一種利用鉀長(zhǎng)石亞熔鹽法生產(chǎn)廢渣的二氧化碳礦化方法與流程

本發(fā)明涉及利用礦物礦化CO₂固碳技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，是一種利用鉀長(zhǎng)石亞熔鹽法生產(chǎn)廢渣的二氧化碳礦化方法。

背景技術(shù)：

我國(guó)水溶性鉀資源和優(yōu)質(zhì)鋁資源極度匱乏，可溶性鉀資源已探明工業(yè)儲(chǔ)量折合K₂O只有1.3億噸，無(wú)法滿(mǎn)足我國(guó)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的需求。尤其近幾年，我國(guó)鉀肥自給率僅維持在50％左右，對(duì)外依存度依舊很大。另一方面，我國(guó)擁有豐富的鉀長(zhǎng)石、霞石、伊利石等含鉀礦石資源，折合K₂O儲(chǔ)量超過(guò)200億噸以上，是潛在的鉀肥來(lái)源。利用此類(lèi)非水溶性鉀礦資源提取其中鉀、鋁元素對(duì)保障我國(guó)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略需要和糧食生產(chǎn)安全具有巨大的潛在經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)效益。

另一方面，全球CO₂排放量逐年攀升，CO₂減排已得到全球關(guān)注。目前大規(guī)模對(duì)CO₂進(jìn)行捕捉、封存的方法主要包括地質(zhì)封存、海洋封存和礦化封存三種。礦化封存可將CO₂轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的碳酸鹽，可長(zhǎng)期固定下來(lái)，或重新作為化工原料，以減少碳酸鈣的使用。

自然界中鉀長(zhǎng)石具有穩(wěn)定的架狀結(jié)構(gòu)，常溫常壓下幾乎不能被任何酸、堿溶液分解。高效利用非水溶性鉀礦的關(guān)鍵是以最低的能量代價(jià)破壞鉀長(zhǎng)石硅氧結(jié)構(gòu)。目前采用亞熔鹽法處理鉀長(zhǎng)石，可充分利用鉀長(zhǎng)石中豐富的資源，實(shí)現(xiàn)高效清潔生產(chǎn)，緩解我國(guó)鉀肥短缺，保障我國(guó)農(nóng)業(yè)和工業(yè)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種利用鉀長(zhǎng)石亞熔鹽法生產(chǎn)廢渣的二氧化碳礦化方法，本方法以亞熔鹽法處理含鉀長(zhǎng)石礦物的廢渣為原料，在適當(dāng)反應(yīng)條件下與CO₂發(fā)生礦化反應(yīng)。

本發(fā)明的第一方面，提供一種利用鉀長(zhǎng)石亞熔鹽法生產(chǎn)廢渣的二氧化碳礦化方法，包括以下步驟：

A、將破碎磨細(xì)后的鉀長(zhǎng)石礦粉、亞熔鹽溶劑和氧化鈣混合后反應(yīng)，固液分離獲得固體濾渣；

B、將步驟A所得固體濾渣與水混合置于反應(yīng)器中，固液比1:1-1:100；通入CO₂氣體，控制CO₂分壓大于0.3MPa，溫度在30-400℃，攪拌速率為200-800r/min，反應(yīng)1-4小時(shí)；

C、將步驟B礦化反應(yīng)結(jié)束的物料進(jìn)行固液分離，獲得含有碳酸鈣的礦化產(chǎn)物。

所述的步驟A的鉀長(zhǎng)石礦粉需要進(jìn)行破碎磨細(xì)，達(dá)到平均粒度100-300目。

所述的步驟A的鉀長(zhǎng)石礦粉：亞熔鹽溶劑：氧化鈣的重量比為1：(3～6)：(1～4)。優(yōu)選的，所述的步驟A的鉀長(zhǎng)石礦粉：亞熔鹽溶劑：氧化鈣的重量比為1：(4～5)：(2～3)。更優(yōu)選的，所述的重量比為1:4:2.5。當(dāng)氧化鈣加入量為7.5g時(shí)，鉀長(zhǎng)石中K的浸出率較高，可達(dá)94.22％，且能有效地抑制Si的浸出，其浸出率低至46.53％。

所述的步驟A的亞熔鹽溶劑是KOH或NaOH溶液，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40％-80％，能最大程度的破壞鉀長(zhǎng)石的結(jié)構(gòu)，其中優(yōu)選質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70％-80％的KOH亞熔鹽溶劑，反應(yīng)3h就能完全破壞鉀長(zhǎng)石結(jié)構(gòu)。

其中，步驟B所選的固液比、壓力、溫度、速率等經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證是礦化率較好的條件。在條件范圍內(nèi)，可以有效提高礦化率，但是超出上述范圍時(shí)，礦化率會(huì)大大降低。

其中，用于礦化CO₂的原料主體為鉀長(zhǎng)石亞熔鹽法生產(chǎn)的廢渣，成分以假硅灰石(Ca₃SiO₉)和鈣長(zhǎng)石(CaAl₂Si₂O₈)等硅酸鈣鹽為主。

優(yōu)選的，所述的步驟B中通入的CO₂氣體可以是純CO₂氣體，也可以是工業(yè)廢氣中吸附分離的CO₂氣體，CO₂含量大于50％。

優(yōu)選的，所述的步驟B礦化反應(yīng)在加壓三相反應(yīng)器中進(jìn)行。

優(yōu)選的，所述的步驟C礦化反應(yīng)后物料經(jīng)固液分離后得到濾液可用于后續(xù)生產(chǎn)鉀肥和相關(guān)鋁鹽產(chǎn)品，濾渣為以CaCO₃為主的硅鋁酸鹽產(chǎn)品。

本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于：

本發(fā)明的利用鉀長(zhǎng)石亞熔鹽法生產(chǎn)廢渣的二氧化碳礦化方法，基于愈加嚴(yán)峻的資源問(wèn)題，對(duì)于非水溶性鉀礦的綜合利用顯得越來(lái)越重要，通過(guò)亞熔鹽法處理該礦石可從中獲得有價(jià)元素，并礦化二氧化碳，實(shí)現(xiàn)鉀長(zhǎng)石的綜合利用，為礦化固定CO₂，實(shí)現(xiàn)CO₂減排提供現(xiàn)實(shí)可行的新思路。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的工藝流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的具體實(shí)施方式作詳細(xì)說(shuō)明。

實(shí)施例1

步驟(1)：將鉀長(zhǎng)石礦進(jìn)行破碎磨細(xì)，平均粒度100～200目。取10g鉀長(zhǎng)石礦粉、60g亞熔鹽溶劑、10g氧化鈣放入反應(yīng)釜攪拌反應(yīng)1h，進(jìn)行過(guò)濾分離。

步驟(2)：取步驟(1)濾渣2g放入反應(yīng)釜，加入50ml水，升溫至160℃，通入CO₂氣體并使壓力達(dá)到3Mpa，攪拌速率500r/min，2.5h。

步驟(3)：將步驟(3)降溫至常溫，泄壓打開(kāi)反應(yīng)釜，將礦化后物料進(jìn)行固液分離，固相為CaCO₃礦化產(chǎn)品，液相為含鉀鋁溶液。

實(shí)施例2

步驟(1)：將鉀長(zhǎng)石礦進(jìn)行破碎磨細(xì)，平均粒度200～300目。取20g鉀長(zhǎng)石礦粉、100g亞熔鹽溶劑、20g氧化鈣放入反應(yīng)釜攪拌反應(yīng)1.5h，進(jìn)行過(guò)濾分離。

步驟(2)：取步驟(1)濾渣5g放入反應(yīng)釜，加入100ml水，升溫至160℃，通入CO₂氣體并使壓力達(dá)到5Mpa，攪拌速率500r/min，3h。

步驟(3)：將步驟(3)降溫至常溫，泄壓打開(kāi)反應(yīng)釜，將礦化后物料進(jìn)行固液分離，固相為CaCO₃礦化產(chǎn)品，液相為含鉀鋁溶液。

實(shí)施例1：提鉀率為90.22％，礦化率為39.15％

實(shí)施例2：提鉀率為90.34％，礦化率為46.05％

傳統(tǒng)技術(shù)1：鎂橄欖石在氯化鈉和碳酸氫鈉溶液中與CO₂反應(yīng)，溫度：185℃，壓力15Mpa，本發(fā)明礦化溫度較低為160℃，并且壓力也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)技術(shù)1，為5Mpa，礦化條件具有優(yōu)勢(shì)。

傳統(tǒng)技術(shù)2：工業(yè)固廢磷石膏熱活化天然鉀長(zhǎng)石礦化CO₂，鉀長(zhǎng)石/硫酸鈣＝1:2，焙燒溫度1200℃，礦化溫度100℃，初始CO₂壓力4Mpa，提鉀率87％，礦化率7.7％。本發(fā)明雖然礦化溫度高于傳統(tǒng)技術(shù)，但是礦化率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于7.7％，優(yōu)勢(shì)明顯。

并且本發(fā)明采用鉀長(zhǎng)石反應(yīng)后生成的固渣進(jìn)行CO₂礦化，既捕集了CO₂又利用了固渣，實(shí)現(xiàn)了鉀長(zhǎng)石資源化。

以上已對(duì)本發(fā)明創(chuàng)造的較佳實(shí)施例進(jìn)行了具體說(shuō)明，但本發(fā)明創(chuàng)造并不限于所述實(shí)施例，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本發(fā)明創(chuàng)造精神的前提下還可做出種種的等同的變型或替換，這些等同的變型或替換均包含在本申請(qǐng)權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。