电石渣制备纳米晶碳酸钙的液相法工艺研究.doc

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1、用电石制収乙炊气、PVC等产品时，排出大量的电石渣。据统计，国内每年电石渣总量达2.4X10。tllj。电石渣的处理及其资源化的利用是人们寻找治理电石渣方法的主耍目的。从目前国内处理电石渣主要用于生产漂白粉J、水泥“和胶凝材料。等。文献［6］将电石渣经过高温锻烧，通过碳化反应制备出纳米碳酸钙。文献［7,8］利用氯化钱和电石渣小的孩氧化钙反应，然后再利用碳化法制备出高纯工业碳酸钙和超细碳酸钙。本文通过研究电石渣中钙的提取与制备碳酸钙相结合的二级循环丄艺。有效阻止电石渣中杂质的溶出，从而制得高纯纳米碳酸钙。1实验1.1基本原理本研究采用两步法制备碳酸鈣。首先利

2、用液相溶解提取钙的方法，将氢氧化钙转化为氯化鈣，并通过控制溶液的pH值去除杂质。然后在捉収液中加入碳酸後，制备得到产品碳酸钙，其中NHCI作为循环提収液。化学反应式如下：Ca(011)2+2NH4C1一C&C12+2NII3・1120(1)CaC12+2(NH4)2C03—CaCO：~+2NH4C1(2)1.2实验试剂与仪器实验所用的化学试剂均为分析纯；电石渣山安徽氯碱集团提供，其〔I山水质量分数为电石渣18.99,化合水质量分数为22.3%。主要仪器有酸度计、紫外分光光度计(UV260)、白度仪(WSD-3C).粉末X衍射仪(D/niax-rB)及透射电

3、子显微镜(H—800)。电石渣干基的主要成分，见表1所列。表1电石渣千基的主要成分()电石渣制备碳酸钙的二级循环工艺流程，如图1所示。NH4CI循环液2结果与讨论滤渣图1电石渣制备碳酸钙的二级循环工艺流程图2.1钙提取液pH控制对除杂效果的影响Fe、Si、Al及Mg等氧化物或氢氧化物是电石渣屮钙提取的主要杂质，其中Fe、Al的氧化物可以通过控制提収液的pH血除去。因为NHCI作为提収液不仅可以使Ca(0H)z溶解得到CaCE溶液，而口分解得到的NH。溶于水后与NHCI形成了NHCI—NH。的缓冲体系，因此随着NHCI的不断反应，氨水量也不断增加，但整个提取

4、过程的pH却可以稳定在8〜9之间，提収液pH随反应时■间的变化关系，见表2所列。上述朵质的氧化物在此pll条件下不会被溶解，显然可以很容易被除去。Mg(011)2虽然可与NHCI反应，但其溶解度远小于Ca(0H)z的溶解度，常温下MgC0o的溶度积常数也远大于CaCOo的溶度积常数,且提収液pH稳定在8〜9时,对抑制Mg(OH)o的溶出更为有利。其除杂效果可山碳酸钙产品中杂质质量分数分析可知，见表3所列。表2提取液pH随反应吋间的变化关系表3碳酸钙产晶中的主要杂质质量分数《)2.2钙提取条件的确定在保持一定的pH下，利用新制的氯化钱溶液克接从电石渣中提取钙

5、。经过一系列单因素实验后，确定影响钙提取率的主要因素有提取剂NHCI的用量(过最程度)、电石渣的浆液浓度(初始固含最)及反应时间。然后选取三因素三水平正交表进行正交实验，从而确定出反应条件，结果见表4、表5所列。表4止交实验因索与水平表表5止交实验结果与极差分析鈣平均捉取率”/()KKzK极差R0.74830.77870.92970.1796山表5可知，原料NilC1的过最程度对钙提収率的影响按大，电石渣浆液质量分数和反应时间对钙提収的影响基本是同程度的。这是山于选择适当的NilCl过量程度对形成NilCl一NH。的缓冲体系，控制提取液pH起到了稳定的作用

6、，山此而提高了钙的提取率和产品的纯度及白度。通过优化I.艺条件确圧,氯化钱过最为5。、电石渣浆液质最分数为1。、反应时间为3h。经验证，钙的提取率达93.09/6,产品纯度为99.2,白度为97。2.3液相法循环工艺的确定虽然使用氯化钱直接提収电石渣中的鈣制备碳酸钙工艺(简称直接法),得到的产品质量可以达到文献［9］规定标准，但是其原料消耗较大，生产成本较高，并有大量的废水排放，从经济可行和绿色环保的角度考虑，设计了二级循环的工艺路线。氯化镂能否顺利实现循环利用，关键是合成反应后的滤液中应含有尽量少的CO；离子，因为较多的COi进入循环后，便可与待提取的钙

7、结合成难溶的碳酸钙，随滤渣排放，使钙冋收率降低。为了抑制CO；在提取液中的含最，最好方法是在合成反应过程中Cs+过量，即加入不足量的(NH)zCOo使cO；与c.d抖充分反应。山于(NHa)2C0的加入量不足，其与CaCk反应生成的NH4C1量在一级捉取时会造成氯化馁过量程度降低，同时循环液中过量的Ca0也会影响钙的提取，因此一级捉収后钙的冋收率相对较低，仅为81.33o采収二级提取工艺(见图1),并在循环捉取液中补足新鲜的NHC1用量，以增大一级提収滤渣中钙的溶出速率。经两级提取后，钙的总冋收率可达到91.43,具体数据见表6所列。衣6不同工艺对产品质量

8、及钙冋收率的比较虽然比冇接法制备碳酸钙时的冋收率有所降低，但产阳中