[发明专利]一种氨介质体系强化钙基固废矿化固定二氧化碳的方法

说明书

技术领域

本发明属于废弃物资源化利用、温室气体CO₂减排与资源化利用技术领域，特别涉及一种利用含钙的工业固体废弃物为原料通过氨介质强化矿物碳酸化反应过程固定CO₂的方法。

背景技术

CO₂排放引起的全球气候变化已经成为全世界共同关心的重大问题。国内外正在广泛开展CO₂大规模处置技术的研发与工业试验。地质封存、海洋封存和矿化固定是CO₂大规模处置的主要方式。CO₂矿化固定不仅被看成是一种实现温室气体CO₂得到稳定封存的有效方式，也是实现CO₂大规模资源化利用的有效途径。它是指模仿自然界中CO₂的矿物吸收过程，利用碱性或碱土金属氧化物，如氧化钙或氧化镁与CO₂发生碳酸化反应，生成诸如碳酸钙、碳酸镁等稳定的碳酸盐化合物。CO₂矿化固定过程所产生的碳酸盐化合物能够长时间稳定存在，不需要监测，环境风险较小。地球上利用矿物碳酸化转化过程减排CO₂的潜力巨大，可以实现CO₂的原位固定与转化利用，被认为是最具有发展潜力的CO₂处置方法之一。CO₂矿化固定过程所用的原料包括富含镁的天然矿物，如镁橄榄石、蛇纹石、滑石等，以及富含钙的大宗工业固体废弃物，如钢铁渣、电石渣、废弃建筑水泥、工业石膏等。相比于天然镁基矿物，利用含钙的大宗工业固体废弃物矿化固定CO₂具有原料固碳能力强、反应活性高、不需要原料运输等优点。采用钙基固废通过矿物碳酸化反应固定CO₂，已成为国内外研究热点，同时也在开展大规模CO₂矿化固定的技术研发与工业试验。

工业石膏是化工、电力及钢铁行业产生的主要钙基固体废弃物，主要包括化肥行业湿法磷酸生产过程中产生大量工业废渣磷石膏，氟化工行业产生的含氟石膏以及电力行业脱硫过程产生的脱硫石膏，以及钢铁行业铁水脱硫过程产生的废渣。工业石膏主要成份为CaSO₄，以及其他含铝硅铁矿物等杂质。工业石膏传统的综合利用途径有：用于建材行业，包括水泥缓（调）凝剂、石膏建材制品（如建筑石膏粉、纸面石膏板、外墙石膏大板，纤维石膏板）、矿坑填充剂和道路路基材料；用作土壤改良剂；用作制硫酸联产水泥或混合材料；用于硫酸铵的制备。其中，最具有工业化前景的利用方式是利用工业石膏来进行碳酸化反应固定CO₂，减少温室气体排放，同时生成硫酸铵用作肥料，可以有效回收利用工业石膏中的硫资源。

碳酸钙的溶解度比硫酸钙的溶解度小三个数量级，但硫酸的酸性强于碳酸，因此工业石膏在常规反应体系中很难直接与CO₂发生反应，而在氨介质体系中工业石膏可与CO₂发生反应生成硫酸铵和碳酸钙。关于工业石膏固定CO₂的方法，实际上就是利用石膏制硫酸铵方法，可分为液体法和气体法两种。液体法是采用石膏与碳酸铵反应制备硫酸铵，存在反应速率慢，反应温度调控难等缺点，而且还需保持过量碳酸铵以维持较高的石膏转化率，所得硫酸铵溶液浓度低且含有大量碳酸铵，不但硫酸铵浓缩的蒸汽消耗高，而且需要加入更多的硫酸中和，等同于外加硫酸和碳酸铵来生产硫酸铵，在加大硫酸铵产能的同时也大幅度增加了硫酸铵的原料成本，从而影响该技术的应用推广。