隨著當前碳減排行動的日趨深入，利用工業高鈣原料，如鋼渣、電石渣、廢棄石膏等作為鈣源耦合CO2制備碳酸鈣是目前具有前景的CO2減排及固廢資源化利用技術之一。
　　
　　1、固廢礦化CO2生產碳酸鈣技術原理及工藝
 

　　
　　與天然礦物相比，工業固廢雜質含量相對較高，為了制備高純度的碳酸鈣產品，通常采用間接礦化的方式先利用浸取劑將固廢中鈣組分有效分離和提純，通過均相或者非均相反應的方式合成滿足要求的碳酸鈣產品。
　　

　　工業固廢礦化固定二氧化碳制備輕質碳酸鈣典型工藝流程：
　　工業固廢首先進入浸漬反應釜/器中與回收的浸取劑混合形成漿液，實現鈣的提取，關鍵的控制參數為固液比值以及浸取溫度；
　　浸漬反應完成后，固廢漿液進入浸取液分離器在離心力的作用下實現固液分離，關鍵控制參數為濾布的規格，關鍵操作參數為轉鼓的轉速；殘余的固廢形成尾渣，經清洗水洗滌后排出；
　　從浸取液分離器分離的浸取液經過浸取液泵輸送進入礦化反應器/釜；含二氧化碳氣與礦化反應釜/器中的含鈣浸取液發生礦化反應，形成礦化漿液，未反應的尾氣從礦化反應釜/器中排出，關鍵的控制參數為氣體流速；
　　礦化漿液進入浸取劑分離器離心力的作用下實現固液分離，關鍵控制參數為濾布的規格，關鍵操作參數為轉鼓的轉速；
　　礦化形成的輕質碳酸鈣形成礦化產品，經清洗水洗滌后排出形成濕餅，之后進行干燥形成輕質碳酸鈣產品；
　　從浸取劑分離器分離的浸取劑經過浸取劑泵輸送進入浸漬反應器/釜循環利用；
　　從浸取液分離器和浸取劑分離器排出的洗滌尾液中的浸取劑可回收利用同時排出凈化水。
　　
　　2、固廢礦化CO2生產碳酸鈣典型設備
　　
　　（1）典型浸漬反應釜/器
　　工業固廢和浸取劑通過浸漬反應釜/器上部的進料口加入；浸漬反應釜冷卻水通過反應釜/器夾套下部的工藝水上水口進入，通過上部的工藝水回水口排出；浸漬反應釜/器中漿液溫度通過釜/器側壁下部的測溫口測量；夾套中工藝水溫度通過夾套下部的工藝水測溫口測量；浸漬反應釜/器中漿料通過攪拌器攪拌均勻；反應完畢后通過底部的出料口排出。

　　
　?。?）典型浸取液分離器
　　從浸漬反應釜/器排出的漿液通過進料口進入浸取液分離器，通過分離器內部的布料裝置均勻分布在轉鼓上；在轉鼓旋轉離心力作用下，含鈣浸取液透過轉鼓上的濾布甩出并通過浸取液出口排出；漿液中的廢渣通過濾布截留；分離完成后通過從清洗口進入的清洗水進行噴淋洗滌，洗滌水通過浸取液出口與浸取液交替排出；經過清洗的廢渣通過分離器內部的刮刀刮削卸料，后經廢渣出料口排出；浸取液分離器設有照明裝置，以便通過觀察口觀察分離狀態。

　　
　?。?）典型礦化反應釜/器
　　浸出液通過礦化反應釜/器上部的進料口加入；礦化反應釜冷卻水通過反應釜/器夾套下部的工藝水上水口進入，通過上部的工藝水回水口排出；礦化反應釜/器中漿液溫度通過釜/器側壁下部的測溫口測量；夾套中工藝水溫度通過夾套下部的工藝水測溫口測量；含二氧化碳器通過側壁的二氧化碳進氣口進入，進一步通過與之相連的微孔氣體分布器與浸出液接觸，進行礦化反應。礦化反應釜/器中漿料通過攪拌器攪拌均勻；反應完畢后通過底部的出料口排出。

　　
　?。?）典型浸取劑分離器
　　從礦化反應釜/器排出的漿液通過進料口進入浸取劑分離器，通過分離器內部的布料裝置均勻分布在轉鼓上；在轉鼓旋轉離心力作用下，浸取劑透過轉鼓上的濾布甩出并通過浸取劑出口排出；漿液中的輕質碳酸鈣通過濾布截留；分離完成后通過從清洗口進入的清洗水進行噴淋洗滌，洗滌水通過浸取劑出口與浸取劑交替排出；經過清洗的輕質碳酸鈣通過分離器內部的刮刀刮削卸料，后經碳酸鈣出料口排出；浸取劑分離器設有照明裝置，以便通過觀察口觀察分離狀態。

　　
　　3、固廢礦化CO2生產碳酸鈣工業化案例
　　
　?。?）新疆天業5萬噸碳酸鈣生產線
　　新疆天業（集團）有限公司國內首套以二氧化碳尾氣和鈣基廢渣為原料的工業化示范裝置于2017年建成投產，每生產1噸碳酸鈣產品，固化0.44噸的二氧化碳，可實現長期、穩定固碳，同時可減少0.56噸鈣基廢渣，進而減少原生礦石的開采。目前，天業集團利用該技術已建成了年產5萬噸碳酸鈣產品的工業生產線，公司累計生產碳酸鈣產品9.7萬噸，減排二氧化碳4.3萬噸。
　　
　　（2）謝菲爾考克年產3萬噸卷煙紙碳酸鈣生產線
　　謝菲爾考克碳酸鈣（杭州）有限公司年產3萬噸高檔卷煙紙專用填充料碳酸鈣生產線于2019年投產，該項目以周邊熱電廠煙氣作為礦化反應氣體，精細生石灰為鈣源，通過水消化和乳液碳酸化反應生產液體碳酸鈣和固體碳酸鈣產品，主導產品為卷煙紙用高檔碳酸鈣，其工藝及產品符合國家清潔產生要求。
　　
　　（3）包鋼5萬噸輕質碳酸鈣生產線
　　
　　包鋼集團碳化法鋼鐵渣綜合利用項目是世界上首個鋼渣和二氧化碳綜合利用的項目，項目由包鋼集團和瀜礦環?？萍迹ㄉ虾＃┯邢薰竞腺Y成立的內蒙古包瀜環保新材料有限公司投資建設，利用二氧化碳在水基體系形成碳酸的基礎上，在催化組分作用下，實現二氧化碳對鋼鐵渣的間接碳化，顛覆了基于強酸的傳統濕法冶金，“減碳”的同時“用碳”。在生產過程中實現了無危害氣體、液體排放；產業模式上，同時將固廢與二氧化碳減排集成，基于工業集聚，實現了二氧化碳礦化的成本突破和工業化應用。
　　
　　項目總體規劃處理能力為50萬噸鋼渣/年、10萬噸二氧化碳/年。項目一期已正式投產，每年生產5萬噸負碳輕質碳酸鈣和8萬噸固碳微粉，直接固化3萬噸二氧化碳，處理10萬噸鋼渣。2023年7月，包鋼包瀜碳化法鋼渣綜合利用產業化項目成功生產出第一批高純輕質碳酸鈣產品。
　　
　?。?）國家能源集團利用電石渣、煙氣生產碳酸鈣項目
　　2022年12月25日，國內首套“火電廠二氧化碳化學鏈礦化利用CCUS技術研究與示范項目”在國家能源集團國電電力大同公司通過168小時試運行，連續生產出優質綠色碳酸鈣產品，這標志著該項目正式投運。
　　該項目采用原初科技（北京）有限公司自主研發的、達到國際領先水平的化學鏈礦化CMUS/CCUS專利技術，以工業固廢電石渣為原料，利用專有循環介質溶液，進而與電廠煙氣中的二氧化碳反應，生產高純度微米級綠色碳酸鈣產品。整個過程中，電廠煙氣無需經過捕集提純，循環介質溶液可以反復循環使用。該項目年捕集利用與固化火電廠排放的二氧化碳1000噸，生產出具有良好經濟價值的綠色固碳型碳酸鈣2300余噸。項目核心指標二氧化碳礦化吸收率（脫碳率）高達90%以上，可實現二氧化碳大規模減排、大宗固廢減量化、生成高附加值綠色固碳產品三大目標。
　　
　　（5）新疆中泰集團2萬噸濕法電石渣生產活性氧化鈣項目
　　
　　2023年10月10日，新疆中泰集團子公司新疆圣雄電石有限公司原料二車間單產2萬噸濕法電石渣生產電石原料活性氧化鈣環保型示范項目一次性開車成功。該項目形成了資源利用效率，實現了電石渣—氧化鈣—電石—電石渣的循環經濟。據了解，該項目實現了電石渣分離、干燥、煅燒過程工藝與設備的集成優化，每年可減少約3.46萬噸石灰石采購量。
　　
　?。?）內蒙古晨宏力化工電石渣制納米碳酸鈣項目
　　內蒙古晨宏力化工集團有限責任公司與中科院過程研究所合作的首條1000t/a電石渣制高值納米活性碳酸鈣工程于2016年建成，后續6萬噸電石渣制納米碳酸鈣項目未見相關報道。
　　
　?。?）芬蘭鋼渣固碳礦化中試廠項目
　　芬蘭的鋼渣固碳礦化中試廠項目于2014年建成并試運行，從早期的測試結果來看，該廠能處理20kg的鋼渣固廢和190L的溶液，同時產生約10kg的PCC。由于化學試劑能再生并重新利用于鈣的浸取部分，所以該廠的經濟成本可控制在允許范圍內。但是，在運行過程中仍有許多問題需要進一步改進，首先，在浸取部分鋼渣中一些重金屬離子，如鉻，釩等，也會隨著鈣離子浸出，從而影響最終制取的PCC品質?！　?br /> 　　
　?。?）中科院CO2間接礦化鋼渣制備微細碳酸鈣示范工程
　　中科院過程所開展了CO2間接礦化鋼渣制備微細碳酸鈣關鍵技術與工程化示范，通過醋酸等弱酸介質形成多相復合介質預處理鋼渣，浸取鋼渣中有效鈣組分，采用加壓碳酸化將鋼渣浸取液中的鈣組分轉化為高品質碳酸鈣產品，并同步回收多相復合反應介質?！　?br /> 　　
　?。?）日本中試規模工廠
　　
　　日本混凝土公司設計、建造并運行了一個中試規模的工廠，過程涉及從混凝土污泥中浸取鈣組分，鈣離子與CO2反應生成高純度的碳酸鈣。鈣浸取階段，混凝土污泥與水在室溫下以1:1的固液比混合浸取6小時。以鍋爐煙氣作為CO2氣源注入富鈣浸取液中碳酸化反應3小時。連續運行一周后，處理了356.7噸混凝土污泥并封存約140kgCO2。
　　
　　4、固廢礦化CO2生產碳酸鈣項目經濟性評價
　　
　　CO2礦物碳酸化制備微細碳酸鈣經濟性評價，首先要對過程進行模擬，以確定物質流的性質以及工藝設備的功率和熱消耗。其次，對主要工藝設備進行了基本設計，并利用公開文獻資料估算總投資成本。最后，進行經濟可行性評價時，要從五個方面進行評估：電力消耗、CO2吸收/排放、碳酸鈣產品、人工成本、設施維護成本和材料成本。
　　
　　通常間接碳酸化的主要能源和成本損失取決于工廠規模、預處理（研磨原料和熱處理）、操作條件（混合、高溫/高壓）、添加劑（活性物質的浸?。┮约胺磻a物的分離/處置。原料的研磨、煅燒和混合是礦化過程中能源和成本最密集的過程單元。此外，浸取劑用于從天然礦物或工業廢物中浸取活性鈣組分的成本會顯著影響集成工藝的成本，而回收浸取劑可以部分緩解這種壓力。另外，整個過程除非可以實施熱回收，否則應避免使用高溫條件，在相對溫和的條件下，可以進一步避免CO2的排放。壓縮CO2是另一個能源密集型過程，直接將煙氣CO2作為碳源的工藝具有一定的經濟性。綜合礦化過程的所有方面，導致CO2排放的電力及用水成本除了可以通過碳酸產品抵消，還可以通過優化工藝參數提高碳酸化效率來緩解?？紤]到當前的CO2排放價格，利用高鈣基工業固廢制備高值化微細碳酸鈣產品，是一種經濟上可行的CO2封存工藝。
　　
　　Teir等綜合計算評估了利用煙氣CO2和鋼渣礦化生產碳酸鈣的技術經濟性，結果表明，最大的運營成本預計是鋼渣處理成本（粗略估計為15EUR/t），占總運營成本的34%。由于該案例旨在最大限度地回收NH4Cl，因此每年僅需要290t補充NH4Cl。最大的熱量需求來自蒸發（4.7GWh/a），最大的功率需求來自碳酸鈣研磨（4.6GWh/a）。總運營成本為3.9×1012EUR/a?？偼顿Y大致估計為10.5×1012EUR，其中單項最大的投資成本是用于反滲透裝置和蒸發器。
　　
　　綜合評估后，發現該工藝當前發展階段與通過研磨工藝制備的重質碳酸鈣相比更加經濟可行。
　　
　　部分資料來源：《李文秀等：二氧化碳礦化高鈣基固廢制備微細碳酸鈣研究進展》和《T/CIECCPA 054-2023 工業固廢礦化固定二氧化碳制備輕質碳酸鈣工藝與設備》，由【粉體技術網】編輯整理，轉載請注明出處！