[发明专利]一种纳米碳酸钙包覆粉煤灰超细粉的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及化工填料技术领域，尤其是涉及一种改性粉煤灰的制备方法。

背景技术

粉煤灰是由燃煤电厂产生的细小粉尘所形成的固体废弃物，数量大，处理不当会造成污染，其中的有害物质还会对人体和生物造成危害，而且还要占用大量土地。粉煤灰的化学成分以SiO₂、Al₂O₃为主，由于其具有物理活性和化学活性(潜在的火山灰活性)，可以资源化开发利用。粉煤灰作为一种资源，具有很高的使用价值，为某些建筑材料和制品所不可缺少。我国煤炭资源十分丰富，在相当长的时期内燃煤发电还将作为我国的主要能源，粉煤灰产量将会持续地大幅度增加。因此，大力开展粉煤灰资源的综合利用是我国经济持续发展的必然要求。经筛选纯化后的粉煤灰，90％以上为球形颗粒，分散性与流动性好、空心、密度小、作填料时没有引发内应力的缺陷，特别适合作聚合物的填料。但由于其表面光滑，与聚合物基体的相容性较差，从而使粉煤灰与基体的界面有可能成为复合材料的薄弱环节，粉煤灰本身存在的固有缺陷制约了其在聚合物中的应用，不能满足粉煤灰作为橡塑填料的技术要求，填充量也受到了很大的限制。

发明内容

本发明所解决的技术问题是提供一种以废弃的粉煤灰为原料，通过对其表面进行腐蚀和化学改性、处理，得到改性产品，其能够替代碳酸钙充填在橡胶或塑料制品中，具有补强性能好，耐老化，耐腐蚀，与聚合物基体的相容性好等技术效果。

本发明采用的技术方案是：

一种纳米碳酸钙包覆粉煤灰超细粉的制备方法，包括以下步骤：

(1)筛选粉煤灰，除去铁珠、碳粒；将筛选后的粉煤灰超细粉碎至微米级别，加入饱和石灰水浸泡活化至少24小时，过滤干燥得到活化粉煤灰超细粉；

步骤(1)中超细粉碎的粉煤灰细度优选是：32μm筛余物≤8％；粉煤灰的活化是利用了粉煤灰的火山灰性质，它来源于煤粉在高温燃烧后收缩成球状液珠后迅速冷却而形成的玻璃体中可溶性的SiO₂，Al₂O₃，活性SiO₂，Al₂O₃，用饱和石灰水处理后能生成水化硅酸钙(C-S-H)和水化铝酸钙(C-A-H)，从而使粉煤灰表面的活性点(表面羟基)增加，达到活化的效果。

(2)再将纳米碳酸钙的氧化聚乙烯乳液雾化喷涂在活化粉煤灰超细粉的表面，进行包覆处理；其中纳米碳酸钙的氧化聚乙烯乳液中含纳米碳酸钙30-40重量％，雾化喷涂量为500～900ml/kg粉煤灰，喷雾包覆处理时间为5～10min，反应温度为110℃；

步骤(2)中的纳米碳酸钙，可以采用市售，也可以使用时自制。纳米碳酸钙的氧化聚乙烯乳液是将氧化聚乙烯乳液和纳米碳酸钙按一定比例混合搅拌均匀后，在胶体磨中均质分散制得。

(3)喷雾包覆后的粉煤灰在沸腾床中造粒50～70min，出料；

(4)步骤(3)放出的料中再加入硬酯酸的无水乙醇溶液，加入量为硬酯酸占粉煤灰重量的0.6～1.2％，在高速搅拌机中搅拌反应，温度70～90℃，反应25～30min；

(5)步骤(4)反应完毕后，再喷雾加入已分散好的偶联剂，加入量为偶联剂占粉煤灰重量的0.3～1％，在捏合搅拌机中反应25～30min，温度70～90℃。

步骤(5)的作用是对粉煤灰进行接枝疏水性处理：利用包覆在粉煤灰表面的纳米碳酸钙的活性(表面羟基)和偶联剂中的烷氧基(RO-)反应，并以化学键连接在微珠表面形成一层偶联剂单分子层，另一部分含有长链基团可与有机分子亲和缠绕，使微珠表面由亲水性向亲油性转变。

上述制备方法，其中步骤(5)所述偶联剂为钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂或硅烷偶联剂中的一种。优选硅烷偶联剂。当使用硅烷偶联剂液体时，直接雾化使用即可；当使用钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂等时，将其均匀分散在有机溶剂中制成分散液雾化加入即可。