从包含金属硅酸盐的材料中制备含碳酸盐的组合物制造技术

本发明专利技术提供从二氧化碳源、含二价阳离子溶液和去质子剂源中，制备包含硅基材料（如火山灰质材料）的含碳酸盐组合物的方法。在这些方法中，含二价阳离子溶液的二价阳离子通过消化含金属硅酸盐的材料提供。本发明专利技术还提供制备含少量或不含硅基材料的包含碳酸盐组合物的方法。在这些方法中，可将硅基材料（如二氧化硅、未反应的或未消化的硅酸盐、硅铝酸盐等）从含碳酸盐组合物中分离并分别处理。可将硅基材料和含碳酸盐材料在稍后的步骤中掺混，以制备火山灰质材料，可将其进一步处理并与例如波特兰水泥掺混。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】从包含金属硅酸盐的材料中制备含碳酸盐的组合物交叉参考本申请要求2008年7月10日提交的美国临时专利申请No. 61/079，790的权益。 本申请还是2009年6月17日提交的美国专利申请12/486，692和2008年12月24日提交 的美国专利申请12/344，019的部分继续申请，所述专利申请各自通过引用结合到本文中。背景混凝土是世界上最广泛使用的工程材料。据估计现今世界每年消耗混凝土 110亿 公吨。(混凝土、微观结构、特性和原料(2006，McGraw-Hill))。混凝土是一术语，其指在其 中具有包含的颗粒或碎片的粘合性介质的混合物质。在当前应用的大多数建筑混凝土中， 所述粘合性介质由水凝水泥和水的混合物形成。水凝水泥是与水混合后组合并变硬的组合物。变硬后，水凝水泥甚至在水下依然 保留其强度和稳定性。这种特性关键的必要条件是由所述水泥成分的水化作用形成的水 合物基本上不溶于水。可将粗糙的或精制的水泥单独使用或与集料混合使用，在这种情况 下所述组合物分别被称为混凝土或灰泥。当今使用的大多数水凝水泥均以波特兰水泥为基 础。波特兰水泥最初由石灰石、某种粘土矿物和石膏在高温处理下，排除二氧化碳(co2)并 将所述主要成分化学性结合为新化合物而形成。从波特兰水泥生产和其它工业过程，如化石燃料基动力产生(如燃煤发电厂)之 中排放二氧化碳造成了全球变暖现象。预期二氧化碳和其它温室气体的大气浓度的升高将 促进大气内热量贮存的增加，导致表面温度提高和快速的温度变化。另外，预期由于海洋溶 解二氧化碳并形成碳酸，大气中二氧化碳水平的升高将加强世界海洋的酸化。如果不及时 控制，这种气候变化和海洋酸化的影响将很可能造成经济费用浩大和环境危险。从各种人 为过程中隔离和避免二氧化碳为降低气候变化的风险提供了可能。本文公开的专利技术通过由含金属硅酸盐材料制备包含碳酸盐组合物的方法和系统， 提供隔离和避免二氧化碳方法，所述方法中该组合物可用于混凝土中。概述本专利技术提供一种方法，所述方法包括用水溶液消化包含金属硅酸盐的材料，制备 二价阳离子和含Si02的物质；使所述二价阳离子与溶解的二氧化碳反应，制备沉淀物质； 和干燥所述沉淀的物质。在这些方法中，可将所述沉淀的物质干燥形成具有一致粒度分布 的细粉。所述方法还可包括在消化所述包含金属硅酸盐的材料之前，将该包含金属硅酸盐 的材料粉碎，其中所述含金属硅酸盐的材料包含岩石或矿物，并且其中所述矿物包括正硅 酸盐、链硅酸盐、层状硅酸盐和网硅酸盐。正硅酸盐矿物包含橄榄石簇矿物质，而层状硅酸 盐矿物包含蛇纹石簇矿物质。在某些实施方案中，消化所述含金属硅酸盐的材料包含用酸 消化，以产生包含所述二价阳离子和含Si02物质的酸性溶液。所述酸可选自HF、HCl、HBr、 HI、H2S04、HN03、H3P04、铬酸、H2C03、乙酸、柠檬酸、甲酸、葡糖酸、乳酸、草酸、酒石酸、抗坏血酸 和梅钟酸。在某些实施方案中，所述酸是HC1。在消化后，可将所述酸性溶液与去质子剂接 触。在某些实施方案中，通过将所述酸性溶液与去质子剂接触，而将该酸性溶液制成碱性溶 液，其中去质子剂可以是选自Na0H、K0H、Ca(0H)2*Mg(0H)2的氢氧化物。在某些实施方案中，所述氢氧化物是NaOH。在某些实施方案中，消化所述含金属硅酸盐的材料包含用去质子 剂消化，以产生包含所述二价阳离子和含质的碱性溶液。在某些实施方案中，消化提 供包含碱土金属阳离子的二价阳离子。在某些实施方案中，所述碱土金属阳离子包含Ca2+、 Mg2+或其组合。所述方法还可包括分离所述沉淀物质。在某些实施方案中，用液-固分离 装置，将沉淀物质从碱性溶液中分离出来，其中液-固分离装置以连续性的、半批量或批量 过程运行。在某些实施方案中，分离沉淀物质是连续性的过程。在某些实施方案中，还可以 采用喷雾干燥器干燥沉淀物质，以产生细粉。在某些实施方案中，至少70%的细粉落在给定 平均粒径士50微米之内，其中给定平均粒径在5-500微米之间。在某些实施方案中，至少 70%的细粉落在给定平均粒径士50微米之内，其中给定平均粒径在50-250微米之间。在 某些实施方案中，至少70 %的细粉落在给定平均粒径士 50微米之内，其中给定平均粒径在 100-200微米之间。在某些实施方案中，所述沉淀物质可包括火山灰质材料；但是在某些实 施方案中，该方法还包括从沉淀物质中制备火山灰质材料。以及在某些实施方案中，该方法 还包括将火山灰质材料与水泥掺混。 本专利技术还提供一种方法，所述方法包括用水溶液消化包含金属硅酸盐的材料，提 供二价阳离子和含Si02的物质；将所述含Si02的物质从水溶液中分离；和使所述二价阳离 子与溶解的二氧化碳反应，制备沉淀物质。该方法还可包括在消化所述包含金属硅酸盐的 材料之前，将该包含金属硅酸盐的材料粉碎，其中所述含金属硅酸盐的材料包含岩石或矿 物，并且其中所述矿物包含正硅酸盐、链硅酸盐、层状硅酸盐和网硅酸盐。正硅酸盐矿物包 含橄榄石簇矿物质，而层状硅酸盐矿物包含蛇纹石簇矿物质。在某些实施方案中，消化所 述含金属硅酸盐的材料包含用酸消化，以产生包含所述二价阳离子和含Si02物质的酸性溶 液。所述酸可选自HF、HC1、HBr、HI、H2S04、HN03、H3P04、铬酸、H2C03、乙酸、柠檬酸、甲酸、葡 糖酸、乳酸、草酸、酒石酸、抗坏血酸和梅钟酸。在某些实施方案中，所述酸是HC1。在消化 后，将所述酸性溶液与去质子剂接触。在某些实施方案中，通过将所述酸性溶液与去质子剂 接触，而将该酸性溶液制成碱性溶液，其中所述去质子剂可以是选自NaOH、KOH、Ca(0H)2和 Mg(0H)2的氢氧化物。在某些实施方案中，所述氢氧化物是NaOH。在某些实施方案中，消化 所述含金属硅酸盐的材料包含用去质子剂消化，以产生包含所述二价阳离子和含Si02物质 的碱性溶液。在某些实施方案中，消化提供包含碱土金属阳离子的二价阳离子。在某些实施 方案中，所述碱土金属阳离子包含Ca2+、Mg2+或其组合。从所述水溶液中分离含Si02的物质 可包括用第一液-固分离装置分离，其中用所述第一液-固分离装置的分离是连续性的、半 批量或批量过程。该方法还可包括在使所述二价阳离子与溶解的二氧化碳反应后，分离沉 淀的物质。在这些方法中，可用第二液-固分离装置，将沉淀物质从所述碱性溶液中分离出 来，其中用所述第二液-固分离装置分离沉淀物质是连续性的、半批量或批量过程。在某些 实施方案中，分离沉淀物质是连续性的过程。可将分离的含Si02物质和分离的沉淀物质在 不需干燥下合并，产生火山灰质材料。还可在合并形成火山灰质材料之前，将分离的含Si02 物质或分离的沉淀物质其中之一进行干燥。另外，可在合并形成火山灰质材料之前，将分离 的含Si02物质和分离的沉淀物质各自进行干燥。照此，可采用喷雾干燥器干燥沉淀物质、 含Si02物质或者沉淀物质和含Si02物质两者，产生喷雾干燥的物质。在某些实施方案中， 至少70%的喷雾干燥物质落在给定平均粒径的士50微米之内，其中给定平均粒径在5-500 微米之间。在某些实施方案中，至少70%的喷雾干燥物质落在给定平均粒径的士 50微米之7内，其中给定平均粒径在50-25本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，所述方法包括：ａ）用水溶液消化包含金属硅酸盐的材料，制备二价阳离子和含ＳｉＯ↓［２］的物质；ｂ）使所述二价阳离子与溶解的二氧化碳反应，制备沉淀物质；和ｃ）干燥所述沉淀物质。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2008-7-10 61/079790;US 2009-6-17 12/486692;US 2一种方法，所述方法包括a)用水溶液消化包含金属硅酸盐的材料，制备二价阳离子和含SiO2的物质；b)使所述二价阳离子与溶解的二氧化碳反应，制备沉淀物质；和c)干燥所述沉淀物质。2.权利要求1的方法，其中将所述沉淀物质干燥形成具有一致粒度分布的细粉。3.权利要求2的方法，所述方法还包括在消化所述包含金属硅酸盐的材料之前，将该 包含金属硅酸盐的材料粉碎。4.权利要求3的方法，其中所述含金属硅酸盐的材料包含岩石或矿物。5.权利要求4的方法，其中所述含金属硅酸盐的材料包含选自正硅酸盐、链硅酸盐、层 状硅酸盐和网硅酸盐的矿物。6.权利要求5的方法，其中所述正硅酸盐包含橄榄石簇矿物。7.权利要求5的方法，其中所述层状硅酸盐包含蛇纹石簇矿物。8.权利要求5的方法，其中消化所述含金属硅酸盐的材料包含用酸消化，以产生包含 所述二价阳离子和含Si02物质的酸性溶液。9.权利要求8的方法，其中所述酸选自HF、HCl、HBr、HI、H2S04、HN03、H3P04、铬酸、H2C03、 乙酸、柠檬酸、甲酸、葡糖酸、乳酸、草酸、酒石酸、抗坏血酸和梅钟酸。10.权利要求9的方法，其中所述酸是HC1。11.权利要求8的方法，其中在消化后，将所述酸性溶液与去质子剂接触。12.权利要求11的方法，其中通过与所述去质子剂接触，而将所述酸性溶液制成碱性 溶液。13.权利要求12的方法，其中所述去质子剂包含选自Na0H、K0H、Ca(0H)2*Mg(0H)2的氢氧化物。14.权利要求13的方法，其中所述氢氧化物是NaOH。15.权利要求5的方法，其中消化所述含金属硅酸盐的材料包含用去质子剂消化，以产 生包含所述二价阳离子和含Si02物质的碱性溶液。16.权利要求12或15的方法，其中所述二价阳离子包含碱土金属阳离子。17.权利要求16的方法，其中所述碱土金属阳离子包含Ca2+、Mg2+或其组合。18.权利要求17的方法，所述方法还包括分离所述沉淀物质。19.权利要求18的方法，其中用液_固分离装置，将所述沉淀物质从碱性溶液中分离。20.权利要求19的方法，其中用液-固分离装置分离所述沉淀物质是连续的、半批量或 批量过程。21.权利要求20的方法，其中分离所述沉淀物质是连续的过程。22.权利要求1的方法，其中所述沉淀物质采用喷雾干燥器干燥。23.权利要求2的方法，其中至少70%的细粉的给定平均粒径落在士50微米内，其中 给定平均粒径在5-500微米之间。24.权利要求23的方法，其中至少70%的细粉的给定平均粒径落在士50微米内，其中 给定平均粒径在50-250微米之间。25.权利要求24的方法，其中至少70%的细粉的给定平均粒径落在士50微米内，其中 给定平均粒径在100-200微米之间。26.权利要求23的方法，其中所述沉淀物质包括火山灰质材料。27.权利要求23的方法，所述方法还包括从所述沉淀物质制备火山灰质材料。28.权利要求26或27的方法，所述方法还包括将火山灰质材料与水泥掺混。29.一种方法，所述方法包括a)用水溶液消化包含金属硅酸盐的材料，制备二价阳离子和含SiO2的物质；b)将所述含SiO2的物质从水溶液中分离；和c)使所述二价阳离子与溶解的二氧化碳反应，制备沉淀物质。30.权利要求29的方法，所述方法还包括在消化所述包含金属硅酸盐的材料之前，将 该包含金属硅酸盐的材料粉碎。31.权利要求30的方法，其中所述含金属硅酸盐的材料包含岩石或矿物。32.权利要求31的方法，其中所述含金属硅酸盐的材料包含选自正硅酸盐、链硅酸盐、 层状硅酸盐和网硅酸盐的矿物。33.权利要求32的方法，其中所述正硅酸盐包含橄榄石簇矿物。34.权利要求32的方法，其中所述层状硅酸盐包含蛇纹石簇矿物。35.权利要求32的方法，其中消化所述含金属硅酸盐的材料包含用酸消化，以产生包 含所述二价阳离子和含SiO2物质的酸性溶液。36.权利要求35的方法，其中所述酸选自HF、HC1、HBr,HI、H2SO4, HNO3> H3PO4、铬酸、 H2C03、乙酸、柠檬酸、甲酸、葡糖酸、乳酸、草酸、酒石酸、抗坏血酸和梅钟酸。37.权利要求36的方法，其中所述酸是HCl。38.权利要求35的方法，其中在消化后，将所述酸性溶液与去质子剂接触。39.权利要求38的方法，其中通过与所述去质子剂接触，而将所述酸性溶液制成碱性 溶液。40.权利要求39的方法，其中所述去质子剂包含选自Na0H、K0H、Ca(0H)2*Mg (OH)2的氢氧化物。41.权利要求40的方法，其中所述氢氧化物是NaOH。42.权利要求32的方法，其中消化所述含金属硅酸盐的材料包含用去质子剂消化，以 产生包含所述二价阳离子和含SiO2物质的碱性溶液。43.权利要求39或42的方法，其中所述二价阳离子包含碱土金属阳离子。44.权利要求43的方法，其中所述碱土金属阳离子包含Ca2+、Mg2+或其组合。45.权利要求44的方法，其中从所述水溶液中分离含SiO2的物质包括用第一液-固分 罔装直分罔ο46.权利要求45的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：BR康斯坦茨，L克洛蒂，C瑞安，M弗南德滋，K发萨德，S奥梅龙，P图伊特，P蒙特里奥，GE小布朗，K格拉米塔，
申请(专利权)人：卡勒拉公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]