Актуальность обусловлена достижением соответствия климатическим стандартам промышленного производства товаров, определяющих исполнение как квот на выброс парниковых газов, так и для инвестиционной привлекательности компаний [1]. Проблема использования доступного техногенного сырья (шлаков металлургической промышленности) изучается авторами работы (НИР). Это важное исследование для достижения понимания и оценки потенциальной экономической рентабельности накопленного сырья в механизме принудительной карбонизации, в сравнении с иными известными способами связывания оксида углерода (IV).
Авторами выдвигалась гипотеза на основании соответствующей проблематики академических исследований возможности использования металлургических шлаков [2 – 4]. Для доказывания гипотезы или её опровержения выполнено экспериментальным методом моделирование механизма карбонизации в лабораторном стенде. Выявлялась состоятельность предположения о механизме процесса карбонизации. Таким образом, применялись теоретико-экспериментальный и эмпирический методы исследования.
Исследование проводилось для реализации идеи мер снижения величины эквивалентных выбросов углерода в атмосферу на базе и сырье ПАО «Северсталь».
Исследуемыми материалами выступали: сталеплавильный конверторный шлак и известняк. Известняк состоит из карбоната кальция. В состав шлака входят продукты карбонизации оксидов кальция и магния.
Пробы подвергались механической и термической обработкам. В процессе исследования исполнялось: отбор проб, построение зависимости величин энергии Гиббса от температуры в прогнозируемых реакциях, оценка карбонизации методом ТГА. Шлак предварительно изучен с помощью РФА и СЭМ с модулем EDX.
План эксперимента подразумевал: пробоподготовку – для проведения декарбонизации выполнены измельчение и предварительный отжиг проб в муфельной печи до 1000 ºС; последующее помещение проб в реакционной камере стенда; моделирование условий карбонизации при заданных параметрах атмосферы и величины подачи углекислоты. По выбранным временным периодам происходило изъятие частей проб образцов, для контрольного взвешивания и подготовки для ТГА.
Выводами исследования признано: оправлены фазы исходных и после моделирования карбонизации проб; проведена оценка термодинамической возможности протекания процесса карбонизации при различных температурах; разработан и сконструирован лабораторный стенд для моделирования условий, необходимых для процесса карбонизации; произведена оценка процесса карбонизации предварительно отожжённого шлака и известняка; методом ТГА было определено последовательное протекание реакций образования Ca(OH)2 и CaCO3 в образцах шлака; выявлена наибольшая реакционная способность шлака в первые 24 часа; определен прирост массы для контрольной пробы известняка и шлака, что связано с образованием новых химических соединений. Высокотемпературная карбонизация обеспечила более оптимальные условия, и с изменением газовой среды, с подачей пара, обеспечило связывание 70 л CO2.
Таким образом основным выводом определена возможность применения изучаемого техногенного сырья для карбонизации. Выяснены основные реакции, проходящие с сырьем. К характеристике научной новизны исследования относятся установленные факты возможности протекания карбонизации на сырьевой базе ПАО «Северсталь». Продукты реакции перспективное сырье в строительной отрасли. Количественная оценка объемов связанного диоксида углерода позволит прогнозировать снижение величины углеродоемкости Компании при внедрении технологического решения.
Список литературы
- Korayem A. H. et al. Graphene oxide for surface treatment of concrete: A novel method to protect concrete //Construction and Building Materials. – 2020. – V. 243. – P. 118229.
- Рузавин А. А. Утилизация сталеплавильных шлаков путем ускоренной карбонизации //Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Строительство и архитектура. – 2018. – Т. 18. – №. 3. – С. 68 – 72.
- Pan S. Y. et al. Ex Situ CO2 capture by carbonation of steelmaking slag coupled with metalworking wastewater in a rotating packed bed //Environmental science & technology. – 2013. – Т. 47. – №. 7. – С. 3308 – 3315.
- Zhao Q. et al. Co-treatment of waste from steelmaking processes: steel slag-based carbon capture and storage by mineralization //Frontiers in Chemistry. – 2020. – V. 8. – P. 571504.
