本發(fā)明涉及封存和固化co2的方法，具體涉及利用泡沫地聚合物充填礦井以封存和固化co2的方法。
背景技術：
全球變暖己被世界各國高度重視，其危害也已經(jīng)深深影響著人們生活，冰川融化、海平面上升、島被淹、動植物滅絕、生態(tài)失衡，自然災害頻繁、傳染性疾病蔓延等；而二氧化碳（co2）排放作為全球變暖的最主要人為因素已被世界各國認可。因此，各國際機構(gòu)、氣候組織和各國政府都在尋找減少排放co2的最快、最有效的方法。各國雖然響應積極、措施緊迫、進展有序，但由于主要依靠提高能源效率、使用可再生能源等路徑減少碳排放，減排效果卻不盡人意。在以能源為發(fā)展驅(qū)動的現(xiàn)代社會，新能源研究、應用受到使用范圍、技術資金等限制短時困難重重，化石燃料仍將繼續(xù)是主要的供給能源，能源結(jié)構(gòu)也無法在短期內(nèi)根本性改變，人類所面臨的碳排放壓力巨大。目前，我國正在大力推行節(jié)能減排、調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、增加低碳燃料比例等許多重要措施，而二氧化碳的回收、捕集和綜合利用方面必然是未來主要的發(fā)展方向。目前，解決co2問題的有效方法是對co2的封存和固化。
現(xiàn)有co2封存和固化技術：礦石碳化、工業(yè)利用和海洋封存。
礦石碳化是利用co2與金屬氧化物發(fā)生反應生成穩(wěn)定的碳酸鹽從而將co2永久性地固化起來。由于自然反應過程比較緩慢,因此需要對礦物作增強性預處理,但這是非常耗能的，據(jù)推測采用這種方式封存co2的發(fā)電廠要多消耗60%～180%的能源。并且由于受到技術上可開采的硅酸鹽儲量的限制,礦石碳化封存co2的潛力可能并不樂觀。
工業(yè)利用實質(zhì)上是將co2作為反應物生產(chǎn)含碳的工業(yè)產(chǎn)品,從而達到封存的目的，大多數(shù)是用于生產(chǎn)尿素。工業(yè)利用從技術上看并不是一種理想的封存方案,因為在不同的工業(yè)流程中,co2的封存時間只有幾天,最多幾個月,然后會被再次降解為co2,并排入大氣中。
海底沉積層二氧化碳水合物封存是諸多技術中一種潛力巨大的二氧化碳封存技術，但同時也會對海洋環(huán)境造成較大影響，如海水表面二氧化碳濃度增大，改變了海洋的化學特征，表層海水酸化等。此外，封存在海水中的二氧化碳遇到溫度壓力波動或洋流變化很有可能從海水中逃逸出來釋放到大氣當中，反而會造成與二氧化碳封存背道而馳的結(jié)果。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術問題在于，克服現(xiàn)有技術存在的缺陷，提出了一種利用泡沫地聚合物充填礦井采空區(qū)封存固化co2的方法，將co2氣體作為泡沫地聚合物充填材料的發(fā)泡填充氣體，填充礦井采空區(qū)，實現(xiàn)co2的封存和固化。
地聚合物材料是近年來新發(fā)展起來的一類新型無機非金屬材料，這類材料多以天然鋁硅酸鹽礦物或工業(yè)固體廢物為主要原料，與其他礦物摻合料和適量堿硅酸鹽溶液充分混合后，在常溫或蒸養(yǎng)條件下養(yǎng)護成型硬化，是一類由鋁硅酸鹽膠凝成分粘結(jié)的膠凝材料。將co2氣體用于發(fā)泡填充氣體來制作泡沫地聚合物充填材料，不僅可以利用碳化反應吸收二氧化碳，大幅提高泡沫地聚合物強度，而且泡沫地聚合物的孔結(jié)構(gòu)為密閉的球體，可以將co2氣體有效地封存起來。即使隨時間的延長未被及時碳化吸收的co2氣體能夠從泡沫地聚合物中緩慢溢出，但溢出co2氣體也會被地殼中堿性物質(zhì)完全吸收，從而實現(xiàn)對co2氣體的短暫封存和永久固化，從而達到co2的利用、封存和礦化的有效統(tǒng)一。
基于上述技術思路，本發(fā)明提出了利用泡沫地聚合物充填礦井采空區(qū)封存固化co2的方法，其步驟是：
步驟1.選定需要充填的礦井采空區(qū)。
步驟2.制備復合粉體材料：
將礦渣微粉和固體廢渣微粉按比例稱量配料，并混合均勻，即制得復合粉體材料；所述復合粉體材料各組分的質(zhì)量百分比：礦渣微粉20-100％，固體廢渣微粉0-80％。
步驟3.堿激發(fā)溶液配制：
用水將液體水玻璃稀釋至固含量的質(zhì)量百分比為10-35%，即制得所需的堿激發(fā)溶液；
步驟4.制備封存有co2氣體的泡沫：
將水與發(fā)泡劑按質(zhì)量比20-50:1的比例制備發(fā)泡液，將發(fā)泡液注入發(fā)泡機中，開動發(fā)泡機，同時通入co2氣體，即制得封存有co2氣體的泡沫。
步驟5.制備地聚合物漿體：
將步驟3制得的堿激發(fā)溶液與步驟2制得的復合粉體材料按質(zhì)量比0.3-0.6:1的比例混合并攪拌均勻，即制得地聚合物漿體，此時激發(fā)劑（以na2o計）占固體粉料質(zhì)量的3-5%。
步驟6.制備泡沫地聚合物混凝土：
將步驟4制得的封存有co2氣體的泡沫與步驟5制得的地聚合物漿體按體積比0.2-5:1的比例混合并攪拌均勻，即制得泡沫地聚合物混凝土，此時發(fā)泡劑用量占固體粉料質(zhì)量的0.05-2%。
步驟7.將步驟6制得的泡沫地聚合物混凝土充填至步驟1選定的礦井采空區(qū)。
所述的礦渣微粉為磁選除鐵處理后的?；郀t礦渣，比表面積≥600m2/kg，其中粒徑小于30μm的超細?；郀t礦渣微粉占總質(zhì)量的90%以上；所述的固體廢渣為一般的固體廢棄物，如各種尾礦、建筑垃圾、渣土、煤矸石、粉煤灰、鋼渣、爐渣、赤泥、電石泥、脫硫灰、垃圾焚燒爐渣、采石場碎屑等，固體廢渣微粉為固體廢渣經(jīng)粉磨后，使其比表面積≥600m2/kg，粒徑小于30μm的顆粒占總質(zhì)量的90%以上；所述的水玻璃為符合gb/t4209-2008標準規(guī)定的液體水玻璃,其模數(shù)為1至3,固含量為35%-50%。
本發(fā)明方法具有以下有益效果：
（1）成本低
泡沫地聚合物礦井充填材料以工業(yè)固體廢渣為原料，以水玻璃溶液為激發(fā)劑，成本十分低廉。如果不計廢渣成本，采用水玻璃溶液為激發(fā)劑，單方成本根據(jù)原材料的不同約20-50元。
（2）強度高，施工性能好
泡沫地聚合物礦井充填材料的3天抗壓強度0.5-2mpa，28天抗壓強度1-5mpa.二氧化碳發(fā)泡的泡沫地聚合物由于碳化作用，其強度進一步提高?？晒艿垒斔?、泵送澆筑，施工過程便捷。
（3）co2氣體的封存量大、固化率高
泡沫地聚合物孔隙率高達70%以上，泡沫中充滿高濃度的co2氣體，封存量很大。被封存的co2氣體一部分被地聚合物碳化吸收，即使有緩慢溢出的co2氣體也將被地殼中堿性物質(zhì)全部吸收，固化率高達100%。
附圖說明
圖1利用泡沫地聚合物充填礦井采空區(qū)封存固化co2的方法工藝流程圖。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例，對本發(fā)明做進一步詳細說明。
1.選定徐州某礦井急傾斜薄煤層采空區(qū)；
2.封存有co2氣體的泡沫地聚合物的制備：
（1）復合粉體材料制備：固體粉料為徐州誠意水泥廠生產(chǎn)的礦渣微粉和徐州茅村火力發(fā)電廠二級粉煤灰。礦渣微粉、粉煤灰均用散裝罐車運送，通過壓氣分別卸入立式筒倉，經(jīng)倉底螺旋輸送機輸送到計量斗內(nèi)計量，加入混料機內(nèi)，制得復合粉體材料，所述復合粉體材料各組分的質(zhì)量百分比：礦渣微粉50％，粉煤灰50％。
（2）堿激發(fā)溶液配制：用水將激發(fā)劑池中模數(shù)為1.0、固含量為50%的液體水玻璃稀釋至固含量的質(zhì)量百分比為16%，并攪拌均勻，制得所需的堿激發(fā)溶液。
（3）制備封存有co2氣體的泡沫：將水與松香皂發(fā)泡劑按質(zhì)量比30:1的比例制備發(fā)泡液，然后將儲有co2氣體的儲氣罐連接到發(fā)泡機的進氣口制備封存有co2氣體的泡沫。
（4）地聚合物漿體：通過輸送機將復合粉體材料從混料機中輸送到計量斗內(nèi)，同時通過水泵將堿激發(fā)劑溶液從激發(fā)劑池中引入到計量斗內(nèi)，將復合粉體材料與堿激發(fā)劑溶液按質(zhì)量比2:1的比例混合后攪拌均勻，即制得地聚合物漿體，此時激發(fā)劑溶液的用量(以na2o計)占復合粉體材料質(zhì)量的4%。
（5）制備泡沫地聚合物混凝土：將封存有co2氣體的泡沫與地聚合物漿體通過泵送分別送入計量斗內(nèi)，將泡沫與地聚合物漿體按體積比4:3的比例混合后攪拌均勻，形成合乎質(zhì)量要求的泡沫地聚合物混凝土，此時發(fā)泡劑的用量占復合粉體材料質(zhì)量的0.2%。
3.礦井充填：
將泡沫地聚合物混凝土通過充填泵加壓后經(jīng)管道輸送至步驟1選定的礦井采空區(qū)。