电石渣理化性质的分析与表征

第９期电石渣理化性质的分析与表征董永刚１，曹建新１＊，刘飞１，２，张煜１（１．贵州大学化学工程学院，贵州贵阳５５０００３；２．华南理工大学材料科学与工程学院，广东广州５１０６４０）摘要：电石渣是电石水解获取乙炔气后产生的一种工业废渣。

文章采用ＳＥＭ、ＸＲＤ和ＤＳＣ／ＴＧ等现代测试手段，对其理化性质进行分析和表征，结果表明：电石渣是由一些十分细微颗粒组成，其化学成分主要是ＣａＯ，其次是Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２等。

电石渣中微量元素未超过排放标准、放射性符合建筑主体材料技术要求。

电石渣是以Ｃａ（ＯＨ）２为主晶相，并含有少量ＣａＣＯ３。

关键词：电石渣；理化性质；微量元素；晶相中图分类号：Ｘ８３０．２文献标志码：Ａ文章编号：１００３－６５０４（２００８）０９－００９５－０４ＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＣｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆＰｈｙｓｉｏｃｈｅｍｉｃａｌＰｒｏｐｅｒｔｙｏｆＣａｒｂｉｄｅＳｌａｇＤＯＮＧＹｏｎｇ－ｇａｎｇ１，ＣＡＯＪｉａｎ－ｘｉｎ１＊，ＬＩＵＦｅｉ１，２，ＺＨＡＮＧＹｕ１（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＧｕｉｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕｉｙａｎｇ５５０００３，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｏｕｔｈＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０６４０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃａｒｂｉｄｅｓｌａｇｉｓａｋｉｎｄｏｆｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｗａｓｔｅｐｒｏｄｕｃｅｄｂｙｃａｌｃｉｕｍｃａｒｂｉｄｅｈｙｄｒｏｌｙｚｉｎｇ．ＰｈｙｓｉｃａｌａｎｄｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙｏｆｃａｒｂｉｄｅｓｌａｇｗａｓｓｔｕｄｉｅｄｗｉｔｈｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆＳＥＭ，ＸＲＤａｎｄＤＳＣ／ＴＧ．Ｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔｃａｒｂｉｄｅｓｌａｇｗａｓｍａｄｅｕｐｏｆｓｏｍｅｓｍａｌｌｇｒａｉｎｓ，ｗｉｔｈｍａｉｎｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｎｔｅｎｔｓａｓＣａＯ，ｆｏｌｌｏｗｅｄｂｙＡｌ２Ｏ３ａｎｄＳｉＯ２．Ｍｉｃｒｏｅｌｅｍｅｎｔｏｆｃａｒｂｉｄｅｓｌａｇｈａｓｎｏｔｓｕｒｐａｓｓｅｄｔｈｅｎａｔｉｏｎａｌｓｔａｎｄａｒｄｓｏｆｔｈｅｅｍｉｓｓｉｏｎ，ｗｉｔｈｉｔｓｒａｄｉｏｅｌｅｍｅｎｔｓａｔｉｓｆａｃｔｏｒｙｔｏｎａｔｉｏｎａｌｓｔａｎｄａｒｄｏｆｔｈｅｒａｄｉｏａｃｔｉｖｉｔｙ．Ｃａ（ＯＨ）２ｉｓｔｈｅｍａｉｎｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅｐｈａｓｅｏｆｃａｒｂｉｄｅｓｌａｇｉｎｃｌｕｄｉｎｇａｔｈｉｍｂｌｅｆｕｌｏｆＣａＣＯ３．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃａｒｂｉｄｅｓｌａｇ；ｐｈｙｓｉｃａｌａｎｄｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙ；ｍｉｃｒｏｅｌｅｍｅｎｔ；ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅｐｈａｓｅ电石渣是电石水解获取乙炔气后产生的废渣，颗粒十分细微，因含微量的碳及硫杂质而呈灰白色，有微臭味，主要成分是Ｃａ（ＯＨ）２，渣液ｐＨ值为１２以上，因而常给环境造成严重污染［１－２］。

我国每年堆放的电石渣就有数百万吨，如处理不当会严重制约企业的发展［３－４］。

目前电石渣的回收利用主要有以下几个方面：作为建材和路基原料、废气与废水的处理、生产普通化工产品等。

在一定程度取得了电石渣资源化利用的效果，缓解了电石渣对环境的污染。

然而，电石渣作为建材与路基材料虽然是处理电石渣的有效途径，既可节约成本又处理了废渣，但仍然存在一些问题。

比如，用电石渣制备的墙体材料，容重比传统烧结粘土砖大；以电石渣为原料，采用窑外分解法生产水泥熟料时，掺量不高（不超过１５％）。

电石渣用于环保领域，可达到以废治废的目的，但用量有限。

利用电石渣制备一般化工产品，其预处理过程复杂。

所以，大部分厂家仍将电石渣弃置，既浪费资源又污染环境。

因此，需寻找一种新的电石渣资源化利用途径，并将其转化成高附加值的产品。

笔者首次提出以电石渣作为钙质原料制备超轻硬硅钙石型硅酸钙保温隔热材料，并对电石渣的理化性质进行分析与表征，从而为电石渣制备超轻硬硅钙石型硅酸钙保温隔热材料以及制备其它产品提供理论依据。

１实验原料电石渣Ａ：取自贵州省Ａ厂，颗粒细微，有微臭味，颜色为深灰色，露天堆放时间短。

电石渣Ｂ：取自贵州省Ｂ厂，颗粒细微，颜色为灰白色，露天堆放时间长。

石灰：市购，化学成分见表１。

２实验方法（１）电石渣的化学成分测定：按照ＧＢ１７６－８７《水收稿日期：２００７－０９－１８；修回２００８－０１－１０基金项目：贵州省科技攻关项目（黔科合ＧＹ字［２００６］３０３０）；贵州省优秀科技教育人才省长资金（２００５－１１１）；贵阳市科学技术计划项目（［２００６］筑科工合同字第１６－９号）；贵州省遵义碱厂产学研项目。

作者简介：董永刚（１９７４－），男，讲师，主要研究方向为绿色化工技术，（电话）０８５１－４７３３０１０－８００３（手机）１３００７８４３２８６；＊通信作者，（手机）１３９８５１９８６８９（电子信箱）ｊｘｃａｏ＠ｇｚｕ．ｅｄｕ．ｃｎ。

ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ第３１卷第９期２００８年９月Ｖｏｌ．３１Ｎｏ．９Ｓｅｐ．２００８第３１卷泥化学分析方法》执行。

（２）电石渣粒径分布：将电石渣于（１０５±１）℃烘干至恒重，采用筛析法测定电石渣粒径分布。

（３）电石渣微量元素测定：采用高频电感耦合等离子发射光谱（ＩＣＰ－ＡＥＳ）测定电石渣中的微量元素。

（４）电石渣放射性检测：按照ＧＢ６５６６－２００１《建筑材料放射性核素限量》执行。

（５）采用Ｄ／Ｍａｘ－２２００型Ｘ射线衍射仪（ＸＲＤ）分析电石渣的矿物组成。

（６）采用ＫＹＫＹ－１０００Ｂ型扫描电子显微镜（ＳＥＭ）分析电石渣的微观形貌。

（７）采用ＮＥＴＺＳＣＨＳＴＡ４４９Ｃ型同步差热分析仪（ＤＳＣ／ＴＧ）分析电石渣的热性能。

３实验结果与分析３．１电石渣的化学成分电石渣Ａ、Ｂ化学成分见表２。

从表２数据可见，所选取两种电石渣的化学成分基本相同，主要成分是ＣａＯ，其次是Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２及一定量的Ｆｅ２Ｏ３和ＭｇＯ等。

目前，制备硬硅钙石型硅酸钙保温材料所需钙质原料一般为石灰，而石灰的纯度在合成硬硅钙石活性料浆中起着重要的作用。

活性ＣａＯ含量越高越好，一般要求活性ＣａＯ含量＞８０％。

与石灰的化学成分（见表１）比较，电石渣中ＣａＯ、ＭｇＯ含量较石灰中的小，两者的Ｆｅ２Ｏ３含量大致相同，但电石渣中Ａｌ２Ｏ３含量较石灰中的要高。

据有关文献报道［５］，原料中Ａｌ２Ｏ３过高，会抑制硬硅钙石晶体的生长。

若以电石渣为钙质原料制备硬硅钙石型硅酸钙保温材料，应充分考虑含量相对较高的Ａｌ２Ｏ３的影响。

此外，由于电石渣中主要成分是Ｃａ（ＯＨ）２，化学结合水比重大，故实验以ＣａＯ计量电石渣中钙质含量时，电石渣的烧失量就显得比较大。

３．２电石渣的粒径分布电石渣Ａ、Ｂ的粒径分布如表３和图１所示。

表２电石渣的化学成分Ｔａｂｌｅ２Ｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆｃａｒｂｉｄｅｓｌａｇ化学成分ＣａＯＳｉＯ２Ｆｅ２Ｏ３Ａｌ２Ｏ３ＭｇＯＳＯ３烧失量其它电石渣Ａ（％）６６．１９２．０００．４５２．５６０．１２１．２２５．９４１．４８电石渣Ｂ（％）６４．５７３．１６０．４２２．７２０．７２１．５２２５．１５１．７０表３电石渣粒径分布Ｔａｂｌｅ３Ｇｒａｎｕｌａｒｉｔｙｒａｎｇｅｏｆｔｈｅｃａｒｂｉｄｅｓｌａｇ样品粒径／μｍ＜４８４８￣７５７５￣９６９６￣１２０１２０￣１５０１５０￣２５０２５０￣５５０＞５５０电石渣Ａ（％）３．３２９．０９８．９９５．８８５．２０８．２３１６．９９４１．４１电石渣Ｂ（％）４．７９１４．５６１５．５３１０．０６８．０２５．８３６．６４３４．５７从表３数据可知，粒径＜４８μｍ的电石渣Ａ、Ｂ分别占３．３２％、４．７９％；在４８￣７５μｍ的粒径范围电石渣Ａ、Ｂ分别占９．０９％、１４．５６％；在７５￣９６μｍ的粒径范围电石渣Ａ、Ｂ分别占８．９９％、１５．５３％；在９６￣１２０μｍ的粒径范围电石渣Ａ、Ｂ分别占５．８８％、１０．０６％；在１２０￣１５０μｍ的粒径范围电石渣Ａ、Ｂ分别占５．２０％、８．０２％；在１５０￣２５０μｍ的粒径范围电石渣Ａ、Ｂ分别占８．２３％、５．８３％；在２５０￣５５０μｍ的粒径范围电石渣Ａ、Ｂ分别占１６．９９％、６．６４％；＞５５０μｍ的粒径电石渣Ａ、Ｂ分别占４１．４１％、３４．５７％。

从图１中看出，电石渣Ｂ中粒径＜１５０μｍ的颗粒含量较电石渣Ａ中的要多，而电石渣Ａ中粒径＞１５０μｍ的颗粒含量较电石渣Ｂ中的要多，表明电石渣Ｂ的平均粒径较电石渣Ａ的小。

这主要是由于电石渣Ａ是新鲜的电石渣，堆放时间短，含水量大，受水分子表面张力的作用使颗粒团聚较严重，而电石渣Ｂ堆放时间长，由于水分的蒸发颗粒间作用力减弱使颗粒得到较好的分散。

制备硬硅钙石型硅酸钙保温材料时，一般以生石灰、消石灰作为钙质原料，石灰细度越小，其活性就越大。

而生石灰、消石灰的制备通常采用煅烧石灰石的方法制得。

为便于煅烧，一般需对石灰石进行煅烧之前的破碎处理。

电石渣是电石水解获取乙炔气后的沉淀产物，由于受化学分散的作用，其颗粒细小，若用电石渣制备石灰，煅烧前就无需经过破碎处理。

３．３电石渣的微量元素电石渣Ａ、Ｂ的微量元素测定结果如表４所示。

由表４数据可见，电石渣Ａ和Ｂ中所含的微量元素均未超过ＧＢ４２８４－８４《农用污泥中污染物控制标准》规定的有害物允许含量。

但电石渣中镍、铅、铬、锌、铜含量较高，其次是镉、硼、砷等元素，如果电石渣任意表１石灰的化学成分Ｔａｂｌｅ１Ｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆｌｉｍｅ化学成分ＣａＯＳｉＯ２Ｆｅ２Ｏ３Ａｌ２Ｏ３ＭｇＯＳＯ３烧失量其它石灰（％）８４．１４０．８２０．３３０．５７３．７８－－１０．３５９６第９期的长期堆放，这些微量元素有可能富集，从而超过排放标准，对周围的土壤造成破坏。

因此，如何行之有效地处理电石渣是化工企业持续发展的关键。

３．４电石渣的放射性电石渣Ａ、Ｂ的放射性检测结果如表５所示。

由表５数据可见，两种电石渣放射性检测结果都符合ＧＢ６５６６－２００１《建筑材料放射性核元素限量》中的相关指标要求。

因此，电石渣可广泛用于制备建筑物主体工程所使用的建筑材料，如建筑保温材料、水泥、砖等。

同时也可用于生产建筑物室内、外饰面用的建筑、保温隔热材料，如保温涂料、填料等。

３．５电石渣的矿物组成分析电石渣Ａ、Ｂ的ＸＲＤ检测图谱如图２所示。

从图２中可以看出，电石渣Ａ与Ｂ都是以Ｃａ（ＯＨ）２为主晶相，并含有少量的ＣａＣＯ３晶相。

其中，电石渣Ｂ中ＣａＣＯ３的三强线衍射峰较电石渣Ａ的强，说明电石渣Ｂ中的ＣａＣＯ３晶体发育相对较好。

这主要是由于电石渣Ｂ露天堆放时间长，亦即电石渣中的Ｃａ（ＯＨ）２与空气中的ＣＯ２接触时间长，导致生成的ＣａＣＯ３的量多，晶体发育相对较好。