張 云,胡 寒,周宏輝,田森林,黃建洪,胡學(xué)偉*

云南省優(yōu)勢(shì)礦產(chǎn)尾礦砂捕集及礦化封存CO2潛力分析

張 云1,2,胡 寒1,周宏輝1,田森林1,黃建洪1,胡學(xué)偉1*

(1.昆明理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,云南 昆明 650500；2.西昌學(xué)院資源與環(huán)境學(xué)院,四川 西昌 615013)

為了解云南省尾礦庫(kù)“兩個(gè)清單”中保留庫(kù)的碳減排潛力,使用改進(jìn)的Steinour方程計(jì)算了云南省各州市不同類型尾礦砂的CO2固定量,根據(jù)《IPCC國(guó)家溫室氣體列表指南》中提供的方法計(jì)算了云南省2011～2020年碳排放量.結(jié)果表明,紅河州、玉溪市、昆明市尾礦砂的捕集及礦化封存CO2的潛力較大,占云南省保留庫(kù)尾礦砂CO2礦化封存量的65.79%;鉛鋅礦、赤泥、錫礦的理論固碳量較高,分別為0.201, 0.173, 0.158t/t,以上3種尾礦砂的固碳量占云南省尾礦砂固碳量的79.45%;若將云南省保留庫(kù)堆存的尾礦砂全部用于CO2的礦化封存,可減少2011～2020年間云南省累積碳排放量的2.81%,工業(yè)碳累積排放量的3.16%,采礦業(yè)碳排放量的12.36%,具有較好的工業(yè)應(yīng)用前景.

礦化封存；改進(jìn)的Steinour方程；尾礦砂；碳排放；云南省

在全球氣候變化的研究中, 全球碳循環(huán)是各國(guó)科學(xué)家和政府關(guān)注的焦點(diǎn)及熱點(diǎn)[1-2],而其中一個(gè)最重要的挑戰(zhàn)是已知碳匯不能平衡已知碳源,存在一個(gè)很大的剩余陸地碳匯[3-4],根據(jù)政府間氣候變化委員會(huì)(ICPP)第五次氣候變化評(píng)估報(bào)告,全球剩余陸地碳匯量達(dá)2.5PgC/a[3].陸地碳循環(huán)是全球碳循環(huán)的重要組成部分,在全球碳收支中占主導(dǎo)地位,其中巖石圈是陸地碳循環(huán)最大的碳庫(kù),而碳酸鹽和硅酸鹽風(fēng)化碳匯被認(rèn)為是巖石圈的主要碳匯,在全球碳循環(huán)中扮演著重要角色[5].有學(xué)者認(rèn)為碳酸鹽巖風(fēng)化碳匯可能是剩余陸地碳匯的重要來(lái)源[6-7];硅酸鹽化學(xué)風(fēng)化和CO2濃度負(fù)反饋機(jī)制則調(diào)控著長(zhǎng)時(shí)間尺度的全球氣候變化[8-10].因而開(kāi)展含碳酸鹽和硅酸鹽類豐富的尾礦砂風(fēng)化碳匯的相關(guān)研究對(duì)于解決碳循環(huán)收支不平衡問(wèn)題具有重要的意義.

CO2捕集與封存技術(shù),又稱礦物封存技術(shù),其原理在于利用二氧化碳與含鈣鎂硅酸鹽礦物反應(yīng),使其以穩(wěn)定的碳酸鹽(MgCO3/CaCO3)形式封存起來(lái)[11-13].基于這一過(guò)程,ICPP在2005年的報(bào)告中提出了通過(guò)加速天然礦物,如蛇紋石、橄欖石、玄武石的風(fēng)化移除大氣中CO2的思路[3,14]. Lackner等[15-16]最早進(jìn)行天然礦物直接礦化CO2研究,他們通過(guò)熱力學(xué)計(jì)算表明蛇紋石、橄欖石、玄武巖等與CO2直接氣固反應(yīng)是放熱過(guò)程,并可自發(fā)進(jìn)行[17].自發(fā)反應(yīng)過(guò)程碳酸化反應(yīng)速率低,為加速天然礦石的礦化反應(yīng)進(jìn)程,破碎[18-19]和活化[20-21]的方法被用于加速碳酸化反應(yīng),這一過(guò)程將會(huì)帶來(lái)巨大的能源消耗并產(chǎn)生新的碳源.就目前來(lái)看,碳捕集、封存和產(chǎn)物利用的產(chǎn)業(yè)化仍面臨著技術(shù)和成本難題.相較于天然礦物,采用工業(yè)固廢礦化CO2不僅具有活性較高的優(yōu)勢(shì),還免去了采礦、運(yùn)輸、研磨等工序,同時(shí)其礦化產(chǎn)物還可再利用,在經(jīng)濟(jì)上更具有競(jìng)爭(zhēng)力[17].

固體礦產(chǎn)資源經(jīng)過(guò)破碎、磨礦、選別等方法回收有用礦物或元素后,會(huì)產(chǎn)生大量尾礦砂,如赤泥、鋼渣、磷石膏、煤矸石等.Xie等[22]預(yù)測(cè)隨著自然資源開(kāi)發(fā),工業(yè)固體廢物處理的CO2礦化技術(shù)將會(huì)在不久的將來(lái)得到廣泛應(yīng)用.近年來(lái),較多學(xué)者創(chuàng)新了尾礦砂固體資源捕獲與封存CO2的技術(shù),通過(guò)加速碳酸化反應(yīng)實(shí)現(xiàn)CO2的有效捕獲[23-27].此外,經(jīng)碳酸化反應(yīng)后的尾礦砂還可替換部分水泥、混凝土骨料或回收碳酸鈣[28].碳酸化產(chǎn)物的利用一方面減少了水泥的用量,另一方面也可減少水泥行業(yè)CO2的排放量.因此,尾礦砂捕獲并封存CO2及其產(chǎn)物利用技術(shù)在解決尾礦砂處置問(wèn)題的同時(shí)也可作為對(duì)抗全球氣候變暖的潛在技術(shù)之一.

目前為止,尚未有區(qū)域尾礦砂CO2整體減排潛力估算的相關(guān)報(bào)道.因尾礦砂原料來(lái)源廣泛且成分組成各異,含有的氧化物(CaO、MgO、Na2O、K2O等)能通過(guò)多種反應(yīng)途徑捕集及礦化CO2.本研究以云南省優(yōu)勢(shì)及重要的礦產(chǎn)資源為研究對(duì)象,收集其尾礦砂中氧化物的含量,運(yùn)用改進(jìn)的Steinour equation(StE方程),估算了云南省各類尾礦砂理論的CO2減排潛力,以期為尾礦砂助力碳中和技術(shù)的發(fā)展提供數(shù)據(jù)支撐.

1 研究區(qū)域概況與研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

云南省位于中國(guó)西南地區(qū)(圖1,底圖下載自標(biāo)準(zhǔn)地圖服務(wù)系統(tǒng)(http://bzdt.ch.mnr.gov.cn/),審圖號(hào):GS(2019)3333號(hào),基于標(biāo)準(zhǔn)地圖制作,底圖無(wú)修改),地處特提斯成礦域與濱太平洋成礦域交匯部位,地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,巖漿活動(dòng)頻繁,成礦條件優(yōu)越[29].基于云南省的優(yōu)勢(shì)及重要礦產(chǎn)資源,以鉛、鋅、錫、銅、金、磷、鐵、鈦、鋁土礦為研究對(duì)象,計(jì)算上述礦物尾礦砂礦化過(guò)程中對(duì)CO2的減排潛力.

圖1 研究區(qū)域地理位置

1.2 研究方法

1.2.1 碳匯指標(biāo)體系構(gòu)建 遵循指標(biāo)選擇的代表性、數(shù)據(jù)可獲取性與完整性等原則,結(jié)合實(shí)際情況,最終選擇云南各州市尾礦砂的堆存量、每噸礦尾礦砂的CO2理論固定量和各類尾礦砂能夠?qū)崿F(xiàn)的碳轉(zhuǎn)化率3個(gè)方面的指標(biāo),計(jì)算尾礦砂的碳匯潛力.其中,每噸礦尾礦砂的CO2理論固定量選取尾礦砂中的CaO、MgO、Na2O、K2O、SO3共5項(xiàng)碳化成分的含量計(jì)算.

1.2.2 云南省保留庫(kù)尾礦砂礦化過(guò)程碳匯潛力估算 CO2礦物封存的原料包括鎂橄欖石(Mg2SiO4)、蛇紋石(Mg3Si2O5(OH)4)、硅灰石(CaSiO3)等在內(nèi)的天然礦物以及高爐渣、鋼渣、廢石膏、粉煤灰等含鈣鎂的工業(yè)固廢[17].自然條件下硅酸鹽礦物與大氣中反應(yīng)方程式如式(1)所示[30-31].從熱力學(xué)角度,該反應(yīng)為放熱反應(yīng),雖然可自發(fā)進(jìn)行,但是自然界大氣中CO2濃度相對(duì)較低,故反應(yīng)速率十分緩慢.但是,采選工業(yè)煙氣中CO2排放濃度較高,且與尾礦砂處于同一區(qū)域,因此使用尾礦砂捕集與封存CO2具有較高的環(huán)境效益.

理論上,固體廢物固定CO2的能力可以通過(guò)Huntzinger等[32]改進(jìn)的StE方程計(jì)算.由于尾礦砂的組成物質(zhì)多樣,其它氧化物,如氧化鎂、氧化鉀、氧化鈉等也能通過(guò)各種反應(yīng)途徑參與CO2的捕集并封存.因此,為了更好地估算各類礦砂對(duì)CO2的固定量,需考慮尾礦砂中風(fēng)化成分的組成,以及這些組分可用于CO2反應(yīng)的程度.類似于Steinour[33]對(duì)砂漿和混凝土和Huntzinger等[32]對(duì)水泥固廢對(duì)CO2的捕集估算,結(jié)合本研究中查詢文獻(xiàn)得到的各類尾礦砂的組成成分?jǐn)?shù)據(jù)(表3),本研究中尾礦砂的理論固定能力計(jì)算方程式如式(2)所示.

式中:t表示每噸礦尾礦砂CO2的理論固定量, t/t;代表云南省的各個(gè)州市,代表尾礦砂的種類;代表每種礦物的干質(zhì)量百分比,%.本研究中,假設(shè)所有的CaO(除了CaCO3和CaSO4)最終都轉(zhuǎn)化成了CaCO3,MgO最終形成MgCO3,Na2O最終形成Na2CO3,K2O(除了KCl)最終形成K2CO3,然后再運(yùn)用公式(3)確定尾礦砂的礦化量(m).

1.2.3 基于化石能源消耗量的歷史碳排放量測(cè)算 大氣中絕大多數(shù)碳排放來(lái)源于人類活動(dòng)消費(fèi)的化石能源,本研究中選取化石能源包括原煤、焦炭、石油、天然氣4種,這里沒(méi)有考慮電能,是因?yàn)楦鶕?jù)云南省的統(tǒng)計(jì)年鑒,發(fā)電量主要來(lái)源于水電和火電,水電的碳排放量幾乎接近于零,火電能源的統(tǒng)計(jì)已經(jīng)包含在化石能源的消費(fèi)中.根據(jù)《IPCC國(guó)家溫室氣體列表指南》中提供的方法,云南省歷年碳排放量的計(jì)算公式為:

式中:代表云南省各類化石能源消耗產(chǎn)生的碳排放量,萬(wàn)t;為化石能源的種類;e為化石能源的消耗量,萬(wàn)t;f表示標(biāo)準(zhǔn)煤折算系數(shù), tce/t;k為各類化石能源的碳排放計(jì)算參數(shù),t/tce.標(biāo)準(zhǔn)煤折算系數(shù)取自文獻(xiàn)[34],各類化石能源的碳排放系數(shù)取自ICPP,參考值見(jiàn)表1.計(jì)算過(guò)程中,工業(yè)和采礦業(yè)的石油及產(chǎn)品按照柴油的相關(guān)系數(shù)進(jìn)行折算,云南省消耗的石油及石油制品按照汽油的相關(guān)系數(shù)進(jìn)行折算.

表1 各類化石能源消費(fèi)碳排放系數(shù)[35]

2 數(shù)據(jù)采集

2.1 尾礦庫(kù)名錄及庫(kù)容數(shù)據(jù)采集

以云南省各州、市、縣、區(qū)政務(wù)公開(kāi)網(wǎng)站公示的保留尾礦庫(kù)為研究對(duì)象,統(tǒng)計(jì)保留庫(kù)名錄、類別及庫(kù)存量.楚雄州保留庫(kù)僅有部分頭頂庫(kù)的庫(kù)容;曲靖市保留庫(kù)無(wú)庫(kù)容數(shù)據(jù);紅河州、臨滄市、文山州保留庫(kù)庫(kù)容數(shù)據(jù)來(lái)源于下轄縣、市、區(qū).保留庫(kù)名錄清單及庫(kù)容數(shù)據(jù)來(lái)源說(shuō)明見(jiàn)表2.

表2 研究區(qū)尾礦庫(kù)數(shù)據(jù)來(lái)源描述

續(xù)表2

注:“-”表示未查詢到該項(xiàng)數(shù)據(jù).

2.2 尾礦砂組成成分?jǐn)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

原礦石中除了主采礦物外,通常還含有橄欖石、滑石、云母、蛇紋石等含鈣、鎂的次生礦物,其可以通過(guò)多種途徑與大氣中CO2反應(yīng).為科學(xué)合理的構(gòu)建各類尾礦砂CO2理論固定量(t,j),在參考已有成果的基礎(chǔ)上,整理了8種尾礦砂中的CaO、MgO、Na2O、K2O、SO3共5項(xiàng)碳化成分指標(biāo)的含量(表3).金礦尾礦砂碳化成分指標(biāo)選取全國(guó)范圍的數(shù)據(jù),鈦礦尾礦砂的容重參考鐵礦尾礦砂的容重,其余指標(biāo)均選擇云南省已有研究數(shù)據(jù)的均值.

表3 云南省8種尾礦砂碳化成分組成

注:“-”表示未查詢到該項(xiàng)數(shù)據(jù).

2.3 各類尾礦砂能夠?qū)崿F(xiàn)的碳轉(zhuǎn)化率

由于尾礦砂的復(fù)雜性,很難實(shí)現(xiàn)碳化的完全轉(zhuǎn)化,即理論上的二氧化碳捕獲力,因此本研究中尾礦砂能夠?qū)崿F(xiàn)的碳轉(zhuǎn)化率收集自文獻(xiàn)[75],取均值80%.

2.4 云南省化石能源消費(fèi)數(shù)據(jù)來(lái)源

云南省每年各類化石能源消費(fèi)量、工業(yè)化石能源消費(fèi)量和采礦業(yè)化石能源消費(fèi)量數(shù)據(jù)均來(lái)自云南省2011～2020年間的統(tǒng)計(jì)年鑒,其中2018年的統(tǒng)計(jì)年鑒未建立詳細(xì)的全省綜合能源平衡表,故無(wú)該年詳細(xì)的各類能源消費(fèi)數(shù)據(jù).2018年的工業(yè)和采礦業(yè)各類能源消費(fèi)總量數(shù)據(jù)從2019年年鑒中獲取.

3 結(jié)果與分析

3.1 云南省各州市8種尾礦砂堆存情況

結(jié)合云南省各州(市)及縣(市)公開(kāi)發(fā)布的“兩個(gè)清單”數(shù)據(jù)和云南省優(yōu)勢(shì)及重要礦產(chǎn)資源,分類整理了云南省各州(市)金尾礦砂、磷石膏、鉛鋅尾礦砂、鈦尾礦砂、鐵尾礦砂、銅尾礦砂、錫尾礦砂、赤泥8種尾礦砂的現(xiàn)狀庫(kù)存為61210.154萬(wàn)m3(表4),其在云南省各州市的分布如圖2、圖3所示.從尾礦砂的堆存量來(lái)看,昆明市、紅河州、玉溪市尾礦砂堆存量較大,分別為21156.38, 14386.22, 9399.08萬(wàn)m3,依次占云南省尾礦砂堆存量的34.56%、23.50%、15.36%,3個(gè)州市堆存量占保留庫(kù)尾礦砂堆存量的73.42%.

表4 云南省各州(市)保留庫(kù)尾礦砂堆存量(萬(wàn)m3)

圖2 云南省各州市保留庫(kù)尾礦砂堆存量分布

3.2 云南省各州市尾礦砂碳酸化過(guò)程中捕集封存的CO2量

根據(jù)云南省各州市8種尾礦砂的歷史堆存量,計(jì)算了尾礦砂礦化過(guò)程中捕集及封存的CO2的量(表5).紅河州、玉溪市、昆明市捕集并封存CO2的潛力較大,分別為2057.039, 1258.375, 804.417萬(wàn)t,占尾礦砂固碳量的65.79%,其中紅河州捕集并封存CO2的潛力最大,占32.85%.云南省保留庫(kù)尾礦砂捕集及礦化封存CO2的量為6262.241萬(wàn)t(圖4、圖5).

圖3 云南省各州市尾礦砂堆存量比例

表5 云南省各州市保留庫(kù)尾礦砂捕集及礦化封存CO2減排量(萬(wàn)t)

圖4 云南省保留庫(kù)尾礦砂碳減排量

3.3 各類尾礦砂對(duì)云南省CO2減排的貢獻(xiàn)

選取金礦渣、磷石膏、鉛鋅礦、鈦礦、鐵礦、銅礦、錫礦和赤泥8種尾礦砂分析風(fēng)化過(guò)程中CO2的礦化潛力,各類尾礦砂理論固碳量見(jiàn)表6.根據(jù)改進(jìn)的StE方程,鉛鋅礦、赤泥、錫礦的理論固碳量最大,而鐵礦、金礦、磷石膏的理論固碳量則較小.云南省保留庫(kù)堆存的尾礦砂能夠捕集及封存6262.241萬(wàn)t CO2.在本文的估算中,銅尾礦、錫尾礦、磷石膏的理論固碳潛力分別為2474.108, 2086.487, 414.545萬(wàn)t,占尾礦砂固碳量的79.45%,其中銅尾礦砂、錫尾礦砂分別占39.51%和33.32%(圖6).

圖5 云南省保留庫(kù)尾礦砂碳減排量占比

表6 尾礦砂理論固碳量(t/t)

圖6 各類尾礦砂對(duì)云南省碳減排量的貢獻(xiàn)

3.4 典型尾礦砂對(duì)云南省各州市CO2減排的貢獻(xiàn)

根據(jù)以上分析,云南省可利用其數(shù)量較大的保留庫(kù)尾礦砂實(shí)現(xiàn)CO2的礦化和利用,且潛力較大.綜合上述8種尾礦砂的理論固碳量、歷史堆存量和礦產(chǎn)資源產(chǎn)量,選擇鉛鋅尾礦砂、錫尾礦砂、銅尾礦砂和鐵尾礦砂分析其對(duì)云南省各州市CO2減排的貢獻(xiàn).鉛鋅礦尾礦砂分布在云南省12個(gè)州市,保山市和怒江市的鉛鋅礦尾礦砂固碳量為144.481萬(wàn)t,分別占云南省保留庫(kù)銅尾礦砂固碳量的25.62%和22.31%;錫礦尾礦砂分布在云南省5個(gè)州市,紅河州的錫尾礦砂固碳量2055.353萬(wàn)t,占錫尾礦砂固碳量的98.51%;銅尾礦砂分布在云南省7個(gè)州市,玉溪市的銅尾礦砂固碳量最高,達(dá)1221.847萬(wàn)t,占云南省保留庫(kù)銅尾礦砂固碳量的49.39%;鐵尾礦砂分布在云南省8個(gè)州市,保山市的鐵尾礦砂固碳量最高,達(dá)181.370萬(wàn)t,占云南省保留庫(kù)鐵尾礦砂固碳量的51.73%.鈦尾礦砂、赤泥固碳量雖然僅占云南省尾礦砂固碳量的5.44%和2.22%,但兩者均具相對(duì)較高的理論固碳量,其固碳潛力也不容忽視.

3.5 基于化石能源消耗的云南省歷年碳排放量測(cè)算

根據(jù)公式(4)的計(jì)算,2011～2020年間,云南省碳排放量、工業(yè)碳排放量和礦業(yè)碳排放量如圖7所示.云南省的碳排放量隨著時(shí)間的推移,總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì).相較于2011年,云南省2020年碳排放總量減少了7.47%,工業(yè)碳排放量減少了14.28%,采礦業(yè)碳排放總量減少了23.82%.2011～2020年間,云南省累積碳排放量為222890.47萬(wàn)t,工業(yè)碳累積排放量為198293.15萬(wàn)t,采礦業(yè)碳累積排放量為50653.03萬(wàn)t.假設(shè)云南省保留庫(kù)堆存的尾礦砂全部用于CO2的捕集及封存,則可減少2011～2020年間云南省累積碳排放量的2.81%,工業(yè)碳累積排放量的3.16%,采礦業(yè)碳排放量的12.36%,具有較好的工業(yè)應(yīng)用前景.

基于化石能源消費(fèi)計(jì)算的云南省碳排放量在2013年達(dá)到最高值,即排放28795.89萬(wàn)t;工業(yè)碳排放量于2012年達(dá)到最高值,即排放22588.95萬(wàn)t;礦業(yè)碳排放量在2015年達(dá)到最高值,即排放6339.15萬(wàn)t.據(jù)統(tǒng)計(jì),相較于2011年,2020年云南省原煤消耗量減少了19.11%,焦炭消耗量減少了0.12%,石油及石油制品用量增加了57.50%,天然氣用量增加了345.47%,電力用量增加了68.18%.云南省電力消費(fèi)量與化石能源消費(fèi)量的比例不斷提高,從2011年的10.26%提高到2020年的19.32%(圖8).云南省近10年來(lái),在控制化石能源的消耗及推進(jìn)清潔能源的使用方面做了努力,削減了化石能源的碳排放量.

圖7 云南省歷年碳排放量(2011～2020年)

圖8 云南省電力消費(fèi)與化石能源消費(fèi)量的比例

4 討論

4.1 基于尾礦砂種類及成分的固碳量差異

從云南省網(wǎng)站公開(kāi)的數(shù)據(jù)來(lái)看,昆明市的尾礦砂堆存量最大,尾礦砂種類有6種,磷石膏占昆明市保留庫(kù)堆存量的85.16%,占云南省保留庫(kù)堆存量的29.43%;磷石膏固碳量占昆明市保留尾礦砂固碳量的51.03%,占云南省保留庫(kù)尾礦砂固碳量的6.55%.從堆存量來(lái)看,磷石膏的堆存量最大,但其理論固碳量最小.

磷石膏中CaO含量在8種尾礦砂中含量最高,達(dá)30.879%,但磷石膏中含有磷酸氫根、磷酸二氫根、磷酸、氟離子等酸性離子,pH值較低,屬酸性固廢,故CO2的固定量較低,僅有0.023t/t,目前,磷石膏固碳技術(shù)中多添加氨水,形成磷石膏、氨水和CO2三相反應(yīng)體系,固定CO2并回收CaCO3.鉛鋅礦尾礦砂中鈣、鎂成分含量相對(duì)較高,分別為20.718%、6.166%,因鈣、鎂氧化物是主要的碳化成分,故鉛鋅尾礦砂的固碳量在8種尾礦砂中最高,達(dá)0.201t/t.赤泥因含有較高的Na2O和CaO,故堿性較高,近年來(lái)也有學(xué)者用CO2與赤泥協(xié)同去除赤泥堿性或達(dá)到捕獲封存CO2的目的[26, 76-78].CO2是酸性氣體,與水混合后形成碳酸鹽,由于CO2礦化技術(shù)的發(fā)展及創(chuàng)新,使用堿性工業(yè)固廢能夠有效且高效地從工業(yè)煙氣中捕獲CO2.銅礦尾礦砂相較于錫礦、鈦礦尾礦砂,因其含較高的MgO,故其理論固碳量也相對(duì)較高.尾礦砂的理論固碳潛力受到CaO、MgO、Na2O、K2O、SO3共5項(xiàng)碳化成分指標(biāo)的影響,受鈣、鎂氧化物的影響較大.

4.2 基于化石能源消耗的碳排放量變化

從云南省2011～2020年能源消耗統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)來(lái)看,原煤、焦炭、石油、天然氣4種化石能源中,原煤產(chǎn)生的碳排放量占主要地位,在云南省碳排放總量、工業(yè)碳排放量和礦業(yè)碳排放量中分別占64.68%～74.46%、74.88%～83.96%、95.78%～99.01%,且出現(xiàn)占比最大的年份均是2015年,此后,云南省的原煤消耗量也逐年減少.云南省低碳排放能源天然氣和清潔能源電力的用量增加顯著.電力消費(fèi)量與化石能源消費(fèi)量的比例不斷提高,從2011年的10.26%提高到2020年的19.32%.云南省通過(guò)推進(jìn)綠色礦山建設(shè),積極發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)和循環(huán)經(jīng)濟(jì),初步實(shí)現(xiàn)碳減排.

5 結(jié)論

5.1 基于尾礦砂堆存量、尾礦砂的理論固碳量及碳轉(zhuǎn)化量3項(xiàng)指標(biāo)的計(jì)算,研究發(fā)現(xiàn)云南省保留庫(kù)堆存的尾礦砂能夠大量的捕集及封存CO2,固碳量達(dá)6262.241萬(wàn)t.紅河州、玉溪市、昆明市的尾礦砂捕集及封存尾礦砂的潛力較大.

5.2 2011～2020年間,云南省累積碳排放量為222890.47萬(wàn)t,工業(yè)碳累積排放量為198293.15萬(wàn)t,采礦業(yè)碳累積排放量為50653.03萬(wàn)t.假設(shè)云南省保留庫(kù)堆存的尾礦砂全部用于CO2的捕集及封存,則可減少2011～2020年間云南省累積碳排放量的2.81%,工業(yè)碳累積排放量的3.16%,采礦業(yè)碳排放量的12.36%,具有較好的應(yīng)用前景.

5.3 鉛鋅尾礦砂、錫尾礦砂、銅尾礦砂和鐵尾礦砂礦化封存CO2前景較大,利用尾礦砂捕集及封存CO2可被視為全球二氧化碳減排戰(zhàn)略中所需的基本綠色技術(shù)之一.

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Potential of CO2capture and mineralization of dominant mineral tailings in Yunnan Province.

ZHANG Yun1,2, HU Han1, ZHOU Hong-hui1, TIAN Sen-lin1, HUANG Jian-hong1, HU Xue-wei1*

(1.Faculty of Environment Science and Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650500, China；2.Faculty of Resources and Environment, Xichang University, Xichang 615013, China)., 2022,42(9)：4351～4361

The modified Steinour equation was used to calculate the CO2mineralization of different types of tailings in various cities of Yunnan Province to understand the potential for mitigating carbon emissions from the reserve ponds on the "two lists" of tailings ponds in Yunnan Province. The carbon emissions in Yunnan Province from 2011 to 2020 were estimated using the method provided in IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventory. The tailings in Honghe Prefecture, Yuxi City, and Kunming City revealed a high potential for CO2sequestration, accounting for 65.79% of the total CO2mineralization sequestration of tailings in Yunnan Province. The theoretical carbon sequestration rate of lead-zinc ore, red mud, and tin ore is relatively high, being 0.201, 0.173, and 0.158t/t, respectively. The carbon sequestration of above three tailings accounts for 79.45% of the total carbon sequestration of tailings in Yunnan Province. By using all the reserved tailings for CO2mineralization and sequestration in Yunnan Province, the accumulated carbon emissions from 2011 to 2020 will be reduced by 2.81%, 3.16% from the industrial sector, and 12.36% from the mining sector. In summary, CO2capture and mineralization sequestration of tailings could serve as green technologies under dual carbon targets in China.

mineral sequestration；modified Steinour equation；tailings；carbon emission；Yunnan Province

X22

A

1000-6923(2022)09-4351-11

2022-02-25

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2018YFC1802603);云南省生態(tài)環(huán)境廳環(huán)保技術(shù)研究項(xiàng)目(YNJH2019224);礦物加工科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金(BGRIMM-KJSKL-2022-08)

*責(zé)任作者, 教授, huxuewei@kust.edu.cn

張 云(1988-),女,四川會(huì)理人,昆明理工大學(xué)博士研究生,主要從事二氧化碳捕集與封存方向的研究.發(fā)表論文10余篇.