利用蛇纹石中镁资源对CO2进行矿化封存的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用蛇纹石中镁资源对CO2进行矿化封存的方法，对蛇纹石浸取Mg并利用蛇纹石和浸取出来的Mg对CO2进行矿化封存，属于矿山、冶金和化工以及环境领域。本发明专利技术将预处理后的蛇纹石与硫酸进行错流浸取，过滤后的浸取液进行结晶处理，获得七水流酸镁。过滤结晶体后的溶液返回第一次浸取蛇纹石反应体系中。再将七水流酸镁结晶溶解在水中，添加蛇纹石粉末，并通入CO2气体，制备碳酸氢镁溶液。之后，加热碳酸氢镁溶液获得碳酸镁。最终实现镁对温室气体的矿化封存和金属镍与铁的富集。

Mineralization and Sequestration of CO2 Using Magnesium Resources in Serpentine

The invention discloses a method for mineralized storage of CO2 by using magnesium resources in serpentine, leaching Mg from serpentine and mineralized storage of CO2 by using serpentine and leached Mg, which belongs to the fields of mining, metallurgy, chemical industry and environment. The pretreated serpentine is cross-flow leached with sulfuric acid, and the filtered leaching solution is crystallized to obtain magnesium heptahydrate. The solution filtered and crystallized is returned to the reaction system of the first extraction of serpentine. Magnesium bicarbonate solution was prepared by dissolving magnesium heptahydrate crystals in water, adding serpentine powder and introducing CO2 gas. After that, magnesium carbonate is obtained by heating the magnesium bicarbonate solution. Finally, mineralized storage of greenhouse gases by magnesium and enrichment of nickel and iron are realized.

【技术实现步骤摘要】
利用蛇纹石中镁资源对CO2进行矿化封存的方法
本专利技术涉及一种浸取蛇纹石的处理方法，特别是涉及一种浸取蛇纹石的提取镁的方法，还涉及一种CO2矿化封存的方法，应用于矿山、冶金和化工以及环境

技术介绍
我国储量巨大的蛇纹石矿，它的化学通式可表示为Mg6Si4O10(OH)8的1:1层状构造硅酸盐矿物。其化学组成如表1，主要成分为氧化镁和二氧化硅，质量约占蛇纹石矿的80％。主要分布于茫崖地区、祁连县、小八宝和黑刺沟等地区。蛇纹石单位构造层(晶层)是由一层硅氧四面体片和一层氢氧镁石八面体片结合而成，其八面体空隙为镁所填充。结构单元层内，羟基以内羟和外羟分布，内外羟比为1:3。正因如此，蛇纹石在水中呈碱性，pH值约为10～11。遇酸会发生如下反应：Mg3Si2O5(OH)4+6H+→3Mg2++2SiO2+2H2O(1)表1蛇纹石矿的化学组成由于一直没有良好的资源开发技术，蛇纹石矿的综合利用一直是亟待解决的问题。同时，由于蛇纹石矿具有叶片状或磷片状晶体，分化层较大，我国均为露天开采，在开采过程中产生大量碎矿石，粒度<2～3cm，一般称为蛇纹石粉矿或尾矿，约占开采量的1/3～1/2，常被当作废料抛弃，既浪费矿产资源又积占开采面和农田。而且由于尾矿中所含的大部分是粉状物，遇风漫天飞，造成严重的空气污染，加速了雾霾的形成。对于居住在矿区20km范围内的人和牲畜，长期吸入尾矿粉尘，会形成石棉肺(肺部都是网状物)，对人的生存构成极大威胁。另外，近代以来，由于化石燃料的过度使用，以CO2为主的温室气体引发的温室效应越来越显著。地表温度升高、海平面上升、极端天气频发已经引起了世界的广泛关注。2013年全球CO2的排放总量已经达到了惊人的334亿吨，大气中CO2的浓度已经从工业时代前的280ppm增加到440ppm，CO2减排刻不容缓。CO2捕集与封存技术(CarbonCaptureandStorage,CCS)是应对全球气候变暖和温室效应的重要途径。目前主要的封存方式有三种，分别是地质封存、海洋封存和矿化封存。与其他封存方式相比，矿化封存的产物是稳定的碳酸盐，不存在长期储存条件下泄露的风险，同时不会破坏现有的环境系统，具有很好的潜力。钙镁元素是CO2矿化封存的基础。但Mg与CO2反应会产生酸，如式(2)所示。若不能将酸及时转移沉淀将难以发生。由如下的热力学数据也可得出ΔGmθ(KJ/mol)＝74.1(KJ/mol)>0，说明在溶液中此反应在常温下无法自发进行。必须用碱性物质将酸中和才能使反应向右进行生成MgCO3沉淀。但目前还没有有浸取蛇纹石同时Mg2+封存CO2的相关报道，如何实现低成本的蛇纹石成为亟待解决的技术问题。
技术实现思路
为了解决现有技术问题，本专利技术的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种利用蛇纹石中镁资源对CO2进行矿化封存的方法，利用蛇纹石的碱性特点，中和Mg与CO2反应产生的酸，实现利用蛇纹石中镁资源对CO2进行矿化封存的目的。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种利用蛇纹石中镁资源对CO2进行矿化封存的方法，其特征在于，包括如下步骤：a.将预处理后的蛇纹石与硫酸进行错流浸取，过滤后的浸取液进行结晶处理，获得七水流酸镁结晶，过滤后截留的残渣进行收集，经过滤结晶后的滤液返回第一次浸取蛇纹石的反应体系溶液中；b.将在所述步骤a中获得的七水硫酸镁结晶溶解在水中，得到硫酸镁溶液，然后向硫酸镁溶液中加入蛇纹石，并向硫酸镁溶液中通入CO2气体，制备碳酸氢镁溶液，然后通过加热获得碳酸镁。作为本专利技术的优选的技术方案，在所述步骤a中的预处理蛇纹石条件为：将蛇纹石破碎后，进行球磨处理，颗粒的尺寸全部通过100～200目的筛子过筛，得到球磨预处理的蛇纹石粉末；或者将蛇纹石破碎后，进行球磨处理，颗粒的尺寸全部通过100～200目的筛子过筛，得到蛇纹石粉末，然后蛇纹石粉末再进行煅烧处理，煅烧处理温度为500～700℃，煅烧时间为15～180min，得到煅烧预活化处理的蛇纹石粉末。作为本专利技术的优选的技术方案，在所述步骤a中，预处理蛇纹石与硫酸的浸取条件：温度为50～100℃，时间为10～250min，预处理蛇纹石与硫酸的固液质量与体积比为0.1:10(g/mL)～1:1(g/mL)，对预处理后的蛇纹石与硫酸的混合液的搅拌速度为100～500rpm，采用硫酸的质量浓度为20～70wt.％；将错流浸取后的浸取溶液进行浓缩结晶，加热温度为50～100℃，时间为15～200min，然后冷却获得七水流酸镁结晶体。作为本专利技术的优选的技术方案，在所述步骤a中，错流浸取的次数为1～10次，对各次错流浸取溶液进行结晶处理，过滤后的液体返回第一次浸取工艺中的预处理后的蛇纹石与硫酸的混合液中。进一步优选错流浸取的次数为3～10次。作为本专利技术的优选的技术方案，在所述步骤a中，控制各次错流浸取后浸取溶液的pH值不大于6。作为本专利技术的优选的技术方案，在所述步骤b中，过滤后的七水流酸镁结晶溶解在水中，加入蛇纹石矿粉，所述蛇纹石矿粉采用在所述步骤a中制备的预处理后的蛇纹石矿粉，并向硫酸镁溶液中鼓入CO2，控制硫酸镁溶液表面上方的CO2平衡压力为0.1～100Mpa，硫酸镁溶液温度控制在10～80℃。作为本专利技术的优选的技术方案，在所述步骤b中，对硫酸镁和蛇纹石混合液体系进行球磨，加速中和CO2矿化反应产生的酸，球磨的速度控制在100～500rpm。作为本专利技术的优选的技术方案，在所述步骤b中，对矿化反应获得的碳酸氢镁溶液进行加热处理，得到碳酸镁沉淀，加热温度为50～100℃，加热时间为15～200min。作为本专利技术的优选的技术方案，在所述步骤b中，控制碳酸镁制备过程中的溶液的pH值为8～10。本专利技术原理如下：利用蛇纹石的碱性特点，如式(1)，中和Mg与CO2反应产生的酸，实现利用蛇纹石中镁资源对CO2进行矿化封存的目的。本专利技术是采用硫酸错浸取蛇纹石，将镁提取出来。错流酸浸一方面可以富集镁、铁和镍；另一方面可以降低浸取液的酸度。硫酸浸取蛇纹石的反应见式(3)所示，将浸取液进行结晶处理得到七水硫酸镁，其具体的结晶反应如式(4)。Mg3Si2O5(OH)4(蛇纹石)+3H2SO4→3MgSO4+2SiO2+5H2O(3)MgSO4+7H2O→MgSO4·7H2O(4)将上述结晶处理获得的七水硫酸镁矿化封存CO2制备高附加值的碳酸镁。再利用蛇纹石弱碱性特点去中和矿化过程产生的酸，如式1所示，从而使反应(5)有效的进行下去，再将碳酸氢镁溶液加热获得碳酸镁，达到矿物封存CO2的目的。MgSO4·7H2O+Mg3Si2O5(OH)4+CO2→3Mg(HCO3)2+MgSO4+2SiO2+6H2O(5)。本专利技术对蛇纹石浸取Mg并利用蛇纹石和浸取出来的Mg对CO2进行矿化封存，将预处理后的蛇纹石与硫酸进行错流浸取，过滤后的浸取液进行结晶处理，获得七水流酸镁；过滤结晶体后的溶液返回第一次浸取蛇纹石反应体系中；再将七水流酸镁结晶溶解在水中，添加蛇纹石粉末，并通入CO2气体，制备碳酸氢镁溶液；之后，加热碳酸氢镁溶液获得碳酸镁。最终实现镁对温室气体的矿化封存和金属镍与铁的富集。本专利技术与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：1.本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用蛇纹石中镁资源对CO2进行矿化封存的方法，其特征在于，包括如下步骤：a.将预处理后的蛇纹石与硫酸进行错流浸取，过滤后的浸取液进行结晶处理，获得七水流酸镁结晶，过滤后截留的残渣进行收集，经过滤结晶后的滤液返回第一次浸取蛇纹石的反应体系溶液中；b.将在所述步骤a中获得的七水硫酸镁结晶溶解在水中，得到硫酸镁溶液，然后向硫酸镁溶液中加入蛇纹石，并向硫酸镁溶液中通入CO2气体，制备碳酸氢镁溶液，然后通过加热获得碳酸镁。

【技术特征摘要】
1.一种利用蛇纹石中镁资源对CO2进行矿化封存的方法，其特征在于，包括如下步骤：a.将预处理后的蛇纹石与硫酸进行错流浸取，过滤后的浸取液进行结晶处理，获得七水流酸镁结晶，过滤后截留的残渣进行收集，经过滤结晶后的滤液返回第一次浸取蛇纹石的反应体系溶液中；b.将在所述步骤a中获得的七水硫酸镁结晶溶解在水中，得到硫酸镁溶液，然后向硫酸镁溶液中加入蛇纹石，并向硫酸镁溶液中通入CO2气体，制备碳酸氢镁溶液，然后通过加热获得碳酸镁。2.根据权利要求1所述利用蛇纹石中镁资源对CO2进行矿化封存的方法，其特征在于，在所述步骤a中的预处理蛇纹石条件为：将蛇纹石破碎后，进行球磨处理，颗粒的尺寸全部通过100～200目的筛子过筛，得到球磨预处理的蛇纹石粉末；或者将蛇纹石破碎后，进行球磨处理，颗粒的尺寸全部通过100～200目的筛子过筛，得到蛇纹石粉末，然后蛇纹石粉末再进行煅烧处理，煅烧处理温度为500～700℃，煅烧时间为15～180min，得到煅烧预活化处理的蛇纹石粉末。3.根据权利要求1所述利用蛇纹石中镁资源对CO2进行矿化封存的方法，其特征在于：在所述步骤a中，预处理蛇纹石与硫酸的浸取条件：温度为50～100℃，时间为10～250min，预处理蛇纹石与硫酸的固液质量与体积比为0.1:10(g/mL)～1:1(g/mL)，对预处理后的蛇纹石与硫酸的混合液的搅拌速度为100～500rpm，采用硫酸的质量浓度为20～70wt.％；将错流浸取后的浸取溶液进行浓缩结晶，加热温度为50～100℃，时间为15～200min，然后冷却获得七水流酸镁结晶体。4.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱萍，李祖良，钱光人，王杨君，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海,31