利用电石渣生产醋酸钙融雪剂工艺条件研究

张巨功

（山西省交通科学研究院，山西 太原 030006）

0 引言

公路积雪结冰是影响我国北方地区冬季交通运行与安全的重要因素，轻则造成交通中断，重则引发交通事故。道路融雪剂具有使用简便、融雪效果好、价格低廉等优点，在高速公路除雪保畅工作中得到了广泛应用[1]。目前最常用的融雪剂是以氯化钠为代表的氯盐型融雪剂，由于氯离子的存在，其使用中存在腐蚀道路桥梁、影响植物生长、污染水体、破坏臭氧层等缺点[2]。为了根除氯盐类融雪剂的危害，国内外开展了无氯环保型融雪剂的研究工作。20世纪80年代，美国DOT公司首次研究成功CMA（醋酸钙镁盐）环保型融雪剂，其绿色环保性得到世界的公认，但由于原材料的价格问题,使CMA融雪剂难以进行工业化应用和推广[3]。

电石渣是电石生产乙炔时产生的废渣，主要成分是 Ca（OH）2，还含有少量 Fe2O3、SiO2、Al2O3等金属的氧化物、氢氧化物及少量有机物[4]。电石渣存放不仅占用土地资源，还对土壤、水体造成污染。本工作探讨以电石渣为原料制备醋酸钙融雪剂的方法，系统研究工艺条件对醋酸钙收率的影响，为电石渣的治理提供参考。

1 实验

1.1 试剂与设备

电石渣取自电石生产乙炔现场，组成：Ca（OH）2，89.8% ；MgO，2.8% ；Al2O3，2.4% ；SiO2，3.3% ；其 他 ，1.7%。醋酸为市售化学试剂。

电子天平（0.1 g）：上海精科天平；恒温水浴：河南巩义；恒温鼓风干燥箱：上海一恒；冰箱：新飞BCD 195 kN。

1.2 中和反应及醋酸钙收率计算

将电石渣研细，加入一定量蒸馏水，制成石灰乳，在水浴加热及搅拌条件下缓慢加入一定浓度的醋酸溶液，一定时间后，停止反应。待醋酸钙溶液冷却后过滤,滤液移入蒸发皿中蒸发浓缩至溶液黏稠,置于干燥箱中于120℃下干燥，得白色粉末状醋酸钙。

醋酸钙收率的计算方法：

取30 g电石渣，则醋酸钙理论产量：30 g×89.8%×158/74=57.5 g

醋酸钙收率：x/57.5，其中“x”为 30 g电石渣生产的醋酸钙质量。

1.3 产品的TG分析与融冰实验

TG分析采用德国Netzsch Sta 449C热重分析仪对样品失重进行分析，气氛N2，升温速率10℃/min。融冰实验：取相同质量的冰，分别加入相同质量的氯化钠及醋酸钙融雪剂，观察融解冰块所需时间的差别，记录冰块融解的时间与相应的水量。

2 结果与讨论

2.1 反应温度对醋酸钙收率的影响

图1 醋酸钙收率随反应温度变化图

图1为经不同温度反应后醋酸钙的收率，可以看出，随着反应温度的升高，醋酸钙收率呈现出先增加后减小的趋势，反应温度50℃时醋酸钙收率达最大值。50℃为该反应的最佳温度。

2.2 氢氧化钙∶醋酸摩尔比对醋酸钙收率的影响

图2 醋酸钙收率随Ca（OH）2∶CH3COOH摩尔比变化图

氢氧化钙与醋酸反应生成醋酸钙的理论摩尔为1∶2，在实际反应中需要的酸量往往需要稍过量。考察了氢氧化钙∶醋酸摩尔比对醋酸钙收率的影响，结果见图2。可以看出，随酸量的增加，醋酸钙收率呈增加的趋势，氢氧化钙∶醋酸摩尔比达到1∶2.9时达到最大的醋酸钙收率。

2.3 醋酸浓度对醋酸钙收率的影响

图3 醋酸钙收率随醋酸浓度变化图

图3为醋酸钙收率随醋酸浓度变化图。可以看出，在所选择的范围内，醋酸浓度对醋酸钙收率的影响较小，随醋酸浓度增加，醋酸钙收率仅出现微弱的增加。醋酸浓度达到16 mol/L时，醋酸钙收率达到最大值。

2.4 加水量对醋酸钙收率的影响

图4 醋酸钙收率随加水量变化图

图4列出了配制石灰乳时单位电石渣加水量对醋酸钙收率的影响。可以看出，加水量对醋酸钙收率有较大影响，随加水量增加醋酸钙收率显著增大，到加水量16 mol/g电石渣时醋酸钙收率达最大值。继续增加水量醋酸钙收率没有影响。造成这一现象的可能原因，一方面，水量直接影响石灰乳的流动性，水量少时流动性较差，难以保证氢氧化钙与醋酸的充分接触，导致醋酸钙收率较低；另一方面，水的增加有利于氢氧化钙的溶解，可以促使更多的氢氧化钙转变为醋酸钙。

基于以上分析可以看出，最佳的反应条件为反应温度50℃，氢氧化钙∶醋酸摩尔比1∶2.9，醋酸浓度16 mol/L，加水量16 mol/g电石渣。在此条件下进行实验，最高收率可达96.7%。

2.5 醋酸钙产品的TG分析

图5 醋酸钙产品的TG图

对制备的醋酸钙产品进行了TG分析，结果见图5。可以看出，在135℃左右的失重归因于样品表面残余水的脱除，375℃与400℃处的失重归为醋酸钙失去二氧化碳与水，得到碳酸钙：

2.6 醋酸钙产品的融冰实验

图6 醋酸钙、氯化钠在-4～-8℃时的融冰效果

在-4～-8℃时的融冰效果如图6。随着时间的延长，醋酸钙、氯化钠融冰出水量均增多，但醋酸钙比氯化钠融冰的速度慢，30 mL水冻成的冰，采用氯化钠融冰大约需4 h全部融化，而醋酸钙融冰约需5.5 h。证明醋酸钙具有一定的融冰效果,可以作为替代氯系的融雪剂。

3 结论

研究了以电石渣为原料生产醋酸钙融雪剂的工艺条件，得出最佳反应条件为反应温度50℃，氢氧化钙∶醋酸摩尔比1∶2.9，醋酸浓度16 mol/L，加水量16 mol/g电石渣。制备样品的TG分析表明，得到了纯度较高的醋酸钙产品，融雪实验显示该产品相对氯盐融雪剂，环保型良好具有很好的融雪效果。