[发明专利]一种用于纸张加填的粉煤灰基碳化修饰复合填料制备方法

说明书

本发明公开了一种用于纸张加填的粉煤灰基碳化修饰复合填料制备方法。该方法主要有以下几个步骤:首先将工业粉煤灰在一定的工艺条件下先浮选除炭再磁选除铁备用，再制备Ca（OH）₂,将预处理粉煤灰与Ca（OH）₂混合均匀，采用反相悬浮法，在混合物中加入一定量的反相溶剂与表面活性剂，充分搅拌均匀，使整个体系是油包水液滴，再通入一定量的CO₂气体使其与Ca（OH）₂反应，生成的沉淀直接在粉煤灰的表面结晶，形成一种粉煤灰基碳化修饰复合填料。本发明创造性地将悬浮聚合法和沉淀法结合，解决了CaCO₃非定向结晶，自身蓄积沉降的问题。该复合材料可作为填料用于纸张的加填中，对纸张的白度与强度均有增强的作用。

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，具体涉及一种用于纸张加填的粉煤灰基碳化修饰复合填料制备方法。

背景技术

粉煤灰是我国最大的固体废弃物排放源之一，粉煤灰的堆放将会直接或间接引发大气、土壤、河流等一系列环境问题，同时造成极大的资源浪费。多年来，国内外学者通过多种方法研究粉煤灰的资源化利用技术，并在建筑道路、污水处理、矿物提取、材料加填等多方面取得突破。但在这些领域的利用存在附加值不高、产品得率低、处理过程成本高等一系列问题。我国每年纸和纸板的填料需求量为1000多吨，粉煤灰具有和造纸行业用填料高岭土相似的化学组成和独特的表面孔洞结构，非常适合造纸加填。但由于原始粉煤灰颗粒中未燃尽炭、铁氧化物等发色源的干扰，使得粉体白度非常低，很难用于纸张加填。本发明以粉煤灰和CO₂为原料，基于粉煤灰-[Ca（OH）₂/H₂O]-CO₂三相碳化沉淀反应体系，探索一种利于非均匀成核异相结晶在粉煤灰表面生成高白度、高比表面积微纳米级CaCO₃修饰层的方法，制备一种粉煤灰基异相结晶复合材料。

但上述方法可能存在包覆不均匀，碳酸钙自身结晶沉降的缺点。本发明利用反相悬浮法，将粉煤灰与Ca（OH）₂的混合液中加入反相溶剂及表面活性剂，在强烈的机械搅拌下，将水溶性单体在有机溶剂中分散成细小液滴，成为一个油包水体系，然后通入的CO₂与Ca（OH）₂反应，使生成的CaCO₃直接结晶在粉煤灰表面上，从而解决了包覆不均匀，碳酸钙自身结晶沉降的问题。

发明内容

本发明的主要目的是通过粉煤灰-[Ca（OH）₂/H₂O/反相溶剂/表面活性剂]-CO₂三相碳化反应体系，使粉煤灰、Ca（OH）₂混合物在反相溶剂中形成微球，利用沉淀结晶，将CaCO₃直接在粉煤灰表面结晶，从而形成均匀包覆的粉煤灰基碳化复合材料，可以作为填料用于造纸行业中的加填，增强纸张的白度与强度，同时对粉煤灰及CO₂废弃物进行综合利用。

本发明技术方案如下。

一种用于纸张加填的粉煤灰基碳化修饰复合填料制备方法，包括如下步骤：

（1）粉煤灰碳化修饰改性前的预处理：以粉煤灰为原料，使用国产XFD-1.5L单槽浮选机（石城县国邦矿山机械有限公司），采用一选一扫工艺，在10～30wt%浮选浓度中加入0.5～2.5Kg/t（即1吨粉煤灰添加0.5～2.5Kg捕集剂）捕集剂捕集5～20min和0.5～2.5Kg/t起泡剂起泡5～20min，以转速1000～3000rpm，通气量为0.5～0.8m³/m²·min下采用空气进行浮选，刮泡至泡沫层颜色与下层颜色一致为止；取浮选槽中的剩余尾灰浆液直接调浓后，进行磁选除铁进一步提高白度，将固含浓度为5 wt%～20wt%的粉煤灰悬浮液在永磁组件构成的磁性搅拌器下（该搅拌器为常规的搅拌器在搅拌桨部位设置有永磁铁），以100～500rpm搅拌2～10min，通过4次循环可以完全去除粉煤灰颗粒中的含铁颗粒，获得的粉煤灰留以备用；