电石渣及二氧化碳资源化利用现状与展望.docx

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1、电石的主要成分是碳化钙(CaCJ,是生产聚氯乙烯(PVC)、石灰氮、双氧胺以及溶解乙快等的主要原料，其中最主要的用途是生产PVC。据统计，在中国有超过25%的PVC都是通过电石法生产的，而且将近70%的电石都用于PVC的生产，我国已成为世界上最大的电石生产和消费基地。使用电石生产PVC,聚乙烯醇和溶解乙快都会产生大量的电石渣(CCR)。CCR作为电石的水解产物，主要成分是CaO,此外还含有少量A1O3xSiCX和Fe2O3等杂质。反应原理是CaC2与水反应生成乙焕气和Ca(OH)2z并释放能量。据统计，2019年国内电石的累计消耗量为2122.6万t,按电石与CCR的质量比为1：1.2计算，2

2、019年产生的CCR约为2655.12万t。CCR作为工业固体废弃物，其含水率低、颗粒小并具有较高的反应活性，而且溶于水后PH在12以上，因此随意堆放不仅会占用土地、造成土地盐碱化及复耕困难，还会随雨水进入地下而污染地下水。除此之外，CCR作为一般的固体废弃物，在运输过程中会产生扬尘，污染环境。早期，CCR未能得到充分利用，大多就近填埋处置，不仅破坏了水、大气和土壤环境，而且还造成了资源浪费。近年来，由于在资源开采过程中带来了很多环境问题，随着环境管理的日趋严格，一些不可再生资源(如石灰石)的开采已经停止。与此同时，大量的工业固体废弃物作为一种潜在的矿产资源受到了广泛关注。CeM乍为温室气体，

3、浓度高会导致全球海平面上升、淡水资源减少、出现极端气候，威胁人类健康。因此，寻找将CCX转化为有用产品的方法，不仅可以刺激新技术、新产品和工业的发展，并有助于CO2的减排和控制。CCR作为固体废弃物，可以代替石灰石生产建筑材料和化工产品等，实现资源的循环利用。如将CCR和CCX发生碳化反应生成的CaCo3可以代替部分石灰石，从而提高CCR的利用价值。相关研究表明，1tCCR可代替1.28t石灰石，减少排放0.56t的C(X,可以达至以废治废的目的。1 CCR综合利用现状1.1 CeR在建材行业中的应用CCR富含Ca(OH)2,分解热低，通过燃烧或者用其与高炉渣、稻壳灰和粉煤灰等固体废弃物混合，

4、可取代石灰石生产水泥、保温材料、粉煤灰砖、改良膨胀土以及冷沥青混合料等，既降低了能量消耗，又减少了石灰石燃烧过程中CCX的排放，还能实现CCR的多重资源循环利用，减少环境污染。CCR在建材行业中的应用现状见表1o表1CCR在建材行业中的应用应用类型及优势应用情况水泥利用CCR制水泥不仅降低了水泥的生产成本而且减少了水泥工艺中1(),的排放,既充分利用了资源,又保护了环境水泥时CCR的消花状极大.但产品的附加值低所以水泥对CeR的依赖性逐羸降低；保温材料址硬钙石是种超轻绝缘材料.利用燃烧后的CeK制备硬硅钙右合成的绿色环保无机保温材料有质轻、防腐和防火的优特性CA。等首次介绍了以碳化物渣为钙质原

5、料,通过动态水热介成法制的硬硅钙石.结果表明.适当燃烧后的碳化物液可用于制箔纯硬硅钙石燃烧温度的变化不会影响产物结抬度.(H会大大影响产物的形貌UANJnSUWAN等以CeR为添加剂.研究了在常温E粉煤灰破将CcR和粉煤灰按定比例混合,然后加入一定周化的跋活化粉煤来(FA)砂浆的强度发展和耐久性,结果的辅料经过制的匚2可制备粉燥灰W表明.CCR的加入会端短跋活化FA砂浆的凝结时间,加快我强度发展.耐久性也有所增强适址的CCR和格壳灰胶精材料可以降低膨胀上的MU等根据CCR和稻壳庆(RUA)混合砂浆的抗压强度固化时间和初始含水率、膨胀势、膨胀压力、裂缝址利抗折强度.采用RHA与CCR的质Id比为

6、65，35的混合改良膨胀土和细度,因此被用作添加剂铉定膨胀士既解决了物料进行r士堞稳定性研究结果龙明.Sfi并混合物料用址膨胀土胀缩变彬的危害、降低建设和处置成本.的增加.固化时间和初始含水率、溶胀电位、溶胀力、花张乂减少了环境污染土裂缝垃和细度著降低DU1A1MI等用磨粒高炉渣(GGIiS)和CCR代替石灰石冷沥什乳液混合料(CAEM)与热拌扬沙(HMA)和填料,研究了种在IE常周化条件下增强CAEM的方法,使冷沥声比.具有对环境影响小、能耗低的优势；然而.以石其具有与传统HMA相似的性能.结果表明,与以往通过加乳液混合料灰石为填料的CAEM在早期强度和同化时间方面水泥改出CAEM相比.以G

7、GBS和CCR为填料.通过使用不如传统的HMA活化材料生成胶凝水化产物.提高刚度模V和CAEM的抗卑微性能.减少了固化时间1.2 CCR在环保行业中的应用CCR除了在建材行业应用广泛以外，因其理化性质也被应用于烟气脱硫以及作为化学吸附剂处理工业废水等。CCR富含钙，并且碱度高，可以通过磷酸钙沉淀去除磷酸盐，而且可以作为烟气的脱硫剂，最终以硫酸钙的形式将SCh从烟气中脱除。CCR在环保行业中的应用现状见表2表2CCR在环保行业中的应用应用类型工艺及优势应刖情况脱旋常用的烟气脱硫剂（如石灰石、液&、辄化镁等）费用都比较高.以CCR中的作为脱Wi剂.既环保乂经济WANG等研究发现.CCK和煤焦球联合

8、使用门芯良好的同时去除高炉煤气中SO?和NO的能力水处理磷是大物生长必需的营养无索但过依的磷播放到淡水和近海中会导致水质恶化：H前去除废水中磷的方法很多.K中化学吸附法因具仃高效.可控、低化学污泥产率和低能耗等优点而得到了广泛应用：开发绿色和更具成本优势的吸附剂衿代传统除磷材料是非常行意义的.富钙工业期产品或废渣被认为是从废水中去除磷酸盐的经济有效材料之一FANG等”以CCR为原料采用水热法合成rH孙明城的竹架结构和，高的孔隙的多孔硅腋钙水合物（PCSH）.研究结果表明.PCSH对废水中磷的去除效率僵育.且该材料还具有一定的再生能力1.3 CeR在化工行业中的应用将CCR应用于化工行业，既可以

9、获得可观的经济效益，又可以保护环境。CCR的主要成分是Ca（OH）2,可以用于制备太阳能的化学蓄热材料、纯碱、氯化钙、环氧丙烷、甲酸钙Ca（HC00川以及纳微孔硅酸盐气凝土等。CCR在化工行业中的应用现状见表3表3CCR在化工行业中的应用应用类型T艺及优势应用情况由于太阳辆射的间歇性和不稳定性太阳能r.厂的YUAN等!提出了肿新的系统耦合钙环和CaO/蓄热材料箫热是至关就要的.而Ca1；因此.利用CCR和CC反应生成甲酸不仅实现了工业废气中GO的循环利用而旦将CXR转化钙.不仅减少了慰烧CC产生的温室气体排放.而且循环利用r.业同体废弃物为了有用产品.促进了I业废物循环利用技术的发展利用CCR

10、代件熟石灰制符NCC是种CCR资源化利用新技术用于NCC具有表面活性高以及能11等”研究以氯蹴I.厂核倒的I.业废渣作为钙碳酸化循环中的原料进行CC?捕集井格其与Ca(QH),和石灰石进行比较.讨论反应温度、粒度和循环次数对CeR捕集NCC够两琳制品的韧性等特性.被广泛用于I.业填充剂和功能材料1CO.的影响,结果表明.在相同的循环次数卜，CCR显示出了比CH(CH和石灰石更大的城终碳化转化率，目前.、CC的附加值较高用途非常广泛.以CCR为原料制备CC.既环保乂节约资源.已成为应用热点2 CO2的处置及利用技术2.1 CCX的捕集.利用和存储技术随着工业的迅速发展，化石燃料使用量也日益增加，

11、大气中的COz越来越多。为了加强对COz的减排和控制，诸多碳捕获利用和存储技术得到了开发及应用。在COz捕获和存储以及利用的过程中，COz首先从化石燃料燃烧的废气中被捕获，通过其他技术净化，然后被隔离或转化为具有环境、经济和社会效益的有价值的产品。CCX捕获技术主要分为化学吸收法、膜分离和固体吸附法。在化学吸收法中，胺溶液吸收CO2因效率高、选择性强且成本低而备受欢迎；但是在CCX解吸和溶剂再生过程中的能耗和成本都较高，此外，由于高温引起的胺溶液降解、设备腐蚀等问题仍未解决。固体吸附剂通常包括金属-有机骨架、沸石、活性炭和工程碳纳米材料等。P1NHEIRO等以废大理石粉末为钙基材料，进行了10

12、、20次循环碳酸化城烧反应，结果表明,该材料是一种潜在的天然低价固体吸附剂，可作为一种有效的CaO基吸附剂捕获CO2f并减少了对原料的额外预处理。近年来，燃烧石灰石和白云石得到的CaO的碳化/燃烧循环是捕获燃煤发电厂产生的CCX的一种很有前途的技术。在多孔碳吸附剂表面添加金属氧化物或氢氧化物并通过增加比表面积、提高材料碱度，甚至通过与CCX的反应促进碳酸盐的产生等均可以提高CC的捕获能力。但是，碳基吸附剂用于燃烧后CCX捕获的研究仍处于起步阶段，大规模应用还需进一步研究。CCX物理封存主要包括地质储存、海洋封存、工业利用和矿化封存等。地质储存就是向沉积盆地等地下储层注入气态、液态或超临界Cd,

13、随着时间的推移，溶解在地下水中或者与地下岩石反应生成稳定的碳酸盐矿物，但是该方法存在周期长、储存库少以及有逸散等缺点。海洋封存分为液态封存和固态封存，液态封存就是将液态CC封存在海洋中，固态封存就是将固体和水合物形式的CCX封存在海洋地质构造中。C(X在工业中的利用包括化学品生产、生物利用、食品饮料以及油与煤层气的开采。CC可以作为合成化学品的基础原料，利用CCX可以合成一些常见的化学品，如尿素、甲烷、甲醇和水杨酸等。除此之外，通过co,和环氧丙烷的共聚，可制备一种聚氨酯泡沫，其与常规泡沫具有相同的稳定性，这也是CCX利用的一种新途径。在食品和饮料加工行业中，COz可以作为酸化剂。此外，利用植

14、物和自养微生物对COz进行生物固定也是一种安全、经济有效的方法。有研究指出，1kg的藻类可固定约1.83kg的CO2o枯竭的油藏、页岩地层和无法开采的煤层中，注入C0,可以进行三级采收，提高油和煤层气的采收率。这些方法虽然可以在一定程度上减少C0,的排放但是还远远达不到C0,控制目标。因此，有学者提出了COz利用的新途径一一矿化封存。工业排放的CCX可以通过矿化过程得到有效利用，形成各种产物或碳酸盐沉淀。与天然矿物相比，工业固体废弃物廉价、易得，因此利用固体废弃物直接或间接减少CO2排放是一种很有潜力的发展方向。现有的碱性工业固体废弃物有钢渣、粉煤灰、CCR等，它们通常含有大量的碱土金属，可作为COz矿化的合适原料。刘项等以一步矿化法为基础，以磷石膏为原料、氨为介质，与Co2反应生成了硫酸镇和碳酸钙；通过该技术