工業副產石膏碳化法制備碳酸鈣的方法及技術要點

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

工業副產石膏碳化法制備碳酸鈣是以工業副產石膏為Ca2+源，在反應體系中通入CO2得到CO32-源，二者結合生成碳酸鈣沉淀，經過分離、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副產石膏合成碳酸鈣和間接利用工業副產石膏鈣渣制備碳酸鈣兩類。

1、副產石膏直接法制備碳酸鈣

直接法是指用堿液將工業副產石膏中的Ca2+溶解出來，與CO32-反應生成碳酸鈣沉淀，按反應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，隨后加入工業副產石膏，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

一步法將工業副產石膏溶解于強堿溶液中，并持續通入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完全。

2、副產石膏間接法制備碳酸鈣

間接法是指將工業副產石膏在800~1000℃下高溫燒結后制得以CaO為主要成分的工業副產石膏鈣渣，加水消化，經分級除雜后得到石灰乳液，勻速通入CO2，在50~60℃、石灰乳質量分數為9.8%~16.4%等條件下生成碳酸鈣沉淀。

當前，工業副產石膏碳化法制備碳酸鈣以直接法為主，隨著CO2氣體的持續通入，工業副產石膏可不斷轉化，較為方便；但該法對反應條件較為敏感，尤其是二步法，當溫度較高時，碳酸鹽中的CO2會逸出，影響反應進程。間接法操作較為簡單，缺點是能耗大，不符合國家綠色節能的產業政策。

3、副產石膏制備碳酸鈣技術問題探析

從節能環保及便于工業化生產等角度考慮，工業副產石膏碳化法制備碳酸鈣適宜方法為一步法，該方法反應更為穩定，是未來石膏碳化法制備碳酸鈣發展的趨勢。

在反應條件控制方面，首先是反應溫度。碳化反應為放熱過程，從熱力學角度來看提高溫度不利于碳化反應，但從動力學角度看卻相反，提高溫度可增加碳化反應的反應速度常數，故反應溫度有一個適宜范圍，一般為50~60℃。

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

此外，反應體系pH應大于11，有利于晶型生長完整。反應時間、攪拌速率等可根據實際生產情況調整。

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

雜質離子對碳化法制得的碳酸鈣轉化效率及晶型形貌有一定影響，故可根據不同工業副產石膏雜質離子含量情況，制備特定晶型形貌的碳酸鈣，將有害的雜質離子轉變為有益的晶型控制劑，降低生產成本，同時省去一部分除雜工序。以磷石膏為例，其中的PO43-、Mg2+可促進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.工業副產石膏碳化法制備碳酸鈣的研究現狀[J].無機鹽工業,2018,50(08):22-25.