《磷石膏-鉀長石礦化CO2聯產硫酸、鉀肥的基礎研究》是依託四川大學，由謝和平擔任項目負責人的重點項目。
基本介紹
- 中文名：磷石膏-鉀長石礦化CO2聯產硫酸、鉀肥的基礎研究
- 項目類別：重點項目
- 項目負責人：謝和平
- 依託單位：四川大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
通過對硫酸鈣（磷石膏）高溫還原分解反應-鉀長石高溫熱活化、鉀長石水熱浸鉀-CO2水熱礦化兩個反應進行創新性的耦合，採用工業固廢磷石膏分解廢渣活化鉀長石、浸鉀渣礦化CO2聯產硫酸、鉀肥及水泥原料，是CO2礦化利用新途徑，將為我國應對氣候、環境和資源挑戰提供新的思路。研究高溫反應體系的固態反應機理、熔融相變規律和固相離子遷移，研究水熱條件下活化方法、溶液化學、氣液固三相反應過程，將奠定兩個耦合反應體系的基礎理論。研究磷石膏活化還原反應的機理和動力學，鉀長石的熱活化、水淬活化、機械活化和化學活化原理，晶體結構與反應活性之間的構效關係，水熱條件下矽鋁骨架溶解-晶化特徵，構建新反應系統的化學反應工程知識體系。集成不同活化技術、反應技術和分離手段，研究高溫反應的節能原理和水熱反應的低溫熱能回收方法，對耦合工藝的技術經濟和生命周期進行評價，形成該工藝的工程科學基礎支撐。
結題摘要
CO2是人類社會進步所需能量的副產物，大量CO2排放增強了大氣對太陽光的吸收，引起氣候變化等一系列環境問題， CO2減排是國際重要課題。CO2礦化利用作為工業過程末端的CO2減排方法，是維持我國經濟發展與人民生活需求，同時實現CO2減排的有效途徑之一。結合我國大量工業固廢堆放的現狀，本項目創新性地提出了採用天然鉀長石與固廢磷石膏耦合礦化CO2聯產鉀肥、回收硫同時碳減排的低能耗低成本技術路線。 通過研究鉀長石提鉀、磷石膏固廢處理與CO2礦化利用耦合過程的原理與反應強化方法，重點圍繞鉀長石、石膏等礦物的活化、浸出，對相關礦物晶體結構變化規律、多元固體相間作用原理、固體離子交換等基礎科學研究，並在此基礎上進行過程系統集成、碳全生命周期評價和技術經濟分析，以及開展百噸級擴試試驗研究，主要取得如下創新性結果： （1）建立了五種典型鉀長石礦物基礎物性數據與活化反應資料庫，獲得了不同地區鉀長石提鉀活性與CO2礦化能力基礎數據。弄清了磷石膏與鉀長石高溫活化的晶體結構演變規律，建立了高溫CaO-CaSO4-KAlSi3O8三元固體熔融相圖； （2）開發了鉀長石-磷石膏高溫熱活化、機械活化、熱碳還原活化等工藝技術，闡明了相應的活化原理，熱碳還原活化工藝過程達到磷石膏硫回收率~66%，鉀長石提鉀率88%，CO2礦化率14%； （3）獲得了活化提鉀與礦化過程的反應基本原理，鉀長石中K+與磷石膏發生離子交換反應形成K2SO4，Ca2+經過離子交換進入鉀長石的分子骨架結構中形成鈣長石，隨後部分鈣長石被H2CO3電離出的H+溶解而釋放出Ca2+，游離的Ca2+與HCO3-反應生成Ca(HCO3)2，最終生成CaCO3。 （4）開發鉀長石礦化CO2尾渣製備水泥熟料工藝，所得產品達到砌築水泥國家標GB/T3182-2003及GB/T175-2007。 （5）建立300噸/年鉀長石處理量的擴大試驗裝置，形成了鉀長石CO2礦化利用聯產鉀肥的生產工藝。建立鉀長石礦化CO2聯產鉀肥工藝生命周期評價和全生命周期成本分分析方法，評價結果較傳統鉀長石與磷石膏加工工藝碳減排達60-80%，成本可節省約30-40%。此外，還拓展了CO2礦化利用發電技術，研製了2代CO2礦化發電膜電池； 本項目研究形成了固廢處理-礦物加工-CO2礦化利用並聯產硫酸、鉀肥等產品的新技術，為解決我國氣候、環境、資源問題開闢了新的路徑。
