一种矿物碳酸化固定CO2联产碳酸钙产品的工艺制造技术

本发明专利技术提供一种矿物碳酸化固定ＣＯ↓［２］联产碳酸盐产品的工艺，包括以下步骤：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，向固体颗粒中加入酸性媒质，在６０～８０℃下搅拌３０～１２０分钟，冷却后过滤得到钙离子浸出液，钙离子浸出液中添加含钙碱性物，调节ｐＨ＝７～８，然后过滤，得到含钙原料液；向含钙原料液中加入有机溶剂，搅拌均匀，再通入ＣＯ↓［２］气，进行碳酸化反应；将碳酸化反应后的反应液过滤，得滤液和固体产物；将固体产物用去离子水洗涤并干燥，得到碳酸钙；本发明专利技术不仅使得固体废弃物以及温室气体ＣＯ↓［２］得到资源化利用，而且制得的碳酸盐产品为文石型轻质碳酸钙，可以进一步降低生产成本，具有较好的经济效益。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于废弃物资源化利用、温室气体C02减排与资源化利用
，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C02联产碳酸盐产品的工艺。
技术介绍
随着大量化石能源的消耗，大气中C02的含量逐年递增，由温室气体C02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C02的源头减排；同时也在开展 C02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C02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 C02的矿物吸收过程，即C02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。ca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(Mg風)、蛇纹石(Mg:1Si"OH).,)、滑石(Mg:,Si,0,n(0H)2)等，富含钙碱土金属的有硅灰石 (CaSiOa)等。某些富含钙镁的固体废弃物，也可以作为C02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，C03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C02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ca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CaCO,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C02生成 CaCOa和NaCOs, NaC03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 C02发生碳酸化反应生成碳酸钙和醋酸。(Kakizawa M， Yamasaki A, Yanagisawa Y. A new C02 disposal process using artificial rock weathering of calcium silicate accelerated by 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。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有C02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C02联产碳酸盐产品的工艺。本专利技术的技术方案如下本专利技术提供的矿物碳酸化固定C02联产碳酸盐产品的工艺，包括以下歩骤(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；(2) 向步骤(1)得到的固体颗粒中加入弱酸性媒质，在60 80"下搅拌30 120分钟， 冷却后过滤得到钙离子浸出液所述酸性媒质的加入量为每1克的固体颗粒中加入4.5-6ml,体积分数为ll.W-33.3% 的酸性媒质水溶液；所述酸性媒质为醋酸、丙酸、乳酸或柠樣酸(3) 向步骤(2)得到的钙离子浸出液中添加含钙碱性物，调节所述钙离子浸出液的pH =7 8,然后过滤，得到含钙原料液(4) 向步骤(3)得到的含钙原料液中加入有机溶剂，搅拌均匀，再通入Ca气，进行碳 酸化反应；所述含钙原料液与有机溶剂的体积比为0.5 2; (5) 将步骤(4)碳酸化反应后的反应液过滤，得滤液和固体产物(6) 将步骤(5)得到的固体产物用去离子水洗涤并干燥，得到碳酸钙。 本专利技术提供的矿物碳酸化固定Ca联产碳酸盐产品的工艺，还可进一步包括(7) 上述步骤(5)得到的滤液迅速分层，分别回收上层的有机相和下层的水溶液相；(8) 将步骤(7)回收的有机相在120—200"下进行减压精馏，得到回收的有机溶剂和酸 性媒质；所回收的有机溶剂作为步骤(4)的有机溶剂；所回收的酸性媒质作为步骤(2)的酸性 睐和(9) 将步骤(7)得到的水溶液相与步骤(2)所述钙离子浸出液混合，进行碳酸化反应。 所述含钙固体废弃物或/和硅酸盐矿石为钢铁渣、电石渣、煤飞尘、废弃的水泥或/和硅灰石，所述含钙的固体颗粒的粒径为50-200目。当所述含钙固体废弃物为钢铁渣时，在本专利技术的歩骤(3)中还需向所述钙离子浸出液中 添加氧化剂，使亚铁离子全部氧化为铁离子，所述氧化剂为过氧化氢、氧气或空气。 所述含钙碱性物为氧化钙粉末、氢氧化钙粉末或石灰乳。所述步骤(4)的所述有机溶剂为IH辛醇、煤油、磷酸三丁脂或三辛基氧磷；通入的C02 气体为经过除杂提纯的工业尾气或含有杂质气体的C(V混合气体；所述步骤(4)的碳酸化反 应的条件为反应温度为40 100",通入的C02的压力为10 50bar，搅拌转速为 100-1000rpm，反应时间为30 150分钟。本专利技术的特点是利用钢铁冶炼过程中产生的大量钢铁渣以及其他含钙固体废弃物或含钙 硅酸盐矿石，吸收工业过程中排放的C02气体，使得CO:.与原料中的钙离子结合形成稳定的碳 酸钙，从而将温室气体(U转化为更为稳定的碳酸盐形式储存起來，起到大规模减少C02排放 的目的。本专利技术不仅使得固体废弃物以及温室气体C02得到资源化利用，而且可以集成一部分 工业余热，有效减少了整个工艺过程的能耗。本专利技术利用弱酸为媒质的浸出过程，在碳酸化反应过程中，通过引入有机溶剂，使得生 成的弱酸从水相进入有机相，强化了碳化反应结晶过程，使得钙转化率大幅度提高。并且所 用的酸性媒质，有机溶剂都可以回收循环使用，并且在碳酸化反应中加入有机溶剂实现反应 分离一体化，强化了碳酸化过程C02的吸收，钙离子的一次转化率达到40%以上。此外，本专利技术制得的碳酸盐产品为文石型轻质碳酸钙，可以广泛应用于橡胶、塑料、造 纸和涂料、油墨等工业中，可以进一步降低生产成本，具有较好的经济效益。本专利技术工艺应用在钢铁冶炼过程钢铁渣的处理上，可以使一吨钢铁渣吸收0.2 0.3吨 C"气体,同时生产0. 8 0.9吨文石型轻质碳酸钙，具有较好的工业应用前录。附图说明图1是实施例1中所得文石型轻质碳酸钙的X射线衍射分析图谱(XRD); 图2是实施例1中所得文石型轻质碳酸钙的扫描电镜照片。具体实施方式本专利技术所用矿物碳酸化固定C02的原料主要是含钙固体废弃物或矿石，如钢铁渣，电石渣、煤飞尘、废水泥，硅灰石等，其中钢铁渣，电石渣，硅灰石中的氧化钙含量较高，一般在35% 以上，拥有充分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种矿物碳酸化固定ＣＯ↓［２］联产碳酸盐产品的工艺，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；（２）向步骤（１）得到的固体颗粒中加入酸性媒质，在６０～８０℃下搅拌３０～１２０分钟，过滤得到钙 离子浸出液；所述酸性媒质的加入量为每１克的固体颗粒中加入４．５－６ｍｌ，体积分数为１１．１％－３３．３％的酸性媒质水溶液；所述酸性媒质为醋酸、丙酸、乳酸或柠檬酸；（３）向步骤（２）得到的钙离子浸出液中添加含钙碱性物， 调节所述钙离子浸出液的ｐＨ＝７～８，然后过滤，得到含钙原料液；（４）向步骤（３）得到的含钙原料液中加入有机溶剂，搅拌均匀，再通入ＣＯ↓［２］气，进行碳酸化反应；所述含钙原料液与有机溶剂的体积比为０．５～２；（５）将步 骤（４）碳酸化反应后的反应液过滤，得滤液和固体产物；（６）将步骤（５）得到的固体产物用去离子水洗涤并干燥，得到碳酸钙。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：包炜军，李会泉，张懿，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]