轻质碳酸钙具有生产附加值高、应用广泛、性能优异的特点，在各行各业都有巨大的发展潜力和广阔的应用前景。以电石渣为原料，经过一定的工艺，可以生产出附加值更高的轻质碳酸钙。

电石渣是电石与水反应释放的乙炔气体的残留物。颜色为灰色，结构松散。目前大部分企业采用露天堆放的方式处置电石渣，导致土地碱化严重，空气体污染和水污染，同时占用大量土地资源，与目前提倡的环境友好型企业的要求格格不入。因此，电石渣的资源化利用尤为重要。目前，工业上广泛使用的填料轻质碳酸钙的需求量越来越大，轻质碳酸钙具有附加值高、应用广泛、性能优异的特点。轻质碳酸钙在各行各业具有巨大的发展潜力和广阔的应用前景。因此，以电石渣为原料，经过一定的工艺，可以生产出附加值更高的轻质碳酸钙。

以碳酸钠为碳源，聚乙二醇为保护剂，采用碳化法制备了面心立方结构的纳米轻质碳酸钙，并通过红外光谱、粒度分布、X射线衍射和扫描电镜对其进行了表征。

1实验部分

1.1原材料和仪器

原料:聚乙二醇(分析纯，上海化学试剂厂)；碳酸钠(分析纯，天津第三化学试剂厂)；电石渣。仪器:德国布鲁赫AXS有限公司D8 Adwance X射线衍射仪；日本日立S-3400N扫描电子显微镜；美国Nicolet公司的Nexus 670傅里叶变换红外光谱仪。

1.2轻质碳酸钙的制备

电石渣制备轻质碳酸钙的主要步骤可分为以下几个步骤:溶解电石渣制备氢氧化钙溶液、测定氢氧化钙浓度、碳化、离心过滤、干燥。

(1)配制氢氧化钙溶液

称取2.5公斤电石渣，均匀分成十份。将各电石渣依次搅拌溶解，每溶解一次加入1200mL蒸馏水，过滤半小时，回收滤液，装入瓶中。

(2)测定氢氧化钙的浓度

以甲基橙溶液为指示剂，配制0.5mol/L盐酸滴定氢氧化钙溶液。取25.00毫升待测液体，加入2~3滴指示剂进行滴定。氢氧化钙的计算浓度为0.021摩尔/升..

(3)碳化

取1000mL氢氧化钙溶液，根据溶液中已知的Ca2+量，加入相应量的表面活性剂，搅拌120min，使Ca2+与表面活性剂充分结合。在搅拌下向溶液中加入0.02mol/L的Na2CO3溶液。直到溶液的pH值为7。

(4)离心过滤

用离心机过滤碳化溶液，转速控制在3000转/分钟。

(5)干燥

离心后的产品在100℃的干燥箱中干燥。

1.3测试和表征

用德国布鲁赫AXS有限公司生产的x射线衍射仪D8 Adwance对合成的轻质碳酸钙进行物相分析。电压为40千伏，电流为20毫安。扫描电镜(SEM)样品的形貌用日本日立S-3400N扫描电镜观察，电压为15 kV ~ 20 kV。红外光谱由美国Nicolet公司的Nexus 670傅里叶变换红外光谱仪测量。波数范围为50cm-1～120000cm-1，信噪比为33400∶1，分辨率为0.1cm-1，线性度为0.07%。检测目的为定性分析，测定条件为KBr压片法。

2结果和讨论

2.1红外表征

图1和图2分别是聚乙二醇单体与氢氧化钙的浓度比为1∶1和2∶1时的红外吸收光谱。

通过红外光谱分析图1 可知，当以CO32-为碳源时加入聚乙二醇的单体的浓度为电石渣中的氢氧化钙的浓度1 倍时红外光谱图相应的IR 光谱出现的吸收峰1430cm-1、875cm-1、710cm-1 皆为碳酸钙的特征吸收峰，分别对应碳酸钙中C-O 反对称伸缩振动，CO32-面外变形振动和O-C-O 的面内变形振动。而在1430cm-1 附近(C-O 伸缩振动)的宽吸收以及875 cm-1 处(面内变形振动)、710 cm-1(面外变形振动)的尖锐吸收可证明是碳酸钙组分。通过红外光谱分析图可知，当以CO32-为碳源时加入聚乙二醇的单体的浓度为电石渣中的氢氧化钙的浓度2 倍时红外光谱图相应的IR 光谱出现的吸收峰1500 cm-1、875 cm-1、710 cm-1 皆为碳酸钙的特征吸收峰，分别对应碳酸钙中C-O 反对称伸缩振动，CO32-面外变形振动和O-C-O 的面内变形振动。而在 1500 cm-1 附近(C-O 伸缩振动)的宽吸收以及875 cm-1 处(面内变形振动)、710 cm-1(面外变形振动)的尖锐吸收可证明是碳酸钙组分。根据图1的红外光谱分析，当添加聚乙二醇的单体浓度是以CO32-为碳源时电石渣中氢氧化钙浓度的1倍时，红外光谱相应红外光谱中的吸收峰1430cm-1、875cm-1和710cm-1为碳酸钙的特征吸收峰，分别对应于碳酸钙中C-O的反对称伸缩振动、CO32-的面外变形振动和O-C-的面外变形振动。在1430cm-1附近的宽吸收(C-O伸缩振动)和在875 cm-1(面内形变振动)和710 cm-1(面外形变振动)的锐吸收可以证明是碳酸钙成分。根据红外光谱分析图，当添加聚乙二醇的单体浓度是以CO32-为碳源时电石渣中氢氧化钙浓度的2倍时，红外光谱图对应红外光谱中的1500 cm-1、875 cm-1和710 cm-1吸收峰为碳酸钙的特征吸收峰，分别对应C-O反对称伸缩振动、CO32-面外形变振动和O-C-。在1500 cm-1附近的宽吸收(C-O伸缩振动)和在875 cm-1(面内形变振动)和710 cm-1(面外形变振动)的锐吸收可以证明是碳酸钙成分。

2.2 XRD表征

从图3可以看出，在2θ时角度为23.18度，29.52度；、36.08 & deg、39.48 & deg、43.2 & deg、47.64 & deg、48.6度；和57.34度出现衍射峰，这些衍射峰与立方向心纳米碳酸钙的标准光谱一致，表明所制备的产品为立方向心纳米碳酸钙。

从图4可以看出，在2θ时该角度为23.2度、29.58 & deg、36.1度；、39.6度；、43.24 & deg、47.68度；、48.6度；和57.46度出现衍射峰，这些衍射峰与立方向心纳米碳酸钙的标准光谱一致，表明所制备的产品为立方向心纳米碳酸钙。

2.3扫描电镜表征

从图5可以看出，产品的粒度分布比较均匀，有晶体簇，是一种以立方中心结构为主要晶型的碳酸钙。

(1)以碳酸钠为碳源，聚乙二醇为分散剂，通过碳化法成功制备了一种具有面心立方结构的轻质碳酸钙。

(2)聚乙二醇单体与氢氧化钙的浓度比为1:1时，分散比为2:1时碳酸钙的分散效果较好。