隨著當(dāng)前碳減排行動(dòng)的日趨深入，利用工業(yè)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(shù)之一。
1、固廢礦化CO2生產(chǎn)碳酸鈣技術(shù)原理及工藝
與天然礦物相比，工業(yè)固廢雜質(zhì)含量相對(duì)較高，為了制備高純度的碳酸鈣產(chǎn)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(yīng)的方式合成滿足要求的碳酸鈣產(chǎn)品。
 工業(yè)固廢礦化固定二氧化碳制備輕質(zhì)碳酸鈣典型工藝流程：
工業(yè)固廢首先進(jìn)入浸漬反應(yīng)釜/器中與回收的浸取劑混合形成漿液，實(shí)現(xiàn)鈣的提取，關(guān)鍵的控制參數(shù)為固液比值以及浸取溫度；
浸漬反應(yīng)完成后，固廢漿液進(jìn)入浸取液分離器在離心力的作用下實(shí)現(xiàn)固液分離，關(guān)鍵控制參數(shù)為濾布的規(guī)格，關(guān)鍵操作參數(shù)為轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速；殘余的固廢形成尾渣，經(jīng)清洗水洗滌后排出；
從浸取液分離器分離的浸取液經(jīng)過浸取液泵輸送進(jìn)入礦化反應(yīng)器/釜；含二氧化碳?xì)馀c礦化反應(yīng)釜/器中的含鈣浸取液發(fā)生礦化反應(yīng)，形成礦化漿液，未反應(yīng)的尾氣從礦化反應(yīng)釜/器中排出，關(guān)鍵的控制參數(shù)為氣體流速；
礦化漿液進(jìn)入浸取劑分離器離心力的作用下實(shí)現(xiàn)固液分離，關(guān)鍵控制參數(shù)為濾布的規(guī)格，關(guān)鍵操作參數(shù)為轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速；
礦化形成的輕質(zhì)碳酸鈣形成礦化產(chǎn)品，經(jīng)清洗水洗滌后排出形成濕餅，之后進(jìn)行干燥形成輕質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)品；
從浸取劑分離器分離的浸取劑經(jīng)過浸取劑泵輸送進(jìn)入浸漬反應(yīng)器/釜循環(huán)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(shí)排出凈化水。
2、固廢礦化CO2生產(chǎn)碳酸鈣典型設(shè)備
?。?）典型浸漬反應(yīng)釜/器
工業(yè)固廢和浸取劑通過浸漬反應(yīng)釜/器上部的進(jìn)料口加入；浸漬反應(yīng)釜冷卻水通過反應(yīng)釜/器夾套下部的工藝水上水口進(jìn)入，通過上部的工藝水回水口排出；浸漬反應(yīng)釜/器中漿液溫度通過釜/器側(cè)壁下部的測(cè)溫口測(cè)量；夾套中工藝水溫度通過夾套下部的工藝水測(cè)溫口測(cè)量；浸漬反應(yīng)釜/器中漿料通過攪拌器攪拌均勻；反應(yīng)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(yīng)釜/器排出的漿液通過進(jìn)料口進(jìn)入浸取液分離器，通過分離器內(nèi)部的布料裝置均勻分布在轉(zhuǎn)鼓上；在轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)離心力作用下，含鈣浸取液透過轉(zhuǎn)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(jìn)入的清洗水進(jìn)行噴淋洗滌，洗滌水通過浸取液出口與浸取液交替排出；經(jīng)過清洗的廢渣通過分離器內(nèi)部的刮刀刮削卸料，后經(jīng)廢渣出料口排出；浸取液分離器設(shè)有照明裝置，以便通過觀察口觀察分離狀態(tài)。
?。?）典型礦化反應(yīng)釜/器
浸出液通過礦化反應(yīng)釜/器上部的進(jìn)料口加入；礦化反應(yīng)釜冷卻水通過反應(yīng)釜/器夾套下部的工藝水上水口進(jìn)入，通過上部的工藝水回水口排出；礦化反應(yīng)釜/器中漿液溫度通過釜/器側(cè)壁下部的測(cè)溫口測(cè)量；夾套中工藝水溫度通過夾套下部的工藝水測(cè)溫口測(cè)量；含二氧化碳器通過側(cè)壁的二氧化碳進(jìn)氣口進(jìn)入，進(jìn)一步通過與之相連的微孔氣體分布器與浸出液接觸，進(jìn)行礦化反應(yīng)。礦化反應(yīng)釜/器中漿料通過攪拌器攪拌均勻；反應(yīng)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(yīng)釜/器排出的漿液通過進(jìn)料口進(jìn)入浸取劑分離器，通過分離器內(nèi)部的布料裝置均勻分布在轉(zhuǎn)鼓上；在轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)離心力作用下，浸取劑透過轉(zhuǎn)鼓上的濾布甩出并通過浸取劑出口排出；漿液中的輕質(zhì)碳酸鈣通過濾布截留；分離完成后通過從清洗口進(jìn)入的清洗水進(jìn)行噴淋洗滌，洗滌水通過浸取劑出口與浸取劑交替排出；經(jīng)過清洗的輕質(zhì)碳酸鈣通過分離器內(nèi)部的刮刀刮削卸料，后經(jīng)碳酸鈣出料口排出；浸取劑分離器設(shè)有照明裝置，以便通過觀察口觀察分離狀態(tài)。
3、固廢礦化CO2生產(chǎn)碳酸鈣工業(yè)化案例
?。?）新疆天業(yè)5萬(wàn)噸碳酸鈣生產(chǎn)線
新疆天業(yè)（集團(tuán)）有限公司國(guó)內(nèi)首套以二氧化碳尾氣和鈣基廢渣為原料的工業(yè)化示范裝置于2017年建成投產(chǎn)，每生產(chǎn)1噸碳酸鈣產(chǎn)品，固化0.44噸的二氧化碳，可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期、穩(wěn)定固碳，同時(shí)可減少0.56噸鈣基廢渣，進(jìn)而減少原生礦石的開采。目前，天業(yè)集團(tuán)利用該技術(shù)已建成了年產(chǎn)5萬(wàn)噸碳酸鈣產(chǎn)品的工業(yè)生產(chǎn)線，公司累計(jì)生產(chǎn)碳酸鈣產(chǎn)品9.7萬(wàn)噸，減排二氧化碳4.3萬(wàn)噸。
?。?）謝菲爾考克年產(chǎn)3萬(wàn)噸卷煙紙?zhí)妓徕}生產(chǎn)線
謝菲爾考克碳酸鈣（杭州）有限公司年產(chǎn)3萬(wàn)噸高檔卷煙紙專用填充料碳酸鈣生產(chǎn)線于2019年投產(chǎn)，該項(xiàng)目以周邊熱電廠煙氣作為礦化反應(yīng)氣體，精細(xì)生石灰為鈣源，通過水消化和乳液碳酸化反應(yīng)生產(chǎn)液體碳酸鈣和固體碳酸鈣產(chǎn)品，主導(dǎo)產(chǎn)品為卷煙紙用高檔碳酸鈣，其工藝及產(chǎn)品符合國(guó)家清潔產(chǎn)生要求。
?。?）包鋼5萬(wàn)噸輕質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)線
包鋼集團(tuán)碳化法鋼鐵渣綜合利用項(xiàng)目是世界上首個(gè)鋼渣和二氧化碳綜合利用的項(xiàng)目，項(xiàng)目由包鋼集團(tuán)和瀜礦環(huán)?？萍迹ㄉ虾＃┯邢薰竞腺Y成立的內(nèi)蒙古包瀜環(huán)保新材料有限公司投資建設(shè)，利用二氧化碳在水基體系形成碳酸的基礎(chǔ)上，在催化組分作用下，實(shí)現(xiàn)二氧化碳對(duì)鋼鐵渣的間接碳化，顛覆了基于強(qiáng)酸的傳統(tǒng)濕法冶金，“減碳”的同時(shí)“用碳”。在生產(chǎn)過程中實(shí)現(xiàn)了無(wú)危害氣體、液體排放；產(chǎn)業(yè)模式上，同時(shí)將固廢與二氧化碳減排集成，基于工業(yè)集聚，實(shí)現(xiàn)了二氧化碳礦化的成本突破和工業(yè)化應(yīng)用。
項(xiàng)目總體規(guī)劃處理能力為50萬(wàn)噸鋼渣/年、10萬(wàn)噸二氧化碳/年。項(xiàng)目一期已正式投產(chǎn)，每年生產(chǎn)5萬(wàn)噸負(fù)碳輕質(zhì)碳酸鈣和8萬(wàn)噸固碳微粉，直接固化3萬(wàn)噸二氧化碳，處理10萬(wàn)噸鋼渣。2023年7月，包鋼包瀜碳化法鋼渣綜合利用產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目成功生產(chǎn)出第一批高純輕質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)品。
（4）國(guó)家能源集團(tuán)利用電石渣、煙氣生產(chǎn)碳酸鈣項(xiàng)目
2022年12月25日，國(guó)內(nèi)首套“火電廠二氧化碳化學(xué)鏈礦化利用CCUS技術(shù)研究與示范項(xiàng)目”在國(guó)家能源集團(tuán)國(guó)電電力大同公司通過168小時(shí)試運(yùn)行，連續(xù)生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)綠色碳酸鈣產(chǎn)品，這標(biāo)志著該項(xiàng)目正式投運(yùn)。
該項(xiàng)目采用原初科技（北京）有限公司自主研發(fā)的、達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平的化學(xué)鏈礦化CMUS/CCUS專利技術(shù)，以工業(yè)固廢電石渣為原料，利用專有循環(huán)介質(zhì)溶液，進(jìn)而與電廠煙氣中的二氧化碳反應(yīng)，生產(chǎn)高純度微米級(jí)綠色碳酸鈣產(chǎn)品。整個(gè)過程中，電廠煙氣無(wú)需經(jīng)過捕集提純，循環(huán)介質(zhì)溶液可以反復(fù)循環(huán)使用。該項(xiàng)目年捕集利用與固化火電廠排放的二氧化碳1000噸，生產(chǎn)出具有良好經(jīng)濟(jì)價(jià)值的綠色固碳型碳酸鈣2300余噸。項(xiàng)目核心指標(biāo)二氧化碳礦化吸收率（脫碳率）高達(dá)90%以上，可實(shí)現(xiàn)二氧化碳大規(guī)模減排、大宗固廢減量化、生成高附加值綠色固碳產(chǎn)品三大目標(biāo)。
?。?）新疆中泰集團(tuán)2萬(wàn)噸濕法電石渣生產(chǎn)活性氧化鈣項(xiàng)目
2023年10月10日，新疆中泰集團(tuán)子公司新疆圣雄電石有限公司原料二車間單產(chǎn)2萬(wàn)噸濕法電石渣生產(chǎn)電石原料活性氧化鈣環(huán)保型示范項(xiàng)目一次性開車成功。該項(xiàng)目形成了資源利用效率，實(shí)現(xiàn)了電石渣—氧化鈣—電石—電石渣的循環(huán)經(jīng)濟(jì)。據(jù)了解，該項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了電石渣分離、干燥、煅燒過程工藝與設(shè)備的集成優(yōu)化，每年可減少約3.46萬(wàn)噸石灰石采購(gòu)量。
?。?）內(nèi)蒙古晨宏力化工電石渣制納米碳酸鈣項(xiàng)目
內(nèi)蒙古晨宏力化工集團(tuán)有限責(zé)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(xù)6萬(wàn)噸電石渣制納米碳酸鈣項(xiàng)目未見相關(guān)報(bào)道。
?。?）芬蘭鋼渣固碳礦化中試廠項(xiàng)目
芬蘭的鋼渣固碳礦化中試廠項(xiàng)目于2014年建成并試運(yùn)行，從早期的測(cè)試結(jié)果來(lái)看，該廠能處理20kg的鋼渣固廢和190L的溶液，同時(shí)產(chǎn)生約10kg的PCC。由于化學(xué)試劑能再生并重新利用于鈣的浸取部分，所以該廠的經(jīng)濟(jì)成本可控制在允許范圍內(nèi)。但是，在運(yùn)行過程中仍有許多問題需要進(jìn)一步改進(jìn)，首先，在浸取部分鋼渣中一些重金屬離子，如鉻，釩等，也會(huì)隨著鈣離子浸出，從而影響最終制取的PCC品質(zhì)。
?。?）中科院CO2間接礦化鋼渣制備微細(xì)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(xì)碳酸鈣關(guān)鍵技術(shù)與工程化示范，通過醋酸等弱酸介質(zhì)形成多相復(fù)合介質(zhì)預(yù)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(zhuǎn)化為高品質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)品，并同步回收多相復(fù)合反應(yīng)介質(zhì)?！ ?br />
（9）日本中試規(guī)模工廠
日本混凝土公司設(shè)計(jì)、建造并運(yùn)行了一個(gè)中試規(guī)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(yīng)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(shí)。以鍋爐煙氣作為CO2氣源注入富鈣浸取液中碳酸化反應(yīng)3小時(shí)。連續(xù)運(yùn)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(chǎn)碳酸鈣項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)
CO2礦物碳酸化制備微細(xì)碳酸鈣經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)，首先要對(duì)過程進(jìn)行模擬，以確定物質(zhì)流的性質(zhì)以及工藝設(shè)備的功率和熱消耗。其次，對(duì)主要工藝設(shè)備進(jìn)行了基本設(shè)計(jì)，并利用公開文獻(xiàn)資料估算總投資成本。最后，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)可行性評(píng)價(jià)時(shí)，要從五個(gè)方面進(jìn)行評(píng)估：電力消耗、CO2吸收/排放、碳酸鈣產(chǎn)品、人工成本、設(shè)施維護(hù)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(guī)模、預(yù)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(zhì)的浸?。┮约胺磻?yīng)產(chǎn)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(yè)廢物中浸取活性鈣組分的成本會(huì)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(gè)過程除非可以實(shí)施熱回收，否則應(yīng)避免使用高溫條件，在相對(duì)溫和的條件下，可以進(jìn)一步避免CO2的排放。壓縮CO2是另一個(gè)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(jīng)濟(jì)性。綜合礦化過程的所有方面，導(dǎo)致CO2排放的電力及用水成本除了可以通過碳酸產(chǎn)品抵消，還可以通過優(yōu)化工藝參數(shù)提高碳酸化效率來(lái)緩解。考慮到當(dāng)前的CO2排放價(jià)格，利用高鈣基工業(yè)固廢制備高值化微細(xì)碳酸鈣產(chǎn)品，是一種經(jīng)濟(jì)上可行的CO2封存工藝。
Teir等綜合計(jì)算評(píng)估了利用煙氣CO2和鋼渣礦化生產(chǎn)碳酸鈣的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，結(jié)果表明，最大的運(yùn)營(yíng)成本預(yù)計(jì)是鋼渣處理成本（粗略估計(jì)為15EUR/t），占總運(yùn)營(yíng)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(bǔ)充NH4Cl。最大的熱量需求來(lái)自蒸發(fā)（4.7GWh/a），最大的功率需求來(lái)自碳酸鈣研磨（4.6GWh/a）?？傔\(yùn)營(yíng)成本為3.9×1012EUR/a?？偼顿Y大致估計(jì)為10.5×1012EUR，其中單項(xiàng)最大的投資成本是用于反滲透裝置和蒸發(fā)器。
綜合評(píng)估后，發(fā)現(xiàn)該工藝當(dāng)前發(fā)展階段與通過研磨工藝制備的重質(zhì)碳酸鈣相比更加經(jīng)濟(jì)可行。
部分資料來(lái)源：《李文秀等：二氧化碳礦化高鈣基固廢制備微細(xì)碳酸鈣研究進(jìn)展》和《T/CIECCPA 054-2023 工業(yè)固廢礦化固定二氧化碳制備輕質(zhì)碳酸鈣工藝與設(shè)備》，由【粉體技術(shù)網(wǎng)】編輯整理，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處！
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