氯化钾活化转炉渣提升直接固碳性能的研究

摘要

利用钢渣捕集并封存CO₂是实现固废资源化和减少工业碳排放功能耦合的有效方法之一，同时能够消除钢渣中的游离氧化钙（f-CaO），提高钢渣体积安定性.然而，钢渣结构致密且其中CaO多以惰性硅酸盐形式存在，使其直接固碳性能低.本文以转炉渣为研究对象，采用KCl球磨改性提高其化学反应活性以强化其固碳性能，结合实验分析与理论计算系统性探讨了KCl球磨改性对转炉渣在直接固碳法（气–固反应）中固碳性能的影响.实验结果表明球磨过程中添加KCl可提升转炉渣固碳性能，并在KCl质量分数为3%的条件下获得CO₂吸收量与碳酸化转化率最大值46.3 g·kg^–1与12.5%，但过多KCl可能导致转炉渣颗粒孔隙结构塌陷或堵塞，并覆盖表面活性位点，降低转炉渣固碳性能.此外，附着于转炉渣颗粒表面的K离子在固碳过程中替换Ca离子并占据了Ca离子在CaCO₃晶格中的位置，降低了CaCO₃晶格结构稳定性，促进了CaCO₃热分解.理论计算结果表明K在转炉渣颗粒表面的吸附可提高CO₂吸附稳定性，伴随较低吸附能–0.795 eV.综合实验与理论计算结果可知，KCl球磨改性不仅提高了转炉渣固碳性能，同时消除了转炉渣中f-CaO的存在，这为转炉渣与碱金属固废资源化利用提供了新思路.

关键词

氯化钾(KCl) / 球磨改性 / 转炉渣 / 直接固碳 / 反应活性

基金资助

中国宝武低碳冶金创新基金资助项目（BWLCF202202）