CN104818641B - 一种基于粉煤灰脱硅液进行纤维疏解打浆的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于粉煤灰脱硅液进行纤维疏解打浆的方法，所述方法包括：将粉煤灰加入氢氧化钠溶液中进行脱硅反应，制得脱硅液；将纸浆纤维加入到所述脱硅液中进行疏解打浆处理，打浆至纸浆的游离度为160～450CSF。本发明提供的基于粉煤灰脱硅液进行纤维打浆的方法解决了现有技术中硅酸盐作为造纸填料加填到浆料中存在的分散不均匀、易絮聚、化学品消耗量大、高加填后纸张强度性能下降及合成的硅酸盐填料运输时高成本的技术问题。

Description

一种基于粉煤灰脱硅液进行纤维疏解打浆的方法

技术领域

本发明涉及一种造纸领域，特别涉及一种基于粉煤灰脱硅液进行纤维疏解打浆的方法。

背景技术

我国是世界第一燃煤大国，燃煤电厂产生的粉煤灰随着电力工业迅速发展，粉煤灰的年排放量急剧增加，预计到2020年，粉煤灰产排量将达5.0亿吨左右，这给我国的国民经济及环境保护造成了巨大压力。

目前，相关试验研究表明将粉煤灰中非晶态SiO₂化学提取转化成超细轻质多孔的硅酸盐矿物填料时，可以在纸张中的填加量可达40％～50％，然而合成硅酸盐产品含水率高达70％左右，作为填料运输到造纸厂的成本较高，而且合成的硅酸盐产品作为填料加填到浆料中时，存在硅酸盐分散不均匀、易絮聚、化学品消耗量大以及高加填后纸张强度性能下降等技术问题。

发明内容

本发明提供一种基于粉煤灰脱硅液进行纤维疏解打浆的方法，解决了现有技术中硅酸盐加填到浆料中存在的分散不均匀、易絮聚、化学品消耗量大、高加填后纸张强度性能下降及合成的硅酸盐填料运输时高成本的技术问题。

本发明提供的基于粉煤灰脱硅液进行纤维疏解打浆的方法，所述方法包括：

将粉煤灰加入氢氧化钠溶液中进行脱硅反应，制得脱硅液；

将纸浆纤维加入到所述脱硅液中进行疏解打浆处理，打浆至纸浆的游离度为160～450CSF。

本发明中，选取粉煤灰为原料，粉煤灰是从煤燃烧后的烟气中收集下来的细灰，粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物，随着电力工业的发展，燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加，大量的粉煤灰不加处理，就会产生扬尘，污染大气及水系，本发明利用被废弃的粉煤灰中含有SiO₂氧化物的特性，将粉煤灰与氢氧化钠进行脱硅反应，得到含Si的脱硅液，即该脱硅液提供硅质原料，然后以脱硅液代替水作为纤维润浸疏解的分散介质，将纸浆纤维与脱硅液混合并进行打浆处理，打浆过程中，纸浆纤维分丝帚化，脱硅液渗入纤维腔壁内部、分丝表面及网络空间结构，这样为纤维在多方位和结构内进行水热合成硅酸钙创造了有利条件，同时使得硅酸钙填料的原位反应更为均匀和稳定。

本发明中，当纸浆纤维与脱硅液打浆处理后，脱硅液中的硅质原料均匀地分布在以纤维腔壁、分丝交织网络空间和纤维表面上，这样在造纸时生成的硅酸盐填料在浆料中也均匀分布，避免了直接将合成的硅酸钙加填到纸浆中易引起絮聚现象，本发明中，纸浆纤维在脱硅液中进行打浆处理时，打浆的程度通过纸浆的游离度来表征，当打浆过程中，纸浆的游离度为160～450CSF时，则停止继续打浆。

本发明是通过先将粉煤灰与氢氧化钠溶液进行脱硅反应，制得脱硅液，该脱硅液中还有硅质原料，然后将纸浆纤维置于脱硅液中进行打浆，这样一方面充分利用了废弃的粉煤灰，另一方面，用脱硅液代替水作为纸浆纤维的分散介质，使得脱硅液中的硅质原料能充分均匀地分布在纤维中的各个空间中，这样为后续合成的硅酸盐填料均匀分布在浆料中创造了有利的条件，本发明提供的基于粉煤灰脱硅液进行纤维打浆的方法大幅提高了填料与纤维的结合强度、分散效果和加填比例。

本发明一个具体方案中，由于本发明中是利用粉煤灰中的二氧化硅合成硅酸钙，若粉煤灰中二氧化硅的含量较低时，进行脱硅反应时，会造成生产成本的增高，因此，本发明中，选取粉煤灰时，选取二氧化硅含量为35％～45％的粉煤灰，例如可以选取二氧化硅含量为38％的粉煤灰，或者也可以选取二氧化硅含量为40％的粉煤灰，然后将二氧化硅含量为35％～45％的粉煤灰加入到浓度为12％-16％的氢氧化钠溶液中，氢氧化钠溶液的浓度为氢氧化钠溶液中氢氧化钠的质量与氢氧化钠溶液质量之比，进行脱硅反应时，需控制反应温度为100～140℃，脱硅反应时长为1～3h，举例来说，例如可以脱硅1h、2h或3h等，达到反应时间后，将脱硅反应后的浆液进行固液分离，固液分离后得到的液体为脱硅液粗液，将固液分离后得到的脱硅液粗液进行过滤，具体可以使用叶滤机进行过滤，过滤得到的液体为精制脱硅液。

本发明一个具体方案中，为了使得粉煤灰与氢氧化钠溶液充分进行脱硅反应，本发明中，所述粉煤灰与所述氢氧化钠溶液中氢氧化钠的干基质量比为0.45～0.7：1，即粉煤灰与氢氧化钠的干基质量比为0.45～0.7：1，举例来说，当选取粉煤灰的干基质量为0.45kg时，则需选取氢氧化钠的干基质量为1kg，将选取的氢氧化钠配置成所需浓度的氢氧化钠溶液并与选取的粉煤灰进行混合并发生脱硅反应，本发明中，粉煤灰与氢氧化钠的干基质量比例如可以为0.5：1，还可以为0.6：1。

本发明一个具体方案中，将纸浆纤维加入到所述脱硅液中进行打浆处理，包括：首先将纸浆纤维与所述脱硅液进行混合并润浸2～4h，控制润浸时混合液中纸浆浓度为13～18％，其中纸浆浓度指纸浆纤维质量与纸浆纤维和脱硅液质量和之比，本发明中，纸浆纤维可以选取植物纤维，例如针叶木浆纤维，麦草浆纤维，阔叶木纤维，芦苇浆纤维，还可以选取其他类再生浆纤维，其中，纸浆纤维与脱硅液混合润浸过程中，纸浆纤维在脱硅液中扩散，脱硅液中的硅质原料大量进入纤维腔壁内部和分丝表面及网络空间结构中，为了更充分地分散纤维，将润浸后的纸浆浓度调整为2～5％，并进行疏解；将疏解后的纸浆溶液的纸浆浓度调整为10％，并进行打浆处理，其中打浆处理是使得纤维分丝帚化，增大纤维与脱硅液的接触面积，从而提高了脱硅液中的硅质原料在纤维中的分布量，打浆过程中，控制纸浆的游离度为160～450CSF，打浆后制得的纸浆溶液可以作为纤维原位合成硅酸钙的硅质原料。

在本发明具体方案中，脱硅液与纸浆纤维混合制备纸浆溶液时，控制脱硅液中二氧化硅的浓度为70～80g/L。

本发明利用通常作为废弃物的粉煤灰为原料制备脱硅液，避免了传统工艺使用石英砂、硅藻土等不可再生的矿产资源作为初始原料，原料来源广泛、成本低廉；将制备的脱硅液与纸浆纤维混合进行打浆处理，打浆后得到的纸浆溶液可以作为纤维原位合成硅酸钙的硅质原料，而且，本发明中，脱硅液代替传统工艺中以水作为纤维润浸疏解的分散介质，制得的纸浆溶液中硅质原料均匀、大量地分布在纤维的各个空间中，为后续纤维在多方位和结构内进行硅酸钙水热合成创造了有利条件，即由于浆料中硅质原料均匀地分布在纸浆纤维中，这样后续利用硅质原料生成的硅酸盐填料也能均匀分布在纸浆纤维中，而且在合成过程中完成加填工艺，避免了现有技术中先制备硅酸钙，然后将制备而成的硅酸钙再加填在浆料中所出现的填料分散不均匀、易絮聚、化学品消耗量大、高加填后纸张强度性能下降以及运输合成的硅酸钙高成本问题，因此，本发明提供的基于粉煤灰脱硅液进行纤维打浆的方法解决了现有技术中硅酸钙加填到浆料中存在的分散不均匀、易絮聚、化学品消耗量大以及高加填后纸张强度性能下降的技术问题。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

将20g粉煤灰加入到250g浓度为16％的氢氧化钠溶液中，此时粉煤灰和氢氧化钠的干基质量比为0.50:1，搅拌后形成浆液，将浆液温度升至120℃，在此条件下脱硅反应2h，反应结束后对脱硅浆液进行固液分离，分离后的脱硅滤液经叶滤机精过滤，制得脱硅液，将脱硅液稀释到0.1L，此时脱硅液中SiO₂浓度为75g/L，将其作为纤维原位合成硅酸钙的硅质原料，量取100ml稀释后的脱硅液，并向量取的脱硅液中加入20g绝干针叶木浆纤维，充分浸泡静置3h后，将润浸后的将纸浆浓度调整为2％，然后利用疏解机进行充分疏解分散，疏解完成后调整纸浆浓度为10％，并利用打浆机进行打浆，打浆过程使用切割鳍系列刀片进行重刀切断的打浆，打浆过程中控制纸浆的游离度为195CSF。

将实施例1中打浆处理后的纸浆溶液中加入石灰乳进行纤维原位合成反应，反应后，将纸浆溶液经洗涤过滤配制成浆浓为1.5％的纸浆并进行纸张抄造，对抄造的纸张进行检测，检测结果如表1所示：

表1 实施例1和现有技术制得的纸张性能参数对比表

从表1可以看出，在硅酸钙加填量相同以及游离度相同的情况下，实施例1制备而成的纸浆经抄造得到的纸张中灰分含量(44.88％)大于通过现有技术加填后抄造得到的纸张灰分含量(38.62％)，即通过实施例1的方法制备的纸张中硅酸钙的加填量大于采用现有的硅酸钙加填方式的加填量，因此，本发明提供的基于粉煤灰脱硅液进行纤维疏解打浆的方法能够提高硅酸盐在纸张中的加填量，而且，实施例1制备的纸张的抗张指数和耐破指数均大于现有加填方式制备而成的纸张的抗张指数和耐破指数，即本发明中提供的制备方法制备而成的纸浆抄造的纸张的成纸强度较高，硅酸盐与纤维之间的结合力较强，硅酸盐在纸张的分散更均匀。

因此，本发明提供的基于粉煤灰脱硅液进行纤维打浆的方法能够使得纸浆纤维中的硅质原料均匀地分布在纤维中，同时由于纸浆纤维直接在脱硅液中进行打浆处理，避免了合成的硅酸盐运输问题，解决了现有技术中硅酸盐加填到浆料中存在的分散不均匀、易絮聚、化学品消耗量大、高加填后纸张强度性能下降及合成的硅酸盐填料运输时高成本的技术问题。

实施例2

将粉煤灰19g加入到180g浓度为15％的氢氧化钠溶液中，搅拌后形成浆液，粉煤灰和氢氧化钠的干基质量比为0.70:1，将浆液温度升至130℃，在此条件下脱硅2.5h，反应结束后对脱硅浆液进行固液分离，并将固液分离后的脱硅滤液经叶滤机精滤，制得脱硅液，将脱硅液稀释至0.08L，此时脱硅液中SiO₂浓度为80g/L，量取110ml稀释后的脱硅液，并加入20g绝干阔叶木浆纤维，充分浸泡静置4h后，将润浸后的将纸浆浓度调整为2.5％，然后利用疏解机进行充分疏解分散，疏解完成后调整纸浆浓度为10％，并利用打浆机进行打浆，打浆过程使用切割鳍系列刀片进行重刀切断的打浆，打浆过程中控制纸浆的游离度为190CSF。

将实施例2中打浆处理后的纸浆溶液中加入石灰乳进行纤维原位合成反应，反应后，将纸浆溶液经洗涤过滤配制成浆浓为1.0％的纸浆并进行纸张抄造，对抄造的纸张进行检测，检测结果如表2所示：

表2 实施例2和现有技术制得的纸张性能参数对比表

从表2可以看出，在硅酸钙加填量相同以及游离度相同的情况下，实施例2制备而成的纸浆经抄造得到的纸张中灰分含量(41.56％)大于通过现有技术加填后抄造得到的纸张灰分含量(34.73％)，即通过实施例2的方法制备的纸张中硅酸钙的加填量大于采用现有的硅酸钙加填方式的加填量，因此，本发明提供的基于粉煤灰脱硅液进行纤维疏解打浆的方法能够提高硅酸盐在纸张中的加填量，而且，实施例2制备的纸张的抗张指数(18.98)和耐破指数(0.726)均大于现有加填方式制备而成的纸张的抗张指数(14.74)和耐破指数(0.485)，即本发明中提供的制备方法制备而成的纸浆抄造的纸张的成纸强度较高，硅酸盐与纤维之间的结合力较强，硅酸盐在纸张的分散更均匀。

因此，本发明提供的基于粉煤灰脱硅液进行纤维打浆的方法能够使得纸浆纤维中的硅质原料均匀地分布在纤维中，同时由于纸浆纤维直接在脱硅液中进行打浆处理，避免了合成的硅酸盐运输问题，解决了现有技术中硅酸盐加填到浆料中存在的分散不均匀、易絮聚、化学品消耗量大、高加填后纸张强度性能下降及合成的硅酸盐填料运输时高成本的技术问题。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种基于粉煤灰脱硅液进行纤维疏解打浆的方法，其特征在于，所述方法包括：

将粉煤灰加入氢氧化钠溶液中进行脱硅反应，制得脱硅液；将纸浆纤维加入到所述脱硅液中进行疏解打浆处理，打浆至纸浆的游离度为160～450CSF，

其中，所述疏解打浆处理包括：

将纸浆纤维与所述脱硅液进行混合并润浸2～4h，控制润浸时混合液中纸浆浓度为13～18％；

润浸后将纸浆浓度调整为2～5％，并进行疏解；

将疏解后的纸浆溶液的纸浆浓度调整为10％，并进行打浆处理，并控制纸浆的游离度为160～450CSF。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将粉煤灰加入氢氧化钠溶液中进行脱硅反应，制得脱硅液，包括：

将二氧化硅含量为35％～45％的粉煤灰加入到浓度为12％-16％的氢氧化钠溶液中，并控制反应温度为100～140℃，脱硅反应时长为1～3h；

将脱硅反应后的浆液进行固液分离，将固液分离后的液体进行过滤，过滤得到的液体为所述脱硅液。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述粉煤灰与所述氢氧化钠溶液中氢氧化钠的干基质量比为0.45～0.7：1。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述脱硅液中二氧化硅的浓度为70～80g/L。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纸浆纤维包括以下纤维中的任一种：

针叶木浆纤维、阔叶木浆纤维、草浆纤维、芦苇浆纤维以及再生浆纤维。