[发明专利]利用富含钙和镁的溶液矿化CO2制取高纯碳酸盐的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种CO₂矿化利用实现减排的方法，特别涉及一种利用富含钙和镁的溶液矿化CO₂制取高纯碳酸盐产物的方法。

技术背景

大气中CO₂浓度增加是造成全球变暖日益加剧的重要原因，按照目前的CO₂排放速率,到21世纪中叶大气中的CO₂浓度将会翻一番，导致地球升温1.5-4.5℃，对人类生存环境造成极大威胁，CO₂减排已成为人们共识。因此采取有效措施实现CO₂减排意义重大，作为末端减排手段，对大规模二氧化碳的捕捉、封存(CCS)方式，主要包括地质封存、海洋封存和矿化封存三种方式。然而几乎所有的CCS方式都存在一些缺点，主要有：高成本、高能耗、不能产出有价值的副产物以及在地质封存和海洋封存中存在潜在的安全问题。

在工业上，矿化是近年来提出的一种新的CO₂捕集封存方法，矿化作用需要CO₂和钙、镁离子反应结合成固体碳酸盐。1990年，Seifritz提出了利用矿物碳酸化隔离CO₂的概念后，世界各国学者对此进行了深入研究。截至目前的研究大多是利用广泛存在的含钙、镁的碱性硅酸盐(如：镁橄榄石、钙长石、蛇纹石和硅灰石、工业硅酸盐废物)与CO₂反应进行矿化，上述反应大多需在高温、高CO₂分压条件下才能高效进行，能耗较高且产物主要为碳酸盐、二氧化硅和未反应的矿渣等混合物，利用价值较低，经济上的无利性制约了这些方法的应用。因此世界上大多研究都致力于降低反应能耗，同时提高产物的附加值来实现经济上的可行性。在这方面本发明的发明人先后开发完成了“高温法联产富钾溶液的CO₂矿化方法”和“催化法联产富钾溶液的CO₂矿化方法”，利用自然界大量存在的钾长石与氯化钙进行活化提钾，再利用提钾后的矿渣进行CO₂矿化，最终实现了矿化CO₂的同时副产我国缺乏的钾肥资源，以此提高了矿化反应的总体经济性。虽然这些方法在经济性上有所提高，然而这些方法还是受到了高温、高压等苛刻的反应条件的限制。

同时，几乎所有可能用于矿化CO₂的矿物都已经被深入研究，然而众所周知海水、盐湖、盐矿中富含钙、镁盐。具统计，仅海水中含有的钙、镁盐总量就超过2.5×10¹⁵吨，2010年全球CO₂排放量约为300.6亿吨，理论上，用海水中0.1％的钙、镁盐用于矿化CO₂，能处理大约4.3×10¹²吨CO₂，相当于2010年全年CO₂排放量的127倍。因此本发明的发明人开发完成了“氯化镁矿化CO₂制取碱式碳酸镁联产盐酸的方法”和“矿化CO₂联产强酸的膜电解方法”等方法，其目的是为了利用地球上大量存在的盐类矿化CO₂。然而地球上的可溶性盐，例如海水、盐湖卤水、高硬度工业废液等几乎同时含有钙、镁离子。

钙盐矿化CO₂的产物为轻质碳酸钙，可用作橡胶、塑料、造纸、涂料和油墨等行业的填料，可广泛用于有机合成、冶金、玻璃和石棉等生产中，也可用作牙粉、牙膏及其它化妆品的原料。

镁盐矿化CO₂后可生成碱式碳酸镁，碱式碳酸镁由于分解过程吸热,可以用作化学冷却剂。同时它也是一种重要的无机化工产品,有广阔的用途:可用作制备高纯镁砂、镁盐系列产品的原料；用作油漆、油墨、涂料、橡胶、药物、绝热、耐高温的防火保温材料；食品及各种化工产品的添加剂和改良剂等，也可用于制造高级玻璃制品、镁盐、颜料、油漆和日用化学品等。在医药上用作解酸剂。

但是，若利用同时含有钙和镁的溶液进行CO₂矿化却不能实现矿化产物碳酸钙和碳酸镁盐的分离，因而不能制取纯的碳酸盐，将大幅降低矿化产物的利用价值，从而使此矿化过程不具有工业应用价值，因此需要开发一种新的CO₂矿化利用的方法，能利用自然界中大量同时富含钙和镁的溶液进行CO₂矿化的同时产出高附加值的矿化产物。

发明内容