一种钢渣资源化固定CO₂的方法

专利名称：一种钢渣资源化固定CO₂的方法
技术领域：
本发明属于节能减排及资源综合利用领域，涉及ー种钢渣资源化及固定CO2的节能技术，提供一种钢渣固定CO2的方法。
背景技术：
随着化石能源的大量消耗，CO2排放量逐年递增，温室效应也愈发加剧，给人类生存环境带来巨大的危害。预计未来10年，中国经济将继续保持较快的发展势头，对能源的消耗和碳的排放总量也将提高，因此，CO2减排势在必行。一方面可以通过开发清洁能源或改进生产方式等手段降低能耗，即从源头上減少CO2的产出；另一方面是后期对CO2的治理， 主要是CO2大規模储存与固定技术，主要包括地质储存、海洋储存以及矿物碳酸化固定等多种方式。钢渣是钢铁生产的副产品，矿物成分比较复杂，可作为CO2碳酸化固定的原料，主要矿物组成为硅酸三钙、硅酸ニ钙、钙镁橄榄石、游离CaO和MgO等。钢渣处理方法呈现多样化，主要有弃渣法、热泼法、盘泼淬冷法、风淬法、水淬法、热闷法及滚筒法等，水淬法是目前处理钢渣的主流方法之一。我国毎年的钢渣排放量非常大，2008年排放量约为6357万吨，但有效利用率很低，仅为20%。目前钢渣积存量已近I亿吨。钢渣含有较多游离CaO和MgO，造成钢渣的稳定性不良，是钢渣难以规模化应用的主要制约因素之一。因此，加强对固体废弃物的处理和资源化利用，已成为亟待解决的问题之一。钢渣碳酸化固定CO2引起了很多研究工作者的兴趣，然而目前钢渣碳酸化固定CO2过程存在的主要障碍是，钢渣原料直接与CO2气体反应，在气-固体系中，气体在多孔材料内部的传递受限，造成化学反应与传质不匹配，钢渣原料需经过预处理，或研磨，或用浸出液浸出Ca，Mg等，过程能耗高，经济性不好。鉴于目前的研究现状及存在问题，本发明提供一种水淬钢渣资源化固定CO2的方法，主要着眼于目前エ业钢渣水淬处理过程，钢渣水淬过程与CO2固定过程耦合，将CO2永久固化储存在钢渣中。钢渣水淬的原理是高温液态钢渣在流出和下降的过程中被高速水流分割、击碎，当高温钢渣遇水急冷收缩产生应カ集中而破碎、粉化，并在此时进行热交換，使钢渣在水幕中被粒化。由于我国毎年钢渣产量十分巨大，因而采用水淬钢渣固化的CO2量将十分可观。本发明的特点是钢渣体系本身就具有固化CO2的能力，在钢渣水淬过程中，基本不用为CO2的固化添加额外的材料和増加制备难度，水淬钢渣原料具有较高的反应活性，不需进行预处理。由于钢渣在水淬过程中被水和高速CO2流股分割、击碎，使其粒化，形成渣浆，不需要为提高碳酸化活性再进行额外的破碎，因而经济性高。同吋，由于矿物颗粒细小，能进ー步提高碳酸化反应的速率和程度，从而加强吸收CO2的能力。水淬钢渣碳化反应为放热反应，由于水淬钢渣量大，使得其内温度高；反应温度的适当提高均有利于加速矿物碳化反应的速率。
本发明不仅解决了钢渣难以规模化有效利用的难题，而且真正实现了低成本固定CO2,以废制废并变废为宝，有望成为破解全球低碳难题的一把新钥匙。

发明内容
本发明提供了ー种以钢渣固定CO2的方法，其基本原理是将钢渣水淬过程与CO2固定过程耦合，钢渣在压カ下分割、击碎中进行粒化，水化后钢渣活性増加，使钢渣碳酸化固定CO2，水淬促进了传质过程，气-液反应体系的传质优于气-固体系，这都促进钢渣的碳酸化过程。有利于大宗固体废弃物碳酸化固定CO2并实现资源循环利用。本发明的エ艺流程为转炉产生的高温液态钢渣倒入专用的渣罐中，渣罐车将其运至水渣跨水淬点，渣罐在水淬点由支撑架支撑，用倾动卷扬倾翻，开启水泵在水淬喷嘴形成高速喷射的水幕，渣罐以前方支柱为中心倾翻实现水淬，钢渣缓慢流下落在高速喷射的水幕上被击碎粒化后进入水淬池和沉淀池，同时用高速CO2流股对液态钢渣冲击、分割，粒化，达到双重粒化钢渣作用；co2与钢渣中可碳化组分进行反应，在熔融和半熔融渣粒落入水池 中冷却时促进渣中钙镁等可碳化组分的消解反应，生成碳酸钙或碳酸镁，使得CO2碳酸化固定在钢渣中，同时粒化和冷却过程使钢渣中的不稳定相基本消失，钢渣的潜在活性提高，再由天车抓斗捞起运到水淬洛地坪进行滤水，滤水后的水淬洛由汽车运到用户点使用，水淬后的水进入沉淀池，沉淀后流入热水井，由冷却塔将水冷却后进入冷水池后循环使用。对于30 300吨转炉，水淬钢渣水淬固定CO2的方法，其水淬水压カ为O. I 5MPa，渣水比I : I I : 20，CO2工作压カ为O. I IMPa，吨渣耗气量为10 lOONm3，处理能力为I 10t/min。本エ艺CO2的来源可利用转炉煤气经回收处理获得的CO2，亦可以采用自然界的天然CO2资源或各种エ业炉窑的废气回收处理后获得的CO2为气源。本发明的优点在于ー方面起到固化温室气体CO2的环保作用，另ー方面在基本不增加钢渣水淬エ艺难度的基础上，有效地处理钢渣，这将改善钢渣性能使其可制成高附加值产品如钢渣水泥，钢渣砖等，为钢渣的资源化利用开辟了一条新途径。


图I为本发明的水淬钢渣固定CO2的エ艺流程图。包括转炉I、渣罐接渣系统2、倾翻平台3、水淬系统4、0)2喷吹系统5、水淬池6、地坪滤水7及用户8。主要エ艺流程是从转炉I排出的高温熔渣经由渣罐接渣系统2后运至倾翻平台3，然后进入水淬系统4，水淬高温熔渣与从CO2喷吹系统5中高速CO2,水淬钢渣与高速CO2进行对流，CO2被吸收，反应后的钢渣进入水淬池6，然后经天车抓斗进入地坪滤水7，再由天车抓斗外运至用户8使用。钢渣性能得到改善使其可制成高附加值产品，储存CO2的同时为钢渣的资源化利用开辟了一条新途径。
具体实施例方式实施例I.100吨转炉，钢渣水淬固定CO2エ艺，水淬水压カ为O. 3MPa，渣水比I : 10，CO2エ作压カ为O. 3MPa，吨渣耗气量为35Nm3，处理能力为3t/min。采用此种方法处理I小时，每吨钢渣可固定CO2为187kg。实施例2.300吨转炉，钢渣水淬固定CO2エ艺，水淬水压カ为O. 5MPa，渣水比I : 15，CO2エ 作压カ为O. 6MPa，吨渣耗气量为60Nm3，处理能力为7t/min。采用此种方法处理I小时，每吨钢渣可固定CO2为250kg。
权利要求
1.一种钢渣资源化固定CO2的方法，其特征是将钢渣水淬过程与CO2固定过程耦合，钢渣被高速喷射的水幕和高速CO2流股冲击、分割，粒化，双重粒化钢渣，水淬过程中CO2与钢渣中可碳化组分进行反应，促进渣中钙镁等可碳化组分的反应，使得CO2碳酸化固定在钢渣中，同时粒化和冷却过程使钢渣中的不稳定相基本消失，钢渣的潜在活性提高，使钢渣规模化有效利用。
2.按照权利要求I所述的方法，将钢渣水淬过程与CO2固定过程耦合工艺，对于30 300吨转炉，水淬钢渣水淬封存CO2的方法，其水淬水压力为0.1 5MPa，渣水比I : I I 20，0)2工作压力为0.1 11\0^，吨渣耗气量为10 100^113，处理能力为1 10丨/111111。
3.按照权利要求I所述的方法，所述CO2来源于转炉煤气经回收处理获得的CO2，或采用自然界的天然CO2资源或各种工业炉窑的废气回收处理后获得的co2。
全文摘要
本发明涉及一种钢渣资源化固定CO2的方法，属于节能减排及资源综合利用领域，提供一种钢渣资源化及固定CO2的节能减排技术。将钢渣水淬过程与CO2固定过程耦合，使得CO2永久固化储存在钢渣中。本发明一方面起到固化温室气体CO2的环保作用，另一方面在基本不增加钢渣水淬工艺难度的基础上，有效地处理钢渣，改善钢渣性能使其可制成高附加值产品，为钢渣的资源化利用开辟了一条新途径。不仅解决了钢渣难以规模化有效利用的难题，而且真正实现了低成本固化CO2，以废制废并变废为宝，有望成为破解全球低碳难题的一把新钥匙，具有显著的经济和社会效益。
文档编号B01D53/62GK102671519SQ20121016920
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月29日 优先权日2012年5月29日
发明者张军玲, 李树庆, 潘贻芳, 王丽娜, 袁章福, 赵宏欣, 齐涛 申请人:中国科学院过程工程研究所