A review on steel slag valorisation via mineral carbonation

文献情報

出版日 2021-05-25
DOI 10.1039/D1RE00035G
インパクトファクター 4.239
著者

Sankar Bhattacharya, Akkihebbal K. Suresh


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要旨

Research pertaining to carbon dioxide sequestration via mineral carbonation has gained significant attention, primarily due to the stability of sequestered CO2 over geological time scales. The use of industry-derived alkaline wastes as feedstocks for mineral carbonation also provides an opportunity for waste valorisation. In this review, we describe the carbonation of steel slag, a calcium-rich solid waste from iron and steel industries, whose current utilisation is below par in major crude steel-producing countries. We review ex situ mineral carbonation routes, both direct and indirect, which produce weathered aggregates suitable for the construction industry and value-added chemicals such as precipitated calcium carbonate, respectively. We present an in-depth analysis of slag characteristics and its implications for dissolution and carbonation mechanisms. Current research efforts are focused on overcoming slow carbonation kinetics under atmospheric conditions. However, a good understanding of the rate limiting step and the role of product layers in reaction kinetics is incomplete and evolving. In this review, we summarize the experimental research efforts in understanding the rate limiting step and enhancement strategies for various process routes proposed in the literature. Steel slags are chemically heterogeneous residues and pose significant challenges in modelling the dissolution kinetics. To determine the controlling mechanism using models, it is necessary to model the competitive behaviour of ions during dissolution and precipitation, temporal evolution of the reactive surface area, and coupling of the surface reaction and mass transport at the fluid–solid interface. We present mathematical models that describe the surface reaction, role of polydispersity and heterogeneous morphology in determining reactive surface area evolution, and briefly inform the readers about the non-equilibrium thermodynamics approach for modelling coupled processes. Finally, the current state-of-art in reactor technologies and a step forward for commercialisation are commented on.

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掲載誌

Reaction Chemistry & Engineering

Reaction Chemistry & Engineering
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Reaction Chemistry & Engineering is an interdisciplinary journal reporting cutting-edge research focused on enhancing the understanding and efficiency of reactions. Reaction engineering leverages the interface where fundamental molecular chemistry meets chemical engineering and technology. Challenges in chemistry can be overcome by the application of new technologies, while engineers may find improved solutions for process development from the latest developments in reaction chemistry. Reaction Chemistry & Engineering is a unique forum for researchers whose interests span the broad areas of chemical engineering and chemical sciences to come together in solving problems of importance to wider society. All papers should be written to be approachable by readers across the engineering and chemical sciences. Papers that consider multiple scales, from the laboratory up to and including plant scale, are particularly encouraged.

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