一种用造纸白泥废弃物制备多孔陶瓷的方法与流程

文档序号:11454810阅读:1371来源:国知局

本发明涉及一种用造纸白泥废弃物制备多孔陶瓷的方法,属于建筑材料和废弃物利用技术领域。



背景技术:

根据中国造纸协会的资料,截止2012年底,我国纸和纸板产量和消费量已连续三年超过美国,均居世界第一,达到9930万吨,造纸产量和消费量分别占到世界总量的23.3%和23.1%。

山东省是造纸大省,2012年产量为1710万吨,占全国总产量的17%,连续18年居全国第一位。我省在大力发展造纸企业的同时造纸行业水污染问题得到一定改善,但是白泥污染将日益成为影响造纸企业发展的重要环境瓶颈。2013年10月,山东省环保厅在潍坊召开造纸白泥治理及综合利用现场会,指出由于处理成本及技术的限制,我省除部分企业对白泥进行了回收利用外,多数企业只是择地填埋或堆放。这不仅浪费了大量的石灰石资源,同时给周围的土壤及地下水资源造成严重的二次污染。由于土地资源紧张,填埋处理也日益困难,露天堆存的白泥还会形成扬尘污染源,对空气质量造成影响。要求加强白泥治理和监管,提高资源利用率,减少甚至杜绝白泥排放,确保环境安全。

按现有工艺,每生产1t纸浆大约产生1t白泥,且随着我国制浆造纸企业新建的碱回收系统数量增多、规模扩大,产生的白泥将会成比例大幅度增加并积累。

制浆造纸白泥(以下简称白泥)是造纸工业苛化工艺中所产生的泥浆状沉淀副产物,其主要化学反应式如下:

na2co3+ca(oh)2→caco3↓+2naoh

苛化后的乳液经澄清,分离出氢氧化钠溶液(白液)贮存,供制浆蒸煮循环使用;沉淀的白泥经进一步洗涤过滤,回收其中的氢氧化钠,最终得到含水率高的废渣。白泥的主要矿物成分是粒状结晶不良的caco3,其粒径为15-25μm,是一种疏松多孔的、颗粒细的固体废料。一般造纸白泥的含水率在40-50%,残留部分造纸纤维和部分有机物。

目前,大多数企业采用填埋或堆放的方式处理造纸白泥,填埋处理虽然简便易行、投资少,但需占用大量的土地资源,而且在污泥的填埋过程中由于压实、降雨和微生物分解的原因,会产生高浓度渗滤液和残留碱的溶解,造成地下水污染,同时,大型白泥堆场在恶劣天气等条件下还存在溃塌风险,成为社会危害的隐患。因此,这种粗放型白泥处理方式不仅带来了环境污染、资源浪费以及社会危害的隐患,随着土地和管理维护成本的上升以及不断严苛的环保要求,已经成为制约企业可持续发展的重要因素之一,寻求白泥的资源化回收利用途径是造纸企业和全社会的必然选择。



技术实现要素:

本发明的目的是针对现有造纸行业存在的废料浪费、污染环境以及多孔陶瓷需求大、成本高的问题,提供了一种用造纸白泥废弃物制备多孔陶瓷的方法,实现节能减排,废物利用。

为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:

一种用造纸白泥废弃物制备的多孔陶瓷,由按重量份比60-80份含水量30%±5%的造纸白泥废弃物、20-40份飞灰、10-20份碳酸氢钠、0.01-0.03份外加剂、3-5份水混合均匀,加入1-5份发泡剂发泡,然后烘干,在不高于850℃的条件下低温烧结而成;所述的外加剂由硅酸钾、羧甲基纤维素、腐殖酸钠、单宁酸钠按质量比15~20:35~45:10~15:20~30混合而成。

一种用造纸白泥废弃物制备多孔陶瓷的方法,将60-80份造纸白泥废弃物、20-40份飞灰、10-20份碳酸氢钠、0.01-0.03份外加剂、3-5份水混合均匀,加入1-5份发泡剂搅拌发泡,烘干,在不高于850℃的条件下低温烧结6-10小时;所述的外加剂由硅酸钾、羧甲基纤维素、腐殖酸钠、单宁酸钠按质量比15~20:35~45:10~15:20~30混合而成。

所述的方法,优选包括步骤如下:

(1)将造纸白泥取出过筛、压滤,使其废弃物含水量保持在30%±5%;

(2)将60-80份造纸白泥废弃物、20-40份飞灰、10-20份碳酸氢钠、0.01-0.03份外加剂、3-5份水混合均匀,加入1-5份发泡剂搅拌发泡,所述的外加剂由硅酸钾、羧甲基纤维素、腐殖酸钠、单宁酸钠按质量比15~20:35~45:10~15:20~30混合而成;

(3)烘干;

(4)在不高于850℃的条件下低温烧结6-10小时。

上述方法中,所用的造纸白泥含水量为20-25wt%、含钙量在60-70wt%、残留造纸纤维为5-10wt%,粒度为10-100微米,所述的过筛筛目约为100-800目。

所述的飞灰,其重量百分比组成如下(干基):al2o338.5%-40.3%%,sio233.5%-35.9%,cao10.1%-12.3%,杂质余量,杂质为其它氧化物。

所述的发泡为自然发泡,发泡好的混合料在温度20±2℃湿度大于等于50%的环境中养护8-10小时。使得混合料中水份的分布趋于均匀化,同时也带动了混合料内部粘接剂等物质在混合料内部的均匀化。所述的发泡剂优选双氧水。

所述的烘干为在90±5℃的烘干设备中烘干3-5小时。

为了保证多孔陶瓷孔结构和陶瓷莫来石相的形成,防止温度过高结构坍塌,采取低温长时间保温的烧结工艺,优选采用每分钟升温3℃,300℃保温30-40分钟,600℃保温60-80分钟,850℃保温3小时的烧结工艺。

上述的外加剂优选由硅酸钾、羧甲基纤维素、腐殖酸钠、单宁酸钠按质量比20:40:15:25混合而成。

上述方法制得的多孔陶瓷材料。

本发明的有益效果是:

(1)充分利用造纸白泥中的cao,飞灰中的al2o3和sio2,形成陶瓷的莫来石相;造纸白泥中的碳酸钙分解产生大量的气体形成多孔的结构;双氧水发泡剂可以引入大量气孔,碳酸氢钠助熔剂的使用可以大幅降低多孔陶瓷的出现液相的温度,有利用低温烧成;

(2)外加剂的使用,可以有效地释放出造纸白泥里面的吸附水转化成自由水,降低了外加水的用量,节约了成本;释放出的水所留下的空间,形成的密闭的空隙同时也减轻了制品的自重;

(3)采用的烧结工艺可保证多孔陶瓷孔结构和陶瓷莫来石相的形成,防止温度过高结构坍塌;

(4)本发明利用大量工业垃圾,降低环境负荷和多孔陶瓷的制造成本;

(5)本发明方法制得的多孔陶瓷具有较好的抗折强度、隔热性好,密度小、自重轻。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步说明。

本发明实施例用的造纸白泥含水量为20-25wt%、含钙量在60-70wt%、残留造纸纤维为5-10wt%,粒度为10-100微米。用的飞灰其重量百分比组成如下(干基):al2o338.5%-40.3%%,sio233.5%-35.9%,cao10.1%-12.3%,杂质余量,杂质为其它氧化物。

实施例1

(1)将造纸白泥取出过筛、压滤,压滤使其废弃物含水量保持在30%±5%(wt%);

(2)配料:将60份造纸白泥废弃物、40份飞灰、碳酸氢钠20份、0.01份外加剂和5份水混合均匀,制成料浆,加入2份发泡剂搅拌,自然发泡,发泡好的混合料在温度20±2℃湿度大于等于50%的环境中放置8小时;外加剂由硅酸钾、羧甲基纤维素、腐殖酸钠、单宁酸钠按质量比20:40:15:25混合而成;

(3)烘干:将发泡好的样品放在90℃左右的烘干设备中烘干5小时;

(4)烧结:为了保证多孔陶瓷孔结构和陶瓷莫来石相的形成,防止温度过高结构坍塌,采取低温长时间保温的烧结工艺,即采用每分钟升温3℃,300℃保温40分钟,600℃保温60分钟,850℃保温3小时的烧结工艺。

实施例2

(1)将造纸白泥取出过筛、压滤,压滤使其废弃物含水量保持在30%±5%;

(2)配料:将70份造纸白泥废弃物、30份飞灰、碳酸氢钠15份、0.02份外加剂和4份水混合均匀,制成料浆,加入3份发泡剂搅拌,自然发泡,发泡好的混合料在温度20±2℃湿度大于等于50%的环境中放置9小时;外加剂由硅酸钾、羧甲基纤维素、腐殖酸钠、单宁酸钠按质量比20:40:15:25混合而成;

(3)烘干:将发泡好的样品放在90℃左右的烘干设备中烘干4小时;

(4)烧结:为了保证多孔陶瓷孔结构和陶瓷莫来石相的形成,防止温度过高结构坍塌,采取低温长时间保温的烧结工艺,即采用每分钟升温3℃,300℃保温30分钟,600℃保温80分钟,850℃保温3小时的烧结工艺。

实施例3

(1)将造纸白泥取出过筛、压滤,压滤使其废弃物含水量保持在30%±5%;

(2)配料:将80份造纸白泥废弃物、20份飞灰、碳酸氢钠10份、0.03份外加剂3份水按照比例混合均匀,制成料浆,加入4份发泡剂搅拌,自然发泡,发泡好的混合料在温度20±2℃湿度大于等于50%的环境中放置10小时;外加剂由硅酸钾、羧甲基纤维素、腐殖酸钠、单宁酸钠按质量比20:40:15:25混合而成;

(3)烘干:将发泡好的样品放在90℃左右的烘干设备中烘干3小时;

(4)烧结:为了保证多孔陶瓷孔结构和陶瓷莫来石相的形成,防止温度过高结构坍塌,采取低温长时间保温的烧结工艺,即采用每分钟升温3℃,300℃保温40分钟,600℃保温70分钟,850℃保温3小时的烧结工艺。

实施例4

(1)将造纸白泥取出过筛、压滤,压滤使其废弃物含水量保持在30%±5%;

(2)配料:将70份造纸白泥废弃物、30份飞灰、碳酸氢钠15份、0.02份外加剂和4份水混合均匀,制成料浆,加入3份发泡剂搅拌,自然发泡,发泡好的混合料在温度20±2℃湿度大于等于50%的环境中放置9小时;外加剂由硅酸钾、羧甲基纤维素、腐殖酸钠、单宁酸钠按质量比20:35:10:20混合而成;

(3)烘干:将发泡好的样品放在90℃左右的烘干设备中烘干4小时;

(4)烧结:为了保证多孔陶瓷孔结构和陶瓷莫来石相的形成,防止温度过高结构坍塌,采取低温长时间保温的烧结工艺,即采用每分钟升温3℃,300℃保温30分钟,600℃保温80分钟,850℃保温3小时的烧结工艺。

在相同条件下测得各实施例制得的产品的性能数据如表1。

表1实验数据统计表

以上是结合具体实施例对本发明的详细介绍,本发明的保护范围不限于此。

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