钢渣尾渣间接碳酸化固定CO2与资源化利用新工艺基础研究

本项目以钢渣尾渣为固碳原料，面向我国钢铁行业多点源CO2排放的低成本、低环境风险固定与大宗固体废弃物资源循环利用技术创新的迫切需求，提出了乙酸盐水溶液-高浓乙酸-TBP多相复合溶液新体系中钢渣尾渣间接碳酸化固定CO2的新工艺。通过多学科研究方法综合交叉，深入开展新体系反应及相平衡规律，钢渣尾渣中固碳元素选择性浸出与杂质控制，碳酸化反应结晶耦合过程的反应机理、动力学及过程放大规律，碳酸钙产品调控与关键设备放大规律，新体系过程建模与系统集成等关键科学问题研究，建立钢渣尾渣固碳元素选择性浸出-碳酸化过程强化－介质高效循环－资源多组份综合利用的CO2间接矿物碳酸化固定与资源化利用新方法、新工艺，为利用大宗固体废弃物碳酸化固定CO2并实现资源循环利用提供理论基础。

本项目耦合钢渣尾渣资源化利用与大规模固定温室气体CO2，提出采用多相复合溶剂新体系实现钢渣尾渣中钙镁组分高效选择性分离、相转移强化碳酸化转化生产高附加值碳酸盐产品、及介质高效直接再生循环的新工艺。在项目执行期内，开展了乙酸盐水溶液-高浓乙酸-TBP多相复合溶剂新体系物化数据测定、各组分离子活度系数拟合与模型建立、新体系中CO2溶解度测定等基础研究，深入研究了钢渣尾渣选择性浸出过程反应机理与动力学规律、强化碳酸化反应机理和热力学平衡计算研究、强化碳酸化过程碳酸钙产品晶型和形貌调控规律，以及钢渣尾渣间接碳酸化固定CO2新工艺过程工艺优化、过程放大规律及系统模拟与集成优化等关键科学问题，从而为新工艺的进一步工业应用提供了充足的基础理论依据。. 本项目取得的主要研究成果包括：（1）开发了多相复合溶剂新体系中钢渣尾渣中主要固碳元素高效选择性浸出新工艺，可实现钢渣尾渣中钙镁组分高效选择性浸出，其中钙浸出率可达75%，铝、硅、铁等杂质元素不浸出，具有固碳组分浸出效率高、选择性高以及反应介质能直接循环利用等特点。进一步深入明晰了多相复合介质体系钢渣尾渣选择性浸出过程反应机理，构建了动力学模型。初步建立了新工艺的基础理论与方法。（2）开发了多相复合溶剂体系中强化碳酸化转化新工艺，将乙酸萃取过程与碳酸化反应结晶过程耦合，实现碳酸化转化率从文献报道的20%提高到60%以上。新工艺显示出碳酸化转化效率高、反应条件温和、产品质量容易调控等特点，可进一步应用于其他高附加值碳酸盐产品的规模化制备。（3）开发了间接碳酸化过程碳酸钙产品质量调控方法与技术，以钢渣尾渣为原料，批量制备出文石型短棒状特种纳米碳酸钙产品，初步应用于汽车面漆行业替代价格昂贵的钛白粉，显示出良好的应用效果和市场前景。（4）建立了2套试验平台，分别为基于恒定容积法的高压相平衡数据测定装置，以及百吨级强化碳酸化反应扩试装置，为新工艺由基础研究到工业放大提供了有力的支撑条件。（5）相关基础研究进一步得到国家重大“863”项目课题资助，并与企业合作,拟建立千吨级中试生产线。（6）已经发表研究论文5篇，投递3篇，获得中国发明专利授权2项，申请中国发明专利2项，开展了相关国际交流。