特許ウォッチ

公開番号2024157607
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-11-08
出願番号2023072041
出願日2023-04-26
発明の名称二酸化炭素の固定化方法
出願人住友金属鉱山株式会社,国立大学法人東京大学
代理人弁理士法人山内特許事務所
主分類B01D 53/14 20060101AFI20241031BHJP(物理的または化学的方法または装置一般)
要約【課題】高価な薬剤を用いることなく、カルシウム、および/またはマグネシウムを含む鉱物に二酸化炭素を固定化する固定化方法を提供する。
【解決手段】水と共存した状態において、カルシウムおよび/またはマグネシウムを含む被処理個体1に二酸化炭素を反応させることで生じた被膜2を被処理個体1の表面に固定する固定化工程Iと、被膜2が固定された被処理個体1に外力を加え、被膜2を剥離して二酸化炭素固定化能力を再生させる剥離工程IIと、からなる。被処理個体1の表面に炭酸塩の被膜2を形成した後でその被膜2を剥離すると、高価な薬剤を添加することなく、二酸化炭素を固定化できるので、その工業的価値は極めて大きい。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
水と共存した状態において、カルシウムおよび／またはマグネシウムを含む被処理個体に二酸化炭素を反応させることで生じた被膜を被処理個体に固定する固定化工程と、
該被膜が固定された被処理個体に外力を加え、前記被膜を剥離して二酸化炭素固定化能力を再生させる剥離工程と、からなる
ことを特徴とする二酸化炭素の固定化方法。
続きを表示（約 960 文字）【請求項２】
前記固定化工程と前記剥離工程とを交互に繰り返す
ことを特徴とする請求項１記載の二酸化炭素の固定化方法。
【請求項３】
前記固定化工程と前記剥離工程を同時に実行する
ことを特徴とする請求項１記載の二酸化炭素の固定化方法。
【請求項４】
前記被処理個体が、採鉱によって取得されるカルシウム珪酸塩および／またはマグネシウム珪酸塩を含む鉱物、該鉱物の製錬の過程で生成するスラグ、クリンカ、ダスト、焼却灰のうちの一種または複数種からなる
ことを特徴とする請求項１記載の二酸化炭素の固定化方法。
【請求項５】
前記被処理個体が６４μｍ以下に粉砕されて、前記固定化工程に供給される
ことを特徴とする請求項１記載の二酸化炭素の固定化方法。
【請求項６】
前記固定化工程における前記水の前記被処理個体に対する重量比が０．０１～１０である。
ことを特徴とする請求項１記載の二酸化炭素の固定化方法。
【請求項７】
前記固定化工程では、二酸化炭素の分圧を０．１ａｔｍ～５ａｔｍに調整しながら前記被処理個体と前記二酸化炭素との反応を行う
ことを特徴とする請求項１記載の二酸化炭素の固定化方法。
【請求項８】
前記固定化工程において、前記被処理個体が採鉱によって取得されるカルシウム珪酸塩および／またはマグネシウム珪酸塩を含む鉱物である場合に、さらに炭酸水素ナトリウムおよび／または炭酸水素カリウムを添加する
ことを特徴とする請求項１記載の二酸化炭素の固定化方法。
【請求項９】
前記固定化工程において、前記被処理個体が採鉱によって取得されるカルシウム珪酸塩および／またはマグネシウム珪酸塩を含む鉱物である場合に、さらに硫化物、硫黄、硫酸塩、亜硫酸塩のうち一以上を添加する
ことを特徴とする請求項１記載の二酸化炭素の固定化方法。
【請求項１０】
前記固定化工程において、二酸化炭素との反応を５℃～９０℃の反応温度に維持しながら行う
ことを特徴とする請求項１記載の二酸化炭素の固定化方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、二酸化炭素の固定化方法に関する。さらに詳しくは、大気や排ガス中の二酸化炭素を固定し、地中や海中への隔離を可能とするための二酸化炭素の固定化方法に関する。
続きを表示（約 3,200 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化が大きな問題となっており、温室効果ガスである二酸化炭素の排出量削減が世界的に求められている。二酸化炭素の排出量削減には、排出量自体を低減させる技術と、回収した二酸化炭素を固定して地中や海中へ隔離する固定化技術とが必要となる。
後者の固定化技術については、二酸化炭素を鉱物に固定化するミネラルカーボネーションという手法が注目されている。
【０００３】
ミネラルカーボネーションは、鉱物中のカルシウムやマグネシウムなどの金属元素と二酸化炭素を人工的に反応させ炭酸塩化する手法である。炭酸カルシウム（ＣａＣＯ
３
）や炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ
３
）などの炭酸塩は常温・常圧下で安定であり、固定化後に二酸化炭素を排出する可能性が地中貯留などと比べて低い。また、地中貯留などと比べて地質的な制約が少なく、低濃度の二酸化炭素にも適用可能なため、二酸化炭素濃度１０～２０％、発生量が数万トン～数十万トン程度の炉やボイラー等に対しては、ミネラルカーボネーションは最も有効な手法の一つと言える。
【０００４】
ミネラルカーボネーションに用いる鉱物としては、天然岩石中のケイ酸塩鉱物（ＣａＳｉＯ
３
，Ｍｇ
３
Ｓｉ
２
Ｏ
５
（ＯＨ）
４
）、製鋼スラグ中の生石灰（ＣａＯ）、飛灰中の生石灰（ＣａＯ）などを利用する技術が知られている。
【０００５】
特許文献１においては、反応槽内において、水の中に製鋼スラグを浸漬させ、二酸化炭素含有ガスを水の中に吹き込み、製鋼スラグから炭酸化スラグを製造する方法が記載されている。
特許文献２においては、［１］飛灰をパルプ濃度５～１００ｇ／Ｌの液中でＣＯ
２
ガスを吹き込みながら洗浄することにより、Ｃａ分をＣａ（ＨＣＯ
３
）
２
として溶解させる工程（洗浄工程）、［２］洗浄工程で得られたスラリーを固液分離することにより、Ｃａ（ＨＣＯ
３
）
２
を洗浄后液中に回収するとともに、固形分を洗浄残渣として回収する工程、を有する、二酸化炭素の固定を兼ねた飛灰の処理方法が記載されている。
特許文献３においては、水溶液形成工程で、炭酸イオンと化合して炭酸塩鉱物を形成可能な金属元素を含む原料と、キレート剤とを含むアルカリ性の水溶液を形成し、分離工程で、水溶液中で金属元素とキレート剤とを反応させて、原料から金属元素を金属イオンとして分離し、鉱物形成工程で、水溶液に炭酸イオンを生成可能な化合物を加えることにより、その化合物から生じた炭酸イオンと金属イオンとを反応させて炭酸塩鉱物を形成する二酸化炭素固定方法、二酸化炭素の回収方法が記載されている。
【０００６】
ところで、遊離石灰を数％含有する製鋼スラグや飛灰中のカルシウムは二酸化炭素と反応し、容易に炭酸化することが知られている。一方で、天然鉱石中のケイ酸塩鉱物はスラグ中の遊離石灰（ＣａＯ）などと比べて反応速度が遅いため、特許文献１および２に記載の従来技術をそのままミネラルカーボネーションに適用することは現実的でない。さらに、特許文献３はキレート剤を用いることで反応速度を向上させているが、こうしたキレート剤は一般的に高価であり、経済性の面で現実的でない。
【０００７】
しかも、上記各従来技術では、ケイ酸塩鉱物は粒子表面で二酸化炭素と反応して炭酸塩の膜や金属の酸化被膜（例えばＦｅＯＯＨ）が形成されやすいため、粒子内部のカルシウム、マグネシウムが未反応のまま反応が停止することがあり、これに起因して反応速度が低下してしまう問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
特開２０１３－１４７３７０号公報
特開２００５－２４６２２５号公報
特開２０２２－１０２７８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑み、高価な薬剤を用いることなく、カルシウムおよび／またはマグネシウムを含む鉱物に二酸化炭素を固定化する固定化方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１発明の二酸化炭素の固定化方法は、水と共存した状態において、カルシウムおよび／またはマグネシウムを含む被処理個体に二酸化炭素を反応させることで生じた被膜を被処理個体に固定する固定化工程と、該被膜が固定された被処理個体に外力を加え、前記被膜を剥離して二酸化炭素固定化能力を再生させる剥離工程と、からなることを特徴とする。
第２発明の二酸化炭素の固定化方法は、第１発明において、前記固定化工程と前記剥離工程とを交互に繰り返すことを特徴とする。
第３発明の二酸化炭素の固定化方法は、第１発明において、前記固定化工程と前記剥離工程を同時に実行することを特徴とする。
第４発明の二酸化炭素の固定化方法は、第１発明において、前記被処理個体が、採鉱によって取得されるカルシウム珪酸塩および／またはマグネシウム珪酸塩を含む鉱物、該鉱物の製錬の過程で生成するスラグ、クリンカ、ダスト、焼却灰のうちの一種または複数種からなることを特徴とする。
第５発明の二酸化炭素の固定化方法は、第１発明において、前記被処理個体が６４μｍ以下に粉砕されて、前記固定化工程に供給されることを特徴とする。
第６発明の二酸化炭素の固定化方法は、第１発明において、前記固定化工程における前記水の前記被処理個体に対する重量比が０．０１～１０であることを特徴とする。
第７発明の二酸化炭素の固定化方法は、第１発明において、前記固定化工程では、二酸化炭素の分圧を０．１ａｔｍ～５ａｔｍに調整しながら前記被処理個体と前記二酸化炭素との反応を行うことを特徴とする。
第８発明の二酸化炭素の固定化方法は、第１発明において、前記固定化工程において、前記被処理個体が採鉱によって取得されるカルシウム珪酸塩および／またはマグネシウム珪酸塩を含む鉱物である場合に、さらに炭酸水素ナトリウムおよび／または炭酸水素カリウムを添加することを特徴とする。
第９発明の二酸化炭素の固定化方法は、第１発明において、前記固定化工程において、前記被処理個体が採鉱によって取得されるカルシウム珪酸塩および／またはマグネシウム珪酸塩を含む鉱物である場合に、さらに硫化物、硫黄、硫酸塩、亜硫酸塩のうち一以上を添加することを特徴とする。
第１０発明の二酸化炭素の固定化方法は、第１発明において、前記固定化工程において、二酸化炭素との反応を５℃～９０℃の反応温度に維持しながら行うことを特徴とする。
第１１発明の二酸化炭素の固定化方法は、第１発明において、前記固定化工程における前記被処理個体中に含まれる鉄の含有量が２５重量％以下であることを特徴とする。
第１２発明の二酸化炭素の固定化方法は、第１発明において、前記固定化工程において、前記被処理個体が採鉱によって取得されるカルシウム珪酸塩および／またはマグネシウム珪酸塩を含む鉱物であり、該固定化工程の前段に前記被処理個体を６００℃以上となるように加熱する予熱工程を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許