工業(yè)副產(chǎn)石膏碳化法制備碳酸鈣的方法及技術(shù)要點(diǎn)

工業(yè)副產(chǎn)石膏是指在磷肥、火電及鈦白粉等工業(yè)生產(chǎn)中為處理廢酸、廢氣所產(chǎn)生的固體廢棄物，主要有磷石膏、脫硫石膏及鈦石膏等。隨著中國環(huán)保力度的不斷加大，如何將工業(yè)副產(chǎn)石膏變廢為寶，實(shí)現(xiàn)其資源化綜合利用就顯得極為迫切。

工業(yè)副產(chǎn)石膏碳化法制備碳酸鈣是以工業(yè)副產(chǎn)石膏為Ca2+源，在反應(yīng)體系中通入CO2得到CO32-源，二者結(jié)合生成碳酸鈣沉淀，經(jīng)過分離、脫水及干燥工藝后得到較純的碳酸鈣。該方法主要有直接利用工業(yè)副產(chǎn)石膏合成碳酸鈣和間接利用工業(yè)副產(chǎn)石膏鈣渣制備碳酸鈣兩類。

1、副產(chǎn)石膏直接法制備碳酸鈣

直接法是指用堿液將工業(yè)副產(chǎn)石膏中的Ca2+溶解出來，與CO32-反應(yīng)生成碳酸鈣沉淀，按反應(yīng)步驟分為二步法和一步法兩類。

（1）二步法

二步法先將CO2通入強(qiáng)堿（NH4OH或NaOH等）溶液中制得碳酸鹽［（NH4）2CO3或Na2CO3等］溶液，隨后加入工業(yè)副產(chǎn)石膏，在20~60℃、pH為11~13等條件下通過水熱合成法生成碳酸鈣沉淀。

（2）一步法

一步法將工業(yè)副產(chǎn)石膏溶解于強(qiáng)堿溶液中，并持續(xù)通入CO2，在20~180℃、pH為8~13等條件下不斷生成碳酸鈣沉淀直至反應(yīng)完全。

2、副產(chǎn)石膏間接法制備碳酸鈣

間接法是指將工業(yè)副產(chǎn)石膏在800~1000℃下高溫?zé)Y(jié)后制得以CaO為主要成分的工業(yè)副產(chǎn)石膏鈣渣，加水消化，經(jīng)分級(jí)除雜后得到石灰乳液，勻速通入CO2，在50~60℃、石灰乳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9.8%~16.4%等條件下生成碳酸鈣沉淀。

當(dāng)前，工業(yè)副產(chǎn)石膏碳化法制備碳酸鈣以直接法為主，隨著CO2氣體的持續(xù)通入，工業(yè)副產(chǎn)石膏可不斷轉(zhuǎn)化，較為方便；但該法對(duì)反應(yīng)條件較為敏感，尤其是二步法，當(dāng)溫度較高時(shí)，碳酸鹽中的CO2會(huì)逸出，影響反應(yīng)進(jìn)程。間接法操作較為簡單，缺點(diǎn)是能耗大，不符合國家綠色節(jié)能的產(chǎn)業(yè)政策。

3、副產(chǎn)石膏制備碳酸鈣技術(shù)問題探析

從節(jié)能環(huán)保及便于工業(yè)化生產(chǎn)等角度考慮，工業(yè)副產(chǎn)石膏碳化法制備碳酸鈣適宜方法為一步法，該方法反應(yīng)更為穩(wěn)定，是未來石膏碳化法制備碳酸鈣發(fā)展的趨勢(shì)。

在反應(yīng)條件控制方面，首先是反應(yīng)溫度。碳化反應(yīng)為放熱過程，從熱力學(xué)角度來看提高溫度不利于碳化反應(yīng)，但從動(dòng)力學(xué)角度看卻相反，提高溫度可增加碳化反應(yīng)的反應(yīng)速度常數(shù)，故反應(yīng)溫度有一個(gè)適宜范圍，一般為50~60℃。

其次為CO2流量，流量越大，則氣液接觸面積越大，氣相擴(kuò)散阻力越小，可提高碳化反應(yīng)速度及沉降體積；但流量過大反而降低CO2吸收率，增加生產(chǎn)成本，適宜的CO2流量為1.8L/h。

此外，反應(yīng)體系pH應(yīng)大于11，有利于晶型生長完整。反應(yīng)時(shí)間、攪拌速率等可根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況調(diào)整。

在反應(yīng)體系中存在Mg2+、Fe3+和Al3+等雜質(zhì)離子，其作用與無機(jī)鹽類晶型控制劑相似，可改變碳酸鈣制品的晶型和形貌。不同的種類的副產(chǎn)石膏所含雜質(zhì)離子也不盡相同。磷石膏中雜質(zhì)離子主要為PO43-、F-、Mg2+、Fe3+及Al3+等，脫硫石膏中雜質(zhì)離子主要為Al3+、Fe3+及Mg2+等，鈦石膏中雜質(zhì)離子主要為Fe3+、Mg2+及Al3+等。

雜質(zhì)離子對(duì)碳化法制得的碳酸鈣轉(zhuǎn)化效率及晶型形貌有一定影響，故可根據(jù)不同工業(yè)副產(chǎn)石膏雜質(zhì)離子含量情況，制備特定晶型形貌的碳酸鈣，將有害的雜質(zhì)離子轉(zhuǎn)變?yōu)橛幸娴木涂刂苿档蜕a(chǎn)成本，同時(shí)省去一部分除雜工序。以磷石膏為例，其中的PO43-、Mg2+可促進(jìn)文石型碳酸鈣的生長，故其適于制備文石型碳酸鈣。以此類推，鈦石膏適宜制備方解石型碳酸鈣，脫硫石膏適宜制備球霰石型碳酸鈣。

來源：桂敬能,高培偉,耿飛,等.工業(yè)副產(chǎn)石膏碳化法制備碳酸鈣的研究現(xiàn)狀[J].無機(jī)鹽工業(yè),2018,50(08):22-25.