◎ 刘平稳，林 涛，李温静，孙玉田，王若莹，张 伟

（无锡中粮工程科技有限公司，江苏 无锡 214035）

稻壳是稻谷的谷壳，占稻谷质量的20%左右，容重约120 kg·m-3，其组成成分主要有硅、粗纤维(包括木质素纤维和纤维素)、五碳糖聚合物(主要为半纤维素)、灰分及少量粗蛋白、粗脂肪等。此外，稻壳作为生物质燃料热值也很高。根据其组成成分和物理特性可以看出，稻壳具有很高的利用价值。

根据国家统计局公布的2020年全国粮食生产数据，稻谷年产量为2 118.5亿kg，其中折合稻壳含量约423.7亿kg，且稻谷产量呈逐年上升趋势，随着市场上大米需求量的增加，稻壳产量势必也会逐年增加，因此必须重视对稻壳的利用效率和处理力度，开拓新的应用研究方向，以最大限度地使用好稻壳资源，减轻加工企业的负担，增加副产品经营的收入，同时减轻随意丢弃对周边环境带来的压力。

稻壳经过物理加工后可用来作燃料、饲料原料、养殖垫料、有机肥原料、稻壳/高密度聚乙烯复合材料和稻壳水泥混凝土等，经过化学处理其燃耗后的灰质可以用于制备活性炭、提取二氧化硅、生产水玻璃、制备油脂精炼脱色剂等。本文简单总结近十几年对稻壳处理和再利用的一些研究和方法，为稻壳处理提供参考，提升资源利用价值，减少稻壳随意丢弃造成的环境污染。

1 稻壳经过物理处理后的应用

1.1 作为燃料使用

当前工业化时代对不可再生能源的消耗越来越多，且不可再生能源数量有限，未来将不能满足社会经济发展的需要。因此近年来兴起的生物质燃料可以一定程度上填补能源缺口，且相较于不可再生能源更清洁更环保。有研究表明，在生物质燃料中，稻壳低位发热值约为12 792.07 kJ·kg-1，处在生物质种类中等水平，在非煤炭固体燃料种类中，稻壳低位发热值最大为15 072 kJ·kg-1，热值也相对较高。

目前多数有条件的大米加工企业对稻壳进行制粒、压块等处理后再销售，经过简单物理变化，不仅压缩了稻壳体积、提高了运输效率，同时减少了散装稻壳运输时其自身和内部掺杂的灰杂对环境的影响。经过制粒、压块后的稻壳可以输送给周边火力发电厂或者农粮烘干基地用作燃料，相对于不可再生燃料来说减少了燃烧废气对环境的危害，而且更环保更经济。另外也可将散状稻壳直接与秸秆、锯末、木材边角料、木屑木渣等混合后进行制粒，作为混合生物质燃料使用。

1.2 作为饲料原料使用

稻壳中含有一定量的粗蛋白、粗脂肪、纤维素等营养成分，但是稻壳表面有木质素层，且排列整齐和密实，木质素层将稻壳所含的营养成分紧紧包裹住，因此稻壳不能直接作为饲料使用，牲畜、家禽等食用后不易消化，总消化率只能达到5%～8%。大部分大米生产企业经常采用稻壳粉碎技术，利用粉碎机将稻壳粉碎成一定粒径（通常为直径1.2 mm）的小颗粒，经粉碎后的稻壳粉随后与大米生产线产出的清糠、油糠等按照一定比例进行混合，即可作为饲料原料出售。粉碎后的稻壳粉（或者与糠粉的混合物）与其他含有必须营养成分的饲料混合后可以喂养牲畜。稻壳经过处理后，纤维组织完全溃散，并使紧紧包围在纤维素外面的木质素全部被撕裂而脱落，因此其吸水性很高。由于吸水性的提高，各种营养成分的溶水机会增多，所以易被畜禽消化吸收，总消化率可达17%～20%，比原来提高1倍以上。

将稻壳粉作为饲料配料是废物利用的重要体现，且比直接出售稻壳的价值更高，一定程度上能为大米生产企业增收。除将稻壳粉碎做饲料配料之外，稻壳还可以用来生产膨化稻壳饲料、稻壳发酵饲料、化学处理饲料等，具有广阔的市场前景和很高的应用价值。

1.3 作为养殖厂家畜家禽垫料

通常养殖厂里畜禽养殖区域都需要铺设发酵床，为功能菌群生长提供条件，进而利用菌群完成畜禽粪、尿的降解转化，改善养殖环境。稻壳就是很好的发酵床垫料原料，其透气性能比锯末好，吸附性能稍次于锯末；含碳水化合物比例比锯末低，灰分比锯末高；使用效果和寿命次于锯末，可以单独使用，也可与锯末混合使用。稻壳较坚硬，不宜粉碎，紧实度低，因此垫层空隙多利于透气。稻壳比锯末的优点在于品种单一、质量稳定，一般不用担心过湿和霉变。在锯末中掺入少部分稻壳作发酵床垫料的效果与单一锯末的使用效果相近。这种垫料配方的优势在于提高了纯锯末的透气性能，降低了纯锯末湿润后的易黏结性[1]。因此多数养殖厂都直接选用廉价的稻壳作为垫料使用，能大大节省养殖成本。

1.4 用作有机化肥原料

由于农业现代化水平越来越高，有机食品越来越受到人们的重视，生态农业也成为了人们关注的重点。从环境保护方面出发，有机肥是有机农业、生态农业的必需，它能显著改善土壤性质，提高土壤肥力，提高农作物的产量和质量，还能遏制环境污染。无论是从政策的力度上，还是在实际的行动中，国家都对有机肥的使用和普及投入了大量的支持，2021年6月1日起《有机肥料》标准开始实施，国家将大力推广有机肥替代化肥。有机肥以后将逐渐取代其他普通化肥，成为农作物生长中的必备肥料。将稻壳作为一种原料制作有机肥是近几年生态农业领域研究的一个方向，下面简单介绍几种利用稻壳制备有机肥的方法。

（1）将一定比例的稻壳与畜禽粪便、污泥、硅藻土、植物枝叶、水等制备稻壳发酵有机肥，充分利用农用废物的稻壳、养殖场产出的粪便、植物的修剪枝叶，变废为宝制备有机肥，肥力高、肥效快，适合于各种蔬菜瓜果种植的肥料需要，能明显增产增收并改善土壤环境。

（2）将一定比例的稻壳与酵素菌、畜禽粪便混合，在适宜环境下发酵制作稻壳有机肥。在稻田应用试验中，相同环境下将稻壳有机肥与正常使用化肥做对比，使用稻壳有机肥的秧苗发育生长良好、缓苗快、出穗整齐，每公顷增产超200 kg，为农户增产增收[2]。

（3）将一定比例稻壳与椰糠、珍珠岩、泥炭等混合作有机化肥，利用稻壳提供营养物质，利用椰糠的透气性，利用珍珠岩作为栽培介质，利用泥炭提供营养物质及其调节土壤作用，使得混合后的有机肥可用作花卉种植、园艺栽培、城市绿化、盐碱地土壤改良和农业种植等。其理化指标稳定，植物长久栽培无需换土，使用时间久，利用率高。

1.5 生产稻壳/高密度聚乙烯复合材料

木塑复合材料是近年来生物质能资源化利用的代表性作品，其主要原料为稻壳、木屑、竹屑等的破碎物和高密度聚乙烯、聚丙烯等热塑性塑料。这种木塑复合材料具有良好的耐候性、耐腐蚀性、耐微生物性、木质感、机械强度和防火防水性等特点，而且再回收利用价值也比较高，因此是农林行业废弃物资源化处理和有效利用的重要材料。

将稻壳作为添加物制备稻壳/高密度聚乙烯复合材料是一项成熟且普遍的生产技术。制备稻壳/高密度聚乙烯复合材料的传统方法是将稻壳等废弃物粉碎成均匀的粉末状或纤维状，添加到高密度聚乙烯、聚丙烯等热塑性塑料中，再利用挤出、热压、注塑等方法制备出这种新型材料[3]。以稻壳/高密度聚乙烯复合材料为主的木塑材料制备技术的发展在一定程度上解决了农林废弃物对环境造成的污染问题，同时对资源不足起到了一定的弥补作用。作为农业大国和消费大国，我国每年产生大量的农业废弃物和废弃塑料，这项技术的应用也解决了这些废弃物的处理和利用问题，促进了物质资源的循环发展和可持续发展。

1.6 作稻壳水泥混凝土

混凝土是必不可少的建筑施工材料，用途广、用量大、凝固强度高、耐腐蚀能力强。常用的混凝土主要是砂石水泥混凝土，这些材料本身密度大，导致混凝土自重较高，因此建筑物一般质量也较大，所以近十几年来人们开始着手研究和使用轻质水泥混凝土，用在建筑物中对结构强度要求不高的非承载构件中，能大大降低建筑自重，降低基础荷载进而减小基础尺寸，降低建设成本。

稻壳水泥混凝土的骨料是稻壳，胶结剂是普通硅酸盐水泥，增强剂选用107胶水，这些材料与水分别以一定比例混合即可得到轻型混凝土。稻壳水泥混凝土替代了一些用传统水泥制作的混凝土构件，使用方法与传统混凝土相同，且不需要对稻壳进行预处理。该类型混凝土原料中的稻壳廉价易得，混凝土本身使用方便、施工便利、保温性能好、有一定的抗腐蚀性，因此具有良好的发展应用前景。

2 稻壳经过化学处理后的应用

2.1 制取活性炭

活性炭是传统而现代的人造材料，又称碳分子筛，具有很强的吸附性能，是一种常见的工业吸附剂。无论是在日常生活中，还是在医疗、工业领域，都具有极为广泛的用途。利用稻壳作为原料来制备活性炭是近几年稻壳处理方面研究和推广的重要方向之一，能有效利用稻壳资源、降低活性炭生产成本，契合可持续发展理念和新发展理念。

利用稻壳制备的活性炭不含有害杂质，比如铅、砷等等，特别适用于医用、护理、洗漱产品，比如医药品、牙膏、化妆品等。利用稻壳制备活性炭的常规方法分为两个步骤，即炭化反应和活化反应。①利用炭化反应（非完全燃烧）可以提高碳元素的含量为44%左右，再将稻壳中含硅量高的外壳剥离，进而形成网状的多孔构造，形成初始孔隙。炭化的温度和炭化的时间也至关重要，影响到炭化材料的生产过程，因此应选择适宜的温度和时间来控制热解过程。②利用活化反应将炭化的稻壳活化，常用的工艺方法有3种，包括物理活化、化学活化、物理化学活化。物理活化可以制备高比表面积的活性炭；化学活化制备活性炭可兼顾产率高和高比表面积特性的活性炭，但对生产设备腐蚀较大，污染环境。物理化学活化可以利用炭化稻壳同时产出活性炭和白炭黑（二氧化硅），经酸碱作用后可以大大提高比表面积，进而提高活性炭活性[4]。

2.2 提取二氧化硅

前述中提到稻壳中含有大量的硅元素，以二氧化硅形式存在，占稻壳比例的10%～21%[5]，因此利用稻壳提硅也是稻壳处理的方向之一。二氧化硅是制造玻璃（普通玻璃、石英玻璃等）、光导纤维、电子工业重要部件、光学仪器、工艺品和耐火材料的原料，还可以将二氧化硅添加到橡胶、塑料中增加耐磨性，也添加到食品和药品中。是科学研究和化工生产的重要材料，具有十分广泛的用途。

稻壳经过燃烧产生的稻壳灰中硅元素以二氧化硅形式存在，其含量最大可占稻壳灰质量的90%以上，这些二氧化硅主要是以无定形水合二氧化硅形式存在，研究表明，这些活性较好的无定形水合二氧化硅可以作为提取二氧化硅的原料。国内目前以稻壳为原料制备二氧化硅主要有干法和湿法两种工艺。干法可以用于制备超细二氧化硅，直接将稻壳焚烧生成稻壳灰，经过后处理，再经过粉碎可获得质量较好的超细二氧化硅。湿法是将稻壳燃烧后，再将稻壳灰与碱性物质反应生成水玻璃，水玻璃再与酸性物质反应可得二氧化硅。通过湿法制备的二氧化硅品质高，但工艺较干法复杂，因此还需要进行改建和优化[6]。

2.3 制备水玻璃

水玻璃是硅酸钠溶于水后的产物，黏结力强、强度较高、耐酸耐热性好，可用作实验试剂、黏合剂、防火剂，用于制备工业产品、粉刷涂料、肥皂等，用途广泛。利用稻壳制备水玻璃也是因其硅含量高的缘故。

稻壳经燃烧或热解后硅元素以二氧化硅形式存在，制备水玻璃的方法与用湿法提取二氧化硅基本相同，只是少了一步与酸的反应。将燃烧后的稻壳灰与烧碱在加温加压的环境下反应，可生成硅酸钠水溶液，即水玻璃。该反应在增加环境温度时可以提高稻壳灰中二氧化硅的溶解反应能力、控制硅酸钠含量进而控制水玻璃的质量。

2.4 生产油脂精炼脱色剂

吸附脱色剂可用于常见食品的脱色、澄清等处理，例如植物油脂精炼脱色、调味品脱色、糖类加工过程脱色、果汁饮品澄清脱色等。以稻壳为原料生产脱色剂是目前比较成熟的技术之一，因稻壳燃烧后的灰质中硅元素有序排列程度不高，有一定的开放型结构，因此有一定的吸附性，这就为生产脱色剂提供了理论基础。用稻壳生产脱色剂，一方面能实现稻壳资料的再利用，另一方面因生产工艺简单也降低了生产成本，而且产出的脱色剂具有很强的脱色和吸附能力。本文主要介绍利用稻壳生产植物油精炼脱色剂的方法。

炭化的稻壳灰中的碱性氧化物是用于油脂脱色的主要物质，直接使用可与油脂中的叶黄素形成竞争关系，获取活性吸附点，促进吸收游离脂肪酸。如果利用强酸酸化后再用清水漂洗表面的酸得到酸化稻壳灰，对油脂中的叶黄素的吸附能力强于传统的活性白土，对于大豆油等叶黄素含量较高的油脂来说是一种非常有效的脱色剂。如果酸化后不水洗可用于脱去棕榈油中的胡萝卜素，脱除率高达90%[7]。总的来说，用稻壳灰生产的脱色剂在油脂精炼脱色中有很好的效果，是稻壳处理利用的主要方向之一。

3 结语

本文介绍了一些稻壳的处理和利用方式，方便易操作、生产工艺简单，因此以廉价的稻壳作原料，经过处理得到高附加值的产品是一个不错的选择，条件具备的工厂企业可以选择使用。国内稻壳产量逐年增加，对其加大处理力度不仅能提高资源利用价值，也能有效降低稻壳丢弃造成的环境影响，是助力于实现经济可持续发展、绿色发展理念的重要实践。