硅灰石封存的实验认识

采用拉曼光谱原位在线实时观测硅灰石封存CO2的碳酸盐化方法是切实可行的。在物质鉴别上，拉曼光谱可以很好地区分硅灰石和方解石的拉曼谱图，从拉曼位移和拉曼峰强度大小可以检测二者随时间的转变状况。通过拉曼分析，能实现物质结构和物质组分变化的实时监控，因此对调整反应进程有较好的作用。在溶液的鉴别和定性分析上，可以根据不同溶液和离子的拉曼位移和拉曼峰来区分不同的离子和溶液。根据溶液中离子和CO2气体拉曼特征峰面积积分与统一谱图上水的面积积分的比值，来推算溶液中的离子浓度大小、溶解在溶液中的CO2气体含量状况。从而有效地实现了硅灰石碳酸盐化过程中的物质转换检测和定性定量观测，保证了实验的准确性和有效性。

图6－7 1mol／L Na HCO3－150℃－7MPa条件下硅灰石碳酸盐化矿物转变随时间变化过程示意图

图6－8 1mol／L Na HCO3－150℃－7MPa条件下较小硅灰石颗粒（a）与较大颗粒（b）随时间延续转变成方解石过程拉曼谱图对比

（硅灰石拉曼特征峰位移：967cm－1、631cm－1和409cm－1；方解石拉曼特征峰位移：1076cm－1、700cm－1和269cm－1）

实验表明，温度、压力、介质溶液和矿物粒径大小对转化速率和效率均有一定的影响，每一体系中各个影响因素不是单独存在，要综合考虑其影响因素，得出较优的硅灰石碳酸盐化条件。各个因素的影响总结如下。

（1）对于0.5mol／L Na HCO3介质溶液在120～200℃温度范围内，120℃条件下，较大压力（7MPa）比较小压力（4MPa）反应要快得多；在150℃条件下，压力20MPa时的碳酸盐化速率和程度要明显高于压力为7MPa和4MPa的状况。说明压力越大，越利于硅灰石的碳酸盐化，即增大压力，能够有效提高硅灰石封存CO2的效率。

（2）对于0.5mol／L Na HCO3介质溶液在120～200℃温度范围内，4MPa条件下，较高温度（150℃）比稍低温度（120℃）的碳酸盐化速率要快；在7MPa条件下，对200℃、150℃和120℃三种不同温度的碳酸盐化结果进行对比发现，200℃时硅灰石在很短时间内转化为方解石，150℃次之，120℃时需要很长的时间，且不能完全转化。说明在相同条件下温度对硅灰石的碳酸盐化速率影响很大，提高温度，有助于硅灰石封存CO2。

（3）在温度为150℃、压力为7MPa条件下，在水、0.5mol／L Na HCO3溶液和1mol／L Na HCO3溶液3种介质体系中，碳酸盐化反应均较明显，其中在1mol／L Na HCO3溶液中硅灰石反应最快，0.5mol／L Na HCO3溶液的硅灰石转化速率次之，在水中相对前两种最慢。说明Na HCO3溶液能促进硅灰石的碳酸盐化。

（4）其他条件相同时，较小粒径（20～30μm）的硅灰石反应速率明显高于较大粒径（50～60μm）的硅灰石，主要原因是减小矿物粒径会增大矿物颗粒的比表面积，增大矿物接触反应的区域。研究结果证实，减小矿物粒径有助于提高硅灰石碳酸盐化速率，利于硅灰石封存CO2。