文献综述
1.研究内容、目标、关键问题
造纸白泥是造纸工业碱回收时经苛化反应形成的副产物,其主要成分为碳酸钙,但由于高碱性和含有重金属元素,其被定义为工业有毒有害物质[1]。平均1吨的纸浆可以产生0.5吨的造纸白泥,并且中国在2011年的造纸白泥产量已经接近1千万吨。随着近年来对纸制品的需求,白泥量还在不断增长中。国内外的一些大型造纸厂(如佳木斯、吉林、青州造纸厂)均是采用石灰窑煅烧法,使造纸白泥再生生产石灰在苛化中循环使用。但是,造纸白泥的煅烧必须采用高质量的重油等优质原料,能耗较高,煅烧工艺和操作控制也相对比较复杂。另外,国内的造纸企业大都使用麦草、芦苇等非木质原料,得到的造纸白泥中硅元素含量高。若采用煅烧石灰的方法进行回收利用时,造纸白泥中的杂质硅易与碱金属氧化物形成水玻璃物质,造成物料胶粘,无法分离,多次循环后会严重影响碱回收效率和设备寿命[1]。因此,大多数造纸厂选择直接将白泥填埋或堆放,这不仅污染环境、浪费资源,造纸厂还需要支付相应的排污费用。因此,造纸白泥的综合利用就成为我国甚至是世界造纸企业的亟待解决的问题。本毕设拟利用造纸白泥、粉煤灰等材料制备造纸白泥陶瓷滤料,测定其物化性能,并进行微观表征,以备后续污水处理使用,达到以废治废的目的。关键问题在于本实验利用造纸白泥和水泥粉煤灰等材料进行材料固化反应,反应脱水后进行煅烧,制取的石灰试块得有一定的抗热冲击能力,石灰有效钙的含量达到65%以上。
2.现状及发展趋势
中国是当今世界陶瓷生产大国,现有宏大的生产规模,近千万的陶瓷从业人员,配套完整的产业链,惊人的产量。截止2007年底,我国仅日用陶瓷一项年产量就已达130亿件。然而,陶瓷制品生产过程中耗能高、废弃过程中处理难,造成的环境污染和资源短缺等问题,也逐渐凸显出来,并已成为陶瓷行业可持续发展所不容忽视的问题。针对上述问题,世界各国正在寻求各种有效的解决途径,可自然风化降解环保陶瓷也正是在这种形势下应运而生。1999年以来,中国建材网、中国建材报讯、福建之窗、中国陶瓷企业网等相继报道了在我国福建德化等地成功开发了一类在较低温度下(即比传统陶瓷制品低100—2000℃)一次烧成,且破碎后丢弃于自然界中可在较短时间内(半年至一年左右)自然风化降解的新型轻质环保陶瓷。然而,有关可自然风化降解环保陶瓷的降解机理、制作工艺等的研究和报道却非常少。因此,深入探索这类新型轻质环保陶瓷的工艺特征,不仅对于指导我国陶瓷生产,提升我国陶瓷制品质量,降低生产过程中的能耗和废弃过程中带来的环境问题具有非常重要的现实意义,还将为实现陶瓷生产持续发展打下坚实基础。
造纸白泥为制浆造纸碱回收系统中产生的固体废弃物,主要成分为碳酸钙,属于富钙材料[2]。制浆造纸厂在碱回收过程中会产生大量苛化白泥。CaCO3为其主要成分,此外,还有CaSiO3、残余的NaOH,以及由于纤维原料不同而含有不同的无机化合物,如Na2S、Al、Fe、Mg化合物及尘埃杂质等。以木材为原料的苛化白泥,国外及国内的一些大型造纸厂采用石灰窑煅烧法,生产再生石灰,循环利用白泥[3]。然而,国内以非木材纤维为原料的制浆造纸企业,由于白泥中的硅含量较高,如果回收再生,会加剧碱回收的难度,致使碱回收无法正常运行。由于一些技术难题和成本较高等原因,在苛化白泥利用的开发与研究中还面临许多尚未解决的问题[4]。目前我国的绝大多数企业将白泥堆放,不但占用了大量土地,还会对土壤、地下水造成污染。随着我国制浆造纸企业碱回收系统的兴建、规模不断扩大,产生的苛化白泥大幅度增加,造纸白泥治理成为许多制浆造纸企业迫切需要解决的一个难题。
3.造纸白泥的综合利用
以木材为制浆原料的制浆造纸厂,所产生的白泥基本上都经煅烧后循环使用。而非木材纤维的制浆造纸厂的白泥,除少数企业对碱回收白泥进行综合利用外,大多数企业只是择地填埋或堆放。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,如何加快它的综合利用就成为我国造纸工业中非常突出的问题。
3.1作为填料的应用
从白泥中提取的精制碳酸钙与普通轻质碳酸钙质量相当,该产品可作为造纸填料和塑料制品的填料使用。作为造纸填料可在企业内部消化,不需经过脱水干燥、包装运输等工序,工艺流程简短,可以将80-90%的废弃白泥转化为造纸填料,尽可能地减少废弃物对环境的污染[5]。碱回收的白泥经过多级洗涤和筛选,就可生产出精制碳酸钙,每吨提取成本约150元。商品轻质沉淀碳酸钙采购价一般高于550元/吨。对于一个年消耗4000吨精制碳酸钙的企业,如果全部自产自用,商品轻质碳酸钙按550元/吨,自制成本按150元/吨计,两者相抵,仅此一项可减少费用160万/年,不仅有较好的经济效益,并且从根本上治理了白泥污染,同时减轻了辅料操作人员的劳动强度,改善了工作环境。
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