一種供連續鈣離子提取和沉澱碳酸鈣生產的回收方法

2023-10-25 10:48:57

一種供連續鈣離子提取和沉澱碳酸鈣生產的回收方法
【專利摘要】一種從工業廢料中礦化鈣的方法，包括：從富含鈣的顆粒化粒子和硝酸銨水溶液組成的懸浮液中提取鈣離子，形成富含鈣的第一部分和沉重的第二部分。將所述沉重的第二部分與所述第一部分分離，然後富含鈣的第一部分由含有二氧化碳的氣體碳酸化，從而形成沉澱碳酸鈣和硝酸銨水溶液的懸浮液。該沉澱通過離心裝置從硝酸銨水溶液中分離出來，而分離出的沉重的第二部分含有高重量百分比的鐵。
【專利說明】一種供連續鈣離子提取和沉澱碳酸鈣生產的回收方法
[0001] 相關申請的奪叉引用
[0002] 本申請要求2011年12月21日提交的申請號為61，578, 676的美國臨時申請的優 先權。
[0003] 關於聯邦諮助的研究或開發的聲明
[0004] 不適用。 【技術領域】
[0005] 本發明涉及一種經濟、環保的供連續鈣提取、沉澱碳酸鈣（PCC)生產的，同時富集 鐵的高效回收方法，該方法消耗工業廢棄品和溫室氣體作為原料。 【背景技術】
[0006] 由於化石燃料的燃燒導致的大氣中C02濃度的增加是個很嚴重的問題，它對全球 變暖有巨大的影響。據估計，至2100年C0 2的排放量將約為2000年的四倍。因此，找出一 個減少〇)2排放的實用方法是至關重要的。一些方法已被提出，如C0 2的捕集和封存（此方 法包括地質儲存或海洋封存）。然而，目前提出的C02捕集和分離的工藝需要消耗能量，這 成為封存工藝高成本的主要原因。
[0007] 煤炭和鋼鐵行業產生大量作為工業固體廢料的灰和礦渣以及富含co2的煙道氣。 礦渣是礦石冶煉過程中分離金屬（通常是鐵）部分和不需要的（矽質）部分時產生的部分 玻璃態副產品。礦渣通常被認為是金屬氧化物和二氧化矽的混合物。然而，礦渣可能含有 金屬硫化物和以元素形式存在的金屬原子，而且礦渣的元素組成還會因礦石開採地理位置 的不同而有所差異。鋼鐵廠由含鐵物質冶煉而來的礦渣主要含有鈣、矽、鎂和鋁的氧化物。 所有原生礦的沙質成分或石英成分在冶煉過程中自動作為為二氧化矽處理。
[0008] 冶煉一旦完成，礦渣通常被引導至熔爐外，並經水淬冷。此快速冷卻過程通常從 起於約2600 T (1430°C)的溫度，它包括礦渣顆粒化過程的開始。之後水攜帶礦渣形成泥 漿進入攪拌罐。然後經濾床過濾，保留可被進一步研磨的礦渣顆粒。通常情況下，礦渣會 被回收直至鐵被耗盡，但是由於提取工藝的局限性導致礦渣中仍然存在有一定殘餘量的鐵 (10% )。礦渣中還含有約40%的鈣，通常以矽酸鈣的形式存在。
[0009] 雖然殘餘的鐵對鋼鐵工業具有價值，但進一步提取和回收的費用是很高的。比如， 現有技術的方法包括研磨礦渣以形成極細的粒子，從而釋放出可靠磁性去除的結合鐵。但 機械研磨礦渣的電成本否定了鐵回收的價值。富含鈣的礦渣顆粒、富含鈣的礦渣細粉或它 們的混合物通常會被儲存在填埋場裡。
[0010] 顯然，僅在美國，這些行業每年產生數以百萬噸計固體廢料（它們幾乎沒有經濟 價值）和對環境造成嚴重影響的溫室氣體。
[0011] 因此，本領域中尚需一種在經濟上和環境上都可行的，用於減少上述廢料的方法。 就本發明而言，本文所述實施例滿足了封存對環境有害的co 2氣體的要求，它通過礦渣精煉 將碳礦化和鐵回收相結合，並以此碳礦化來生產高級別的PCC。
[0012] 此外，通過封存C02，本工藝將此類工業廢料轉化成環境穩定的和商業上有價值的 終產物的轉化率接近100%。而且，本工藝本身是一個在環境上"總和為零的體系"，其中所 有投入的、在生成反應產物的過程中不被直接消耗掉的化學物質幾乎100 %可回收，其中某 些實施例中的化學損失（重量％或摩爾）是由於機械工藝控制的局限性，或打滑，或夾帶造 成的，而不是由於化學反應產生的摩爾消耗。
[0013] 下面將闡述本發明的其它目的和優點。
【發明內容】

[0014] 本發明的一個實施例通過一種從工業廢料中礦化鈣的方法滿足了本領域的上述 及其他需求，所述方法包括：從富含鈣的粒子與硝酸銨水溶液形成的懸浮液中提取鈣離子， 形成富含鈣的第一部分和沉重的第二部分；其中沉重的第二部分通過離心裝置與第一部分 分離；富含鈣的第一部分用含二氧化碳的氣體碳酸化，形成沉澱碳酸鈣和硝酸銨水溶液的 懸浮液，所述沉澱通過離心裝置從硝酸銨水溶液中分離出來；而所述沉重的第二部分含有 高重量百分比的鐵。所述方法的另一個實施例中，含有二氧化碳的氣體是工業煙道氣、工業 廢氣、純co 2氣體、大氣co2或它們的混合氣。
[0015] 在上述方法的一個進一步實施例中，富含鈣的粒子可以是灰、粉煤灰、窯灰、焚化 爐廢渣、廢棄石灰、廢棄流氧化鈣、廢棄流氫氧化鈣中的至少一種。
[0016] 在該方法的另一個實施例中，粒子以顆粒形式存在。在該方法的一個進一步實施 例中，浸析劑是硝酸銨，而在一個更進一步的實施例中，浸析劑是氯化銨。在該從工業廢料 中礦化鈣的方法的另一實施例中，浸析劑與鈣離子的比例是1:1到100:1，在一個進一步的 實施例中，浸析劑與鈣離子的比例是1:1到2:1，在更進一步實施例中，浸析劑與鈣離子的 比例是1. 25:1。
[0017] 在上述方法的另一個實施例中，該方法在常溫常壓下進行，其可由圖3b很容易地 看出。在一些實施例中，礦化方法在工業加工地就地進行，在另一個實施例中，礦化在鄰近 工業加工地處進行，在一個進一步的實施例中，該方法在一個可移動的物體上進行。
[0018] 在該從工業廢料中礦化鈣的方法的另一實施例中，碳酸鈣是晶體態的，包括偏三 角、斜六方、稜柱晶體中的至少一種。在進一步實施例中，碳酸鈣純度至少為95%，並含有至 少90%的斜六方晶體，在一個更進一步的實施例中，所述晶體的尺寸為約5mm到約200 μ m。 在另一實施例中，晶體尺寸為約1 μ m到約5 μ m。在一個進一步的實施例中，粒子尺寸的增 長受添加至富含鈣離子溶液（第一部分）的C02的速率所控制。在該從工業廢料中礦化鈣 的方法的一個實施例中，該方法是能量總和為零的方法。
[0019] 在另一實施例中，提供了一種提高富含鈣的工業廢料中鐵含量的方法，該方法包 括：從富含鈣的工業廢料和硝酸銨水溶液作為原料形成的懸浮液中提取鈣離子，形成富含 鈣的第一部分和沉重的第二部分；其中沉重的第二部分通過離心裝置（如臥式潷析器）與 所述第一部分分離；而沉重的第二部分含有高重量百分比的鐵，且與所述原料相比其中的 第二部分有所增加（參見如 Vilciu, I.，υ· Ρ· B. Sci. Bull.，Series B, Vol. 73, Iss. 2, 2011， ISSN1454-2331 ;通過引用將其全文併入本文），且由於抵銷了由水合氧化鈣的缺失導致的 密度變化，使其與原料相比增加了穩定性。進一步，由傳統礦渣原料形成的混凝土中未反應 的鈣，起初不會發生反應，但之後會促進混凝土的散裂，而本發明的矽質產品在上述環境下 不會發生上述現象。
[0020] 在一個進一步的實施例中，所述提高富含鈣的工業廢料中鐵含量的方法進一步包 括：用含二氧化碳的氣體碳酸化富含鈣的第一部分，形成沉澱碳酸鈣（PCC)的懸浮液，其中 所述PCC通過離心裝置從所述硝酸銨的水溶液中分離出來。
[0021] 另一實施例提供了一種生產碳酸鈣的方法，包括如下步驟：a)用強酸弱鹼鹽水溶 液作為第一萃取溶劑萃取鹼性工業廢料和副產物，從而形成第一固體和富含鈣的第一溶 液；b)分離，其中所述分離採用臥式潷析器，以使第一溶液與第一固體分離；c)用碳酸氣碳 酸化富含鈣的第一溶液，從而形成碳酸鈣沉澱和第二溶液；以及d)分離，其中所述分離採 用臥式潷析器，以使碳酸鈣從第二溶液中分離出來。
[0022] 綜上所述，本文所述各實施例包括了多個技術特徵和優點的組合，旨在解 決現有鈣礦化和二氧化碳封存技術中存在的問題，如Ondrey提供的方法（"Slag heaps:a new source of precipitated calcium carbonate"，Ondrey, G. Chemical Engineering[Chem. Eng. ]· Vol. 118, no. 1，pp. 14-14. (2011))以及進一步的 Kodama et al., Energy,33, (2008), 779-784；JP51109281A2 ；W02009/144382 ；U. S.2011/0139628 ； Teir et al., Energy, 32, (2007), 528-539 ;和 JP2005097072(A)中所提供的方法，以上所有 文獻的全文都作為參考合併於此。參考下面的詳細描述及附圖，上述各區別技術特徵及其 它技術特徵，對本領域專業人員來說是顯而易見的。 【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 參考以下附圖，可獲得對本發明所公開的實施例更詳盡的描述，其中：
[0024] 圖1是根據本發明所述原理進行的連續鈣提取和PCC生產的工藝流程圖；
[0025] 圖2是根據本發明所述原理，從礦渣中接續生產和分離PCC的圖表，用反應的pH 值隨時間的變化表示；
[0026] 圖3a是根據本發明所述原理，富含鈣的原料反應生產過程中反應pH值隨時間 (秒）變化的圖表；
[0027] 圖3b是根據本發明所述原理，富含鈣的原料反應生成PCC的過程中溫度（華氏 度）隨時間（秒）變化的圖表。 【具體實施方式】
[0028] 以下討論是直接針對本發明的各種示例性實施例的。然而，所公開的實施例不應 被解釋為或以其他方式限制本公開的範圍，包括權利要求書。此外，本領域技術人員應理 解，以下描述具有廣泛的應用，對於任一實施例的討論僅僅是針對該實施例的示範，且本發 明的範圍，包括權利要求書，不受限於該實施例。
[0029] 某些術語在下面的說明書和權利要求書中貫穿全文，用來指代特定的技術特徵或 組分。本領域技術人員將會理解，不同的人對相同的技術特徵或組分會使用不同的名詞。本 文不會對名稱不同而非功能不同的組分或技術特徵做出區分。附圖不一定按照比例繪製。 其中某些技術特徵和組分可能以誇張的比例或者稍微示意性的形式表現出來，且常規元素 的某些細節可能為了清晰和簡潔而被省略。
[0030] 在下面的討論和權利要求中，術語"包含"和"包括"以開放形式被使用，因此應被 解釋為"包含，但不限於..."。同樣，術語"連接"意指間接或直接連接。因此，如果第一設 備連接至第二設備，該連接可以是兩個設備的直接銜接，或通過其他中間設備和連接器的 間接連接。本文所用術語"約"與百分含量或其它數量值一起使用時，是指該百分含量或數 量值加上或減去10%。例如，術語"約80%"，包括80%加或減8%。
[0031] 本發明一些實施例提供了一種封存對環境有害的二氧化碳的方法，它通過礦渣精 煉將碳礦化和鐵回收相結合。因此，在一些實施例中，所述方法提供了一種利用二氧化碳廢 氣連續提取Ca 2+和生產PCC的工藝，同時提高了矽質粉末部分的金屬（鐵）含量。從而進 一步增加了鐵粉提取在經濟上的可行性，這對鋼鐵回收行業意義重大。
[0032] 在本發明的一個實施例中，含有二氧化碳的氣體可以包含煙道氣、任何適當的工 業工藝中的廢氣、純C0 2氣體、大氣C02或空氣。在一些實施例中，投入的工業廢料或原料幾 乎100%的在本文所述的方法中被消耗。
[0033] 本發明的一個實施例中，一種從工業廢料中礦化鈣的方法，包括從富含鈣的顆粒 化粒子與硝酸銨水溶液形成的懸浮液中提取鈣離子，形成富含鈣的第一部分和沉重的第二 部分。沉重的第二部分通過離心裝置從第一部分分離出去，其中沉重的第二部分含有高重 量百分比的鐵。之後富含鈣的第一部分由含有二氧化碳的氣體碳酸化，以形成沉澱碳酸鈣 (PCC)和硝酸銨水溶液的懸浮液。該沉澱隨即通過離心裝置（如臥式潷析器）從硝酸銨水 溶液中分離出去。
[〇〇34] 採用本發明所述方法並結合圖1的進一步闡釋，有害的二氧化碳作為促成溫室氣 體的汙染物可被利用並去除。此外，除了作為低檔混凝土和公路填充物以外，幾乎沒有商 業價值的礦渣可通過礦化被加工生產為具有價值的沉澱碳酸鈣。另外，礦化工藝中處理投 入的礦渣的過程，會在每個礦化循環中富集一定量的礦渣中的殘留元素的重量。因此，在一 個實施例中，當鈣的重量佔投入的礦渣重量的約40%，且鐵的重量佔投入的礦渣重量的約 10 %時，在每個提取/回收循環中，一個樣本中鐵的百分含量會提升約70 %。
[0035] 這些技術特徵產生了一些有益的效果；如前所述，即使是在鋼鐵工業中要提取金 屬，鐵也必須在矽質材料中達到10%以上的重量百分比含量才能取得收支平衡。因此，在本 發明所述方法的實施例中，由於所有的候選礦渣樣本的鐵的濃度在每個循環中都被有效地 增加了一倍，任何後續的機械性鐵提取過程中有效鐵的產量被有效地增加了一倍，所以金 屬提取變得經濟可行。此外，回收過程也削弱了化學鍵，其有助於下遊的機械研磨工藝和鐵 的分離，例如通過電解或磁化，因而也降低了能量成本。其它金屬通過這一過程也被富集， 並與鐵一起被提取。
[0036] 參考圖1，在本發明方法的一個實施例中，工業固體廢料（A)可能以礦渣的形式被 投入到工藝中。在另一個實施例中，工業固體廢料可能是灰的形式。在又一個實施例中，工 業廢料可能是粉煤灰的形式，在進一步的實施例中，工業固體廢料可以包含焚化爐廢渣、廢 棄石灰、廢棄流氧化鈣、窯灰、廢棄流氫氧化鈣以及它們的組合。
[0037] 在一些實施例中，礦漁可能被預處理並被磨碎以產生顆粒化粒子。工業廢料可能 被預研磨或經歷一些鐵回收循環，在此過程中殘留的鐵會被粉碎顆粒礦渣的過程除去。這 種二次或三次回收過程會將鐵的含量減少至約10%，並在此過程中通過100目的振蕩篩篩 選出一道符合規格的粉碎的礦渣粒子或細粉。在一些實施例中，礦渣以約1 μ m到約500 μ m 的尺寸範圍的粒子存在，在一個進一步的實施例中，礦渣可在約lym到250μπι的範圍，而 在一些實施例中，研磨礦渣可增加反應表面積並提高浸析率。
[0038] 在一些實施例中，預處理的礦渣（A)的超細粒子被以本發明所述方法投入，並如 圖1所示，30分鐘可提取90-99 %的鈣。在一些實施例中，礦渣可以是經研磨的、未研磨的； 顆粒化的、經淬火（以減小/斷裂粒子尺寸）的；被細化的；超細粒子尺寸的或它們的組合。
[0039] 在本發明所述方法的一些實施例中，固體工業廢料（A)用浸析液（B)處理。該浸 析液是一種強酸弱鹼鹽的水溶液。在一個實施例中，浸析液中的浸析劑是硝酸銨；在另一個 實施例中，浸析劑是氯化銨。在一個實施例中，強酸被定義為一種在水中完全電離（分離） 的酸；換句話說，一摩爾強酸HA溶解在水中形成一摩爾的H+和一摩爾的共軛鹼A'在一個 進一步的實施例中，強酸被定義為一種在水中至少90%電離的酸。在另一個實施例中，弱鹼 被定義為一種在水溶液中不完全電離的化學鹼。
[0040] 在一些實施例中，乾燥顆粒化礦渣被加入到硝酸銨水溶液中。硝酸銨（nh4no 3) 與礦渣中的鈣反應，一般為鈣的矽酸鹽如3Ca0. Si02，生成的產物如硝酸鈣（CaN03)2、氨氣 (NH 3)和固體副產物矽質材料。
[0041] 硝酸鈣與C02反應，產生碳酸鈣（CaC03)和NH3，該NH 3再用於生成硝酸銨水溶液。
[0042] 在一些實施例中，浸析劑約95%可回收。在另一些實施例中，浸析劑約99%可回 收。因此浸析劑是一種有效的催化劑，在某種意義上說，它在反應中不會被反應消耗而是在 反應過程中重新生成。溶液中硝酸鹽的含量被監測以保證浸析劑的正確化學計量。為維持 正確的摩爾比可能會加入水或硝酸鹽。
[0043] 在一些實施例中，[浸析劑]與[鈣離子]的比例是1:1 ;在另一些實施例中該比 例是2:1 ;在另一個實施例中，[浸析劑]與[鈣離子]的比例範圍是1:1到100:1。在一 個優選實施例中，[浸析劑]與[鈣離子]的比例是1.25:1。
[0044] 在一些實施例中，浸析劑的水懸浮液的pH值範圍是pH5到pH9,在一些進一步的實 施例中，pH值範圍是pH6到pH7，在更進一步的實施例中，pH值範圍是pH6. 5到pH7。在一 些實施例中，pH的範圍根據鈣離子提取方式的選擇不同而具體確定。
[0045] 在一個實施例中（如圖1和進一步的圖二所示），反應過程基本上是一個兩階段的 體系，其中礦渣（A)和浸析劑的水溶液（B)在混合器（C)中混合，形成含水泥漿。將泥漿加 入到臥式潷析器（D1)中，其通過離心力使沉重的第二部分（矽質粉末（D2))和富含鈣的第 一部分分離。在一些實施例中，浸析劑和礦渣的初始反應混合物的pH值約為11(參見圖2 和圖3a)。隨著化學反應的進行，鈣被浸析劑提取出，pH值降至約pH9, pH值會搖擺並維持 在pH9左右，在一些實施例中，這可能會被視作反應完成的標誌，或者可能實際上被用來控 制反應進程。
[0046] 第二部分在化學成分上分包括富集的矽質材料/粉末（D2)，它看上去是黑點或固 體粒子，並隨後通過潷析從體系中除去。這種分離或去除的速率很高，正如在水回收工藝中 的壓裂和鑽孔中所見的那樣。在一些實施例中，這種潷析器去除液體的速率是每分鐘約250 至IJ 400加侖（如型號為HH5500的Hutchison Hayes臥式離心潷析器）。在一些實施例中，潷 析出的部分殘留的構成元素，如鐵，現在富集了 50%，在一些實施例中，其回收得可能更多。 如上所述，對於工業製造者來說，含有60%濃度或更多鐵的部分是具有經濟價值的。此外， 在一些實施例中，矽質材料可用作混凝土的成分，與一些傳統混凝土相比，其具有增強混凝 土強度的特性。傳統混凝土將研磨的礦渣作為沙子的替代物。然而傳統的廢棄礦渣含有氧 化鈣，它是吸溼的。當受潮時，它會膨脹，密度發生變化，導致混凝土開裂或削弱混凝土的強 度。因此，去除鈣可增加混凝土的強度。所以，根據本文所述方法用矽質材料製成的混凝土， 與一些傳統混凝土相比，可能具有更高的完整性和強度，甚至可能是可壓縮的，這在固化土 中至關重要。
[0047] 富含鈣的第一部分（E)的pH值為約8. 5到約9,其與C02氣體反應。C02被Ca2+離 子吸收，形成碳酸鈣。在一些實施例中，約10-15分鐘內，沉澱碳酸鈣的濃度[PCC]已足夠 大到使溶液變成乳白色。進一步在約5到約15分鐘內，渾濁溶液的pH值為8左右。
[0048] 碳酸鈣從溶液中沉澱出來的速率取決於：溶液中C02的流量和濃度、反應溫度和反 應壓力以及溶液的pH值。由於pH值被監測，pH值會下降至7,在此點無沉澱再析出，並將 其與反應終點相關聯，在一些實施例中，這是因為消耗完了所有可用的C0 2。
[0049] 整個工藝可在常壓常溫下進行。在其它一些實施例中，任何一個步驟或步驟的組 合可在高於常壓下進行；在其它一些實施例中，任何一個步驟或步驟的組合可在高於常溫 下進行；在其它一些實施例中，任何一個步驟或步驟的組合可在低於常壓下進行；在其它 一些實施例中，任何一個步驟或步驟的組合可在低於常溫下進行；或是以上這些的任意組 合。
[0050] 每個參數可被獨立地或組合地改變，以控制沉澱速度，從而控制所形成的碳酸鈣 晶體的物理性質。例如，在環境條件和大氣〇) 2下，形成的是斜六方晶體。在其它實施例中， 可控制反應參數，以產生一個或多個碳酸鈣多晶型球霰石、方解石和霰石的組合。晶體的形 狀對碳酸鈣最終產品的用途有一定影響；斜六方晶體具有最密堆積，其相對較平滑，因而在 塑料成型時具有良好的流動性。它也有利於造紙，可賦予紙張良好的密度和光滑表面。如 果晶體是細長條狀，那麼最終產品會是磨砂的。
[0051] 本發明所述實施例生產的PCC比研磨碳酸鈣具有更高的品質。研磨碳酸鈣不具備 均一的可重現的形狀、品質和尺寸分布。
[0052] 高品質的PCC產品也用在製藥工業中，其中偏三角面PCC產品具有1. 6-2. 6 μ m的 平均粒子尺寸，其被用於如抗酸劑中，具有3-5 μ m平均粒子尺寸的立方PCC產品被用於如 烘培產品中，而具有〇. 6 μ m平均粒子尺寸的稜柱PCC產品被用於在如液態食品中。因此， 控制晶體生長速率的能力可優化現有工藝，生產出適用於從建築到藥品和食品行業的針對 性PCC產品。
[0053] PCC從改造並回收（如前所述）的硝酸銨（F1)中，通過臥式潷析器（F)分離出來， 潷析法的效率越高，固體PCC(F2)越乾燥，損失的水越少，工藝效率越高。因此，本發明所述 的一些實施例中，離心分離比傳統的過濾更有效。此過程使得PCC固體的收率最大化並使 其最大可能地與液體分離，進而生產出更清潔的高品質產品，由於更好地從沉重部分中去 除了懸浮固體，獲得的產物更純。
[0054] 在一些實施例中，本發明提出方法可以在這樣的設備上實施：包括安裝在如牽引 式掛車上的獨立式生產單元、或可攜式（移動式）單元。本工藝具可操作性，可作為鋼鐵廠 的延伸，僅在鋼鐵廠內佔用很小的面積，或在廠區外毗鄰可為本工藝提供廢氣的其它工業 單元。因此，本文所述工藝的一個實施例可能包括母工業工藝（如鐵和/或鋼製造）的一 部分，其中礦化在母工藝中就地直接進行，在上面所述的另一實施例中，該過程可能鄰近母 工業工藝地進行，在一個進一步的實施例中，礦化可能遠離母工藝地進行。本工藝可在常溫 下進行，或使用外部工業工藝中直接供應的預熱礦渣。在一些實施例中，本工藝可與多個工 藝單元平行地進行。
[0055] 儘管優選實施例已被展示和描述，在不脫離本文所述範圍或教導的情況下，本領 域技術人員可對其做出改動。本文所述實施例僅僅是示例性的，而不是限制性的。本方法 和設備的許多變化和修改是可能的，且是在本發明的範圍內的。因此，保護範圍並不限於本 文所述實施例，而僅受限於權利要求書，其範圍應包括權利要求書中的主題的所有等同項。
[0056] 實施例
[0057] 實施例1
[0058] 根據本發明所詳細描述的和圖1所示的PCC回收方法（從工業廢料中礦化鈣的方 法），將工業廢棄材料與浸析劑反應，混合產生富含鈣的溶液（第一部分）和沉重的第二部 分。現在參照表1，工業廢棄物原料（例如礦渣）的元素分析表示了金屬及其化合物的重量 百分比。可以看出，例如，該原料含有23. 9%重量百分比，以Fe02形式存在的鐵。沉重的第 二部分或矽質粉末（D2)通過潷析被提取出來，並進行元素分析。本實施例中，很顯然，在一 個回收循環後（如圖1所示），矽質部分的鐵的重量百分比含量從23. 9%增至32. 33%，這 表明本發明所述方法產生了富含大量鐵的第一產物（圖1，D2)，並由此提供了一種經濟可 行的可進一步工業細化的原料和一種與工業原料相比強度更強的產品。
[0059] 進一步可看出（表1)，該PCC(通過本發明所述封存C02的方法（圖1，（F2))生產 出的碳酸鈣）僅含有痕量的金屬，且本發明提供了一種生產純度為98 %的PCC的方法，包括 經X射線衍射測定出的尺寸大小約4 μ m到約200 μ m的斜六方晶體。
[0060] 因此，本發明所述方法提供了一系列可行工藝：（1)通過一個封存和利用co2廢氣 的環保工藝礦化鈣；（2)本方法實現了反應溶劑和反應副產物（如氨氣）的循環，從而不會 產生廢棄產物；因而（3)生產出了作為可行的原料的富含鐵的矽質粉末，其可被進一步細 化或用於混凝土 /水泥的生產，也可用為建築材料，如LEED認證的磚和牆面板；以及（4)生 產純度和結晶質量可控的高檔PCC。
[0061] 表 1
[0062]
【權利要求】
1. 一種從工業廢料中礦化鈣的方法，包括： a、 從富含鈣的粒子和硝酸銨水溶液組成的懸浮液中提取鈣離子，形成富含鈣的第一部 分和沉重的第二部分，其中所述沉重的第二部分通過離心裝置與所述第一部分分離； b、 用含有二氧化碳的氣體碳酸化所述富含鈣的第一部分，形成沉澱碳酸鈣和硝酸銨水 溶液的懸浮液，其中所述沉澱通過離心裝置與所述硝酸銨水溶液分離；且其中所述沉重的 第二部分含有商重量百分比的鐵。
2. 如權利要求1所述的方法，其中所述含有二氧化碳的氣體是工業煙道氣、工業廢氣、 純C02氣體、大氣C0 2或它們的混合氣。
3. 如權利要求1所述的方法，其中所述富含鈣的粒子可以是灰、粉煤灰、窯灰、焚化爐 廢渣、廢棄石灰、廢棄流氧化鈣或廢棄流氫氧化鈣中的至少一種。
4. 如權利要求1所述的方法，其中所述粒子以顆粒形式存在。
5. 如權利要求1所述的方法，其中所述浸析劑是硝酸銨或氯化銨。
6. 如權利要求1所述的方法，其中所述離心裝置是臥式潷析器。
7. 如權利要求1所述的方法，其中所述浸析劑與鈣離子的比例是1:1到100:1。
8. 如權利要求7所述的方法，其中所述浸析劑與鈣離子的比例是1:1到2:1。
9. 如權利要求8所述的方法，其中所述浸析劑與鈣離子的比例是1.25:1。
10. 如權利要求1所述的方法，其中所述方法在常溫常壓下進行。
11. 如權利要求1所述的方法，其中所述礦化在一個工業工藝地就地進行。
12. 如權利要求1所述的方法，其中所述礦化在鄰近一個工業工藝地處進行。
13. 如權利要求1所述的方法，其中所述方法在一個可移動的物體上進行。
14. 如權利要求1所述的方法，其中所述碳酸鈣是晶體態的，其中所述晶體至少包括偏 三角、斜六方和稜柱晶體中的一種。
15. 如權利要求14所述的方法，其中所述碳酸鈣純度至少為95%，且含有至少90%的 斜7K方晶體。
16. 如權利要求15所述的方法，其中所述晶體尺寸為約5mm到約200 μ m。
17. 如權利要求1所述的方法，其中所述方法是能量總和為零的方法。
18. -種提高富含鈣的工業廢料中鐵含量的方法，包括： 從富含鈣的工業廢料和硝酸銨水溶液作為原料的懸浮液中提取鈣離子，形成富含鈣的 第一部分和沉重的第二部分；其中所述沉重的第二部分通過離心裝置與所述第一部分分 離；其中所述沉重的第二部分含有高重量百分比的鐵，且與所述原料相比，所述第二部分具 有更高的強度。
19. 如權利要求18所述的方法，還包括：用含有二氧化碳的氣體碳酸化富含鈣的第一 部分，形成沉澱碳酸鈣（PCC)的懸浮液，其中所述PCC通過離心裝置與所述硝酸銨水溶液分 離。
20. -種生產碳酸鈣的方法，包括如下步驟： a) 用作為第一萃取溶劑的強酸弱鹼鹽水溶液萃取鹼性工業廢料和副產物，從而形成第 一固體和富含鈣的第一溶液； b) 分離，其中所述分離採用臥式潷析器，從而將第一溶液與第一固體分離； c) 用碳酸氣體碳酸化富含鈣的第一溶液，從而形成碳酸鈣沉澱和第二溶液；以及 d)分離，其中所述分離採用臥式潷析器，從而把碳酸鈣從第二溶液中分離出來。
【文檔編號】C22B7/00GK104114721SQ201280065956
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2012年12月21日 優先權日:2011年12月21日
【發明者】弗蘭克·A·卡巴茨 申請人:康萊克斯材料有限公司