综述：钢渣碳封存增强策略：多维度方法、反应机制与工业前景

（推荐语）本综述系统阐述了钢渣（steel slag）碳化技术在碳捕集利用与封存（CCUS）领域的应用潜力，重点分析了机械活化、碱金属掺杂、酸/铵盐浸出及微生物辅助等增强策略的反应机制与工业化瓶颈，为钢铁行业实现碳中和与循环经济提供了理论参考。

　　

物理化学特性

钢渣作为钢铁工业的主要副产物，其出钢温度高达1500–1700?°C，富含CaO、SiO₂、MgO等碱性矿物组分。转炉渣（BOF）与精炼渣（LF）的CaO含量显著高于电弧炉渣（EAF），这种成分差异直接影响其CO₂矿化潜力。钢渣中晶体结构的致密性及表面碳酸盐钝化层的形成，成为限制自然碳化效率的关键瓶颈。

增强碳封存策略

针对钢渣固有反应活性低的问题，研究者开发了多维度增强技术：

1. 1.

   机械活化：通过球磨或高压研磨增大比表面积，破坏晶体结构，使Ca²⁺溶出率提升3–5倍；

2. 2.

   碱金属掺杂：Na₂CO₃等添加剂可降低反应活化能，促进MgO相转化为菱镁矿（MgCO₃）；

3. 3.

   酸/铵盐浸出：选择性浸出钙镁离子后实施间接碳化，产物纯度达90%以上；

4. 4.

   微生物辅助：碳酸酐酶菌株能在常温常压下加速CO₂水合，形成方解石纳米颗粒。

工业化挑战与前景

当前技术仍面临高能耗湿法工艺（如高温高压碳化）与经济性平衡的难题。突破方向包括开发绿色活化系统（如太阳能驱动机械活化）、设计可循环催化剂，以及将碳化与重金属（Cr、Ni）固化、建材生产耦合为一体化流程。生命周期评估（LCA）显示，优化后的钢渣碳化工艺可降低30%–50%的碳足迹，但需建立稳定的碳交易市场以提升商业可行性。

结论

钢渣碳化技术正从实验室走向工程实践，其成功推广需跨学科协作解决材料改性、过程强化与系统集成问题。未来研究应聚焦低能耗活化策略与高值化产品开发，为钢铁行业"以废治碳"提供闭环解决方案。