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二氧化碳矿物封存技术展望

发布日期:2015-06-08 17:49:44
从理论上讲,C02封存技术是一种相对经济、环保、有效的碳减排策略。因此,从长远 考虑发展co2矿物封存技术是碳减排的最佳选择之一。从各种天然矿物及固体废弃物为原料 进行矿物碳化研宄的主要工艺过程及研宄结果来看[171],直接湿法碳化工艺及以酸或铵盐为浸 出剂的间接碳化工艺都显示出了很大的产业化潜力。尽管经过技术改进已经将C02碳化反应 时间由过去的几十小时缩短至几小时以内,反应压力也由100多个大气压减至几十个大气压, 且转化率也有明显提高。但对目前研宄较多的橄榄石、蛇纹石、硅灰石等興/镁硅酸盐天然矿 物来说,其结构中钙镁离子的浸出仍需要高温、高压、长时间、高能耗等苛刻条件,而且还 需要处理封存后的大量污染物及废弃物,同时矿山开采对生态资源的破坏也不容忽视。与天 然矿物相比,工业废弃物的反应活性更好、所需要的反应条件要温和得多。但是工业废弃物 也存在原料来源复杂、组成不确定、碳化机理不明确等问题,距离实现工业化仍有待时日[171]。
我国是发展中国家,切合实际的做法是将经济发展、环境保护与co2封存相结合。从目 前我国发展的形势来看,需要更加注重从资源综合利用的角度考虑,将co2看作是取之不尽、 用之不竭的廉价碳资源材料,积极推进碳捕获、利用与封存(Carbon Capture, Utilization and Sequestration,CCUS)项目的实施,实现温室气体的利用与封存并举、减排与效益双贏[206]。 对于C02矿物封存技术的发展而言,将来可行的策略是进一步探明不同原料及工艺的碳化反 应机理、优化工艺过程以降低资源能源消耗,同时设计得到髙附加值的副产物以降低工艺经 济成本,以达到优化反应流程、降低能源消耗及生产成本的目的,实现经济效益与环境效益 的双贏[2°5-206]。
能源资源的日趋枯竭和环境约束的日趋强化,迫使包括非金属矿及加工制品等相关产业 在内的建材工业加快转型升级|47]。膨润土作为国内外开发最早、应用最广的非金属之一,是 我国的优势矿产资源。以深入贯彻落实科学发展观,加快转变非金属矿工业发展方式,立足 满足国内需求,坚持保护性开采和综合利用,以结构调整、技术创新、新产品开发和应用为 重点,大力发展非金属矿加工制品业,培育壮大企业规模,促进非金属矿工业持续健康发展 为指导思想,以合理开发利用非金属矿资源,提高资源利用效率,注重低品位、共伴生资源 综合利用,加强尾矿等资源梯级利用,积极发展循环经济为指导原则,工信部发布的《非金 属矿工业“十二五”发展规划》明确指出了十二五期间我国膨润土行业需重点发展的产品及 工艺技术,其中有大量篇輻涉及膨润土,具体内容如下[47]: (1)发展石墨、膨润土、高岭土、 菱镁矿等非金属矿及精深加工制品;(2)发展滑石、高岭土、膨润土、耐火粘土、萤石、晶 质石墨、碳酸钙、叶腊石等重要非金属矿的低品位资源综合利用技术;(3)以战略性新兴产 业需求为牵引,加快发展高性能非金属矿制品,培育新的增长点。包括利用高岭土、膨润土 等非金属矿物为原料,生产纳米无机胶凝材料和高效农药载体材料等功能矿物材料;(4)支 持膨润土高附加值产品的开发应用
内蒙古自治区拥有丰富的膨润土资源,其中兴和县高庙子膨润土矿储量约1.7亿吨,位 居全国第三位,是华北地区最大的膨润土矿床,其白度为全国最高,具有良好的开发前景。 现阶段兴和县膨润土的开发利用仍然为粗放式的初级加工,膨润土产品有原矿土、铁矿球团 级膨润土及铸造级膨润土等膨润土低级产品,产品价格低、效益差,造成了优质膨润土资源 的极大浪费。而且由于高庙子膨润土绝大部分原矿中方英石等难去除杂质矿物质含量高达 30%以上,用常规方法难以分离,被国内专家戏称为“无用的大矿”,这也是制约兴和县膨 润土开发利用的瓶颈。因而针对不同的膨润土原矿特征,研宄切实可行的深加工工艺,开发 高附加值的膨润土深加工产品,使膨润土矿物资源分级综合利用,提高其经济效益、环境效 益和社会效益,是目前迫切需要解决的问题。
本课题的主要研宄思路是以兴和县膨润土资源的合理开发利用为出发点,针对目前存在 的技术落后、资源利用率低、环境污染严重、产业链短、产品性能落后、工艺能耗高等问题, 以生态设计的思想为指导,研宄开发资源利用率高、能源消耗少、环境污染小、产品性能优 良的膨润土深加工清洁生产工艺,最终得到使用性能优良、环境协调性好、附加值高的新型 蒙脱土生态环境材料,并评价所制得的材料性能以及其在费托合成催化体系的应用
2研究内容
本论文的研宄技术路线示意图见图1-9。具体研宄内容如下:
针对于不含方英石的膨润土体系,采用提纯和改型同步进行的钠化工艺,使得提纯 操作贯穿整个流程,因而得到了蒙脱石含量非常高的优质钠基膨润土。研究湿法改型工艺中 改型反应的反应温度、反应时间、高速分散、离心等反应条件对产品质量的影响以及它们之
间的关系,找出最佳的单元操作条件,从而优化工艺条件。
针对改型后的钠基膨润土浆液脱水困难、能耗高、生产效率低的问题,研宄钠基膨 润土絮凝脱水机理及工艺,选择可降解的天然高分子絮凝剂,找出最佳的絮凝脱水操作条件, 以实现低能耗、低成本、高效率、绿色环保地制备优质高纯钠基蒙脱土。
以优质高纯钠基蒙脱土为原料制备蒙脱土无机凝胶。研宄胶化剂类型、反应条件与膨润 土无机凝胶的粘度的关系,找出最佳膨润土凝胶生产工艺条件。
研宄以钙基膨润土为原料低成本、低能耗生成颗粒膨润土猫砂。考察不同加工条件 对所得猫砂的吸水速度、结团强度、结团重量等性能的影响,从而确定最佳的猫砂制备工艺。
针对于方英石含量比较高的膨润土体系,研宄探索合适的碱提取工艺在对蒙脱土的 溶蚀作用有比较小的前提下有效去除方英石,同时采用经济、简单地办法回收利用应用价值 不菲的方英石,解决方英石含量比较高的膨润土体系的提纯难题,最大限度地提高膨润土矿 的经济及社会价值。研宄不同碱浓度、反应温度、反应时间对膨润土中方英石提取效果及对 蒙脱土的溶蚀作用的关系,并对富含方英石膨润土碱法提取液进行初步表征。
为了尽可能提高资源的利用率及实现废弃物的资源化利用,研宄以上述富含方英石 膨润土碱法提取液为原料使用沉淀法制备白炭黑及纳米二氧化硅。考察不同沉淀剂的沉淀效 果,研宄反应温度、pH值、浓度、反应时间对白炭黑产品性能及产率的影响。研宄不同表面 活性剂对所得纳米二氧化硅的粒径、吸油值等性能的影响。对所得白炭黑及纳米二氧化硅的 性能进行表征,得到富含方英石膨润土碱法提取液的最佳沉淀方法及条件。
以优质高纯钠基蒙脱土为原料制备了高热稳定性的有机蒙脱土,分别以修饰后的有 机蒙脱土和高纯钠基蒙脱土为载体制备钴基费托催化剂。研宄不同载体结构、还原温度、还 原时间对活性组分相态、粒径等性能的影响,并对比研宄各催化剂在不同反应温度、反应时 间下的费托催化活性及产物的选择性。并详细研究了有机蒙脱土作为一种可以原位捕获催化 剂真实反应状态的新型载体的性能。