[发明专利]一种利用氯化铵协同二氧化碳处理废弃水泥粉末制备高纯碳酸钙的方法

说明书

本发明公开了一种利用氯化铵协同二氧化碳处理废弃水泥粉末制备高纯碳酸钙的方法，包括以下步骤：步骤一：将1～4mol/L的氯化铵溶液与废弃水泥粉末按10～40ml：1g的比例混合后在25～85℃水浴加热5～120分钟，过滤得到浸出液；步骤二：向步骤一中浸出液掺加0.5～2mol/L氢氧化铵调整其pH值至10±0.2，保持溶液温度为15～70℃，用0.025～1MPa流式二氧化碳处理10～120分钟，过滤得到碳酸钙和滤液；步骤三：将步骤二中滤液再次与废弃水泥粉末混合，循环步骤一和步骤二。本发明设计了一种“浸出‑碳化”循环工艺，可封存大量二氧化碳，并从废弃水泥粉末中提取出97.8％纯度的碳酸钙。

技术领域

本发明涉及一种利用氯化铵协同二氧化碳处理废弃水泥粉末制备高纯碳酸钙的方法，属于建筑材料技术领域。特别是一种利用氯化铵溶液浸出废弃水泥粉末中的钙离子，对浸出液进行碳化处理生成高纯度碳酸钙，从而将废弃混凝土产生的粉末转化为增值产品的方法。

技术背景

废弃混凝土是建筑拆除垃圾的主要成分，在废弃混凝土分类、破碎和筛分后，会产生大量废弃水泥粉末，其多孔结构和较小的粒径(＜150μm)导致其具有高吸水性，粗糙的表面纹理结构和较低的活性导致其在新鲜混凝土中的再利用受到限制，故目前大多数处理方式只是土地填埋或低端应用。因此，迫切需要研发将废弃水泥粉末回收升级为增值产品的技术。

碳酸钙作为一种重要的化学材料，被广泛用于各种工业应用，如橡胶、涂层、食品、建筑材料等。然而，碳酸钙的性质及其在工业上的应用取决于晶体类型和形态，其制备过程中的离子强度、溶液的pH值、温度、添加剂等都会影响碳酸钙晶态，特定晶态的可控形成仍然是一个挑战。此外，高纯度的碳酸钙可用于药物输送、生物医学、再生医学、个人护理产品和作为建筑产品的活性填料，但其价格昂贵，且制备工艺复杂。

本发明通过“浸出-碳化”过程对废弃水泥粉末中的钙离子(Ca²⁺)进行化学回收，使其在化学溶液中完全碳酸化，形成高纯度碳酸钙(CaCO₃)。该过程可以将废弃水泥粉末转化为增值产品，同时吸收和固定二氧化碳。此外，通过在溶液中加入不同剂量的氢氧化铵溶液，可以控制碳酸钙的不同晶型(方解石或球霰石)，对于碳酸钙产物的定向应用具有重要意义。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种利用氯化铵协同二氧化碳处理废弃水泥粉末制备高纯碳酸钙的方法，采用一种“浸出-碳化”工艺，利用氯化铵溶液浸出废弃水泥粉末中的钙离子，并吸收大量二氧化碳生成高纯度碳酸钙产物。

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案：

一种利用氯化铵协同二氧化碳处理废弃水泥粉末制备高纯碳酸钙的方法，具体包括以下步骤：

步骤一：将初始浓度为1～4mol/L的氯化铵溶液与废弃水泥粉末按照10～40ml：1g的比例置于玻璃容器中搅拌均匀，将玻璃容器在25～85℃下水浴加热5～120分钟并持续搅拌，通过0.45μm的滤纸过滤得到浸出液；

步骤二：向步骤一得到浸出液中掺杂0.5～2mol/L氢氧化铵调整其pH值至10±0.2。保持溶液温度为15～70℃，用气体压强为0.025～1MPa的流式二氧化碳处理10～120分钟并持续搅拌，通过0.20μm的滤纸过滤，分别得到固体产物和滤液，将固体产物置于80℃的真空烘箱中干燥24小时得到高纯度碳酸钙；

步骤三：将步骤二中得到滤液再次与废弃水泥粉末混合，并在溶液中加入少量盐酸，以使pH值达到初始值5，其他条件均保持不变，依次重复步骤一和步骤二，对滤液进行总共四次封闭的“浸出-碳化”循环。

前述一种利用氯化铵协同二氧化碳处理废弃水泥粉末制备高纯碳酸钙的方法中，所述废弃水泥粉末为再生混凝土中的硬化水泥浆体经球磨机研磨20±1分钟得到，研磨后的水泥粉末直径≤75μm。