[发明专利]利用泡沫地聚合物充填矿井采空区封存固化CO2的方法

说明书

技术领域

本发明涉及封存和固化CO₂的方法，具体涉及利用泡沫地聚合物充填矿井以封存和固化CO₂的方法。

背景技术

全球变暖己被世界各国高度重视，其危害也已经深深影响着人们生活，冰川融化、海平面上升、岛被淹、动植物灭绝、生态失衡，自然灾害频繁、传染性疾病蔓延等；而二氧化碳（CO₂）排放作为全球变暖的最主要人为因素已被世界各国认可。因此，各国际机构、气候组织和各国政府都在寻找减少排放CO₂的最快、最有效的方法。各国虽然响应积极、措施紧迫、进展有序，但由于主要依靠提高能源效率、使用可再生能源等路径减少碳排放，减排效果却不尽人意。在以能源为发展驱动的现代社会，新能源研究、应用受到使用范围、技术资金等限制短时困难重重，化石燃料仍将继续是主要的供给能源，能源结构也无法在短期内根本性改变，人类所面临的碳排放压力巨大。目前，我国正在大力推行节能减排、调整能源结构、增加低碳燃料比例等许多重要措施，而二氧化碳的回收、捕集和综合利用方面必然是未来主要的发展方向。目前，解决CO₂问题的有效方法是对CO₂的封存和固化。

现有CO₂封存和固化技术：矿石碳化、工业利用和海洋封存。

矿石碳化是利用 CO₂与金属氧化物发生反应生成稳定的碳酸盐从而将 CO₂永久性地固化起来。由于自然反应过程比较缓慢, 因此需要对矿物作增强性预处理, 但这是非常耗能的，据推测采用这种方式封存CO₂的发电厂要多消耗 60%～180%的能源。并且由于受到技术上可开采的硅酸盐储量的限制, 矿石碳化封存 CO₂的潜力可能并不乐观。

工业利用实质上是将 CO₂作为反应物生产含碳的工业产品, 从而达到封存的目的，大多数是用于生产尿素。工业利用从技术上看并不是一种理想的封存方案, 因为在不同的工业流程中, CO₂的封存时间只有几 天, 最多几个月, 然后会被再次降解为 CO₂, 并排入大气中。

海底沉积层二氧化碳水合物封存是诸多技术中一种潜力巨大的二氧化碳封存技术，但同时也会对海洋环境造成较大影响，如海水表面二氧化碳浓度增大，改变了海洋的化学特征，表层海水酸化等。此外，封存在海水中的二氧化碳遇到温度压力波动或洋流变化很有可能从海水中逃逸出来释放到大气当中，反而会造成与二氧化碳封存背道而驰的结果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，克服现有技术存在的缺陷，提出了一种利用泡沫地聚合物充填矿井采空区封存固化CO₂的方法，将CO₂气体作为泡沫地聚合物充填材料的发泡填充气体，填充矿井采空区，实现CO₂的封存和固化。

地聚合物材料是近年来新发展起来的一类新型无机非金属材料，这类材料多以天然铝硅酸盐矿物或工业固体废物为主要原料，与其他矿物掺合料和适量碱硅酸盐溶液充分混合后，在常温或蒸养条件下养护成型硬化，是一类由铝硅酸盐胶凝成分粘结的胶凝材料。将CO₂气体用于发泡填充气体来制作泡沫地聚合物充填材料，不仅可以利用碳化反应吸收二氧化碳，大幅提高泡沫地聚合物强度，而且泡沫地聚合物的孔结构为密闭的球体，可以将CO₂气体有效地封存起来。即使随时间的延长未被及时碳化吸收的CO₂气体能够从泡沫地聚合物中缓慢溢出，但溢出CO₂气体也会被地壳中碱性物质完全吸收，从而实现对CO₂气体的短暂封存和永久固化，从而达到CO₂的利用、封存和矿化的有效统一。

基于上述技术思路，本发明提出了利用泡沫地聚合物充填矿井采空区封存固化CO₂的方法， 其步骤是：

步骤1. 选定需要充填的矿井采空区。

步骤2. 制备复合粉体材料：

将矿渣微粉和固体废渣微粉按比例称量配料，并混合均匀，即制得复合粉体材料；所述复合粉体材料各组分的质量百分比：矿渣微粉20-100％，固体废渣微粉0-80％。

步骤3.碱激发溶液配制：

用水将液体水玻璃稀释至固含量的质量百分比为10-35%，即制得所需的碱激发溶液；

步骤4. 制备封存有CO₂气体的泡沫：