专利名称：一种粉煤灰增白的方法
技术领域：
本发明涉及一种粉煤灰的处理方法，特别是湿法外排粉煤灰的处理方法。属环境工程学科的固体废弃物资源化工程技术领域。
背景技术：
粉煤灰又称“飞灰”，细而轻，收集、排放、运输、储存都不方便，治理和利用更是一个难题。2001年，全国粉煤灰产生量为1.68亿吨，利用率只有52％。若不加以开发和利用，不仅占用大量良田，增加粉煤灰的贮存费用，而且易形成公害，污染环境。从20世纪50年代我国建材部门已开始尝试将粉煤灰用于建材制品及混凝土的生产，20世纪60年代已形成了以建材利用为主的粉煤灰利用格局，20世纪80年代以来，随着粉煤灰排放量的剧增，利用途径开始多样化，以建材利用为主的格局被打破。近年来，粉煤灰作为重要的无机非金属资源被广泛用于建材、陶瓷、化工、环保、高速公路、大型水利工程建设及聚合物填充等领域。
粉煤灰是煤粉燃烧后，其中的无机组分在高温急冷的热动力条件下形成的，主要成分为Al2O3和SiO2，大部分为球形颗粒，粒度微细。其中的细粒沉珠形状圆而光滑、颗粒之间聚集力很小，加工流变性好，是一种潜在的优良聚合物填料。
近年来，有关改性粉煤灰作橡胶填料的报道时有所见，如金立薰等学者用硅烷偶联剂对平均粒径小于5μm的粉煤灰细粉进行表面改性作橡胶补强剂，其补强性能介于半补强炭黑和硅铝炭黑之间(金立薰.朱兴旺.邹铭泽.李康，粉煤灰的超细活化及在橡胶中的应用.煤炭加工与综合利用，1998年04期48～50)。虽然硅烷偶联剂或表面活性剂能在一定程度上改善粉煤灰表面特性，提高与聚合物基体的亲和力，但不能改变外观颜色和表面形貌，也就是说这种方法并不能提高粉煤灰的白度和比表面积，因此粉煤灰作填料并没有被大量推广，相关的文献也较少。
Woolard等学者采用水热法用氢氧化钠对粉煤灰进行表面浸蚀，提高粗糙度，浸蚀后粉煤灰的比表面积提高了8倍以上(Woolard，C.D.；Strong，J.；Erasmus，C.R.Evaluation of the use of modified coal ash as a potential sorbent fororganic waste streams，Applied Geochemistry Volume17，lssue；8，August，2002，pp.1159-1164)。Sarbak等学者采用化学法用氢氧化钠、氢氧化钠/碳酸氢铵、乙二胺四乙酸(EDTA)和盐酸等分别对粉煤灰表面进行浸蚀。未处理粉煤灰的比表面为3m2/g，孔体积为0.01cm3/g，浸蚀后其比表面分别提高到59、60、60、105m2/g；孔体积分别提高到0.14、0.13、0.18、0.10cm3/g。(Sarbak，Z.；Kramer-Wachowiak，M.Porous structure of waste fly ashes and their chemicalmodifications，Powder Technology Volume123，lssue1，February 18，2002，pp.53-58)。虽然强酸或强碱能使粉煤灰表面粗糙化，但不能改善粉煤灰的白度，而且后续处理困难，成本高，容易造成二次污染，不宜于大规模的推广。文献报道，目前这种方法仍处于试验室研究阶段。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高粉煤灰白度和表面积的处理方法，该技术的实施不仅能拓宽粉煤灰的利用途径，提高利用率，又能大大减少粉煤灰的堆积、降低固体废弃物对环境的严重污染，化害为利。
本发明粉煤灰增白方法是用氢氧化钙溶液对粉煤灰进行表面处理。具体方法是将粉煤灰与氢氧化钙按3～5∶1的重量百分比进行混合，在40～100℃温度范围内对浆料加热搅拌使粉煤灰表面实现良好改性；冷却至25～35℃温度范围后通入二氧化碳对残余氢氧化钙进行中和；然后对浆料进行过滤，最后将产物进行干燥。这种粉煤灰产品既保存了粉煤灰球形颗粒易分散的特点，其表面又被包覆的硅酸钙微粒子所改性，增大了粉煤灰颗粒的比表面积，提高了白度；通入二氧化碳中和残余的氢氧化钙所生成的纳米碳酸钙微粒使粉煤灰产品的粒度级配更合理。最终产品作塑料、橡胶等聚合物的填料具有高的白度及良好的分散性。
为实现本发明的目的，具体的实施方案有如下步骤制备氢氧化钙溶液。为了保证产品的纯度和质量，应选用去除杂质后的氢氧化钙溶液。
原料预处理。(1)分级。粉煤灰粒度分布范围较宽，聚合物填料对细度有一定的限制和要求，大于50μm(300目)以上并不适合作填料。用水力旋流器对湿排粉煤灰进行分级，控制入料粒度小于50μm。(2)纯化。试验结果表明，入料前降低粉煤灰中的残余炭及磁性物含量，粉煤灰产品的增白效果更理想。
加热合成反应。为了加快合成反应的速度，更好地改善粉煤灰表面特性，将粉煤灰与氢氧化钙按3～5∶1的比例进行混合，加入固体质量5～20倍的水，充分搅拌均匀后开始对浆料进行加热到40～100℃，控制升温速度1.5℃/分钟，反应时间为1～8小时。合成反应过程中氢氧化钙晶核或晶胚与粉煤灰中的二氧化硅反应生成的硅酸钙微粒子以化学力结合在粉煤灰颗粒表面使其表面粗糙化。
二氧化碳中和。合成反应完毕，浆料中会有少量残余的氢氧化钙溶液，通入二氧化碳气体进行中和未反应完全的氢氧化钙溶液直至pH值在7～7.5范围内，使浆料呈中性，中和反应生成的纳米碳酸钙颗粒与复合粉煤灰颗粒均匀混合。为了提高二氧化碳与氢氧化钙的反应速度，通入二氧化碳前应先将浆料冷却到25～35℃的温度范围。
制粉。中和反应完毕，通过过滤将固体颗粒从浆料中分离出来，在100℃干燥8小时。经测定最终产品具有良好的粒度级配、分散性，较高的白度与比表面积，是塑料、橡胶等聚合物较理想的填料。
图1，2给出了粉煤灰的电镜照片，其中图1为未处理粉煤灰颗粒的形貌图，图2为处理后粉煤灰颗粒的形貌图。从图2可明显发现粉煤灰颗粒表面有大量的包覆小颗粒存在。
说明附1为未处理粉煤灰颗粒电镜照片图2为处理后粉煤灰颗粒电镜照片具体实施方式
实施例1将200g粉煤灰、735ml浓度为9％的Ca(OH)2溶液与2750ml自来水在反应器中充分混合。在常压、100℃条件下加热1小时，搅拌速度410转/分。反应结束，冷却浆料至30℃，通入二氧化碳气体进行中和、过滤、干燥。最终粉煤灰产品的白度为68.66(原料白度36.86)，比表面积为25.03m2/g(原料的比表面积为3.07m2/g)，堆密度0.38g/cm3(原料的堆密度为1.10g/cm3)。
实施例2将150g粉煤灰、735ml浓度为9％的Ca(OH)2溶液与1533ml自来水在反应器中充分混合。在常压、95℃条件下加热4小时，搅拌速度320转/分。反应结束，冷却浆料至33℃，通入二氧化碳气体进行中和、过滤、干燥。最终粉煤灰产品的白度为69.43(原料白度35.99)，比表面积为23.95m2/g(原料的比表面积为3.07m2/g)，堆密度0.42g/cm3(原料的堆密度为1.10g/cm3)。
实施例3将200g粉煤灰、833ml浓度为8％的Ca(OH)2溶液与3700ml自来水在反应器中充分混合。在常压、80℃条件下加热7小时，搅拌速度470转/分。反应结束，冷却浆料至28℃，通入二氧化碳气体进行中和、过滤、干燥。最终粉煤灰产品的白度为65.15(原料白度33.54)，比表面积为34.83m2/g(原料的比表面积为3.07m2/g)，堆密度0.45g/cm3(原料的堆密度为1.10g/cm3)。
权利要求
1.一种粉煤灰增白的方法，其特征是用氢氧化钙溶液对粉煤灰进行表面处理，具体方法是将粉煤灰与氢氧化钙按3～5∶1的重量百分比进行混合，在40～100℃温度范围内对浆料加热搅拌，冷却至25～35℃温度范围后通入二氧化碳对残余氢氧化钙进行中和；然后对浆料进行过滤，最后将产物进行干燥。
全文摘要
一种粉煤灰增白的方法，属于环境工程学科的固体废弃物资源化工程技术领域。具体方法是将粉煤灰与氢氧化钙溶液混合，加热、搅拌使粉煤灰表面实现良好改性；然后冷却浆料、通入二氧化碳气体中和残余氢氧化钙，系统设有磁性物循环脱除装置。经测定最终产品既保持了粉煤灰球形颗粒易分散的特征，其表面又被包覆的硅酸钙等微粒子所改性，具有较大的比表面积和白度，粒度级配更合理。这种粉煤灰产品是塑料、橡胶等聚合物潜在的、具有广阔前景的优质填料。该技术的实施不仅能拓宽粉煤灰的利用途径，提高利用率，又能大大减少粉煤灰的堆积、降低固体废弃物对环境的严重污染，化害为利。
文档编号C04B18/04GK1594185SQ20041000930
公开日2005年3月16日 申请日期2004年7月7日 优先权日2004年7月7日
发明者盖国胜, 杨玉芬, 郝向阳, 蔡振芳 申请人:清华大学