It has been reported that aqueous indirect carbonation process of calcium silicate mineral could be one of the most promising methods for $CO_2$ sequestration. The process consists of two main steps, extraction of Ca from calcium silicate and carbonation of the extracted solution by $CO_2$. Many types of acids such as HCl and $HNO_3$ can be used in the extraction step of the process. In the case of using aqueous acetic acid solution as the extraction solvent, acetic acid can be reproduced at the carbonation step of the extracted solution by $CO_2$ and recycled to extraction step for reuse it. Industrial by-products such as iron and steel slags are potential raw materials of the indirect carbonation process due to their high contents of calcium silicate. In this study, in order to examine the extraction efficiency of domestic electric arc furnace steel slag by aqueous acetic acid solution, extraction experiments of the slag were performed by using the aqueous acetic acid solutions of varying extraction conditions ; acetic acid concentrations, extraction temperatures and times.
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2017.05a
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pp.13-14
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2017
In this paper, research for use possibility as silica source of waste concrete powder discharged from direct and indirect carbonation has progressed. For the research, properties on the extruding panel using waste concrete powder with high silica content is evaluated. As the results, compressive strength of specimen is increased 24% compared to control specimen when waste concrete powder replaced 50%, that is discharged from carbonation process, as silica source.
In this study, we conducted experiments to store $CO_2$ and produce $CaCO_3$ through indirect carbonation using paper sludge ash (PSA) and three chelating reagents (fumarate, IDA and EDTA). Fumarate and IDA used as solvents could facilitate the indirect carbonation reaction to store more $CO_2$ than water. When 0.1 M fumarate and IDA were used, $CO_2$ storage was 63 and $89kg-CO_2/ton-PSA$, respectively, and $CaCO_3$ yield was 144 and $202kg-CaCO_3/ton-PSA$. For the case of EDTA, however, the carbonation was hardly progressed. As either the concentration or Ca-ligand stabilization constant of each chelating reagent increased, the calcium extraction efficiency from PSA increased. In addition, the carbonation efficiency was influenced by the Ca-ligand stabilization constant. As the Ca-ligand stabilization constant increased, more calcium could be extracted from the PSA. With the constant larger than that of $CaCO_3$ ($10^{8.35}$), however, the carbonation reaction was not proceeded.
Mineral carbonation by indirect method has been studied by serpentinite as cation source. Through the carbonation of $CO_2$ and alkaline earth ions (calcium and magnesium) from serpentinite, the pure carbonates including $MgCO_3$ and $CaCO_3$ were synthesized. The extraction solvent used to extract magnesium (Mg) was ammonium sulfate ($(NH_4)_2SO_4$), and the investigated experimental factors were the concentration of $(NH_4)_2SO_4$, reaction temperature, and ratio of serpentinite to the extraction solvent. From this study, the Mg extraction efficiency of approximately 80 wt% was obtained under the conditions of 2 M $(NH_4)_2SO_4$, $300^{\circ}C$, and a ratio of 5 g of serpentinite/75 mL of extraction solvent. The Mg extraction efficiency was proportional to the concentration and reaction temperature. $NH_3$ produced from the Mg extraction of serpentinite was used as a pH swing agent for carbonation to increase the pH value. About 1.78 M of $NH_3$ as the form of $NH_4{^+}$ was recovered after Mg extraction from serpentinite. And, the main step in Mg extraction process of serpentinite was estimated by geochemical modeling.
Waste cement generated from recycling processes of waste concrete is a potential raw material for mineral carbonation. For the $CO_2$ sequestration utilizing waste cement, this study was conducted to obtain basic information on the aqueous carbonation methods and the characteristics of carbonate mineral formation. Cement paste was made with W:C= 6:4 and stored for 28 days in water bath. Leaching tests using two additives (NaCl and $MgCl_2$) and two aqueous carbonation experiments (direct and indirect aqueous carbonation) were conducted. The maximum leaching of $Ca^{2+}$ ion was occurred at 1.0 M NaCl and 0.5 M $MgCl_2$ solution rather than higher tested concentration. The concentration of extracted $Ca^{2+}$ ion in $MgCl_2$ solution was more than 10 times greater than in NaCl solution. Portlandite ($Ca(OH)_2$) was completely changed to carbonate minerals in the fine cement paste (< 0.15 mm) within one hour and the carbonation of CSH (calcium silicate hydrate) was also progressed by direct aqueous carbonation method. The both additives, however, were not highly effective in direct aqueous carbonation method. 100% pure calcite minerals were formed by indirect carbonation method with NaCl and $MgCl_2$ additives. pH control using alkaline solution was important for the carbonation in the leaching solution produced from $MgCl_2$ additive and carbonation rate was slow due to the effect of $Mg^{2+}$ ions in solution. The type and crystallinity of calcium carbonate mineral were affected by aqueous carbonation method and additive type.
Mineral carbonation has been proposed as a possible way for $CO_2$ sequestration. The electric arc furnace slags consist of calcium, magnesium and aluminum silicates in various combinations. If they could be used instead of natural mineral silicates for carbonation, considerable energy savings and $CO_2$ emissions reductions could be achieved. Indirect aqueous carbonation of the slags consists of two steps, extraction of calcium and carbonation. Acetic acid leaching of electric arc furnace slags had been already studied to extract Ca in them, but it was reported that the carbonation of the extracted $Ca^{2+}$ in the leached solution would suffer from too slow kinetics, even at high pressure of $CO_2$. In this work, to develop more efficient extraction of the electric arc furnace slags, hydrochloric acid leaching to separate calcium from them was studied, and the results were compared with the acetic acid ones. The phase boundary between $Ca^{2+}$ and $CaCO_3$ in the solution with pH was determined by thermodynamic calculations. Hydrochloric acid was more effective than acetic acid for the extraction of Ca in electric arc furnace slag, and there is a possibility to recycle an unreacted hydrochloric acid in the leached solution by electrolysis or evaporation.
Lee, Ji Hyun;Lee, Dong Woog;Gyu, Jang Se;Kwak, No-Sang;Lee, In Young;Jang, Kyung Ryoung;Choi, Jong-shin;Shim, Jae-Goo
Korean Chemical Engineering Research
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v.53
no.5
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pp.590-596
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2015
Estimating potential of $CO_2$ emission reduction of non-capture $CO_2$ utilization (NCCU) technology was evaluated. NCCU is sodium bicarbonate production technology through the carbonation reaction of $CO_2$ contained in the flue gas. For the estimating the $CO_2$ emission reduction, process simulation using process simulator (PRO/II) based on a chemical plant which could handle $CO_2$ of 100 tons per day was performed, Also for the estimation of the indirect $CO_2$ reduction, the solvay process which is a conventional technology for the production of sodium carbonate/sodium bicarbonate, was studied. The results of the analysis showed that in case of the solvay process, overall $CO_2$ emission was estimated as 48,862 ton per year based on the energy consumption for the production of $NaHCO_3$ ($7.4GJ/tNaHCO_3$). While for the NCCU technology, the direct $CO_2$ reduction through the $CO_2$ carbonation was estimated as 36,500 ton per year and the indirect $CO_2$ reduction through the lower energy consumption was 46,885 ton per year which lead to 83,385 ton per year in total. From these results, it could be concluded that sodium bicarbonate production technology through the carbonation reaction of $CO_2$ contained in the flue was energy efficient and could be one of the promising technology for the low $CO_2$ emission technology.
Kim, Kyeongtae;Latief, Ilham Abdul;Kim, Danu;Kim, Seonhee;Lee, Minhee
Economic and Environmental Geology
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v.55
no.4
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pp.377-388
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2022
Laboratory-scale experiments were performed to identify the As removal mechanism of the residual slag generated after the mineral carbonation process. The residual slags were manufactured from the steelmaking slag (blast oxygen furnace slag: BOF) through direct and indirect carbonation process. RDBOF (residual BOF after the direct carbonation) and RIBOF (residual BOF after the indirect carbonation) showed different physicochemical-structural characteristics compared with raw BOF such as chemical-mineralogical properties, the pH level of leachate and forming micropores on the surface of the slag. In batch experiment, 0.1 g of residual slag was added to 10 mL of As-solution (initial concentration: 203.6 mg/L) titrated at various pH levels. The RDBOF showed 99.3% of As removal efficiency at initial pH 1, while it sharply decreased with the increase of initial pH. As the initial pH of solution decreased, the dissolution of carbonate minerals covering the surface was accelerated, increasing the exposed area of Fe-oxide and promoting the adsorption of As-oxyanions on the RDBOF surface. Whereas, the As removal efficiency of RIBOF increased with the increase of initial pH levels, and it reached up to 70% at initial pH 10. Considering the PZC (point of zero charge) of the RIBOF (pH 4.5), it was hardly expected that the electrical adsorption of As-oxyanion on surface of the RIBOF at initial pH of 4-10. Nevertheless it was observed that As-oxyanion was linked to the Fe-oxide on the RIBOF surface by the cation bridge effect of divalent cations such as Ca2+, Mn2+, and Fe2+. The surface of RIBOF became stronger negatively charged, the cation bridge effect was more strictly enforced, and more As can be fixed on the RIBOF surface. However, the Ca-products start to precipitate on the surface at pH 10-11 or higher and they even prevent the surface adsorption of As-oxyanion by Fe-oxide. The TCLP test was performed to evaluate the stability of As fixed on the surface of the residual slag after the batch experiment. Results supported that RDBOF and RIBOF firmly fixed As over the wide pH levels, by considering their As desorption rate of less than 2%. From the results of this study, it was proved that both residual slags can be used as an eco-friendly and low-cost As remover with high As removal efficiency and high stability and they also overcome the pH increase in solution, which is the disadvantage of existing steelmaking slag as an As remover.
Lee, Ye-Hwan;Lee, Sang Hyun;Hwang, In-Hyuck;Choi, Sung-Yeol;Lee, Sang Moon;Kim, Sung Su
Applied Chemistry for Engineering
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v.29
no.1
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pp.43-48
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2018
In this study, we performed various extraction condition experiments such as types and concentrations of extractants, amounts of extraction sources, pretreatment processes, to optimize the calcium ion extraction for precipitated calcium carbonate (PCC) production. CaO was used as a calcium extraction source, The extraction amount of calcium ions and the particle size of CaO were determined by ICP and SEM results. As a result, 100% calcium ion was extracted when 2 M hydrochloric acid was used as an extractant, and the optimum amount of the extraction source was 6 g. On the other hand, it was confirmed that the reaction time, reaction temperature, particle milling and heat treatment process had no significant effect on the calcium ion extraction amount.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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