Scientific and Engineering Progress in CO2 Mineralization Using Industrial Waste and Natural Minerals

Heping Xie, Hairong Yue, Jiahua Zhu, Bin Liang, Chun Li, Yufei Wang, Lingzhi Xie, Xiangge Zhou

Engineering ›› 2015, Vol. 1 ›› Issue (1) : 150-157.

PDF(4777 KB)
PDF(4777 KB)
Engineering ›› 2015, Vol. 1 ›› Issue (1) : 150-157. DOI: 10.15302/J-ENG-2015017
Research
Research

Scientific and Engineering Progress in CO2 Mineralization Using Industrial Waste and Natural Minerals

Author information +
History +

Abstract

The issues of reducing CO2 levels in the atmosphere, sustainably utilizing natural mineral resources, and dealing with industrial waste offer challenging opportunities for sustainable development in energy and the environment. The latest advances in CO2 mineralization technology involving natural minerals and industrial waste are summarized in this paper, with great emphasis on the advancement of fundamental science, economic evaluation, and engineering applications. We discuss several leading large-scale CO2 mineralization methodologies from a technical and engineering-science perspective. For each technology option, we give an overview of the technical parameters, reaction pathway, reactivity, procedural scheme, and laboratorial and pilot devices. Furthermore, we present a discussion of each technology based on experimental results and the literature. Finally, current gaps in knowledge are identified in the conclusion, and an overview of the challenges and opportunities for future research in this field is provided.

Keywords

CO2 mineralization / natural mineral / industrial waste / science and engineering

Cite this article

Download citation ▾
Heping Xie, Hairong Yue, Jiahua Zhu, Bin Liang, Chun Li, Yufei Wang, Lingzhi Xie, Xiangge Zhou. Scientific and Engineering Progress in CO2 Mineralization Using Industrial Waste and Natural Minerals. Engineering, 2015, 1(1): 150‒157 https://doi.org/10.15302/J-ENG-2015017

References

[1]
C. Y. Tai, W. R. Chen, S. M. Shih. Factors affecting wollastonite carbonation under CO2 supercritical conditions. AlChE J., 2006, 52(1): 292–299
[2]
W. Wang, X. Liu, P. Wang, Y. Zheng, M. Wang. Enhancement of CO2 mineralization in Ca2+-/Mg2+-rich aqueous solutions using insoluble amine. Ind. Eng. Chem. Res., 2013, 52(23): 8028–8033
[3]
V. Materic, S. I. Smedley. High temperature carbonation of Ca(OH)2. Ind. Eng. Chem. Res., 2011, 50(10): 5927–5932
[4]
G. Grasa, J. C. Abanades, E. J. Anthony. Effect of partial carbonation on the cyclic CaO carbonation reaction. Ind. Eng. Chem. Res., 2009, 48(20): 9090–9096
[5]
D. Tong, J. P. M. Trusler, D. Vega-Maza. Solubility of CO2 in aqueous solutions of CaCl2 or MgCl2 and in a synthetic formation brine at temperatures up to 423 K and pressures up to 40 MPa. J. Chem. Eng. Data, 2013, 58(7): 2116–2124
[6]
K. K. Godishala, J. S. Sangwai, N. A. Sami, K. Das. Phase stability of semiclathrate hydrates of carbon dioxide in synthetic sea water. J. Chem. Eng. Data, 2013, 58(4): 1062–1067
[7]
X. Li, E. S. Boek, G. C. Maitland, J. P. M. Trusler. Interfacial tension of (brines+ CO2): CaCl2(aq), MgCl2(aq), and Na2SO4(aq) at temperatures between (343 and 423) K, pressures between (2 and 50) MPa, and molalities of (0.5 to 5) mol·kg−1. J. Chem. Eng. Data, 2012, 57(5): 1369–1375
[8]
Z. Sun, M. Fan, M. Argyle. Supported monoethanolamine for CO2 separation. Ind. Eng. Chem. Res., 2011, 50(19): 11343–11349
[9]
W. Chaikittisilp, R. Khunsupat, T. T. Chen, C. W. Jones. Poly (allylamine)-mesoporous silica composite materials for CO2 capture from simulated flue gas or ambient air. Ind. Eng. Chem. Res., 2011, 50(24): 14203–14210
[10]
S. Holloway, J. M. Pearce, V. L. Hards, T. Ohsumi, J. Gale. Natural emissions of CO2 from the geosphere and their bearing on the geological storage of carbon dioxide. Energy, 2007, 32(7): 1194–1201
[11]
H. Hassanzadeh, M. Pooladi-Darvish, D. W. Keith. Accelerating CO2 dissolution in saline aquifers for geological storage — Mechanistic and sensitivity studies. Energy Fuels, 2009, 23(6): 3328–3336
[12]
J. Zhu, et al. Thermodynamics cognizance of CCS and CCU routes for CO2 Emmission Reduction. J. Sichuan Uni. (Eng. Sci. Ed), 2013, 45(5): 1–7 (in Chinese)
[13]
M. Verduyn, H. Geerlings, G. Mossel, S. Vijayakumari. Review of the various CO2 mineralization product forms. Energy Procedia, 2011, 4: 2885–2892
[14]
H. Tayibi, M. Choura, F. A. López, F. J. Alguacil, A. López-Delgado. Environmental impact and management of phosphogypsum. J. Environ. Manage., 2009, 90(8): 2377–2386
[15]
C. Wang, H. Yue, C. Li, B. Liang, J. Zhu, H. Xie. Mineralization of CO2 using natural K-feldspar and industrial solid waste to produce soluble potassium. Ind. Eng. Chem. Res., 2014, 53(19): 7971–7978
[16]
H. Xie, et al. Simultaneous mineralization of CO2 and recovery of soluble potassium using earth-abundant potassium feldspar. Chin. Sci. Bull., 2013, 58(1): 128–132
[17]
B. Metz, O. Davidson, H. C. de Coninck, M. Loos, L. A. Meyer, eds. IPCC Special Report on Carbon Dioxide Capture and Storage. Cambridge: Cambridge University Press, 2005
[18]
H. Xie, Y. Wang, W. Chu, Y. Ju. Mineralization of flue gas CO2 with coproduction of valuable magnesium carbonate by means of magnesium chloride. Chin. Sci. Bull., 2014, 59(23): 2882–2889
[19]
L. Ye, et al. CO2 mineralization of activated K-feldspar+ CaCl2 slag to fix carbon and produce soluble potash salt. Ind. Eng. Chem. Res., 2014, 53(26): 10557–10565
[20]
İ. Akın Altun, Y. Sert. Utilization of weathered phosphogypsum as set retarder in Portland cement. Cement Concr. Res., 2004, 34(4): 677–680
[21]
H. V. M. Hamelers, O. Schaetzle, J. M. Paz-García, P. M. Biesheuvel, C. J. N. Buisman. Harvesting energy from CO2 emissions. Environ. Sci. Technol. Lett., 2013, 1(1): 31–35
[22]
H. Xie, et al. Generation of electricity from CO2 mineralization: Principle and realization, Sci. China Technol. Sc., 2014,57 (12): 2335–2346. 
[23]
K. Huang, X. Meng, G. Wang. Research progress of extracting potassium from potassium feldspar. Phosphate & Compound Fertilizer, 2011, 26(5): 16–19
[24]
I. A. Munz, et al. Mechanisms and rates of plagioclase carbonation reactions. Geochim. Cosmochim. Acta, 2012, 77: 27–51

Acknowledgements

The authors are grateful for the finance support of the Ministry of Science and Technology (State Key Research Plan, 2013BAC12B00) and the National Natural Science Foundation of China (21336004 and 51254002).
Compliance with ethics guidelines
Heping Xie, Hairong Yue, Jiahua Zhu, Bin Liang, Chun Li, Yufei Wang, Lingzhi Xie, and Xiangge Zhou declare that they have no conflict of interest or financial conflicts to disclose.
Funding
 
AI Summary AI Mindmap
PDF(4777 KB)

Accesses

Citations

Detail

Sections
Recommended

/