钛石膏间接矿物碳酸化双效技术：固废资源化与CO2封存协同路径研究

针对钛石膏（titanium gypsum）资源化利用率低（仅10%）及CO2减排需求，研究人员提出NH4Cl浸出-碳酸化间接矿物碳封存新工艺。结果表明：在NH4Cl浓度2.5 mol/L、液固比200:3 mL/g条件下，钙浸出率达87.55%；碳酸化阶段pH 9.0时效率达96.52%，成功制备纯度99.38%的球霰石型碳酸钙（vaterite），并实现NH4Cl五轮循环利用，为工业固废高值化与碳中和提供创新方案。

　　

钛石膏，这种以硫酸钙（CaSO₄）为主的工业固废，因含大量无定形氢氧化铁而呈现红黄色，已成为中国钛白粉产业的“环境顽疾”。每生产1吨钛白粉就会产生6-10吨钛石膏，全国堆存量已达2.73亿吨，但利用率不足10%。传统露天堆存不仅侵占土地，更导致周边环境重金属污染。尽管已有研究尝试将其用于建材和土壤改良，但高含水量、杂质多等问题始终制约着其大规模应用。与此同时，全球CO₂浓度预计本世纪末将升至590 ppm，如何实现“固废处理+碳减排”的双赢成为迫切课题。

来自国内研究机构（根据通讯地址推测为河南焦作某化学工厂合作团队）的研究人员独辟蹊径，将目光投向间接矿物碳酸化技术。不同于直接碳酸化法的低效缺陷，该团队通过NH₄Cl选择性浸出钛石膏中的钙，再通入CO₂进行碳酸化反应，最终在《Environmental Research》发表突破性成果。

关键技术包括：钛石膏的NH₄Cl动态浸出（监测Ca²⁺浓度）、pH调控碳酸化反应（使用pH-stat法）、XRD表征碳酸钙晶型、以及铵盐循环工艺设计。实验原料取自焦作化工厂的钛石膏，经60℃干燥后过100目筛备用。

主要发现

1. 钙浸出机制
   在NH₄Cl浓度2.5 mol/L、液固比200:3 mL/g、25℃条件下，10分钟内钙浸出率即达87.55%。研究发现高浓度NH₄⁺会与Ca²⁺竞争配位，而Fe³⁺因形成[FeCl₄]^-络合物被有效抑制，实现钙的选择性提取。

2. 碳酸化调控
   pH被证实为关键控制参数：当pH=9.0、45℃、CO₂流速200 mL/min时，30分钟碳酸化效率达96.52%。升温虽能促进反应但会诱导方解石生成，而优化条件下可获得99.38%纯度的球霰石——这种亚稳态碳酸钙在医药、涂料领域具有特殊价值。

3. 铵盐循环经济
   通过蒸发结晶实现NH₄Cl五轮循环使用，每轮钙浸出率仍保持>85%。残留母液经检测符合工业回用标准，真正实现“零废工艺”。

这项研究构建了“钛石膏-CaCO₃-CO₂”的闭环技术路径：每处理1吨钛石膏可封存0.35吨CO₂，同时产出高附加值碳酸钙产品。相较于传统填埋法，该工艺使钛石膏资源化率提升8倍，为钛白粉行业提供兼具环境效益与经济可行性的解决方案。更深远的意义在于，其“以废治废”的思路为其他工业固废（如赤泥、电石渣）的碳中和技术开发提供了范式参考。