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合成硅酸钙特性及其在造纸废水处理中的应用孙德文，宋宝祥，王成海(中国制浆造纸研究院，北京 100061)摘要：合成硅酸钙具有高白度、低磨耗值，以及较高的吸油值、比表面积、孔隙率、沉降体积等特性，采用与其他商品矿物粉体水处理剂对比的方式，对其用于再生纸板厂造纸废水处理做了探索性研究。关键词：合成硅酸钙；特性；再生纸板厂；造纸废水处理中图分类号：X793 文献标识码：A文章编号：1001-6309(2011)06-0052-03合 成 硅 酸 钙 是 由 粉 煤 灰 中的 提 取 物 与 石 灰 在 一 定 条 件 下 反 应 生 成 的。我 国 是 个 产 煤 大 国，多以煤炭为电力生产的基本 燃料。近年来，我国的能源工业 稳步发展，发电能力年增长率为7.3%，但带来了粉煤灰排放量的 急剧增加，这给国民经济建设及 生 态 环 境 造 成 巨 大 的 压 力。另 一方面，我国又是一个人均占有 资源储量有限的国家，粉煤灰的 综合利用，变废为宝、变害为利， 已 成 为 我 国 经 济 建 设 中 一 项 重 要的技术经济政策，是解决我国 电力生产环境污染、资源缺乏之 间矛盾的重要手段，也是电力生 产所面临解决的任务之一。利 用 粉 煤 灰 中 的 提 取 物 与 石 灰 反 应 得 到 的 合 成 物 质 硅酸钙，具有高白度、低磨耗值， 以及较高的吸油值、比表面积、孔 隙率、沉降体积、负电荷强度等特 性，显现出与众不同的品质特征， 可望在造纸领域得到广泛应用！本 文 就 合 成 硅 酸 钙 用 于 再 生 纸 板 厂 造 纸 废 水 处 理 展 开 了 探索性研究。纸板厂循环 15 天以上的沉积造纸废水；合成硅酸钙取自内蒙古 某科技有限公司；其他对比样为 市 场 上 的 商 品 矿 物 粉 体 水 处 理 剂 #1#6，包括天然硅藻土、凹土、沸石、火山灰、皂土、海泡石等。 主 要 设 备：COD 快 速 测 定仪；NTU 浊度仪。使 得 处 理 废 水 后 产 生 的 污 泥 也具有良好悬浮性，在后续工段中 更容易处理。表1 硅酸钙样品的物理特性分析结果表观白度/ %ISO87.8耐老化白度/ %ISO87.91.2实验方法取 废 水 原 水 250mL，加 入合成硅酸钙和适量的 CPAM、硫酸 铝 等； 将 废 水 和 硅 酸 钙 搅 拌 混 合 均 匀，静 置 20min 后，取 定 量的上层清液，测定清液的理化 性能。同时在相同条件下选择 6 种 商 品 矿 物 粉 体 水 处 理 剂 与 硅 酸钙对比试验。吸油值/ mL(100g-1)163.5pH 值（20%）10.02结果与讨论比表面积/( m2g-1)132.82.1合成硅酸钙的品质特征表 1 物 理 特 性 分 析 结 果 显Zeta电位/mV-3.2示硅酸钙样品具有低的磨耗值，以 及 较 高 的 吸 油 值、比 表 面 积、 孔隙率、沉降体积等特性。其中： 高 吸 油 值 和 比 表 面 积 可 在 吸 附 亲 油 性 黏 性 物 方 面 具 有 很 大 优 势； 多 空 隙 结 构 特 性 可 能 会 更 多 地 吸 附 微 细 杂 质。较 高 的 沉 降 体 积 表 明 硅 酸 钙 在 水 相 分 散 体系中具有良好的悬浮性，这可2.2硅酸钙表观形态分析硅酸钙粒子形貌如图 1。由 图 1 硅 酸 钙 粒 子 扫 描 电子显微镜照片得知，合成硅酸钙粒 子 形 貌 为 一 种 呈 聚 积 体 的 蓬 松多孔性结构材料，具有很强吸 附性。硅酸钙的孔为通孔，理论 上 讲 这 种 结 构 特 征 在 废 水 处 理 应用上具有很大优势，它既能吸1实验1.1原料与主要设备原料：废水取自江苏某再生作 者 简 介： 孙德文先生（1985-），大学本科学历，助理工程师，主要从事造纸矿物颜料加工与利用的研究开发工作；联系电话2011 年 6 月 第 30 卷 第 6 期52游离水/ %1.6孔隙率/(mLg-1)0.38沉降体积/mL( 10g24h)-13.6325目筛余/ %2.8色度/%粒度 分布/%L97.0a0.2b3.310 m12.38 m8.45 m6.42 m5.11 m5.1最大粒径/m25.6平均粒径/m13.6磨耗值(每2 000次)/ mg1.2色度/%L96.9a0.2b3.5物理特性数值环保与综合利用附水中的悬浮物等较大粒子，也能像渗透膜一样起到过滤、截留 作 用。其 劣 势 可 能 会 造 成 对 其 他化学药品的用量加大。图1硅酸钙原料的粒子形貌特征2.3硅酸钙处理再生纸板厂废水效果选 择 6 种 商 品 矿 物 粉 体 水 处理剂与硅酸钙对比试验，直观 效果如图 2 所示，处理结果如图3 图 10 所示。图27种样品对再生纸板厂造纸废水的净化效果2.4讨论2.4.1图 2 直观地给出了不同颜料处理废水后的净化效果，从图 2 明 显 看 出 硅 酸 钙 处 理 后 的 废 水 清 澈 度 要 高 于 用 其 他 颜 料 处理的结果。COD 物 质 达 到 饱 和，不 能 通 过简单的絮凝 - 沉淀方法降低。率达 99%，浊度净化率达 97.8%。再生纸板厂废水因含有许多微细 纤维，可能还添加过染色剂，水质 色度特别高。但硅酸钙独特的多 孔隙结构具有很强吸附作用，因 此能起到很好的净化效果。2.4.2从 图 3 看 出，7 种 样 品2.4.3从图 4、图 5 看出，经硅酸对水中 COD 的处理效果基本相同。这 可 能 是 因 为 废 水 经 长 时 间多次循环后，其部分溶于水中钙处理后的净化水，其色度、浊度指标比其他商品矿物水处理剂具 有更明显的效果优势，色度净化Paper and Paper Making Vol.30No.6 Jun. 201153环保与综合利用2.4.4从图 6 可看出，经硅酸钙2.4.6从图 8、图 9、图 10 可看3结论初步探索性实验研究表明， 硅酸钙对再生纸板厂造纸废水处 理的综合效果优于单独使用天然 硅藻、凹土、沸石、火山灰、皂土、 海泡石等商品改性矿物粉体水处 理剂。但其最佳应用效果，需要 结合不同纸厂的废水特性以及硅 酸钙的复合改性工艺条件的优化 进一步实验确定。处理后的净化水，其悬浮物（SS）指 标 降 低 了 86%，比 其 他 商 品 矿物水处理剂高出 610 个百分点。再 生 纸 板 厂 废 水 所 含 悬 浮 物主要为微细纤维，硅酸钙通过 吸附作用将其截留，生成的污泥 具有更高的利用价值。出硅酸钙可有效降低水中总氮、总 磷、氨 氮 等 指 标，且 效 果 比 其 他 商 品 矿 物 水 处 理 剂 具 有 更 明 显的优势，这可能是因为其独特 的 多 孔 结 构 特 性 对 含 氨、氮、磷 的 无 机 离 子 也 具 有 很 强 的 吸 附 作 用； 并 且 硅 酸 钙 的 孔 是 通 孔 结 构，可 以 起 到 渗 透 膜 的 作 用， 能 将 无 机 离 子 过 滤、截 留 在 孔 中，最后随污泥一起排出。2.4.5从图 7 可看出经硅酸钙处理后的净化水，其体系 pH 值维持在合理的范围内。Properties of Synthetic Calcium Silicate and Its Application in WasteWater TreatmentSUN De-wen, SONG Bao-xiang, WANG Cheng-hai(China National Pulp and Paper Research institute, Beijing, 100020 China)Abstract: Synthetic calcium silicate has high whiteness, low wear value, and higher oil absorption value, specific surface area, pore ratio and settlement volume, which will be hopefully used in papermaking widely. An exploratory study on papermaking effluent treatment in the reclaimed cardboard mill will be made by comparing with other mineral powders water treatment agent .Keywords: synthetic calcium silicate; properties; reclaimed board; papermaking effluent treatment 收稿日期：2011-03-15“麦克默瑞提克(上海)仪器有限公司成立大会暨技术讲座”在上海举行2011 年 4 月 20 日，麦 克 仪 器 公 司 在 上 海 隆 重举行独资进出口商贸公司“麦克默瑞提克 ( 上海 ) 仪器有限公司成立大会暨技术讲座”。大会由公司 总经理，在国际物性表征行业内有 20 多年经验的 许 人 良 教 授 主 持。上 海 浦 东 新 区 商 务 委 投 资 管 理 处处长胡建华先生、上海颗粒学会理事长蔡小舒教 授、江苏颗粒学会常务副理事长孔伟良教授、上海 市造纸学会荣誉理事长蒋荣祺高工等 100 余位业 内人士出席了本届大会。美 国 麦 克 仪 器 公 司（Micromeritics Instrument Corporation）是一家总部在乔治亚州亚特兰大的专 门研发、生产、销售粉体表面与颗粒表征分析仪器 的私人企业。公司以“开发高质量高性能、具有无与 伦比的准确性和一致性的仪器是公司前进的动力， 并且永远重视和满足客户的需求”为座右铭，继发 明了世界上第一台全金属、可移动的气体吸附分析 仪后，作为细微颗粒分析仪器的领导者，在全球享 誉近 50 年，成为世界上第一家将自动表面积分析 仪、压 汞 仪 以 及 沉 降 式 粒 度 分 析 仪 投 放 市 场 的 公 司。麦克仪器公司的产品涉及比表面积及孔隙度分析仪、化学吸附仪、压汞仪、粒度分析仪、泽塔电位仪、密度分析仪以及高压物理 / 化学吸附仪等超过 8个系列的产品，有 40 多项专利。该公司的 Sedigaph（X 光 沉 降 粒 度 仪 ） 在 全 球 的 造 纸 行 业 内 都 是 测 量纸浆颗粒度的“金色”标准技术与仪器，而且是 此 类 仪 器 的 唯 一 生 产 厂 家。此 外 该 公 司 的 压 汞 仪（Mercury porosimetry) 也被广泛用于纸的表征。 麦克仪器公司是全球最早获得 ISO 9001 认证的 企 业，全 线 产 品 获 得 CE 欧 洲 体 系 认 证，并 连 年 荣获美国政府颁发的总统出口奖，业务遍及全球 50 多个国家。麦克仪器公司 1970 年代末就已进入中国市场， 是中美 1979 年建