BR112017020153B1 - Material de escória e respectivo material pulverulento - Google Patents

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Vahit Atakan
Nicholas DeCristofaro
Vincent MEYER
Cédric Comparet
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Abstract

ESCÓRIAS DE SILICATO DE CÁLCIO CARBONATÁVEL MICROESTRUTURADAS E MÉTODOS DAS MESMAS. A invenção fornece materiais de escória e cimento microestruturados inovadores que são caracterizados por capacidade de trituração e reatividade superiores. Os materiais de escória e cimento revelados são à base de silicato de cálcio carbonatável e podem ser feitos a partir de matérias-primas de baixa custo amplamente disponíveis através de um processo adequado para produção em grande escala. O método da invenção é flexível em requisitos de equipamentos e processamento e é prontamente adaptável às instalações de fabricação de cimento Portland convencionais.

Description

REIVINDICAÇÕES DE PRIORIDADE E PEDIDOS DE PATENTE RELACIONADOS
[001]Este pedido reivindica o benefício de prioridade do Pedido Provisório sob os números de série US 62/136.201 e US 62/136.208, ambos depositados em 20 de março de 2015, cujo conteúdo integral de cada um é incorporado no presente documento em sua totalidade a título de referência.
CAMPO DA INVENÇÃO
[002]A invenção se refere, em geral, a composições de silicato de cálcio. Mais particularmente, a invenção se refere a composições de silicato de cálcio carbonatável microestruturadas inovadoras (por exemplo, escórias, cimentos), e métodos para sua fabricação e usos, por exemplo, em uma variedade de componentes de concreto nas indústrias de infraestrutura, construção, pavimentação e paisagismo.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
[003]O concreto é o material feito pelo homem mais consumido no mundo. Um concreto típico é feito pela mistura de cimento Portland, água e agregados tais como areia e rocha fragmentada. O cimento Portland é um material sintético feito pela queima de uma mistura de calcário e argila triturados ou materiais de composição similar em um forno rotatório a uma temperatura de sinterização de 1.450 °C. A fabricação do cimento Portland não é apenas um processo com alto consumo de energia, mas também libera quantidades consideráveis de gás de estufa (CO2). A indústria do cimento contabiliza aproximadamente 5% das emissões de CO2 antropogênicas globais. Mais que 60% desse CO2 é proveniente da decomposição química ou da calcinação de calcário.
[004]Tem ocorrido esforço crescente para reduzir o total de emissões de CO2 na indústria do cimento. De acordo com uma proposta da Agência Internacional de Energia, a indústria do cimento precisa reduzir suas emissões de CO2 de rom 2,0 Gt em 2007 para 1,55 Gt em 2050. Isso representa uma tarefa assustadora porque, durante este mesmo período, a produção de cimento deverá crescer de 2,6 Gt para 4,4 Gt.
[005]Para atender esse desafio formidável, uma abordagem revolucionária para produção de cimento foi desenvolvida, a qual reduz significativamente a exigência de energia e as emissões de CO2 de uma usina de cimento. O cimento exclusivo é compreendido de composições de silicato de cálcio carbonatável e é feito a partir de matérias-primas de baixa custo amplamente disponíveis e oferece a capacidade de sequestrar permanente e seguramente CO2 enquanto é adaptável e flexível em requisitos de equipamentos e produção, permitindo que os fabricantes de cimento convencional convertam facilmente para a nova plataforma.
[006]“Escória” se refere a torrões ou nódulos produzidos pelo aquecimento de, em um forno rotatório à alta temperatura, uma mistura de matérias-primas incluindo materiais de calcário e aluminossilicato tal como argila (~1.450 °C em cimento Portland). A escória de cimento é triturada até um pó fino para uso em muitos produtos de cimento.
[007]Além da reatividade, a capacidade de trituração da escória é uma medida importante da qualidade da escória. Energia considerável é consumida em uma usina de cimento para trituração de escória. A capacidade de trituração de escória aprimorada aumenta, dessa forma, a eficiência de trituração e reduz consumo de energia. Para a produção de comento à base de silicato de cálcio carbonatável, a capacidade de trituração da escória é uma propriedade importante. Diferentemente do caso de cimento Portland, a capacidade de trituração de escória à base de silicato de cálcio não é entendida, nem a otimização da capacidade de trituração é alcançada.
[008]Dessa forma, é importante desenvolver metodologias de produção de escória adequadas que produzam microestruturas de escória favorecidas e perfil de capacidade de trituração e reatividade desejados.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[009]A invenção fornece materiais de escória e cimento microestruturados inovadores que são caracterizados por capacidade de trituração e reatividade superiores. Os materiais de escória e cimento revelados são à base de silicato de cálcio carbonatável e podem ser feitos a partir de matérias-primas de baixa custo amplamente disponíveis através de um processo adequado para produção em grande escala. O método da invenção é flexível em requisitos de equipamentos e processamento e é prontamente adaptável às instalações de fabricação de cimento Portland convencionais.
[010]Essas composições reveladas de escória e cimento de silicato de cálcio carbonatável podem ser usadas em uma variedade de aplicações de concreto tal como em construção, pavimentações e paisagismo, e infraestrutura com necessidade de equipamentos reduzida, consumo de energia aprimorado e vestígio de carbono mais desejável.
[011]A natureza heterogênea das microestruturas de escória proporciona propriedades de trituração de escória exclusivas devido às diferenças em densidade e dureza das várias regiões de fase. As camadas de densidade inferior atuam como uma trajetória de resistência mínima à fratura durante as operações de moagem e trituração, resultando não apenas no consumo de energia reduzido, mas também em fases mais reativas sendo expostas mediante a trituração. As microestruturas dispostas em camadas também podem proporcionar morfologias de partícula que facilitam a carbonatação e a formação de materiais compósitos mais fortes.
[012]O documento US 3926647 trata de um processo de produção de volastonita sintética e diopida. O documento US 3926647 ensina síntese de volastonita a partir de material natural sem fusão e o documento e GB1361713 trata de síntese de volastonita a partir de material natural. O documento GB1174919 trata de método para fabricação de clínquer de pseudo- volastonita em forno rotativo.
[013]Em um aspecto, a invenção se refere, em geral, a um material de escória não hidráulico, que inclui partículas de sílica não carbonatável (SiO2) dispersas em uma matriz que compreende pelo menos uma fase de silicato de cálcio carbonatável que compreende pelo menos uma dentre wollastonita e pseudowollastonita. Conforme revelado no presente documento, o material de escória da invenção é carbonatável para produzir um material compósito através de carbonatação com CO2.
[014]Em um outro aspecto, a invenção se refere, em geral, a um método para produzir um material de escória revelado no presente documento. O método inclui: misturar um ou mais precursores para obter uma composição de precursor mesclada em que Ca elementar e Si elementar estão presentes a uma razão atômica de cerca de 0,8 a cerca de 1,2 e óxidos de metal de Al, Fe e Mg estão presentes em cerca de 10% ou menos em massa; e aquecer a composição de precursor mesclada para uma temperatura entre cerca de 800 °C e cerca de 1.400 °C por um tempo suficiente para produzir o material de escória.
[015]Várias matérias-primas podem ser usadas como precursores para produzir o material de escória da invenção. Por exemplo, as matérias-primas adequadas incluem calcário, areia, vasas, arenitos, argilas ricas em sílica, terras diatomáceas, marga, poeira de cinzas, sílica pirogenada, etc.
[016]Ainda em um outro aspecto, a invenção se refere a um material pulverulento produzido pela trituração do material de escória da invenção. Em certas modalidades preferenciais, o material pulverulento é caracterizado por um tamanho de partícula médio (d50) de cerca de 8 μm a cerca de 25 μm, com 10% de partículas (d10) com tamanho abaixo de cerca de 0,1 μm a cerca de 3 μm, e 90% de partículas (d90) com tamanho entre cerca de 30 μm a cerca de 100 μm.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[017]Os objetivos e recursos da invenção podem ser mais bem compreendidos em referência aos desenhos descritos abaixo e às reivindicações. Os desenhos não estão necessariamente em escala, a ênfase, em vez disso, é em geral aplicada sobre a ilustração dos princípios da invenção. Nos desenhos, números similares são usados para indicar partes similares por todas as várias vistas.
[018]Figura 1. Uma Imagem de elétron retrodifundido (BSE) de uma escória de cimento do Cimento Experimental 1. Camadas de sílica não reativa de brilho baixo listradas por fases reativas progressivamente mais brilhosas são visíveis.
[019]Figura 2. Uma Imagem de elétron retrodifundido (BSE) de uma escória de cimento do Cimento Experimental 1. Camadas de sílica não reativa de brilho baixo listradas por fases reativas progressivamente mais brilhosas são visíveis. As fases foram identificadas por EDS como sílica (1), fase amorfa (2), wollastonita ou pseudowollastonita (3) e ranquinita (4).
[020]Figura 3. Uma imagem com alta ampliação de uma região rica em cálcio de escória de cimento do Cimento Experimental 1. Essa região conteve regiões distintas de belita (1) e ranquinita (2) com algum material intergranular com uma composição amorfa.
[021]Figura 4. Uma Imagem de elétron retrodifundido (BSE) de partículas de cimento não reagidas. A imagem exibe uma partícula grande composta de fases reativas de brilho alto (1). Uma partícula com tamanho similar mostra uma distribuição de múltiplas fases com uma superfície de material reativo de brilho alto, uma listra de fases amorfas de brilho médio (2) e um núcleo de fase de SiO2 de brilho baixo (3). As partículas monofásicas menores são também visíveis.
[022]Figura 5. Imagem de BSE de partículas de cimento não reagidas. Um grande número de tipos de partícula é evidente. Partículas reativas multifásicas de duas fases - parcialmente reativa e parcialmente reativa - partículas inertes (1), partículas reativas de três fases - parcialmente reativa - inerte (2) e reativa - espaço vazio (3) podem ser vistas.
[023]Figura 6. Micrógrafo compósito de cor falsa que apresenta várias partículas de Cimento Experimental 1. Partículas multifásicas e de fase única de muitas composições são visíveis.
[024]Figura 7. Micrógrafo compósito de cor falsa que apresenta várias partículas de Cimento Experimental 1. Partículas multifásicas e de fase única de muitas composições são visíveis.
[025]Figura 8. Micrógrafo compósito de cor falsa que apresenta várias partículas de Cimento Experimental 1. Partículas multifásicas e de fase única de muitas composições são visíveis.
[026]Figura 9. Uma Imagem de elétron retrodifundido (BSE) de uma escória de cimento do Cimento Experimental 2. Camadas de sílica não reativa de brilho baixo listradas por fases reativas progressivamente mais brilhosas são visíveis.
[027]Figura 10. Uma Imagem de elétron retrodifundido (BSE) de uma escória de cimento do Cimento Experimental 2. Camadas de sílica não reativa de brilho baixo listradas por fases reativas progressivamente mais brilhosas são visíveis.
[028]Figura 11. Uma Imagem de elétron retrodifundido (BSE) de uma escória de cimento do Cimento Experimental 2.
[029]Figura 12. Um mapa de Raios X da Figura 11 que indica a localização de Si. O mapa indica que as regiões escuras da Figura 11 são ricas em Si e que Si é menos abundante em pontos distantes dessas áreas.
[030]Figura 13. Um mapa de Raios X da Figura 11 que indica a localização de Ca. O mapa indica que a abundância de Ca aumenta em incrementos distintos das regiões ricas em Si.
[031]Figura 14. Um mapa de Raios X de potássio que indica que o potássio é concentrado em torno da borda das partículas de sílica.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
[032]A invenção fornece um material de escória carbonatável inovador à base de silicato de cálcio e uma composição pulverulenta triturada produzida a partir do mesmo, que serve como uma substituição revolucionária para cimentos convencionais. Esses materiais podem ser produzidos e utilizados com exigência de energia e emissões de CO2 significativamente reduzidas. Os materiais de escória à base de silicato de cálcio carbonatável revelados são feitos a partir de matérias-primas de baixa custo amplamente disponíveis por um processo adequado para produção em grande escala com requisitos de equipamentos e produção flexíveis.
[033]Uma ampla variedade de aplicações pode se beneficiar da invenção, desde construção, pavimentações e paisagismo, até infraestrutura e transporte através de consumo de energia aprimorado e vestígio de carbono mais desejável.
[034]Em um aspecto, a invenção se refere, em geral, a um material de escória não hidráulico, que inclui partículas de sílica não carbonatável (SiO2) dispersas em uma matriz que compreende pelo menos uma fase de silicato de cálcio carbonatável que compreende pelo menos uma dentre wollastonita e pseudowollastonita, isto é, um ou mais dentre CS (wollastonita ou pseudowollastonita).
[035]Em certas modalidades do material de escória, a matriz compreende ranquinita (C3S2, Ca3Si2O7) e/ou belita (C2S, Ca2SiO4). A fase de C2S presente no interior da composição de silicato de cálcio pode existir em qualquer polimorfa de a- Ca2SiO4, β-Ca2Siθ4 ou Y—Ca2SiO4 ou combinação dos mesmos.
[036]Em certas modalidades, o material de escória inclui adicionalmente uma camada intermediária que compreende melilita ((Ca,Na,K)2 (Al,Mg,Fe)[(Al,Si)SiO7]) e/ou um fase amorfa e que circunda as partículas de sílica não carbonatável. A escória também pode incluir quantidades de fases sem a capacidade de carbonatar significativamente, tais como minerais do tipo ferrita (ferrita ou brownmilerita ou C4AF) com a fórmula geral Ca2(Al,Fe3+)2O5.
[037]A escória também pode incluir pequenas quantidades ou quantidades-traço (< 10% em massa de cada fase) de CaO (cal) e SiO2 (sílica) residuais.
[038]A escória também pode incluir pequenas quantidades ou quantidades-traço (< 10% em massa) de C3S (alita, Ca3SiO5).
[039]Os óxidos de metal de Al, Fe e Mg contidos na escória são, em geral, controlados para serem menores que cerca de 10% (por total de massa de óxido) do total de massa de escória. Em certas modalidades, a escória tem cerca de 8% ou menos de óxidos de metal de Al, Fe e Mg (por total de massa de óxido) do total de massa de escória. Em certas modalidades, a escória tem cerca de 5% ou menos de óxidos de metal de Al, Fe e Mg (por total de massa de óxido) do total de massa de escória. Em certas modalidades, dependendo da aplicação, a escória pode ter mais que 10% (por exemplo, cerca de 10% a cerca de 30%) de óxidos de metal de Al, Fe e Mg (por total de massa de óxido) do total de massa de escória. Em certas modalidades, a escória tem cerca de 30% ou menos de óxidos de metal de Al, Fe e Mg (por total de massa de óxido) do total de massa de escória.
[040]O material de escória pode ser compreendido de uma ou mais dentre fases amorfas e fases cristalinas, que podem existir em regiões ou camadas distintas ou unidas.
[041]A fase amorfa pode incorporar íons de Al, Fe e Mg e outros íons de impureza presentes nas matérias-primas. Em certas modalidades, a matriz microestrutural da escória inclui um ou mais componentes selecionados a partir de Al2O3, Fe2O3, MgO, K2O e Na2O. Por exemplo, a camada intermediária pode incluir uma fase amorfa que compreende um ou mais componentes selecionados a partir de Al2O3, Fe2O3, MgO, K2O e Na2O.
[042]As partículas de sílica não carbonatável podem ter quaisquer tamanhos e morfologias adequados. Por exemplo, as partículas de sílica não carbonatáveis podem ter diâmetros de cerca de 0,1 μm a cerca de 1.000 μm (por exemplo, cerca de 0,5 μm a cerca de 1.000 μm, cerca de 1,0 μm a cerca de 1.000 μm, cerca de 10 μm a cerca de 1.000 μm, cerca de 25 μm a cerca de 1.000 μm, cerca de 50 μm a cerca de 1.000 μm, cerca de 100 μm a cerca de 1.000 μm, cerca de 0,1 μm a cerca de 500 μm, cerca de 0,1 μm a cerca de 100 μm, cerca de 0,1 μm a cerca de 50 μm, cerca de 1,0 μm a cerca de 500 μm, cerca de 10 μm a cerca de 500 μm, cerca de 25 μm a cerca de 500 μm, cerca de 25 μm a cerca de 200 μm).
[043]A camada intermediária pode ter quaisquer morfologias e tamanhos adequados. Por exemplo, a camada intermediária pode ter uma espessura de cerca de 0,1 μm a cerca de 250 μm (por exemplo, de cerca de 0,5 μm a cerca de 250 μm, de cerca de 1,0 μm a cerca de 250 μm, de cerca de 5,0 μm a cerca de 250 μm, de cerca de 10 μm a cerca de 250 μm, de cerca de 25 μm a cerca de 250 μm, de cerca de 0,1 μm a cerca de 100 μm, de cerca de 0,1 μm a cerca de 50 μm, de cerca de 1,0 μm a cerca de 100 μm, de cerca de 1,0 μm a cerca de 50 μm, de cerca de 1,0 μm a cerca de 25 μm).
[044]No material de escória, a fase amorfa pode contabilizar qualquer porcentagem adequada, por exemplo, cerca de 10% ou mais em volume do total de fases sólidas (por exemplo, em cerca de 15% ou mais, em cerca de 20% ou mais, em cerca de 25% ou mais, em cerca de 30% ou mais, em cerca de 40% ou mais, em cerca de 45% ou mais, em cerca de 50% ou mais, em cerca de 55% ou mais, em cerca de 60% ou mais, em cerca de 65% ou mais, em cerca de 70% ou mais, em cerca de 75% ou mais, em cerca de 80% ou mais em volume do total de fases sólidas).
[045]No material de escória, a fase cristalina pode contabilizar qualquer porcentagem adequada, por exemplo, cerca de 30% ou mais em volume do total de fases sólidas (por exemplo, em cerca de 30% ou mais, em cerca de 35% ou mais, em cerca de 40% ou mais, em cerca de 45% ou mais, em cerca de 50% ou mais, em cerca de 55% ou mais, em cerca de 60% ou mais, em cerca de 65% ou mais, em cerca de 70% ou mais, em cerca de 75% ou mais, em cerca de 80% ou mais, em cerca de 85% ou mais, em cerca de 90% ou mais, em cerca de 95% ou mais em volume do total de fases sólidas).
[046]Em certas modalidades preferenciais do material de escória, a razão atômica de Ca elementar para Si elementar da composição de silicato de cálcio é de cerca de 0,80 a cerca de 1,20. Em certas modalidades preferenciais, a razão atômica de Ca para Si da composição é de cerca de 0,85 a cerca de 1,15. Em certas modalidades preferenciais, a razão atômica de Ca para Si da composição é de cerca de 0,90 a cerca de 1,10. Em certas modalidades preferenciais, a razão atômica de Ca para Si da composição é de cerca de 0,95 a cerca de 1,05. Em certas modalidades preferenciais, a razão atômica de Ca para Si da composição é de cerca de 0,98 a cerca de 1,02. Em certas modalidades preferenciais, a razão atômica de Ca para Si da composição é de cerca de 0,99 a cerca de 1,01.
[047]Em certas modalidades preferenciais, a escória é adequada para carbonatação com CO2 a uma temperatura de cerca de 30oC a cerca de 90oC para formar CaCO3, sob uma atmosfera de água e CO2 que tem uma pressão na faixa de pressão atmosférica ambiente a cerca de 1 MPa (150 psi) acima da pressão ambiente e que tem uma concentração de CO2 na faixa de cerca de 10% a cerca de 99% por cerca de 1 hora a cerca de 150 horas, com um ganho de massa de cerca de 10% ou mais. Em certas modalidades preferenciais, a escória é adequada para carbonatação com CO2 a uma temperatura de cerca de 40oC a cerca de 80oC para formar CaCO3, sob uma atmosfera de água e CO2 que tem uma pressão na faixa de pressão atmosférica ambiente a cerca de 0,3 MPa (40 psi) acima da pressão ambiente e que tem uma concentração de CO2 na faixa de cerca de 50% a cerca de 95% por cerca de 10 horas a cerca de 50 horas, com um ganho de massa de cerca de 10% ou mais, de preferência, 20% ou mais. O ganho de massa reflete o sequestro líquido de CO2 nos produtos carbonatados. Dessa forma, a carbonatação é vantajosamente realizada sob uma atmosfera de água e CO2. A carbonatação é vantajosamente realizada a uma temperatura de cerca de 30oC a cerca de 90oC para formar CaCO3. A pressão pode se situar na faixa de pressão atmosférica ambiente a cerca de 1 MPa (150 psi) acima da pressão ambiente. A concentração de CO2 pode se situar na faixa de cerca de 10% a cerca de 99%. A carbonatação pode durar por cerca de 1 hora a cerca de 150 horas. O ganho de massa é de cerca de 10% ou mais, de preferência 20% ou mais, ou mais de preferência 30% ou mais.
[048]Em certas modalidades preferenciais, a composição é adequada para carbonatação com CO2 a uma temperatura de cerca de 30oC a cerca de 90oC (por exemplo, cerca de 40oC a cerca de 90oC, cerca de 50oC a cerca de 90oC, cerca de 60oC a cerca de 90oC, cerca de 30oC a cerca de 80oC, cerca de 30oC a cerca de 70oC, cerca de 30oC a cerca de 60oC, cerca de 40oC a cerca de 80oC, cerca de 40oC a cerca de 70oC, cerca de 40oC a cerca de 60oC) para formar CaCO3 com ganho de massa de 10% ou mais (por exemplo, 15% ou mais, 20% ou mais, 25% ou mais, 30% ou mais).
[049]Observa-se, de preferência, que as composições de escória à base de silicato de cálcio carbonatável da invenção não hidratam. Entretanto, quantidades menores de fases hidratáveis de silicato de cálcio (por exemplo, C2S, C3S e CaO) podem estar presentes. C2S exibe cinética lenta de hidratação quando exposto à água e é rapidamente convertido em CaCO3 durante os processos de cura de CO2. C3S e CaO se hidratam rapidamente mediante exposição à água e, dessa forma, devem ser limitados a menos que cerca de 10% em massa.
[050]Conforme revelado no presente documento, o material de escória da invenção é carbonatável para produzir um material compósito através de carbonatação com CO2. A geração de resistência de ligação é o resultado de e é controlada pela carbonatação de várias fases reativas no material de escória quando exposto a CO2 sob regimes de cura específicos.
[051]O CaCO3 produzido a partir das reações de carbonatação CO2 reveladas no presente documento pode existir como um ou mais dentre várias polimorfas de CaCO3 (por exemplo, calcita, aragonita e vaterita). O CaCO3 estão, de preferência, na forma de calcita, mas também pode estar presente como aragonita ou vaterita ou como uma combinação de duas ou três das polimorfas (por exemplo, calcita/aragonita, calcita/vaterita, aragonita/vaterita ou calcita/aragonita/vaterita).
[052]Em um outro aspecto, a invenção se refere, em geral, a um método para produzir um material de escória revelado no presente documento. O método inclui: misturar um ou mais precursores para obter uma composição de precursor mesclada em que Ca elementar e Si elementar estão presentes a uma razão atômica de cerca de 0,8 a cerca de 1,2 e óxidos de metal de Al, Fe e Mg estão presentes em cerca de 30% ou menos em massa; e aquecer a composição de precursor mesclada para uma temperatura entre cerca de 800 °C e cerca de 1.400 °C por um tempo suficiente para produzir o material de escória.
[053]Várias matérias-primas podem ser usadas como precursores para produzir o material de escória da invenção. Por exemplo, as matérias-primas adequadas incluem calcário, areia, vasas, arenitos, argilas ricas em sílica, terras diatomáceas, marga, poeira de cinzas, sílica pirogenada, etc.
[054]Conforme revelado no presente documento, para produzir o material de escória da invenção, a razão atômica de precursores de Ca elementar para Si elementar da composição de silicato de cálcio deve ser mantida em uma faixa selecionada, de preferência, de cerca de 0,80 a cerca de 1,20 (por exemplo, de cerca de 0,85 a cerca de 1,15, de cerca de 0,90 a cerca de 1,10, de cerca de 0,95 a cerca de 1,05, de cerca de 0,98 a cerca de 1,02, de cerca de 0,99 a cerca de 1,01).
[055]A composição de precursor mesclada é aquecida para uma temperatura e por um tempo suficiente para produzir o material de escória que tem a microestrutura revelada no presente documento. Por exemplo, a composição de precursor mesclada é aquecida para uma temperatura entre cerca de 800 °C e cerca de 1.400 °C (por exemplo, entre cerca de 800 °C e cerca de 1.300 °C, entre cerca de 800 °C e cerca de 1.200 °C, entre cerca de 800 °C e cerca de 1.100 °C, entre cerca de 800 °C e cerca de 1,000 °C, entre cerca de 900 °C e cerca de 1.400 °C, entre cerca de 1,000 °C e cerca de 1.400 °C, entre cerca de 1.100 °C e cerca de 1.400 °C, entre cerca de 1.200 °C e cerca de 1.400 °C, entre cerca de 900 °C e cerca de 1.300 °C, entre cerca de 900 °C e cerca de 1.300 °C, entre cerca de 1.100 °C e cerca de 1.200 °C, entre cerca de 1.200 °C e cerca de 1.300 °C).
[056]Para produzir o material de escória, a composição de precursor mesclada é aquecida por um período suficiente para alcançar a microestrutura desejada, por exemplo, por um período de cerca de 10 minutos a cerca de 80 horas (por exemplo, de cerca de 1 hora a cerca de 80 horas, de cerca de 5 horas a cerca de 80 horas, de cerca de 10 horas a cerca de 80 horas, de cerca de 15 horas a cerca de 80 horas, de cerca de 20 horas a cerca de 80 horas, de cerca de 1 hora a cerca de 60 horas, de cerca de 1 hora a cerca de 40 horas, de cerca de 1 hora a cerca de 30 horas, de cerca de 1 hora a cerca de 20 horas, de cerca de 1 hora a cerca de 10 horas, de cerca de 1 hora a cerca de 5 horas, de cerca de 5 horas a cerca de 60 horas, de cerca de 5 horas a cerca de 20 horas, de cerca de 5 horas a cerca de 10 horas, de cerca de 10 minutos a cerca de 5 horas, de cerca de 15 minutos a cerca de 3 horas, de cerca de 20 minutos a cerca de 2 horas).
[057]Em modalidades preferenciais, o aquecimento da composição de precursor mesclada é conduzido sob pressão atmosférica.
[058]Ainda em um outro aspecto, a invenção se refere a um material pulverulento produzido pela trituração do material de escória da invenção.
[059]Em certas modalidades preferenciais, o material pulverulento (também chamado de “cimento”) é compreendido de partículas de cimento, que são caracterizadas por um tamanho de partícula médio (d50) de cerca de 8 μm a cerca de 25 μm, com 10% das partículas (d10) com tamanho abaixo de cerca de 0,1 μm a cerca de 3 μm, e 90% das partículas (d90) com tamanho entre cerca de 30 μm a cerca de 100 μm.
[060]Em certas modalidades, a razão de d90:d10 (por exemplo, uma razão de d90:d10 de 30 ou mais) é selecionada para permitir o fluxo de pó aprimorado ou a demanda de água diminuída para fundição. Em certas modalidades, a razão de d50:d10 (por exemplo, uma razão de d50:d10 de 12 ou mais baixa) é selecionada para permitir reatividade aprimorada, embalagem aprimorada ou demanda de água diminuída para fundição. Em certas modalidades, a razão de d90:d50 (por exemplo, uma razão de d50:d10 de 3 ou mais alta) é selecionada para permitir reatividade aprimorada, embalagem aprimorada ou demanda de água diminuída para fundição.
[061]As partículas de cimento exibem várias microestruturas, que podem ser categorizadas em dois grupos: partículas de fase única e partículas multifásicas. As partículas de fase única podem existir em várias formas incluindo: (i) wollastonita reativa (carbonatável) (CaSiO3), ranquinita (Ca3Si2O7) e C2S (Ca2SiO4); (ii) fases amorfas parcialmente reativas de composições variáveis; e (iii) fases inertes (carbonatação não carbonatável ou insignificativa) tais como melilita ((Ca,Na,K)2[(Mg, Fe2+,Fe3+,Al,Si)3O7]), ferrita ( Ca2(Al,Fe3+)2O7) e sílica cristalina (SiO2). Tabela 1: Comportamento de Reação de Várias Fases
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[062]As partículas multifásicas podem existir em várias formas incluindo: (i) “reativa-reativa”, isto é, uma combinação de duas ou mais fases reativas (por exemplo, CaSiO3, Ca3Si2O7, Ca2SiO3); (ii) “reativa-inerte”, isto é, uma combinação de pelo menos uma fase reativa (por exemplo, CaSiO3, Ca3Si2O7, Ca2SiO3) com pelo menos uma fase inerte (por exemplo, (Ca,Na,K)2[(Mg, Fe2+,Fe3+,Al,Si)3O7], SiO2); (iii) “inerte-inerte”, isto é, uma combinação de duas ou mais fases inertes (por exemplo, (Ca,Na,K)2[(Mg, Fe2+,Fe3+,Al,Si)3O7], SiO2); (iv) “reativa-parcialmente reativa”, isto é, uma combinação de pelo menos uma fase reativa (por exemplo, CaSiO3, Ca3Si2O7, Ca2SiO3) com uma fase amorfa parcialmente reativa; (v) “inerte-parcialmente reativa”, i.e., uma combinação de pelo menos uma fase inerte (por exemplo, (Ca,Na,K)2[(Mg, Fe2+,Fe3+,Al,Si)3O7], SiO2) com uma fase amorfa parcialmente reativa; (vi) “reativa-levemente reativa-inerte”, isto é, uma combinação de pelo menos uma fase reativa (por exemplo, CaSiO3, Ca3Si2O7, Ca2SiO3) com pelo menos uma fase inerte (por exemplo, (Ca,Na,K)2[(Mg, Fe2+,Fe3+,Al,Si)3O7], SiO2) e uma fase amorfa parcialmente reativa; e (vii) partículas que contêm espaço vazio, em que uma partícula de uma das categorias acima que não é completamente densa e tem espaços vazios internos ou conectados à superfície.
[063]“Reativa” e “carbonatável” são usados de maneira intercambiável no presente documento para se referirem a um material que é reativo com CO2 através de uma reação de carbonatação sob uma condição revelada no presente documento. Um material é “inerte” ou “não carbonatável” se for não reativo com CO2 através de uma reação de carbonatação sob uma condição revelada no presente documento. “Parcialmente reativa” se refere a uma fase que tem uma porção que é reativa. “Levemente reativa” se refere a uma fase que não é completamente inerte, mas tem uma reatividade insignificante ou desprezível. Os termos “fase reativa” e “fase carbonatável” são usados de maneira intercambiável para se referir a uma fase de material que é carbonatável como definido no presente documento. Os termos “fase inerte” e “fase não carbonatável” são usados de maneira intercambiável para se referirem a uma fase de material que é não carbonatável como definido no presente documento. As fases carbonatáveis ou reativas incluem CS (wollastonita ou pseudowollastonita, e algumas vezes formuladas como CaSiO3 ou CaO^SiO2), C3S2 (ranquinita, e algumas vezes formulada como Ca3Si2O7 ou 3CaO^2SiO2), C2S (belita, β-Ca2Siθ4 ou larnita, Ca7Mg(SiO4)4 ou bredigita, a-Ca2SiO4 ou y-Ca2SiO4, e algumas vezes formulada como Ca2SiO4 ou 2CaO^SiO2). As fases amorfas também podem ser carbonatáveis dependendo de suas composições. As fases não carbonatáveis ou inertes incluem melilita ((Ca,Na,K)2[(Mg, Fe2+,Fe3+,Al,Si)3O7]) e sílica cristalina (SiO2).
[064]O material pulverulento pode ter qualquer densidade aparente adequada, por exemplo, uma densidade aparente de cerca de 0,5 g/ml a cerca de 3,5 g/ml (solto, por exemplo, 0,5 g/ml, 1,0 g/ml, 1,5 g/ml, 2,0 g/ml, 2,5 g/ml, 2,8 g/ml, 3,0 g/ml, 3,5 g/ml) e cerca de 1,0 g/ml a cerca de 1,2 g/ml (afunilado), uma área de superfície analisada por Blaine de cerca de 150 m2/kg a cerca de 700 m2/kg (por exemplo, 150 m2/kg, 200 m2/kg, 250 m2/kg, 300 m2/kg, 350 m2/kg, 400 m2/kg, 450 m2/kg, 500 m2/kg, 550 m2/kg, 600 m2/kg, 650 m2/kg, 700 m2/kg).
[065]O material pulverulento pode ser produzido com um perfil de reatividade preferencial. Em certas modalidades, por exemplo, o material pulverulento é caracterizado por uma superfície pelo menos 10% coberta com uma fase carbonatável. Em certas modalidades, o material pulverulento é caracterizado por uma superfície pelo menos 20% coberta com uma fase carbonatável. Em certas modalidades, o material pulverulento é caracterizado por uma superfície pelo menos 30% coberta com uma fase carbonatável. Em certas modalidades, o material pulverulento é caracterizado por uma superfície pelo menos 40% coberta com uma fase carbonatável. Em certas modalidades, o material pulverulento é caracterizado por uma superfície pelo menos 50% coberta com uma fase carbonatável. Em certas modalidades, o material pulverulento é caracterizado por uma superfície pelo menos 60% coberta com uma fase carbonatável. Em certas modalidades, o material pulverulento é caracterizado por uma superfície pelo menos 70% coberta com uma fase carbonatável. Em certas modalidades, por exemplo, o material pulverulento é caracterizado por uma superfície pelo menos 80% coberta com uma fase carbonatável. Em certas modalidades, o material pulverulento é caracterizado por uma superfície pelo menos 90% coberta com uma fase carbonatável. Em certas modalidades, o material pulverulento é caracterizado por uma superfície pelo menos 95% coberta com uma fase carbonatável. Em certas modalidades, o material pulverulento é caracterizado por uma superfície substancial e completamente coberta com uma fase carbonatável.
[066]As várias fases reativas (carbonatáveis) pode contabilizar quaisquer porções adequadas das fases reativas como um todo. Em certas modalidades preferenciais, as fases reativas de CS estão presentes em cerca de 5% em peso a cerca de 60% em peso (por exemplo, cerca de 10% em peso a cerca de 60% em peso, cerca de 20% em peso a cerca de 60% em peso, cerca de 25% em peso a cerca de 60% em peso, cerca de 30% em peso a cerca de 60% em peso, cerca de 35% em peso a cerca de 60% em peso, cerca de 40% em peso a cerca de 60% em peso, cerca de 5% em peso a cerca de 50% em peso, cerca de 5% em peso a cerca de 40% em peso, cerca de 5% em peso a cerca de 30% em peso, cerca de 5% em peso a cerca de 25% em peso, cerca de 5% em peso a cerca de 20% em peso); C3S2 em cerca de 5% em peso a 50% em peso (por exemplo, cerca de 10% em peso a 50% em peso, cerca de 15% em peso a 50% em peso, cerca de 20% em peso a 50% em peso, cerca de 30% em peso a 50% em peso, cerca de 40% em peso a 50% em peso, cerca de 5% em peso a 40% em peso, cerca de 5% em peso a 30% em peso, cerca de 5% em peso a 25% em peso, cerca de 5% em peso a 20% em peso, cerca de 5% em peso a 15% em peso); e C2S em cerca de 5% em peso a 60% em peso (por exemplo, cerca de 10% em peso a cerca de 60% em peso, cerca de 20% em peso a cerca de 60% em peso, cerca de 25% em peso a cerca de 60% em peso, cerca de 30% em peso a cerca de 60% em peso, cerca de 35% em peso a cerca de 60% em peso, cerca de 40% em peso a cerca de 60% em peso, cerca de 5% em peso a cerca de 50% em peso, cerca de 5% em peso a cerca de 40% em peso, cerca de 5% em peso a cerca de 30% em peso, cerca de 5% em peso a cerca de 25% em peso, cerca de 5% em peso a cerca de 20% em peso, cerca de 5% em peso a cerca de 20% em peso), e C em cerca de 0% em peso a 3% em peso (por exemplo, 0% em peso, 1% em peso ou menos, 2% em peso ou menos, 3% em peso ou menos, cerca de 1% em peso a 2% em peso, cerca de 1% em peso a 3% em peso, cerca de 2% em peso a 3% em peso).
[067]Conforme usado no presente documento, o termo “composição de silicato de cálcio” se refere, em geral, a minerais de ocorrência natural ou materiais sintéticos que são compreendidos de um ou mais dentre um grupo de fases de silicato de cálcio incluindo CS (wollastonita ou pseudowollastonita e algumas vezes formulada como CaSiO3 ou CaO^SiO2), C3S2 (ranquinita e algumas vezes formulada como Ca3Si2θ7θu 3CaO^2Siθ2), C2S (belita , β-Ca2Siθ4 ou larnita, Ca?Mg(SiO4)4 ou bredigita, α-Ca2Siθ4 ou Y-Ca2SiO4, e algumas vezes formulada como Ca2SiO4 ou 2CaO^SiO2), uma fase amorfa à base de silicato de cálcio, cada um desses materiais pode incluir um ou mais além de íons e óxidos (por exemplo, óxidos de alumínio, magnésio, ferro ou manganês), ou mesclas dos mesmos, ou pode incluir uma quantidade de silicato de magnésio em forma(s) de ocorrência natural ou sintética(s) na faixa de quantidade-traço (1% ou menos) a cerca de 50% ou mais em peso.
[068]Deve ficar entendido que as composições de silicato de cálcio, fases e métodos revelados no presente documento podem ser adotados para usar fases de silicato de magnésio adequadas no lugar de ou em adição a fases de silicato de cálcio. Conforme usado no presente documento, o termo “silicato de magnésio” se refere a minerais de ocorrência natural ou materiais sintéticos que são compreendidos de um ou mais grupos de compostos que contêm magnésio e silício incluindo, por exemplo, Mg2SiO4 (também conhecido como “forsterita”) e Mg3Si4O10(OH)2 (também conhecido como “talco”), cujo material pode incluir um ou mais outros íons e óxidos de metal (por exemplo, óxidos de cálcio, alumínio, ferro ou manganês), ou mesclas dos mesmos, ou pode incluir uma quantidade de silicato de cálcio em forma(s) de ocorrência natural ou sintética(s) na faixa de quantidade-traço (1% ou menos) a cerca de 50% ou mais em peso.
[069]Uma utilidade principal do material de escória da invenção é que a escória, usualmente após ser triturada para formar cimento pulverulento, pode ser carbonatada para formar materiais compósitos que são úteis em uma variedade de aplicações. Uma variedade de produtos compósitos pode ser produzida por um processo que não requer autoclave(s) e é adequado para produção em grande escala contínua. Os métodos de produção são muito aprimorados em comparação com os concretos convencionais em termos tanto de impacto econômico quanto ambiental.
[070]A carbonatação, por exemplo, pode ser executada pela reação do cimento da invenção com CO2 através de um processo controlado de Sinterização de Fase Líquida Hidrotérmica (HLPS) para criar resistência de ligação que manter os vários componentes do material compósito juntos. As discussões de vários recursos de HLPS podem ser encontradas na Patente n° US 8.114.367, Publicação n° US 2009/0143211 (Pedido sob o número de série US 12/271.566), Publicação n° US 2011/0104469 (Pedido sob o número de série US 12/984.299), Publicação n° US 2009/0142578 (Pedido sob o número de série US 12/271.513), Publicação n° US 2013/0122267 (Pedido sob o número de série US 13/411.218), Publicação n° US 2012/0312194 (Pedido sob o número de série US 13/491.098), WO 2009/102360 (PCT/US2008/083606), WO 2011/053598 (PCT/US2010/054146), WO 2011/090967 (PCT/US2011/021623), Pedido de Patente Provisório n° US 61/708.423 depositado em 1° de outubro 2012, e Pedido de Patente sob os números US 14/045.758, US 14/045.519, US 14/045.766, US 14/045.540, todos depositados em 3 de outubro de 2013, Pedido de Patente sob os números US 14/207.413, US 14/207.421, depositado em 12 de março de 2014, Pedidos de Patente sob os números US 14/207.920, US 14/209.238, depositados em 13 de março de 2014, Pedidos de Patente sob os números US 14/295.601, US 14/295.402, depositados em 4 de junho de 2014, cada um dos quais é expressamente incorporado no presente documento a título de referência em sua totalidade para todos os propósitos.
[071]Quaisquer agregados adequados podem ser usados para formar materiais compósitos a partir da composição carbonatável da invenção, por exemplo, materiais que contêm óxido de cálcio ou que contêm sílica. Os agregados exemplificativos incluem materiais inertes tais como basalto, areia de construção e brita fina. Em certas modalidades preferenciais, os agregados leves tal como perlita ou vermiculita também podem ser usados como agregados. Os materiais tais como materiais de descarte industrial (por exemplo, poeira de cinzas, escória, sílica pirogenada) também podem ser usados como cargas finas.
[072]A pluralidade de agregados pode ter qualquer tamanho de partícula médio e distribuição de tamanho adequados. Em certas modalidades, a pluralidade de agregados tem um tamanho de partícula médio na faixa de cerca de 0,25 mm a cerca de 25 mm (por exemplo, cerca de 5 mm a cerca de 20 mm, cerca de 5 mm a cerca de 18 mm, cerca de 5 mm a cerca de 15 mm, cerca de 5 mm a cerca de 12 mm, cerca de 7 mm a cerca de 20 mm, cerca de 10 mm a cerca de 20 mm, cerca de 1/8”, cerca de %”, cerca de 3/8”, cerca de ^”, cerca de %”).
[073]As misturas por adição químicas também podem ser incluídas no material compósito, por exemplo, plastificantes, superplastificantes, retardantes, aceleradores, dispersantes e outros agentes de modificação de reologia. Certas misturas por adição químicas comercialmente disponíveis tais como GleniumTM 7500 da BASF® Chemicals e AcumerTM da Dow Chemical Company também podem ser incluídas. Em certas modalidades, um ou mais pigmentos podem ser uniformemente dispersos ou substancialmente dispersos de modo irregular nas matrizes de ligação, dependendo do material compósito desejado. O pigmento pode ser qualquer pigmento adequado que inclui, por exemplo, óxidos de vários metais (por exemplo, óxido de ferro preto, óxido de cobalto e óxido de cromo). O pigmento pode ser de qualquer cor ou cores, por exemplo, selecionado a partir de preto, branco, azul, cinza, rosa, verde, vermelho, amarelo e marrom. O pigmento pode estar presente em qualquer quantidade adequada dependendo do material compósito desejado, por exemplo, em uma quantidade na faixa de cerca de 0,0% a cerca de 10% em peso de cimento.
EXEMPLOS
[074]As amostras de escórias e cimentos de silicato de cálcio carbonatável foram embebidas em epóxi, polidas e revestidas com carbono para obter informações sobre a distribuição de fases dentro da escória ou dentro de partículas individuais. As amostras foram analisadas por um microscópio eletrônico de varredura (SEM) em modo de imageamento de elétron retrodifundido (BSE). O contraste de cada fase está relacionado à estequiometria daquela fase, em que fases mais densas que contêm elementos de número atômico médio alto aparecerão mais brilhosas do que uma fase menos densa com um número atômico médio inferior. O contraste das várias fases pode ser relacionado pela comparação do fator de contraste de BSE c calculado com o uso do número atômico médio d de cada fase.
Figure img0002
[075]O número atômico médio d de cada fase é a soma de massas atômicas de cada átomo presente na fase dividida pelo número total de átomos em que N é o número de cada elemento de número atômico A e massa atômica Z (∑NA é o peso molecular).
Figure img0003
[076]Os p para as fases presentes nas partículas de cimento são mostrados na Tabela 2. As fases amorfas têm uma química variável não determinada por difração. Para a maioria dos cimentos, a fase amorfa terá uma composição similar à fase de melilita. Em cimentos com teor inferior de Al2O3 e MgO, a fase amorfa terá um número atômico médio superior e, dessa forma, exibirá um brilho mais alto em imageamento de BSE. As identidades de fase são verificadas por medição de microssonda de Raios X de fases individuais. Tabela 2: Valores de contraste de BSE calculados para as fases presentes em partículas de cimento de silicato de cálcio carbonatávela
Figure img0004
a o valor mais alto corresponderá à fase com o brilho mais alto. As fases de silicato de cálcio têm o contraste de BSE mais alto e serão as fases mais brilhosas em uma imagem de BSE. As áreas mais escuras em uma imagem correspondem a poros ou espaços vazios preenchidos com a resina de montagem à base de carbono.
[077]Os Cimentos Experimentais foram produzidos em dois processos separados com químicas distintas. O Cimento Experimental 1 foi produzido com calcário e areia triturados até finura de 85% passando em 200 mesh. O calcário e a areia foram mesclados para obter uma razão atômica aparente de cálcio para silício de aproximadamente 1. A matéria-prima triturada e mesclada foi processada em um forno rotatório para uma temperatura de pico de aproximadamente 1.200 °C com um tempo de permanência de 30 a 60 minutos para reagir o pó e produzir nódulos de uma escória de cimento de silicato de cálcio carbonatável sinterizada amplamente composta de silicatos de cálcio carbonatáveis, melilitas, uma fase amorfa com uma composição similar à melilita e sílica não reagida. A composição de óxido desse cimento como determinado por fluorescência de Raios X (XRF) é mostrada na Tabela 3. A composição de fase desse cimento como determinado por difração de Raios X (XRD) é mostrada na Tabela 4. Uma vista com baixa ampliação de uma seção transversal polida de escória na Figura 1 mostra regiões distintas de sílica com brilho baixo circundada por regiões de camadas com brilho crescente, indicando uma organização concêntrica de fases reativas com alto teor de cálcio em torno das regiões de sílica. A Figura 2 mostra uma ampliação superior de tal região. A Figura 3 mostra uma vista de magnificação alta de regiões de belita em uma região central distante de fases com baixo teor de cálcio. Tabela 3: Composição de Óxido do Cimento Experimental 1 conforme medido por XRF
Figure img0005
T abela 4: Composição de Fase do Cimento Experimental 1 conforme medido por XRD
Figure img0006
[078]A escória de cimento foi, então, triturada com o uso de um moinho de esferas de circuito fechado com dois compartimentos. A taxa de alimentação de material, a taxa de rotação de moinho de esferas e o fluxo de ar de separador pneumático foram controlados para produzir um cimento triturado com um diâmetro de partícula médio de 12 μm. As imagens de BSE mostradas na Figura 4 e na Figura 5 mostram várias partículas multifásicas e de fase única.
[079]O Cimento Experimental 1 foi submetido a uma pesquisa detalhada por SEM em modo de BSE em conjunto com análise de microssonda de Raios X. A composição elementar conforme medido por microssonda de Raios X foi associada às fases identificadas por XRD. A composição atômica das fases como determinado por microssonda de Raios X é mostrada na Tabela 5. Essa análise identificou uma fase adicional, brownmilerita ou Ca2(Al,Fe)2O5 bem como duas fases amorfas parcialmente reativas distintas: uma fase amorfa com baixo teor de Al, fase 1, e uma fase amorfa com alto teor de Al, fase 2. Na Figura 6, na Figura 7 e na Figura 8, os dados composicionais coletados em conjunto com o contraste das fases como visto nas imagens de BSE foram usados para construir mapas de cor falsa das partículas não reagidas. Vários exemplos de partículas multifásicas de várias classificações são observados. Tabela 5: Composição atômica de fases no Cimento Experimental 1 determinado por análise de microssonda de Raios X. (Expressado como % atômico)
Figure img0007
[080]Um silicato de cálcio carbonatável foi produzido (Cimento Experimental 2). Para obter o cimento, calcário e areia foram triturados até finura de 85% passando em 200 mesh. O calcário e a areia foram mesclados para obter uma razão atômica aparente de cálcio para silício de 1. A matéria-prima triturada e mesclada foi processada em um forno rotatório para uma temperatura de pico de aproximadamente 1.260 °C com um tempo de permanência de 30 a 60 minutos para reagir o pó e produzir nódulos de uma escória de cimento de silicato de cálcio carbonatável sinterizada amplamente composta de silicatos de cálcio carbonatáveis, melilitas, uma fase amorfa com uma composição similar à melilita e sílica não reagida. A composição de óxido desse cimento conforme determinado por XRF é mostrada na Tabela 6. A composição de fase desse cimento conforme medido por XRD é mostrada na Tabela 7. Uma escória polida na Figura 9, na Figura 10 e na Figura 11 mostra áreas distintas de uma fase de sílica circundada por uma microestrutura em camadas de materiais reativos de brilho crescente. Na Figura 12 e na Figura 13, os mapas elementares de Si e Ca são sobrepostos sobre a Figura 11 mostrando a alteração em teores de Si e Ca através da microestrutura. Na Figura 14, um mapa elementar de K é sobreposto sobre a Figura 11 mostrando que o material amorfo com um teor de K caracteristicamente alto está presente entre a partícula de núcleo rica em Si e a camada de fase reativa rica em Ca. Tabela 6: Composição de Óxido do Cimento Experimental 2 conforme medido por XRF
Figure img0008
Tabela 7: Composição de Fase do Cimento Experimental 2 conforme medido por XRD
Figure img0009
[081]Neste relatório descritivo e nas reivindicações em anexo, as formas singulares “um”, “uma”, “o” e “a” incluem referências no plural a menos que o contexto indique claramente o contrário.
[082]A não ser que definido de outra maneira, todos os termos técnicos e científicos usados no presente documento têm o mesmo significado conforme comumente entendido por um versado na técnica. Embora quaisquer métodos e materiais similares ou equivalentes àqueles descritos no presente documento também possam ser usados na prática ou na testagem da presente revelação, os métodos e materiais preferenciais serão descritos agora. Os métodos mencionados no presente documento podem ser executados em qualquer ordem que é logicamente possível, além de uma ordem particular revelada.
Incorporação a Título de Referência
[083]Referências e citações a(de) outros documentos, tais como patentes, pedidos de patente, publicações de patente, jornais, livros, documentos, conteúdos da web, foram feitas nesta revelação. Todos os tais documentos são incorporados no presente documento a título de referência em sua totalidade para todos os propósitos. Qualquer material, ou porção do mesmo, que se diz incorporado a título de referência no presente documento, mas que conflita com definições, declarações ou outro material da revelação explicitamente apresentado no presente documento existentes é apenas incorporado ao passo que não surja qualquer conflito entre aquele material incorporado e o presente material da revelação. No caso de um conflito, o conflito deve ser resolvido a favor da presente revelação como a revelação preferencial.
Equivalentes
[084]Os exemplos representativos revelados no presente documento pretendem ajudar na ilustração da invenção, e não pretendem, nem devem ser interpretados com tal função de, limitar o escopo da invenção. Na realidade, várias modificações da invenção e muitas modalidades adicionais da mesma, além daquelas mostradas e descritas no presente documento, se tornarão evidentes para os elementos versados na técnica a partir dos conteúdos completos deste documento, incluindo os exemplos incluídos no presente documento e as referências à literatura de patentes e científica citada no presente documento. Esses exemplos contêm informações, exemplificações e diretrizes adicionais importantes que podem ser adaptadas à prática desta invenção em suas várias modalidades equivalentes das mesmas.

Claims (8)

1. Material de escória não hidráulico caracterizado por compreender: partículas de sílica não carbonatável (SiO2) apresentando diâmetros de 0,1 μm a 1.000 μm dispersa em uma matriz que compreende pelo menos uma fase de silicato de cálcio carbonatável, uma camada intermediária que compreende melilita ((Ca,Na,K)2 (Al,Mg,Fe)[(Al,Si)SiO7]) e/ou uma fase amorfa e que circunda as partículas de sílica não carbonatável, em que pelo menos uma fase de silicato de cálcio carbonatável compreende pelo menos uma de volastonita e pseudo-volastonita e pelo menos uma de ranquinita (Ca3Si2O7) e belita (Ca2SiO4).
2. Material de escória, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender ainda 30 % ou menos de óxidos de metal de Al, Fe e Mg do total de massa de óxido.
3. Material de escória, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por a camada intermediária compreender uma fase amorfa que compreende um ou mais componentes selecionados a partir de Al2O3, Fe2O3, MgO, K2O e Na2O; e opcionalmente a matriz compreende adicionalmente um ou mais componentes selecionados dentre Al2O3, Fe2O3, MgO, K2O e Na2O.
4. Material de escória, de acordo qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por a camada intermediária ter uma espessura de 0,1 μm a 250 μm.
5. Material de escória, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por a fase amorfa contabilizar 10% ou mais em volume do total de fases sólidas.
6. Material de escória, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por Ca e Si elementar estarem presentes na escória a uma razão atômica de 0,8 a 1,2.
7. Material pulverulento produzido pela trituração do material de escória, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado por o material pulverulento ter um tamanho de partícula médio (d50) de 8 μm a 25 μm, com 10% de partículas (d10) com tamanho abaixo de 0,1 μm e 3 μm, e 90% de partículas (d90) com tamanho entre 30 μm e 100 μm, com uma superfície que é pelo menos 10% coberta com pelo menos uma fase carbonatável, e / ou as partículas compreendem partículas monofásicas e partículas multifásicas.
8. Material pulverulento, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por as partículas monofásicas compreenderem: partículas monofásicas de fases carbonatáveis selecionadas a partir de vollastonita (CaSiO3), ranquinita (Ca3Si2O7) e C2S (Ca2SiO4); partículas monofásicas de fases amorfas parcialmente reativas; ou partículas monofásicas de fases não carbonatáveis selecionadas a partir de melilita ((Ca,Na,K)2[(Mg, Fe2+,Fe3+,Al,Si)3O7]) e sílica cristalina (SiO2); ou uma combinação de quaisquer dois ou mais tipos das mesmas.
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