[發明專利]一種氨介質體系強化鈣基固廢礦化固定二氧化碳的方法

有效

• 申請號: 201310057123.4
• 申請日: 2013-02-22
• 公開（公告）號: CN103145148A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 包煒軍;李會泉;李松庚;王晨曄;盛勇;張彥英;毛克萬
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所;中化重慶涪陵化工有限公司
• 主分類號: C01C1/24
• 分類號: C01C1/24;C01F11/18;B01D53/62
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技術領域

本發明屬于廢棄物資源化利用、溫室氣體CO₂減排與資源化利用技術領域，特別涉及一種利用含鈣的工業固體廢棄物為原料通過氨介質強化礦物碳酸化反應過程固定CO₂的方法。

背景技術

CO₂排放引起的全球氣候變化已經成為全世界共同關心的重大問題。國內外正在廣泛開展CO₂大規模處置技術的研發與工業試驗。地質封存、海洋封存和礦化固定是CO₂大規模處置的主要方式。CO₂礦化固定不僅被看成是一種實現溫室氣體CO₂得到穩定封存的有效方式，也是實現CO₂大規模資源化利用的有效途徑。它是指模仿自然界中CO₂的礦物吸收過程，利用堿性或堿土金屬氧化物，如氧化鈣或氧化鎂與CO₂發生碳酸化反應，生成諸如碳酸鈣、碳酸鎂等穩定的碳酸鹽化合物。CO₂礦化固定過程所產生的碳酸鹽化合物能夠長時間穩定存在，不需要監測，環境風險較小。地球上利用礦物碳酸化轉化過程減排CO₂的潛力巨大，可以實現CO₂的原位固定與轉化利用，被認為是最具有發展潛力的CO₂處置方法之一。CO₂礦化固定過程所用的原料包括富含鎂的天然礦物，如鎂橄欖石、蛇紋石、滑石等，以及富含鈣的大宗工業固體廢棄物，如鋼鐵渣、電石渣、廢棄建筑水泥、工業石膏等。相比于天然鎂基礦物，利用含鈣的大宗工業固體廢棄物礦化固定CO₂具有原料固碳能力強、反應活性高、不需要原料運輸等優點。采用鈣基固廢通過礦物碳酸化反應固定CO₂，已成為國內外研究熱點，同時也在開展大規模CO₂礦化固定的技術研發與工業試驗。

工業石膏是化工、電力及鋼鐵行業產生的主要鈣基固體廢棄物，主要包括化肥行業濕法磷酸生產過程中產生大量工業廢渣磷石膏，氟化工行業產生的含氟石膏以及電力行業脫硫過程產生的脫硫石膏，以及鋼鐵行業鐵水脫硫過程產生的廢渣。工業石膏主要成份為CaSO₄，以及其他含鋁硅鐵礦物等雜質。工業石膏傳統的綜合利用途徑有：用于建材行業，包括水泥緩（調）凝劑、石膏建材制品（如建筑石膏粉、紙面石膏板、外墻石膏大板，纖維石膏板）、礦坑填充劑和道路路基材料；用作土壤改良劑；用作制硫酸聯產水泥或混合材料；用于硫酸銨的制備。其中，最具有工業化前景的利用方式是利用工業石膏來進行碳酸化反應固定CO₂，減少溫室氣體排放，同時生成硫酸銨用作肥料，可以有效回收利用工業石膏中的硫資源。

碳酸鈣的溶解度比硫酸鈣的溶解度小三個數量級，但硫酸的酸性強于碳酸，因此工業石膏在常規反應體系中很難直接與CO₂發生反應，而在氨介質體系中工業石膏可與CO₂發生反應生成硫酸銨和碳酸鈣。關于工業石膏固定CO₂的方法，實際上就是利用石膏制硫酸銨方法，可分為液體法和氣體法兩種。液體法是采用石膏與碳酸銨反應制備硫酸銨，存在反應速率慢，反應溫度調控難等缺點，而且還需保持過量碳酸銨以維持較高的石膏轉化率，所得硫酸銨溶液濃度低且含有大量碳酸銨，不但硫酸銨濃縮的蒸汽消耗高，而且需要加入更多的硫酸中和，等同于外加硫酸和碳酸銨來生產硫酸銨，在加大硫酸銨產能的同時也大幅度增加了硫酸銨的原料成本，從而影響該技術的應用推廣。