轻质碳酸钙的制备方法以及优缺点（电石渣制备氧化钙）

2021年度绿色矿山科学技术奖（非金属矿、矿物材料相关领域）申报工作由中关村绿色矿山产业联盟非金属矿专委会负责组织评审，申报请关注V信公众号“粉体技术网”，我来为大家讲解一下关于轻质碳酸钙的制备方法以及优缺点?跟着小编一起来看一看吧!

轻质碳酸钙的制备方法以及优缺点

2021年度绿色矿山科学技术奖（非金属矿、矿物材料相关领域）申报工作由中关村绿色矿山产业联盟非金属矿专委会负责组织评审，申报请关注V信公众号“粉体技术网”。

　　电石渣钙质资源含量丰富，且具有颗粒分散性好、比表面积大、孔隙结构大、溶解速度较快和热分解温度低等特点，可作为优良的二次钙基资源用于建工建材、化工产品和环保治理等方面，不仅可解决电石渣处置问题，同时还有助于降低原材料成本，实现二次资源的综合利用。　　　　1、电石渣制备氧化钙　　　　PVC生产过程中，CaC2的钙质组分未进入下游产品中，因此将电石渣粉末制成块状CaO并用于制备电石（CaC2），是实现“电石渣→氧化钙→电石”循环利用的良好选择。　　　　在传统循环制备CaC2的过程中，颗粒大、强度低的CaO会降低CaC2制备过程中的反应速度，使反应不充分，从而导致工业生产过程需要较长时间（1～2h）和较高的反应温度（2200℃），造成能源消耗大、生产成本高，并排放大量CO2。该过程中最关键的问题是提升烧结过程中块状CaO的热强度以及提高电石渣纯度。　　　　目前一般通过使用不同的黏结剂和调整工艺条件来提高球团矿强度，Zhang等发现H3PO4可细化CaO粒径，并通过高温熔融形成Ca3（PO4）2，磷酸盐的形成导致CaO颗粒紧密接触，增强了钙块的表面亲和力和致密性，有效提高了CaO的高温抗压强度，但也会产生PH3有毒气体，造成二次污染；除了利用黏结剂提高强度外，两步烧结法可提高材料的致密性，得到更小晶粒尺寸的CaO；同时改变焙烧条件也有助于提高强度，但过度烧结会与杂质产生结晶，从而降低电石渣中CaO的活性。　　　　目前，利用电石渣制备高纯CaO包括物理和化学2种方法。物理法纯度低，限制了其用途；化学法可保证纯度，但成本高且工艺复杂；张万友等通过使用氯化铵和盐酸对电石渣进行两步提纯提取CaO，解决了成本与纯度的限制，可有效解决电石生产过程钙资源循环利用问题，但会引发二次污染。使用电石渣制备的高纯CaO，可用作高级有机钙的合成原料，但工艺过程较复杂，不易控制且成本较高，制备过程同时会产生废渣，造成二次污染。　　　　2、电石渣制备纳米碳酸钙　　　　纳米碳酸钙广泛应用于橡胶、塑料、造纸、油墨等领域，市场潜力巨大，工业上主要采用碳化法生产纳米碳酸钙，通过煅烧石灰石制得CaO，经消化处理并对悬浮Ca（OH）2进行粉碎，加入晶型控制剂，通入CO2碳化、脱水、表面处理后得到纳米碳酸钙，此过程中会产生废气（CO2）、废水（白水）以及废渣，最终导致产品质量降低，减少或实现三废的零排放、提高纳米碳酸钙质量是面临的关键问题，而电石渣完全符合以废治废的环保理念。　　　　目前，利用电石渣制备纳米碳酸钙主要包括煅烧消化、盐酸浸取和氯化铵浸取3种方法。李锐等采用煅烧加压消化的工艺路线，使电石渣在加压碳化反应器中与CO2烟气反应，得到球形纳米碳酸钙（60nm），该工艺既解决了CO2废气的污染，又得到了高附加值产品；刘飞等采用盐酸浸取工艺路线，采用pH=8的盐酸对电石渣进行酸化处理后，与碳酸钠进行复分解反应，结果表明酸化后的电石渣会促进碳酸钙晶须的团聚、粗制叉枝现象的发生，最终得到分布均匀、具有较高的长径比（30～60）的文石型碳酸钙晶须，经与高纯原料对比发现，电石渣制备的纳米碳酸钙符合国家标准，并缓解了电石渣带来的污染，此工艺为制备纳米碳酸钙提出了一种有效的工艺路线。　　　　朱敏等采用氯化铵对电石渣进行预处理，后经碳化制备纳米碳酸钙，结果表明，在氯化铵溶液浓度为8%时，电石渣的利用率达92%以上，经过滤后得到球型纳米碳酸钙（平均粒径为38nm），该工艺制得产品纯度和白度分别达99.65%和98.60%，解决了杂质对纳米碳酸钙造成纯度低和白度差的问题，为后续工业化应用提供了一条良好的工艺路线。　　　　此外，部分学者还针对温度等不同工艺条件对超细纳米碳酸钙形貌、晶型的影响规律进行了研究，得到球状（90nm）、类球状（70nm）和针状（80nm）纳米碳酸钙，均满足《超微细碳酸钙GB/T19590—2004》的质量要求。同时，使用化学添加剂可控制晶核的形成和生长速度，加入添加剂后晶体表面的活性部位被占据，可使碳酸钙各晶面生长速度减慢，抑制CaCO3的晶体生长，并改变晶体形态，制备得到超细CaCO3。　　　　为了实现纳米碳酸钙工业制备，MAO等采用喷射反应器生产纳米碳酸钙，使用射流方式和高速搅拌实现CO2细化，使气液充分接触，增强气液间的传质，通过控制气体流量完成气液反应，最终实现连续的碳化过程，为电石渣连续制备高附加值纳米碳酸钙提供了一种新方法。　　　　综上，利用电石渣制备纳米碳酸钙时利用了大量CO2，同时可实现电石渣高附加值利用，但其通过化学添加剂表面改性时易产生废水，不处理将会导致二次污染，后续需要进一步对反应副产物进行综合考量，以实现电石渣循环利用。　　　　电石渣制备化工产品是以资源循环利用为目的，开发绿色过程、降低技术成本将是未来研究的重点。制备高纯度氧化钙时，改变焙烧条件有助于提高块状氧化钙的热强度，但降低了电石渣中钙基的活性，导致电石渣利用不充分，又因为电石渣含有S等杂质，可能会影响循环制备的电石质量，因此用量不宜过多；制备高附加值纳米碳酸钙时，虽然替代石灰石减少了粉尘和资源的浪费，但电石渣预处理过程中需要水洗和高温煅烧，工艺仍过于复杂且能耗高，不利于广泛应用，因此高效、低成本的预处理除杂、碳化和表面改性的新工艺，对于纳米碳酸钙的制备具有重要意义。　　　　资料来源：《赵立文,朱干宇,李少鹏,等.电石渣特性及综合利用研究进展[J].洁净煤技术,2021,27(03):13-26》，由【粉体技术网】编辑整理，转载请注明出处！