微波活化高炉渣的方法技术

本发明专利技术涉及一种微波活化高炉渣的方法，属于高炉渣活化及二氧化碳封存技术领域。本发明专利技术的微波活化高炉渣的方法包括如下步骤：a.将高炉渣、铵盐和催化剂混合，得到混合物料；所述催化剂为钛酸钡和钛酸铅中的至少一种，所述铵盐为硫酸铵和硫酸氢铵中的至少一种；b.将所述混合物料用微波加热至250～500℃，保温反应5～10min；c.在b步骤保温反应后的物料中加入水，溶解、过滤，得到滤液1，及滤渣1，所述滤液1中含活化的钙镁离子。本发明专利技术采用微波技术与特定的催化剂配合使用，在高炉渣活化过程中实现了微波强化与催化作用，在较短的处理时间内活化高炉渣中钙镁离子，进而大幅降低提纯能耗、提高效率。

Microwave Activation of Blast Furnace Slag

The invention relates to a method for activating blast furnace slag by microwave, belonging to the technical field of blast furnace slag activation and carbon dioxide storage. The method of microwave activation of blast furnace slag comprises the following steps: A. mixing blast furnace slag, ammonium salt and catalyst to obtain mixture material; the catalyst is at least one of barium titanate and lead titanate, and the ammonium salt is at least one of ammonium sulfate and ammonium bisulfate; B. heating the mixture material to 250-500 C by microwave and holding reaction for 5-10 min in step b; C. After adding water, dissolving and filtering, filtrate 1 and filter residue 1 are obtained, and the filtrate 1 contains activated calcium and magnesium ions. The invention adopts microwave technology and specific catalyst, realizes microwave strengthening and catalysis in the activation process of blast furnace slag, activates calcium and magnesium ions in blast furnace slag in a shorter treatment time, thereby greatly reducing the energy consumption of purification and improving efficiency.

【技术实现步骤摘要】
微波活化高炉渣的方法
本专利技术涉及一种微波活化高炉渣的方法，属于高炉渣活化及二氧化碳封存

技术介绍
2017年全球二氧化碳排放量将达到创纪录的410×108t，其大量排放是导致全球变暖，厄尔尼诺现象、成都市高温气候连年延长现象的主要因素。到2050年，碳捕获碳封存(CCS)对全球二氧化碳减排总量的贡献率将占19％，是仅次于改善能源效率的第二大减排技术。CCS技术主要由碳捕集和碳封存两个部分组成，在传统的封存技术中，主要有地质封存，海洋封存。地质封存优点是封存量大，可永久封存，缺点是会引起浅层地表垂向差异变形，CO2逃逸污染淡水层等。海洋封存将CO2直接注入深海，利用其低温高压的环境是CO2形成稳定的固体冰状水合物来封存。虽然潜力巨大，但是会影响海洋的生态平衡，技术的可行性也有待研究。在矿物封存技术中，芬兰奥伯学术大学学者JohanFagerlund等利用蛇纹石与硫酸氨盐在500℃左右反应生成硫酸镁，再用生成的硫酸镁与氨水反应，生成氢氧化镁沉淀析出，最后用氢氧化镁与二氧化碳反应生成碳酸镁沉淀。此方法在最佳条件下Mg的提取率仅为60～70％，并用到高压浸出和温度稍高，能耗较大，还不是很成熟。申请号为2013105581158的专利技术专利公开利用天然钾长石(KAlSi3O8)和六水合氯化钙在800℃～1000℃煅烧，得到假硅灰石(Ca3Si3O9)、钙长石(CaAl2Si2O8)以及Ca12Al14O33Cl2三种不同的硅酸钙盐，生成的硅酸钙盐与CO2反应，将CO2矿化为稳定的固体碳酸钙，同时联产可溶性钾盐。此方法不仅可以减排大量CO2，同时可获得人类所需的可溶性钾盐。但是需用到钾长石和六水合氯化钙，需要一定的成本。赫尔辛基大学SanniEloneva等提出利用醋酸浸出高炉渣生产盐酸盐的方法。结果表明在30～70℃、1～30bar气压条件下，4.4千克的高炉渣和3.6升的醋酸和3.5千克的NaOH可以固定1Kg的CO2，生产2.5千克碳酸盐岩。此方法需要热量蒸发醋酸，也需要电力再生NaOH，成本较高，所以此方法现只停留在实验室阶段。申请号为201610564463X的专利技术专利公开了一种用炼铁高炉渣矿化CO2联产氧化铝的方法，包括：①将高炉渣与硫酸铵均匀混合；②混合料在马弗炉中焙烧，得到焙烧渣和由水吸收尾气得到的氨水；③焙烧渣进行水浸处理，过滤后得到含CaSO4、SiO2的水浸渣和富含Mg、Al的水浸液；④将氨水加入到富Mg、Al液中，控制溶液pH值，得到Al(OH)3、Mg(OH)2和含硫酸铵的母液；⑤用氨水将水浸渣调成浆液，通入CO2进行矿化反应，过滤，得到含CaCO3、SiO2的矿化渣和含硫酸铵的矿化母液；⑥用水将Mg(OH)2调成浆液，矿化，得到MgCO3；⑦Al(OH)3煅烧得到副产Al2O3；⑧混合、蒸发上述母液，冷却，结晶，回收硫酸铵。本专利技术条件温和，工艺成本低，不仅可以实现大规模CO2减排，还可以回收高炉渣中有价元素，实现了高炉渣的高值利用，然而其反应时间仍然较长。申请号为2016105644536的专利技术专利公开一种利用含钛高炉渣矿化CO2联产TiO2和Al2O3的方法。所述方法包括以下步骤：(1)将含钛高炉渣与硫酸铵混合焙烧，得到焙烧渣和氨气，氨气用水吸收得到氨水；(2)焙烧渣用水浸出并过滤得到浸出液和浸出渣；(3)将步骤2的浸出渣、步骤1的氨水与二氧化碳反应得到矿化渣和矿化母液；(4)将步骤2的浸出液用步骤1的氨水调节溶液pH，分步沉淀并过滤可获得偏钛酸和氢氧化铝沉淀及富镁溶液；(5)将步骤4中的富镁溶液、步骤1的氨水与二氧化碳反应得到碳酸镁沉淀和矿化母液；(6)将步骤3和5的矿化母液混合蒸发、冷却、结晶得到硫酸铵固体，循环使用；(7)将步骤4的沉淀物分别煅烧获得TiO2和Al2O3，然而其反应时间仍然较长。陈勤芹，刘代俊.微波辐射对高炉渣浸取影响的研究.《能源化工》.2007,28(3):4-6公开比较了用传统法和微波法浸取高炉渣的效果。研究发现，微波辐射大大加快了高炉渣浸取的速度。测定了微波辐射对高炉渣表面能的影响。结果显示，微波辐射提高了高炉渣的表面能，降低了其与液相的接触角。然而其使用的是酸浸法。当使用硫酸氨处理高炉渣时，用微波加热活化的效果却很差，详见对比例1。
技术实现思路
本专利技术要解决的第一个技术问题是提供一种微波活化高炉渣的方法，该方法能快速活化高炉渣。为了解决本专利技术的第一个技术问题，本专利技术的微波活化高炉渣的方法包括如下步骤：a.将高炉渣、铵盐和催化剂混合，得到混合物料；所述催化剂为钛酸钡和钛酸铅中的至少一种，所述铵盐为硫酸铵或硫酸氢铵中的至少一种；b.将所述混合物料用微波加热至250～500℃，优选250～350℃，保温反应5～10min；c.在b步骤保温反应后的物料中加入水，溶解、过滤，得到滤液1，及滤渣1，所述滤液1中含活化的钙镁离子，优选将所述滤渣1再加水入水，溶解、过滤，得到滤液2和滤渣2，所述滤液2中含活化的钙镁离子。优选的，a步骤所述高炉渣与硫酸氢铵质量配比为1:3～6，更优选为1:3～5。优选的，a步骤所述高炉渣为粉末状，高炉渣的粒度控制在150～500μm，所述铵盐优选为硫酸铵。优选的，a步骤所述催化剂与高炉渣的质量比值为1:4～10。优选的，b步骤所述混合物料放置在坩埚或瓷舟内加热，所述坩埚的材质优选为石墨、刚玉或石英。优选的，b步骤保温反应后还包括冷却，所述冷却方式为密闭冷却或者淬火冷却。优选的，c步骤所述水为去离子水、纯水或蒸馏水。优选的，c步骤所述溶解的方法为：50～80℃搅拌，优选搅拌1小时以上，保持50～80℃的方法可以为水浴或油浴等方法。优选的，将c步骤所述过滤的滤渣1或滤渣2作为催化剂，返回a步骤循环使用，优选将所述滤渣1或滤渣2干燥10分钟以上后返回a步骤循环使用。滤渣1或滤渣2的主要成分为钛酸钡或钛酸铅催化剂，其他杂质微量(Fe、Ti)，不影响效果。本专利技术的第二个技术问题是将上述方法制备得到的滤液应用到CO2矿化中的。有益效果：本专利技术采用微波技术与特定的催化剂配合使用，在高炉渣活化过程中实现了微波强化与催化作用，在较短的处理时间内活化高炉渣中钙镁离子，进而大幅降低提纯能耗、提高效率。活化反应后，再经过水洗等方法将废渣中的Ca2+、Mg2+离子与其他物质分离开来，可用于与CO2反应生成稳定的固体碳酸盐。本专利技术的方法高效节能，安全稳定，具有良好的经济效益和大规模利用潜力。采用本专利技术的方法，硫酸铵和硫酸氢铵达到的效果相当，硫酸铵的成本比硫酸氢铵更低，可进一步地降低成本。附图说明图1为微波活化高炉渣的实验装置示意图。具体实施方式为解决本专利技术的第一个技术问题，本专利技术的微波活化高炉渣的方法包括如下步骤：a.将高炉渣、铵盐和催化剂混合，得到混合物料；所述催化剂为钛酸钡和钛酸铅中的至少一种；可先将高炉渣和硫酸铵盐混合后，再加入催化剂混合均匀，所述铵盐为硫酸铵或硫酸氢铵中的至少一种；b.将所述混合物料用微波加热至250～500℃，优选250～350℃，保温反应5～10min；c.在b步骤保温反应后的物料中加入水，溶解、过滤，得到滤液1，及滤渣1，所述滤液1中含活化的钙镁离子，优选将所述滤渣1再加水入水，溶解、过滤，得到滤液2和滤渣2，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.微波活化高炉渣的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：a.将高炉渣、铵盐和催化剂混合，得到混合物料；所述催化剂为钛酸钡和钛酸铅中的至少一种，所述铵盐为硫酸铵或硫酸氢铵中的至少一种；b.将所述混合物料用微波加热至250～500℃，优选250～350℃，保温反应5～10min；c.在b步骤保温反应后的物料中加入水，溶解、过滤，得到滤液1，及滤渣1；优选将所述滤渣1再加水入水，溶解、过滤，得到滤液2和滤渣2。

【技术特征摘要】
1.微波活化高炉渣的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：a.将高炉渣、铵盐和催化剂混合，得到混合物料；所述催化剂为钛酸钡和钛酸铅中的至少一种，所述铵盐为硫酸铵或硫酸氢铵中的至少一种；b.将所述混合物料用微波加热至250～500℃，优选250～350℃，保温反应5～10min；c.在b步骤保温反应后的物料中加入水，溶解、过滤，得到滤液1，及滤渣1；优选将所述滤渣1再加水入水，溶解、过滤，得到滤液2和滤渣2。2.根据权利要求1所述的微波活化高炉渣的方法，其特征在于，a步骤所述高炉渣与硫酸铵盐的质量配比为1:3～6，优选为1:3～5。3.根据权利要求1或2所述的微波活化高炉渣的方法，其特征在于，a步骤所述高炉渣为粉末状，高炉渣的粒度控制在150～500μm，所述铵盐优选为硫酸铵。4.根据权利要求1～3任一项所述的微波活化高炉渣的方法，其特征在于，a步骤所述催化剂与高炉渣的质量比...

【专利技术属性】
技术研发人员：王烨，韩子柯，陈辉，袁熙志，杨林，钟艳君，许德华，王辛龙，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51