摘要：针对大量堆存的电石渣和CO2排放引发的温室效应问题，采用电石渣湿法直接固定CO2制备多晶型碳酸钙的绿色工艺，利用电石渣中丰富的钙源直接矿化固定CO2。通过实验，深入探究铵钙比与反应时间对电石渣碳酸化产物晶型的调控机制。结果表明：当铵钙比为1.3、反应为45 min时，可实现电石渣完全转化，生成纯球霰石。铵钙比过高（＞1.8），会导致未反应电石渣残留。铵钙比过低（＜0.8），则会存在球霰石与方解石混合晶型。延长反应时间至60 min，球霰石逐步转化为热力学稳定的片状碳酸钙晶须。该工艺可同步实现固废资源化与碳固定，为电石渣与CO2协同利用提供了理论支持和技术路径，对推动低碳材料制备及“双碳”战略具有重要价值。

　　关键词：电石渣；二氧化碳；氨水；碳酸钙；晶体形貌

　　0引言

　　随着工业化进程的加速，电石渣（主要成分为氢氧化钙）作为生产乙炔或聚氯乙烯的副产品，其大量堆存，不仅占用土地资源，而且会导致土壤碱化与粉尘污染，成为亟待解决的环保难题[1-3]。与此同时，全球CO2排放量激增引发的温室效应问题日益严峻。如何高效固定工业烟气中的CO2，并将其转化为高附加值产品，成为实现“碳中和”目标的关键路径之一[4-5]。碳酸钙作为重要的无机材料，其不同晶型（如方解石、文石和球霰石）在造纸、塑料和医药等领域具有差异化应用价值[6]。但是，传统制备方法普遍存在能耗高、晶型调控复杂或原料成本较高等局限。

　　近年来，基于碱性固废的湿法碳化技术因其“以废治废”的优势备受关注。利用电石渣中丰富的钙源直接矿化固定CO2，可同时实现固废资源化与碳减排的双重目标。本文通过电石渣湿法直接固定CO2制备多晶型碳酸钙的绿色工艺，深入探究晶型调控机制，不仅为电石渣与CO2的协同资源化提供新思路，而且能推动低碳材料制备技术的创新发展，对促进循环经济与“双碳”目标落地具有重要意义。

　　1实验部分

　　1.1实验材料

　　本研究采用的电石渣取自湖北宜化磷石膏科技开发有限公司。所用CO2购自武汉祥云气体有限公司，为高纯气体(≥99.9％）。

　　1.2实验仪器及设备

　　实验以三口烧瓶作为反应发生的容器，利用转子流量计来调控通入CO2气体的流速。三口烧瓶一端连接通气管，另一端用来在反应过程中取样，反应时，用带孔橡胶塞塞住。还有一端插入温度计，测量反应进行过程的温度。恒温加热磁力搅拌器用于控制反应温度和搅拌速度。反应所得样品经过固液分离之后，采用X射线衍射仪器（XRD）分析产物晶体结构，采用扫描电子显微镜（SEM）分析产物微观形貌。

　　1.3实验方法

　　实验时，称取干燥后的电石渣40 g，通过恒温加热磁力搅拌器控制反应温度为30℃、搅拌转速为500 r/min、液固比为5∶1，探究不同氨水用量对电石渣制备碳酸钙形貌的影响。此处，铵钙比定义为氨水中的NH4+与电石渣中的Ca的物质的量比［n（NH4+）∶n（Ca）］。反应前，先搅拌10 min，使电石渣与氨水均匀混合。然后，再通入CO2进行反应。反应时，每隔15 min取一次样，每次取样约20 mL，取样4次。反应结束后，将抽取的样品过滤，在80℃下干燥后，进行后续分析。

　　2结果与讨论

　　2.1电石渣性质

　　电石渣在宏观上为灰白色固体粉末，通过XRF测定其化学成分，结果如表1所示。为研究电石渣中的矿物组成，对其进行了物相分析，结果如图1-1所示。可以看出，其主要组成为CaO和SiO2，分别占87.42％和8.34％。图1-2为电石渣的微观形貌，为不规则的块状结构，粒度在30μm左右。

　　2.2氨水含量对电石渣制备碳酸钙形貌的影响

　　确定电石渣固定CO2反应时间为45 min，当铵钙比为0.8时，产物由不规则球霰石和少量方解石构成。当铵钙比提升至1.3时，方解石衍射峰基本消失，产物均为不规则球霰石。继续增大铵钙比至1.8，产物中除球霰石外，还存在少量未反应的电石渣。当铵钙比为2.3时，产物中球霰石比例降低，存在大量未反应完全的电石渣颗粒。当铵钙比进一步提高达到2.8时，产物中存在完整的电石渣颗粒，生成的少量球霰石附着于其表面。这是由于随着铵钙比的提升，溶液中ρ（OH-）提高，电石渣在该体系下的溶解度降低，高铵钙比下的电石渣不能完全溶解，阻碍了电石渣在溶液中与CO2反应生成碳酸钙。

　　2.3反应时间对电石渣制备碳酸钙形貌的影响

　　确定铵钙比为1.3，通过XRD对样品进行扫描，得出在不同反应时间下电石渣固定CO2的碳化产物XRD衍射图。当反应时间为15 min时，电石渣基本未发生反应，主要物相仍为氢氧化钙。当反应开始30 min后，产物中开始出现球霰石。反应45 min后，电石渣基本反应完成，产物全部为球霰石。

　　不同反应时间下电石渣碳化产物的微观形貌如图2所示。

　　由图2可以看出，随着反应的进行，电石渣逐步溶解生成细小的球霰石颗粒。反应30 min后，细小的球霰石颗粒出现在大块的电石渣表面。反应45 min后，电石渣全部反应生成细小的碳酸钙，产物中开始出现片状的碳酸钙晶须。反应进行到60 min，产物中片状碳酸钙晶须数量进一步增大。这是由于球霰石的热力学稳定性较差，随着反应时间的延长，球霰石会重新溶解生成更稳定的片状晶须结构。

　　3结论

　　本研究在氨介质下利用电石渣直接矿化固定CO2，并制备出不同形貌的碳酸钙。通过研究不同铵钙比及反应时间对电石渣碳酸化产物形貌的影响，得出如下结论：

　　1）当铵钙比小于0.8时，碳酸化产物饱含方解石和球霰石。当铵钙比大于1.8时，电石渣不能完全反应，碳酸化产物为球霰石和未溶解的残余电石渣。

　　2）当铵钙比为1.3，电石渣在45 min内即可反应完全，产物全部为球霰石。适当延长反应时间，可以得到热力学稳定性更好的片状碳酸钙晶须。

参考文献

　　[1]廖雪妍，成怀刚，钱阿妞，等.电石渣循环利用碳减排潜力及其生命周期评价研究进展[J].洁净煤技术，2024，30（4）：157-170.

　　[2]卞杨燕.电石渣综合利用工艺技术比选[J].化工设计通讯，2022，48（6）：38-39.

　　[3]王会昌，贾晓伟，沈小宁，等.电石渣的综合利用[J].聚氯乙烯，2021，49（11）：37-42．

　　[4]赵志强，张贺，焦畅，等.全球CCUS技术和应用现状分析[J].现代化工，2021，41（4）：5-10.

　　[5]孙万里.一般工业固体废弃物资源化综合处置利用技术的研究[J].中国石油和化工标准与质量，2024，44（3）：178-180.

　　[6]梅杰琼，陆诗建，任雪峰，等.CO2间接矿化工业固废制备多晶型碳酸钙研究进展[J].洁净煤技术，2024，30（3）：59-71.