯，浸取過程為內(nèi)擴(kuò)數(shù)控制,?；宜|(zhì)量比越小Ｋ＋浸出速率越快,，浸 取率越高,，Ｋ＋相對(duì)損失少，但是浸取液Ｋ＋濃度降低,。浸取溫度越高,，浸取粒徑 越小，Ｃ浸出速率越快,，浸取率越惠,。 對(duì)主要影響因素進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，各因素對(duì)提鉀率影響的顯著程度順序?yàn)椋簲?拌轉(zhuǎn)速＞草木灰粒徑＞浸取溫度＞浸取時(shí)間＞灰水質(zhì)量比,；優(yōu)化工藝條件為浸取時(shí) 間６０ｍｉｎ,，攪拌轉(zhuǎn)速４００ｒ／ｍｉｎ，草木灰粒徑５０謠以下,，浸取湓度進(jìn)一步提高至８ ９９℃及１：２的灰水質(zhì)量下,，三次浸取提鉀率達(dá)到９３．８２％，浸取液鉀素的濃度為 ３．９４％（以Ｋ２０計(jì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)）,。 用海水作為浸取荊時(shí),，浸取液中ＫＣｌ含量增加，Ｋ２Ｃ０３含量減少,，Ｋ２Ｓ０４含量 不變,，與淡水做浸取剡相比經(jīng)濟(jì)效益降低，且鈉鹽的引入會(huì)增加三種鉀鹽的分離 難度,。 關(guān)鍵詞：秸稈革本灰浸取生物鉀 獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人聲翳所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)舜指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工侔和取得翡 磺究成果,，除了文中特別加以標(biāo)注和數(shù)謝之處外，論文中不包含其他入已經(jīng)發(fā)表 或撰寫過的研究成果,，也不包含為獲得吞鎏盤鱟或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證 書ｉ西使用過的材料,。與我一同工作的同志對(duì)本研究所徽的任何貢獻(xiàn)均已在論文中 作了爨確的說嘲并表示了謝意。 學(xué)位論文作者簽名,。蠲京舷簽字網(wǎng)期： 加７年∥月ｆ ７岡 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)使論文作者完全了解基壅塞壁鴦關(guān)保留,、搜用學(xué)位論文的規(guī)定。 特授權(quán)叁鲞蠢堂．可以將學(xué)位論文的全部或部分蠹容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)彳亍檢 索,，并采用影印,、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編以供查閱和借閱,。同意學(xué)校 向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤,。 （保密酶學(xué)位論文在解密薏適用本授校說臻） 學(xué)位論文攤者簽名；娟雛感 簽字掰期：細(xì)７年否刖７日 ＝第纛 簽字日期,；鐘矽月,，／日 ｜｜ 落言 能源是社會(huì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ),。一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、人民生活水平的提 高都要襖賴足夠的能源傺障,。囊本世紀(jì)７０年代以來,，隧際上出現(xiàn)了幾次熊源危 機(jī)，以及疑近的石油價(jià)格上漲現(xiàn)象,，都表明了社會(huì)的發(fā)展與能源的發(fā)展出現(xiàn)了某 種不協(xié)調(diào),，究其原因是石油是一種不可再生能源，它的蘊(yùn)藏量有限,。據(jù)專家預(yù)測(cè),， 鏈球上蘊(yùn)藏熬石油將在３０＂－＇４０年默國(guó)耗盡。瓣外,，可開發(fā)剩震豹煤炭資源也將 在２００年內(nèi)耗盡,，而天然氣按儲(chǔ)采比也只能用鰳年，因此能源短缺闋題將長(zhǎng)期 成菇困擾入糞毒±會(huì)發(fā)展斡主要鷴題之一,。 在此背景下,，生物質(zhì)能作為惟一可儲(chǔ)存和Ｗ運(yùn)輸?shù)溺嬖偕茉矗咝мD(zhuǎn)換 和潔凈利髑墨益受翻全世界的重視,。生物質(zhì)通過光合俸瘸以生物形態(tài)儲(chǔ)存太陽(yáng) 能,，作為燃料的利用已有十分悠久的歷史，是入類最古老的生活能源之一,，它可 使人類擺脫對(duì)儲(chǔ)量有限的化石燃料的依賴,。同時(shí)使用這類燃料也可減少溫室氣體 的攤敖，對(duì)大氣環(huán)境戇影響綴小,，面艇由生物質(zhì)轉(zhuǎn)化面來的燃料瀧較干凈,，饅溺 過程有利予環(huán)境保護(hù)。 我鬣是農(nóng)避大毽,，每年宥大量生物覆廢棄褥≤主要為農(nóng)作物鶼稈）產(chǎn)生,，但 這些資源至今未被充分秘篇，且常因就地焚燒蕊污染環(huán)境,。隨著農(nóng)樹經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,， 這已成為～個(gè)全圜性的瓣題。我國(guó)敢麝十分重視生物質(zhì)發(fā)電等可再生畿源產(chǎn)她酶 發(fā)展,， 《可再生能源法》在法律上鶚確了閨家大力發(fā)展生耪質(zhì)發(fā)電靜總體要求,。 我國(guó)首座生物質(zhì)能發(fā)電廠——國(guó)能單熟生物發(fā)電項(xiàng)目已于２００６年底正式投產(chǎn)發(fā) 電。隨著黧家關(guān)于生物發(fā)電翁一系烈政策出臺(tái),，罄裁已經(jīng)有不少投瓷主體進(jìn)入了 生物發(fā)電行業(yè),，紛紛對(duì)這一行業(yè)表示出了濃厚必趣和參與熱情。全國(guó)共有超過３ ０個(gè)生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)霉已經(jīng)獲得政府核準(zhǔn),，今年年底將會(huì)有部分項(xiàng)隧建成投產(chǎn),。 農(nóng)佟物秸孝于中含有豐富的镩資源,，一直以來都得不劉充分的稠角。造成這一 情況的主要原因是農(nóng)作物秸軒來源分散,、體積龐大,、不易收集，單純?yōu)榱颂崛〗?稈中靜鏵素齄理戒本高,，植物镩獒開發(fā)剩薅仍處于空自狀態(tài)。秸稽燃燒發(fā)電斡興 起有效的解決了原料收集這一閼題,，從秸稈燃燒發(fā)電后得到的草木灰書提取铘素 與其它提镩方式相比,，吳寄生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、成本低,、對(duì)環(huán)境無污染等優(yōu)點(diǎn),。河北 省某一即將建成的年發(fā)電量為２×１２ＭＷ的生物質(zhì)發(fā)電廠預(yù)計(jì)每年將產(chǎn)生１４０００ 多噸的高含鉀量（超過２０％）的草本獲，如果能將其有效的提取磁寐麓年產(chǎn)５０００ 多噸的各種高檔鉀籍,，帶來臣大的經(jīng)濟(jì)效益翡麗時(shí)還能緩解我鱟鉀肥進(jìn)口壓力,。 第一章文獻(xiàn)綜述 第一章文獻(xiàn)綜述 １．１我國(guó)鉀資源及其利用概況 １．１．１鉀資源簡(jiǎn)介 鉀是作物生長(zhǎng)需要的大量元素之一，也是土壤中常因供應(yīng)不足而影響作物產(chǎn) 量的一個(gè)重要元素,。目前世界上一般是從可溶性鉀礦石中提取鉀或直接以鉀鹽礦 物為原料制造鉀肥,，鉀肥是農(nóng)業(yè)中不可缺少的常用三大肥料之一。地殼上含鉀資 源基本可分三類【１１：（１）可溶性鉀鹽礦,，主要是氯化物,、硫酸鹽和它們的復(fù)鹽，還 有少量磷酸鹽,，它們都能溶于水,，如鈍磊鹽、光虐石,、鉀鹽鎂礬以及它們的混合 礦：（２）海水纛鹽湖鹵：（３）不溶性含鉀礦物巖石,，包括硫酸鹽礦物和硅酸鹽礦物兩 類，明礬石,、雜鹵石Ｊ｜ｉ囂前一類：鉀長(zhǎng)石,、霞石、伊利石等則屬藤一類,。鉀在土壤 中的賦存形式通常有三種,，即水溶性鉀、代換性鉀和含鉀礦物【羽,。 世界上的鉀主要來源于可溶性鉀鹽礦床,。全世界鉀鹽礦床儲(chǔ)量豐富，據(jù)美國(guó) 地質(zhì)調(diào)查局統(tǒng)計(jì),，２００２年世界鉀鹽資源總量已達(dá)２５００億ｔ（以Ｋ：０計(jì),，下同）,，其 中探明儲(chǔ)量超過８３億ｔ，靜態(tài)可保證３００年左右,，基礎(chǔ)儲(chǔ)量１７０億ｔ可保證６００年 左右,。但分布極不平衡,，主要分布在加拿大,、法國(guó),、德國(guó),、前蘇聯(lián),、美國(guó)等國(guó)家 和地區(qū),，占世界探明儲(chǔ)量的９２％以上,，而且產(chǎn)量大,，質(zhì)量?jī)?yōu),。按儲(chǔ)量,，加拿大位 居第ｌ，俄羅斯位居第２,，自俄羅疑位居第３,。礦床類型主要是海相鹽類沉積礦 床，主要鉀鹽成礦時(shí)代為寒武紀(jì),、泥盆紀(jì),、二疊紀(jì)秘第３紀(jì)。２００２年世界鉀 鹽儲(chǔ)量和基礎(chǔ)儲(chǔ)量見表１－１,。面大多數(shù)發(fā)展中國(guó)家霹地送,，如拉丁美洲、亞洲等 地,，鋅鹽儲(chǔ)量很少,，根本滿足不了需求ｐ４１,。 全球鉀鹽產(chǎn)品的６％用作工業(yè)原料,，如用于洗滌劑、醫(yī)藥,、印刷,、玻璃、陶 瓷,、建筑材料,、電視顯像管等工業(yè)中，其余的９５％應(yīng)用于農(nóng)肥,，鉀肥對(duì)農(nóng)作物 的主要作用是平衡氮,、磷和其它營(yíng)養(yǎng)元素，可促進(jìn)植物蛋白質(zhì)和碳水化合物的形 成，調(diào)節(jié)植物的官能作用以達(dá)到發(fā)展根系,，強(qiáng)壯枝干,，提高抗旱和抗寒能力；改 善作物的質(zhì)量,，使作物增產(chǎn),。結(jié)合土壤、氣候條件和作物種類,，按比例施用氮磷 鉀肥,，對(duì)提高農(nóng)作物單位面積的產(chǎn)量是非常重要的。通常按Ｎ,，Ｐ２０ｓ,，ＫｚＯ來計(jì)算 化肥中的有效組分含量，目前我國(guó)的施肥比例（Ｎ：Ｐ：０,。：Ｋ２０）大約是ｌ：Ｏ．２８： 第一章文獻(xiàn)綜述 ０．１,。而同期世界的比例是ｌ：０．４７：０．４,，可見我國(guó)的鉀肥施用比例明顯偏低,， 這充分說嚷了我黧對(duì)鉀肥的需求量邇綴大。 襲１－１世界主要國(guó)家鉀資源儲(chǔ)量情況 萬ｔＫ２０ 國(guó)家 儲(chǔ)量 基磁儲(chǔ)爨 國(guó)家 儲(chǔ)量 基礎(chǔ)儲(chǔ)量 １．１,。２我國(guó)鉀資源概況 我闌從２０擻紀(jì)５０年代中期開始部署鉀鹽礦找礦工作,，截至２００２年底，我 國(guó)已探明的可溶性鉀鹽礦產(chǎn)地４０處,，其中大型６處,，分布在青海、新疆,、西藏,、 云南、灝東,、甘肅等省區(qū),，僳有氯化鉀查驥資源儲(chǔ)量８。６６億ｔ,，其中儲(chǔ)量１３ ５６７ 萬ｔ,，基礎(chǔ)儲(chǔ)量２７５４３萬≮，資源量５９０２２萬ｔ,。據(jù)圈家非金屬礦產(chǎn)供需形勢(shì)報(bào) 告新述,，鍛釜是中蠶最巍緊缺鶼五種礦產(chǎn)資源之一＜鉻、鏈,、鐵,、鉀鹽、金剿石 等），目前已探明的鉀鹽儲(chǔ)量?jī)x占世界儲(chǔ)量瓣２．懿左右,，這導(dǎo)致我露氮,、磷、 鉀盼施肥眈倒嚴(yán)重失調(diào),。 我國(guó)可溶性镩礦資源不僅儲(chǔ)量少,，而且分布極不平衡。已搛嘲儲(chǔ)量可供開采 者并不多,，且多集中分布在西北和話南邊遠(yuǎn)省區(qū),，遠(yuǎn)離我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)，交通 不便,，氣候臻境惡劣,，蠢前溻贍大規(guī)模開發(fā)利用。稠對(duì)來說,，難溶往舞礦資源卻 比較豐富,，探明的難溶性鉀資源儲(chǔ)量超過１００億ｔ，而且多分布在我圖中部和東 部農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū),。我國(guó)贊鉀鹽品位低,，共伴生縫分多。蠹水鉀礦一般含氯化鉀１０’．－ ２０９／Ｌ,，第４紀(jì)以翦的固體鉀鹽含氯化鉀５％一－－１０％,，鉀鹽一般與鈉鹽共生，鹽湖 舞鹽共伴生的鎂,、硼,、鍰、碘,、銣,、銫、芒硝等元素或礦產(chǎn)可供綜合利用,。我國(guó) 鉀礦戩鹵水镩礦為主,，霾缽鉀鹽少，與崔賽鉀鹽穗反,，我善鹵水鐔礦占總量靜 ９８％以上,，固體镩鹽僅占２Ｉ》６左右。礦床類型戳現(xiàn)代鹽湖型為主,。擻界鉀資源９８％ 產(chǎn)于第蓮紀(jì)瀲裁鼷體鉀礦床,，麗我黧镩鹽礦床主要是第４紀(jì)內(nèi)障鹽潮型礦床。我 國(guó)鉀資源成礦條件較差,，近期內(nèi)再找到大型鉀鹽礦床的可能性不大,。 第一寰文獻(xiàn)練述 我因可溶性鉀礦資源匱乏,，儲(chǔ)爨巨大的難溶性鉀礦贅源的難以開發(fā)，制約著 我國(guó)鐔羹藝工業(yè)的大規(guī)模發(fā)展,，舞繪率裰低,，滿不足濺，這與鶯際鐨腮市場(chǎng)長(zhǎng)期 供應(yīng)過剩,，形成了鮮明的對(duì)比,。目前我國(guó)鉀肥品種——氯化鉀大多靠進(jìn)口，硫酸 鉀及磷酸鉀也有部分進(jìn)口,，鉀照進(jìn)麓量年平均５００－＇－－６００萬ｔ,，年用匯約必？～８ 億美元,。 近年來我國(guó)鉀肥消費(fèi)爨增長(zhǎng)很快,，１９９６年到２００３年聞年增長(zhǎng)率近９．錢， ２００３年鉀懲翁漕費(fèi)量熹達(dá)４６５１３萬噸囂茹,，約占避賽镩耱生產(chǎn)量的１７％,。２００３年 我函鉀肥的生產(chǎn)薰僅有６２１５萬噸Ｋ。０,，僅占當(dāng)年國(guó)內(nèi)消費(fèi)量的１３—１４％,，其余絕 大部分铘艴需要遘疊。避弱鉀肥量從１９９６年的２６６萬噸ＫｅＯ快速增長(zhǎng)越２００３ 年４２４萬噸Ｋ：０,，７年年均增長(zhǎng)率為６．９％,，２００６年中國(guó)鉀肥消費(fèi)萱為１０５０萬噸,。 從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看,，我圜鉀肥消費(fèi)量的增長(zhǎng)趨勢(shì)在未來幾十年將保持下去，預(yù)計(jì)到２０１０ 及２０２０年我蘧鉀鹽熬消費(fèi)量將分別達(dá)弱ｔ６００萬噸Ｋ,。０及１８００萬噸Ｌｏ,，屆時(shí)，如 果大量的鉀肥供威依然依賴國(guó)際市場(chǎng),，我國(guó)將承擔(dān)巨大的貿(mào)易風(fēng)險(xiǎn),。一旦出現(xiàn)大 靛價(jià)格波動(dòng)或極端事｛孛，將給我蠶農(nóng)業(yè)發(fā)晨帶來嚴(yán)重影響,。同時(shí)將篷大鮑鉀聰市 場(chǎng)讓給外函企監(jiān),，對(duì)我溺經(jīng)濟(jì)發(fā)展也是一種損失。 因此,，尋求其它類型的鐔贅源莠加以開發(fā)利爆對(duì)于緩解鉀照進(jìn)墨壓力,、節(jié)約 外匯，保證我國(guó)農(nóng)業(yè)的持續(xù),、穩(wěn)定發(fā)展是很有必要的ｆ４’剽,。 羔．１．３我國(guó)生物鉀資源利用 生物鉀資源的利用是搬具有吸鉀力強(qiáng)，耐貧鉀環(huán)境（土壤和水域），高鉀含 量辮植物或秸稈豹剩翔,。生物鉀囂來源十分廣泛,，鴦栽培熬、野生靜,、求生鯰翱 作物秸稈等,，合理加以開發(fā)利用，對(duì)于補(bǔ)充±壤鉀素,，緩解±壤鉀素的耗竭將起 重簧佟用嘲,。 多年來研究表明農(nóng)作物秸稈中含有豐富的鉀資源，而且我囂具有豐富豹秸稈 資源,，年產(chǎn)量可達(dá)到７億多噸,，但是秸稈中豐富的鉀資源卻長(zhǎng)期以來沒有得到經(jīng) 濟(jì)合理的開發(fā)利用，其利藤效率幫質(zhì)量都不盡入意,。對(duì)秸蓊的利耀大多還停留 在日常生活燃料,、直接還田以及用作牲畜飼料等傳統(tǒng)途徑，其利用率還不足４０％,， 秸稈的進(jìn)一步開發(fā)應(yīng)該引起足夠的鬟視吃 通過分析國(guó)內(nèi)已有的生物質(zhì)原料＿殲發(fā)利用技術(shù)現(xiàn)狀,，現(xiàn)有的生物鉀資源開發(fā) 利用技術(shù)經(jīng)濟(jì)不過關(guān)的主要原因是受到原料的限制：植物類生物質(zhì)尤其是秸稈， 雖然價(jià)格低廉,，鍵高度分教顯體積龐大,，大規(guī)模收集、處理十分不曩（梵其在孛 國(guó)）,。 第一章文獻(xiàn)綜述 １．２秸稈及其燃燒發(fā)電技術(shù) １．２,。ｌ秸耔組成特點(diǎn)。 秸拳于（ｓｔｒａｗ）是指農(nóng)作物籽實(shí)收獲以后的莖稈桔汁部分,，分禾本科期豆科 兩大類,。前者包括玉米秸、稻草,、愛秸,、高粱牯、粟秸,、燕麥秸等,。后者包括大 豆秸、蠶豆秸與草籽秸闡,。 秸稈作為農(nóng)副產(chǎn)品,，是一種有用的資源。秸稈孛宥槐威含量平均為１５％,， 平均含碳燕４４,。２２％,、氮０。６２％,、磷０,。２５％、鐔王,。４４％,，還含奄鎂、鈣,、硫及 其他重要的微量元素,，這些都是農(nóng)作物生長(zhǎng)必需的營(yíng)養(yǎng)元素。秸稈中含有的碳水 化含物,、蛋自質(zhì),、脂肪、木質(zhì)素,、醇類,、醛、酮耩有機(jī)酸等,，大都可被微生物分 解利用,，經(jīng)過處理后可瀲加工成飼料供動(dòng)物食用。 從作物秸稈的營(yíng)養(yǎng)特點(diǎn)分析,，其鬣白質(zhì),、可溶性碳水化合物、礦物質(zhì)和胡蘿 ｝,、素含量低,，甄粗纖維含量高，秸稈綴胞壁中緩維素,、半纖維素和本質(zhì)素緊密結(jié) 合在一起,。 從組成上看,，秸稈與紡織纖維欄類似,，但其粗纖維含量較高，密度小于黏膠 纖維,，堆積密度和覯裂強(qiáng)度較奪,；麗囊身含有大量韻空隙，吸濕潮潮率大予棉纖 維,，灰分含量較大,。天然狀態(tài)下的禚稈由粗纖維、纖維索,、半纖維素,、木蕨素,、 及部分蛋鑫震、萊膠矮等組成,，隧生長(zhǎng)選送不網(wǎng),，萁組分與含量賽有所不閹＜蠡 表１－２、裘１－３所示網(wǎng)）,。 表ｌ－２幾種秸－稈翡維成（千萋蕊） ? 嬰,！竺！：蘭竺２翌２：坦竺２蘭１２翌,！壹墼：竺班,！堅(jiān)型！業(yè)堅(jiān)熊,！絲Ｌ 秸稈種類秸稈：糧食粗纖維 灰分 果膠質(zhì) 木質(zhì)素 纖維素半纖維素 表ｌ,。３主要作物秸稈營(yíng)養(yǎng)成分（于重／％） Ｔａｂｌｅｌ一３Ｎｕｔｒｉｅｎｔ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆｍａｉｎ ｃｒｏｐｓｔｒａｗ（ｄｒｙｗｅｉｇｈｔ嬲） 第章文獻(xiàn)綜述 由表卜２、表卜３可知．不同作物的有機(jī)質(zhì)成分基本相似．但其中的化學(xué)組 成和營(yíng)養(yǎng)成分有所不同．在后續(xù)的利用中麻根據(jù)各自性質(zhì)和組成加以區(qū)別,。 １ ２２秸稈資源及其和ｌ用情況 １９５０—１９７２年期間,，全世界的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)咀每年２８５％的速度增Ｋ，而其后的 ｌｏ年（１９７２～１９８１年）中,，世界農(nóng)業(yè)增長(zhǎng)的速度卻降為每年２３５％,。而世界人口 仍在迅速增蠔，２０００年達(dá)到６１億,。人口的增長(zhǎng)要求有更多的食物供給,，加大了 對(duì)自然環(huán)境的壓力。人類為了增加食物牛產(chǎn),，更多地使用機(jī)器,、化肥、農(nóng)藥等,， 最終增加了單位耕地面積上礦物能的投入,。雖然糧食產(chǎn)量明顯提高，但能量轉(zhuǎn)化 食物的效率卻顯著降低,。而在人類千方百計(jì)增加糧食生產(chǎn)的同時(shí)．卻又有許多可 以轉(zhuǎn)化成人類食物的東西沒有得到應(yīng)有的利用而放丟棄了,。據(jù)估計(jì)．每年地球上 由光合作用牛產(chǎn)的生物質(zhì)約１５００億ｔ。其中１１％（約１００億ｔ）是由耕地或草原 產(chǎn)生的,，可作人類的食物或動(dòng)物的飼料部分約占其中的１／４（約為４０億ｔ）,，也就 是說７５％為廢棄物。在４０億ｔ的產(chǎn)品中,，經(jīng)過加工最后供人類直接食用的大約 僅為３ ６億ｔ,。而每年生產(chǎn)的廢棄物（包括收獲和加工過程中的）約為１３５億ｔ， 有持開發(fā)利用,。 小麥．２ｌＩ 圖１．１我國(guó)秸稈資源種類分布 第～章文獻(xiàn)綜述 Ｆ逗１－１ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｓｔｒａｗ ｓｐｅｃｉｅｓ ｉｎｃｈｉｎａ 據(jù)聯(lián)岱國(guó)環(huán)境規(guī)劃署（ＵＮＩＥＰ）報(bào)道,，世界上種植的各種谷物每年可提供秸稈 １７億ｔ,，其中大韶分未加工剃用。我國(guó)的各類農(nóng)俸物秸稈資源十分豐富,，總產(chǎn)量 達(dá),？?jī)|多ｔ，絞占植物生物蒺資源總量豹４７％,，是各類植物生物囊瓷源孛數(shù)量最 為龐大的～類,，預(yù)計(jì)到２０１０年將達(dá)到７．２６億噸，相當(dāng)予５億噸標(biāo)準(zhǔn)煤,，其種類 分布如圖１－１所示,。一般情況下，作物秸稈中碳占絕大部分,，生要糧食俸物水稻,、 小麥、玉米等秸耔的含碳量約占４０％黻土,。其次雋鉀,、硅、氮,、鈣,、鎂、磷,、 硫等元素,。秸稈的有橇成分以纖維素、半纖維素為主,，其次為本囊素,、蛋自矮、 氨基酸,、樹脂,、單寧等（表１－４及襲１－５）醅辨ｎｊ。 表ｌｏ凡種作物秸稈中的元素成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)／％） Ｔａｂｌｅ１－４ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆｓｏｍｅ ｃｒｏｐ ｓｔｒａｗ（ｍａｓｓ ｆｒａｃｔｉｏｎ一／墅,！ 表１－５幾種作物秸秤中豹有機(jī)成分（瀵量分?jǐn)?shù)／％） Ｔａｂｌｅｌ一＿Ｓ Ｏｒｇａｎｉｃｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｏｆｓｏｍｅ ｃｒｏｐ ｓｔｒａｗ（ｍａｓｓ ｆｒａ—ｃｔｉ—ｏｒｔ／％一三 糖稈年產(chǎn)量縫占生物震年產(chǎn)量的一半以上,，是巨大的可褥生姿源，然矮我隰 的秸稈利用率只占發(fā)達(dá)圜家利用率的３５％略婚】,。因此撼數(shù)量眨大的農(nóng)作物秸稈 規(guī)瀲開發(fā)利用,，變廢為寶，不僅可黻產(chǎn)生匡大靜經(jīng)濟(jì)效益,，還會(huì)收捌重要酶環(huán)境 效益和社會(huì)效益。 作為一種含多種組分的有機(jī)質(zhì),，秸稈的和用途徑有很多,，主要可以分為農(nóng)牧 業(yè)褐用,、麓源利堵、工監(jiān)化學(xué)品／生物鑭品及型材四個(gè)大方向,。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,， 能源需求墼急劇增大，因此糕稈耀作能源物質(zhì)是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外對(duì)包括秸稈在肉躲生 物質(zhì)利用的主要研究方向,，許多化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)及生物轉(zhuǎn)化技術(shù)均以此為髑的,。生 第一章文獻(xiàn)綜述 物質(zhì)能利用技術(shù)主要分兩大類：一是把生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為熱量或電力；＝是把生物質(zhì) 轉(zhuǎn)化為燃料,，如生物油,、氫等。 １．２．３生物質(zhì)發(fā)電技術(shù) 自１９７０年代石油危機(jī)以來,，生物質(zhì)能的開發(fā)利用受到了各國(guó)關(guān)注,。！以芬蘭 為例,，芬蘭本國(guó)沒有化石燃料資源,，因而生物質(zhì)發(fā)電量占本國(guó)發(fā)電量的１１％，屠 世界第一位,。１９８８年在丹麥誕生了世界上第一座秸稈生物燃燒發(fā)電廠,，如今已 有１３０家秸稈發(fā)電廠?？啃屡d替代能源,，丹麥由石油進(jìn)口國(guó)一躍成為石油出口國(guó)。 目前在丹麥,、荷蘭,、瑞典、芬蘭等歐洲國(guó)家,，利用植物秸稈作為燃料發(fā)電機(jī) 組已有３００多臺(tái),，社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益都很好。尤其是北歐等發(fā)達(dá)國(guó)家已擁有較為成 熟的生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù),，生物質(zhì)能發(fā)電量在發(fā)達(dá)國(guó)家的電力總量中所占比重逐年 上升,，其中瑞典的生物質(zhì)能源剩用率已占其能源消費(fèi)總量的１６％左右。生物質(zhì)發(fā) 電技術(shù)主要有秸稈氣化發(fā)電和直接燃燒后用蒸汽進(jìn)行發(fā)電兩種,。生物震氣化發(fā)電 是更潔凈的利用方式,，凡乎不攤放任何有害氣體。小規(guī)模的生物質(zhì)氣化發(fā)電己進(jìn) 入了商業(yè)示范階段,，比較適合于生物質(zhì)的分散利用,，投資較少，發(fā)電成本低于 Ｏ．５元／ｋＷ? ｈ【｜”,。大規(guī)模的生物質(zhì)氣化發(fā)電一般采用高效生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù) （ＩＧＣＣ）,，發(fā)電效率可達(dá)３２％,，發(fā)電成本可降低至０．３５元／ｋＷ．ｈ【翊。該技術(shù)在 美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家起步較早,，已有示范或商業(yè)裝置投入運(yùn)營(yíng),，并積累了相當(dāng)豐富的 經(jīng)驗(yàn)。盡管生物質(zhì)大規(guī)模氣化發(fā)電技術(shù)的成熟度已經(jīng)滿足商業(yè)化要求,，但是由于 投資較高,，在發(fā)達(dá)國(guó)家也尚未進(jìn)入實(shí)質(zhì)性的應(yīng)用階段。 生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電技術(shù)已基本成熟,，進(jìn)入推廣應(yīng)用階段,。耳前，直接燃燒 秸稈的先進(jìn)設(shè)備已投放帶場(chǎng),，生物質(zhì)供熱,、發(fā)電或熱電聯(lián)供已成為現(xiàn)實(shí)。丹麥 ＢＷＥ公司所研發(fā)生產(chǎn)的秸稈焚燒發(fā)電機(jī)組已在丹麥,、西班牙,、瑞典、德露等量 投產(chǎn)運(yùn)行多年,。舀前,，美國(guó)有３５０多座生物質(zhì)發(fā)電站，裝機(jī)容量達(dá)７０００ＭＷ提 供了大約６６０００個(gè)工作崗位,，預(yù)計(jì)Ｎ２０ｌＯ年美國(guó)生物質(zhì)發(fā)電將達(dá)到１３０００ＭＷ 裝機(jī)容量,。山東國(guó)能單縣生物發(fā)電有限公司作為我國(guó)第一批國(guó)家級(jí)的示范項(xiàng)圈秸 稈燃燒發(fā)電廠，成功引進(jìn)ＢＷＥ公詞秸稈發(fā)電技術(shù),，并于２００６年９月底建成發(fā) 電,，其規(guī)模達(dá)到了１．６萬千瓦時(shí)【１５】，在秸稈收購(gòu)方面,，每年可為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民帶來直 接現(xiàn)金收入達(dá)４０００多萬元,。圍繞燃料收、儲(chǔ),、運(yùn)等產(chǎn)業(yè)鏈條,，能夠直接吸納當(dāng)?shù)?農(nóng)村勞動(dòng)力１０００多人。與同類型火電機(jī)組相比,，每年可減排二氧化碳約ｌＯ萬噸,。 燃燒后產(chǎn)生的草木灰，每年可達(dá)８０００噸左右,，作為高品質(zhì)的鉀肥,，環(huán)保效益翻社 會(huì)效益突滋。生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電技術(shù)投資較高，大規(guī)模條件下效率也較高,，它 適用于生物質(zhì)數(shù)量巨大盛分布集中的地區(qū),。 預(yù)計(jì)至２０１０年,，國(guó)際上發(fā)達(dá)國(guó)家在推廣宣接燃燒發(fā)電的同時(shí),，將大力發(fā)展可 第～章文獻(xiàn)綜述 以進(jìn)入商業(yè)應(yīng)用的大型生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)，而生物質(zhì)制取液態(tài)運(yùn)輸燃料仍將處 于研發(fā)階段,；至２０３０年,，生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)將完全工業(yè)化，使得生物質(zhì)能與常規(guī)能 源可以進(jìn)行平等的競(jìng)爭(zhēng),，屆時(shí)生物質(zhì)能所占的比例將大幅度提高,，成為主要能源 之一；同時(shí)制取液體燃料技術(shù)也將逐步成熟,，部分進(jìn)入工業(yè)示范階段,；至２０５０ 年，生物質(zhì)發(fā)電個(gè)制備液體燃料技術(shù)因兼具資源,、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)多方西的優(yōu)勢(shì)面比 化石能源爨有更強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力,，生物瘊能因此成為綜合指標(biāo)優(yōu)子礦物燃料的能源品 種麗在能源結(jié)構(gòu)中占有主導(dǎo)地彼瑟羽。 １９９０年代以來,，我國(guó)中央和各地方政府出臺(tái)了一系歹｜ｊ法律法規(guī),，放不同層面， 采取不同措施來支持包括生物質(zhì)能利用的可再生能源的發(fā)展,?！峨娏Ψā贰ⅰ豆?jié)約 能源法》,、《大氣污染防治法》等法律中,，都作了有關(guān)鼓勵(lì)開發(fā)利用清潔能源，包 括可再生能源的原則規(guī)定,。 ２００６年上半年,，依據(jù)《可再生能源法》和《電力法》等有關(guān)法律法規(guī)，國(guó)家 相繼出臺(tái)了《可再生能源發(fā)電有關(guān)管理規(guī)定》,、《可再生能源發(fā)電價(jià)格與費(fèi)用分?jǐn)?管理試行辦法》和《關(guān)于可再生能源發(fā)展專項(xiàng)資金暫行管理辦法》,，明確了發(fā)電 企業(yè)和電瓣企業(yè)的責(zé)任和義務(wù)，給出了生物震發(fā)電的電價(jià)政策糯有關(guān)鼓勵(lì)措施,。 ２００６年６月和８月,，國(guó)家財(cái)政部和環(huán)保總局分別下發(fā)了《中央環(huán)境保護(hù)專項(xiàng)資金項(xiàng) 目申報(bào)指南》和《國(guó)家先進(jìn)污染治理技術(shù)示范名錄（第一批）》,，將生物質(zhì)直燃發(fā) 電技術(shù)作為秸稈資源化綜合利用的一種方式,，納入補(bǔ)貼范疇。同年９月，《國(guó)家鼓 勵(lì)的資源綜合利用認(rèn)定管理辦法》發(fā)布,，明確了以生物質(zhì)能為燃料的發(fā)電企業(yè)屬 于資源綜合利用范圍,。 根據(jù)國(guó)家對(duì)可再生能源發(fā)電的一系列優(yōu)惠政策，秸稈發(fā)電廠所發(fā)電量由電網(wǎng) 全額收購(gòu),；上網(wǎng)電價(jià)經(jīng)當(dāng)?shù)厥≌畠r(jià)格主管部門按現(xiàn)行電價(jià)政策提也上報(bào)國(guó)家發(fā) 展秘改革委員會(huì)核批,，一般在０。５０＂－＇０,。６０元／千瓦時(shí)左右,；進(jìn)口設(shè)備的關(guān)稅秘進(jìn)口 環(huán)節(jié)增值稅全免，同時(shí),，各地方省市還因地制宜地制定了其它蟄貼政鐿,。這些政 策的出臺(tái)為秸稈發(fā)電在農(nóng)村的推廣利用提供了有力的保障。 發(fā)展農(nóng)作物秸稈直燃發(fā)電,，不僅節(jié)能和環(huán)保效益顯著,，而且能夠成為我國(guó)最 大的支農(nóng)產(chǎn)業(yè)。有專家指出,，可供直燃發(fā)電的２億噸秸稈折合標(biāo)準(zhǔn)煤１億噸,。以秸 稈代替煤炭作為發(fā)電新能源，是我國(guó)生物質(zhì)能發(fā)電領(lǐng)域的重要突破,，是利用可再 生資源,、大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的重要嘗試，有利于經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式的轉(zhuǎn)變和農(nóng)村經(jīng)濟(jì) 的發(fā)展,。 根據(jù)我國(guó)目前的技術(shù)條件和社會(huì)需求情況,，應(yīng)首先在部分生物質(zhì)比較集中、 能源供應(yīng)比較緊張和昂貴的地區(qū)推進(jìn)成熟度高,、經(jīng)濟(jì)性較好的部分技術(shù)進(jìn)入工業(yè) 應(yīng)用,，婦生物質(zhì)離效直接燃燒技術(shù)、生物質(zhì)氣化技術(shù)等,，同時(shí)加大生物質(zhì)制取液 態(tài)運(yùn)輸燃料及氫氣技術(shù)的研發(fā)力度,，跟上國(guó)際發(fā)展步伐。 第～章文獻(xiàn)綜述 ｌ,。３提鉀方法概述 鉀的回收途徑已有較多報(bào)道,，大部分是從海水和鉀礦中提取鉀索，直接從秸 稈或秸稈灰中提取鉀素還未見報(bào)道,。 １．３．１離子交換法 １．３,。１。１樹膜法 采用陽(yáng)離子交換樹脂作為交換荊處理含鉀液,，使含鉀液中的鉀,、銹等陽(yáng)離子 吸附到柱上,，再用酸或者酸式鹽溶液洗滌柱子，將所得到的鉀鹽洗滌液經(jīng)過濃 縮,、結(jié)晶以及于燥后可得到鉀肥產(chǎn)品【１們,。但是一般樹脂的選擇性能較差，１９７１ ～１９７２年,，日本的尾妹三郎【１７】將磺酸型陽(yáng)離子樹脂涂敷硝基苯酚類化合物,，提 高了對(duì)鉀的選擇交換性。 １．３．１．２無機(jī)離子交換劑法 舀本的松下浩等【撼】提出以磷酸氫鎂為交換齊ｌ,，在堿性條件下可吸附鉀鹽溶 液中的鉀離子,，在酸性條件下可解吸,。雨后他｛｜,、ｊ研究磷酸鋯、聚磷酸鋯,、三聚磷 酸鋯,、焦磷酸鋯等鋯鹽對(duì)鉀的選擇吸附性能，結(jié)采表明,，以非品質(zhì)磷酸鋯最好,， 對(duì)純鉀溶液吸附量為５ｍｍｏｌ／ｇ，但鋯化物價(jià)格昂貴,，給大規(guī)模應(yīng)用帶來不便,。日 本東京工業(yè)試驗(yàn)研究所的小林悅ｆｌｇｔ掙】等對(duì)各種磷酸鹽的研究表明，其對(duì)鉀的選 擇吸附性能決定于合成的方法和條件,。１９９１年ＫＯＭＡＴＳＵＭＡＳＡＲＵｔ２０】在發(fā)明了 一種利用水合氧化鈦為吸附劑,，離子交換法回收鉀的專利，但是,，無機(jī)離子交換 劑一般價(jià)格比較昂貴,，因此實(shí)際應(yīng)用不是很多。 １．３．１．３離子篩法 為了提高離子交換選擇性,，離子篩法褥到了越來越多的關(guān)注和研究,。ａ ．Ｍｎ０２對(duì)Ｋ＋、酗＋,、Ｂａ＋等離子具有高選擇性,，古浹瑩、鐘世安等【２１】合成了隱 鉀錳型水含二氧化錳（ＣＲＹＭＯ）,，結(jié)果表明其對(duì)鉀離子有高選擇性,，可用于鉀、鈉 離子的分離,。１９９４年日本專利公布了一種對(duì)鉀有較高選擇性的離子篩型吸附劑 的合成方法,，由加熱碳酸錳和蟻酸的混合物制得ｃ２２】,。目前，離子篩在鉀素提取中 的應(yīng)用正在進(jìn)一步研究中,。 第一章文獻(xiàn)綜述 １．３．１．４天然沸石法 天然沸石是一種堿金屬＿ｊｆ｝ｌ堿土金屬的水合鋁硅酸鹽,，它對(duì)一價(jià)金屬離子的吸 附能力遠(yuǎn)大子二價(jià)離子，因此對(duì)鉀離子具有特別高韻選擇吸附力,。董殿權(quán)【２３】等庵 銨鹽改型合成鉀型絲光沸石,，結(jié)果襲明其對(duì)鉀離子有很高的吸附性。謝冠群等ｌ冽 對(duì)銨型天然斜發(fā)沸石對(duì)高離子強(qiáng)度的強(qiáng)堿液中鉀離子的吸附和洗脫行為進(jìn)行了 研究,，結(jié)果發(fā)現(xiàn),，離子的吸附量隨著沸石的粒徑減小而增大，而用碳酸氫銨作為 洗脫液時(shí),，洗脫速率隨著洗脫液濃度增大而增大,。劉秀梅【２５】等通過對(duì)天然高嶺土 期納米級(jí)贏蛉土的比較砑究，發(fā)現(xiàn)贏蛉土對(duì)鉀離子也有很高的選擇吸附性,，而且,， 納米級(jí)高嶺±對(duì)鉀的吸附量是天然高嶺土的１１４－－－－２１０倍。美國(guó)ＴＨＯＭＡＳ［２６］在專 利中提出用海綠石吸附海水中的鉀,，,，交換量為ｌｌｍｅ／ｇ,。東德的ＫＮＯＬＬ［２７］以合 成的絲光沸石回收溶液中放射性鉀離子,，然后以氯化鈉或者３ｍｏｌ／Ｌ醋酸鈉溶液 洗脫，但其洗出液中含鉀量比原海水還低一倍,， 因此沒有工韭開發(fā)價(jià)值,。１９９４ 年，俄羅斯專利提出了一種用天然斜發(fā)沸石富集海水中鉀的方法,，但因此法需要 加熱大量海水,，能耗太高，未見迸一步的報(bào)道ｆ２８】,。 １．３．２溶劑萃取法 １．３．２．１溶液萃取法 該法的基本原理就是利用鉀在萃取相和鉀鹽溶液相中的分配系數(shù)不同,，以 達(dá)到增濃和分離的目的。研究過的萃取劑有聚環(huán)醚,、有機(jī)酸和酚的混合物,、異戊 醇、正丁醇,、異丁醇,、有機(jī)酸的煤油溶液和大環(huán)聚醚等。２００２年日本的ＹＡＳＵＹＵＫＩ ＴＡＫＥＤＡ等【２朔對(duì)王冠醚萃取法進(jìn)行了深入的研究,，采用王冠醚萃取分離海水中 的鉀,，結(jié)果發(fā)現(xiàn),，用高氯酸鹽為外加助劑比用苦味酸鹽時(shí)選擇性更高。但是萃取 法的缺點(diǎn)是萃取荊的價(jià)格一般比較瀑貴,，經(jīng)濟(jì)上很難過關(guān),。 ｌ。３,。２,。２溶劑析出法 利用某些極性溶劑對(duì)鉀鹽選擇沉淀特性，進(jìn)行鉀的分離提取,。研究過的極性 溶劑有氨,、甲醇、丙酮,、乙＝醇,、乙二胺、烷基氨基醇,、無環(huán)叔胺和氮雜環(huán)化合 物【３０】,。研究結(jié)果表明，上述溶劑對(duì)溶液中含量較高的鉀提取效果比較理想,，但是 對(duì)于鉀含量低的溶液來說，鉀的析出效果不太理想,。 １．３．３電滲析法 電滲析法電滲析技術(shù)是利用離子交換膜的選擇透過性,，在直流電場(chǎng)力的作 用下，液體中的正,、負(fù)離子分別有規(guī)律地定向遷移,，從而形成離子的濃區(qū)和稀區(qū)， 第一章文獻(xiàn)綜述 來實(shí)現(xiàn)離予與溶液的分離,。ＮＥＹＴＺＥＬＬＤＥＷＩＬＤＥ［３１】對(duì)糖蜜酒精廢液用電滲析法 提取鉀進(jìn)行了試驗(yàn),，在５１５＂－＇６１５Ｖ下，處理時(shí)間３ｈ左右,，提鉀率達(dá)５０％～６０％,， 但是電滲謄斤法不熊有針對(duì)性地提取鉀，而且能耗較高,，不宜作為鉀鹽提取的有效 方法,。 １．３。４化學(xué)沉淀法 化學(xué)沉淀法基本原理是根據(jù)各種鉀鹽的溶解度特性,，選用適宜的沉淀劑,， 使難溶性鉀鹽以沉淀形式析出。挪威化學(xué)家ＫＩＥＬＬＡＮＤｔ３２】提出用六硝基二苯胺 形成難溶性鉀鹽的方法提取鉀,，并且獲得了一系列的專利,。但是六硝基二苯胺毒 性比較高,，面且易爆，很難用于大規(guī)模生產(chǎn),。美囡ＢＵＴＴ等【３３】研究３＂－－苦胺沉淀 鉀的反應(yīng)機(jī)理卻動(dòng)力學(xué),，提出用二苦胺回收鉀的試劑損失量比較小。另外,，前人 還研究了磷酸鹽法【３４１,、翻苯硼酸鈉法【３５１，這鼴種方法的缺點(diǎn)是成本太高,，都較 難用于工業(yè)化大生產(chǎn),。 在這些提取鉀素的技術(shù)當(dāng)中，沸石提取法最為成熟,，利用沸石扶海水提取氯 化鉀,、硫酸鉀以及硝酸鉀的工藝均已通過了百噸級(jí)中試研究，其中沸石法提取硝 酸鉀技術(shù)成果于２００４年１月通過了酯家科技部組織的專家驗(yàn)收疆翻,。 這些方法都是針對(duì)海水,、鉀礦中的可溶解性鉀含量比較低、所含無機(jī)鹽復(fù)雜 而提出的,，然而在草木灰中的鉀鹽大約有９０％是可溶于水的,，而且以碳酸鉀（約 ２４％）、硫酸鉀（約４．８％）,、氯化鉀（約２．４％）三種鉀鹽為主,，其他可溶性無機(jī)鹽 含量較少。因此提取草木灰浸取液中的鉀素不需要富集,，只要通過除雜,、濃縮就 能通過結(jié)晶彳導(dǎo)到相應(yīng)的鉀鹽，整個(gè)過程清浩無污染,，環(huán)境友好性良好,，如果采用 上述方法不但增加成本還會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。 １．４燃燒發(fā)電秸稈灰提鉀技術(shù) １．４,。ｌ草木灰簡(jiǎn)介及其主要成分 植物殘?bào)w燃燒后,，所剩余的灰分統(tǒng)稱為草木灰，秸稈灰也是其中的一種,。長(zhǎng) 期以來,，我國(guó)廣大農(nóng)村普遍以稻草、麥秸,、玉米稈,、棉花柴、樹枝,、落葉作為燃 料,，所以革木灰是農(nóng)村中一項(xiàng)重要的肥源,。 草木灰的成分極其復(fù)雜，含有作物體內(nèi)所有的各種灰分元素,，如磷,、鉀、鈣,、 鎂,，以及各零中微量營(yíng)養(yǎng)元素等，其中以鉀,、鈣的數(shù)量較高,，所以它被看作是鉀肥， 麗實(shí)際上它還具有磷及多種微量營(yíng)養(yǎng)元素的營(yíng)養(yǎng)作用,，由予草本灰的來源不一,， 故其所含成分的量很不～致（如表１－６所示）。 第～章文獻(xiàn)綜述 表１－６各種草木灰的主要成分含量 Ｔａｂｌｅ１－６Ｃｏｎｔｅｎｔｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｔｒａｗａｓｈ 草木灰的成分除了與植物種類有關(guān),，還與植物醑齡等因素有關(guān),。一般來講， 草灰含硅較多,，而磷,、鉀、鈣含量比較少,，木灰含磷,、鉀、鈣要多一些,。同一植 物晶種不同苗齡的灰分，在成分上也有差異,。幼嫩組織灰分含磷,、鉀多，衰老組 織的灰分含鈣,、硅多,。 就鉀麗言，草本灰含有多張鉀鹽,，其中以碳酸鉀為主,，其次是硫酸鉀和少量 的氯佬鉀，由于草本灰含碳酸鉀,，因此它是一種堿性肥料,。 草木灰因燃燒溫度不同，其顏色和鉀的有效性也有差異,，燃燒溫度越高,，鉀 與硅酸溶在一起形成溶解度低的Ｋ,。ＳｉＯ。,，呈灰白色,，肥效較差。低溫燃燒的革木灰,， 一般呈黑灰色,，肥效較高。此外,，草木灰還含磷（Ｐ：０５）１．５％～３％,，大部分屬 于可溶性磷，對(duì)作物是有效的［３７?。常福?。 王．４．２草木灰提鉀的傳統(tǒng)工藝流程粥刪 早在古代的時(shí)候，中國(guó)就已經(jīng)開始從草木灰里提取三種鉀鹽（即碳酸鉀,、硫 酸鐔,、氯化鉀），用以作為腮料或者其它用途,。傳統(tǒng)的提取鉀鹽的工藝流程冕圖 卜２,，工藝操作如下； ｌ,、浸取把農(nóng)產(chǎn)品廢棄物燃燒后得到的灰放入溶灰沲（或桶）中,，先抽入低 濃度的浸漬液，再補(bǔ)充加水,，總水量約為草木灰量的２倍,。用蒸汽加熱至９０＂Ｃ， 并用壓縮空氣攪拌（或人工攪拌）約２０ｍｉｎ,，使鉀鹽溶解于水中（也可直接用水浸 漬）,。溶解鉀鹽的水溶液經(jīng)過池下層的蘆席等過濾，放出水溶液,，如此連續(xù)３—４ 第一章文獻(xiàn)綜述 次,，使灰中的鉀鹽全部溶解在水中。最后一次浸漬被的濃度如低于１０ｍ色,、可將 其作為第一次溶灰水,，供浸漬顏灰用。這樣可以得到約２００１３６以上的鉀鹽水溶液,。 ２,、過濾將上述所得的全部鉀鹽水溶液使用壓濾機(jī)過濾，除去其中的雜質(zhì)。 圖卜２從秸稈灰中提取三鉀鹽的工藝流程圖 Ｆｉｇ Ｉ－２Ｆｌｏｗｓｈｅｅｔ ｏｆｐｏｔａｓｓｉｕｍｓｕｌｆａｔｅ,，ｐｏｔａｓｓｉｕｍｃｈｌｏｒｉｄｅ,， ｐｏｔａｓｓｉｕｍｃａｒｂｏｎａｔｅｌｅａｃｈｉｎｇｆｒｏｍｓｔｒａｗａｓｈ ３、結(jié)晶分離將已過濾的浸漬液用齒輪泵打人蒸發(fā)鍋內(nèi),，濃縮到３０＂－＇－＇４０,。Ｂ６， 再移至缸內(nèi)冷卻至５０℃,，使硫酸鉀結(jié)晶析出,，即得粗制硫酸鉀。將母液第二次 濃縮至５２～５３０８６,，褥移至缸內(nèi)冷卻至２０℃,，使氯化鉀結(jié)晶（針形棕灰色）析出， 得粗制氯化鉀,。剩余的母液繼續(xù)濃縮至６４ｏＢ恚左右,，使其中的大部分水蒸發(fā)，然 第一章文獻(xiàn)綜述 后冷卻結(jié)晶,，即得粗制碳酸鉀（也有的魚接濃縮至于,，得灰褐色的粗制品）。用鐵 鍋濃縮時(shí)溫度不宣過高,，以防液體濺出,。在濃縮提取硫酸鉀和氯化鉀的過程中， 必須嚴(yán)格控制溫度和濃度,，否則將影響碳酸鉚的純度,。 ４、褪制品的精制 （１）碳酸鉀的精鍘 ①煅燒：將裰制的碳酸鉀先放入預(yù)熱鍋內(nèi)炒干,，然后置于反射爐內(nèi)高溫燃燒,， 加熱溫度為８００＂－－８５０℃，～般不能低于７００＂－＇７５０℃,，以除去粗制品中的有機(jī) 雜質(zhì),，得到白色塊狀物。 ②溶解：把燃燒后得到的白色塊狀物用清潔水趁熱溶解,，此時(shí)水可少加一些， 只要使白色塊狀物能全部溶解即可,。水溶液的濃度約為５０,。Ｂ色，然后冷卻到室溫,， 使其中部分氯化鉀等雜質(zhì)析出,。 ③除磷：上述的冷卻液加水穩(wěn)釋到３１＂－３２ｏＢ垂（過濾）后，放人除磷鍋內(nèi),，加 入碳酸鎂,，攪拌２—３ｈ,，攪拌速度為７０ｒ／ｍｉｎ，然后靜置沉淀,，過濾除去’沉淀物,， 濾渣可作肥料。 ④除氯化物,；將除磷后的清液再泵入濃縮鍋內(nèi),，濃縮至５０。Ｂ奪左右后敖毒冷 卻,。此時(shí)析出白色的氯化鉀等混合物,，待其稀釋至４７。糙后重新放入濃縮工序,， 以回收其中的碳酸鉀,。經(jīng)冷卻除去氯化物后的清液中，氯化鉀的含量在０．５％左 右,，符合國(guó)家規(guī)定的二級(jí)品標(biāo)準(zhǔn),。 ⑤除鈉鹽：將上述濃縮液泵入鍋中，繼續(xù)濃縮到５４,。Ｂ奄（１３５℃左右）,，此時(shí) 溶液變渾濁，說明有碳酸鈉析出,，應(yīng)立即?；穑蛊涑恋?。因沉淀物是碳酸鈉和 碳酸鉀的混合物,，仍需溶鰓煮沸。當(dāng)濃縮至Ｓ４,。凝時(shí),，涸收其中的碳酸鉀。 表１－７碳酸鉀質(zhì)量指標(biāo) Ｔａｂｌｅｌ一７ Ｑｕａｌｉ夠ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｐｏｔａｓｓｉｕｍ ｃａｒｂｏｎａｔｅ ⑥離心脫水：把除去鈉鹽的上層清液濃縮到干粥狀,，然后采用離心機(jī)脫除其 中的母液（母液中含有碳酸鉀,，可套用），在２７０～３００,。Ｃ的溫度下炒干,，即得成 第一章文獻(xiàn)綜述 品碳酸鉀。 ⑦包裝：由于碳酸鉀易于吸水潮解,，炒干后應(yīng)立即包裝并注意密封,。 國(guó)家規(guī)定的碳酸鉀質(zhì)量指標(biāo)見表１－７。 （２）硫酸鉀的精制：把粗制的硫酸鉀用少量冷水淋洗，除去其中的碳酸鉀（洗 滾霹并入浸漬液中濃縮）,，然后倒入沸騰的水中溶解,，使成飽和溶液。再翻入另 一鍋,，靜置除去糨雜質(zhì),。用布袋過濾，濾液倒入鍋內(nèi)濃縮,，用鉛皮勺予置鍋中收 集晶體,，將晶體炒予成粉末狀小顆粒，得精制硫酸鉀,，立即包裝,。 （３）氯化鉀的精制：將粗制的氯化銻溶解于水中，使水溶液的濃度約在４４,。ＢＯ,， 過濾除雜后，薦濃縮至約４９電奄,，然后冷卻,、結(jié)晶、分離,、炒干,，即可得到精制 的氯化鉀。分離后的母液送至濃縮工序,，回收其中的碳酸鉀㈣,。 １．４．３秸稈灰中的蘭種鉀鹽 １．４。３．１碳酸鉀 碳酸鉀是秸稈灰中含量最多的一種鉀鹽（占秸稈灰的２０％左右）,，英文名 ｐｏｔａｓｓｉｕｍｃａｒｂｏｎａｔｅ,，ｐｏｔａｓｈ，別名鉀堿,，單斜晶系,，白色粉末狀或細(xì)顆粒狀 結(jié)照，相對(duì)密度２．４８２,。熔點(diǎn)８９１℃,。易溶于水，其水溶液呈堿性,，不溶于乙醇 和醚,。有很強(qiáng)的吸濕性，易結(jié)塊,，長(zhǎng)鬏與空氣接觸，易吸收二氧化碳麗成碳酸氫 鉀，其水合物有一水鹽,、二水鹽,、三本鹽三種。與氯氣作用生成氯化鉀,，與二氧 化硫作用生成焦硫酸鉀,。６００℃時(shí)與硫酸鋇反應(yīng)５ｍｉｎ，有２２．５％的硫酸镩形成,。 如采用硫酸鉻代替硫酸鋇,，有４０．９％的硫酸鉀形成躥”。 碳酸鉀用途十分廣泛：可用于生產(chǎn)光學(xué)玻璃,，可提高玻璃透明度,、強(qiáng)度和折 光系數(shù)。也用于生產(chǎn)電焊條,，可防止焊接時(shí)的斷弧現(xiàn)象,。 |
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