电石渣固碳合成微纳米碳酸钙及其工艺研究.pdf
摘要
电石法在生产乙炔气体的过程中，同时也产生大量的电石渣废弃物，电石渣大
量堆积不仅造成了钙质资源的浪费，而且给周边的生态环境带来了严重危害。电石
渣的可持续循环利用能够促进电石上、下游相关产业的发展，同时实现经济效益和
环境效益的提高。球霰石相碳酸钙比表面积和孔隙度偏高，属于热力学不稳定晶相，
活性高且具有更广的应用潜力和市场价值，但是球霰石相的制备成本高，难以实现
规模化生产。前期研究发现，化学法处理电石渣得到的含钙溶液进行碳化反应易生
成球霰石相。本研究在此基础上，进一步工艺优化并筛选合适的添加剂，探究微纳
米级球霰石碳酸钙的可控制备及形成机理。
本文首先利用氯化铵将电石渣中的固碳元素提取到浸出液中，通过浸提液的选
择和工艺参数的调整可以实现钙与杂质的有效分离，最终得到钙离子浓度为4g/L的
氯化钙-氨水混合体系作为后续碳化反应的钙源。在CaCl-NH·HO-CO气液固三相
2322
反应体系下实现微纳米碳酸钙的可控合成。探讨初始溶液组成、碳化温度、反应气
性质、气液混合方式以及超声辅助工艺、外加添加剂强化工艺对碳酸钙产品晶型和
粒径的影响。同时对电石渣提取液固碳反应机理进行初步探讨。
研究发现：初始溶液组成、碳化温度对碳酸钙产品的晶型有较大影响。反应体
系中存在的NH4+浓度达到0.5mol/L时得到球霰石相产品，浓度降低为0.3mol/L时
得到方解石相产品；碳化温度为60℃时实现球霰石相到文石相的转变，温度升高至
80℃时得到长径比更大的文石相产品。反应气性质、磁力搅拌强度对碳酸钙产品的
粒径影响较大。二氧化碳气体浓度为50%、混合反应气流速为0.4L/min、磁力搅拌
转速为1300r/min条件下得到的碳酸钙产品粒径最小，平均粒径为1μm。超声功率
达到576W、720W时，生成的产品为粒径小于100nm的纳米晶团簇结构。初步证
明了超声场对粒径的调控作用。进一步引入酸类（柠檬酸）、醇类（乙二醇）、无
机盐类（六偏磷酸钠）添加剂进行碳化反应，在添加剂的筛选过程中，无机盐类添
加剂六偏磷酸钠的加入促进了纳米级别颗粒的生成，六偏磷酸钠添加量为7%时，得
到的碳酸钙产品粒径小于100nm且纯度为86.48%。
关键词：电石渣；球霰石；微纳米碳酸钙；化学除杂
I
目录
摘要I
ABSTRACTIII
1绪论1
1.1电石渣研究与利用现状1
1.1.1电石渣的来源、成分与性质1
1.1.2电石渣的除杂方法2
1.1.3电石渣的综合利用4
1.2碳酸钙的生产与研究现状6
1.2.1碳酸钙的结构与性质6
1.2.2纳米碳酸钙的性质与可控制备9
1.2.3纳米碳酸钙国内外研究现状11
1.3本论文的研究意义、研究目标、研究内容及技术路线12
1.3.1研究意义12
1.3.2研究目标13
1.3.3研究内容及技术路线13
2电石渣中钙基组分浸出实验研究15
2.1引言15
2.2实验部分15
2.2.1实验材料与仪器15
2.2.2实验步骤与方法16
2.3结果与讨论17
2.3.1原料电石渣的基本性质17
2.3.2关键工艺参数对浸出反应的影响19
2.3.3滤渣的性质23
2.3.4钙的浸出反应机理24
2.4本章小结25
3浸出液制