固体废弃物碳酸化处理研究综述.docx
明利理工大学化工学院，昆明 )固体废弃物碳化是利用含钙废物等废弃物溶解或活化吸收固定CO2形成稳定碳酸盐的废物处理方法。作者论述了目前该处理方法的研究现状：溶解处理和碱溶处理。关键词 CO2固定 中图分类号：X705 文献标识码 文章号：1008-0511(2014)01-0069-032.61010其中化石能源使用所释放的CO2量约占CO2总量的77%关注[2-3]，为废物利用减少CO2对环境的压力和资源循环利用提供参考。 固体废物碳化研究现状理论上，富含钙镁的固体废物中CO2的固定方法有地质储存、采矿等。工业固体废物主要是指工业生产过程中产生的废渣、粉料、碎屑、污泥等。按来源分有冶金固体废物、燃料灰渣、化工工业固体废物、石油工业固体废物、食品工业固体废物和其他废物。随着生产的发展，工业废物的数量日益增多，污染了环境，浪费了大量可以再利用的资源。目前，固体废物的处理方法主要有：卫生填埋、集中焚烧、堆肥、回收资源化利用以及其他一些处置方法。碳化处理技术可用于固定废物中的CO2。作者对固体废物碳化处理固定CO2进行了研究。资助项目：国家自然科学基金（ 通讯联系人）。
作者简介：昆明理工大学硕士生，主要研究方向为磷化工与化工材料。收稿日期：2013-11-06 二氧化碳固体废物主要包括钢渣、煤粉煤灰、垃圾焚烧炉灰、废弃建筑材料以及一些金属冶炼过程中的尾矿等。 固体废物湿法碳化处理 湿法碳化处理是将CO2在液相中溶解于水中生成碳酸，固体在碳酸的作用下逐渐溶解并析出碳酸盐。此法主要包括固体废物中钙、镁离子的浸出等三个过程，一般认为钙、镁离子的浸出是整个过程的速率。目前湿法碳化处理被认为是最有前途的CO2固定工艺，而碳化处理过程可以通过使用螯合剂、酸、碱等进行强化。根据处理剂的不同，湿法碳化可分为水溶性处理、水溶性处理、水溶性处理。 水溶性处理是用水处理固体废物，使钙离子溶解并与CO2反应固定CO2的方法。[13]等将炉渣水淬工艺与CO固定耦合，通过高速喷射水幕和高速CO2碳化过程对炉渣进行冲击、分裂和颗粒化。双粒化炉渣中的可碳化组分在水淬过程中与CO2发生反应，促进碳化的组分和CO2被碳化并固定在炉渣中。冷却过程基本消除了炉渣中的不稳定相，提高了炉渣的潜在活性，使炉渣得到大规模有效利用。新鲜底灰样品在大气条件下诱导发生物理和化学变化，最终碳化得到干物质含量为12.5 LCO2、24 LCO2和15%灰分的稳定材料。
虽然加压不能增加CO2的吸收量，但[14]等提供了一种CO粉末中游离氧化钙的消化方法。该方法首先将转炉渣浸泡在水中，然后将浸泡过水的炉渣加入磨机中，同时将含有CO2的废热烟气通入装有炉渣的磨机中，引起稳定化反应。该方法利用了废烟气中铅、镉和铬的浸出，从而降低了物质的危险性。酸溶处理是一种用酸性介质处理固体废弃物CO2形成碳酸盐沉淀的方法。[22]等用乙酸从炉渣中提取钙离子，增加了炉渣粉末的化学稳定性，是一种环境友好的碳循环模式。对获得的[15]因素进行了讨论，这些因素有利于钙离子和CO2碳化形成沉淀碳酸钙。研究表明，该反应由五个步骤组成。 当反应温度为700 ℃、反应时间为30～60 min、CO2 体积分数为80%～20%时，游离氧化钙的转化率可达90%，此时钢渣吸收CO2 的效果最好。该研究不仅降低了钢渣中游离氧化钙含量，而且对钢渣进行了改性，为其资源化利用提供了更为广阔的空间。 等[16]研究了利用钢渣等废弃物碳化固定CO2 的工艺路线，将水溶液洒在堆放的固体废弃物上，从钢渣中浸出的含钙体与空气中的CO2 发生反应生成CaCO3。
其成本与将CO2 封存于海洋相当，但碳化固定CO2 效率低、水资源浪费严重。 等[17-19]用水处理矿渣固定CO2，研究发现当矿渣粒径小于38、温度1 001.9 MPa、反应30 min、搅拌转速500 r 时，SiO2 产物层是反应速率降低的主要原因。 [20]采用湿法碳化技术固定CO2，得到以下主要过程：首先用水从废水泥颗粒中提取出钙离子，然后通入加压CO2 形成碳酸钙沉淀，形成的碳酸钙可直接加工或作为原料回收用于水泥生产。 等[21]利用湿法碳化技术固定CO2，得到以下主要过程： [21]研究发现1 kg经水处理的底灰可固定12.5～24 LCO2气体，并能抑制底灰中PbCd等有毒物质的生成、加速底灰的风化。等[23]以乙酸为介质浸泡钢渣和高炉渣，浸出液用于固定CO2并制备轻质碳酸钙，实验探究浸出反应的影响。浸出反应结束后再将溶液碱化，以提高轻质CaCO3的产率，但此方法效果不佳，还需进一步研究。等[24]研究利用乙酸提取钙离子，再用其吸收火力发电产生的CO2并转化为碳酸钙，研究表明，钙离子的提取过程仅发生在硅酸钙颗粒表面，加压有利于转化率的提高。 温度、粒度和反应时间与转化率成正比。
SC[25]等研究了弱酸性环境下强化矿物溶液的工艺过程，结果表明琥珀酸的萃取效果优于乙酸。CaCO3结晶阶段的效率取决于钙离子的转化，温度和压力的升高有利于加速CaCO3的碱溶。碱溶处理就是利用碱性介质对固体废弃物进行处理。[27]等利用磷石膏强化工业废气碳化，除去其中水溶性的磷、三氧化硫、氟化物以及水溶性的钾、钠、镁、铝等盐类。然后，将清洗干净的磷石膏在室温下加入氨水进行碱溶反应，浸出部分钙离子。将固液混合物加入密闭反应器中，生成碳酸钙晶体。经过滤、分离、洗涤、干燥，得到结晶碳酸钙。 该方法可以生产出合格的原料来替代天然石灰石，从而减少天然石灰石的开采加工和碳化制粒工序。研究表明，含铁粉尘碳化制粒工艺不仅从热力学角度可行，而且理论上可以优化工艺参数和设备设计。等[34]将固体原料与CO气体直接进行一步气固反应，生成碳酸盐，研究了利用固体原料中的氧化钙和氧化镁吸收烟气CO2的效果。该方法反应条件相对苛刻，转化率较低。[35-37]研究了利用硅酸盐吸收CO2。[28]等在利用尾气CO2干法直接碳化法的基础上，提出了两步反应法，将磷石膏“一步法”形成了CO2矿化转化工艺。 磷石膏固废行业尾气与磷石膏、辅助原料氨进行气-液-固反应，最终CO2转化率高于70%，膏体中二水硫酸钙转化率超过90%。