申请日2010.03.24
公开(公告)日2010.09.15
IPC分类号C04B32/00
摘要
本发明涉及利用造纸污泥生产高密度硬质模塑包装材料的方法。以造纸初级污泥和浆渣为原料，生产过程包括：(1)先将造纸初级污泥中依次加入石灰、硫酸铝、聚合硫酸铁和聚丙烯酰胺，混合搅拌，等泥水分层稳定后，将污泥从水中沉积分离;(2)分离后的污泥中加入一定量的浆渣并充分混合;(3)再加入季铵盐阳离子聚合物进行调质处理;(4)处理后的污泥浆料经真空模塑成型、干燥得到模塑产品。本发明把企业现有固体废弃物——造纸污泥通过一种湿法调质改性技术，使其理化性能得以改善，直接加工纸浆模塑制品，变废为宝，既达到企业造纸污泥零排放，减轻环境污染，又可替代传统的以废纸为原料生产模塑包装材料，实现了造纸污泥再利用，提高了资源的利用率。
权利要求书
1.利用造纸污泥生产高密度硬质模塑包装材料的方法，其特征在于以含水量大于60%，固形物中有机物小于60%的造纸初级污泥和浆渣为原料，生产过程包括：(1)以造纸污泥中固形物的重量为100%计，先将造纸初级污泥中依次加入3%～10%的石灰、2%～5%硫酸铝、0.1%～1%聚合硫酸铁和0.1%～1%聚丙烯酰胺，混合搅拌30～60分钟，等泥水分层稳定后，将污泥从水中沉积分离;(2)分离后的污泥中加入一定量的浆渣并充分混合，分离的污泥与浆渣的重量比小于2∶1;(3)再加入季铵盐阳离子聚合物进行调质处理，季铵盐阳离子聚合物的用量1%～10%;(4)处理后的污泥浆料成型浓度控制在2%～4%，经真空模塑成型、干燥得到模塑产品。
2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于季铵盐阳离子聚合物是二甲基二烯丙基氯化铵或甲基丙烯酰氧乙基二甲基氯化铵其中的一种或其混合物。
3.根据权利要求2所述的生产方法，其特征在于季铵盐阳离子聚合物是二甲基二烯丙基氯化铵和甲基丙烯酰氧乙基二甲基氯化铵的混合物，两者加入量的比为1∶4～1∶1。
4.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于二甲基二烯丙基氯化铵和甲基丙烯酰氧乙基二甲基氯化铵的加入量比为1∶2。
5.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于浆渣是废纸制浆本身在筛选过程中筛出的长纤维废渣，主要成分是粗长纤维。
6.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于模塑的成型真空度为-0.2～-0.4MPa。
7.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于成型后干燥温度80～240℃，干燥时间20～50分钟。
说明书
利用造纸污泥生产高密度硬质模塑包装材料的方法
技术领域
本发明涉及利用造纸污泥生产高密度硬质模塑包装材料的方法。
技术背景
造纸业是当今我国为数不多的，产品供不应求且市场潜力巨大的产业。2008年，我国纸及纸板生产企业约有3500家，全国纸及纸板生产量7980万吨，消费量7935万吨，产量、总消费量仅次于美国居世界第二位。造纸污泥是指用物理法、化学法、物理化学法和生物法等处理造纸废水时产生的沉淀物、颗粒物和漂浮物。是介于液体和固体之间的浓稠物，可以用泵输送，但它很难通过沉降进行固液分离。造纸工业在制浆造纸的过程中，从不同工段产生大量的造纸废水。经废水处理系统后产生的污泥分为初级污泥、二级污泥和三级污泥三种。初级污泥主要包括初级沉淀物(纤维和填料)与废纸制浆过程中产生的细小渣子;二级污泥常称为生物污泥，它是由废水生物处理后沉淀的污泥，主要是由蛋白质组成;三级污泥为三级废水处理沉淀的污泥。在造纸工业中，所有的造纸固态废弃物中，污水处理所产生的污泥占38%，大量污泥给环境带来了严重的污染。
污泥的处理传统上采用焚烧和填埋的方法，焚烧法既污染环境又耗能，已逐渐淘汰。填埋法是最常用的方法，但填埋法需首先将污泥自然蒸发干化，然后再外运填埋，自然蒸发干污泥不但占地面积大，污染周边环境，且易受天气影响，还需考虑污泥运输问题，成本较高。特别是近年来，人们意识到填埋还可能会造成地下水的污染，使得填埋法越来越不被环境友好型企业所采纳，研究开发资源化处理利用技术与产品成为解决造纸污泥出路的关键和焦点。相关技术报道也不断出现，如造纸污泥用于化肥(CN200510030125.X、CN200810159425.1)、型材或建材(CN200510104235.6、CN200810115909.6、CN200910099295.1)、填充料(CN03115013.6、CN200810119200.3)等。
发明内容
本发明目的是提供一种造纸污泥为原料生产高密度硬质模塑包装材料的方法。发明人通过研究发现，造纸污泥特别是造纸初级污泥主要成分为细小纤维和蛋白质，纤维含量高，较适于做模塑材料。但由于初级污泥的含水量也较高(含水量可达70%，固形物含量为30%)，固形物中无机物含量高(无机物占70%)，因此，直接采用初级污泥在模塑成型中，材料均质性和滤水性差，聚合度低，产品成型困难、产品强度低。因此，本发明即是通过对初级造纸污泥进行多步预处理，再配合添加一定量浆渣(主要是粗长纤维)，进一步经化学调质改性，获得的材料可以满足模塑加工和产品的性能要求。
本发明以造纸初级污泥(含水量大于60%，固形物中有机物含量小于60%)和浆渣为原料，生产过程包括：(1)以造纸污泥中固形物的重量为100%计，先将造纸初级污泥中依次加入3%～10%的石灰、2%～5%硫酸铝、0.1%～1%聚合硫酸铁和0.1%～1%聚丙烯酰胺，混合搅拌30～60分钟，等泥水分层稳定后，将污泥从水中沉积分离;(2)分离后的污泥中加入一定量的浆渣并充分混合，分离的污泥与浆渣的重量比小于2∶1;(3)再加入季铵盐阳离子聚合物进行调质处理，季铵盐阳离子聚合物的用量1%～10%;(4)处理后的污泥浆料成型浓度控制在2%～4%，经真空模塑成型、干燥得到模塑产品。
本发明中，石灰的用量可根据污泥中有机物含量而增减，当污泥固形物中的有机物含量大于60%时，可不用石灰。
季铵盐阳离子聚合物选自二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)或甲基丙烯酰氧乙基二甲基氯化铵(DMAEMA)其中的一种或其混合物。综合考虑性能和成本因素，DMDAAC与DMAEMA加入量的比为1∶4～1∶1，优选1∶2。季铵盐阳离子聚合物中独特的“桥连”因子能使泥浆纤维形成稳定的立体网状结构，并与细小纤维、颗粒迅速结合，提高细小纤维留着率，增加纤维间的结合强度，改善泥浆滤水性。
浆渣可以采用废纸制浆本身在筛选过程中筛出的长纤维废渣，主要成分是粗长纤维。
本发明中，模塑采用真空吸附成型，成型真空度为-0.2～-0.4MPa。成型后的制品进一步干燥，干燥温度80～240℃，干燥时间20～50分钟。
本发明把企业现有的固体废弃物——造纸污泥通过一种湿法调质改性技术，使其理化性能得以改善，直接加工纸浆模塑制品，变废为宝，既实现了造纸污泥的再利用，达到企业造纸污泥的零排放，减轻环境污染，又可替代传统的以废纸为原料生产模塑包装材料，提高了资源的利用率，在废弃物综合利用方面具有很好的示范作用。
具体实施方式
选取造纸污泥，经检测分析其特性为：其水分含量为70%，固形物含量为30%，其中固形物中无机物占70%，主要成分为填料和其他杂质;有机物占30%，主要成分为细小纤维和蛋白质等组成。浆渣为废纸制浆过程中产生的浆渣。
以污泥的固形物重量为100%计，将石灰加入至150M3反应池，石灰对污泥量为6%，混合10分钟后;再加入3%的硫酸铝，混合15分钟;再加入0.5%的聚合硫酸铁、0.4%的聚丙烯酰胺，混合15分钟，待泥水分层稳定后将水分离出去。
再将筛选后的粗浆泵入混合池，污泥∶粗浆的加入量为1∶1进一步混合;分别加入2%的DMDAAC和4%的DMAEMA进行调质处理;保持3%的成型浓度，将浆料混合体进行真空成型，成型真空度为-0.3Mpa;进一步分三段干燥：一段温度为100℃，干燥时间15分钟;二段温度在240℃，干燥时间5分钟，三段80℃，干燥时间10分钟，最终出口温度控制在80℃，得到最终的产品。产品质量符合BB/T0015-1999《纸浆模塑蛋托盘》行业标准要求。
