城市固体废物焚烧底渣半干法碳封存：协同资源回收与碳减排的创新路径

《Process Safety and Environmental Protection》：Collaborative resource recovery and carbon emission reduction from municipal solid waste incineration bottom ash through semi-dry carbon sequestration

　　本研究发现通过优化半干法碳化工艺（L/S=0.15，40°C，0.2 MPa）可显著提升底渣（BA）的CO2封存能力（12小时达10.7%），并同步改善其作为辅助胶凝材料（SCM）的性能。碳化处理通过方解石形成重构微观结构，增强重金属固化效果，使浸出浓度符合环保标准。在水泥基材料中，碳化底渣（CBA）表现出更优的工作性、早期水化活性和抗压强度，为水泥行业提供兼具碳减排与资源化利用价值的可持续发展方案。

　　

Highlight

半干法碳化工艺通过精准控制液相与固相比例（L/S）、温度及CO₂压力等核心参数，显著提升底渣（BA）的碳封存效率。在20% CO₂模拟烟气中，最佳条件下碳化程度媲美纯CO₂环境下的短期反应效果，印证其工业化应用潜力。

材料特性

BA主要成分为CaO和SiO₂，其碱性氧化物含量为CO₂矿化反应提供坚实基础。X射线荧光（XRF）分析显示，BA与普通波特兰水泥（OPC）化学组成相似，但需通过机械研磨优化粒径分布以匹配胶凝材料要求。

液相与固相比例（L/S）的影响

在纯CO₂氛围中，BA碳化反应在前三分钟内急速进行；而在20% CO₂环境下，两小时内碳化率持续攀升。L/S比值直接影响CO₂在颗粒表面的传质效率，过低则限制反应界面，过高则稀释反应浓度，需通过实验平衡碳化动力学与实际操作可行性。

温度与压力的协同效应

适度升温（如40°C）可加速碳化反应动力学，但过高温度反而抑制CO₂在孔隙中的吸附。压力提升能增强CO₂扩散驱动力，尤其在低浓度烟气中作用显著。研究通过参数组合优化，实现碳化效率与能耗的平衡。

结论

半干碳化不仅赋予BA优异的CO₂固定能力，更通过形成碳酸钙（CaCO₃）重构其微观结构，提升作为辅助胶凝材料（SCM）的性能。该技术为城市固体废物资源化与水泥行业碳减排提供了双赢策略。