固废矿化CO2生产碳酸钙工艺设备、工业案例及经济性评价
固废矿化CO2生产碳酸钙工艺设备、工业案例及经济性评价
随着全球碳减排行动的不断深入，如何高效利用工业固废和二氧化碳成为了一个重要课题。本文将介绍一种创新技术——利用工业高钙原料（如钢渣、电石渣、废弃石膏等）耦合CO2制备碳酸钙。这一技术不仅能够有效减少碳排放，还能实现固废资源化利用。
技术原理与工艺流程
与天然矿物相比，工业固废杂质含量相对较高。为了制备高纯度的碳酸钙产品，通常采用间接矿化的方式，先利用浸取剂将固废中的钙组分有效分离和提纯，再通过均相或非均相反应的方式合成满足要求的碳酸钙产品。
工业固废矿化固定二氧化碳制备轻质碳酸钙的典型工艺流程如下：
- 工业固废首先进入浸渍反应釜/器中，与回收的浸取剂混合形成浆液，实现钙的提取。关键控制参数为固液比值以及浸取温度。
- 浸渍反应完成后，固废浆液进入浸取液分离器，在离心力的作用下实现固液分离。关键控制参数为滤布的规格，关键操作参数为转鼓的转速。残余的固废形成尾渣，经清洗水洗涤后排出。
- 从浸取液分离器分离的浸取液经过浸取液泵输送进入矿化反应器/釜。含二氧化碳气与矿化反应釜/器中的含钙浸取液发生矿化反应，形成矿化浆液，未反应的尾气从矿化反应釜/器中排出，关键的控制参数为气体流速。
- 矿化浆液进入浸取剂分离器，在离心力的作用下实现固液分离。关键控制参数为滤布的规格，关键操作参数为转鼓的转速。
- 矿化形成的轻质碳酸钙形成矿化产品，经清洗水洗涤后排出形成湿饼，之后进行干燥形成轻质碳酸钙产品。
- 从浸取剂分离器分离的浸取剂经过浸取剂泵输送进入浸渍反应器/釜循环利用。
- 从浸取液分离器和浸取剂分离器排出的洗涤尾液中的浸取剂可回收利用，同时排出净化水。
典型设备
典型浸渍反应釜/器
工业固废和浸取剂通过浸渍反应釜/器上部的进料口加入。浸渍反应釜冷却水通过反应釜/器夹套下部的工艺水上水口进入，通过上部的工艺水回水口排出。浸渍反应釜/器中浆液温度通过釜/器侧壁下部的测温口测量；夹套中工艺水温度通过夹套下部的工艺水测温口测量；浸渍反应釜/器中浆料通过搅拌器搅拌均匀；反应完毕后通过底部的出料口排出。
典型浸取液分离器
从浸渍反应釜/器排出的浆液通过进料口进入浸取液分离器，通过分离器内部的布料装置均匀分布在转鼓上。在转鼓旋转离心力作用下，含钙浸取液透过转鼓上的滤布甩出并通过浸取液出口排出；浆液中的废渣通过滤布截留；分离完成后通过从清洗口进入的清洗水进行喷淋洗涤，洗涤水通过浸取液出口与浸取液交替排出；经过清洗的废渣通过分离器内部的刮刀刮削卸料，后经废渣出料口排出；浸取液分离器设有照明装置，以便通过观察口观察分离状态。
典型矿化反应釜/器
浸出液通过矿化反应釜/器上部的进料口加入。矿化反应釜冷却水通过反应釜/器夹套下部的工艺水上水口进入，通过上部的工艺水回水口排出。矿化反应釜/器中浆液温度通过釜/器侧壁下部的测温口测量；夹套中工艺水温度通过夹套下部的工艺水测温口测量；含二氧化碳器通过侧壁的二氧化碳进气口进入，进一步通过与之相连的微孔气体分布器与浸出液接触，进行矿化反应。矿化反应釜/器中浆料通过搅拌器搅拌均匀；反应完毕后通过底部的出料口排出。
典型浸取剂分离器
从矿化反应釜/器排出的浆液通过进料口进入浸取剂分离器，通过分离器内部的布料装置均匀分布在转鼓上。在转鼓旋转离心力作用下，浸取剂透过转鼓上的滤布甩出并通过浸取剂出口排出；浆液中的轻质碳酸钙通过滤布截留；分离完成后通过从清洗口进入的清洗水进行喷淋洗涤，洗涤水通过浸取剂出口与浸取剂交替排出；经过清洗的轻质碳酸钙通过分离器内部的刮刀刮削卸料，后经碳酸钙出料口排出；浸取剂分离器设有照明装置，以便通过观察口观察分离状态。
工业化案例
新疆天业5万吨碳酸钙生产线
新疆天业（集团）有限公司于2017年建成投产国内首套以二氧化碳尾气和钙基废渣为原料的工业化示范装置。每生产1吨碳酸钙产品，可固化0.44吨的二氧化碳，同时减少0.56吨钙基废渣，进而减少原生矿石的开采。目前，天业集团利用该技术已建成了年产5万吨碳酸钙产品的工业生产线，公司累计生产碳酸钙产品9.7万吨，减排二氧化碳4.3万吨。
谢菲尔考克年产3万吨卷烟纸碳酸钙生产线
谢菲尔考克碳酸钙（杭州）有限公司于2019年投产年产3万吨高档卷烟纸专用填充料碳酸钙生产线。该项目以周边热电厂烟气作为矿化反应气体，精细生石灰为钙源，通过水消化和乳液碳酸化反应生产液体碳酸钙和固体碳酸钙产品，主导产品为卷烟纸用高档碳酸钙，其工艺及产品符合国家清洁产生要求。
包钢5万吨轻质碳酸钙生产线
包钢集团碳化法钢铁渣综合利用项目是世界上首个钢渣和二氧化碳综合利用的项目，由包钢集团和瀜矿环保科技（上海）有限公司合资成立的内蒙古包瀜环保新材料有限公司投资建设。项目总体规划处理能力为50万吨钢渣/年、10万吨二氧化碳/年。项目一期已正式投产，每年生产5万吨负碳轻质碳酸钙和8万吨固碳微粉，直接固化3万吨二氧化碳，处理10万吨钢渣。2023年7月，包钢包瀜碳化法钢渣综合利用产业化项目成功生产出第一批高纯轻质碳酸钙产品。
国家能源集团利用电石渣、烟气生产碳酸钙项目
2022年12月25日，国内首套“火电厂二氧化碳化学链矿化利用CCUS技术研究与示范项目”在国家能源集团国电电力大同公司通过168小时试运行，连续生产出优质绿色碳酸钙产品。项目采用原初科技（北京）有限公司自主研发的、达到国际领先水平的化学链矿化CMUS/CCUS专利技术，以工业固废电石渣为原料，利用专有循环介质溶液，进而与电厂烟气中的二氧化碳反应，生产高纯度微米级绿色碳酸钙产品。整个过程中，电厂烟气无需经过捕集提纯，循环介质溶液可以反复循环使用。该项目年捕集利用与固化火电厂排放的二氧化碳1000吨，生产出具有良好经济价值的绿色固碳型碳酸钙2300余吨。项目核心指标二氧化碳矿化吸收率（脱碳率）高达90%以上，可实现二氧化碳大规模减排、大宗固废减量化、生成高附加值绿色固碳产品三大目标。
新疆中泰集团2万吨湿法电石渣生产活性氧化钙项目
2023年10月10日，新疆中泰集团子公司新疆圣雄电石有限公司原料二车间单产2万吨湿法电石渣生产电石原料活性氧化钙环保型示范项目一次性开车成功。该项目形成了资源利用效率，实现了电石渣—氧化钙—电石—电石渣的循环经济。据了解，该项目实现了电石渣分离、干燥、煅烧过程工艺与设备的集成优化，每年可减少约3.46万吨石灰石采购量。