專利名稱：一種粉煤灰礦纖紙漿的制備方法
技術領域：
本發明公開一種粉煤灰礦纖紙漿及其制備工藝，屬于造紙原料類制造技術 領域，具體的說是以粉煤灰等為原料紙漿實現造紙技術。
背景技術：
近年來，我國的能源工業穩步發展，發電能力年增長率為7.3%,電力工業 的迅速發展，帶來了粉煤灰排放量的急劇增加，燃煤熱電廠每年所排放的粉煤 灰總量逐年增加，1995年粉煤灰排放量達1. 25億噸，2000年約為1. 5億噸， 到2010年將達到3億吃，給我國的國民經濟建設及生態環境造成巨大的壓力。 另一方面，我國又是一個人均占有資源儲量有限的國家，粉煤灰的綜合利用， 變廢為寶、變害為利，已成為我國經濟建設中一項重要的技術經濟政策，是解 決我國電力生產環境污染，資源缺乏之間矛盾的重要手羊殳。
粉煤灰中含有Si02、 AL203、 FeO、 Fe203 、 CaO、 MgO等多種成分,以粉煤灰纖 維為原料配制紙漿可以替代天然植物紙漿生產文化用紙、包裝紙及特種紙品， 目前粉煤灰的這一應用是較新的領域，但其應用前景廣闊。
發明內容
針對現有技術的不足，本發明提供了一種粉煤灰礦纖紙漿的制備方法，是 以工業礦碴配以其他輔料按一定比例配合熔煉，將熔體甩絲形成礦纖維，然后 經進一步處理得到礦纖紙漿。
為達到上述目的，本發明是通過以下技術方案實現的
一種粉煤灰礦纖紙漿的制備方法，其包括以下步驟一、 將粉煤灰或煤炭燃燒固態殘留物、無機添加劑和焦炭按要求混合造 粒，其中混合前確定粉煤灰或煤炭燃燒固態殘留物和無機添加劑的化學成分， 使礦纖漿大致化學成分一般控制酸度系數在
Si0+Al203 、
Kh =p L V = 1.2-1. 4之間 Ca0+Mg0
,而焦料比為確定為0， 12-0. 23之間；此處的焦料比為焦炭和前兩者礦渣和珪 石混合比例。
二、 將上述混合物高溫熔化，其熔體經離心機甩絲形成礦纖維；
三、 將甩絲形成的纖維分散軟化、除渣、濃縮、抄漿脫水后得到粉煤灰礦 纖漿。
進一步，所述的粉煤灰或煤炭燃燒固態殘留物包括火力發電、煉鋼煉鐵等 煤炭燃燒后產生的飛灰或固態殘留物經處理后得到的礦渣，其主要化學成分要 求
Si02 A1ACa0 Mg0Fe0 +Fe203 32-42 8-153 6-43 7-15 < 2
精度范圍40-60mm; 中等粒度50 mm;其中小于40 mm者最多不超過10%， 小于10 mm的碎料不超過1%。
進一步，所述的無機添添加劑為硅石，其化學成分指標
Si02CaO MgO Fe203 >94 <1.5 <0.1 <1 。
進一步，所述的焦炭為鑄造焦或冶金焦，主要指標 水分< 5% 灰分< 10% 揮發份< 2% 熱值> 6500J/kg 粒度要求60-80 mm其中粒度超上下限不超過10y。；小于30咖不超過5%; 小于10 mm不超過2、
步驟二中，混合物熔化是在沖天爐內進行，其焚燒爐控制溫度500-850。C。步驟二中高溫熔體經水冷卻可調流槽流至離心機高速運轉的離心輥上，在 輥子的表面就會形成一層熔體薄層，粘在薄層上的熔體在離心力作用下熔體甩
制形成直徑3-7微米的礦纖維。
步驟三中，纖維分散軟化是礦纖維進入帶有分散軟化劑容器內進行軟化處 理，其中軟化劑選自鹽酸、硫酸、醋酸、烷基酸金屬鹽其中的一種或其混合物； 分散劑選自多磷酸鈉、藻酰酸鈉、十二烷基疏酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、氧化 聚乙烯或乳化甲基^5圭油其中 一種或多種。
步驟三中，除渣是去除礦纖維中含有的礦物顆粒，除渣過程中要進行補水， 除渣后的礦纖漿進^f于濃縮及抄漿脫除多余的水后得到商品化的礦纖漿。
本發明合理利用粉煤灰或煤炭燃燒固態殘留物，主要經過制纖和抄漿處理， 制備適用于造紙用的礦纖漿，可替代或部分替代造紙木漿，節省原木損耗，保 護森纟木資源。
本發明制備的礦物纖維紙漿和有機植物纖維紙漿相比較，具有以下有益效
杲
(1) 、本發明制備的礦物纖維造紙時，可降低成本，比有機植物纖維造紙 降低20%成本；
(2) 、本發明制備的礦物纖維制作工藝筒單、且制作過程環保，而制作有 機植物纖維紙漿過程復雜，且對環境造成一定的污染；
(3) 、制作有機植物纖維紙漿需要大量的森林樹木，影響了大自然的生態平衡。
具體實施例方式
下面結合附圖
對本發明作進一步說明
實施例1、取礦渣，某工廠礦渣成分酸度系數為1. 01左右，則需要調節料,加入硅石，確定其酸度系數
_Si0+Al203_
Ca0+Mg0
為1.2,具體配比礦渣硅石焦炭 =700 : 50 : ioo,其粒度分別為
50mm : 20mm : 40mm。制纖工序
原料及焦炭用鏟車分別運入料倉，按照設定配方經稱量后，落到料倉下方的輸送皮帶并被送進料罐中。電葫蘆將料罐提升并沿軌道送至沖天爐室三樓平臺待命，才艮據指令將罐中原料和焦炭投入沖天爐。
沖天爐內的焦炭，借助沖天爐廢氣系統經換熱送來的約為500。C熱風，使焦炭充分燃燒放熱，將爐內的原料熔化。熔體從沖天爐側下方設備的固定流液口流出，焦炭燃燒產生的廢氣進入廢氣處理系統。
沖天爐周壁是水冷夾套式，無需耐火材料作爐襯，夾套中的冷卻水為軟水，循環使用。
高速四輥離心機把從沖天爐固定流液口流出的溶體纖維化。熔體經活動溜槽導向落到離心機1#輥輪上，四個輥輪高速旋轉，熔體經1#輥輪布料到2#輥輪，在2#輥輪上借助離心力，一部分熔體被甩成纖維，多余的熔體甩到3#輥輪上，以此類推直到4#輥輪將最后剩余的熔體纖維化.
離心機甩出的纖維沿輥輪的徑向飛去，為收集這些纖維，在離心機四個輥輪周邊設置了吹離風環，風環的出口噴出高壓風，將離心機甩出的纖維折向，即沿輥輪的徑向飛去，并借助誘導風使礦纖維帶入集棉室。
高速四混離心機的4個輥輪采用水冷式，每個輥輪均定的冷卻水流量，冷卻水為軟水，循環使用。4個輥輪由于高速旋轉，軸承采用油霧潤滑。
礦纖維進入集棉室，飄浮在集棉室上方空間。而集棉室內設有一條網式輸送機及吸風系統，借助吸風系統造成的負壓，促使漂浮的礦纖維迅速降落到集棉室網式輸送機上。網式輸送機向前運動的過程中，礦纖維越積越厚，形成一
7定厚度的棉層^t送出集棉室。吸風系統的排氣為避免有細纖維帶出去，設有收
塵室，由厚度50ram,密度60kg/n^的礦棉板作濾材，廢氣經過濾后排入大氣，被收集的細纖維回收。
從集棉室送出的礦棉氈，經過撕棉機將棉氈撕成碎棉塊，落到皮帶輸送機上并
被送到下道工序的除渣系統。
抄漿工序
首先，礦渣或造粒后的粉煤灰經過燃燒，甩絲作用，形成直徑3-7微米的礦纖維。這樣的纖維分別經過分散軟化，除渣，濃縮，進一步軟化，抄漿等作用，最后成為商品的礦纖漿。具體生產過程簡要描述如下第一步，分散軟化
礦纖維首先進入1#分散軟化槽，后依次按順序進入2#-3#分散軟化槽，在這里在分散劑及軟化劑的作用下，進行較為充分的分散及軟化過程，使纖維漿料適合于除渣要求。第二步，除渣
經過分散及軟化后的漿料被泵送至三段布置的除渣系統，進行多段除渣最后成為潔凈的漿料。
除渣器三段布置的目的是盡可能的除去纖維中的雜質，同時減少纖維流失，提高除渣效率。即第一段良漿直接進入下一工序，尾渣經稀釋進入第二段，二段良漿進入一段的進漿，依次類推。第三步，濃縮
濃縮并進一步軟化。經過除渣后的漿料質量已經達到要求，只是濃度太低，不適于運輸和存放，需要經濃縮機濃縮脫去這部分多余的水分。同時為了能獲得高質量的漿料，將提濃后的漿料在漿塔內存放一段時間，這步的目的是獲得最佳的軟化效果。第四步，抄漿及打包
經過前三段處理過的漿料再經抄漿機進一步脫去水分后，即可獲得商品化
的礦纖漿。漿料經由自動包裝機，根據情況打包成小袋(50 kg /袋)或大包(400-700kg/包)后即可裝運入庫。具體工藝及相關設備介紹
下料制度可以分為，混合下料法和分層下料法。混合下料法是將焦炭和各
種原料均勻地混合在一起加入沖天爐；分層下料法是將焦炭混合的原料分別加入沖天爐，即先加焦炭后加混合原料。如此往復但要求每批焦炭能鋪成兩個粒徑大小的高度。 一般情況下常采用混合下料法每批總量在750-900 kg之間，必要時可以擴大或縮小。1、 沖天爐及控制工藝
①、沖天爐的結構式用來熔化原料的重要設備，它大至由上下兩部分水夾套組成。上部有加料口、廢氣出口、》見察口等；下部有風孔、流液孔和入孔門；底部有水套、爐底及爐底門、帶放鐵口。
沖天爐分為5個部分爐體、進風系統、冷卻水系統、流料系統系、廢氣排放系統各個部分結構及作用概述如下
1) 、爐體分為爐底、爐身、爐缸三部分。
爐底作用是積存熔制中產生的鐵水，除需定時放鐵水外，應在生產4-6天停爐清理殘存爐底的4失和結石等殘物。
爐缸爐缸作用是儲存焦炭支持燃燒且又是熔體和鐵水儲存的地方，位置在爐底以上風口以下。
爐身爐身占整個沖天爐高度90。/。左右，位置在加料口至風口以上。其內膛稱為爐膛，作用是提供焦炭燃燒，原料預熱熔化的工作空間是沖天爐熔化原料的主要工作區域。因此，爐身段又被稱作為沖天爐的有效高度。
2) 、進風系統
沖天爐的進風系統包括其外部均勻的風環和風口 ，為了保證爐內焦炭充分燃燒和溫度均勻，在沖天爐周圍設有多個均勻可通的進風管和風口 。3) 、冷卻水系統
將水泵送來的冷卻水均勻的送入沖天爐夾套內來保護爐體在高溫下的正常工作，系統由水冷夾套和勻布管路組成。
4) 、流料系統
將一個活動流槽固定在爐罐流口處引導流口溢出的熔體，準確穩定地流至四輥離心機的第一輥上。因此，流槽設計成具有一定的存儲量且可前后左右上下隨意調節的形式。
5) 、廢氣排放系統
其作用是沖天爐產生的廢氣(C02、 C0、 H2S、 S02)以及粉塵經焚燒、除塵、脫石克以后由煙囪排出。②、沖天爐熔制工藝沖天爐熔制工藝控制的基本參數
1) 、點火時的底焦量900 kg,第一批100kg，第二批800 kg。
2) 、沖天爐鼓風量約3000-6500m3/hr;沖天爐的鼓風壓力350-850 mm H20;沖天爐的鼓風溫度200-400。C，最高450。C。
3) 、放鐵水時間6-8小時(可根據爐況及鐵水量適當延長或縮短)。
4) 、焚燒爐控制溫度500-850。C。
5) 、沖天爐冷卻水出水溫度30。C-9(TC，出水報警溫度整定90。C.二、離心機及成棉工藝
1、四輥離心機的作用是把沖天爐流出的溶體變成纖維。
①、離心機的組成結構四輥高速離心機裝配有四個離心輥輪，其排列法使熔體依次從一個棍落到另一個輥，每一個輥按各自的速度運轉，各個輥有自己的電機帶動。
10離心^L還有一個用以整定和調節各離心輥水量的水量表(四個流量計)，一 臺連續潤滑芯軸的油霧潤滑裝置以及管路系統。
② 、四輥離心機的冷卻水量一般控制在1#輥600-800L, 2#、 3#、 4#輥 1200-1400L。
③ 、四輥離心機油霧潤滑工作參數油量30滴/分鐘；空氣壓力2 kg/cm左 右；油最大工作粘度15(TC 2. 0-2. 3x I05m2/S。
2、成棉工藝
① 、成棉原理高溫熔體(約1400-1500。C流至高速運轉的離心輥上，在輥 子的表面就會形成一層熔體薄層，粘在薄層上的熔體在相當的離心力作用下熔 體內部結構中Si-Ca、 Si-Mg等結合鍵發生斷裂，而纖維伸長的Si-0鍵強大而 不會析晶。主要原因在于驟然冷卻而使熔體變成冷卻液體形成玻璃態，當然在 此過程也會有部分熔體不能成為纖維而變成渣狀球狀，我們稱之為渣球。渣球 率的高低與熔體的化學成分、溫度、粘度、設備狀況、4喿作控制等因素有關(與 吹離風機也有關)這就要根據具體情況調整。
② 、成棉過程四輥離心機成棉過程主要包括布料和離心兩個階段，而其離 心過程是采用四個高速運轉但速度不同的滾輪來實現的。
1) 、布料階段布料采用水冷卻可調流槽，水冷可調流槽可以前后左右調節。 在進行布料時將水冷可調流槽調節到流出的流股在合適工作位置，熔體在1輥 的落點和輥心連線與垂直軸線的夾角為30-45°這樣可4吏熔體成一線流，熔體在 表面張力的作用下均勻流動離心輥。
2) 、離心過程對于四輥才幾的離心成棉過程分為四個輥分別闡述。
a、 1號輥主要作用是控制熔體對以下各輥的布料工作狀態和對熔體進行初 級分散形成纖維極少。b、 2號輥，熔體自1號送到2號輥由于1號輥的加速離心作用，熔體在2 號輥的表面溫度有所下降產生較大的附著力并增大工作表面積。因而，熔體層 有2號輥上變薄從而更易被離心分散，相應提高成棉率。但是由于熔體的表面 積的增加更易冷卻，也相應地增加了熔體冷卻速度和粘度造成成棉不利的條件。 為此要提高2號輥的速度，在2號輥上設有成棉的熔體得到更好的分散被送到3 號輥上。
C、 3號輥，熔體進入第三輥因溫度逐步降低粘度增大但3號輥速度更高同 時有較適宜的制棉熔體粘度，因此3輥成棉率最高質量也好。
d、 4號輥的轉速更高，在3號輥未甩成纖維的熔體由于被3號輥高度分散 同時溫度進一步降低粘度增大，但4號輥轉速更高使粘度增大的熔體進一步被 離心成棉。4號輥成棉的大小要視熔體流股流量及溫度而定，當產量低時4號輥 成棉少而且纖維的質量也差。
三、集棉及送棉工藝
在離心機將高溫熔體甩制成棉的同時通過噴吹風環的作用將制的棉纖維吹 入集棉室內進行收集。
1、集棉室的組成及作用
① 、高壓風吹離系統高壓風通過風環^使離心才幾甩制的纖維沿生產線方向運 動進入集棉室，本系統的高壓風是由高壓風機提供的。
② 、渣^求輥在風環的前下方設有一個回轉方向與纖維前進方向相反的輥子 叫渣球輥。因為在成棉時總有一部分熔體未能成纖，它們的容重比棉團大得多， 在高壓風的作用下纖維漂浮而從渣球輥上方進入集棉室，渣球則不能越過渣球 輥進入集棉室而被擋進渣球坑中運轉。
③ 、負壓風軸吸系統本系統為了使棉在沉降室網帶上均勻分布，抽出的氣體經過過濾室凈化后排入大氣。過濾室的面積為190-220 m2;過濾材料為巖棉 板(50-80 kg/m3)，更換周期30天；過濾室負壓上室> 2750Pa，下室〉2600 Pa， 上下壓差< 200 Pa。
④、棉氈輸送系統本系統的作用是將收集好的棉運出集棉室，它主要由集 棉室網帶機和密封輥兩個部分組成。出集棉室的棉由寬1. 8m皮帶輸送到1號沉 砂-罐進入下一工序制漿工序。
四、 礦纖漿的軟化和篩選
我們在制漿工段所制得礦物纖維和有機纖維相比一般具有柔性差、脆性大、 易折斷、絮團等缺陷。不能直接制成礦纖漿需要添加我公司專門研制的軟化劑 進行表面處理，使之具有機木漿相似的特點，加之我們在制纖工序纖維含有20% 左右礦物顆粒(我們稱之為渣球)需除去，所以必須對礦物纖維進行篩選。
該系統包含有三個390 m3沉砂罐和3套攪拌系統，三個排渣系統和一個補水 系統及一個軟化劑添加系統。
軟化劑加在l號沉石少罐，添加量-Wx2y。， W是指制纖工序的產量。
補水量(白水+潔凈水)=原，濃度 一般取3-5%。
五、 礦纖漿的凈化
經過篩選送的礦纖漿有些渣球因為尺寸較小而沒有被除去大約10 / 左右，需 要采用離心分離辦法除去，我們采用二級三段錐形除渣器組進行礦渣漿凈化。
該系統由一段沖漿泵、二段沖漿泵、三段漿泵、二級良漿泵、 一段渣漿槽、 二段渣漿槽、 一段良漿泵； 一級36個CMC150除渣器、 一段36個CMC150除渣 器、二段12個CMC150除渣器以及三段12個606除渣器、9個125除渣器組成。
該系統要求一段進漿濃度4±1%0; 二段進漿濃度3±1%0;三段進漿濃度2
13±1%。。各段補水量應按此調整且做好漿水平衡計算(物料平衡的原理)。 六、礦纖漿的濃縮和包裝
礦纖漿經過凈化后濃度一般較低(0. 1-0. 3%)之間，難以達到商品化產品的 要求這就需要進行濃縮處理，達到一定濃度包裝成商品。
該系統包含有斜篩、壓濾機、包裝機、中間漿罐、上漿泵等組成。斜篩濃 篩后的濃度4-5%;壓濾機濃縮后礦纖漿濃度50±2%;產品包裝采用取內襯塑料 膜編織袋50士0. 5kg。
實施例2:取礦渣和硅石，確定其化學成份后使其酸度系數
_Si0+Al203_
CaO+MgO
為l, 35,具體配比礦渣硅石焦炭 =600: 100 : 150,其粒度分別為
40mm Z 18mm : 50隱。
具體制作過程同實施例l,不再贅贅述。
實施例3:取礦渣和硅石，確定其化學成份后使其酸度系數，
_SiO+Al203_
CaO+MgO
為1.2,具體配比礦渣硅石焦炭 =650 : 100 : 150,其粒度分別為
60mm : 25咖Z 70mm。
具體制作過程同實施例l，不再贅贅述。
實施例4:取礦渣和硅石，確定其化學成份后使其酸度系數，
_SiO+Al203_
CaO+MgO
為1.4，具體配比礦渣硅石焦炭 =650 : 80 : 120，其粒度分別為
55mra : 20mm : 80mm。
具體制作過程同實施例l,不再贅贅述。以上所記載，僅為利用本創作技術內容的實施例，任何熟悉本項技藝者運 用本創作所為做的修飾、變化，皆屬本創作主張的專利范圍，而不限于實施例 所揭示者。
權利要求
1、一種粉煤灰礦纖紙漿的制備方法，其特征在于包括以下步驟(一)、將粉煤灰或煤炭燃燒固態殘留物、無機添加劑和焦炭按要求混合造粒，其中混合前確定粉煤灰或煤炭燃燒固態殘留物和無機添加劑的化學成分，使礦纖漿大致化學成分一般控制酸度系數在，而焦料比為確定為0.12-0.23之間；(二)、將上述混合物高溫熔化，其熔體經離心機甩絲形成礦纖維；(三)、將甩絲形成的纖維分散軟化、除渣、濃縮、抄漿脫水后得到粉煤灰礦纖漿。
2、 根據權利要求l所述的一種粉煤灰礦纖紙漿的制備方法，其特征在于所述 的粉煤灰或煤炭燃燒固態殘留物包括火力發電、煉鋼煉鐵等煤炭燃燒后產生的飛灰或固態殘留物經處理后得到的礦渣，其主要化學成分要求Si02 A1203CaO MgOFeO +Fe203 32-428-153 6-43 7-15 < 2精度范圍40-60mm; 中等粒度50 mm;其中小于40 mm者最多不超過10%, 小于10 mm的碎料不超過1%。
3、 根據權利要求l所述的一種粉煤灰礦纖紙漿的制備方法，其特征在于所述的無機添加劑為硅石，其化學成分指標 Si02CaO MgO Fe203 >94 <1.5 <0.1 <1
4、 根據權利要求l所述的一種粉煤灰礦纖紙漿的制備方法，其特征在于所述 的焦炭為鑄造焦或冶金焦，主要指標水分<5% 灰分<10°/。 揮發份<2% 熱值〉6500J/kg粒度要求60-80讓其中粒度超上下限不超過10%;小于30 mm不超過5%;小于10 mm不超過2%。
5、 根據權利要求1所述的一種粉煤灰礦纖紙漿的制備方法，其特征在于步驟 (二)中，混合物熔化是在沖天爐內進行，其焚燒爐控制溫度500-850°C。
6、 根據權利要求l所述的一種粉煤灰礦纖紙漿的制備方法，其特征在于步驟(二) 中高溫熔體經水冷卻可調流槽流至離心機高速運轉的離心輥上，在輥子 的表面就會形成一層熔體薄層，粘在薄層上的熔體在離心力作用下熔體甩制形 成直徑3-7微米的礦纖維。
7、 根據權利要求1所述的一種粉煤灰礦纖紙漿的制備方法，其特征在于步驟(三) 中，纖維分散軟化是礦纖維進入帶有分散軟化劑容器內進行軟化處理， 其中軟化劑選自鹽酸、硫酸、醋酸、烷基酸金屬鹽其中的一種或其混合物；分散 劑選自多磷酸鈉、藻酰酸鈉、十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、氧化聚乙 烯或乳化甲基^e圭油其中 一種或多種。
8、 根據權利要求l所述的一種粉煤灰礦纖紙漿的制備方法，其特征在于步驟 (三)中，除渣是去除礦纖維中含有的礦物顆粒，除渣過程中要進行補水，除渣后的礦纖漿進4亍濃縮及抄漿脫除多余的水后得到商品化的礦纖漿。
全文摘要
本發明公開一種粉煤灰礦纖紙漿及其制備工藝，具體是將礦渣、硅石和焦炭按要求混合造粒，焦料比確定為0.12-0.23之間，將上述混合物高溫熔化，其熔體經離心機甩絲形成礦纖維，然后礦纖維分散軟化、除渣、濃縮、抄漿脫水后得到粉煤灰礦纖紙漿。上述工藝制備適用于造紙用的礦纖漿，可替代或部分替代造紙木漿，節省原木損耗，保護森林資源，比有機植物纖維造紙降低20％成本，且制作工藝簡單、制作過程環保。
文檔編號D21H13/36GK101666056SQ200910192
公開日2010年3月10日 申請日期2009年9月10日 優先權日2009年9月10日
發明者許俊波 申請人:廈門榕興紙業制造有限公司