用于煤矿采空区填充和碳封存潜力评估的CO2矿化全固体废物胶凝材料

煤是全球能源的重要组成部分；然而，煤矿开采和利用过程中产生大量煤矿采空区，以及伴随而来的基于煤的固体废物和排放的二氧化碳，造成严重的生态和环境挑战。针对这一问题，本研究提出了一种使用由CO2（浓度为15%）矿化的基于煤的固体废物制备的胶凝材料对煤矿采空区进行填充的新方法。各类固体废物的CO2封存能力的排名如下：碳化渣（CS）> 红泥（RM）> 飞灰（FA）。与煤矿采空区填充要求相符的CO2矿化复合固体废物（FA–CS–RM）制备的填充材料表现良好。通过CO2矿化获得的填充材料（F60C20R20）最大抗压强度为14.9 MPa，与非矿化材料相比提高了32.2%。所制备的填充材料表现出优良的CO2封存能力（即，最大CO2封存量为14.4 kg·t −1）。根据碳封存潜力分析，到2023年，中国FA、CS和RM的年生产量分别约为899、30和107百万吨。单独利用FA、CS和RM可以实现碳排放减少，分别为3.42、10.78和0.61百万吨。通过CO2矿化的复合固体废物（FA–CS–RM）能够实现1.23百万吨的碳排放减少。此外，以中国黄河流域为案例研究，预计2016年至2030年煤矿采空区的地下空间总量为8.16 Gm 3，表明该技术可以封存0.18 Gt的CO2。这种方法为大规模烟气CO2封存、回收基于煤的固体废物以及修复煤矿采空区提供了有前景的解决方案，促进煤的绿色利用和碳排放减少。