CN102627309A - 用钙基大宗工业固废磷石膏强化碳酸化固定工业废气中的co2的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用钙基大宗工业固废磷石膏强化碳酸化固定工业废气中CO2的方法，包括如下步骤：(1)将磷石膏用热水洗涤，去除水溶性杂质；(2)将步骤(1)清洗后的的磷石膏加入氨水进行碱溶反应，浸出钙部分离子；(3)将步骤(2)产生的固液混合物加入到密闭的反应器中，通入CO2废气进行气液固多相的CO2碳酸化固定反应，生成碳酸钙结晶，经过滤分离、洗涤和干燥得到结晶状碳酸钙；4)向步骤(3)中获得的结晶母液加入硫酸中和至中性，经蒸发浓缩、喷浆造粒、干燥和筛分制得粒状硫酸铵产品。本发明即利用两种废物生成两种有价值的产品，降低了原料生产成本，提高了产品价值，易于工业化，具有较好的经济效益、社会效益和工业应用前景。
Description
技术领域
本发明属于一种强化碳酸化固定工业废气中的CO2的方法，特别涉及一种用钙基大宗工业固废磷石膏强化碳酸化固定工业废气中CO2的方法。
背景技术
CO2是造成温室效应最主要的气体，约占温室气体的2/3。近年来，随着大量化石燃料的消耗，引起大气中CO2迅速增加，由此引起的温室效应、全球变暖，逐渐引起国际社会的广泛关注。通过CO2的源头减排和固定封存是减少大气中CO2的重要途径，然而占人类CO2总排放3/4的化石燃料在相当长得时期内是世界各国采取的首选燃料，至少持续至21世纪中叶，因而CO2的固定封存是减少大气中CO2浓度的重要途径之一。
CO2固定技术主要有地址固定、海洋封存、生物固碳和CO2矿物碳酸化固定等，相比于其他固定技术，CO2矿物碳酸化固定技术的环境风险小、可实现CO2的永久封存。截止目前，大家研究的CO2矿物碳酸化固定是模仿自然界中Ca/Mg硅酸矿物质的风化过程，反应方程如下：
(Ca，Mg)xSiyH2z(s)+CO2(g)＝x(Ca，Mg)CO3(s)+ySiO2(s)+zH2O(1/g)
CO2矿物碳酸化固定工艺路线有直接路线和间接路线，分别为：
1)直接工艺为碳酸化反应由CO2与矿石颗粒直接一步进行，生成碳酸盐，包括直接干法气固碳酸化、直接湿法碳酸化。
2)间接工艺为首先用浸出剂媒质从矿物中浸出钙、镁离子，然后进行碳酸化反应生成碳酸盐及媒质，所用的媒质主要有盐酸、硫酸、氯化镁熔盐、乙酸、氢氧化钠等，媒质再循环利用。
在上述工艺路线中，直接干法工艺反应过程慢、反应条件苛刻、转化率低，直接湿法需采掘大量矿石，矿石处理能耗高，并会引起环境问题，间接路线存在媒质再利用能耗高、腐蚀性强等缺陷，总之现有的工艺技术存在经济成本高、难于工业化的问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供经济可行、易于工业化、环保的用钙基大宗工业固废磷石膏强化碳酸化固定工业废气中的CO2的方法。
本发明目的是这样实现的：一种用钙基大宗工业固废磷石膏强化碳酸化固定工业废气中CO2的方法，按照如下步骤进行：
(1)预处理：将钙基大宗工业固废磷石膏用热水洗涤，去除水溶性磷、三氧化硫、氟化物以及钾、钠、镁、铝等水溶性盐；
(2)氨水碱溶：将步骤(1)清洗后的的磷石膏加入氨水在常温下进行碱溶反应，浸出部分钙离子；
(3)碳酸化固定反应：将步骤(2)产生的固液混合物加入到密闭的反应器中，通入CO2废气进行气液固多相的CO2碳酸化固定反应，反应温度为40-55℃，同时不断补充氨水，维持反应体系的PH值为8.0-9.5、液固比为2.0-3.0，反应时间120-150min，生成碳酸钙结晶，经过滤分离、洗涤和干燥得到结晶状碳酸钙；
(4)硫铵的制备：向步骤(3)中获得的结晶母液中加入硫酸中和至中性，经蒸发浓缩、喷浆造粒、干燥和筛分制得粒状硫酸铵产品。
采用上述技术方案，首先本发明采用工业固废磷石膏来固化二氧化碳，减少了含钙镁硅酸盐矿石的开采，降低了原材料成本，磷石膏是细小结晶颗粒，不用进行粉碎，减少了投资和运行费用，步骤(1)中的废水返回磷酸生产系统循环复用，步骤(2)到步骤(4)的整个步骤也几乎没有任何的废水废气排放，既经济又环保。
其次，二氧化碳的碳酸化和二氧化碳的固定反应在同一个反应器内进行，缩短了工艺流程，降低了装置投资和运行费用，本发明采用氨水碱溶强化浸出钙离子，经处理可副产硫酸铵肥料产品，解决了目前采用的盐酸、硫酸、氯化镁熔盐、乙酸、氢氧化钠等媒质的循环利用能耗高、腐蚀性强的问题。
本发明制备的碳酸钙的Ca0＞45％、MgO＜0.5％、R2O＜1.0％、SO3＜1.0％，是一种合格的石灰石原料，可用作硅酸盐水泥原料、复合肥填充物和双飞粉等，以替代天然石灰石原料，减少天然石灰石的开采和加工等，保护自然环境，节约能源，减少加工费用，发展循环经济。
在上述技术方案中，为了尽量的去除磷石膏中的水溶性杂质：步骤(1)中所述热水的温度为70-80℃。
在上述技术方案中，所述步骤(1)的具体操作为将磷石膏加入热水中，充分搅拌，然后过滤、洗涤，得到清洗后的磷石膏，所述磷石膏与热水的体积比为1∶3。这样能保证能将磷石膏中的水溶性杂质全部去除。
在上述技术方案中，所述氨水的质量浓度为6％-15％。若氨水的浓度过高，则会导致气氨挥发污染大气环境，影响工作人员操作；若氨水浓度太低，则将使得系统水量增加，这样结晶母液中的硫酸铵的含量就降低，增加硫酸铵溶液处理的能耗和成本。
在上述技术方案中：步骤(3)中的过滤分离采用真空过滤。
在上述技术方案中，为了提高结晶母液中硫酸铵的浓度，降低硫酸铵的制造成本，步骤(3)中获得的结晶母液部分返回步骤(2)中用于配制氨水，以便提高结晶母液中的硫酸铵的浓度，其余的则加入硫酸中和制备硫酸铵。
在上述技术方案中：所述磷石膏的CaSO4.2H2O含量大于或等于80％，为细小结晶体，无需进行粉碎加工。
有益效果：本发明利用钙基大宗工业固废磷石膏固定工业废气二氧化碳，生成碳酸钙和硫酸铵，即利用两种废物生成两种有价值的产品，降低了原料生产成本，提高了产品价值，易于工业化，具有较好的经济效益、社会效益和工业应用前景。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步的说明：
实施例1
(1)预处理：将钙基大宗工业固废磷石膏加入70-80℃的热水中，所述磷石膏与热水的体积比为1∶3，充分搅拌、然后过滤，洗涤，去除水溶性磷、三氧化硫、氟化物以及钾、钠、镁、铝等水溶性盐，然后过滤得到洗涤后的磷石膏，所述磷石膏的CaSO4.2H2O含量大于或等于80％，为细小结晶体，无需进行粉碎加工。废水返回磷酸生产系统循环复用，或送去污水处理厂处理后达标排放。
(2)氨水碱溶：将步骤(1)清洗后的磷石膏中加入质量浓度为6％-15％的氨水至PH大于7，在常温下进行碱溶反应，浸出部分钙离子。
(3)碳酸化固定反应：将步骤(2)产生的固液混合物加入到密闭的反应器中，通入CO2废气进行气液固多相的CO2碳酸化固定反应，反应温度为40-55℃，同时不断补充氨水，维持反应体系的PH值为8.0-9.5、液固比为2.0-3.0，反应时间120-150min，生成碳酸钙结晶，经真空过滤分离、洗涤和干燥得到结晶状碳酸钙。
(4)硫铵的制备：将步骤(3)中获得的结晶母液部分返回至步骤(2)中用于配制氨水，以提高结晶母液中的硫酸铵的含量，其余则加入硫酸中和至中性，经蒸发浓缩、喷浆造粒、干燥和筛分制得粒状硫酸铵产品。
本发明不局限与具体实施方式，首先，热水洗涤磷石膏可以采用冲洗，只是这样消耗的水比较多，氨水的浓度也可以采用浓氨水或者更稀的氨水，只是采用浓氨水将会导致生产现场氨味很重，污染环境，影响工人操作，采用更稀的氨水将会导致结晶母液中硫酸铵的浓度偏低，增加硫酸铵的生产成本，总之只要采用本发明的磷石膏以及用氨水作为媒质固定二氧化碳，生产碳酸钙和硫酸铵均落入本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种用钙基大宗工业固废磷石膏强化碳酸化固定工业废气中CO2的方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)预处理：将钙基大宗工业固废磷石膏用热水洗涤，去除水溶性磷、三氧化硫、氟化物以及钾、钠、镁、铝等水溶性盐；
(2)氨水碱溶：将步骤(1)清洗后的的磷石膏加入氨水在常温下进行碱溶反应，浸出部分钙离子；
(3)碳酸化固定反应：将步骤(2)产生的固液混合物加入到密闭的反应器中，通入CO2废气进行气液固多相的CO2碳酸化固定反应，反应温度为40-55℃，同时不断补充氨水，维持反应体系的PH值为8.0-9.5、液固比为2.0-3.0，反应时间120-150min，生成碳酸钙结晶，经过滤分离、洗涤和干燥得到结晶状碳酸钙；
(4)硫铵的制备：向步骤(3)中获得的结晶母液中加入硫酸中和至中性，经蒸发浓缩、喷浆造粒、干燥和筛分制得粒状硫酸铵产品。
2.根据权利要求1所述用钙基大宗工业固废磷石膏强化碳酸化固定工业废气中CO2的方法，其特征在于：步骤(1)中所述热水的温度为70-80℃。
3.根据权利要求1或2所述用钙基大宗工业固废磷石膏强化碳酸化固定工业废气中CO2的方法，其特征在于：所述步骤(1)的具体操作为将磷石膏加入热水中，充分搅拌，然后过滤，洗涤，得到清洗后的磷石膏，所述磷石膏与热水的体积比为1∶3。
4.根据权利要求1所述用钙基大宗工业固废磷石膏强化碳酸化固定工业废气中CO2的方法，其特征在于：所述氨水的质量浓度为6％-15％。
5.根据权利要求1所述用钙基大宗工业固废磷石膏强化碳酸化固定工业废气中CO2的方法，其特征在于：步骤(3)中的过滤分离采用真空过滤。
6.根据权利要求1所述用钙基大宗工业固废磷石膏强化碳酸化固定工业废气中CO2的方法，其特征在于：步骤(3)中获得的结晶母液部分返回步骤(2)中用于配制氨水，以便提高结晶母液中的硫酸铵的浓度，其余的则加入硫酸中和制备硫酸铵。
7.根据权利要求1所述用钙基大宗工业固废磷石膏强化碳酸化固定工业废气中CO2的方法，其特征在于：所述磷石膏的CaSO4.2H2O含量大于或等于80％，为细小结晶体，无需进行粉碎加工。
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