针对工业过程CO2和固废排放的问题，减污降碳资源化利用刻不容缓。本文详细论述了工业固废矿化研究现状以及目前研究遇到的问题和技术瓶颈，并提出了未来研究方向和内容。本文总结了碳酸盐成核结晶动力学机制以及碳酸盐晶体形貌、粒度调控方法；讲述了开展固废浸取、矿化溶质气-液-固传输模型构建的重要性，同时建议开展CO2矿化利用技术全生命周期和经济评价，最后提出工业固废CO2矿化技术需加快示范应用进程的意义。
工业固废CO2矿化协同减污降碳关键技术进展
李 磊1，潘 鑫1，刘鲁豫1,2
1.中国科学院山西煤炭化学研究所，煤炭高效低碳利用全国重点实验室
2.中国科学院大学
1）对比分析了不同矿化工艺的优缺点并阐述了CO2矿化机理；
2）综述了CO2矿化利用技术的工业化应用情况及技术瓶颈，提出了在“双碳”背景下需加快工业固废CO2矿化技术示范应用进程的观点。
研究背景
为应对气候变化和工业固废排放，亟需开发有效的CO2封存和利用技术。CO2矿化是利用CO2与碱金属矿物反应生成碳酸盐的过程，并生产具有一定附加值的产品。工业固废储量巨大、价格低廉，具有大规模固定CO2的潜力，是理想的矿化原料。CO2矿化协同减污降碳利用技术具有成本低、规模大和长期稳定等优点而备受关注。
研究内容
本文综述了工业固废矿化CO2协同减污降碳关键技术进展。首先论述了不同工业固废作为CO2矿化原料利用情况，对比分析了不同矿化工艺的优缺点并阐述了CO2矿化机理；其次论述了不同CO2矿化工艺研究现状及存在问题；最后综述了CO2矿化利用技术的工业化应用情况及技术瓶颈，并提出未来矿化技术发展的方向和内容，将为固废矿化CO2利用技术大规模化应用提供技术支撑。
研究结论
1）针对固废矿化CO2目前存在的问题，需充分理解煤基固废的理化性质，建立固废预处理系统，厘清浸渍过程中表面溶剂扩散等控制浸取速率和程度的机制，采用固废预处理及表面活化技术，实现活性离子的高效浸取；
2）深入研究碳酸盐成核结晶动力学机制，探索控制矿化速度的机制。通过对碳酸盐矿物晶体生长历程进行观测和调控，研究金属离子在碳酸盐产物中的富集机制和能力；观测溶液组分与晶体形貌间的耦合关系，研究不同晶形控制剂的添加，达成碳酸盐晶体形貌、粒度调控目标。
3）揭示反应器内部流体流动特征，构建固废浸取、矿化溶质气-液-固传输模型，确定矿化设备优化设计方案及放大规律，优化反应器关键参数和结构，指导矿化核心装备研发。
4）加强CO2矿化利用技术全生命周期和经济评价，使之更节能节本；最后建议加大CO2矿化利用技术的中试和示范技术集成和成套工艺建设，为规模化减污降碳技术的工业化发展奠定技术支撑。
图1 CO2矿化利用技术示意图
图5 不同浸取剂矿化机理
表2 不同固废矿化机理和工艺优缺点
引用格式：
李磊，潘鑫，刘鲁豫.工业固废CO2矿化协同减污降碳关键技术进展[J/OL].洁净煤技术：1-16[2023-12-04].DOI：10.13226/j.issn.1006-6772.CN23090801.
LI Lei，PAN Xin，LIU Luyu. Advances in key technologies of synergistic pollution and carbon reduction by industrial solid waste CO2 mineralization[J/OL]. Clean Coal Technology: 1-16[2023-12-04].DOI：10.13226/j.issn.1006-6772.CN23090801.
通讯作者
李磊，研究员，博士生导师，任职于中国科学院山西煤炭化学研究所，煤炭高效低碳利用全国重点实验室，619课题组组长，入选中国科学院青促会会员、山西省“三晋英才”青年优秀人才计划。担任中国能源学会碳中和专业委员会副秘书长、山西省化学会第九届理事会理事等职务，主要从事CO2捕集及转化、减污降碳资源化利用以及高端化学品合成方向研究。作为项目负责人承担了国家级、省部级及企业合作项目30余项，完成了多项技术中试与示范。在ACS Catalysis、Applied Catalysis B、The Innovation、J CO2 Util等期刊发表论文60余篇，申请、授权专利30余项，主持和参与制定标准10余项，获得了中国发明协会发明创业奖成果奖一等奖、中国循环经济协会科技进步二等奖以及国际XPRIZE Carbon Removal中国预热赛TOP10（冠军团队）等奖项。
作者简介
潘鑫，助理工程师，任职于中国科学院山西煤炭化学研究所，煤炭高效低碳利用全国重点实验室，主要从事CO2减排及固废资源化协同处置技术、工业过程碳足迹溯源方向研究。作为项目骨干参与科研项目10余项，发表论文6篇，申请专利5项，参与标准制定5项。
课题组简介
中国科学院山西煤炭化学研究所，煤炭高效低碳利用全国重点实验室李磊研究员课题组是国内较早从事CCUS方向研究的团队之一。在“双碳”背景下，课题组以CCUS技术研究主线，定位应用基础研究，通过实验室基础研究、小试验证、中试验证和示范合作的模式，打通从理论研究到产业过程的技术路径。课题组在CO2捕集、催化转化方面进行了深入的基础和理论研究，先后完成了国内首台套循环流化移动床CO2吸附中试示范，开展了低碳烷烃CO2重整制合成气、CO2氧化烷烃脱氢、CO2加氢合成醇类、CO2间接合成酯类化学品、CO2矿化固废协同减污降碳等中小试技术验证，为进一步工业放大和系统集成化奠定了坚实的基础。
中国科学院山西煤炭化学研究所CCUS中试技术平台
同时团队在固废资源化利用、煤基/生物基高端化学品合成以及工业过程碳足迹溯源方向与企业开展了多项技术合作，取得了丰硕的科研成果。目前课题组有科研人员及研究生20余人，先后承担了国家级、国际合作、省部级及企业合作等项目30余项，在相关领域累计发表论文100余篇，申请、授权专利及制定相关标准30余项，近期团队获得了山西省科技创新人才团队专项支持，并荣获多项科技奖励。
