專利名稱：一種二氧化碳捕集與礦化一體化工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煙氣二氧化碳捕集與利用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種二氧化碳捕集與礦化一體化工藝。
背景技術(shù)：
大氣中溫室氣體濃度升高引發(fā)的全球溫室效應(yīng)，造成冰山融化、海平面上升、物種減少、全球各地多種氣候災(zāi)害頻發(fā)，帶來嚴(yán)重經(jīng)濟損失并威脅人類生存。二氧化碳(CO2)作為最主要的溫室氣體其未來的總量控制和排放權(quán)分配已經(jīng)成為國際氣候談判的重點。各國政府和能源企業(yè)已經(jīng)越來越重視CO2排放控制技術(shù)的研究，一些國家已經(jīng)率先開始了實質(zhì)性的脫碳工作。隨著我國碳排放量超過美國以及國際減排的呼聲的加強，我國政府在2009年對世界做出了到2020年單位⑶P碳排放量降低40-45%的承諾。由于我國“富煤，少油，有氣”的資源格局決定了煤炭是我國能源供應(yīng)的主體，所以我國CO2排放主要來自燃煤電 廠，約占總排放的40-50%。電廠二氧化碳捕集與封存技術(shù)必然成為我國低碳發(fā)展戰(zhàn)略的中短期技術(shù)需求。由于CO2捕捉后進行地質(zhì)封存仍存在很大風(fēng)險，對二氧化碳進行資源化利用就成為目前研究的重點。開發(fā)二氧化碳捕集與礦化一體化工藝，不但可以有效地從電廠中捕捉CO2，而且可以通過礦化生產(chǎn)出碳酸鹽等產(chǎn)品，實現(xiàn)了經(jīng)濟型利用和環(huán)境保護的雙贏。利用液氨或有機胺從煙氣中進行二氧化碳捕集的技術(shù)已經(jīng)經(jīng)過多年的研究日趨成熟。但是，由于電站煙氣具有氣量大，分壓低等特點，該技術(shù)運用于電站最大的問題是能耗高，蒸汽消耗量大。其主要高能耗步驟包括CO2吸附劑的解吸，CO2的壓縮這兩步；解吸需要的能耗約占CO2捕集總能耗的20%，而CO2壓縮約占25%。通過二氧化碳捕集與礦化一體化的工藝，可以避免這兩個高能耗的步驟，用液氨直接吸收CO2生成碳酸銨或者碳酸氫銨用作碳酸化反應(yīng)。對于傳統(tǒng)的二氧化碳礦化技術(shù)，首先需要采用高溫?zé)崽幚?600-650° C)和精細研磨(礦石粒徑小于38m)進行礦石活化，這兩步均需要大量的能耗，然后在高溫高壓(150-200° C，150-185bar)條件下通入捕捉所得的氣體CO2進行碳酸化反應(yīng)，其反應(yīng)速率為I小時78-90%碳酸化率，反應(yīng)中需要加入NaHCO3和NaCl來提高反應(yīng)效率，可是NaHCO3的循環(huán)使用率極低。另外一種使用強酸強堿的間接礦化工藝，先用強酸溶解礦石得鈣鎂離子浸出液，在加強堿進行碳酸化反應(yīng)，該工藝需要的強酸和強堿均通過電解進行循環(huán)再生，需要的再生能耗極高。開發(fā)一種低耗能預(yù)處理，高效且使用低耗能再生化學(xué)試劑的礦化工藝成為CO2礦化技術(shù)發(fā)展的主要方向。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種二氧化碳捕集與礦化一體化工藝，可以降低二氧化碳捕集過程所需的能耗，用高效的礦石化學(xué)預(yù)處理代替高溫?zé)崽幚砗途氀心ソ档偷V化的能耗，同時提高礦石浸出率和碳酸化反應(yīng)效率，降低化學(xué)藥劑的再生能耗，提高再生率。
為了達到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為一種二氧化碳捕集與礦化一體化工藝，包括以下步驟第一步，將礦石或者其他富含鈣鎂離子的大宗固廢經(jīng)粉碎機粉碎成1-2_粒徑的固體顆粒，再經(jīng)球磨粉機研磨至75-300 μ m礦粉，礦石為蛇紋石或橄欖石，固廢為粉煤灰或鋼渣；第二步，將礦粉同硫酸氫銨(NH4HSO4)溶液反應(yīng)，加料的固液比選用50_150g/l，對應(yīng)的NH4HSO4溶液摩爾濃度按照NH4HSO4與礦石中鎂離子摩爾比1_1. 4:1配置，礦石浸出的反應(yīng)條件為100-150°下，水蒸氣壓力l_4bar，攪拌速率800-1200rpm，反應(yīng)時間I個小時，溶解礦石后所得的泥漿經(jīng)水力旋流器或者沉淀池實現(xiàn)固液分離，分離后的尾礦為含氧化硅純度80%以上，粒徑50-300 μ m的粗硅粉，粗硅粉作為本工藝的第一種產(chǎn)品；第三步，分離后的浸出液加氨水調(diào)節(jié)pH值，當(dāng)pH值升到5以后，鐵、銅、鋁、鎳、鉀、 錳金屬離子沉淀出來，調(diào)節(jié)PH值到7后，停止加氨水，再使用水力旋流器分離得鈣鎂離子富集液，鐵沉淀出來以水合氧化鐵FeOOH形式存在,經(jīng)除洛和加熱后可得氧化鐵,氧化鐵作為本工藝的第二種產(chǎn)品；第四步，30-40%的鈣鎂離子富集液常溫下在進入氨吸收塔吸收從再生塔內(nèi)來的氨氣，形成質(zhì)量百分比在11-18%的液氨溶液；第五步，液氨溶液通入C02吸收塔在20-35°條件下吸收C02生成碳酸氫銨/碳酸銨的混合溶液，當(dāng)用質(zhì)量濃度為14%的氨水吸收時，所得碳酸氫銨和碳酸銨的摩爾比為1:1 ;第六步，剩余額60-70%鈣鎂離子液、氨水、碳酸氫銨/碳酸銨的混合溶液一起通入碳酸化反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)沉淀出碳酸鎂/鈣產(chǎn)品，反應(yīng)溫度控制在80-100°，半個小時后鎂離子的碳酸化率為95%，產(chǎn)品為堿式碳酸鎂；反應(yīng)溫度控制在120-140°，半個小時后鎂離子的碳酸化率為85%，則產(chǎn)品為無結(jié)晶水的碳酸鎂；鈣鎂離子液、氨水、碳酸氫銨/碳酸銨的混合溶液的配比保證鎂離子濃度氨水的摩爾濃度碳酸氫銨/碳酸銨的混合溶液中銨的濃度為1:2:1或者1:4:2，第一種濃度適用溫度為120-140°，第二種濃度適用溫度為80-100°，碳酸化反應(yīng)攪拌速率在300-500rpm，反應(yīng)時間為半個小時，反應(yīng)結(jié)束后，經(jīng)水力旋流器實現(xiàn)固液分離，得到純度在97%以上的碳酸鎂、碳酸鈣產(chǎn)品；第七步，分離后得到的尾液先經(jīng)過蒸發(fā)結(jié)晶器得到硫酸銨晶體，通過冷凝器回收蒸發(fā)后的冷卻水，同時回收蒸發(fā)過程中揮發(fā)的氨氣，硫酸銨晶體在再生塔內(nèi)加熱到200°后，放出氨氣，生成硫酸氫銨，反應(yīng)到300°時反應(yīng)完全，反應(yīng)時間控制在15分鐘內(nèi)，再生塔和蒸發(fā)器放出的氨氣全部引入氨吸收塔得氨水，而硫酸氫銨晶體和冷卻水配置硫酸氫銨溶液再次用于礦石溶解。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點I、用液氨在常溫下捕捉CO2生成碳酸銨鹽，無需使用冷氨法，避免CO2解吸和壓縮，直接進入CO2碳酸化反應(yīng)段。2、礦石經(jīng)過粉碎后，直接用可再生銨鹽溶液溶解，無需其他預(yù)處理，且礦石鈣鎂離子浸出率高，I小時可達85%，3小時可達100%。3、碳酸化反應(yīng)在中溫70-90° C和低壓(不超過5bar)條件下進行，降低能耗的同時實現(xiàn)快速強化碳酸化，30分鐘可達到90%的碳酸化率。
4、工藝可生產(chǎn)出3種產(chǎn)品，一為礦石浸出尾礦為純度較高的非晶態(tài)氧化硅，顆粒粒徑在50-300 μ m，可用作工業(yè)填料；二為經(jīng)pH調(diào)節(jié)后沉淀出的鐵和鎳等金屬產(chǎn)品；三為碳酸化反應(yīng)后沉淀得到的高純度碳酸鎂或碳酸鈣(純度97%以上)。5、來自化學(xué)處理的鈣鎂離子浸出液，經(jīng)調(diào)pH值分離除雜后，一部分用于再生氨氣的捕捉，減少了對去離子水的使用，降低了水耗。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作更詳細的說明。實施例I一種二氧化碳捕集與礦化一體化工藝，包括以下步驟第一步，將礦石或者其他富含鈣鎂離子的大宗固廢經(jīng)粉碎機粉碎成小于Imm粒徑 的固體顆粒，再經(jīng)球磨粉機研磨至小于75 μ m礦粉，礦石為蛇紋石，固廢為粉煤灰；第二步，將礦粉同硫酸氫銨(NH4HSO4)溶液反應(yīng)，加料的固液比為50g/l，對應(yīng)的NH4HSO4溶液摩爾濃度按照NH4HSO4與礦石中鎂離子摩爾比I. 4:1配置，礦石浸出的反應(yīng)條件為100下，水蒸氣壓力lbar，攪拌速率800-1200rpm，反應(yīng)時間I個小時,溶解礦石后所得的泥漿經(jīng)水力旋流器或者沉淀池實現(xiàn)固液分離，分離后的尾礦為含氧化硅純度80%以上，粒徑50-100 μ m的粗硅粉，粗硅粉作為本工藝的第一種產(chǎn)品；第三步，分離后的浸出液加氨水調(diào)節(jié)pH值，當(dāng)pH值升到5以后，鐵、銅、鋁、鎳、鉀、錳金屬離子沉淀出來，調(diào)節(jié)PH值到7后，停止加氨水，再使用水力旋流器分離得鈣鎂離子富集液，鐵沉淀出來以水合氧化鐵FeOOH形式存在,經(jīng)除洛和加熱后可得氧化鐵,氧化鐵作為本工藝的第二種產(chǎn)品；第四步，30%的鈣鎂離子富集液常溫下在進入氨吸收塔吸收從再生塔內(nèi)來的氨氣，形成質(zhì)量百分比在11%的液氨溶液；第五步，液氨溶液通入C02吸收塔在20-35°條件下吸收C02生成碳酸氫銨/碳酸銨的混合溶液，當(dāng)用14%的氨水吸收時，所得碳酸氫銨和碳酸銨的摩爾比為1:1 ;第六步，70%鈣鎂離子液、氨水、碳酸氫銨/碳酸銨的混合溶液一起通入碳酸化反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)沉淀出碳酸鎂/鈣產(chǎn)品，反應(yīng)溫度控制在80-100°，半個小時后鎂離子的碳酸化率為95%，產(chǎn)品為堿式碳酸鎂；鈣鎂離子液、氨水、碳酸氫銨/碳酸銨的混合溶液的配比保證鎂離子濃度氨水的摩爾濃度碳酸氫銨/碳酸銨的混合溶液中銨的濃度為1:4:2，，碳酸化反應(yīng)攪拌速率在300-500rpm，反應(yīng)時間為半個小時，反應(yīng)結(jié)束后，經(jīng)水力旋流器實現(xiàn)固液分離，得到純度在97%以上的碳酸鎂、碳酸鈣產(chǎn)品；第七步，分離后得到的尾液先經(jīng)過蒸發(fā)結(jié)晶器得到硫酸銨晶體，通過冷凝器回收蒸發(fā)后的冷卻水，同時回收蒸發(fā)過程中揮發(fā)的氨氣，硫酸銨晶體在再生塔內(nèi)加熱到200°后，放出氨氣，生成硫酸氫銨，反應(yīng)到300°時反應(yīng)完全，反應(yīng)時間控制在15分鐘內(nèi)，再生塔和蒸發(fā)器放出的氨氣全部引入氨吸收塔得氨水，而硫酸氫銨晶體和冷卻水配置硫酸氫銨溶液再次用于礦石溶解。實施例2一種二氧化碳捕集與礦化一體化工藝，包括以下步驟第一步，將礦石或者其他富含鈣鎂離子的大宗固廢經(jīng)粉碎機粉碎成小于I. 5_粒徑的固體顆粒，再經(jīng)球磨粉機研磨至小于150 μ m礦粉，礦石為橄欖石，固廢為鋼渣；第二步，將礦粉同硫酸氫銨(NH4HSO4)溶液反應(yīng)，加料的固液比選用100g/l，對應(yīng)的NH4HSO4溶液摩爾濃度按照NH4HSO4與礦石中鎂離子摩爾比I. 2:1配置，礦石浸出的反應(yīng)條件為135°下，水蒸氣壓力3bar，攪拌速率800-1200rpm，反應(yīng)時間I個小時，溶解礦石后所得的泥漿經(jīng)水力旋流器或者沉淀池實現(xiàn)固液分離，分離后的尾礦為含氧化硅純度80%以上，粒徑100-200 μ m的粗 硅粉，粗硅粉作為本工藝的第一種產(chǎn)品；第三步，分離后的浸出液加氨水調(diào)節(jié)pH值，當(dāng)pH值升到5以后，鐵、銅、鋁、鎳、鉀、錳金屬離子沉淀出來，調(diào)節(jié)PH值到7后，停止加氨水，再使用水力旋流器分離得鈣鎂離子富集液，鐵沉淀出來以水合氧化鐵FeOOH形式存在,經(jīng)除洛和加熱后可得氧化鐵,氧化鐵作為本工藝的第二種產(chǎn)品；第四步，40%鈣鎂離子富集液常溫下在進入氨吸收塔吸收從再生塔內(nèi)來的氨氣，形成質(zhì)量百分比在14%的液氨溶液；第五步，液氨溶液通入C02吸收塔在20-35°條件下吸收C02生成碳酸氫銨/碳酸銨的混合溶液，當(dāng)用14%的氨水吸收時，所得碳酸氫銨和碳酸銨的摩爾比為1:1 ;第六步，60%鈣鎂離子液、氨水、碳酸氫銨/碳酸銨的混合溶液一起通入碳酸化反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)沉淀出碳酸鎂/鈣產(chǎn)品，反應(yīng)溫度控制在120-140°，半個小時后鎂離子的碳酸化率為85%，則產(chǎn)品為無結(jié)晶水的碳酸鎂；鈣鎂離子液、氨水、碳酸氫銨/碳酸銨的混合溶液的配比保證鎂離子濃度氨水的摩爾濃度碳酸氫銨/碳酸銨的混合溶液中銨的濃度為1:2:1碳酸化反應(yīng)攪拌速率在300-500rpm，反應(yīng)時間為半個小時，反應(yīng)結(jié)束后，經(jīng)水力旋流器實現(xiàn)固液分離，得到純度在97%以上的碳酸鎂、碳酸鈣產(chǎn)品；第七步，分離后得到的尾液先經(jīng)過蒸發(fā)結(jié)晶器得到硫酸銨晶體，通過冷凝器回收蒸發(fā)后的冷卻水，同時回收蒸發(fā)過程中揮發(fā)的氨氣，硫酸銨晶體在再生塔內(nèi)加熱到200°后，放出氨氣，生成硫酸氫銨，反應(yīng)到300°時反應(yīng)完全，反應(yīng)時間控制在15分鐘內(nèi)，再生塔和蒸發(fā)器放出的氨氣全部引入氨吸收塔得氨水，而硫酸氫銨晶體和冷卻水配置硫酸氫銨溶液再次用于礦石溶解。實施例3一種二氧化碳捕集與礦化一體化工藝，包括以下步驟第一步，將礦石或者其他富含鈣鎂離子的大宗固廢經(jīng)粉碎機粉碎成2_粒徑的固體顆粒，再經(jīng)球磨粉機研磨至300 μ m礦粉，礦石為蛇紋石，固廢為鋼渣；第二步，將礦粉同硫酸氫銨(NH4HSO4)溶液反應(yīng)，加料的固液比選用150g/l，對應(yīng)的NH4HSO4溶液摩爾濃度按照NH4HSO4與礦石中鎂離子摩爾比I: I配置，礦石浸出的反應(yīng)條件為150°下，水蒸氣壓力4bar，攪拌速率800-1200rpm，反應(yīng)時間I個小時，溶解礦石后所得的泥漿經(jīng)水力旋流器或者沉淀池實現(xiàn)固液分離，分離后的尾礦為含氧化硅純度80%以上，粒徑200-300 μ m的粗硅粉，粗硅粉作為本工藝的第一種產(chǎn)品；第三步，分離后的浸出液加氨水調(diào)節(jié)pH值，當(dāng)pH值升到5以后，鐵、銅、鋁、鎳、鉀、錳金屬離子沉淀出來，調(diào)節(jié)PH值到7后，停止加氨水，再使用水力旋流器分離得鈣鎂離子富集液，鐵沉淀出來以水合氧化鐵FeOOH形式存在,經(jīng)除洛和加熱后可得氧化鐵,氧化鐵作為本工藝的第二種產(chǎn)品；第四步，40%鈣鎂離子富集液常溫下在進入氨吸收塔吸收從再生塔內(nèi)來的氨氣，形成質(zhì)量百分比在11-18%的液氨溶液；第五步，液氨溶液通入C02吸收塔在20-35°條件下吸收C02生成碳酸氫銨/碳酸銨的混合溶液，當(dāng)用14%的氨水吸收時，所得碳酸氫銨和碳酸銨摩爾比為1:1 ;第六步，60%鈣鎂離子液、氨水、碳酸氫銨/碳酸銨的混合溶液一起通入碳酸化反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)沉淀出碳酸鎂/鈣產(chǎn)品，反應(yīng)溫度控制在80-100°，半個小時后鎂離子的碳酸化率為95%，產(chǎn)品為堿式碳酸鎂；反應(yīng)溫度控制在120-140°，半個小時后鎂離子的碳酸化率為85%，則產(chǎn)品為無結(jié)晶水的碳酸鎂；鈣鎂離子液、氨水、碳酸氫銨/碳酸銨的混合溶液的配比保證鎂離子濃度氨水的摩爾濃度碳酸氫銨/碳酸銨的混合溶液中銨的濃度為1:2:1或者1:4:2，第一種濃度適用溫度為120-140°，第二種濃度適用溫度為80-100°，碳酸化反應(yīng)攪拌速率在300-500rpm，反應(yīng)時間為半個小時，反應(yīng)結(jié)束后，經(jīng)水力旋流器實現(xiàn)固液分離，得到純度在97%以上的碳酸鎂、碳酸鈣產(chǎn)品；第七步，分離后得到的尾液先經(jīng)過蒸發(fā)結(jié)晶器得到硫酸銨晶體，通過冷凝器回收蒸發(fā)后的冷卻水，同時回收蒸發(fā)過程中揮發(fā)的氨氣，硫酸銨晶體在再生塔內(nèi)加熱到200° 后，放出氨氣，生成硫酸氫銨，反應(yīng)到300°時反應(yīng)完全，反應(yīng)時間控制在15分鐘內(nèi)，再生塔和蒸發(fā)器放出的氨氣全部引入氨吸收塔得氨水，而硫酸氫銨晶體和冷卻水配置硫酸氫銨溶液再次用于礦石溶解。
權(quán)利要求
1.一種二氧化碳捕集與礦化一體化工藝，其特征在于，包括以下步驟 第一步，將礦石或者其他富含鈣鎂離子的大宗固廢經(jīng)粉碎機粉碎成1-2_粒徑的固體顆粒，再經(jīng)球磨粉機研磨至75-300 μ m礦粉，礦石為蛇紋石或橄欖石，固廢為粉煤灰或鋼渣； 第二步，將礦粉同硫酸氫銨(NH4HSO4)溶液反應(yīng)，加料的固液比選用50-150g/l，對應(yīng)的NH4HSO4溶液摩爾濃度按照NH4HSO4與礦石中鎂離子摩爾比1_1. 4:1配置，礦石浸出的反應(yīng)條件為100-150°下，水蒸氣壓力l_4bar，攪拌速率800-1200rpm，反應(yīng)時間I個小時，溶解礦石后所得的泥漿經(jīng)水力旋流器或者沉淀池實現(xiàn)固液分離，分離后的尾礦為含氧化硅純度80%以上，粒徑50-300 μ m的粗硅粉，粗硅粉作為本工藝的第一種產(chǎn)品； 第三步，分離后的浸出液加氨水調(diào)節(jié)PH值，當(dāng)pH值升到5以后，鐵、銅、鋁、鎳、鉀、錳金屬離子沉淀出來，調(diào)節(jié)PH值到7后，停止加氨水，再使用水力旋流器分離得鈣鎂離子富集液，鐵沉淀出來以水合氧化鐵FeOOH形式存在,經(jīng)除洛和加熱后可得氧化鐵,氧化鐵作為本工藝的第二種產(chǎn)品； 第四步，30-40%的鈣鎂離子富集液常溫下在進入氨吸收塔吸收從再生塔內(nèi)來的氨氣，形成質(zhì)量百分比在11-18%的液氨溶液； 第五步，液氨溶液通入C02吸收塔在20-35°條件下吸收C02生成碳酸氫銨/碳酸銨的混合溶液，當(dāng)用14%的氨水吸收時，所得碳酸氫銨和碳酸銨的摩爾比為1:1 ; 第六步，剩余額60-70%鈣鎂離子液、氨水、碳酸氫銨/碳酸銨的混合溶液一起通入碳酸化反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)沉淀出碳酸鎂/鈣產(chǎn)品，反應(yīng)溫度控制在80-100°，半個小時后鎂離子的碳酸化率為95%，產(chǎn)品為堿式碳酸鎂；反應(yīng)溫度控制在120-140°，半個小時后鎂離子的碳酸化率為85%，則產(chǎn)品為無結(jié)晶水的碳酸鎂；鈣鎂離子液、氨水、碳酸氫銨/碳酸銨的混合溶液的配比保證鎂離子濃度氨水的摩爾濃度碳酸氫銨/碳酸銨的混合溶液中銨的濃度為1:2:1或者1:4:2，第一種濃度適用溫度為120-140°，第二種濃度適用溫度為80-100°，碳酸化反應(yīng)攪拌速率在300-500rpm，反應(yīng)時間為半個小時，反應(yīng)結(jié)束后，經(jīng)水力旋流器實現(xiàn)固液分離，得到純度在97%以上的碳酸鎂、碳酸鈣產(chǎn)品； 第七步，分離后得到的尾液先經(jīng)過蒸發(fā)結(jié)晶器得到硫酸銨晶體，通過冷凝器回收蒸發(fā)后的冷卻水，同時回收蒸發(fā)過程中揮發(fā)的氨氣，硫酸銨晶體在再生塔內(nèi)加熱到200°后，放出氨氣，生成硫酸氫銨，反應(yīng)到300°時反應(yīng)完全，反應(yīng)時間控制在15分鐘內(nèi)，再生塔和蒸發(fā)器放出的氨氣全部引入氨吸收塔得氨水，而硫酸氫銨晶體和冷卻水配置硫酸氫銨溶液再次用于礦石溶解。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種二氧化碳捕集與礦化一體化工藝，其特征在于，包括以下步驟 第一步，將礦石或者其他富含鈣鎂離子的大宗固廢經(jīng)粉碎機粉碎成小于Imm粒徑的固體顆粒，再經(jīng)球磨粉機研磨至小于75 μ m礦粉，礦石為蛇紋石，固廢為粉煤灰； 第二步，將礦粉同硫酸氫銨(NH4HSO4)溶液反應(yīng)，加料的固液比為50g/l，對應(yīng)的NH4HSO4溶液摩爾濃度按照NH4HSO4與礦石中鎂離子摩爾比I. 4:1配置，礦石浸出的反應(yīng)條件為100下，水蒸氣壓力lbar，攪拌速率800-1200rpm，反應(yīng)時間I個小時，溶解礦石后所得的泥漿經(jīng)水力旋流器或者沉淀池實現(xiàn)固液分離，分離后的尾礦為含氧化硅純度80 %以上，粒徑50-100 μ m的粗硅粉，粗硅粉作為本工藝的第一種產(chǎn)品；第三步，分離后的浸出液加氨水調(diào)節(jié)PH值，當(dāng)pH值升到5以后，鐵、銅、鋁、鎳、鉀、錳金屬離子沉淀出來，調(diào)節(jié)PH值到7后，停止加氨水，再使用水力旋流器分離得鈣鎂離子富集液，鐵沉淀出來以水合氧化鐵FeOOH形式存在,經(jīng)除洛和加熱后可得氧化鐵,氧化鐵作為本工藝的第二種產(chǎn)品； 第四步，30%的鈣鎂離子富集液常溫下在進入氨吸收塔吸收從再生塔內(nèi)來的氨氣，形成質(zhì)量百分比在11%的液氨溶液； 第五步，液氨溶液通入C02吸收塔在20-35°條件下吸收C02生成碳酸氫銨/碳酸銨的混合溶液，當(dāng)用14%的氨水吸收時，所得碳酸氫銨和碳酸銨的摩爾比為1:1 ; 第六步，70%鈣鎂離子液、氨水、碳酸氫銨/碳酸銨的混合溶液一起通入碳酸化反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)沉淀出碳酸鎂/鈣產(chǎn)品，反應(yīng)溫度控制在80-100°，半個小時后鎂離子的碳酸化率為95%，產(chǎn)品為堿式碳酸鎂；鈣鎂離子液、氨水、碳酸氫銨/碳酸銨的混合溶液的配比保證鎂離子濃度氨水的摩爾濃度碳酸氫銨/碳酸銨的混合溶液中銨的濃度為1:4:2，，碳酸化反應(yīng)攪拌速率在300-500rpm，反應(yīng)時間為半個小時，反應(yīng)結(jié)束后，經(jīng)水力旋流器實現(xiàn)固液分離，得到純度在97%以上的碳酸鎂、碳酸鈣產(chǎn)品； 第七步，分離后得到的尾液先經(jīng)過蒸發(fā)結(jié)晶器得到硫酸銨晶體，通過冷凝器回收蒸發(fā)后的冷卻水，同時回收蒸發(fā)過程中揮發(fā)的氨氣，硫酸銨晶體在再生塔內(nèi)加熱到200°后，放出氨氣，生成硫酸氫銨，反應(yīng)到300°時反應(yīng)完全，反應(yīng)時間控制在15分鐘內(nèi)，再生塔和蒸發(fā)器放出的氨氣全部引入氨吸收塔得氨水，而硫酸氫銨晶體和冷卻水配置硫酸氫銨溶液再次用于礦石溶解。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種二氧化碳捕集與礦化一體化工藝，其特征在于，包括以下步驟 第一步，將礦石或者其他富含鈣鎂離子的大宗固廢經(jīng)粉碎機粉碎成小于I. 5_粒徑的固體顆粒，再經(jīng)球磨粉機研磨至小于150 μ m礦粉，礦石為橄欖石，固廢為鋼渣； 第二步，將礦粉同硫酸氫銨(NH4HSO4)溶液反應(yīng)，加料的固液比選用100g/l，對應(yīng)的NH4HSO4溶液摩爾濃度按照NH4HSO4與礦石中鎂離子摩爾比I. 2:1配置，礦石浸出的反應(yīng)條件為135°下，水蒸氣壓力3bar，攪拌速率800-1200rpm，反應(yīng)時間I個小時，溶解礦石后所得的泥漿經(jīng)水力旋流器或者沉淀池實現(xiàn)固液分離，分離后的尾礦為含氧化硅純度80%以上，粒徑100-200 μ m的粗硅粉，粗硅粉作為本工藝的第一種產(chǎn)品； 第三步，分離后的浸出液加氨水調(diào)節(jié)PH值，當(dāng)pH值升到5以后，鐵、銅、鋁、鎳、鉀、錳金屬離子沉淀出來，調(diào)節(jié)PH值到7后，停止加氨水，再使用水力旋流器分離得鈣鎂離子富集液，鐵沉淀出來以水合氧化鐵FeOOH形式存在,經(jīng)除洛和加熱后可得氧化鐵,氧化鐵作為本工藝的第二種產(chǎn)品； 第四步，40%鈣鎂離子富集液常溫下在進入氨吸收塔吸收從再生塔內(nèi)來的氨氣，形成質(zhì)量百分比在14%的液氨溶液； 第五步，液氨溶液通入C02吸收塔在20-35°條件下吸收C02生成碳酸氫銨/碳酸銨的混合溶液，當(dāng)用14%的氨水吸收時，所得碳酸氫銨和碳酸銨的摩爾比為1:1 ; 第六步，60%鈣鎂離子液、氨水、碳酸氫銨/碳酸銨的混合溶液一起通入碳酸化反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)沉淀出碳酸鎂/鈣產(chǎn)品，反應(yīng)溫度控制在120-140°，半個小時后鎂離子的碳酸化率為85%，則產(chǎn)品為無結(jié)晶水的碳酸鎂；鈣鎂離子液、氨水、碳酸氫銨/碳酸銨的混合溶液的配比保證鎂離子濃度氨水的摩爾濃度碳酸氫銨/碳酸銨的混合溶液中銨的濃度為1:2:1碳酸化反應(yīng)攪拌速率在300-500rpm，反應(yīng)時間為半個小時，反應(yīng)結(jié)束后，經(jīng)水力旋流器實現(xiàn)固液分離，得到純度在97%以上的碳酸鎂、碳酸鈣產(chǎn)品； 第七步，分離后得到的尾液先經(jīng)過蒸發(fā)結(jié)晶器得到硫酸銨晶體，通過冷凝器回收蒸發(fā)后的冷卻水，同時回收蒸發(fā)過程中揮發(fā)的氨氣，硫酸銨晶體在再生塔內(nèi)加熱到200°后，放出氨氣，生成硫酸氫銨，反應(yīng)到300°時反應(yīng)完全，反應(yīng)時間控制在15分鐘內(nèi)，再生塔和蒸發(fā)器放出的氨氣全部引入氨吸收塔得氨水，而硫酸氫銨晶體和冷卻水配置硫酸氫銨溶液再次用于礦石溶解。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種二氧化碳捕集與礦化一體化工藝，其特征在于，包括以下步驟 第一步，將礦石或者其他富含鈣鎂離子的大宗固廢經(jīng)粉碎機粉碎成2_粒徑的固體顆粒，再經(jīng)球磨粉機研磨至300 μ m礦粉，礦石為蛇紋石，固廢為鋼渣； 第二步，將礦粉同硫酸氫銨(NH4HSO4)溶液反應(yīng)，加料的固液比選用150g/l，對應(yīng)的NH4HSO4溶液摩爾濃度按照NH4HSO4與礦石中鎂離子摩爾比I: I配置，礦石浸出的反應(yīng)條件為150°下，水蒸氣壓力4bar，攪拌速率800-1200rpm，反應(yīng)時間I個小時，溶解礦石后所得的泥漿經(jīng)水力旋流器或者沉淀池實現(xiàn)固液分離，分離后的尾礦為含氧化硅純度80%以上，粒徑200-300 μ m的粗硅粉，粗硅粉作為本工藝的第一種產(chǎn)品； 第三步，分離后的浸出液加氨水調(diào)節(jié)PH值，當(dāng)pH值升到5以后，鐵、銅、鋁、鎳、鉀、錳金屬離子沉淀出來，調(diào)節(jié)PH值到7后，停止加氨水，再使用水力旋流器分離得鈣鎂離子富集液，鐵沉淀出來以水合氧化鐵FeOOH形式存在,經(jīng)除洛和加熱后可得氧化鐵,氧化鐵作為本工藝的第二種產(chǎn)品； 第四步，40%鈣鎂離子富集液常溫下在進入氨吸收塔吸收從再生塔內(nèi)來的氨氣，形成質(zhì)量百分比在11-18%的液氨溶液； 第五步，液氨溶液通入C02吸收塔在20-35°條件下吸收C02生成碳酸氫銨/碳酸銨的混合溶液，當(dāng)用14%的氨水吸收時，所得碳酸氫銨和碳酸銨的摩爾比為1:1 ; 第六步，60%鈣鎂離子液、氨水、碳酸氫銨/碳酸銨的混合溶液一起通入碳酸化反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)沉淀出碳酸鎂/鈣產(chǎn)品，反應(yīng)溫度控制在80-100°，半個小時后鎂離子的碳酸化率為95%,產(chǎn)品為堿式碳酸鎂；反應(yīng)溫度控制在120-140° ,半個小時后鎂離子的碳酸化率為85%，則產(chǎn)品為無結(jié)晶水的碳酸鎂；鈣鎂離子液、氨水、碳酸氫銨/碳酸銨的混合溶液的配比保證鎂離子濃度氨水的摩爾濃度碳酸氫銨/碳酸銨的混合溶液中銨的濃度為1:2:1或者1:4:2，第一種濃度適用溫度為120-140°，第二種濃度適用溫度為80-100°，碳酸化反應(yīng)攪拌速率在300-500rpm，反應(yīng)時間為半個小時，反應(yīng)結(jié)束后，經(jīng)水力旋流器實現(xiàn)固液分離，得到純度在97%以上的碳酸鎂、碳酸鈣產(chǎn)品； 第七步，分離后得到的尾液先經(jīng)過蒸發(fā)結(jié)晶器得到硫酸銨晶體，通過冷凝器回收蒸發(fā)后的冷卻水，同時回收蒸發(fā)過程中揮發(fā)的氨氣，硫酸銨晶體在再生塔內(nèi)加熱到200°后，放出氨氣，生成硫酸氫銨，反應(yīng)到300°時反應(yīng)完全，反應(yīng)時間控制在15分鐘內(nèi)，再生塔和蒸發(fā)器放出的氨氣全部引入氨吸收塔得氨水，而硫酸氫銨晶體和冷卻水配置硫酸氫銨溶液再次用于礦石溶解。
全文摘要
一種二氧化碳捕集與礦化一體化工藝，使用可再生銨鹽(NH4HSO4)從礦石或者固廢中得富含鈣鎂離子浸出液，浸出剩余礦渣為氧化硅含量極高的小粒徑，浸出液分離除雜提純貴重金屬后，部分溶液直接用于再生氨氣的捕集得含鈣鎂的富氨液，富氨液常溫捕捉CO2生成碳酸銨鹽，再與另一部分浸出液快速反應(yīng)沉淀出高純度的碳酸鎂(鈣)鹽產(chǎn)品，而尾液進一步加熱處理再生出銨鹽(NH4HSO4)和氨氣供礦石預(yù)處理和CO2捕捉，本發(fā)明完全閉合循環(huán)減少了化學(xué)藥劑用量和三廢，避免了傳統(tǒng)CO2捕集解吸和壓縮兩個高能耗步驟，且每一步效率都在90％以上，同時使用電廠廢熱來幫助銨鹽再生，減低了工藝的總能耗。
文檔編號C01F11/18GK102794093SQ20121028869
公開日2012年11月28日 申請日期2012年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月14日
發(fā)明者王曉龍, 許世森, 郜時旺, 劉練波, 王金意 申請人:中國華能集團清潔能源技術(shù)研究院有限公司