[發明專利]超聲輔助萃取含鈣鎂的固渣中鈣鎂離子的工藝方法

無效

• 申請號: 200710053533.6
• 申請日: 2007-10-11
• 公開（公告）號: CN101139657A
• 公開（公告）日: 2008-03-12
• 發明（設計）人: 李光興;梅付名;包杰
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: C22B3/16
• 分類號: C22B3/16;C22B3/22;C22B3/26;C22B13/00;C22B26/22
• 代理公司: 華中科技大學專利中心
• 代理人: 紀元;曹葆青

技術領域

本發明是一種超聲輔助萃取含鈣鎂的固渣中鈣鎂離子的工藝方法，特別涉及到采用超聲振蕩輔助醋酸萃取含硅酸鈣或鎂的固體中鈣鎂離子工藝方法。

技術背景

為了遏制由于CO₂排放引起的全球增暖的趨勢，世界范圍內對CO₂的儲存與固定進行了深入研究，主要包括地質儲存、海洋儲存以及礦物碳酸化固定。

CO₂直接儲存中一種較為直接、有效的方法是將固定點源(多數為發電廠或類似的工業點源)產生的CO₂，通過收集長期儲存于海洋或相對封閉的地質構造中，從而阻止或顯著減少CO₂向大氣中的人為排放，即所謂的CO₂儲存技術。目前，最為理想的CO₂儲存場所主要有深部含鹽水層，枯竭或開采到后期的油、氣田，不可采的貧瘠煤層和海洋。但此種儲存方法目前面臨的主要問題包括CO₂回收效率低、運輸困難、儲存機制復雜及成本高等問題，雖然研究已取得了一定的進展，但距離CO₂儲存技術的實際應用仍有相當大的差距。

CO₂的礦物碳酸化固定是模仿了自然界中CO₂的礦物吸收過程，即CO₂與含有堿性或堿土金屬氧化物的礦石反應，生成永久的、更為穩定的碳酸鹽過程。但在自然界，礦石碳酸化過程是自然發生的，過程非常緩慢。礦物碳酸化應用于CO₂固定需要通過過程強化，加速CO₂氣體與被采掘礦石之間的化學反應，達到工業上可行的反應速率并使工藝流程更節能。

自然界中存在大量含有鈣鎂硅酸鹽的礦石，如富含鈣堿土金屬的硅灰石(CaSiO₃)，富含鎂堿土金屬的鎂橄欖石(Mg₂SiO₄)、蛇紋石[Mg₃Si₂O₅(OH)₄]、滑石[Mg₃Si₄O₁₀(OH)₂]等，同時工業界也存在著大量含鈣鎂的固體廢渣，如廢水泥、鋼渣、電石渣等，這些鈣鎂硅酸鹽礦石及含鈣鎂的工業廢渣均可通過一定途徑，使其中的鈣鎂離子能夠與CO₂反應，生成穩定的碳酸鹽。地球上可以用于CO₂礦物碳酸化固定的礦石原料的儲量遠遠超過化石能源的儲量，因而人類排放的CO₂可以完全被礦物吸收掉。

CO₂礦物碳酸化固定的工藝路線一般可分為直接路線和間接路線。直接路線是指礦物原料進行一步碳酸化反應得到碳酸鹽產物的過程，包括直接干法碳酸化和直接濕法碳酸化過程。直接干法氣固碳酸化路線中，CO₂氣體直接與礦石發生一步氣固反應生成碳酸鹽。此路線直接、簡單，但常溫常壓下反應速率卻很慢。直接濕法碳酸化路線實質是CO₂溶于水形成碳酸，在碳酸的作用下，礦石逐步溶解并沉淀出碳酸鹽。然而該工藝路線需要采掘大量的礦石，礦石預處理過程能耗高，并且引起的環境問題很難解決。

間接路線是指礦物原料中的有效成分如鈣鎂離子首先被液體媒質，如液體酸浸出，然后進行碳酸化反應生成碳酸鹽及媒質，并且媒質可以循環利用，主要包括以鹽酸、氯化鎂熔鹽、氫氧化鈉為反應媒質的過程。但這幾種路線都存在媒介分離回收困難、腐蝕性強及能耗高等缺點，很難實現工業化。2001年，日本的Kakizawa等[Energy，2001，26，341-354]提出以醋酸為媒質的間接路線：

CaSiO₃(s)+2CH₃COOH(1)→Ca²⁺(aq)+2CH₃COO^-(aq)+H₂O(1)+SiO₂(s)????(1)

Ca²⁺(aq)+2CH₃COO^-(aq)+CO₂(aq)+H₂O(1)→CaCO₃(s)+2CH₃COOH(aq)????(2)

該過程利用醋酸代替強酸，醋酸的回收相對容易，腐蝕性降低，能耗也較低。醋酸為媒質的間接工藝過程顯示出良好的工業應用前景。