通过碱性材料的碳化制备主要由碳酸盐粘合的制品制造技术

一种制备主要由碳酸盐粘合的制品的方法，包括提供包含一种或多种碱土金属硅酸盐相的碱性颗粒材料的步骤。该方法包括将颗粒材料成型以获得粒状材料成型体的步骤。按体积计，成型体孔隙率小于或等于３７％。成型体的内渗透率为至少１．１０－１２ｃｍ２。该方法还包括设置形成至少５重量％碳酸盐（ＣＯ３－２）的反应步骤，通过在水的存在下将粒状材料与二氧化碳反应，进而将成型体转变成制品。在反应步骤中，将反应步骤开始时湿气不饱和的成型体置于包含所述二氧化碳的气氛中。该气氛的温度至少为７０℃，压力至少为０．５ＭＰａ。压力高于在所述温度下水的饱和蒸气压。结果，通过一种或多种碱土金属硅酸盐相的反应形成至少部分所述碳酸盐。本发明专利技术还涉及一种由该方法获得的制品。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种通过包含碱土金属硅酸盐反应源的材料的碳化(carbonation) 生产制品的方法。所得制品主要通过碳化反应期间形成的碳酸盐结合。特别地，本专利技术涉 及非水泥基制品的制备方法。本专利技术的方法可用于隔离(SequeSter)CO2和/或用于生产 具有高压缩强度的制品和/或用于再利用废弃材料。本专利技术还涉及一种包含碳酸盐和有利 地具有高压缩强度的制品。
技术介绍
通过加速的碳化使水泥质材料和具有火山质或潜在水硬粘结性能的渣料(slag) 稳定是已知的。此加速的碳化主要旨在通过加速由硅酸三钙(CJ)至水化硅酸钙(CSH)的 水化，而非形成大量碳酸盐来加速水泥质粘结剂的固化。硅酸三钙(Cf)的水化形成了作 为副产品的氢氧钙石(Ca(OH)2),其能被碳化。在“A review of accelerated carbonation technology in the treatmentof cement-based materials and sequestration of C02”，Journal of HazardousMaterials B112，2004，pp. 193-205中，Bertos等对使用“干”碳化路线的加速碳化工艺应用的现有技 术给出了回顾，其中未使经受碳化的矿物材料处于悬浮液。作者总结了用于通过碳化反应 稳定水泥固化废物、加速压实的水泥质系统的固化和再利用无害废物以生产有用产品的反 应条件。由描述的工艺条件可知，所引用的碳化反应矿物材料的方法使用低的温度和低压 力至轻微升高的压力(至多0.3MPa)。据作者报道，在温度高于60°C时由于CO2在水中溶 解度的下降导致(X)2的吸收下降。这致使升高的温度不利于其目的在于生产坚固建筑材料 的矿物材料的碳化。此外，高温导致形成不稳定的方解石的多晶型体。作者总结出，为了获 得稳定的产品，工艺应该保持在低的温度(0-10°C)和轻微地正的CO2压强下。美国专利5744078公开了通过注射稀释的二氧化碳气体加速处理受压的水泥粘 合颗粒板或纤维板的方法。水泥粘合颗粒板或纤维板的组合物在压机的两个压盘之间延 伸，随后关闭压机以便于将板材成型至不超过40mm的厚度。在顶部和底部表面中的一者或 二者处，注入和排出稀释的二氧化碳气体。该过程持续几分钟，然后打开压机，而板材具有 用于处理的足够强度，在环境条件下几天后获得最终强度。据报道，直接地加速固化后板材 的初始强度为最终强度的50%。在上述工艺中，因为二氧化碳和水泥组合物之间的接触时间是有限的，所以限制 了碳化对二氧化碳隔离的可能性。还可以看出，由于使用稀释而非浓缩的二氧化碳气体混 合物，且该混合物通过水泥组合物被排出，因此在板材中产生了非常小的压力或没有产生 压力。此外，即使描述的工艺适合于相对薄部件(至多40mm厚度)的制备，对于较厚部 件达到充足的(X)2渗透依然是困难的。而且，仅为一个面提供(X)2在较厚的部位中引起碳化 前沿(梯度)。相关的体积膨胀可引起导致微裂纹的内部剪切应力，随后机械性能下降。US专利6334885公开了通过水化反应加速固化炼钢渣料和研磨粒状高炉(GGBF) 渣料细粉混合物的方法。通过提供高压蒸汽，形成雪硅钙石(其为结晶水化硅酸盐相)，而 非在环境条件下在水泥质材料中形成的无定形CSH。报道了通过向高压蒸汽中添加二氧化 碳气体形成碳酸钙。然而，在添加二氧化碳情况下，100% GGBF渣料和100%炼钢渣料的高 压水蒸汽处理没有导致受测样品的凝固。因此，由水化的硅酸钙(雪硅钙石)确实形成了 制品中的主粘结相。在上述经(X)2处理的制品中，颗粒主要通过水化水泥相粘合。对于非水泥粘合的 材料，也公开了碳化途径。专利申请JP 2000/203903和JP 2000/M7711公开了通过炼钢 渣料的碳化生产用于海水中的人造石材料的方法。将粉末形式的渣料润湿并载入容器中以 形成填充床。将包含二氧化碳的气体吹入容器中形成作为粘结剂的凝固材料，该凝固材料 包含通过碳化反应形成的CaC03。为了阻止石料开裂，在低于60°C的温度下进行反应。公 开了六天的工艺时间。据报道，人造石的强度达到12MPa。此方法的缺点是工艺时间长。在Solidification of stainless steel slag by acceleratedcarbonation, Environmental technology, vol. 24,2003, pp. 671-678 中，Johnson 等公开了将来自不锈 钢生产的包含12. 5重量％水的压制(在0. 5MPa压力下)、研磨渣料成型体暴露于3巴压力 的二氧化碳中。作为结果，形成的碳酸钙使渣料自粘接。在对于具有颗粒尺寸小于125 μ m 的研磨渣料的最终反应产物中记录了 9MPa的压缩强度。然而，9MPa的压缩强度不足以用于 作为建筑和建设材料的碳化材料。为了增加矿物材料的反应性，近几年研究已经转移到含水碳化路线。在这些“湿” 法中，首先将反应性矿物材料带入悬浮液。在随后的步骤中，可加入酸、电解质或碱性材料 (例如NaOH)以释放反应性阳离子，从而增加矿物材料的反应性。然后将悬浮液暴露于(X)2 中以将反应性阳离子转变为碳酸盐。“湿”碳化工艺能够增加矿物材料的反应性及ω2隔离 和控制废弃产物浸浙性能，但悬浮液的使用令其不适用于人造石的直接生产。专利技术概要本专利技术的一方面涉及用于生产主要由碳酸盐粘合的制品的改良碳化方法。本专利技术的另一方面涉及一种主要由碳酸盐粘合的制品例如人造石，其包含碱土金 属碳酸盐，与现有技术中的碳化制品相比，该制品具有改进的机械和/或物化性能。本专利技术提供一种通过如权利要求书中所述的碳化生产主要由碳酸盐粘合的制品 的方法。本专利技术进一步提供一种主要由碳酸盐粘合的制品，其包含如权利要求书中所述的 碳酸盐。依据本专利技术的第一个方面，提供一种通过粒状材料的碳化生产制品的方法。该制 品主要由碳酸盐粘合，这涉及到粒状材料的颗粒主要借助于形成的碳酸盐相彼此粘合的事 实。由此，在本专利技术方法中通过碳化反应形成的碳酸盐组成主要粘结相。“主要由碳酸盐粘 合的”的表述在本说明书中意味着由碳化步骤形成的一种或多种碳酸盐相在制品的最终压 缩强度中有利地贡献超过50%。这意味着通过进行依据本专利技术方法(但缺少CO2)的处理， 制品的最终压缩强度将低于通过用(X)2处理所获得的最终压缩强度的50%。该方法包括提供碱性粒状材料第一步骤，这涉及到pH高于或等于8. 3的粒状材 料。在下文使用术语“粒状材料”，其可理解为以上定义的碱性粒状材料。碱性粒状材料可以是不同粒状材料的混合物，所有粒状材料不必都呈碱性，只要混合物为所示碱性即可。碱 性粒状材料包括一种或多种碱土金属硅酸盐相。随后，提供成型粒状材料以获得粒状材料成型体的步骤。设置成型步骤，使得与 粒状材料，特别是其粒度的选择组合，获得孔隙率小于或等于37体积％且内渗透率至少为 1 · IO-12Cm2的成型体。将会看到，可发现用于获得所示成型体的成型参数的多种不同组合 和(粒度)粒状材料的组成。该方法进一步包括将上述成型体中的粒状材料在水的存在下与二氧化碳反应以 形成至少5重量％碳酸盐(即CO3-2阴离子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过碳化制备主要由碳酸盐粘合的制品的方法，该方法包括步骤：　　－提供ｐＨ高于或等于８．３的粒状材料，该粒状材料包含至少一种碱土金属硅酸盐相，　　－将粒状材料成型以获得粒状材料的成型体，其中成型体的孔隙率小于或等于３７体积％，且其中成型体的内渗透率至少为１·１０↑［－１２］ｃｍ↑［２］，和　　－在水的存在下使所述成型体中的粒状材料与二氧化碳反应以形成至少５重量％的碳酸盐（ＣＯ↓［３］↑［２－］），进而将成型体转化成主要由碳酸盐粘合的制品，在该反应步骤中，将反应步骤开始时湿气不饱和的成型体放入包含所述二氧化碳的气氛中，其中所述气氛的温度至少为７０℃，压力至少为０．５ＭＰａ使得所述碱土金属硅酸盐相有助于所述碳酸盐的形成，所述压力高于所述温度下的水的饱和蒸气压。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】EPPCT/EP2008/0551952008年4月28日1 一种通过碳化制备主要由碳酸盐粘合的制品的方法，该方法包括步骤-提供PH高于或等于8. 3的粒状材料，该粒状材料包含至少一种碱土金属硅酸盐相，-将粒状材料成型以获得粒状材料的成型体，其中成型体的孔隙率小于或等于37体 积％，且其中成型体的内渗透率至少为1 · 10_12cm2，和-在水的存在下使所述成型体中的粒状材料与二氧化碳反应以形成至少5重量％的碳 酸盐(CO/—)，进而将成型体转化成主要由碳酸盐粘合的制品，在该反应步骤中，将反应步骤 开始时湿气不饱和的成型体放入包含所述二氧化碳的气氛中，其中所述气氛的温度至少为 70°C，压力至少为0. 5MPa使得所述碱土金属硅酸盐相有助于所述碳酸盐的形成，所述压力 高于所述温度下的水的饱和蒸气压。2.如权利要求1所述方法，其中粒状材料不含具有水硬粘结性的材料，或至多以使得 至多2. 2重量％的水化硅酸钙相形成于主要由碳酸盐粘合的制品中的量包含具有水硬粘 结性质的材料，优选至多1. 5重量％的值，更优选至多1. 0重量％的值，最优选至多0. 5重 量％的值。3.如权利要求1或2所述方法，其中粒状材料不含具有水硬粘结性质的材料，或至多 以使得主要由碳酸盐粘合的制品的压缩强度是已在如所述反应步骤中的相同条件下在不 含CO2的氮气氛中处理的相同成型体的强度的两倍且优选至少三倍的量包含水硬粘结性材 料。4.如上述任一权利要求所述的方法，其中在反应步骤中至少形成10重量％的碳酸盐 (CO/—)，优选至少12. 5重量％，更优选至少15重量％，最优选至少20重量％。5.如上述任一权利要求所述的方法，其中成型步骤包括以至少5MPa，优选至少lOMPa， 更最优选至少15MPa的成型压力成型粒状材料。6.如上述任一权利要求所述的方法，其中在反应步骤过程中，所述气氛中(X)2分压达到 高于或等于0. IMPa，优选高于0. 3MPa且更优选高于0. 5MPa的值。7.如上述任一权利要求所述的方法，其中使至少37gCO2每kg成型体干物质，优选至 少74g C02/kg干物质，更优选至少92. 5g C02/kg干物质，更加优选至少Illg C02/kg干物 质且最优选至少148g C02/kg成型体的干物质与粒状材料反应。8.如上述任一权利要求所述的方法，其中所述气氛在至少IMPa，优选至少2MPa，更优 选至少3MPa，最优选至少5MPa的压力下。9.如上述任一权利要求所述的方法，其中所述气氛在至少90°C、优选高于100°C、更优 选至少110°C和最优选至少130°C的温度下。10.如上述任一权利要求所述的方法，其中所述气氛的温度低于所述压力下水的沸点 至少10°c，优选至少20°C，更优选至少30°C和最优选低于所述沸点至少50°C。11.如上述任一权利要求所述的方法，其中在反应步骤中，所述气氛的温度是循环的， 使得将其降低至少10°C，优选至少20°C，并至少一次地再次升高至少10°C，优选至少20°C。12.如上述任一权利要求所述的方法，其中反应步骤之前的成型体具有落入18-37体 积％范围内，优选低于33体积％，更优选低于30体积％的孔隙率。13.如上述任一权利要求所述的方法，其中在反应步骤开始时，成型体具有落入在饱和 湿气含量的90%至20%之间，优选在饱和湿气含量的80%至20%之间，更优选在饱和湿气 含量的80%至40%之间的湿气含量，而饱和湿气含量是孔隙中充满水时的含量。14.如上述任一权利要求所述的方法，其中粒状材料中包含至多5重量％经研磨的粒 状高炉渣料含量，优选至多2. 5重量％，和最优选基本上不包含经研磨的粒状高炉渣料。15.如上述任一权利要求所述的方法，其中粒状材料包含至多7重量％波特兰水泥和 波特兰熟料，优选至多5重量％，更优选至多2. ...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·卡热伯尔，
申请(专利权)人：卡布斯通创新股份有限公司，
类型：发明
国别省市：BE