本發(fā)明屬于資源回收交叉，涉及一種基于轉(zhuǎn)爐鋼渣雙機(jī)制提升海水堿度及碳封存的方法。

背景技術(shù)：

1、海洋吸收全球約?30%?的人為?co2，導(dǎo)致表層海水?ph?值從工業(yè)革命前的?8.2?下降至?8.1，預(yù)計(jì)?2100?年將降至?7.8-7.9?。酸化導(dǎo)致珊瑚礁鈣化速率下降?30%，浮游生物群落結(jié)構(gòu)改變，威脅海洋食物鏈。提升海水堿度（如增加

2、hco3-/co32-濃度）是增強(qiáng)海洋碳匯的核心手段，但需要同時(shí)解決以下問題：

3、（1）堿度持續(xù)供給：傳統(tǒng)石灰（cao）投加僅提供短期堿度，長(zhǎng)期成本高；

4、（2）碳封存效率：?jiǎn)我惶妓猁}沉淀路徑?co2固定量有限（約?0.5-1.0kg/m3?海水）；

5、（3）生態(tài)安全：避免?ph?驟升對(duì)海洋生態(tài)造成不良影響。

6、轉(zhuǎn)爐鋼渣作為煉鋼副產(chǎn)物，其礦物組成復(fù)雜，形成于?1650~1700℃高溫環(huán)境，主要包含以下活性相及功能組分：

7、（1）硅酸鹽相（核心活性組分）是硅酸三鈣（c3s）硅酸二鈣（c2s）

8、硅酸三鈣（c3s），其化學(xué)式?3cao?sio2，在高堿度條件（堿度?r>2.5）下為主導(dǎo)礦物，占鋼渣總量?30%~40%。其水硬活性是水泥熟料的核心性能來(lái)源，但鋼渣中?c3s?因形成溫度更高，晶格致密化導(dǎo)致活性較低（較水泥熟料低?20%~30%），需通過機(jī)械粉磨（比表面積≥0.8m2/g）或酸蝕活化提升反應(yīng)效率。

9、硅酸二鈣（c2s），其化學(xué)式?2cao?sio2，在堿度?1.8~2.5?時(shí)大量生成，存在?β-c2s（膠凝活性相）和?γ-c2s（無(wú)活性相）。鋼渣緩冷過程中?β-c2s?易轉(zhuǎn)化為?γ?晶型，導(dǎo)致膠凝性下降，需通過急冷工藝或酸蝕預(yù)處理（如?1-3%?稀鹽酸活化）抑制晶型轉(zhuǎn)變，暴露活性表面。

10、（2）?鐵酸鹽相（輔助膠凝與鐵賦存）

11、鐵酸二鈣（c2f），其化學(xué)式?2cao?fe2o3，與?c2s?共生于堿度?1.8~2.5?環(huán)境，提供弱膠凝性，但其主要價(jià)值在于固定鐵元素（fe2+/fe3+），后續(xù)可通過磁選工藝回收鐵資源。

12、鐵酸鈣（ca2fe2o5），其高堿度條件下與?ro?相共存，作為?fe3+的主要載體，其磁性特征協(xié)同?ro?相促進(jìn)鋼渣中鐵組分的高效分離。

13、（3）ro?相（金屬固溶體相）以?feo?為基質(zhì)的固溶體（feo-mno?固溶體），堿度?>1.8?時(shí)穩(wěn)定存在，

14、占礦物總量?20%~30%。其強(qiáng)磁性（比磁化系數(shù)?>?3000×10?6cm3/g）可通過磁選工藝富集鐵、錳資源，且該相幾乎不含磷，為磷元素的定向分離提供條件。

15、轉(zhuǎn)爐鋼渣是煉鋼過程中產(chǎn)生的堿性固廢，年產(chǎn)量超?3?億噸，其化學(xué)組成（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為：

16、cao?體系：20%-40%（含?10%-15%?游離?cao），通過水化反應(yīng)釋放?oh-：

17、??????????（1.1）

18、硅酸鹽體系：30%-50%（如硅酸鈣（ca2sio4）、c3s/c2s），含?sio2?20%-30%，可與?co2發(fā)生碳酸化反應(yīng)：

19、???????（1.2）

20、本發(fā)明提供的一種基于轉(zhuǎn)爐鋼渣雙機(jī)制提升海水堿度及碳封存的方法，

21、采用的?cao?水化?-?co2礦化，可以快速提升堿度。鋼渣中游離?cao（10%-15%）及c3s、c2s?水化釋放?oh-，其中?c3s?水化速率較快，快速提升?ph?至?8.5-9.0，創(chuàng)造?co2溶解的堿性環(huán)境；c2s?則通過緩慢持續(xù)水化維持堿度供給，避免傳統(tǒng)石灰投加的短期性缺陷。

22、其中：游離?cao?水化反應(yīng)為??????（1.3）；

23、每摩爾cao?可固定?1mol?co2，同時(shí)釋放?2mol?oh-，是快速堿度提升與碳封存的核心路徑。

24、硅酸三鈣（c3s）水化反應(yīng)：

25、???（1.4）

26、鋼渣破碎后，c3s?顆粒表面迅速水化，4-6?小時(shí)內(nèi)釋放約?60%?的?oh-，協(xié)同游離cao?快速提升?ph。

27、硅酸二鈣（c2s）水化反應(yīng)：

28、?（1.5）

29、β-c2s?晶型在酸蝕活化后緩慢水化，24?小時(shí)后逐步釋放?oh-，長(zhǎng)期維持堿度供給（可持續(xù)?48-72?小時(shí)），避免傳統(tǒng)石灰的短期性缺陷。

30、本發(fā)明的硅酸鹽碳酸化路徑（長(zhǎng)效碳封存），目的是?酸蝕活化后的?c2s?及殘余c3s?與?co2發(fā)生碳酸化反應(yīng)：

31、硅酸鹽溶解：?????????（1.6）

32、硅酸分離(風(fēng)干后形成硅膠或石英砂)：????（1.7）

33、本發(fā)明的雙機(jī)制耦合效應(yīng)是：

34、ph?緩沖：c3s/c2s?水化釋放的?oh-與?co2礦化消耗的酸形成動(dòng)態(tài)平衡，抑制?ph波動(dòng)（δph≤0.5），避免?γ-c2s?因強(qiáng)堿環(huán)境發(fā)生晶型失活

35、界面優(yōu)化：硅酸膠體吸附于鋼渣表面，形成多孔結(jié)構(gòu)（孔徑?10-100nm），增大?co2反應(yīng)面積。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供的一種基于轉(zhuǎn)爐鋼渣雙機(jī)制提升海水堿度及碳封存的方法，是利用轉(zhuǎn)爐鋼渣中氧化鈣（cao）水化?-?二氧化碳（co2）礦化與硅酸鹽碳酸化?沉淀雙活性路徑協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)海水堿度提升、co2高效封存及硅資源回收的一體化方法，適用于海洋酸化修復(fù)、珊瑚礁生態(tài)保護(hù)、離岸碳封存工程及鋼渣高值化利用場(chǎng)景。

2、本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、步驟?1：鋼渣雙活性組分激活

4、收集轉(zhuǎn)爐鋼渣，破碎至粒徑≤3mm，粉磨至?100-200?目（比表面積≥0.8m2/g）；用1-3%稀鹽酸溶液（液固比?2:1）浸泡鋼渣?2?小時(shí)，水洗至中性，干燥。酸蝕鋼渣表面，暴露硅酸鹽礦物（如硅酸鈣），促進(jìn)?co2置換反應(yīng)；溶解部分游離?cao，控制初始?ph?驟升風(fēng)險(xiǎn)。

5、步驟?2：雙路徑協(xié)同反應(yīng)控制

6、預(yù)處理鋼渣按?100-500g/m3?投加至海水，攪拌混合（轉(zhuǎn)速?50-100rpm），維持?ph=8.5-9.0；通入?co2氣體（流速?1-3l/min?103m3?海水），維持反應(yīng)體系?pco2=10?3.5atm，反應(yīng)?24-48?小時(shí)。cao?釋放的?oh-為硅酸鹽碳酸化提供堿性環(huán)境，硅酸鹽消耗?co2抑制?ph過度升高。其中，溫度20-30℃，海水鹽度30-35‰；

7、步驟?3：硅酸分離

8、反應(yīng)后溶液過濾，截留硅酸膠體（h4sio4），在?60-80℃下干燥?4-6?小時(shí)，生成二氧化硅（sio2?nh2o），可作為建筑用砂或吸附材料；

9、步驟?4：循環(huán)利用與固廢處理

10、分離后的清液返回海洋，ph?提升至?8.8-9.3，堿度增幅≥0.5mmol/l；每次補(bǔ)充5%-10%?新鮮鋼渣，維持反應(yīng)活性。