[发明专利]一种矿物碳酸化固定CO2联产碳酸盐产品的工艺

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固体废弃物或矿石为原料通过矿物碳酸化固定CO₂联产碳酸盐产品的工艺。

背景技术

随着大量化石能源的消耗，大气中CO₂的含量逐年递增，由温室气体CO₂等所引起的温室效应亦愈发加剧。国际科技界正在积极通过开发清洁能源实现CO₂的源头减排；同时也在开展CO₂大规模捕获、储存与固定的技术研发与工业试验。

矿物碳酸化固定是CO₂大规模储存与固定的重要途径。矿物碳酸化固定是模仿了自然界中CO₂的矿物吸收过程，即CO₂与含有碱性或碱土金属氧化物的矿石反应，生成永久的、更为稳定的碳酸盐这样一系列过程。

CO₂矿物碳酸化固定的原料主要有含钙镁的硅酸盐矿石，如富含镁碱土金属的有镁橄榄石(Mg₂SiO₄)、蛇纹石(Mg₃Si₂(OH)₄)、滑石(Mg₃Si₄O₁₀(OH)₂)等，富含钙碱土金属的有硅灰石(CaSiO₃)等。某些富含钙镁的固体废弃物，也可以作为CO₂矿物碳酸化固定的原料，如钢铁渣、煤飞尘、废弃物的焚化炉灰，废弃的建筑材料以及某些金属冶炼过程中的尾矿等。

目前，CO₂矿物碳酸化固定的工艺路线可分为直接路线和间接路线，主要包括：

1、直接干法气固碳酸化：CO₂气体直接与矿石发生一步气固反应生成碳酸盐。

2、直接湿法碳酸化：CO₂溶于水形成碳酸溶液，在碳酸作用下，矿石逐步溶解并沉淀出碳酸盐。

3、醋酸为媒质的间接过程：醋酸使原料中的钙离子浸出生成醋酸钙，醋酸钙进行一步碳酸化反应生成CaCO₃和醋酸。

4、苛性钠为媒质的间接过程：采用苛性钠浸出原料中的钙镁离子，碳酸化吸收CO₂生成CaCO₂和NaCO₃，NaCO₃苛化再生苛性钠循环使用。

上述4种典型的工艺路线都有其优缺点。直接干法气固碳酸化工艺路线直接简单，反应过程都是放热的，反应热可以利用；然而反应速率慢，整个过程的能耗高。直接湿法碳酸化工艺路线提高了反应速率；然而该工艺路线需要采掘大量矿石，矿石预处理过程能耗高，并且由之引起的环境问题很难解决。苛性钠为媒质的间接过程，矿石一般不需要活化等预处理过程，使得能耗降低；然而反应温度高、时间长，碱耗高，产物分离困难。

2001年，Kakizawa等人提出了以醋酸为媒质的间接矿物碳酸化过程，其具体步骤为：首先利用醋酸处理经过粉碎筛分的硅灰石，从而得到醋酸钙溶液；然后所得醋酸钙溶液直接与CO₂发生碳酸化反应生成碳酸钙和醋酸。(Kakizawa M，Yamasaki A，Yanagisawa Y.A new CO₂disposal process using artificial rock weathering of calcium silicate acceleratedby acetic acid.Energy，2001，26(4)：341-354.)由于利用弱酸代替强酸，媒质的再生相对容易，能耗降低了；然而碳酸钙和醋酸不能及时分离，逆反应很强烈，使得碳酸化过程所得钙的最大转化率不到20％，这与在相同条件下由热力学得平衡转化率计算值之间还有较大差距。

发明内容

本发明的目的在于克服现有CO₂矿物碳酸化固定工艺，特别是湿法间接工艺路线中钙转化率低、酸媒介再生困难、高能耗、高经济成本等问题，而难于大规模工业应用的缺陷，从而提供一种矿物碳酸化固定CO₂联产碳酸盐产品的工艺。

本发明的技术方案如下：

本发明提供的矿物碳酸化固定CO₂联产碳酸蔬产品的工艺，包括以下步骤：

(1)将含钙固体废弃物或/和硅酸盐矿石进行粉碎，得到固体颗粒；