一种利用镁还原渣封存二氧化碳生产轻质碳酸镁并联产碳酸钙的方法与流程

本发明涉及一种利用镁还原渣封存二氧化碳生产轻质碳酸镁并联产碳酸钙的方法，属于无机盐化工和化肥生产领域。

背景技术：

1、根据政府间气候变化专门委员会(ipcc)报告指出，自20世纪中叶以来，对化石燃料的大量使用导致以二氧化碳为主的大气温室气体含量不断上升，这一现象与全球气候变化有着密切的关系。为了防止全球气候变化导致的环境恶化进一步加剧，需要从“源”和“汇”两方面入手使大气中的二氧化碳含量稳定下来。由于化石燃料在现在甚至未来很长一段时间处于主导地位，煤、油、气是主要的能源，另外，可再生能源在未来的几十年价格依旧比较昂贵，并不能大面积推广，这就导致在源头方面无法充分地减少二氧化碳排进大气。因此，对工业烟气中的二氧化碳进行捕获与封存脱颖而出，已成为国内外关注和研究的焦点。

2、镁还原渣是硅热法炼镁产生的一种工业废渣，据统计，生产1t原镁会产生5.5-10t的镁还原渣。镁渣基本上是露天堆放，自然缓慢冷的镁渣为粉尘状，巨大的堆存量会产生大量粉尘污染环境，同时镁渣的吸潮性会造成土壤板结、碱化等环境问题。目前镁还原渣主要应用在水泥、混凝土中，可作为矿化剂促进水泥熟料的烧成，作为原料配置水泥生料或者利用其水硬成为水泥混合材。但《镁渣硅酸盐水泥标准》(gb/t23933-2009)对水泥中镁渣的镁含量、活性等指标做出要求，国内硅热法工艺水平层次不齐，很多工厂镁渣达不到国标要求，难以利用。

3、镁还原渣中硅、镁、钙含量较高，可以用来吸收烟气中的二氧化碳，并生成具有经济效益的钙镁碳酸盐，在实现减排的同时，对解决镁还原渣污染问题也具有重大意义。

4、轻质碳酸镁在精细化工、耐火材料、橡胶工业、涂料工业、医药、食品、轻工业搪瓷、陶瓷等诸多领域有着重要的应用，碳酸钙在化工上有着广泛的应用和大量的需求，比如油墨、塑料、橡胶、造纸等行业。目前，我国轻质碳酸镁的生产主要依靠煅烧菱镁矿，碳酸钙的生产则主要是煅烧石灰石，都存在能耗高、产品质量差等缺点。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种利用镁还原渣封存工业烟气(如：水泥厂烟气、火电厂烟气等)中的二氧化碳，用来制备轻质碳酸镁并联产碳酸钙的方法。该方法成本低廉，能实现镁还原渣的零排放和高值化应用，并且操作性强，易于实现工业化。

2、技术方案

3、本发明以镁还原渣为原料，通过酸性铵盐溶液提取分离镁还原渣中的钙、镁元素，浸取液中通入工业烟气吸收二氧化碳，分离钙元素并生成副产品碳酸钙，接着将沉淀后滤液继续用铵盐溶液浸取，循环重复浸取沉淀过程，使得浸取液中钙元素不断分离沉淀，镁元素逐渐富集在浸取液中，最后将沉淀后滤液通过调节ph、温度，使得镁离子饱和结晶，得到轻质碳酸镁产品。通过该工艺可实现镁还原渣的零排放和高值化利用。在提取碳酸钙后，将反应生成的铵盐余液送回浸取反应釜，可对镁还原渣进行再吸收，通过铵盐溶液的循环利用，减少工业经济成本，提高原料利用率。详细技术方案如下：

4、一种利用镁还原渣封存二氧化碳生产轻质碳酸镁并联产碳酸钙的方法，包括如下步骤：

5、(1)将酸性铵盐溶液加入到浸取反应釜中，然后以50-300g/l的固液比加入镁还原渣，搅拌反应并控制溶液ph值为8.5-10.5，结束后固液分离，得到母液ⅰ和滤渣；

6、(2)将母液ⅰ通入沉淀反应釜，并加热至25-60℃，然后往母液i中通入工业烟气，充分搅拌，当反应液中ph值降到8时停止烟气通入，固液分离，得到母液ⅱ和碳酸钙粗品，将碳酸钙粗品进行洗涤、干燥，得到碳酸钙；

7、(3)将步骤(1)得到的滤渣和步骤(2)得到的母液ⅱ作为原料送回浸取反应釜中，重复步骤(1)和步骤(2)，得到碳酸钙产品和母液ⅲ；

8、(4)将母液ⅲ和镁还原渣加入到浸取反应釜，重复步骤(1)-(3)3-6次，直至溶液中镁离子浓度大于0.1mol/l，得到碳酸钙和母液iv；

9、(5)将母液iv通入沉淀反应釜，加入氨水调ph值为7.3-8.5，通入工业烟气进行搅拌反应，并加入氨水维持体系ph值为7.3-8.5，反应结束后固液分离，得到母液v和碳酸钙；

10、(6)往母液v中加入氨水，调ph值为9-9.5，通入工业烟气进行搅拌反应，反应过程控制体系ph稳定在9-9.5，待溶液浑浊后固液分离，干燥，得到轻质碳酸镁；

11、步骤(1)中，所述镁还原渣为镁厂硅热法炼镁产生的一种工业废渣，其中含有质量分数50％-60％的氧化钙、30％-40％的二氧化硅、4％-10％的氧化镁，1％-5％的氧化铝，钙主要以硅酸二钙形式赋存，镁主要以氧化镁、镁硅化合物形式赋存，镁还原渣粒度主要在50-500目之间。

12、进一步，步骤(1)中，所述酸性铵盐溶液中含有0.5-8mol/l的氯化铵、0.5-4mol/l的硝酸铵、0.01-1mol/l的盐酸和0.5-4mol/l的醋酸。该浸取剂不仅成本较低，而且能够在浸出阶段高效地提取镁还原渣中镁、钙、铁等元素，方便后期碳化沉淀提取。

13、进一步，步骤(1)中，所述搅拌反应的温度为20-40℃，时间为20-60min。

14、进一步，步骤(3)中，重复步骤(1)和步骤(2)的次数为2-5次。对同一批镁还原渣进行多次浸取同时进行多批浸取，从而最大程度的提取钢渣中的镁、钙。

15、进一步，步骤(6)中，干燥温度为110-180℃，时间为0.5-4h。

16、步骤(2)和(6)中，所述工业烟气为电厂经过脱硫脱硝后净化所得的气体或水泥厂、锅炉房燃烧化石燃料所产生的气体，其中二氧化碳体积百分含量为12～28％。

17、步骤(4)中，控制溶液中镁离子浓度大于0.1mol/l，且步骤(6)中调节ph稳定在9.0-9.5，有利于轻质碳酸镁的制备。

18、步骤(5)中，控制溶液7.3-8.5，使溶液中的钙离子大量沉淀，有利于步骤(6)中轻质碳酸镁的制备。

19、本发明的有益效果：

20、1)本发明提供了一种利用镁还原渣封存二氧化碳生产轻质碳酸镁并联产碳酸钙的方法，该方法操作性强、经济效益好，无环境污染，易于实现工业化。

21、2)本发明对烟气中的二氧化碳进行吸收，生成热力学上更为稳定的碳酸盐，从而实现二氧化碳的永久封存。由于没有泄漏的风险，因此不需要大量投资进行长期监测，减少了烟气直接向大气中的排放，可因地制宜实现排放源二氧化碳的就地封存。

22、3)本发明使用镁还原渣对二氧化碳进行吸收，有效利用了镁厂炼镁过程中产生的大量镁还原渣，原料十分丰富且成本低廉，解决了目前镁还原渣堆存污染问题，并且将废渣转换为有经济价值的工业产品。

23、4)本发明采用铵盐循环使用的技术，不仅节约原料、有利于整合生产流程，同时能减小对环境的影响，并产生明显的经济效益。

24、5)本发明制得的碳酸钙产品纯度大于98％，形状为球状、粒状，表面可见菱形解理，小颗粒直径5um左右，大颗粒直径10um左右；轻质碳酸镁产品纯度95％，颗粒直径20um左右。产品可以作为涂料、耐火材料等，用于橡胶、塑料等行业，具有良好的经济利用价值。