[发明专利]一种含钛高炉渣或其氯化尾渣与红石膏矿化CO2

说明书

一种含钛高炉渣或其氯化尾渣与红石膏矿化CO₂的方法，属于工业固废处理和CO₂减排领域。该方法是以含钛高炉渣或其氯化尾渣、红石膏、硫酸铵为原料，首先将含钛高炉渣或其氯化尾渣、红石膏、硫酸铵按照比例混合造球，其次将球团放入马弗炉或回转窑中焙烧，后将焙烧球团按一定条件浸出，得到含钙元素的浸出渣和钛、铝元素的浸出液，浸出渣中Ca元素可矿化固定CO₂，浸出液中钛、铝组分可通过热水解和冷却结晶的方式回收，最后矿化母液可通过蒸发结晶实现硫酸铵的循环。本发明方法实现了含钛高炉渣、氯化尾渣、红石膏中钛、铝元素高效利用和CO₂的矿化固定，是一种绿色环保的大宗固废处理方法。

技术领域

本发明属于工业固废处理和CO₂减排领域，具体涉及含钛高炉渣、含氯尾渣、红石膏以及CO₂矿化减排的方法。

背景技术

随着全球经济的发展，化石燃料在各行各业普遍应用，全球二氧化碳排放量逐年升高，由此引发了严重的温室效应，地球生态受气候变暖、极端天气及海平面上升等影响，预计到下个世纪，全球的二氧化碳排放总量达到77Gt/年，这将引起全球平均气温上升1.9℃，全球海平面高度升高38cm。国内外科研人员针对二氧化碳的减排工作进行了多年研究，确定CO2捕集与封存技术(CO2 Capture and Storage, CCS)是较为经济的碳减排技术。CCS技术主要分成碳捕集、封存两部分，在单位质量碳捕集的成本投入方面有其他技术所不具备的经济优势，也为此得到各国政府的大力支持，CCUS的研究技术分支庞大。但是就CCS技术而言，其是完全的成本投入的经济模式，几乎无任何附属产出。针对这一现状，我国学者进一步提出在CCS技术基础上集成捕集后CO2的资源化利用，该技术即碳捕获、利用与封存技术（Carbon Capture，Utilization and Storage，简称CCUS）。CCUS主要包含矿物封存、海洋封存及地址封存。由于矿物封存反应条件温和，可用于封存的原料来源广泛，原料运输成本低廉甚至可以就地实现矿化封存，另外还可以获得高附加值的工业附产品，其在技术的安全性、经济性以及CO₂的封存量上突显优势。

我国钒钛资源丰富，目前制备钛白颜料的技术主要包含硫酸法和氯化法，其中硫酸法钛白制备过程中会产生大量主要成分为硫酸钙的红石膏。由于红石膏性质稳定，杂质成分多，一般均为堆存处理。随着我国钛行业的发展，红石膏的堆存量已经达到难以计算的近况。

含钛高炉渣是高炉炼铁过程中产生的废渣，其中TiO₂的含量超过20wt.%，钙镁总含量超过30 wt.%。由于含钛高炉渣属于人造矿，因其成分复杂，钙钛矿又与透辉石相连生，很难采用普通选矿的方法分离。高含量的二氧化钛不能直接用于水泥生产，作为钛白生产原料其品位又太低，我国每年排放这种高炉渣超300万吨，总堆积量超过8000万吨，目前采用空地堆积的方式处理不仅污染土地和水资源，还浪费了大量宝贵的钛资源，因此需要采取其他手段加以利用。含氯钛渣是由含钛高炉渣经高温选择性碳化-低温氯化法的技术路线制取粗TiCl₄后的尾渣，提取钛资源后的尾渣颗粒很细，硬度较大，其中氯含量约3~4wt.%，超过了可排放标准，而且此工艺处理后的渣中碳含量很高，渣中依旧有低于8wt.%的TiO₂存在，而渣中的钙镁铝等元素也未被利用。

发明内容

针对含钛高炉渣及其氯化尾渣中钛资源难以回收、氯化尾渣中氯难以深度去除、红石膏废料堆存严重的问题，本发明提出采用含钛高炉渣或氯化尾渣与硫酸铵、红石膏混配造球，经焙烧、浸出、矿化实现钛白颜料制备、二氧化碳矿化、尾渣脱氯、红石膏综合利用的技术路线。

本发明的主要技术路线如下：

1、原料混合造球

将含钛高炉渣或其氯化尾渣、红石膏、硫酸铵按照比例1:1.5~3:2~4进行混合造球，造球过程添加水作为粘结剂，控制球团直径在1~3㎝之间。

2、球团焙烧