[发明专利]超声辅助萃取含钙镁的固渣中钙镁离子的工艺方法

说明书

技术领域

本发明是一种超声辅助萃取含钙镁的固渣中钙镁离子的工艺方法，特别涉及到采用超声振荡辅助醋酸萃取含硅酸钙或镁的固体中钙镁离子工艺方法。

技术背景

为了遏制由于CO₂排放引起的全球增暖的趋势，世界范围内对CO₂的储存与固定进行了深入研究，主要包括地质储存、海洋储存以及矿物碳酸化固定。

CO₂直接储存中一种较为直接、有效的方法是将固定点源(多数为发电厂或类似的工业点源)产生的CO₂，通过收集长期储存于海洋或相对封闭的地质构造中，从而阻止或显著减少CO₂向大气中的人为排放，即所谓的CO₂储存技术。目前，最为理想的CO₂储存场所主要有深部含盐水层，枯竭或开采到后期的油、气田，不可采的贫瘠煤层和海洋。但此种储存方法目前面临的主要问题包括CO₂回收效率低、运输困难、储存机制复杂及成本高等问题，虽然研究已取得了一定的进展，但距离CO₂储存技术的实际应用仍有相当大的差距。

CO₂的矿物碳酸化固定是模仿了自然界中CO₂的矿物吸收过程，即CO₂与含有碱性或碱土金属氧化物的矿石反应，生成永久的、更为稳定的碳酸盐过程。但在自然界，矿石碳酸化过程是自然发生的，过程非常缓慢。矿物碳酸化应用于CO₂固定需要通过过程强化，加速CO₂气体与被采掘矿石之间的化学反应，达到工业上可行的反应速率并使工艺流程更节能。

自然界中存在大量含有钙镁硅酸盐的矿石，如富含钙碱土金属的硅灰石(CaSiO₃)，富含镁碱土金属的镁橄榄石(Mg₂SiO₄)、蛇纹石[Mg₃Si₂O₅(OH)₄]、滑石[Mg₃Si₄O₁₀(OH)₂]等，同时工业界也存在着大量含钙镁的固体废渣，如废水泥、钢渣、电石渣等，这些钙镁硅酸盐矿石及含钙镁的工业废渣均可通过一定途径，使其中的钙镁离子能够与CO₂反应，生成稳定的碳酸盐。地球上可以用于CO₂矿物碳酸化固定的矿石原料的储量远远超过化石能源的储量，因而人类排放的CO₂可以完全被矿物吸收掉。

CO₂矿物碳酸化固定的工艺路线一般可分为直接路线和间接路线。直接路线是指矿物原料进行一步碳酸化反应得到碳酸盐产物的过程，包括直接干法碳酸化和直接湿法碳酸化过程。直接干法气固碳酸化路线中，CO₂气体直接与矿石发生一步气固反应生成碳酸盐。此路线直接、简单，但常温常压下反应速率却很慢。直接湿法碳酸化路线实质是CO₂溶于水形成碳酸，在碳酸的作用下，矿石逐步溶解并沉淀出碳酸盐。然而该工艺路线需要采掘大量的矿石，矿石预处理过程能耗高，并且引起的环境问题很难解决。

间接路线是指矿物原料中的有效成分如钙镁离子首先被液体媒质，如液体酸浸出，然后进行碳酸化反应生成碳酸盐及媒质，并且媒质可以循环利用，主要包括以盐酸、氯化镁熔盐、氢氧化钠为反应媒质的过程。但这几种路线都存在媒介分离回收困难、腐蚀性强及能耗高等缺点，很难实现工业化。2001年，日本的Kakizawa等[Energy，2001，26，341-354]提出以醋酸为媒质的间接路线：

CaSiO₃(s)+2CH₃COOH(1)→Ca²⁺(aq)+2CH₃COO^-(aq)+H₂O(1)+SiO₂(s)    (1)

Ca²⁺(aq)+2CH₃COO^-(aq)+CO₂(aq)+H₂O(1)→CaCO₃(s)+2CH₃COOH(aq)    (2)

该过程利用醋酸代替强酸，醋酸的回收相对容易，腐蚀性降低，能耗也较低。醋酸为媒质的间接工艺过程显示出良好的工业应用前景。