粉煤灰基新型硅酸钙填料的湿部化学行为特性研究

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1、陵压料技大学论文题目：粉煤灰基新型硅酸钙填料的湿部化学行为特性研究申请学位学科：所学学科专业：培养单位：工学轻工与技术工程轻工与能源学院硕士生：吴盼导师：张美云教授王建教授2014年5月INVESTIGArIoNoNWETENDCHEMISTRYCHARACTERISTICSoFANoVELFLYASHBASEDCALCIUMSILICATE』IIIIIIIIIHMillIIIIJIIIII／IUfY2554708AThesisSubmittedtoShaanxiUniversityofScienceandTechnologyinPartialFulfil

2、lmentoftheRequirementfortheDegreeofMasterofEngineeringScienceByPanWuThesisSupervisor：Prof．MeiyunZhangJianWangMay，2014粉煤灰基新型硅酸钙填料的湿部化学行为特性研究摘要粉煤灰是燃煤在锅炉燃烧过程中产生的固体颗粒物，通过协同作用与联产技术利用粉煤灰制备新型硅酸盐填料的技术已经实现。通过这种方式制得粉煤灰基新型硅酸钙(FACS)用作造纸填料，达到了节约纤维原料和高值化利用固体废弃物的目的。FACS与常规填料相比在填料性能上有很大的特殊性，因而在湿部

3、化学行为上与常规填料有着较大差异。本文研究了FACS的物理化学性能和加入FACS后浆料的留着滤水性能、电荷特性、对湿部化学品的吸附特性及纸张的施胶性能、强度和光学性能等，对FACS湿部化学行为特征的机理进行了探讨，在与常规填料进行了对比研究的基础上，确定FACS的湿部化学状态控制，旨在寻求适宜于新型硅酸钙造纸矿物填料的湿部控制技术。实验结果发现，在填料性能方面，FACS呈多孔蜂窝状聚集体结构。与GCC和PCC相比，FACS具有较低的密度、磨耗值，较高的325目筛余物含量、吸油值，比表面积和含水率。在电荷特性方面，与PCC和GCC相反，FACS带有较强的负电

4、荷，并且所带电荷量是它们的近60倍。研磨性能发现，在研磨的前20min里，FACS表面的孔隙结构易被破坏为较小的碎片并露出实心结构。研磨20min之后，随着研磨时间的增加粒度降低缓慢。对抄造性能的研究发现，填料用量的增加对FACS加填浆料的滤水不利。FACS由于有较好的吸附性能而具有净化白水的功能。与GCC加填纸相比，FACS加填纸具有更好的光学性能、留着率和松厚度，但是强度性能比GCC加填纸差。对比CPAM单元助留体系，CPAM／Bentonite双元体系和CS单元体系发现，CPAM和CPAM／Bentonite体系对留着的改善最为显著，只有CPAM—B

5、entonite体系对FACS加填纸的滤水性能有所改善。Zeta电位接近于0时，CPAM和CPAM／膨润土双元体系下(膨润土用量O．1％)，GCC加填浆料的CPAM用量约为0．04％，而FACS加填浆料的CPAM用量超过O．08％；CS单元体系下GCC加填浆料的CS用量约为1％，而FACS加填浆料的CS用量为1．5％。实验研究了不同粒径FACS在不同助留体系中的留着滤水特性以及成纸特性。研究结果表明，随着填料粒径的增大，FACS加填浆料的留着率和滤水时间都呈先增大后降低的趋势。CPAM单元和CPAM／膨润土双元助留体系对留着均有较大幅度的提高，但对FACS

6、加填纸的滤水性能的改善不明显。填料经过研磨后，可能暴露出更多的Ca2+，导致浆料电导率和Zeta增加。随着填料粒径的增加，白水的阳离子需求量降低，抗张指数和撕裂指数均呈先降低后升高的趋势。总体上，粒径越小时纸张的不透明度和白度越高，松厚度越低。采用可见光光谱法考察了FACS对淀粉的吸附性能。结果表明，FACS对阳离子淀粉的吸附量远大于PCC、GCC，但对阴离子淀粉的吸附量小于PCC。粒径越小时，FACS对淀粉的吸附量越大，并且对阳离子淀粉的吸附量远大于对阴离子淀粉的吸附量。FACS对阳离子淀粉的吸附平衡时间为30min，对阴离子淀粉的吸附平衡时间为20mi

7、n。FACS对淀粉的吸附，同时受静电作用和比表面积的影响，静电作用的影响更显著。在FACS的生产实践中，可以保留填料的多孔性带来纸张高松厚度等优势，而通过降低FACS颗粒所带的负电荷量来避免消耗过多的阳离子助剂。实验过程中采用阳离子淀粉(CS)预絮聚FACS的方法对FACS填料进行改性，研究结果表明：CS是一种较好的填料预处理助剂，与普通加填相比，预絮聚FACS加填可以较好地改善纸料的滤水性能，提高纸料留着率和成纸强度，达到相同的纸张性能时，CS用量也相对较低。预絮聚FACS工艺，操作简单，纸张性能较好，具有较强的实用性。实验研究了FACS对AKD浆内施胶

8、的影响。与常规PCC填料相比，FACS加填纸的AKD施胶效率较低。