应用碳酸化程序进行二氧化碳捕集与炼钢炉碴再利用.PDF

應用碳酸化程序進行二氧化碳捕集與煉鋼爐碴再利用 Implementation of Carbonation Process for Carbon Dioxide Capture and Steelmaking Slag Utilization 蔣本基，國立臺灣大學環境工程學研究所特聘教授 潘述元，國立臺灣大學環境工程學研究所博士候選人 鍾岱均，國立臺灣大學碳循環永續技術與評估研究中心專任助理 陳劼立，國立臺灣大學環境工程學研究所碩士研究生 蔣坤安，國立臺灣大學碳循環永續技術與評估研究中心實習生 計畫編號： MOST 103-E-3113-007-002 摘要 根據國際能源總署報告，「提升能源效率」、「應用碳捕存技術」、「發展再生 能源技術」為溫室氣體減量最重要之關鍵策略。應用加速碳酸化程序可將工業產 生之鹼性廢棄物與二氧化碳反應，產生碳酸鈣沉澱，相當有潛力之技術；同時， 固體廢棄物通過加速碳酸化後，可對其中重金屬溶出（例如：鎘、鉛、鎳 …等） 具約束與減少效果，反應後固體廢棄物中自由氧化鈣與氧化鎂亦可被有效去除， 提升廢棄物之物化性質，有助於後續再利用作為水泥取代之原料。據此，為能有 效整合碳捕集程序於鹼性廢棄物再利用供應鏈，本專欄針對相關技術包括：加速 碳酸化、廢棄物再利程等研究進展進行蒐研，評析其現階段各自發展困境，並提 出未來可努力之方向。 關鍵字：煉鋼爐碴、冷軋廢水、超重力旋轉填充床、綠色水泥、碳酸鈣 壹、前言 近百年來，大氣中人為二氧化碳濃度增加嚴重影響全球氣候，根據國際能源 總署之「2012 年能源技術展望」報告，若欲在2050 年將全球升溫控制於2 oC範 圍內， 「提升能源效率」、「應用碳捕存技術」、「發展再生能源技術」為最重要之 關鍵策略，對於溫室氣體之減量貢獻程度達 90% 。目前國內政府及民間，參採國 際倡議，已努力陸續推動各項措施，如鼓勵節能減碳、發展再生能源、導入綠色 科技等，均各有效果。 鹼性固體廢棄物通過加速碳酸化後，可減少工業二氧化碳之排放量，同時對 廢棄物中重金屬溶出具約束與減少效果，產生顯著化學和物理性質改善，方便其 殘留物重新使用在多種應用程序，或進一步再利用於水泥填料或海拋供海洋生物 使用。水泥在混凝土中佔有約 7–15% （體積比），而水泥與水拌合形成水泥漿可 1 成為混凝土之黏結材。黏結材於混凝土中之主要功用包括：包裹骨材、填充骨材 間之空隙、未凝固前提供混凝土之流動性等。傳統以來水泥被視為混凝土強度的 來源，故其用量及品質均頗為重要，但近年來研究顯示水泥用量越多，對耐久性 將造成不良影響，若能取代部分水泥（例如：卜作嵐摻料），則可改善其耐久性， 而混凝土之品質也由水灰比（W/C ratio ）控制改為由水膠比（W/B ratio ）控制。 由於碳酸化程序可將轉爐碴中 free-CaO含量減少，改良爐碴之物理化學性 質，並產生碳酸鈣結晶，應可使未來取代水泥時，與骨材堆積更為緻密、孔隙更 少，減少混凝土發生泌水及析離等現象；又其拌合用水量減少，則黏性與塑性增 加。據此，為能有效整合碳捕集程序於鹼性廢棄物再利用供應鏈，本專欄蒐研相 關技術包括：加速碳酸化、廢棄物再利用等研究進展，評析其現階段發展困境， 並提出未來可努力之方向。 貳、碳酸化程序進行碳捕集 2.1碳酸化原理 鹼性固體廢棄物可當做加速碳酸化（ Accelerated Carbonation ）之原料，並將 氣態 CO固定成為固態碳酸鹽沉澱（例如：碳酸鈣） 。假設轉爐碴中主要鈣系成 2 分以C S 、C S 、CaO 為主，此類含鈣系物質於水中解離，生成鈣離子，而產生 2 1 之鈣離子再與水中之碳酸，生成碳酸鹽類沉澱，其通示如式(1)所示： (Mg,Ca) Si O + zH O + xCO → x(Mg,Ca)CO + ySiO + zH O (1) x y x+2y(s) 2 (l) 2(g) 3(s) 2(s) 2 (l)