金属矿遗留采空区CO_(2)封存方法及其可行性研究OA

CO_(2)地质封存(CO_(2) geological storage,CGS)是助力我国及全球碳中和目标实现的关键技术路径.传统CGS面临场地稀缺与成本高昂的双重挑战,实现低成本、规模化场地封存理念亟需开展技术创新与跨领域合作.长期性、大规模、高强度的金属采矿活动在国内遗留了规模宏大的采空区,该类地下空间虽赋存较浅,有效盖层缺失,封闭性欠佳,但场地可人为改造优势显著,若能实现CO_(2)封存,既是对废弃地下空间的资源化利用,又是对规模化CGS技术路径的有效补充,兼具双重效益.因此,笔者开展了专门的金属矿遗留采空区CO_(2)封存方法及其可行性研究,得出以下结论:(1)借鉴硬岩内衬地下洞室压缩空气储能(Compressed air energy storage,CAES)成熟技术模式,在金属矿遗留采空区矿硐内建造储气库实现CO_(2)物理封存是可行的技术方案,该方案的实施可分为两阶段,第一阶段,CO_(2)储库封存——环境效益阶段;第二阶段,CO_(2)储能利用——经济效益阶段.(2)充填固碳理念,利用工业固废CO_(2)矿化机制先固碳、再充填,实现采空区处置与CO_(2)封存,基于该理念本研究提出了金属矿遗留采场“资源回收–充填固碳”协同方法,同步实现充填固碳扩大封存、提高资源回收率、固废处置与灾害防治四重目标.(3)基于遗留采空区超基性–基性围岩的情况,讨论了Wallula方法和Carbfix方法用于金属矿遗留采空区–围岩系统矿化封存CO_(2)的可行性及要点,前者用于金属矿遗留采空区CO_(2)封存时,依然需遵循沉积盆地的封存理念;后者用于金属矿遗留采空区CO_(2)封存时,要求可靠的、经济的水资源供给为首要前提.(4)基于现有的CGIF(CO_(2) gangue inorganic framework)物理–化学协同封存理念,提出了通过在金属矿遗留采场边界构筑人工圈闭实现内部空间CO_(2)物理–化学协同封存的方法.人工圈闭的构筑实现井下采场充填固碳“先固碳,再充填”与“先充填,再固碳”并行的双路径技术体系.人工圈闭内充注CO_(2)形成圈闭–矿化–游离的协同封存机制,该机制可实现采场空间范围CO_(2)封存潜力最大化,封存潜力可使用有效容积法和矿物置换法来计算.综上所述,本研究提出了基于物理封存、矿化封存、溶解封存技术并适配于金属矿遗留采空区的CO_(2)封存方法,以期为该类地下空间资源化利用提供理论参考与技术支撑,进而服务于我国及全球碳中和战略.