鋼鐵工業(yè)是CO2和固體廢物排放的最大工業(yè)來源之一。固體廢棄物主要包括煉鐵過程中產(chǎn)生的高爐渣和煉鋼過程中產(chǎn)生的鋼渣。根據(jù)鐵礦石的品位和所采用的工藝條件不同，2019年全球鋼渣和高爐渣產(chǎn)量分別約為2.4億噸和3.9億噸，其中中國約占53%和64%。由于鋼渣/高爐渣中含有30%～60%的CaO，越來越多的學者開始關注其高值化利用。
考慮到鋼渣/高爐渣為堿性廢棄物，各種類型的強酸如HCl、HNO3和H2SO4表現(xiàn)出90%左右的鈣浸取效率，包煒軍等使用TBP和乙酸的混合溶液選擇性地從鋼渣中浸取大約75%的鈣組分。
綜合考慮浸取效率和投資成本，采用各種循環(huán)銨鹽（NH4Cl、NH4NO3、CH3COONH4）選擇性地浸取鋼渣/高爐渣中鈣組分相對經(jīng)濟，常溫常壓下，鈣浸取率可達65%左右。
此外，鋼渣的粒度對鈣的浸取率有明顯的影響，鋼渣粒度越小，比表面積越大，傳質速率越好，浸取效率越高。固液比是提高浸取效率的另一個重要參數(shù)。當固液比小于5g/L時，鈣的浸取效率最高（73%），當固液比大于100g/L時，鈣的浸取效率最低（6%）。此外，也有通過使用超聲等處理手段顯著將鈣浸取率從65%提高到96%。
碳酸化是指含鈣離子浸取液與CO2反應。為了在溫和條件下提高碳酸化效率，需要堿性物質（如氨水、氫氧化鈉）作為緩沖溶液調節(jié)pH。Park和Fan等采用NH4OH溶液首先將pH值提高到8.6祛除沉淀氧化鐵，向濾液中注入純CO2。進一步將pH提高到9.5，得到高純度的微細碳酸鈣產(chǎn)品。Wang等發(fā)現(xiàn)在100℃下，使用1.4mol/L硫酸氫銨（NH4HSO4）在3小時內從原料中浸取超過95%的活性鈣成分，并且通過調節(jié)pH值，在碳酸化階段制備高純度碳酸鈣。
四川大學岳海榮等提出了多級沉淀的熱還原技術，其中高爐渣先用硫酸銨（(NH4)2SO4）在300～450℃下焙燒，使鈣成分轉化為硫酸鹽，相對溫和條件下用碳酸氫銨/碳酸銨（NH4HCO3/(NH4)2CO3）溶液進行均相碳酸化制備碳酸鈣產(chǎn)品。
Chiang等將高爐渣轉化為兩種有價值的產(chǎn)品：微細碳酸鈣和沸石材料。首先通過用有機酸選擇性地浸取鈣組分，然后對浸取液進行碳酸化來制備微細碳酸鈣。與此同時，浸取的固體殘渣在堿性溶液中水熱轉化，誘導了溶解/沉淀機制，導致形成微孔和中孔沸石材料。
鋼渣/高爐渣等由于其形成過程經(jīng)歷了表面反應或高溫燒結，活性CaO組分通常位于晶體結構中，或被表面硅酸鹽或硫酸鹽包裹，導致其反應活性差、安定性較差。因此，有效剝離鋼渣/高爐渣等惰性組分與活性組分，消除其不穩(wěn)定性，平衡礦化活性組分剝離速率與碳酸化反應速率是其碳酸化生產(chǎn)高附加值碳酸鈣產(chǎn)品的關鍵。
資料來源：《李文秀,楊宇航,黃艷,等.二氧化碳礦化高鈣基固廢制備微細碳酸鈣研究進展[J].化工進展:2022》，由【粉體技術網(wǎng)】編輯整理，轉載請注明出處！
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