硫酸铵与钛酸钙焙烧动力学

刘维燥，胡金鹏，刘清才，李春

（1重庆大学材料科学与工程学院，重庆 400044；2四川大学化学工程学院，四川成都 610065）

自工业革命以来，人类大量使用化石燃料，导致CO2排放量迅速增加，CO2减排已成为全球的热点话题[1]。CO2捕集与封存（CCS）是国内外主要研究的末端碳减排技术[2]。CO2矿化利用与封存是采用碱性的天然矿物或工业固废将CO2矿化，得到高附加值的化学品，而CO2被转化为自然界中稳定存在的固体碳酸盐[3-6]。钢铁工业是最大的工业CO2排放源之一，同时也是最大的工业固废源之一，主要固废包括高炉渣和钢渣。高炉渣的主要成分是钙、镁、铝等金属的硅酸盐[7]，其中氧化钙含量通常在34%～52%、氧化镁含量在6%～10%、氧化铝含量在10%～14%。2018年全球生铁产量约为12.5亿吨，副产高炉渣为3亿～3.6亿吨[8]。如果利用高炉渣中的钙、镁组分固碳，理论上每年可以固定CO2为0.84亿～1.01亿吨。

含钛高炉渣是一种特殊的高炉渣，是以钒钛磁铁矿为原料高炉炼铁过程中产生的废渣，除了常规的钙、镁、硅、铝组分外，还含有约20%的TiO2，其主要物相为钙钛矿、钛透辉石、富钛透辉石和镁铝尖晶石等[9]。2016年以来，我国每年排放2000万吨以上含钛高炉渣。目前，研究者们采用盐酸[10]、硫酸[11-12]等无机酸浸出含钛高炉渣提取钛，但是由于废渣组分复杂导致酸耗量大、废酸难以循环或回收等问题，使得其工业化遥遥无期。

近年来，李春等[13-14]提出以可循环的硫酸铵为助剂，利用含钛高炉渣矿化CO2同时提取其中的高附加值钛铝组分，钛和铝分别以高纯度TiO2和Al2O3回收，在最优条件下回收率分别达87%和75%，同时钙镁组分用于固定CO2，每吨含钛高炉渣可固定240kg CO2。……