CN105419406B - 一种提高粉煤灰白度的改性方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高粉煤灰白度的改性方法。该方法为1）将粉煤灰进行筛分处理，得到经筛分处理的粉煤灰；2）将经筛分处理的粉煤灰进行高温除炭处理，得到经除炭处理的粉煤灰；3）将经除炭处理的粉煤灰进行包覆处理。结果为初始白度32%ISO提高到89.4%ISO，提高了约为58%ISO，可使粉煤灰这一废弃物在造纸工业上的广泛利用提供了可能，社会效益、生态效益均很显著。相比已有工艺，本发明所涉及的改性工艺大大提高了粉煤灰白度，大大提高了粉煤灰在造纸工业中的实用性。
Description
技术领域
本发明涉及造纸领域，具体涉及一种提高粉煤灰白度的改性方法。
背景技术
煤炭就成为人类社会生产获得能源不可缺少的一种化石资源，燃烧过程中除了会产生为大家所熟知的二氧化碳等气体外，还会大量产生一种固体粉煤灰，也即行业中俗称的炉渣。如何实现对煤炭燃烧产物的高效多元化利用，响应低碳环保的口号，成为当今社会面临的亟待解决的问题。众所周知，粉煤灰是火力发电厂把粉碎的煤炭通过燃烧产生的，因此它是一种工业副产品。如果不能实现其资源化利用，是一种公认的环境污染物。粉煤灰是由各种复杂无机和有机成分组成的原料煤在1200-1700℃燃烧生成的，因为有大规模的复杂组分，粉煤灰可被表征为最复杂的人工材料之一。例如，在不同种类的粉煤灰中，已确定了大约316单体矿物质和188种矿物集合体。由于中国经济的高速增长，近10年煤炭消耗量增加了50％。全球范围内，年粉煤灰产量由原来的5亿吨增长到7.5亿吨。目前美国粉煤灰的利用率约39％，在欧洲为47％，全球平均估计为接近25％。因此很清楚，每一年有很大比例的粉煤灰必须进行处理。粉煤灰的大量堆积不但占用田地,而且对地下水及周围环境构成一定的威胁。目前的预测显示，在未来二十年将看到相当于整个20世纪总发电容量的电机被安装。这其中部分增长的须求，很可能被可再生能源替代，然而，在能量密集且消耗量大的国家，如我国和印度，煤炭很可能仍然是发电的主导燃料。粉煤灰的主要成分是氧化硅，氧化铝，铁氧化物，氧化钙及一定量的未燃烧的炭。但是粉煤灰因为含有未燃烧的炭和铁的化合物，导致其白度约19-32％ISO，严重制约其作为造纸填料的应用。无机组分组成的非晶体和晶体矿物质；有机组份的炭等有机质；流体组分包括液体，气体和气体-液体包裹体。
目前，关于粉煤灰在造纸上的应用研究已有一些进步，如以粉煤灰为原料，生产的硅酸钙可作为填料在纸张中应用，与传统的碳酸钙填料相比，硅酸钙加纸具有更高的物理强度和高的松厚度。对于白度要求不高的彩色层压原纸板等特种纸，粉煤灰是一个很好的填料。但是由于粉煤灰极低的白度，制约着粉煤灰作为填料在塑料，橡胶，造纸，涂料等领域的应用。如今只有解决了白度问题，才能为粉煤灰的高值化利用开辟一条全新的道路。本研究获得了提高粉煤灰白度的工艺条件，从而很好解决了粉煤灰作为填料在造纸工业中的局限性，很好的利用粉煤灰这一废弃物，带来了不可估量的社会效益和生态效益。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高粉煤灰白度的改性方法，通过该改性工艺制备改性粉煤灰，能够大大提高其白度，可作为造纸填料应用于对一些白度要求较高的纸张中。
本发明技术方案如下。
一种提高粉煤灰白度的改性方法，包括如下步骤：
1)将粉煤灰进行筛分处理，得到经筛分处理的粉煤灰；
2)将经筛分处理的粉煤灰进行高温除炭处理，得到经除炭处理的粉煤灰；
3)将经除炭处理的粉煤灰进行包覆处理。
上述方法中，步骤1)中，所述经筛分处理的粉煤灰为250-325网目，粒径40-50μm；所述粉煤灰主要成分为SiO2，,Al2O3和Fe2O3；所述SiO2，Al2O3和Fe2O3的质量占粉煤灰总质量的72％-78％；所述SiO2在粉煤灰中的质量含量为35.6％-57.2％，Al2O3在粉煤灰中的质量含量为18.8％-55％，Fe2O3在粉煤灰中的质量含量为2.3％-19.3％。
上述方法中，步骤2)中，所述除炭处理的具体参数为：煅烧温度为500-1000℃，保温时间为60-100min。
上述方法中，步骤3)的具体步骤为：将将工业淀粉和填料进行共混处理，得到混合物溶液，升温到70-95℃进行蒸煮，蒸煮时间40-60min后再加入所述经除炭处理的粉煤灰，在80-98℃下进行30-60min反应，最后进行降温处理。
上述方法中，所述工业淀粉为工业淀粉，包括玉米淀粉、工业级马铃薯淀粉、工业级木薯淀粉或工业级甘薯淀粉中一种以上。
上述方法中，所述填料为造纸填料，包括高岭土，碳酸钙或滑石粉。
上述方法中，所述经除炭处理的粉煤灰和填料的质量比为10:(2-16)，所述淀粉用量为粉煤灰用量的5-100％。
上述方法中，所述对混合物溶液进行降温处理的具体步骤为：降温至40-90℃，反应搅拌速度为200-700rpm，在搅拌速度为200-700rpm的条件下进行自然降温。
本发明方法处理后，粉煤灰最终的白度为85％-90％。
本发明采用工业淀粉和PCC共混糊化处理的方式。
与现有技术相比，本发明的优势为：
本发明的方法可以在保留部分炭和铁的化合物的同时，获得较高的白度，这样可以降低煅烧阶段的能耗及减少副反应对粉煤灰成分和结构的破坏。该工艺显著提高了粉煤灰的白度，为粉煤灰在造纸工业的广泛使用提供了机会。
附图说明
图1为本发明工艺流程图；
图2为实施例2所得产品的SEM图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步地具体详细描述，但本发明的实施方式不限于此，对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。
实施例1
按照图1所示的流程。首先，将8g的粒径为45-49μm范围段的粉煤灰，白度约为30％ISO，进行除炭处理，在700℃下进行高温煅烧，保温50min。之后自然降温，再测量其白度。将除炭处理的粉煤灰进行PCC包覆处理，具体为将7.6g玉米淀粉和4.8g PCC(沉淀碳酸钙)配成悬浮液共混处理，然后在300rpm搅拌速度下逐渐升温加热至90℃，在90℃保温糊化50min，之后加入除炭后的粉煤灰继续蒸煮30min，之后降温至60℃，烘干研磨，测试其白度。
实施例2
按照图1所示的流程。首先，将8g的粒径为45-49μm范围段的粉煤灰，白度约为30％ISO，进行除炭处理，在800℃下进行高温煅烧，保温50min。之后自然降温，再测量其白度。将除铁处理的粉煤灰进行PCC包覆处理。将7.0g玉米淀粉和4.8g PCC(沉淀碳酸钙)配成悬浮液共混处理，然后在300rpm搅拌速度下逐渐升温加热至90℃，在90℃保温糊化50min，之后加入除炭后的粉煤灰继续蒸煮30min，之后降温至60℃，烘干研磨，测试其白度。
实施例3
按照图1所示的流程。首先，将10g的粒径为45-49μm范围段的粉煤灰，白度约为30％ISO，进行除炭处理，在700℃下进行高温煅烧，保温50min。之后自然降温，再测量其白度。将除炭处理的粉煤灰进行PCC包覆处理。将6.4g玉米淀粉和4.8g PCC(沉淀碳酸钙)配成悬浮液共混处理，然后在300rpm搅拌速度下逐渐升温加热至90℃，在90℃保温糊化50min，之后加入除炭后的粉煤灰继续蒸煮30min，之后降温至60℃，烘干研磨，测试其白度。
实施例4
按照图1所示的流程。首先，将8g的粒径为45-49μm范围段的粉煤灰，白度约为30％ISO，进行除炭处理，在700℃下进行高温煅烧，保温50min。之后自然降温，再测量其白度。将除炭处理的粉煤灰进行PCC包覆处理。将7.6g玉米淀粉和8.8g PCC(沉淀碳酸钙)配成悬浮液共混处理，然后在300rpm搅拌速度下逐渐升温加热至90℃，在90℃保温糊化50min，之后加入除炭后的粉煤灰继续蒸煮30min，之后降温至60℃，烘干研磨，测试其白度。
实施例1的结果如下：
将原始粉煤灰除炭处理后的粉煤灰烧失量为4.80％，炭去除率约为65％。经除炭处理的粉煤灰白度提高30％ISO。用于PCC包覆后，得到白度约为89.4％ISO粉煤灰，SEM显示出很好的包覆性能。实施例2-4的结果与实施例1类似。
本发明将除炭，PCC包覆二种工艺结合可以在保留部分炭和铁的化合物的同时，获得较高的白度，这样可以降低煅烧阶段的能耗及减少副反应对粉煤灰成分和结构的破坏。
本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种提高粉煤灰白度的改性方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）将粉煤灰进行筛分处理，得到经筛分处理的粉煤灰；
2）将经筛分处理的粉煤灰进行高温除炭处理，得到经除炭处理的粉煤灰；
3）将经除炭处理的粉煤灰进行包覆处理；
步骤1）中，所述经筛分处理的粉煤灰为250-325网目，粒径40-50μm；所述粉煤灰主要成分为SiO2， Al2O3 和Fe2O3；
所述SiO2在粉煤灰中的质量含量为35.6%-57.2%，Al2O3在粉煤灰中的质量含量为18.8%-55%，Fe2O3在粉煤灰中的质量含量为2.3%-19.3%；
步骤2）中，所述除炭处理的具体参数为：煅烧温度为500-1000℃，保温时间为60-100min；
步骤3）的具体步骤为：将工业淀粉和填料进行共混处理，得到混合物溶液，升温到70-95℃进行蒸煮，蒸煮时间40-60min后再加入所述经除炭处理的粉煤灰，在80-98℃下进行30-60 min反应，最后进行降温处理；
所述经除炭处理的粉煤灰和填料的质量比为10:（2-16），所述淀粉用量为粉煤灰用量的5-100%。
2.根据权利要求1所述的提高粉煤灰白度的改性方法，其特征在于：所述工业淀粉包括玉米淀粉、工业级马铃薯淀粉、工业级木薯淀粉或工业级甘薯淀粉中一种以上。
3.根据权利要求1所述的提高粉煤灰白度的改性方法，其特征在于：所述填料为造纸填料，包括高岭土，碳酸钙或滑石粉。
4.根据权利要求1所述的提高粉煤灰白度的改性方法，其特征在于：所述对混合物溶液进行降温处理的具体步骤为：降温至40-90℃，反应搅拌速度为200-700rpm，在搅拌速度为200-700rpm的条件下进行自然降温。
5.根据权利要求1-4任一项所述的提高粉煤灰白度的改性方法，其特征在于：所述粉煤灰最终的白度为85%-90%。
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