Экспериментальное определение оптимальных параметров процесса карбонизации шлаков от сжигания твердых коммунальных отходов

В статье проводится углубленное исследование процесса минеральной карбонизации шлаков, образующихся в результате термической переработки твердых коммунальных отходов (ТКО). Этот процесс рассматривается как перспективный и экологически устойчивый метод улавливания и долгосрочного хранения углекислого газа (CO₂), являющегося одним из основных парниковых газов. В статье представлено детальное теоретическое обоснование процесса, включающее анализ термодинамических и кинетических аспектов реакций карбонизации, а также рассмотрение механизмов взаимодействия CO₂ с различными минеральными компонентами шлаков. Особое внимание уделено влиянию минерального состава шлаков на эффективность и скорость карбонизации. Подробно описаны методы экспериментального исследования, использованные для анализа процесса карбонизации, такие как дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК), термогравиметрический анализ (ТГА), рентгенофазовый анализ (РФА), сканирующая электронная микроскопия (СЭМ) и энергодисперсионная рентгеновская спектроскопия (ЭДС). Эти методы позволяют изучить фазовый состав шлаков, структуру образующихся карбонатных минералов и их морфологию. Представлены результаты расчетов оптимальных параметров карбонизации шлаков, учитывающих влияние ключевых факторов, таких как температура, давление CO₂, концентрация CO₂, время реакции и размер частиц шлаков. Особое внимание уделено исследованию влияния температуры и давления на скорость связывания CO₂ и на образование стабильных карбонатных минералов, таких как кальцит, магнезит и сидерит. В качестве эталонного материала для сравнения рассматривается традиционно используемый для минеральной карбонизации серпентинит, обладающий благоприятными химическими свойствами и высоким содержанием магния.

This article provides an in-depth investigation into the mineral carbonation process of slags resulting from the thermal processing of municipal solid waste (MSW). This process is considered a promising and environmentally sustainable method for capturing and long-term storage of carbon dioxide (CO₂), a major greenhouse gas. The article presents a detailed theoretical justification of the process, including an analysis of the thermodynamic and kinetic aspects of carbonation reactions, as well as a consideration of the mechanisms of CO₂ interaction with various mineral components of slags. Particular attention is paid to the influence of the mineral composition of the slags on the efficiency and rate of carbonation. The experimental research methods used to analyze the carbonation process are described in detail, such as differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetric analysis (TGA), X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), and energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS). These methods allow us to study the phase composition of slags, the structure of the formed carbonate minerals, and their morphology. The results of calculations of the optimal parameters for slag carbonation are presented, taking into account the influence of key factors such as temperature, CO₂ pressure, CO₂ concentration, reaction time, and slag particle size. Particular attention is paid to studying the influence of temperature and pressure on the CO₂ binding rate and the formation of stable carbonate minerals, such as calcite, magnesite, and siderite. Serpentine, traditionally used for mineral carbonation due to its favorable chemical properties and high magnesium content, is considered as a reference material for comparison.