垃圾焚烧底灰CO2矿化与能源回收工厂脱碳协同技术研究

为解决垃圾焚烧底灰(BA)资源化利用与碳排放问题，研究人员开展WtE(废物转化能源)底灰CO2矿化研究，通过水相碳化实验实现35 kg CO2/t BA的固定量，结合水泥生产系统可降低15%碳足迹，为工业固废低碳处理提供新思路。

　　

随着城市化进程加速，生活垃圾焚烧产生的底灰(BA)和飞灰(FA)处理成为环境治理难题。法国117座废物转化能源(WtE)工厂年处理1440万吨城市固体废弃物(MSW)，但每焚烧1 kg MSW仍会排放0.36 kg化石源CO₂。传统填埋方式面临空间短缺和污染风险，而BA中富含的钙镁硅酸盐为CO₂矿化提供了可能。

法国图卢兹材料与建筑耐久性实验室(LMDC)的研究团队在《Journal of Contaminant Hydrology》发表研究，系统评估了里昂地区WtE工厂BA的碳化潜力。通过激光粒度分析、X射线衍射(XRD)和红外光谱(FT-IR)等表征技术，结合高压反应釜碳化实验，发现BA在5 bar CO₂、25°C水相条件下可实现35 kg CO₂/t BA的固定量，同时生成具有胶凝活性的无定形二氧化硅。

材料与方法
研究采用粒径分级、ICP-AES元素分析和PHREEQC热力学模拟等技术，对<4 mm BA进行湿法研磨和预处理。碳化实验在300 mL高压反应釜中进行，设置不同L/S比(0.15-2.5 w/w)和CO₂分压(0.15-5 bar)，通过压力传感器实时监测CO₂消耗量。

关键结果

1. BA组成与粒径关系：XRF分析显示BA中SiO₂(49.6 wt%)和CaO(19.1 wt%)呈粒径反相关，>4 mm颗粒含60.1% SiO₂而<100 μm颗粒含35.6% CaO。
2. 碳化产物特性：XRD证实碳化后钙长石相减少，红外光谱1065 cm^-1处Q⁴硅氧键特征峰增强，BET比表面积从4.1增至29.7 m²/g。
3. 工艺优化：伴随研磨的碳化实验使CO₂固定量提升至80 kg/t BA，氯含量降至0.05 wt%，满足EN 197-1水泥标准。

系统整合评估
将碳化BA作为辅助胶凝材料(SCM)替代20%普通硅酸盐水泥(OPC)，可使"WtE-水泥"联产系统碳足迹降低15%。虽然单独碳化仅抵消WtE工厂2%碳排放，但结合H₂副产(5.6 L/kg BA)和重金属固化功能，展现了循环经济价值。

该研究创新性地提出工业固废协同处理方案，为破解"碳减排-固废处置-建材替代"多重难题提供了技术范式。后续研究可进一步优化研磨能耗与碳化效率的平衡，推动该技术从实验室走向工程应用。