废弃镁盐二氧化碳矿物资源化利用

【项目概况】 

从工业革命开始，人类大量使用化石燃料，造成了二氧化碳排放指数增长，打破了地球长期进化而来的二氧化碳源和汇的平衡，使得空气和海洋中二氧化碳含量逐步升高，造成了一系列生态环境问题，比如全球气候变暖、极端气候的频繁出现、海洋珊瑚大批死亡等，引起国际社会广泛关注和担忧。碳减排并不仅仅具有环保上的意义，更是构建国际新格局的重要工具。南京大学地球科学与工程学院在2006年就已经开展二氧化碳矿物资源化的前期研究。以陈骏院士和赵良教授为首的研究团队长期从事与二氧化碳矿物封存利用相关的研究，通过国家863计划（二氧化碳矿物封存关键技术与应用潜力系统评价）的支持，对二氧化碳矿物封存机理和关键技术进行了详细研究，研发了一套具有自主知识产权、高性能、高可靠性、高可用性的二氧化碳矿物封存工艺流程和中间试验装置设计方案，通过过程模拟优化和中间试验，形成具有自主知识产权的富镁矿物封存二氧化碳的集成新技术。

该技术以盐湖晒钾盐的废料为主要原料，通过调节溶液pH以吸收工业烟气中的二氧化碳，反应生成的碳酸镁水合物晶体为中间产物，经过精制制备轻质碳酸镁。本方法节能、环保、可操作性强，易于实现工业化。该技术已获得发明专利授权。经过十多年的持续研发，通过小试中试最终建设完成了年资源化1000吨二氧化碳的试验装置（图2）。

【关键技术】  

本技术创新性的采用来自青藏高原风化，并在盐湖中富集的镁盐废弃物为原料，在固定二氧化碳的同时形成具有经济价值的镁碳酸盐产品，在实现以废治废的同时，节能减排。所生产的产品具有很好的经济价值和较高的市场需求，其中轻质碳酸镁产品纯度大于98%，形状为棒状或球形且表面呈花瓣状，球状颗粒的粒径为10～50微米，可以作为涂料、耐火材料等。另一产品是采用的卤片盐析结晶的方法生产的氯化铵化肥，相比较现阶段氮肥的生产过程，本发明回收氯化铵过程能量消耗低，得到的铵肥纯度高，具有良好的经济效益和发展前景。相比较同类型的轻质碳酸镁产品或氯化铵化肥只能通过单一方法分别进行获取，该技术可以实现两种产品的同步获取，提高原料利用率的同时实现了能源的节约，同时还可产生碳减排量。

【应用领域和市场前景】  

国内轻质碳酸镁国内市场一直维持在10%以上的增长，目前各行业每年的总需求量在40万吨左右，其中橡胶、塑料、造纸等行业需要轻质碳酸镁约8万吨～15 万吨，陶瓷企业的用量在3万吨以上, 其它行业需要各种镁盐产品约为15万吨～25万吨；碳酸镁的实际生产能力为3万吨每年；目前我国碳酸镁产品的供需存在一定缺口，发展镁盐产品前景可观，具有较好经济效益和社会效益；若按1000吨每年二氧化碳处理能力的单套装置投产，轻质碳酸镁产能为2500吨每年，预计未来占有的总体产能市场份额可达到8%。轻质碳酸镁复合材料在精细化工、耐火材料、橡胶工业、涂料工业、医药、食品、轻工业搪瓷、陶瓷等诸多领域都有重要的应用和极大的需求，但目前已有制备方法能耗、成本过高；预计在未来5年会逐步取得市场认可，普通轻质碳酸镁售价3000元/吨 ～3400元/吨，深加工碳酸镁售价达到6000元/吨以上。

该装置直接投资1500万元，占地1500平米。中试二氧化碳吸收效率为90-95%，原料氯化镁成本，原矿级约100元每吨，卤片约200元每吨，运费约400元每吨（青海汽运）；碱性原料3500元每吨；耗电125kWh每吨；固定每吨二氧化碳的成本约为5400-5870元，产出轻质碳酸镁产品约2.6吨，氯化铵产品2.5吨；工业级轻质碳酸镁价格在2500-5500元每吨；氯化铵价格800元每吨。毛利润250-1100万元每年，基本可以覆盖装置运行费用并盈利。

除了实体产品所产生的利润外，装置运行所产生的减排指标也可以用于交易。通过对整个工艺过程的减排因子(CERs)进行估算发现，由于轻质碳酸镁以及氯化铵的常规生产过程中耗能高，特别是传统的轻质碳酸镁生产流程采用高温煅烧工艺，碳排放量惊人。在两种固体产物皆得到有效利用的基础上，每吸收1吨的二氧化碳可以实现7.2～7.8吨的减排指标，环境效益和经济效益十分明显。