郭俊文，王俊中，孫煒巖

（內蒙古工業(yè)大學化工學院，內蒙古呼和浩特 010051）

電石渣是電石與水反應放出乙炔氣體后的殘渣,其顏色呈灰色，結構疏松。目前大多企業(yè)對電石渣的處置均采用露天堆置，導致土地嚴重堿化，空氣污染，水源污染，同時含占用大量的土地資源，與目前提倡的環(huán)境友好型企業(yè)的要求格格不入。因而對電石渣的資源化利用就顯得尤為重要。隨著目前各行各業(yè)對作為工業(yè)上應用非常廠泛的一種填充劑輕質碳酸鈣的需求量日益增加，而輕質碳酸鈣又具有生產(chǎn)附加值高、用途廣、性能優(yōu)等特點[1-5]。輕質碳酸鈣在各行各業(yè)都有有著非常巨大的開發(fā)潛能和廣闊的應用前景[6-13]。所以利用電石渣為原料經(jīng)過一定工藝加工以后，可以生產(chǎn)附加值比較高的輕質碳酸鈣。

本研究以碳酸鈉為碳源，聚乙二醇為保護劑，利用碳化法制備了面心立方結構的納米輕質碳酸鈣，并通過IR、粒徑分布、X-RD、SEM 等手段進行了表征。

1 實驗部分

1.1 原料及儀器

原料：聚乙二醇（分析純，上?；瘜W試劑廠）；碳酸鈉（分析純，天津市化學試劑三廠）；電石渣。

儀器：德國布魯克AXS 有限公司 D8 Adwance 型X 射線衍射儀；日本日立公司S-3400N 型掃描電子顯微鏡；美國Nicolet 公司Nexus 670 傅里葉變換紅外光譜儀。

1.2 輕質碳酸鈣制備

利用電石渣制備輕質碳酸鈣的主要步驟可分為以下幾個步驟：電石渣的溶解制取氫氧化鈣溶液，確定氫氧化鈣的濃度，碳化，離心過濾，干燥。

(1)制取氫氧化鈣溶液

稱取電石渣2.5kg，均勻地分成十份。依次將每一份電石渣攪拌溶解，每次溶解時加入1200mL的蒸餾水，半小時將其抽濾，回收濾液將其裝入瓶中。

(2)確定氫氧化鈣的濃度

配制0.5mol/L 的鹽酸用于滴定氫氧化鈣溶液，用甲基橙溶液作指示劑。取待測液25.00mL，加入2~3 滴的指示劑滴定。計算出氫氧化鈣的濃度為0.021mol/L。

(3)碳化

取氫氧化鈣溶液1000mL，根據(jù)已知溶液中的Ca2+的量，加入相應的表面活性劑的量，并攪拌120分鐘，使Ca2+的與表面活性劑充分結合。向溶液中滴入0.02mol/L 的Na2CO3溶液邊攪拌邊通入。直至溶液pH 值為7 時停止。

(4)離心過濾

用離心機過濾碳化后的溶液，轉速控制在3000r/min。

(5)干燥

將離心后的產(chǎn)品放在干燥箱中干燥，干燥溫度為100℃。

1.3 測試與表征

X 射線衍射測試用德國布魯克AXS 有限公司生產(chǎn)的D8 Adwance 型X 射線衍射儀，用以分析合成出的輕質碳酸鈣的物相，電壓為40 kV，電流為20 mA。掃描電鏡測試用日本日立公司的S-3400N 型掃描電子顯微鏡觀察樣品的形貌，電壓為15kV～20 kV。紅外光譜測試用美國Nicolet 公司Nexus 670 傅里葉變換紅外光譜儀上測定，波數(shù)范圍為：50cm-1～120 000cm-1，信噪比33400∶1，分辨率0.1 cm-1，線性度0.07 %，檢測目的為定性分析，測定條件為KBr 壓片法。

2 結果與討論

2.1 FT-IR 表征

圖1、圖2 分別為聚乙二醇的單體與氫氧化鈣的濃度比為1:1 和2:1 時的紅外吸收光譜圖。

圖1 輕質碳酸鈣FT-IR 圖 （聚乙二醇的單體與氫氧化鈣的濃度比為1∶1） Fig.1 The FT-IR spectrum of light calcium carbonate (The concentration ratio of polyethylene glycol monomers and calcium hydroxide was 1:1)

圖2 輕質碳酸鈣FT-IR 圖 （聚乙二醇的單體與氫氧化鈣的濃度比為2∶1） Fig.2 The FT-IR spectrum of light calcium carbonate (The concentration ratio of polyethylene glycol monomers and calcium hydroxide was 2:1)

2.2 XRD 表征

圖3 輕質碳酸鈣XRD 圖 （聚乙二醇的單體與氫氧化鈣的濃度比為1∶1） Fig.3 The XRD parttern of light calcium carbonate (The concentration ratio of polyethylene glycol monomers and calcium hydroxide was 1:1)

從圖3 可以發(fā)現(xiàn)，在2θ 角為23.18o、29.52°、36.08°、39.48°、43.2°、47.64°、48.6°和57.34°處出現(xiàn)了衍射峰，這些衍射峰與立方面心結構納米碳酸鈣標準譜圖一致，說明制備的產(chǎn)品為立方面心結構納米碳酸鈣。

從圖4 可以發(fā)現(xiàn)，在2θ 角為23.2°、29.58°、36.1°、39.6°、43.24°、47.68°、48.6°和57.46°處出現(xiàn)了衍射峰，這些衍射峰與立方面心結構納米碳酸鈣標準譜圖一致，說明制備的產(chǎn)品為立方面心結構納米碳酸鈣。

圖4 輕質碳酸鈣XRD 圖 （聚乙二醇的單體與氫氧化鈣的濃度比為2∶1） Fig.4 The XRD parttern of light calcium carbonate (The concentration ratio of polyethylene glycol monomers and calcium hydroxide was 2:1)

2.3 SEM 表征

圖5 輕質碳酸鈣SEM 圖 （聚乙二醇的單體與氫氧化鈣的濃度比為1∶1） Fig.5 The SEM image of light calcium carbonate (The concentration ratio of polyethylene glycol monomers and calcium hydroxide was 1:1)

通過圖5 可以看出，產(chǎn)品的粒度分布相對均勻，有晶體團聚堆砌狀呈現(xiàn)，是一種以立方面心結構為主晶型的碳酸鈣。 通過圖6 可以看出，產(chǎn)品的粒度分布更不均勻，晶體分散性更差，晶體抱團現(xiàn)象更加明顯，但仍是一種以立方面心結構為主晶型的碳酸鈣。

圖6 輕質碳酸鈣SEM 圖 （聚乙二醇的單體與氫氧化鈣的濃度比為2∶1） Fig.6 The SEM image of light calcium carbonate (The concentration ratio of polyethylene glycol monomers and calcium hydroxide was 2:1)

3 結論

（1）以碳酸鈉為碳源，利用碳化法成功制備了一種面心立方結構的輕質碳酸鈣，制備過程中使用聚乙二醇為分散劑。

（2）當聚乙二醇的單體與氫氧化鈣的濃度比為1:1 時，碳酸鈣的分散度比2:1 時的分散效果好。

[1]胡曉波，劉寶樹，胡慶福．重質碳酸鈣生產(chǎn)現(xiàn)狀及其發(fā)展[J]．中國粉碎技術，2001(1)：65-67．

[2]胡慶福，胡曉湘，宋麗英．中國碳酸鈣工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀及其發(fā)展對策[J]．中國非金屬礦工業(yè)，2004（4）：53-56．

[3]吳紹吟，練恩生．納米碳酸鈣的特點與應用[J].橡膠工業(yè)，1999，46：146-151．

[4]Suzuki, K, Harada, M, Shioi A, Growth mechanism of CdS ultrafine particles inwater in oil microemulsion[J]. J Chem Eng Japan, 1996, 29: 264–276.

[5]韓維屏. 國外超細碳酸鈣制備工藝概況[J]．化學與粘合，1984(3)：183-186．

[6]湯秀花．納米碳酸鈣的制備及應用評述[J]．四川化工，2006：（4）：20-30．

[7]王文堂．納米碳酸鈣的應用與生產(chǎn)技術[J]．化工科技市場，2001(9)：12-15．

[8]禹坤. 納米碳酸鈣的合成理論與應用進展[J]. 無機鹽化工，2008，8（8）：4-7．

[9]Hiroji Shibazaki, Setsuji Edagawa, Hisashi Hasegawa, et al. Process for preparing cubic crystals of calcium carbonate. US, 4124688[P]. 1978 - 11 – 07.

[10]Yong Sheng Han, Hadiko,Masayoshi Fuji, et al. Effect of flow rate and CO2content on the phase and morphology of CaCO3prepared by bubbling method [J]. Journal of Crystal Growth, 2005 (276): 541–543.

[11]Gernot Krammer, Günter. Garnot staudinger formation of calcium carbonate sub-micron particles in a high shear stress three -phase reactor [J]. Particle & Particle Systems Characterization, 2002 (19): 348–351.

[12]Donald Richard Deutsch, Kenneth James wise. Process for the preparation of discrete particles of calcium carbonate：US, 5741471 [P]. 1998-04–21.

[13]John H. Advances in Fine Particle’s Processing[J]. Elsevier Sci. Publishing Co. Inc, 1990：181-186.