1、-6-第45卷第6期 非金属矿 Vol.45 No.62022年11月 Non-Metallic Mines November,2022电石渣等固体废弃物制备醋酸盐融雪剂的研究雒 锋（吉林大学 材料科学与工程学院，吉林 长春 130021）摘 要 电石渣、硼泥和秸秆灰 3 种固体废弃物中含有一定量 CaO、MgO、K2O 氧化物，利用上述氧化物与醋酸进行反应制备醋酸盐融雪剂，研究了反应温度、醋酸用量、反应时间及原料机械活化对醋酸盐产出率的影响。结果表明，以电石渣为原料时，醋酸盐产出率随温度的升高提高幅度较大；以秸秆灰为原料时，超过 70 醋酸盐产出率提高幅度减小；以硼泥为原料时，超过 55 时
2、产出率变化不明显。醋酸用量超过理论值对醋酸盐产出率提高作用较小。机械活化秸秆灰和硼泥对醋酸盐的产出率有明显提高作用，硼泥效果不及秸秆灰。电石渣制备的产物为醋酸钙；秸秆灰制备的产物由醋酸钙、醋酸镁和少量的氯化钾组成；硼泥制备的产物主要物相为醋酸钙和醋酸镁。3 种产物的融雪剂性能分析结果表明，电石渣产物的溶解速度、pH 值和相对融雪化冰能力 3 项技术指标符合 GB/T 23851-2017融雪剂，秸秆灰和硼泥产物的相对融雪化冰能力技术指标低于国标要求。关键词 电石渣；秸秆灰；硼泥；醋酸盐；融雪剂中图分类号：X75 文献标志码：A 文章编号：1000-8098(2022)06-0006-04Pre
3、paration of Acetate Snow Melting Agent Using Solid Wastes Such as Carbide SlagLuo Feng(College of Materials Science and Engineering,Jilin university,Changchun,Jilin 130021)Abstract According to the characteristics of existing of CaO,MgO and K2O oxides in calcium carbide slag,boron slurry and straw a
4、sh,the above three solid wastes were used as raw materials to react with acetic acid to prepare acetate snow melting agent.The effects of reaction temperature,dosage of acetic acid,reaction time and mechanical activation of raw materials on the yield of acetate were studied.The experimental results
5、showed that when the carbide slag was used as the raw material,the acetate yield increased greatly with the increase of temperature.When the straw ash was used as raw material,the increase rate of acetate decreased when the temperature exceeded 70.However,when the boron mud was used as raw material,
6、the change of the acetate output rate was not obvious when the temperature exceeded 55.Exceeding the theoretical amount of acetic acid had little effect on the improvement of acetate yield.Mechanically activated straw ash and boron mud could significantly improve the output rate of acetate,but the e
7、ffect of boron slurry was lower than straw ash.The product prepared from carbide slag was calcium acetate.The product prepared from straw ash was composed of calcium acetate,magnesium acetate and a small amount of potassium chloride.The main phases of the product prepared from boron mud were calcium
8、 acetate and magnesium acetate.The snow-melting agents performance results of the three products showed that the dissolution rate,pH and relative snow-melting and ice-melting ability of the carbide slag products met the GB/T 23851-2017 snow-melting agent,the technical indicators of relative snow mel
9、ting and ice melting ability of the straw ash and boron mud products were lower than the national standard requirements.Key words carbide slag;straw ash;boron slurry;acetate;snow melting agent融雪剂是严寒地区在冬季冰雪期时消除道路因冰雪而引起行车受阻常用的除雪材料。融雪剂的使用可追溯到上世纪 30 年代，以美国使用岩盐（主要成分为氯化钠）为代表1。我国在道路上使用融雪剂较晚，开始于上世纪 90 年代2。主
10、要成分为氯化钠的融雪剂具有融雪效果好和成果低的优势，在市场上用量最大3。但是氯化钠融雪剂对道路周围的环境及道路本身会带来较大危害，在水泥混凝土路面上使用氯化钠会引入大量氯离子，造成路面严重腐蚀4-6。此外，大量氯离子影响道路周边植物生长7。科研人员通过加入缓蚀剂开发了复合型氯盐融雪剂8-9。这种方法虽然能减轻氯盐型融雪剂的危害，但仍然会给环境造成一定的影响。开展无氯环保型融雪剂的研究迫在眉睫。其中，CMA(醋酸钙镁盐)是近年来研发的新型环保型融雪剂10-12，CMA 对混凝土与金属的腐蚀性小，但制备 CMA 原料多为白云石、石灰石等，价格较高，使 CMA 融雪剂难以进行工业化应用和推广13。以
11、固体废弃物作为原材料制备 CMA 是发展趋势，这不仅可以实现固体废弃物的资源化利用，还可降低 CMA 的生产成本。基于此，本试验以电石渣、收稿日期：2022-10-07基金项目：吉林省科技厅重点研发项目（20210203115SF）。*通信作者，Tel：13578886952；E-mail：luofeng 。-7-硼泥和秸秆灰为原材料制备 CMA，为固体废弃物在制备绿色融雪剂方面的应用提供参考。1 试验部分1.1 原料 试验所用原料电石渣、硼泥和秸秆灰分别来自山东、辽宁大石桥和吉林蛟河相关企业。醋酸购自国药集团。原料主要化学组成和矿物组成，分别见表 1 和图 1。表 1 3 种固体废弃物原料的
12、主要化学组成(w/%)原料SiO2Al2O3TiO2CaO MgO TFe2O3K2O Na2O 烧失量硼泥26.281.570.250.4343.568.240.371.0214.39秸秆灰 67.818.440.565.451.982.834.921.393.93电石渣 7.611.620.1060.61.050.340.440.3627.19图1 3种固体废弃物原料X射线衍射（XRD）图谱由表 1 可知，电石渣 CaO 质量分数超过 60%，硼泥中的氧化镁质量分数达到43.56%，秸秆灰中含有一定量 K2O、CaO、MgO 等，这些氧化物为制备醋酸盐融雪剂提供了可能。从图 1 可看出，硼
13、泥的物相组成为镁橄榄石（Mg2SiO4）和碳酸镁，秸秆灰物相组成为石英和长石（CaAl2Si2O8），电石渣物相组成为 Ca(OH)2和碳化生成的 CaCO3。试验前采用球磨机将硼泥和秸秆灰粉磨至通过 200 目（74 m）筛。硼泥使用前在 700 下煅烧 1 h，使碳酸镁分解转变为 MgO，更有利于生成醋酸盐。1.2 试验方法 醋酸盐制备方法：称取 5 g 粉体与 20 mL 水倒入 500 mL 三口烧瓶内，根据原料中 CaO、MgO、K2O、Na2O 4 种氧化物计算完全反应所需理论醋酸用量，试验时按理论醋酸用量加入。将三口烧瓶置于恒温水浴锅内，反应温度控制在 4085 范围，反应过程中
14、利用锥形磁子不断搅拌，同时用 500 mL冷凝管循环水回流装置防止反应过程中冰醋酸蒸发。反应结束后，采用离心机进行固液分离，取上清液置于磁力搅拌器上加热进行蒸发结晶。烧杯中液体呈现浓稠状时停止加热，之后与装有沉淀物的烧杯一起在烘箱中于 80 以上烘干 10 h。1.3 分析测试方法 根据试验原料配合比计算理论醋酸盐产出量，称取实际所得醋酸盐固体量后计算实际醋酸盐产出率。采用 XRD 仪测试醋酸盐样品的矿物组成。制备产物的溶解速度、pH 值和相对融雪化冰能力均按照 GB/T 23851-2017融雪剂 测定。2 结果与讨论2.1 反应温度对醋酸盐产出率的影响 选取 4085 温度区间，每 15
15、为一梯度，反应时间为 90 min，醋酸用量为理论计算醋酸用量。3 种固体原料与醋酸反应时反应温度对醋酸盐产出率的影响，见图 2。a-电石渣-醋酸产物；b-秸秆灰-醋酸产物；c-硼泥-醋酸产物图2 反应温度对醋酸盐产出率的影响从图 2 可看出，3 种原料与醋酸反应时醋酸盐产出率与反应温度基本呈正相关。随着反应温度提高，产出率呈上升趋势。反应温度从 40 提高至 85 时，电石渣、秸秆灰和硼泥的产出率分别从 78.52%、47.65%和 28.12%提高到 91.70%、57.06%和 46.66%。在考察的温度范围内，随温度升高，电石渣为原料醋酸盐产出率提高幅度均较大，秸秆灰产出率超过 70
16、时提高幅度减小，硼泥产出率超过 55 时变化不明显。电石渣产出率最高，秸秆灰次之，硼泥最小。这与三者固体废弃物化学组成和矿物组成有关。电石渣中氧化钙质量分数达到 60%，杂质较少，因此与醋酸反应产出率较高。秸秆灰中理论上与醋酸反应的氧化物（CaO、MgO、K2O、Na2O）仅占 13.74%，大部分为不参与反应的硅铝质氧化物。硼泥中氧化镁质量分数超过 40%，但氧化镁分别存在于镁橄榄石和碳酸镁中，镁橄榄石中氧化镁不参与反应，因此秸秆灰和硼泥的产出率较低。2.2 醋酸用量对醋酸盐产出率的影响 选取醋酸与氧化物的摩尔比分别为 2.0、2.2、2.4 和 2.6，反应时间控制为 90 min，反应温度为 85。醋酸用量不同时醋酸盐的产出率，见图 3。0 10 20 30 40 50 60 70 802/()a-Ca(OH)2b-CaCO3c-石英(SiO)2d-CaAl Si O228e Mg SiO24f-MgCO3-硼泥秸秆灰电石渣 电石渣等固体废弃物制备醋酸盐融雪剂的研究雒 锋-8-第45卷第6期 非金属矿 2022年11月a-电石渣-醋酸产物；b-秸秆灰-醋酸产物；c-硼泥-醋酸产物