邵文奇，紀(jì)力，鐘平，孫春梅陳川，莊春

(江蘇省徐淮地區(qū)淮陰農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，江蘇淮安223001)

近年來(lái)以稻麥秸稈等為主要發(fā)電原料的生物質(zhì)發(fā)電廠在全國(guó)新興發(fā)展起來(lái)。以江蘇為例，2006－2008年相繼開(kāi)工建設(shè)了11個(gè)秸稈發(fā)電項(xiàng)目[1]，截至2010年底已有27臺(tái)機(jī)組投入運(yùn)行。這些發(fā)電廠在解決能源需求和農(nóng)田秸稈處理上發(fā)揮作用的同時(shí)也集中產(chǎn)生了大量的草木灰渣。草木灰雖然在生產(chǎn)上偶有應(yīng)用，但因其體積龐大，運(yùn)輸不便，且難以利用，目前并沒(méi)有實(shí)質(zhì)意義上的規(guī)?；猛緩?，這些大量閑置的草木灰成為亟待處理的固體廢棄物，對(duì)社會(huì)、環(huán)境以及企業(yè)構(gòu)成了負(fù)擔(dān)和壓力。

草木灰中含有豐富的營(yíng)養(yǎng)元素(如鉀、磷、鈣、鎂、硅等)，其中含量最多的是鉀元素，一般含鉀6%～12%，其中90%以上是水溶性的[2]。如果將草木灰中的鉀鹽提取出來(lái)，將會(huì)形成可觀的鉀鹽產(chǎn)量。以草木灰中含鉀量為8%，提取效率為90%計(jì)算，每100 t草木灰將會(huì)產(chǎn)生6.48 t的鉀鹽。這些鉀鹽即可用作農(nóng)用鉀肥，也可精提鉀鹽作其他用途。

正向分級(jí)淋洗法提取草木灰中鉀鹽，是利用草木灰中鹽分在水中的溶解速度快和水流在草木灰中移動(dòng)速度慢的特性，在淋洗過(guò)程中，草木灰中的鹽分不斷溶入水中，使淋洗液先端部分的溶液濃度逐漸提高直至飽和，其后續(xù)部分濃度則漸次降低直至草木灰中可溶鹽全部洗凈。收集先端部分的高濃度淋洗液，進(jìn)行蒸發(fā)濃縮，獲得鉀鹽為主的結(jié)晶，可用作農(nóng)肥，后續(xù)排出的中低濃度溶液則排入下一濾池。如此連續(xù)進(jìn)行，則可取得高濃度鉀鹽溶液。

正向分級(jí)淋洗法，可以高效簡(jiǎn)便的提取可溶鉀鹽，鉀鹽提取過(guò)程中出液濃度可以達(dá)到15%以上，提取效率可達(dá)95%以上，且只需1次洗濾，用水量為草木灰自身重量的4～5倍，只有傳統(tǒng)方法[3]用水量的25%左右。

1 材料與方法

1.1 材料及設(shè)備

試驗(yàn)用草木灰來(lái)自江蘇淮安楚州國(guó)信生物質(zhì)發(fā)電廠和江蘇宿遷泗陽(yáng)國(guó)信生物質(zhì)發(fā)電廠。

試驗(yàn)用的設(shè)備有2種。裝置1:底面直徑為20 cm，高度為40 cm的圓筒形濾池。裝置2:為深0.95 m，長(zhǎng)1.2 m，寬0.95 m的濾池和深1.90 m，長(zhǎng)1.2 m，寬0.95 m的濾池各1個(gè)(為表述方便，下文統(tǒng)一稱其為低池和高池)。濾池頂部均設(shè)有均勻進(jìn)水及流量控制裝置、濾池底部有濾出液收集裝置以及濾出液鹽濃度檢測(cè)裝置。

1.2 試驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)。以裝置1為洗濾池，填充入約40 cm高的草木灰(重約3.5 kg)，采用正向分級(jí)淋洗法。從上部注入清水，使其在草木灰中均勻向下洗濾(時(shí)室溫為8℃，所測(cè)數(shù)據(jù)均轉(zhuǎn)換為室溫25℃時(shí)的數(shù)據(jù))，從濾池底部每500 mL取樣，分別測(cè)定其可溶鉀鹽含量，共取樣24次，小規(guī)模生產(chǎn)性試驗(yàn)。將裝置2的低池和高池分別填充入約250 kg和500 kg(高度分別約為83，163 cm)的草木灰，從上部注入清水，使其在草木灰中均勻向下洗濾(時(shí)室溫為16℃，所測(cè)數(shù)據(jù)均轉(zhuǎn)換為室溫25℃時(shí)的數(shù)據(jù))。在低池和高池底部分別每25，50 kg濾出液取樣1次，分別測(cè)定其可溶鉀鹽含量，共取樣22次。

2 結(jié)果與分析

2.1 草木灰的主要成分

草木灰主要由水稻小麥秸稈充分燃燒所得，可能摻有少量稻殼和其他物質(zhì)，2011年4月對(duì)試驗(yàn)用的草木灰進(jìn)行主要成分構(gòu)成分析(表1)。草木灰中可溶鹽的陽(yáng)離子主要有K+，Na+，Ca2+，Mg2+等;陰離子主要有Cl－，SO42－，CO32－，SiO32－，OH－等。

表1 草木灰中各主要成分的含量

2.2 實(shí)驗(yàn)室條件下草木灰中可溶鉀鹽的洗濾效果

2010年3月進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，總濾出液為18 130 mL。

在第1次取樣中即第1個(gè)500 mL的濾出液中，可溶鉀鹽含量高達(dá)21.92%，已經(jīng)達(dá)到飽和狀態(tài)，此時(shí)已溶出鉀鹽55.08%。在最初的3次測(cè)定中，累計(jì)溶出鉀鹽172.28 g，累計(jì)出鉀鹽率達(dá)到86.58%，此時(shí)濾出液中平均濃度為11.49%。繼續(xù)洗濾，濾出液可溶鉀鹽含量不超過(guò)1.65%。當(dāng)進(jìn)行第8次取樣時(shí)，此時(shí)可溶鉀鹽提取效率已達(dá)95%以上(圖1)。

圖1 實(shí)驗(yàn)室條件下草木灰中可溶鉀鹽的洗濾效果

將第1次洗濾的前3次濾出液取出并濃縮加工，將后續(xù)低濃度濾液進(jìn)入下一個(gè)洗濾中循環(huán)過(guò)濾，以下過(guò)濾過(guò)程照此循環(huán)進(jìn)行。則第2次洗濾取出的前3次(每次500 mL)濾出液可溶鉀鹽濃度分別為10.0%、8.4%、3.4%左右，出鉀鹽率分別約為57.2%、24.0%、9.7%，累積出鉀鹽達(dá)到90%以上。洗濾總用水量約為15.7 kg，為草木灰自重的4.5倍左右。

2.3 小規(guī)模生產(chǎn)草木灰中可溶鉀鹽的洗濾效果

2011年3月使用裝置2進(jìn)行小規(guī)模的生產(chǎn)性試驗(yàn)，在等截面積的情況下，低池與高池單位濾出液中所含鉀鹽質(zhì)量基本相等(圖2－3)，說(shuō)明在相同面積情況下，不同池深(目前的研究表明一般在40～180 cm之間)含鉀鹽溶液濾出過(guò)程基本相同。以高池為例，取出的前2次(每次50 kg)濾出液可溶鉀鹽含量分別為26.0%、21.2%左右，累計(jì)出鉀鹽率約為58%。此時(shí)濾出液質(zhì)量為100 kg，占干灰重約20%，平均濃度為23.8%。

圖2 等面積不同池深的累計(jì)出鉀鹽量

圖3 等面積不同池深的累計(jì)出鉀鹽率

從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，草木灰中的鹽分多數(shù)濃縮在最初排出的濾液中，當(dāng)濾液排出量達(dá)到草木灰重的20%時(shí)，濾液平均濃度達(dá)到20%左右，濾液所含鹽量占草木灰中總鹽量的60%左右，低池與高池試驗(yàn)結(jié)果趨勢(shì)相同。

3 小結(jié)與討論

試驗(yàn)結(jié)果表明，草木灰中可溶鹽主要以KCl為主，可以使用正向分級(jí)淋洗法提取草木灰中鉀鹽;在提取過(guò)程中，草木灰中的鹽分多數(shù)濃縮在最初排出的濾液中，當(dāng)濾液排出量達(dá)到草木灰重的20%時(shí)，濾液平均濃度達(dá)到20%左右，濾液所含鹽量占草木灰中總鹽量的60%左右。

采用正向分級(jí)淋洗法收集高濃度濾液后(最初排出的濾液，約占草木灰重的20%)，使其后濾出的低濃度溶液進(jìn)行循環(huán)洗濾，從而可以一直得到高濃度的鉀鹽溶液，在提高效率(濾出鉀鹽可達(dá)95%以上)的同時(shí)，可以減少洗濾工序，節(jié)約用水量(用水量約為草木灰自重的4～5倍)。

有效裝灰高度160 cm，有效容積50 cm3的濾池，水的滲濾速度可以達(dá)到4 mm·min－1，可滿足每天40 t的干草木灰的處理能力。

[1]李劍鋒，胡亞山.江蘇省秸稈電廠投資運(yùn)營(yíng)狀況分析[J].電力技術(shù)經(jīng)濟(jì)，2009，21(5):18－22.

[2]閆皙，張少紅，田月娜，等.從草木灰中提取碳酸鉀問(wèn)題的探討[J].河北企業(yè)，2011(1):89－90.

[3]蘇玉明.草木灰提取三鉀鹽的操作技術(shù)[J].熱帶作物科技，1994(1):75－75.