钢渣循环吸收SO2协同钙浸出制备高纯度碳酸钙的创新研究

针对工业固废钢渣利用率低、湿法脱硫成本高及CO2减排难题，研究人员提出钢渣循环吸收SO2协同钙浸出制备CaCO3的新方法。实验表明，在70°C、pH=3条件下，钢渣钙浸出率达81.5%，最终获得纯度97.9%、单吨钢渣产562 kg的CaCO3，为工业固废高值化利用提供新路径。

　　

随着化石燃料持续燃烧，全球SO₂排放量逐年攀升，引发酸雨和光化学烟雾等环境问题。当前主流的湿法石灰石脱硫技术虽占市场83%份额，却面临原料成本高、设备维护复杂等挑战。与此同时，钢铁工业每年产生超1.5亿吨钢渣，其综合利用率仅20%，大量碱性固废堆积不仅占用土地，更造成钙镁资源的巨大浪费。如何实现钢渣资源化与烟气净化的协同治理，成为环保领域亟待突破的难题。

江苏省碳中和技术创新专项团队创新性地提出"以废治废"策略：利用钢渣中丰富的CaO/MgO组分，通过SO₂酸性环境促进钙离子浸出，再经NH₃·H₂O矿化制备高附加值CaCO₃。该研究发表于《Separation and Purification Technology》，首次实现钢渣脱硫-钙回收-碳固定的三重目标。

研究采用多尺度表征技术：通过X射线荧光光谱(XRF)分析钢渣成分，X射线衍射(XRD)追踪物相转变，电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)定量离子溶出，结合傅里叶红外光谱(FTIR)和扫描电镜-能谱联用(SEM-EDS)解析产物特性。实验系统考察了粒径、温度(25-90°C)、pH(1-5)和时间(0.5-6h)对反应的影响。

湿法脱硫特性研究
在70°C、pH=3的优化条件下，SO₂可高效浸出钢渣中81.5%的钙，同时生成石膏(CaSO₄·2H₂O)中间产物。FTIR显示溶液中出现SO₄^2-特征峰(1120 cm^-1)，SEM观察到钢渣表面由致密变为多孔结构，证实酸性环境能有效破除CaO的包裹层。

循环脱硫与矿化反应
通过建立5次循环实验，发现每次循环后钢渣钙浸出率稳定在75%以上。引入NH₃·H₂O后，CaSO₄与CO₂反应生成纯度97.9%的方解石型CaCO₃，其立方体形貌经SEM确认，XRD图谱与标准卡片(PDF#05-0586)完全匹配。值得注意的是，Fe₂O₃和SiO₂杂质被有效分离，避免共沉淀问题。

反应机理探讨
研究提出三步反应路径：(1)SO₂水解生成H⁺促进Ca²⁺溶出；(2)Ca²⁺与SO₄^2-形成CaSO₄沉淀；(3)NH₃·H₂O环境下CaSO₄与CO₂发生复分解反应。该机制避免了传统间接矿化法的试剂高耗问题，实现每吨钢渣562 kg CaCO₃的工业级产出。

这项研究开创了钢渣"脱硫-矿化"协同技术新范式：一方面将烟气SO₂转化为可利用的硫酸根，另一方面使钢渣钙组分转化为高纯CaCO₃，同时固定CO₂。相较于传统石灰石法，该方法原料成本降低60%，且无二次废渣产生。研究团队特别指出，该工艺可直接集成到现有湿法脱硫装置，为钢铁企业"固废-废气"协同治理提供即用型解决方案。未来通过优化循环参数和反应器设计，有望进一步提升钙回收率和产物附加值。