一种干法脱硫灰固化二氧化碳的方法与流程

本发明涉及一种干法脱硫灰固化二氧化碳的方法，尤其是一种利用电厂干法脱硫灰固定二氧化碳并实现永久地下封存的方法，属环境工程技术领域。

背景技术：

二氧化碳产生的温室效应已经成为全球最为热点的大气环境问题，国际社会就控制温室气体排放和减缓全球变暖开展了广泛的技术研发与实践。据国际气候环境研究中心报告，2015年中国的二氧化碳排放总量已经居世界首位，中国政府在《联合国气候变化框架公约》的第21次缔约会中作出承诺，2030年我国单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降60％-65％，因此，我国的减排压力巨大。

我国作为煤炭主要消费国，煤炭在开发、加工与利用中不仅产生大量的二氧化碳，还产生大量的固体废弃物，其中煤矸石和燃煤电厂的干法脱硫灰、粉煤灰、煤灰渣是排放量最大最集中的固体废物。预计到2020年，我国粉煤灰的年总排放量加上目前我国已有的20亿吨粉煤灰累积堆存量，总的将会达到30多亿吨，给我国的国民经济建设及生态环境造成巨大的压力。目前国内对于干法脱硫灰的综合利用主要在化工、建材、农业等行业，环保行业也有一定的应用，主要在污水处理以及烟气脱硫行业。因此，这些干法脱硫灰都用来吸收二氧化碳，对发展干法脱硫灰的综合利用新途径具有重要意义。

现有的利用钙基固体材料吸收二氧化碳有干法与湿法两种，其中干法是直接的气固反应，通常需要在非常苛刻的条件，这种方法不太经济；湿法是碳酸化反应在溶液介质中进行，反应条件更为温和，但是干法脱硫灰中的有效成分较低，Al₂O₃等惰性成分对反应的影响非常大，本发明可降低干法脱硫灰中惰性成分对二氧化碳固化的影响，提高干法脱硫灰吸收二氧化碳的量。

技术实现要素：

技术问题：本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种干法脱硫灰固化二氧化碳的方法，利用酸将干法脱硫灰中的Fe³⁺、Al³⁺溶出；再调节溶液的pH值至合适的范围使得Fe³⁺、Al³⁺形成沉淀而分离掉，从而将干法脱硫灰中的Fe³⁺、Al³⁺去除；去除掉Fe³⁺、Al³⁺的干法脱硫灰在高盐溶液中与二氧化碳发生碳酸化反应，从而终实现二氧化碳的固化。

技术方案：本发明的干法脱硫灰固化二氧化碳的方法，包括如下步骤：

a.将干法脱硫灰与高盐度的地下水配置成浆液，每100g干法脱硫灰添加1000ml地下水并搅拌均匀；

b.向浆液中加入稀硫酸，调节浆液的pH至4.0-5.0，使干法脱硫灰中的Fe³⁺、Al³⁺以及部分Ca²⁺析出并溶于液体中；

c.用滤纸对浆液进行过滤，使浆液被分离为滤液和浆渣，滤液中含有Fe³⁺、Al³⁺和Ca²⁺；

d.向分离出的滤液中加入NaOH溶液，调节滤液的pH值至5.5-6.3，使Fe³⁺、Al³⁺反应并生成沉淀；

e.将沉淀物从滤液中分离，分离出的沉淀物可用于提炼Al、Fe金属材料；

f.将分离去除沉淀物的滤液与浆渣混合，配置成不含有Fe³⁺、Al³⁺的干法脱硫灰新浆液；

g.将不含有Fe³⁺、Al³⁺的新浆液置于高压反应釜中，设定反应温度和反应压力，通入二氧化碳气体进行反应，每隔30秒记录一次高压反应釜的压力变化，当高压反应釜内压力不再变化时，二氧化碳的固化反应结束；

h.将反应结束后的混合物取出与煤矸石、水泥按照质量百分比2:1:1混合，作为矿井充填物填入开采后的废弃矿井，从而实现二氧化碳的永久封存。

所述的设定反应温度为50-90℃。

所述的反应压力设定为3-6Mpa。

所述的高盐度的含盐量为2000-8000mg/l。

有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明利用干法脱硫灰固化二氧化碳，在酸性溶液中Fe³⁺、Al³⁺溶出，而在pH值至5.5-6.3的溶液体系中，Fe³⁺、Al³⁺生成Fe(OH)₃、Al(OH)₃沉淀，将干法脱硫灰中的Fe³⁺、Al³⁺去除，从而消除Fe³⁺、Al³⁺对湿法固定二氧化碳的影响，大大提高二氧化碳的固化效果。其方法简单、操作方便、稳定可靠，原材料获取方便，二氧化碳固化效率高，可实现二氧化碳的永久地质封存。

具体实施方式

本发明的干法脱硫灰固化二氧化碳的方法：

将100g干法脱硫灰与1000ml高盐度地下水完全混合配置成混合浆液，高盐度地下水的溶解性总固体在2000-8000mg/l；向混合浆液中滴入稀硫酸调节其pH至4.0-5.0，在此pH范围内，干法脱硫灰中的Fe³⁺、Al³⁺以及部分Ca²⁺溶出进入到溶液中；利用滤纸将混合浆液过滤，将混合浆液分离成滤液和浆渣两个部分，滤液中含有Fe³⁺、Al³⁺和Ca²⁺，溶出Fe³⁺、Al³⁺和部分Ca²⁺的干法脱硫灰浆渣待用；向收集的滤液中添加适量的NaOH溶液，调节滤液的pH值至5.5-6.3，在此pH范围内滤液中的Fe³⁺、Al³⁺为生成Fe(OH)₃、Al(OH)₃沉淀，Ca²⁺不发生沉淀；将Fe(OH)₃和Al(OH)₃沉淀物从滤液中分离，分离出来的沉淀物可用于提炼Al、Fe金属材料重新利用；将去除Fe³⁺、Al³⁺的滤液与浆渣重新混合，充分搅拌后配置成不含有Fe³⁺、Al³⁺的干法脱硫灰新浆液；将新浆液转移置于高压反应釜中，开通与高压反应釜相连的二氧化碳气瓶阀门，向高压反应釜中通入二氧化碳气体进行反应，反应温度范围为50-90℃，反应的初始压力设定为3-6MPa，反应开始后每隔30秒记录一次高压反应釜的压力变化，当高压反应釜内压力不再变化时二氧化碳固化反应结束；将反应结束后的混合物取出与煤矸石、水泥按照质量百分比为2:1:1混合，混合物作为矿井充填物填入开采后的废弃矿井，最终实现二氧化碳的永久地质封存。