粉煤灰(fly ash,FA)是我国最大的工业固体废弃物排放源之一。提高粉煤灰的利用率,实现粉煤灰的资源化利用,一直是固废资源化应用领域的热门研究。由于粉煤灰的化学组分和物理性质与造纸填料高岭土相似,用其作为造纸填料也成为了当下重要的研究方向。然而,粉煤灰白度低的特性限制了其在造纸行业中的应用。本论文采用碱熔水热改性法和碳化包覆法对粉煤灰的多层壳包覆,提高粉煤灰的白度性能,以实现粉煤灰在纸张中的加填应用。首先,分别从微观结构、物相分析和化学组分对这批粉煤灰的物理和化学特性进行相关的分析;采用高温除炭和酸性除铁对原始粉煤灰进行预处理研究。重点研究了不同温度下粉煤灰白度性能的变化、烧失量以及发生的相关化学反应;然后,根据Box-Benhnken设计原理,采用响应曲面法重点探讨并优化了HCl浓度、酸浸时间和反应温度对粉煤灰白度性能的影响。结果表明,温度在600℃时,粉煤灰里面的游离炭粒得到了有效的去除,其白度增加到38.27%ISO。因为当反应温度过高则会导致粉煤灰中的低价态含铁物质过多氧化,影响粉煤灰的白度性能。在此基础上,加入盐酸,去除粉煤灰中的大部分含铁物质,减少这些物质对后续改性实验的影响。在盐酸浓度15%、酸浸时间45 min和反应温度74℃时,粉煤灰中含铁物质的去除效果最好,其除铁后的白度可达到43.92%ISO,在除炭的基础上增加约6个百分点。采用碱熔水热改性法,在粉煤灰的表面合成高白度的分子筛实现对预处理后粉煤灰的包覆改性。探究了粉煤灰与氢氧化钠的质量比、水热反应时间和水热反应的温度对粉煤灰白度和明度的影响,并从改性粉煤灰的微观结构、基团改变、粒径和物相的变化等指标对比研究了碱熔水热包覆改性粉煤灰的效果。结果表明,当粉煤灰与氢氧化钠的质量比例为1:1,水热改性时间为6 h,水热改性的温度为80℃时,粉煤灰表面生成的分子筛实现了对粉煤灰较好的包覆效果。利用分子筛高白度的特性,使改性后的粉煤灰白度增加到64.54%ISO。改性粉煤灰的包覆结合强度较好,这不仅是壳层分子筛多孔性对粉煤灰物理吸附作用,而且还在于壳层分子筛和粉煤灰之间形成氢键和范德华力等分子间作用力的效果。采用碳化包覆法,碳酸钙在改性粉煤灰的表面异相形核结晶,实现对改性粉煤灰的再次包覆,进一步提高粉煤灰的白度性能。同时,将未经过碱熔水热改性的粉煤灰和原始600目粉煤灰进行碳化包覆修饰,分别从结构、性能及其应用指标对三种不同碳化包覆后粉煤灰进行了相关的表征。SEM的分析表明了经过碱熔水热改性的粉煤灰更加有利于碳酸钙的结晶包覆修饰;粒径的比较表明改性后的粉煤灰碳化包覆的整体效果更佳且包覆强度更好;碱熔水热改性后的粉煤灰经过碳化包覆后白度达到74.66%ISO。最后,将碳化包覆的三种不同粉煤灰进行相应的纸张加填,从加填纸张的白度、尘埃度以及相应的强度性能等指标,对加填纸张进行综合评价。结果表明,相近的灰分含量下,与未经过碱熔水热改性的两种粉煤灰比较,经碱熔水热改性碳化包覆的粉煤灰在用于纸张加填时,其纸张的光学性能和强度性能都有明显的提高。