CN116395731A - 一种利用工业固废固定co2并制备纳米碳酸钙的循环工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用工业固废固定CO2并制备纳米碳酸钙的循环工艺，包括以下步骤，步骤1，将钢渣、电石渣、磷石膏混合后粗磨至粒度不超过250目的粗磨料；步骤2，向步骤1得到的粗磨料中加入氯化铵溶液进行浸出反应，再加入氢氧化铵溶液调整其pH值至PH达到10‑10.5，得到含CaCl2的浸出液和滤渣，步骤3，将步骤2得到的浸出液与氧化锆珠混合后倒入立式搅拌研磨机中研磨，过程中通入含二氧化碳的气体并得混合液，步骤4，将步骤3中的混合液进行压滤脱水、润洗和干燥后，得到纳米碳酸钙。本发明可实现固废和二氧化碳资源化循环利用，用以制备高附加值的工业品，能够控制额外投入的物耗和能耗，几乎不产生二次污染，能够实现碳减排和利用，绿色环保。
Description
技术领域
本发明涉及工业固废利用技术领域，具体来说，涉及一种利用工业固废固定CO2并制备纳米碳酸钙的循环工艺。
背景技术
碳酸钙作为一种重要的化学材料，被广泛用于各种工业应用，如橡胶、涂层、食品、建筑材料等。然而，碳酸钙的性质及其在工业上的应用取决于晶体类型和形态，其制备过程中的离子强度、溶液的pH值、温度、添加剂等都会影响碳酸钙晶态，特定晶态的可控形成仍然是一个挑战。此外，高纯度的碳酸钙可用于药物输送、生物医学、再生医学、个人护理产品和作为建筑产品的活性填料，但其价格昂贵，且制备工艺复杂。
同时，全球粗钢产量达到20亿吨，并伴随有大量冶金渣和CO2气体的产生。然而，由于活性低、易磨性差等原因，钢渣处理成本高，现成为冶金渣中最难被处理利用的固废，国内外对如何有效地利用钢渣做了大量的研究，目前其利用主要是作为凝胶材料、废水处理中的吸附剂、化肥、建筑材料和土壤调节剂等，但这些方法只能处理部分废渣，利用率不到30％，且工艺复杂，处理成本高，产品附加值较低，大量废渣只能堆存处理，这不仅占用土地，而且对水体或土壤均存在潜在的危害，同时，钢铁企业是人为CO2排放的主要源头之一，目前，由CO2引起的温室效应已经对人类产生了严重的威胁。
如何将上述问题有机解决，是行业内亟待攻克的难关！
发明内容
针对相关技术中的问题，本发明提出一种利用工业固废固定CO2并制备纳米碳酸钙的循环工艺，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。
为此，本发明采用的具体技术方案如下：
一种利用工业固废固定CO2并制备纳米碳酸钙的循环工艺，包括以下步骤，步骤1，将钢渣、电石渣、磷石膏按照2-3:5-6:4-5的质量份数比例混合后粗磨至粒度不超过250目得粗磨料；
步骤2，向步骤1得到的粗磨料中加入5-6mol/L的氯化铵溶液进行浸出反应2-3小时，氯化铵溶液与粗磨料为50～60ml∶10g的反应比例，再加入1-1.5mol/L氢氧化铵溶液调整其pH值至PH达到10-10.5，得到含CaCl2的浸出液和滤渣；
步骤3，将步骤2得到的浸出液与氧化锆珠以100-150mL：15-20g的比例混合后倒入立式搅拌研磨机中研磨，直径0.5～1.0mm氧化锆珠为研磨介质，并保持500r/min的转速，过程中通入含二氧化碳的气体至所述浸出液的pH值为7.5-8.0时停止并得混合液，整个过程保持温度在50-55℃，
步骤4，将步骤3中的混合液进行压滤脱水、润洗和干燥后，得到纳米碳酸钙，反应溶液返回循环浸出粗磨料。
在可能的一个设计中，步骤3中，所述含二氧化碳的气体为脱硫脱硝后的工业尾气。
在可能的一个设计中，步骤2中氯化铵溶液浓度为5mol/L，氯化铵溶液与粗磨料为60mL∶10g的反应比例。
在可能的一个设计中，步骤1中，钢渣、电石渣、磷石膏质量份数比例为2:5:5。
在可能的一个设计中，步骤1中，钢渣、电石渣、磷石膏质量份数比例为3:6:4。
在可能的一个设计中，步骤1中，钢渣、电石渣、磷石膏质量份数比例为2.5:5.5:4.5。
在可能的一个设计中，步骤2中氯化铵溶液浓度为6mol/L，氯化铵溶液与粗磨料为50mL∶10g的反应比例。
在可能的一个设计中，步骤3中，将步骤2得到的浸出液与氧化锆珠以100mL：20g的比例混合后倒入立式搅拌研磨机中研磨。
在可能的一个设计中，步骤3中，将步骤2得到的浸出液与氧化锆珠以150mL：15g的比例混合后倒入立式搅拌研磨机中研磨。
在可能的一个设计中，步骤2中，浸出反应为2.5小时，步骤3中，整个过程保持温度在55℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明通过氯化铵对钢渣进行浸出，利用浸出液就地固封二氧化碳制备高纯度的碳酸钙产品，该工艺能处理钢渣、电石渣等固废和工厂尾气中的二氧化碳，并同时制备碳酸钙和混凝土等高附加值产品，氯化铵溶液也重复循环利用，过程无废水废气产生。
本发明有效的提高了钢渣、电石渣、磷石膏的利用率，同时改善电石渣、磷石膏、钢渣和二氧化碳造成的环境问题，也避免了环境污染和资源浪费，解决现有技术对钢渣的利用率过低、工艺复杂、生产成本高、产品附加值低、会产生废气和废渣、造成二次污染等问题，本发明制备的产物中碳酸钙的纯度高。本发明可以全部利用钢渣、电石渣、磷石膏，使原来的工业废渣资源化，变废为宝，实现钢渣、电石渣、磷石膏的高附加值利用。
具体实施方式
实施例1：
本实施例公开了一种利用工业固废固定CO2并制备纳米碳酸钙的循环工艺，包括以下步骤，步骤1，将钢渣、电石渣、磷石膏按照2:5:5的质量份数比例混合后粗磨至粒度不超过250目得粗磨料；
步骤2，向步骤1得到的粗磨料中加入5mol/L的氯化铵溶液进行浸出反应2.5小时，氯化铵溶液与粗磨料为60ml∶10g的反应比例，再加入1-1.5mol/L氢氧化铵溶液调整其pH值至PH达到10.5，得到含CaCl2的浸出液和滤渣；
步骤3，将步骤2得到的浸出液与氧化锆珠以100mL：20g的比例混合后倒入立式搅拌研磨机中研磨，直径0.5～1.0mm氧化锆珠为研磨介质，并保持500r/min的转速，过程中通入含二氧化碳的气体至所述浸出液的pH值为7.5时停止并得混合液，整个过程保持温度在55℃，
步骤4，将步骤3中的混合液进行压滤脱水、润洗和干燥后，得到纳米碳酸钙，反应溶液返回循环浸出粗磨料。
本实施例中，1份即为100kg。
步骤3中，所述含二氧化碳的气体为脱硫脱硝后的工业尾气，经实测，二氧化碳浓度为20-24％。
本发明通过氯化铵对钢渣进行浸出，利用浸出液就地固封二氧化碳制备高纯度的碳酸钙产品，该工艺能处理钢渣、电石渣等固废和工厂尾气中的二氧化碳，并同时制备碳酸钙和混凝土等高附加值产品，氯化铵溶液也重复循环利用，过程无废水废气产生。
本发明有效的提高了钢渣、电石渣、磷石膏的利用率，同时改善电石渣、磷石膏、钢渣和二氧化碳造成的环境问题，也避免了环境污染和资源浪费，解决现有技术对钢渣的利用率过低、工艺复杂、生产成本高、产品附加值低、会产生废气和废渣、造成二次污染等问题，本发明制备的产物中碳酸钙的纯度高。本发明可以全部利用钢渣、电石渣、磷石膏，使原来的工业废渣资源化，变废为宝，实现钢渣、电石渣、磷石膏的高附加值利用。
本发明可实现固废和二氧化碳资源化循环利用，能够实现绿色再生，能够控制额外投入的物耗和能耗，几乎不产生二次污染，能够实现碳减排和利用，绿色环保。同时本方法工艺简单，就地利用现有设备，生产成本低，产品附加值高。无三废排出，因而，本发明具有很大的经济效益和社会效益，具有良好的应用前景。
经检测，本实施例制备的纳米碳酸钙纯度为98.45％，粒径为10-50nm。
实施例2：
本实施例公开了一种利用工业固废固定CO2并制备纳米碳酸钙的循环工艺，包括以下步骤，步骤1，将钢渣、电石渣、磷石膏按照3:6:4的质量份数比例混合后粗磨至粒度不超过250目得粗磨料；
步骤2，向步骤1得到的粗磨料中加入6mol/L的氯化铵溶液进行浸出反应2小时，氯化铵溶液与粗磨料为50ml∶10g的反应比例，再加入1-1.5mol/L氢氧化铵溶液调整其pH值至pH达到10，得到含CaCl2的浸出液和滤渣；
步骤3，将步骤2得到的浸出液与氧化锆珠以150mL：15g的比例混合后倒入立式搅拌研磨机中研磨，直径0.5～1.0mm氧化锆珠为研磨介质，并保持500r/min的转速，过程中通入含二氧化碳的气体至所述浸出液的pH值为8.0时停止并得混合液，整个过程保持温度在52℃，
步骤4，将步骤3中的混合液进行压滤脱水、润洗和干燥后，得到纳米碳酸钙，反应溶液返回循环浸出粗磨料。
本实施例中，1份即为100kg。步骤3中，所述含二氧化碳的气体为脱硫脱硝后的工业尾气，经实测，二氧化碳浓度为20-24％。
经检测，本实施例制备的纳米碳酸钙纯度为99.12％，粒径为10-35nm。
实施例3：
本发明公开了一种利用工业固废固定CO2并制备纳米碳酸钙的循环工艺，包括以下步骤，步骤1，将钢渣、电石渣、磷石膏按照2.5:5.5:4.5的质量份数比例混合后粗磨至粒度不超过250目得粗磨料；
步骤2，向步骤1得到的粗磨料中加入5.5mol/L的氯化铵溶液进行浸出反应3小时，氯化铵溶液与粗磨料为55ml∶10g的反应比例，再加入1-1.5mol/L氢氧化铵溶液调整其pH值至PH达到10.3，得到含CaCl2的浸出液和滤渣；
步骤3，将步骤2得到的浸出液与氧化锆珠以120mL：18g的比例混合后倒入立式搅拌研磨机中研磨，直径0.5～1.0mm氧化锆珠为研磨介质，并保持500r/min的转速，过程中通入含二氧化碳的气体至所述浸出液的pH值为7.8时停止并得混合液，整个过程保持温度在53℃，
步骤4，将步骤3中的混合液进行压滤脱水、润洗和干燥后，得到纳米碳酸钙，反应溶液返回循环浸出粗磨料。
本实施例中，1份即为100kg。步骤3中，所述含二氧化碳的气体为脱硫脱硝后的工业尾气，经实测，二氧化碳浓度为20-24％。
经检测，本实施例制备的纳米碳酸钙纯度为98.54％，粒径为10-55nm。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种利用工业固废固定CO2并制备纳米碳酸钙的循环工艺，其特征在于，包括以下步骤，步骤1，将钢渣、电石渣、磷石膏按照2-3:5-6:4-5的质量份数比例混合后粗磨至粒度不超过250目得粗磨料；
步骤2，向步骤1得到的粗磨料中加入5-6mol/L的氯化铵溶液进行浸出反应2-3小时，氯化铵溶液与粗磨料为50～60ml∶10g的反应比例，再加入1-1.5mol/L氢氧化铵溶液调整其pH值至PH达到10-10.5，得到含CaCl2的浸出液和滤渣；
步骤3，将步骤2得到的浸出液与氧化锆珠以100-150mL：15-20g的比例混合后倒入立式搅拌研磨机中研磨，直径0.5～1.0mm氧化锆珠为研磨介质，并保持500r/min的转速，过程中通入含二氧化碳的气体至所述浸出液的pH值为7.5-8.0时停止并得混合液，整个过程保持温度在50-55℃，
步骤4，将步骤3中的混合液进行压滤脱水、润洗和干燥后，得到纳米碳酸钙，反应溶液返回循环浸出粗磨料。
2.根据权利要求1所述的一种利用工业固废固定CO2并制备纳米碳酸钙的循环工艺，其特征在于，步骤3中，所述含二氧化碳的气体为脱硫脱硝后的工业尾气。
3.根据权利要求1所述的一种利用工业固废固定CO2并制备纳米碳酸钙的循环工艺，其特征在于，步骤2中氯化铵溶液浓度为5mol/L，氯化铵溶液与粗磨料为60mL∶10g的反应比例。
4.根据权利要求1所述的一种利用工业固废固定CO2并制备纳米碳酸钙的循环工艺，其特征在于，步骤1中，钢渣、电石渣、磷石膏质量份数比例为2:5:5。
5.根据权利要求1所述的一种利用工业固废固定CO2并制备纳米碳酸钙的循环工艺，其特征在于，步骤1中，钢渣、电石渣、磷石膏质量份数比例为3:6:4。
6.根据权利要求1所述的一种利用工业固废固定CO2并制备纳米碳酸钙的循环工艺，其特征在于，步骤1中，钢渣、电石渣、磷石膏质量份数比例为2.5:5.5:4.5。
7.根据权利要求1所述的一种利用工业固废固定CO2并制备纳米碳酸钙的循环工艺，其特征在于，步骤2中氯化铵溶液浓度为6mol/L，氯化铵溶液与粗磨料为50mL∶10g的反应比例。
8.根据权利要求1所述的一种利用工业固废固定CO2并制备纳米碳酸钙的循环工艺，其特征在于，步骤3中，将步骤2得到的浸出液与氧化锆珠以100mL：20g的比例混合后倒入立式搅拌研磨机中研磨。
9.根据权利要求1所述的一种利用工业固废固定CO2并制备纳米碳酸钙的循环工艺，其特征在于，步骤3中，将步骤2得到的浸出液与氧化锆珠以150mL：15g的比例混合后倒入立式搅拌研磨机中研磨。
10.根据权利要求1所述的一种利用工业固废固定CO2并制备纳米碳酸钙的循环工艺，其特征在于，步骤2中，浸出反应为2.5小时，步骤3中，整个过程保持温度在55℃。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117185334A (zh) * | 2023-09-22 | 2023-12-08 | 扬州一川镍业有限公司 | 利用钢渣进行二氧化碳吸附制备纳米碳酸钙的方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113800546A (zh) * | 2021-09-28 | 2021-12-17 | 中国科学院山西煤炭化学研究所 | 一种co2矿化含钙固废渣制备微纳米碳酸钙的方法 |
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2023
- 2023-03-23 CN CN202310292657.9A patent/CN116395731A/zh active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113800546A (zh) * | 2021-09-28 | 2021-12-17 | 中国科学院山西煤炭化学研究所 | 一种co2矿化含钙固废渣制备微纳米碳酸钙的方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 郑水林等: "《超细粉碎工程》", vol. 1, 30 September 2006, 中国建材工业出版社, pages: 226 - 227 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117185334A (zh) * | 2023-09-22 | 2023-12-08 | 扬州一川镍业有限公司 | 利用钢渣进行二氧化碳吸附制备纳米碳酸钙的方法 |
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