钙锰基吸附剂的制备方法、钙锰基吸附剂及其应用技术

本发明专利技术公开了一种钢渣减碳资源化利用的新方法，属于资源与环境技术领域。本发明专利技术先将钢渣与稀硝酸在搅拌条件下混合一定时间，实现钢渣全元素浸出；然后取浸出液加入氢氧化钠调控pH值，对主元素铁、硅、铝进行一步沉淀分离；向分离液加入一定量碳酸钙粉末，再加入可溶碳酸盐溶液调节pH值，直到实现钙锰元素的共沉淀，固液分离后得到前驱体固体。对前驱体固体进行烘干、煅烧处理，得到钙锰基吸附剂。本发明专利技术的处理工艺简单且成本低廉，可实现钢渣的大规模资源化利用，并提高了吸收剂反应活性和循环稳定性，是捕集工业烟气中CO2的理想吸收剂。的理想吸收剂。的理想吸收剂。

【技术实现步骤摘要】
钙锰基吸附剂的制备方法、钙锰基吸附剂及其应用


[0001]本专利技术属于碳捕集材料的制备
，涉及一种以钢渣为原料的钙锰基吸附剂的制备方法、钙锰基吸附剂及其应用。

技术介绍

[0002]由于全球气候变化加剧和极端天气的增加，CO2捕集分离已经不单单具有重要的战略意义，更关乎人类的生存。工业烟气作为主要的碳排放源，对其进行碳捕集是工业生产节能减排和实现碳中和目标的重要途径。氧化钙基吸附剂具备理论碳容量高、来源广泛、廉价等优势，被认为是较理想的烟气捕碳材料。然而，天然石灰石煅烧制备的纯氧化钙在经历初期多次循环吸
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脱附捕集CO2过程中，会出现随着颗粒增大引发的严重失活现象。大量的研究表明，在氧化钙颗粒之间添加某些特定的如锰、铈、铝、钛等惰性物质可以极大程度地改善失活问题。但目前报道的制备过程相对复杂且原料成本较高，并不具备工业化的应用前景。
[0003]钢渣是炼钢后所排的一种固体废弃物，这种固体废弃物大部分被用做路基回填材料，利用率一直很低，既占用大量城市土地，又对环境、空气造成严重污染。
[0004]申请人通过大量实验发现，现有技术中利用钢渣制备钙基捕碳材料的方法多采用醋酸浸出工艺，提炼过程相对复杂，且无法避免有害元素对氧化钙的毒害影响，总体开发成本很高。而现有技术采用铵基溶液浸出工艺则无法实现金属元素的全浸出。
[0005]因此，有必要开发一种以钢渣为原料的钙锰基吸附剂的制备方法，不仅能够对钢渣开展简单地分步资源回收处理，并能够制备钙锰基高稳定性能捕碳材料，同时实现钢渣资源化利用和减少碳减排的双重目标。

技术实现思路

[0006]为了实现上述钢渣资源化利用和减少碳减排的双重目标，本专利技术提供了一种分步回收钢渣有价资源且制备捕碳吸附剂的新方法，并提供一种基于钢渣源的钙锰基捕碳材料，能够对工业烟气进行高稳定地、循环地捕集CO2处理。
[0007]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]第一技术方案，一种以钢渣为原料的钙锰基吸附剂的制备方法，所述方法包括如下步骤：(1)用稀硝酸溶液对含有钙、硅、铁、锰、镁、铝元素的钢渣进行浸出处理，过滤掉残渣，得到全元素浸出液；(2)在所述全元素浸出液中逐滴加入氢氧化钠水溶液，调节pH值至5≤pH≤5.5，此时，实现硅、铁和铝元素的一步沉淀，得到钙
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锰
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镁混合富集液；(3)在所述钙
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锰
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镁混合富集液中加入难溶的碳酸钙粉末，搅拌条件下，逐滴加入可溶碳酸盐溶液，调节pH值至8.5≤pH≤9.0，此时，实现锰和钙元素的共沉淀，固液分离后得到钙锰基前驱体；(4)将所述钙锰基前驱体进行洗涤、干燥、煅烧处理后，得到钙锰基吸附材料。
[0009]本专利技术的技术方案是利用钢铁冶炼的固体废弃物钢渣作为原材料，其中，钢渣为转炉渣。Ca、Si、Al、Mg、Fe、Mn元素的氧化物在钢渣中总含量达到80
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95％，以质量分数计，钢
渣成分包括：37～59％ CaO、9～20％ SiO2、5～20％ FeO、1.3～10％ MnO、0.6～8％ MgO、0.1～2.5％ Al2O3和其它杂质。
[0010]在本技术方案中，采用合适的稀硝酸溶液对钢渣进行浸出处理，获得浸出液和浸出渣，钢渣中的钙、硅、铁、锰、镁、铝元素溶解在浸出液中，即得到全元素浸出液，而钒、铬等杂质则以沉淀物的形式残留在浸出渣中。区别于现有技术采用醋酸溶液作为浸出溶剂，为了提高锰的浸出量，申请人通过大量的试验证明，在低浓度硝酸的条件下，有利于浸出液中锰元素含量的显著提升。优选的，所述稀硝酸溶液选自浓度为5
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15wt％的稀硝酸。为了进一步提高浸出效率，在步骤(1)之前，可以将钢渣进行机械破碎、球磨，获得粒度≤1mm的钢渣，也可以在常温常压、高温常压或高温高压等一些辅助性条件下进行的浸出，还可以采用连续多级浸提法进行浸出。
[0011]浸出时间和浸出温度不受特别限制，只要能确保钢渣中的钙、硅、铁、锰、镁、铝元素能充分浸出即可，优选地浸出温度为25
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45℃，浸出时间2
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4小时，浸出时间2小时是保证钢渣中的钙、硅、铁、锰、镁、铝元素完全浸出所需的最少时间，浸出时间越长，浸出体系中的钙、硅、铁、锰、镁、铝元素越多，浸出时间达到4小时，浸出体系已经平衡。
[0012]在本技术方案中，在所述全元素浸出液中逐滴加入碱性的氢氧化钠水溶液，调节pH值至5≤pH≤5.5，硅、铁和铝元素主要以氢氧化硅、硅酸、硅酸铁、氢氧化铁、氢氧化亚铁、富铁矿物和氢氧化铝的形式沉淀析出。经过精准pH调控，可以一步实现对铁、铝、硅元素的高效率回收，回收率高达98％以上。滤除固体析出物后，得到钙
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锰
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镁混合富集液。在所述钙
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锰
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镁混合富集液中加入碳酸钙粉末，随后以碳酸盐溶液为沉淀剂，在常温且磁力搅拌条件下，将的可溶碳酸盐溶液逐滴加入至钙
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锰
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镁混合富集液，调节pH值至8.5≤pH≤9.0，此时，钙和锰元素主要以碳酸钙、碳酸氢钙、碳酸锰、碳酸氢锰的形式沉淀析出，经过精准pH调控，可以实现钙锰共沉淀，钙锰回收率高达98％以上。固液分离后，获得滤液和钙锰基前驱体，而镁元素则富集在滤液中。
[0013]可以使用任何合适的固液分离技术，包括过滤、沉降、离心、旋风分离、洗脱等。本专利技术不应当被认为限于所使用的特定固液分离技术。
[0014]上述步骤(1)中，所述钢渣与所述稀酸溶液的固液比为固液比范围为1:(5
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20)g/mL，优选为1:(10
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20)g/mL，更优选为1:(15
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20)g/mL。申请人通过大量的试验证明，钙和锰金属元素的浸出量均明显随固液比的增大而逐渐上升，根据本专利技术，不仅在浸出固液比较高时可获得好的锰浸出效果，在浸出固液比小于1:20g/mL时，所得浸出液中锰元素的浓度仍然足够制备钙锰基吸附剂。
[0015]经过上述步骤(1)的提取后，所述全元素浸取液中钙锰摩尔比(以元素计)为(6
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10):1。
[0016]作为优选方案，上述步骤(3)中，所述可溶碳酸盐为碳酸钾、碳酸钠中的一种或几种。
[0017]作为优选方案，上述步骤(3)中，所述碳酸钙的添加量为钢渣的质量1.7
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3倍。碳酸钙来源于石灰石、大理石、方解石、轻钙粉或者纳米碳酸钙中的任意一种或几种。
[0018]作为优选方案，上述步骤(4)中，所述煅烧处理为：将前驱体经研磨均匀后，放入马弗炉内，750
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900℃条件下煅烧1
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4小时，煅烧后得到的样品，即为钙锰基吸附剂。
[0019]第二技术方案，一种由上述的以钢渣为原料的钙锰基吸附剂的制备方法制得的钙
锰基吸附剂。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种以钢渣为原料的钙锰基吸附剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)用稀硝酸溶液对含有钙、硅、铁、锰、镁、铝元素的钢渣进行浸出处理，过滤掉残渣，得到全元素浸出液；(2)在所述全元素浸出液中逐滴加入氢氧化钠水溶液，调节pH值至5≤pH≤5.5，此时，实现硅、铁和铝元素的一步沉淀，得到钙
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锰
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镁混合富集液；(3)在所述钙
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锰
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镁混合富集液中加入难溶的碳酸钙粉末，搅拌条件下，逐滴加入可溶碳酸盐溶液，调节pH值至8.5≤pH≤9.0，此时，实现锰和钙元素的共沉淀，固液分离后得到钙锰基前驱体；(4)将所述钙锰基前驱体进行洗涤、干燥、煅烧处理后，得到钙锰基吸附材料。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述钢渣与所述稀硝酸溶液的固液比为固液比范围为1:(5
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20)g/mL，优选为1:(10
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20)g/mL，更优选为1:(15
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20)g/mL。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述稀硝酸溶液选自浓度为5
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15w...

【专利技术属性】
技术研发人员：张作泰，梁硕阳，颜枫，李瑞，苏义平，
申请(专利权)人：深碳科技深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：