一种CO2间接矿化电石渣制备纳米碳酸钙的方法技术

本发明专利技术公开了一种CO2间接矿化电石渣制备纳米碳酸钙方法：(1)电石渣中活性钙组分的浸取：将电石渣与乙酸铵浸取剂混合，搅拌反应过滤得到富钙浸取液；(2)富钙浸取液CO2碳酸化反应：向步骤(1)富钙浸取液中加入分散剂，并通入CO2气体持续搅拌至澄清溶液有沉淀析出时，停止CO2供气，持续搅拌反应，待pH降为7.0

【技术实现步骤摘要】
一种CO2间接矿化电石渣制备纳米碳酸钙的方法


[0001]本专利技术涉及固体废弃物资源化利用、温室气体CO2减排、化工材料
，特别是涉及一种CO2间接矿化电石渣制备纳米碳酸钙的方法。

技术介绍

[0002]电石渣作为典型的含钙碱性材料，CaO含量高达80
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90wt％，是电石水解生产乙炔的副产品，每生产1吨PVC产量约为20吨(90wt％的水含量)。目前电石渣主要用作建材、道路建设、化工等行业的原料，由于电石渣钙质资源丰富，通过与二氧化碳矿化强化技术手段不仅可以形成具有高附加值(高白度、小粒径、高纯度)的碳酸钙产品，产生一定的经济效益。同时所形成的稳定碳酸盐还可以实现永久固定CO2，为减少人为碳排放缓解全球变暖提供一种有效的技术路径。
[0003]当前全球变暖仍在加速发展，创纪录的温室气体浓度将全球温度推向越来越危险的水平，气候变化带来的社会和经济影响不断加剧。实现碳达峰碳中和是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革，在如此巨大的碳减排压力下，二氧化碳捕集利用与封存技术(CCUS)作为一种大规模的温室气体减排技术，将成为我国实现碳中和目标不可或缺的关键性技术之一。该技术在利用和封存阶段可通过碱土金属与捕集CO2结合形成碳酸盐矿物实现永久固定CO2，同时还能形成高附加值碳酸钙产品产生一定的经济效益。
[0004]纳米碳酸钙具有方解石(三方晶系菱形)、文石(正交晶系针状)和球霰石(六方晶系球形)三种不同形貌的无水晶体结构，粒度介于0.01
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0.1μm之间。其中纳米球霰石碳酸钙表现出良好的平滑性、流动性、分散性和耐磨性等特性，被广泛应用在橡胶、涂料油漆、油墨、医药、牙膏和化妆品等领域。作为一种重要的填充物，纳米碳酸钙在应用过程中往往作为改性或补强等功能性填料使用，提高弯曲强度和弹性模量热变形温度等，还可以改善油墨的光泽度、稳定性。
[0005]目前利用电石渣制备纳米碳酸钙主要包括煅烧消化
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碳酸化和钙组分浸取
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碳酸化两种方式。早期吴绮文等人采用水洗及粗筛的方式将电石渣初步净化，烘干后在一定温度下煅烧，再用80℃的热水进行消化，配制成4
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10wt％的Ca(OH)2溶液，在常温常压下将体积浓度为25％的CO2气体通入浆液并持续搅拌反应，通过调控反应条件制备出平均粒径为35nm的纳米碳酸钙产品。虽然焙烧过程可以有效的去除电石渣中杂质，但工艺产生额外的煅烧能耗，投资运行成本高，难以实现大规模工业应用。刘飞等人采用盐酸浸取工艺路线，首先使用盐酸对电石渣进行酸化处理，然后与碳酸钠进行均相反应，发现盐酸酸化后会促进碳酸钙晶须的团聚，有助于分布均匀的文石型碳酸钙晶须的合成，其长径比在30～60区间范围。朱敏等人则采用NH4Cl溶液对电石渣进行预处理，后经碳酸化制备纳米碳酸钙，发现在碳酸化温度为0
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5℃，NH4Cl溶液浓度为8wt％时，电石渣的利用率高达92％以上，经过滤后得到球型纳米碳酸钙平均粒径为30
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80nm，该工艺制备产品纯度和白度分别达到98.60％。该工艺可以显著分离电石渣中的杂质，但是随着国家环境标准的日趋严格，含氯等废水的处理成为该工艺最突出的问题。
[0006]公布号为CN113620331B的中国专利公开了一种CO2矿化电石渣制备纳米球霰石碳酸钙的方法，介绍了以硫酸铵作为电石渣浸取剂通过分步式温和矿化耦合浮选除杂工艺，结合有效的分散剂调控，获得了纳米级的球霰石碳酸钙产品。公开号为CN102602973A的中国专利公开了一种利用电石渣合成超细碳酸钙的方法。介绍了以氯化铵作为浸取剂，有效提取电石渣中的活性钙组分，并向活性钙浸取液中通入气体CO2来制备超细碳酸钙。公开号为CN110040757A的中国专利公开了一种利用电石渣制备轻质碳酸钙的方法，首先通过电石渣预处理消除电石渣中杂质等有害物质，其次耦合工业碳捕集的气体CO2与电石渣悬浊液混合碳酸化制备了珠状无定形微细颗粒轻质碳酸钙。公开号为CN103738997A的中国专利公开了一种以电石渣为原料制备纳米碳酸钙的方法。首先将电石渣按照固液分离、杂质去除、去味、脱色预处理，接着用氯化铵对预处理悬浊液进行浸取，最后再向浸取液中通入CO2气体搅拌碳酸化，得到1000目以下的碳酸钙微粉。
[0007]上述专利申请报道的电石渣CO2直接矿化法制备碳酸钙粒度分布较大，且杂质分离不彻底，导致产品纯度低于商业化碳酸化产品纯度。电石渣间接碳酸化法得到的碳酸钙粒度分布不均匀，同时含氯废水处理比较困难，经济性差。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种CO2间接矿化电石渣制备纳米碳酸钙的方法，该方法以乙酸铵作为电石渣浸取剂通过分步式CO2间接矿化工艺来获取纳米碳酸钙的方法，可以得到纯度及白度满足商业化要求的纳米球碳酸钙产品。
[0009]本专利技术提供如下技术方案：
[0010]一种CO2间接矿化电石渣制备纳米碳酸钙的方法，所述方法包括以下步骤：
[0011](1)电石渣中活性钙组分的浸取：将电石渣与乙酸铵浸取剂混合，搅拌反应过滤得到富钙浸取液；
[0012](2)富钙浸取液CO2碳酸化反应：向步骤(1)富钙浸取液中加入分散剂，并通入CO2气体持续搅拌至澄清溶液有沉淀析出时，停止CO2供气，持续搅拌待pH降为7.0
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8.0时，终止反应进行固液相分离，固相经烘干研磨得到纳米碳酸钙。
[0013]本专利技术提出了一种CO2间接矿化电石渣制备纳米碳酸钙方法，该方法可以解决现有电石渣制备碳酸钙工艺中产品碳酸钙的粒度分布不均匀、电石渣中杂质成分分离不彻底以及含氯废液难处理等问题。
[0014]在步骤(1)中将电石渣与浓度为0.2
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4.0mol/L的乙酸铵溶液，按照固液比1.5
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15wt％混合，在20
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80℃条件下搅拌反应30
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120min。
[0015]在步骤(2)中向富钙浸取液中加分散剂充分搅拌混合，在温度为20
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60℃，搅拌速度为400
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1200rpm条件下，以150
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500mL/min的流速通入CO2气体碳酸化。
[0016]在步骤(2)中加入理论碳酸钙质量的1
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5wt％分散剂，并通入CO2气体持续搅拌1
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5min，所述分散剂为有机氨基酸和聚磷酸的复合盐溶液，包括聚合磷酸钠、甘氨酸、油酸钠及乙二胺四乙酸中的两种或者两种以上的混合物。
[0017]在步骤(2)中待澄清溶液有沉淀析出时，停止CO2供气，继续搅拌反应(如3
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5min)，待pH降为7.0
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8.0时，终止碳酸化反应。
[0018]在步骤(2)中，固相经烘干研磨得到粒度分布为150
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500nm的纳米碳酸钙。
[0019]步骤(2)中的副产物乙酸铵溶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种CO2间接矿化电石渣制备纳米碳酸钙的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)电石渣中活性钙组分的浸取：将电石渣与乙酸铵浸取剂混合，搅拌反应过滤得到富钙浸取液；(2)富钙浸取液CO2碳酸化反应：向步骤(1)富钙浸取液中加入分散剂，并通入CO2气体持续搅拌至澄清溶液有沉淀析出，停止CO2供气，持续搅拌反应，待pH降为7.0
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8.0时，终止反应进行固液相分离，固相经烘干研磨得到纳米碳酸钙。2.根据权利要求1所述的CO2间接矿化电石渣制备纳米碳酸钙的方法，其特征在于，在步骤(1)中，将电石渣与浓度为0.2
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4.0mol/L的乙酸铵溶液，按照固液比1.5
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15wt％混合，在20
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80℃条件下搅拌反应30
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120min。3.根据权利要求1所述的CO2间接矿化电石渣制备纳米碳酸钙的方法，其特征在于，在步骤(2)中，向步骤(1)富钙浸取液中加入分散剂充分搅拌混合，在温度为20
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60℃，搅拌速度为400
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【专利技术属性】
技术研发人员：李文秀，王涛，杨宇航，方梦祥，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：