CN104507869A - 包含球霰石的非胶结性组合物及其方法 - Google Patents

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Abstract

非胶结性组合物、产品、制备及使用方法包括包含球霰石如反应性球霰石的碳酸盐添加剂。碳酸盐添加剂具有小于-12％的碳同位素分馏值(δ13C)。在前述方面和实施方案中的一些实施方案中，碳酸盐添加剂包含50-99％w/w的反应性球霰石。在前述方面和实施方案中的一些实施方案中，非胶结性添加剂是大于20％w/w的纤维素纤维或聚合物纤维。在前述方面和实施方案中的一些实施方案中，该组合物包含5-50％w/w的碳酸盐添加剂。该组合物用于纸制品、聚合物产品、润滑剂、粘合剂、橡胶、粉笔、沥青产品、涂料、用于去除涂料的磨料、个人护理产品、化妆品、清洁产品、个人卫生产品、可摄取的产品、农产品、环境修复产品或其组合。

Description

包含球霰石的非胶结性组合物及其方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2012年5月3日提交的US 61/642,281和2012年5月21日提交的US 61/649,725的优先权；且本申请是2011年6月6日提交的美国专利申请号13/153,815的部分继续申请，该美国专利申请号13/153,815是2010年5月28日提交的美国专利申请号12/790,317的继续申请，该美国专利申请号12/790,317是美国专利申请号12/609,491的分案申请，该美国专利申请号12/609,491在2010年11月9日作为美国专利号7,829,053授权并要求以下申请的权益：2008年10月31日提交的美国临时申请号61/110,495；2009年2月4日提交的美国临时申请号61/149,949；以及2009年5月26日提交的美国临时申请号61/181,250，所有申请均通过引用整体并入本文。
背景技术
二氧化碳(CO2)排放已被确定为全球变暖和海洋酸化现象的主要原因。CO2是燃烧的副产物并产生运营、经济和环境问题。预期CO2和其他温室气体的升高的大气浓度将促进大气中更高的蓄热量，从而导致升高的表面温度和快速的气候变化。CO2还与海洋相互作用，使pH降低并趋向于8.0。CO2监测已表明大气CO2从20世纪50年代的约280ppm升高至约380ppm，并在未来十年内有望超过400ppm。降低气候变化的潜在风险需要对大气CO2进行截存。对制备用于截存CO2的环境安全产品存在需要。
发明内容
在一方面，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含：碳酸盐添加剂和非胶结性添加剂，其中该碳酸盐添加剂包含反应性球霰石。在上述方面的一些实施方案中，所述碳酸盐添加剂具有小于-12‰的碳同位素分馏值(δ13C)。在上述方面和实施方案中的一些实施方案中，所述碳酸盐添加剂包含50-99％w/w的反应性球霰石。在上述方面和实施方案中的一些实施方案中，所述非胶结性添加剂是大于20％w/w的纤维素纤维或聚合物纤维。在上述方面和实施方案中的一些实施方案中，所述组合物包含5-50％w/w的碳酸盐添加剂。在上述方面和实施方案中的一些实施方案中，所述碳酸盐添加剂具有0.5-25微米的平均粒径。在上述方面和实施方案中的一些实施方案中，所述组合物进一步包含一种或多种活化添加剂，其中所述一种或多种添加剂是选自铍、镁、锶、钡及其组合的离子。在上述方面和实施方案中的一些实施方案中，所述一种或多种活化添加剂为所述组合物的0.5-30％w/w。在上述方面和实施方案中的一些实施方案中，所述组合物用于纸制品、聚合物产品、润滑剂、粘合剂、橡胶、粉笔、沥青产品、涂料、用于去除涂料的磨料、个人护理产品、化妆品、清洁产品、个人卫生产品、可摄取的产品、农产品、环境修复产品或其组合。
在另一方面，本文提供了一种纸制品，该纸制品包含5-50％w/w的碳酸盐添加剂，其中该碳酸盐添加剂包含文石。在一些实施方案中，本文提供了一种纸制品，该纸制品包含5-50％w/w的碳酸盐添加剂，其中该碳酸盐添加剂包含至少50％w/w的文石。在一些实施方案中，本文提供了一种纸制品，该纸制品包含5-50％w/w的碳酸盐添加剂，其中该碳酸盐添加剂包含文石，其中该碳酸盐添加剂具有小于-12‰的碳同位素分馏值(δ13C)。在一些实施方案中，本文提供了一种纸制品，该纸制品包含5-50％w/w的碳酸盐添加剂，其中该碳酸盐添加剂包含至少50％w/w的文石，其中该碳酸盐添加剂具有小于-12‰的碳同位素分馏值(δ13C)。在上述方面和实施方案中的一些实施方案中，所述纸制品选自但不限于，证券纸(bond paper)，报纸，印刷纸，书写纸，建筑用纸，封面纸，信封纸，表格证券(form bond)，无木浆纸(free sheet)，机械纸，绝缘板，包装纸(wrapping paper)，胶版纸，封装纸(packaging paper)，再生纸，标签，卡片纸，纸板，瓦楞纤维板，盒纸板，墙板，箱，袋，用于制备卷烟纸、雪茄粘结剂、卷烟包装的纸制品，用于擦拭流体的纸制品，医用纸制品，家用纸制品，及其组合。在上述方面和实施方案中的一些实施方案中，所述碳酸盐添加剂进一步包含菱锶矿。在上述方面和实施方案中的一些实施方案中，所述碳酸盐添加剂进一步包含0.1-99％w/w的菱锶矿。在上述方面和实施方案中的一些实施方案中，所述纸制品包含大于20％w/w的纤维素纤维或纸浆或者聚合物纤维或纸浆。在上述方面和实施方案中的一些实施方案中，所述碳酸盐添加剂包含50-99％w/w的文石。在上述方面和实施方案中的一些实施方案中，所述碳酸盐添加剂具有0.5-25微米的平均粒径。在上述方面和实施方案中的一些实施方案中，所述组合物进一步包含一种或多种活化添加剂，其中所述一种或多种添加剂是选自铍、镁、锶、钡及其组合的离子。在上述方面和实施方案中的一些实施方案中，所述一种或多种活化添加剂为组合物的0.5-30％w/w。在上述方面和实施方案中的一些实施方案中，所述纸制品包含文石的微观结构网状物。在上述方面和实施方案中的一些实施方案中，所述纸制品包含与所述纤维或所述纸浆结合的文石。在上述方面和实施方案中的一些实施方案中，所述纸制品中的文石导致该非胶结性产品与包含稳定性球霰石的非胶结性产品相比具有一种或多种性质，包括但不限于，更好的连接或粘结、更高的拉伸强度、更高的爆裂强度、更高的撕裂强度、更高的冲击断裂韧性及其组合。
在另一方面，本文提供了一种用于生产非胶结性产品的方法，该方法包括：a)生产碳酸盐添加剂，其中该碳酸盐添加剂包含反应性球霰石；b)将该碳酸盐添加剂与非胶结性添加剂混合；以及c)生产非胶结性产品。在上述方面的一些实施方案中，生产碳酸盐添加剂包括使CO2与质子去除剂接触以形成溶液；并使该溶液与包含碱土金属离子的水在一项或多项沉淀条件下接触以制备包含反应性球霰石的碳酸盐添加剂。在上述方面和实施方案中的一些实施方案中，同时进行步骤a)和步骤b)并原位形成包含反应性球霰石的碳酸盐添加剂。在上述方面和实施方案中的一些实施方案中，所述非胶结性添加剂是纸浆，且包含反应性球霰石的碳酸盐添加剂原位转变为文石以形成纸制品。在一些实施方案中，本文提供了一种用于生产纸制品的方法，该方法包括：a)使CO2与包含质子去除剂、碱土金属离子和纸浆的溶液在一项或多项沉淀条件下接触以原位制备包含反应性球霰石的碳酸盐添加剂；b)将反应性球霰石原位转变成文石；以及c)形成纸制品。在一些实施方案中，本文提供了一种用于生产非胶结性产品的方法，该方法包括：a)生产碳酸盐添加剂，包括：煅烧石灰石以形成氧化钙，由氧化钙形成水合石灰，并用CO2处理水合石灰以形成包含反应性球霰石的碳酸盐添加剂；以及b)将该碳酸盐添加剂与非胶结性添加剂混合以形成非胶结性产品。在一些实施方案中，除了形成的碳酸盐添加剂包含反应性球霰石之外，上述生产碳酸盐添加剂的方法是传统的PCC生产方法。在上述方面和实施方案中的一些实施方案中，所述方法进一步包括：使稳定剂与包含碱土金属离子的水接触，其中该稳定剂使反应性球霰石稳定。在上述方面和实施方案中的一些实施方案中，所述碱土金属离子包括钙离子、镁离子或其组合。在上述方面和实施方案中的一些实施方案中，使CO2与电石石灰溶液接触，其中该电石石灰溶液提供质子去除剂和钙离子两者。在上述方面和实施方案中的一些实施方案中，所述一项或多项沉淀条件选自温度，pH，压力，离子比例，沉淀速率，添加剂的存在，离子种类的存在，添加剂和离子种类的浓度，搅拌，停留时间，混合速率，搅动的形式，晶种、催化剂、膜或基底的存在，脱水，干燥，球磨，及其组合。在上述方面和实施方案中的一些实施方案中，所述方法进一步包括：在步骤b)期间或之后通过核活化、热活化、机械活化、化学活化或其组合来活化反应性球霰石以促进反应性球霰石到文石的转变。在上述方面和实施方案中的一些实施方案中，所述活化包括加入文石晶种、无机添加剂或有机添加剂中的一种或多种。在上述方面和实施方案中的一些实施方案中，所述方法进一步包括：在步骤b)期间和/或之后活化反应性球霰石以促进反应性球霰石到文石的转变。在上述方面和实施方案中的一些实施方案中，所述方法包括：在步骤b)之前、期间和/或之后向所述碳酸盐添加剂中加入一种或多种选自铍、镁、锶、钡及其组合的无机添加剂，以促进反应性球霰石到文石的转变。在上述方面和实施方案中的一些实施方案中，文石的形成导致该非胶结性产品与包含稳定性球霰石的非胶结性产品相比具有一种或多种选自以下的性质：更好的连接或粘结、更高的拉伸强度、更高的爆裂强度、更高的撕裂强度、更高的冲击断裂韧性及其组合。在上述方面和实施方案中的一些实施方案中，所述一种或多种无机添加剂在加入后的溶液中的量为0.05-0.5M。在上述方面和实施方案中的一些实施方案中，所述非胶结性添加剂是用于制备纸制品的纤维素纤维或聚合物纤维。在上述方面和实施方案中的一些实施方案中，所述非胶结性产品是纸制品、聚合物产品、润滑剂、粘合剂、橡胶、粉笔、沥青产品、涂料、用于去除涂料的磨料、个人护理产品、化妆品、清洁产品、个人卫生产品、可摄取的产品、农产品、环境修复产品或其组合。在一些实施方案中，所述方法进一步包括向非胶结性组合物中加入纤维素纤维或聚合物纤维以制备纸制品。在上述方面和实施方案中的一些实施方案中，所述方法包括：制备包含至少50％w/w的文石碳酸盐添加剂的非胶结性产品。
在另一方面，本文提供了一种通过上述方法形成的产品。
在另一方面，本文提供了一种用于制备非胶结性产品的系统，该系统包括：(a)用于包含碱土金属的水的输入端；(b)用于CO2源的输入端；(c)任选的用于稳定剂源的输入端；d)可操作地与输入端(a)、(b)和(c)连接的反应器，该反应器被配置为用于制备包含反应性球霰石的碳酸盐添加剂；以及e)可操作地与所述反应器连接的处理器，且该处理器被配置为用于将非胶结性添加剂与包含反应性球霰石的碳酸盐添加剂混合以形成非胶结性产品。在上述方面的一些实施方案中，用于包含碱土金属的水的输入端是电石石灰输入端。
在一些实施方案中，本发明提供了一种非胶结性组合物，其中碳酸盐化合物组合物包含来自含有碱土金属的水的沉淀物。在一些实施方案中，本发明提供了一种非胶结性组合物，其中形成碳酸盐化合物组合物的含有碱土金属的水包含来源于工业废物流的CO2。在一些实施方案中，本发明提供了一种非胶结性组合物，其中该非胶结性组合物用于纸制品。在一些实施方案中，本发明提供了一种非胶结性组合物，其中该非胶结性组合物用于聚合物产品。在一些实施方案中，本发明提供了一种非胶结性组合物，其中该非胶结性组合物用于润滑剂、粘合剂、橡胶、粉笔、沥青产品、涂料、用于去除涂料的磨料、个人护理产品、可摄取的产品、农产品和/或环境修复产品。
援引并入
本说明书中提到的所有出版物、专利和专利申请均通过引用并入本文，其程度如同特别地且单独地指出每个单独的出版物、专利或专利申请通过引用而并入。
附图说明
本发明的新颖特征在所附的权利要求书中特别地提出。通过参考以下对利用本发明原理的说明性实施方案加以阐述的详细描述及其附图，将获得对本发明的特征和优点的更好的理解，在这些附图中：
图1为从球霰石向文石转变的吉布斯(Gibbs)自由能示意图。
图2示出了根据本发明的一些实施方案的碳酸盐添加剂生产过程的示意图。
图3示出了根据本发明的一些实施方案的碳酸盐添加剂生产系统的示意图。
图4示出了如实施例1所述的在纸制品中球霰石到文石的形成。
图5示出了如实施例1所述的在纸制品中球霰石到文石的形成。
具体实施方式
本文提供了非胶结性碳酸盐组合物、产品、方法和系统。在一些实施方案中，本发明的组合物包含含有球霰石如反应性球霰石的碳酸盐添加剂。在一些实施方案中，本发明的组合物包含含有反应性球霰石的CO2截存添加剂。本发明的另外的方面包括制备和使用非胶结性碳酸盐组合物的方法。
在更详细地描述本发明之前，应当理解，本发明不限于本文所描述的具体实施方案，因为这些实施方案无疑可发生变化。还应理解，由于本发明的范围将仅由所附权利要求书来限定，因此本文使用的术语仅用于描述特定实施方案的目的，而非旨在进行限定。
当提供值的范围时，应当理解，在此范围的上限和下限之间的每个居间值(精确到下限单位的十分之一，除非上下文另外明确地指出)以及在所述范围内的任何其他所指出的或居间的值都包含在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括在较小范围中，而且也包含在本发明内，除了所述范围内任何明确排除的极限值。当所述范围包括极限值中的一个或两个时，排除这些所含极限值中的任何一个或两个的范围也包括在本发明中。
某些范围在本文中以前面带有术语“约”的数值呈现。术语“约”在此用于对其后的准确数字以及与该术语后的数字接近或近似的数字提供字面支持。在确定一个数值是否接近或近似于具体列举的数值时，接近或近似的未列举的数值可以是在它所出现的上下文中提供与具体列举的数值基本相等的值的数值。
除非另外定义，否则本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员所一般理解的相同的含义。现描述了代表性的说明性方法和材料，但与本文描述的这些方法和材料类似或等同的任何方法和材料也可在本发明的实施或检验中使用。
本说明书中所引用的所有出版物和专利均通过引用并入本文，犹如特别地且单独地指出每一个单独的出版物或专利均通过引用而并入，且所有出版物和专利均通过引用而并入本文，以公开和描述与所引用的出版物相关的方法和/或材料。任何出版物的引用均针对其在申请日之前的公开内容，且不应解释为承认本发明由于在先发明而无权早于此出版物。另外，所提供的公开日期可不同于实际公开日期，其可能需要被独立地确认。
应当指出，除非上下文另外明确指出，否则本文及所附权利要求中使用的单数形式“一个”、“一种”和“该”包括指代物的复数形式。应当进一步指出，权利要求书可撰写为排除任何可选的要素。因此，本声明旨在作为使用与权利要求要素列举有关的排他性术语如“单独地”、“仅”等或使用“否定”限制的在先基础。
本领域技术人员在阅读本公开内容时应当明白，本文描述和说明的每一单独的实施方案具有单独的组分和特征，该组分和特征可易于与其他几个实施方案中任一个的特征分开或组合，而不背离本发明的范围或精神。任何列举的方法可以按所列举事件的顺序或按逻辑上可能的任何其他顺序进行。
I.组合物和产品
本文提供了包含碳酸盐添加剂和非胶结性添加剂的非胶结性组合物。在一些实施方案中，该碳酸盐添加剂包含反应性球霰石。形成非胶结性组合物的方法包括使含有反应性球霰石的组合物与非胶结性添加剂任选地在水中组合。
如本文所用的“非胶结性”包括不是胶结性组合物(例如，水硬性水泥、辅助胶结性材料、骨料、砂浆等)的组合物。非胶结性组合物或由其制备的产品的一些实例在本文中描述，包括但不限于，纸制品、聚合物产品、润滑剂、粘合剂、橡胶产品、粉笔、沥青产品、涂料、用于去除涂料的磨料、个人护理产品、化妆品、清洁产品、个人卫生产品、可摄取的产品、农产品、土壤改良产品、农药、环境修复产品及其组合。这些非胶结性组合物已在本文中进行了描述。
如本文中可互换使用的“碳酸盐添加剂”或“碳酸盐组合物”或“CO2截存添加剂”包含含有球霰石的碳酸盐。在一些实施方案中，碳酸盐添加剂中的球霰石是反应性球霰石。在一些实施方案中，碳酸盐添加剂可通过截存CO2形成，并且这样的组合物包括CO2截存添加剂或CO2截存组合物，如本文所述。在一些实施方案中，如本文所述的，碳酸盐添加剂可由传统的沉淀碳酸钙(PCC)方法形成。
如本文所用的“反应性球霰石”或“活化的球霰石”或者其语法上的等同词包括在溶解-再沉淀过程中和/或之后导致文石形成的球霰石。这种反应性球霰石的形成可以通过截存CO2的方法或通过使用传统PCC的方法进行。这些方法已在下文中进一步描述。如本文所用的反应性球霰石的“活化”包括有利于反应性球霰石转变为文石的任何条件和/或添加剂。
如本文所用的“非胶结性添加剂”包括可添加到碳酸盐添加剂中以形成非胶结性组合物和/或产品的任何添加剂。非胶结性添加剂的一些实例已在下文中进一步描述。
申请人意外且惊奇地发现，在一些实施方案中，本发明的非胶结性组合物受益于组合物中活化的或反应性球霰石。例如，在纤维素纤维纸浆中反应性球霰石到文石的转变可导致球霰石与纤维间的连接或粘结，从而使得可以形成具有较少纤维的纸制品。当纤维素纤维由木材制成时，使用较少的纤维素纤维对环境有益。在一些实施方案中，球霰石到文石的转变可导致非胶结性产品(例如但不限于纸)的较高的拉伸强度、爆裂强度和/或撕裂强度，从而增强纸的性能。此外，本发明的非胶结性组合物或非胶结性产品因其导致更少的环境破坏性的非胶结性添加剂(如由木浆制成的纤维素纤维)而更加绿色环保。在一些实施方案中，当碳酸盐添加剂通过截存CO2形成时，本发明的非胶结性组合物或非胶结性产品因其还包含从环境中截存的二氧化碳而更加绿色环保。
通常，在碳酸钙沉淀时，无定形碳酸钙(ACC)可以在开始时沉淀并转化为其三种更稳定的相(球霰石、文石或方解石)中的一种或多种。可能存在热力学驱动力以将不稳定的相转化为更稳定的相，如Ostwald在其分步规则(Step Rule)(Ostwald,W.Zeitschrift furPhysikalische Chemie 289(1897))中所描述的。基于该原因，碳酸钙相按如下顺序转化：ACC至球霰石、文石以及方解石，其中中间相可能存在或可能不存在。在该转化过程中，释放出过量的能量，如图1中所显示的。可以利用这种本征能来产生强大的聚集趋势以及表面相互作用，这可导致凝聚以及凝结或胶结。应当理解，图1中报告的值是本领域熟知的并且可以变化。
申请人已经能够生产或分离球霰石形式的碳酸盐添加剂。碳酸盐添加剂可为湿形式或干粉末形式。这种碳酸盐添加剂可具有不易于转变为任何其他多晶型物的稳定性球霰石形式或者可具有能转变为文石形式的反应性球霰石形式。文石形式不会进一步转化为更稳定的方解石形式。含有文石形式的碳酸盐添加剂的产品显示出一种或多种意想不到的性质，包括但不限于，高拉伸强度、高爆裂强度、高撕裂强度、中性pH、微观结构网状物等。
包含球霰石如反应性球霰石的碳酸盐添加剂可进一步包括沉淀的晶体和/或无定形碳酸盐化合物。除了球霰石，其他碳酸盐矿物也可以存在于碳酸盐添加剂中并且包括但不限于：碳酸钙矿物、碳酸镁矿物和碳酸钙镁矿物。除了球霰石外，碳酸钙矿物还包括但不限于：方解石、文石、六水方解石、无定形碳酸钙、球霰石的前体相、文石的前体相、不如方解石稳定的中间相、在这些多晶型之间的多晶型形式及其组合。碳酸镁矿物包括但不限于：菱镁矿(MgCO3)、二水菱镁矿(MgCO3·2H2O)、三水菱镁矿(MgCO3·3H2O)、五水菱镁矿(MgCO3·5H2O)和无定形碳酸钙镁(MgCO3·nH2O)。碳酸钙镁矿物包括但不限于：白云石(CaMgCO3)、碳酸钙镁石(CaMg3(CO3)4)和水碳镁钙石(Ca2Mg11(CO3)13·H2O)。在某些实施方案中，非碳酸盐化合物如氢氧镁石(Mg(OH)2)也可与上述所列的矿物组合形成。
球霰石或反应性球霰石可以以单分散或凝聚形式存在并且可以是球形、椭圆体形、片状形状或六方晶系。球霰石典型地具有六方晶体结构并且在生长时形成多晶球形颗粒。球霰石的前体形式可包含球霰石的纳米簇，并且文石的前体形式可包含文石针状体的亚微米到纳米簇。文石，如果存在于组合物中，则可以是针状的、柱状的或者是斜方晶系的晶体。方解石，如果存在的话，可以是立方体的、纺锤状的或者是六方晶系的晶体。不如方解石稳定的中间相可以是介于球霰石与方解石之间的相、介于球霰石的前体与方解石之间的相、介于文石与方解石之间的相，和/或介于文石前体与方解石之间的相。
在一些实施方案中，本文提供的碳酸盐添加剂或CO2截存添加剂是合成的组合物而非天然存在的。在一些实施方案中，本文提供的碳酸盐添加剂或CO2截存添加剂是非医用的或不用于医疗程序。在一些实施方案中，碳酸盐添加剂或CO2截存添加剂为粉末形式。在一些实施方案中，碳酸盐添加剂或CO2截存添加剂为干粉末形式。在一些实施方案中，碳酸盐添加剂或CO2截存添加剂是无序的或者不是有序阵列的形式或者为粉末形式。在又一些实施方案中，碳酸盐添加剂或CO2截存添加剂是部分或完全水合的形式。
在本文提供的方面和实施方案中的一些实施方案中，非胶结性组合物或碳酸盐添加剂或CO2截存添加剂包括至少10％w/w的球霰石，或至少20％w/w的球霰石，或至少30％w/w的球霰石；或至少40％w/w的球霰石，或至少50％w/w的球霰石，或至少60％w/w的球霰石，或至少70％w/w的球霰石，或至少80％w/w的球霰石，或至少90％w/w的球霰石，或至少95％w/w的球霰石，或至少99％w/w的球霰石；或者包括10％w/w至99％w/w的球霰石，或10％w/w至90％w/w的球霰石，或10％w/w至80％w/w的球霰石，或10％w/w至70％w/w的球霰石，或10％w/w至60％w/w的球霰石，或10％w/w至50％w/w的球霰石，或10％w/w至40％w/w的球霰石，或10％w/w至30％w/w的球霰石，或10％w/w至20％w/w的球霰石，或20％w/w至99％w/w的球霰石，或20％w/w至95％w/w的球霰石，或20％w/w至90％w/w的球霰石，或20％w/w至75％w/w的球霰石，或20％w/w至50％w/w的球霰石，或30％w/w至99％w/w的球霰石，或30％w/w至95％w/w的球霰石，或30％w/w至90％w/w的球霰石，或30％w/w至75％w/w的球霰石，或30％w/w至50％w/w的球霰石，或40％w/w至99％w/w的球霰石，或40％w/w至95％w/w的球霰石，或40％w/w至90％w/w的球霰石，或40％w/w至75％w/w的球霰石，或50％w/w至99％w/w的球霰石，或50％w/w至95％w/w的球霰石，或50％w/w至90％w/w的球霰石，或50％w/w至75％w/w的球霰石，或60％w/w至99％w/w的球霰石，或60％w/w至95％w/w的球霰石，或60％w/w至90％w/w的球霰石，或70％w/w至99％w/w的球霰石，或70％w/w至95％w/w的球霰石，或70％w/w至90％w/w的球霰石，或80％w/w至99％w/w的球霰石，或80％w/w至95％w/w的球霰石，或80％w/w至90％w/w的球霰石；或90％w/w至99％w/w的球霰石；或者包括10％w/w的球霰石，或20％w/w的球霰石，或30％w/w的球霰石，或40％w/w的球霰石，或50％w/w的球霰石，或60％w/w的球霰石，或70％w/w的球霰石，或75％w/w的球霰石，或80％w/w的球霰石，或85％w/w的球霰石，或90％w/w的球霰石，或95％w/w的球霰石，或99％w/w的球霰石。在一些实施方案中，非胶结性组合物或碳酸盐添加剂或CO2截存添加剂包括100％w/w的球霰石。球霰石可以是稳定性球霰石或反应性球霰石。在一些实施方案中，非胶结性组合物或碳酸盐添加剂或CO2截存添加剂包含至少50重量％的反应性球霰石或50-100重量％的反应性球霰石或50-99重量％的反应性球霰石。在一些实施方案中，上述列举的百分比是针对本发明的碳酸盐添加剂或组合物中的反应性球霰石而言。在一些实施方案中，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含碳酸盐添加剂和非胶结性添加剂，其中碳酸盐添加剂包含至少50％w/w的反应性球霰石或50-99％w/w的反应性球霰石。
本发明的碳酸盐添加剂或碳酸盐组合物包括含有碳酸盐(包含反应性球霰石)和任选的碳酸氢盐的组合物，该碳酸盐和任选的碳酸氢盐可以与二价阳离子如钙和/或镁或与一价阳离子如钠组合。碳酸盐和任选的碳酸氢盐可为溶液、固体形式或者为溶液和固体形式的组合，如浆料。
由于碳酸盐添加剂或组合物是从水中沉淀的，因此它们可包括在它们所来源于的水中存在的一种或多种添加剂。例如，当水是咸水时，碳酸盐产品可包括见于咸水源中的一种或多种化合物。这些化合物可用于识别来自咸水源的组合物的固体沉淀，其中这些标识组分及其量是在此统称为咸水源标识物。例如，如果咸水源为海水，可能存在于组合物的沉淀固体中的标识化合物包括但不限于：氯化物、钠、硫、钾、溴化物、硅、锶等。任何这样的源-标识或“标记”元素通常是少量存在的，例如以20,000ppm或更少的量，如为2000ppm或更少的量。组合物的咸水源标识物可根据用于产生源自咸水的碳酸盐组合物的特定咸水源而变化。可识别水源的同位素标记物也是令人感兴趣的。
在一些实施方案中，标记物化合物是存在于在碳酸盐添加剂形成过程中所使用的水中的离子，仅举例而言，锶，其可存在于掺入文石晶格中的沉淀物中或可作为菱锶矿(SrCO3)而存在，并占10,000ppm或更少，在某些实施方案中范围为3至10,000ppm，如5至5000ppm，包括5至1000ppm，例如5至500ppm，包括5至100ppm。感兴趣的另一种“标记物”化合物为镁，其可以以最高20％(摩尔)的量替代碳酸盐化合物中的钙而存在。
根据特定的非胶结性材料或产品，在非胶结性组合物中的碳酸盐添加剂或CO2截存添加剂的量可以不同。在一些实施方案中，在非胶结性组合物中的碳酸盐添加剂或CO2截存添加剂的量的范围为5％至95％w/w，或5％至90％w/w，或5％至80％w/w，或5％至70％w/w，或5％至50％w/w，或5％至25％w/w，或5％至10％w/w，或10％至95％w/w，或10％至90％w/w，或10％至80％w/w，或10％至70％w/w，或10％至50％w/w，或10％至25％w/w，或15％至50％w/w，或15％至40％w/w，或15％至25％w/w，或15％至20％w/w，25％至95％w/w，或25％至90％w/w，或25％至80％w/w，或25％至70％w/w，或25％至50％w/w，或50％至95％w/w，或50％至90％w/w，或50％至75％w/w，或50％至60％w/w，或60％至95％w/w，或75％至95％w/w，或85％至95％w/w。在一些实施方案中，剩余的是任选地包含水的非胶结性添加剂。在一些实施方案中，剩余的是非胶结性添加剂和在组合物形成过程中加入的添加剂。在一些实施方案中，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含5-50％w/w的碳酸盐添加剂，以及非胶结性添加剂，其中碳酸盐添加剂包含反应性球霰石。在一些实施方案中，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含5-50％w/w的碳酸盐添加剂，以及非胶结性添加剂，其中碳酸盐添加剂包含50-99％w/w的反应性球霰石。在一些实施方案中，在上述实施方案中，碳酸盐添加剂进一步包含锶。在一些实施方案中，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含5-50％w/w的碳酸盐添加剂，以及非胶结性添加剂，其中碳酸盐添加剂包含50-99％w/w的反应性球霰石、锶。
在一些实施方案中，碳酸盐添加剂是CO2截存添加剂。因此，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含CO2截存添加剂，其中CO2截存添加剂包含球霰石。在一些实施方案中，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含CO2截存添加剂，其中CO2截存添加剂包含反应性球霰石。在一些实施方案中，CO2截存组合物或CO2截存添加剂包含来源于人类所使用的燃料的碳，例如，具有化石燃料起源的碳。例如，根据本发明的方面的CO2截存组合物包含以CO2形式从燃料的燃烧中释放的碳。在某些实施方案中，在CO2截存组合物中，例如在反应性球霰石中截存的碳为碳酸盐化合物的形式。因此，在某些实施方案中，根据本文提供的方面的CO2截存组合物包含碳酸盐化合物，其中碳酸盐化合物中的至少一部分碳来源于人类所使用的燃料，例如化石燃料。因此，本文提供的组合物的生产导致将CO2转化为储存稳定的形式，例如非胶结性组合物和/或产品中的稳定的组分。从而，本文提供的CO2截存组合物的生产导致防止CO2气体进入大气中。本文提供的组合物以一定方式提供CO2的储存，使得截存(即，固定)在组合物中的CO2不成为大气的一部分。本文提供的组合物使截存的CO2在组合物的几乎整个使用期内保持固定，并无显著的(如果有的话)CO2从组合物中释放。因此，在组合物为可消耗的组合物时，其中固定的CO2可在耗材的使用期内(如果不是更长的话)保持固定。
CO2截存添加剂是这样的组分，其以储存稳定的形式储存CO2，使得CO2气体不易从产品中产生并释放到大气中。在某些实施方案中，对于每1000吨本发明的组合物，CO2截存添加剂可储存50吨或更多的CO2，如100吨或更多的CO2，包括250吨或更多的CO2，例如500吨或更多的CO2，例如750吨或更多的CO2，包括900吨或更多的CO2。在某些实施方案中，本发明的组合物的CO2截存添加剂包含例如呈现为一种或多种碳酸盐化合物如反应性球霰石的约5％或更多的CO2，例如约10％或更多的CO2，包括约25％或更多的CO2，例如约50％或更多的CO2，例如约75％或更多的CO2，包括约90％或更多的CO2。
本文提供的组合物可视为低碳足迹组合物。低碳足迹组合物与缺乏CO2截存添加剂的相应的组合物相比具有减少的碳足迹(其中本文中“相应的”意指除存在本发明的CO2截存添加剂外为相同的组成)。使用任何便利的碳足迹计算器，与缺乏CO2截存添加剂的相应的组合物相比，本文提供的组合物的碳足迹减少的量可以是5％或更多，诸如10％或更多，包括25％、50％、75％或甚至100％或更多。在某些实施方案中，本文提供的低碳足迹组合物是碳中性的，因为它们基本上没有(如果有的话)计算出的碳足迹，例如，如采用与感兴趣的具体组合物相关的任何适宜的碳足迹计算器来确定的。本文提供的碳中性组合物包括那些表现出以下碳足迹的组合物：50lbs CO2/cu yd材料或更低，诸如10lbs CO2/cu yd材料或更低，包括5lbs CO2/cu yd材料或更低，其中在某些实施方案中，碳中性组合物具有0或负的lbsCO2/cu yd材料，诸如负1或更低，例如，负3或更低的lbs CO2/cu yd材料。在一些情况下，低碳足迹组合物具有显著为负的碳足迹，例如，-100或更低的lbs CO2/cu yd或更低。
CO2截存组合物或CO2截存添加剂中的碳酸盐(包括球霰石诸如反应性球霰石)和/或碳酸氢盐可包含来自于二氧化碳源的二氧化碳；在一些实施方案中，二氧化碳源自化石燃料的燃烧，并且因此这些碳酸盐和/或碳酸氢盐中的一些(例如，至少10％、50％、60％、70％、80％、90％、95％)或基本上所有(例如，至少99％、99.5％或99.9％)的碳是化石燃料来源的，即，是植物来源的。众所周知，植物来源的碳与无机来源的碳相比具有不同的稳定同位素(13C和12C)之比，并且因此在一些实施方案中，碳酸盐和/或碳酸氢盐中的碳具有小于例如-10‰，或小于-15‰，或小于-20‰，或小于-35‰，或小于30‰，或小于-35‰的δ13C。
在某些实施方案中，本文提供的组合物含有来自化石燃料的碳；由于其化石燃料起源，这类组合物的碳同位素分馏(δ13C)值可能不同于含有无机碳的组合物，例如石灰石的碳同位素分馏值。一般来说，衍生出化石燃料的植物相比13C可优先利用12C，因此分馏了这些碳同位素，从而使得它们的比例值与在大气中通常存在的比例值不同；与标准值(PeeDee Belemnite或PDB标准)相比时，该值被称为碳同位素分馏(δ13C)值。煤的δ13C值通常是在-30‰至-20‰的范围内，甲烷的δ13C值可以低至-20‰至-40‰或甚至-40‰至-80‰。大气CO2的δ13C值是-10‰至-7‰，石灰石的δ13C值是+3‰至-3‰，并且海洋碳酸氢盐的δ13C值是0‰。
包含一种或多种源自工业CO2的合成碳酸盐的沉淀材料或碳酸盐添加剂反映出(由化石燃料的燃烧)衍生出工业CO2的化石燃料(例如，煤、石油、天然气或烟道气)的相对碳同位素组成(δ13C)。以‰(每千分之一)为单位的相对碳同位素组成(δ13C)值是相对于石化箭石标准(PDB标准)，两种稳定的碳同位素即12C和13C的浓度比的量度。
δ13C‰＝[(13C/12C样品-13C/12CPDB标准)/(13C/12CPDB标准)]×1000
12C由于其较低的质量而优先被植物在光合作用过程以及其他使用无机碳的生物过程中吸收。与13C相比，12C的较低的质量允许在动力学上受限的反应更有效地进行。因此，源自植物材料的物质，例如化石燃料，具有比源自无机来源的物质更小的相对碳同位素组成值。由燃烧化石燃料而产生的烟道气中的二氧化碳反映了被石化的有机材料的相对碳同位素组成值。对通过二氧化碳截存过程产生的材料包含来自燃烧化石燃料的碳进行的验证，可以包括测量所得材料的δ13C值并确认它与大气二氧化碳的相应值不相似，也不与海洋碳源的相应值不相似。
因此，通过捕获CO2制备的CO2截存添加剂或碳酸盐添加剂的δ13C值可以充当CO2气源的指纹。δ13C值可随来源(即，化石燃料源)的不同而不同，但本文提供的组合物的δ13C值可在-9‰至-35‰的范围内。在一些实施方案中，CO2截存添加剂的δ13C值为-1‰至-50‰、-5‰至-40‰、-5‰至-35‰、-7‰至-40‰、-7‰至-35‰、-9‰至-40‰或者-9‰至-35‰。在一些实施方案中，CO2截存添加剂的δ13C值小于(即，比以下值更为负)-3‰、-5‰、-6‰、-7‰、-8‰、-9‰、-10‰、-11‰、-12‰、-13‰、-14‰、-15‰、-16‰、-17‰、-18‰、-19‰、-20‰、-21‰、-22‰、-23‰、-24‰、-25‰、-26‰、-27‰、-28‰、-29‰、-30‰、-31‰、-32‰、-33‰、-34‰、-35‰、-36‰、-37‰、-38‰、-39‰、-40‰、-41‰、-42‰、-43‰、-44‰或-45‰，其中δ13C值越负，包含合成碳酸盐的组合物中12C越丰富。可以使用任何合适的方法来测量δ13C值，该方法包括但不限于，质谱法或离轴积分腔输出光谱法(离轴ICOS)。
在一些实施方案中，本文提供的非胶结性组合物或产品包含CO2截存添加剂或含有反应性球霰石的碳酸盐添加剂，该CO2截存添加剂或碳酸盐添加剂具有小于-5.00‰，或小于-10.00‰，或小于-12.00‰，或小于-15.00‰，或小于-20.00‰，或小于-25.00‰；或者具有-15.00‰至-40.00‰，或-15.00‰至-25.00‰，或-25.00‰至-40.00‰；或者具有小于-12‰、-14‰、-16‰、-18‰、-20‰、-22‰、-24‰、-26‰、-28‰，或小于-30‰；或者具有-12‰至-50‰，或-12‰至-40‰，或-12‰至-30‰，或-12‰至-25‰的碳同位素分馏(δ13C)值。这些非胶结性组合物或产品可以是如本文所述的含碳酸盐的材料或产品，该材料或产品包含至少10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％或90％(w/w)的碳酸盐，例如，至少50％(w/w)的碳酸盐或反应性球霰石。在一些实施方案中，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含碳酸盐添加剂和非胶结性添加剂，其中该碳酸盐添加剂包含反应性球霰石，其中该碳酸盐添加剂具有小于-12‰的碳同位素分馏值(δ13C)。在一些实施方案中，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含5-50％w/w的碳酸盐添加剂，以及非胶结性添加剂，其中该碳酸盐添加剂包含反应性球霰石，其中该碳酸盐添加剂具有小于-12‰的碳同位素分馏值(δ13C)。在一些实施方案中，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含碳酸盐添加剂和非胶结性添加剂，其中该碳酸盐添加剂包含50-99％w/w的反应性球霰石，其中该碳酸盐添加剂具有小于-12‰的碳同位素分馏值(δ13C)。在一些实施方案中，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含5-50％w/w的碳酸盐添加剂，以及非胶结性添加剂，其中该碳酸盐添加剂包含50-99％w/w的反应性球霰石，其中该碳酸盐添加剂具有小于-12‰的碳同位素分馏值(δ13C)。
在一些实施方案中，本发明提供了一种表征组合物的方法，该方法包括测量该组合物的相对碳同位素组成(δ13C)值。在一些实施方案中，该组合物是含有碳酸盐例如球霰石的组合物。可以使用任何合适的方法来测量δ13C值，如质谱法或离轴积分腔输出光谱法(离轴ICOS)。碳同位素之间的一个差异在于它们的质量。可以使用任何对测量碳量足够敏感的质量辨识技术来发现13C与12C同位素浓度之比。通常使用质谱法来发现δ13C值。能够测定δ13C值的台式离轴积分腔输出光谱(离轴ICOS)仪也可以从市场购得。这些值通过二氧化碳中12C和13C同位素所形成的碳-氧双键中的能量差来获得。由于δ13C值可随来源的不同而不同，因此来自碳截存过程的碳酸盐沉淀物的δ13C值充当CO2气源的指纹。在一些实施方案中，所述方法进一步包括测量组合物中碳的量。可以使用任何用于测量碳的合适的技术，诸如库仑测定法。
在本文提供的所有方面和实施方案中的一些实施方案中，碳酸盐添加剂或非胶结性组合物进一步包含来自一种或多种活化添加剂的离子。在一些实施方案中，将一种或多种活化添加剂加入至非胶结性组合物中用于活化反应性球霰石，从而使球霰石转变为文石。在一些实施方案中，所述一种或多种活化添加剂可作为选自铍、镁、锶、钡及其组合的离子的盐而存在。
在一些实施方案中，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含碳酸盐添加剂和非胶结性添加剂，其中该碳酸盐添加剂包含反应性球霰石和一种或多种活化添加剂。在一些实施方案中，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含碳酸盐添加剂和非胶结性添加剂，其中该碳酸盐添加剂包含反应性球霰石和一种或多种选自铍、镁、锶、钡及其组合的活化添加剂。在一些实施方案中，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含碳酸盐添加剂和非胶结性添加剂，其中该碳酸盐添加剂包含反应性球霰石和锶。在一些实施方案中，该碳酸盐添加剂或非胶结性组合物包含镁(Mg)。在一些实施方案中，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含碳酸盐添加剂和非胶结性添加剂，其中该碳酸盐添加剂包含反应性球霰石和一种或多种选自镁、锶及其组合的活化添加剂。
在反应性球霰石转变为文石之后非胶结性组合物中的一种或多种活化添加剂可以以碳酸盐(诸如但不限于碳酸锶或菱锶矿和/或碳酸镁)的形式存在于非胶结性产品中。
在一些实施方案中，存在于碳酸盐添加剂或非胶结性组合物中的一种或多种活化添加剂的量包括但不限于：小于35％w/w，或小于25％w/w，或小于20％w/w，或小于10％w/w，小于5％w/w，或小于2％w/w，或小于1.5％w/w，或小于1％w/w，或小于0.5％w/w，或小于0.1％w/w；或者0.1％w/w至35％w/w，或0.1％w/w至25％w/w，或0.1％w/w至20％w/w，或0.1％w/w至15％w/w，或0.1％w/w至10％w/w，或0.1％w/w至5％w/w，或0.1％w/w至2％w/w，或0.1％w/w至1.5％w/w，或0.1％w/w至1％w/w，或0.1％w/w至0.5％w/w，或0.5％w/w至30％w/w，或0.5％w/w至20％w/w，或0.5％w/w至10％w/w，或0.5％w/w至5％w/w，或0.5％w/w至2％w/w，或0.5％w/w至1.5％w/w，或0.5％w/w至1％w/w；或者0.5％w/w，或1％w/w，或5％w/w，或10％w/w，或20％w/w。
在一些实施方案中，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含碳酸盐添加剂和非胶结性添加剂，其中该碳酸盐添加剂包含反应性球霰石和0.5-5％w/w的一种或多种活化添加剂。在一些实施方案中，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含碳酸盐添加剂和非胶结性添加剂，其中该碳酸盐添加剂包含反应性球霰石和0.5-30％w/w的选自铍、镁、锶、钡及其组合的一种或多种活化添加剂。
在一些实施方案中，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含5-50％w/w的碳酸盐添加剂，以及非胶结性添加剂，其中该碳酸盐添加剂包含反应性球霰石和0.5-30％w/w的一种或多种活化添加剂。在一些实施方案中，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含5-50％w/w的碳酸盐添加剂，以及非胶结性添加剂，其中该碳酸盐添加剂包含反应性球霰石和0.5-30％w/w的选自铍、镁、锶、钡及其组合的一种或多种活化添加剂。
在一些实施方案中，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含碳酸盐添加剂和非胶结性添加剂，其中该碳酸盐添加剂包含50-90％w/w的反应性球霰石和0.5-30％w/w的一种或多种活化添加剂。在一些实施方案中，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含碳酸盐添加剂和非胶结性添加剂，其中该碳酸盐添加剂包含50-90％w/w的反应性球霰石和0.5-30％w/w的选自铍、镁、锶、钡及其组合的一种或多种活化添加剂。
在一些实施方案中，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含5-50％w/w的碳酸盐添加剂，以及非胶结性添加剂，其中该碳酸盐添加剂包含50-90％w/w的反应性球霰石和0.5-30％w/w的一种或多种活化添加剂。在一些实施方案中，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含5-50％w/w的碳酸盐添加剂，以及非胶结性添加剂，其中该碳酸盐添加剂包含50-90％w/w的反应性球霰石和0.5-30％w/w的选自铍、镁、锶、钡及其组合的一种或多种活化添加剂。
在上述列举的实施方案中的一些实施方案中，碳酸盐添加剂具有小于-12‰，或者-12‰至-30‰的碳同位素分馏值(δ13C)。
在一些实施方案中，本文提供的组合物进一步包含钠。在这样的组合物中，钠的存在量小于100,000ppm，或小于80,000ppm，或小于50,000ppm，或小于20,000ppm，或小于15,000ppm，或小于10,000ppm，或小于5,000ppm，或小于1,000ppm，或小于500ppm，或小于400ppm，或小于300ppm，或小于200ppm，或小于100ppm；或者为100ppm至100,000ppm，或100ppm至50,000ppm，或100ppm至30,000ppm，或100ppm至20,000ppm，或100ppm至15,000ppm，或100ppm至10,000ppm，或100ppm至5,000ppm，或100ppm至1,000ppm，或100ppm至500ppm，或100ppm至400ppm，或100ppm至300ppm，或100ppm至200ppm，或500ppm至100,000ppm，或500ppm至50,000ppm，或500ppm至30,000ppm，或500ppm至20,000ppm，或500ppm至15,000ppm，或500ppm至10,000ppm，或500ppm至5,000ppm，或500ppm至1,000ppm，或1000ppm至100,000ppm，或1000ppm至50,000ppm，或1000ppm至30,000ppm，或1000ppm至20,000ppm，或1000ppm至15,000ppm，或1000ppm至10,000ppm，或1000ppm至5,000ppm，或5000ppm至100,000ppm，或5000ppm至50,000ppm，或10,000ppm至100,000ppm，或10,000ppm至50,000ppm，或50,000ppm至100,000ppm；或者为20,000ppm，或15,000ppm，或10,000ppm，或5,000ppm，或1,000ppm，或500ppm，或400ppm，或300ppm，或200ppm，或100ppm。
在一些实施方案中，本文提供的碳酸盐添加剂或碳酸盐组合物是具有0.1-100微米的平均粒径的微粒组合物。该平均粒径可使用任何常规的粒径测定方法来确定，例如但不限于多检测器激光散射或筛分(即，<38微米)。在某些实施方案中，存在单峰或多峰(例如双峰或其他)分布。双峰分布使表面积最小化，因此允许非胶结性组合物具有较低的液体/固体质量比，而仍提供较小的反应性颗粒以供早期反应。在这样的情况下，较大尺寸等级的平均粒径可为1000微米(1mm)以上。在一些实施方案中，本文提供的组合物是具有以下平均粒径的微粒组合物：0.1-1000微米，或0.1-500微米，或0.1-100微米，或0.1-50微米，或0.1-20微米，或0.1-10微米，或0.1-5微米，或0.5-100微米，或0.5-50微米，或0.5-20微米，或0.5-10微米，或1-50微米，或1-25微米，或1-20微米，或1-10微米，或1-5微米，或5-70微米，或5-50微米，或5-20微米，或5-10微米，或10-100微米，或10-50微米，或10-20微米，或10-15微米，或15-50微米，或15-30微米，或15-20微米，或20-50微米，或20-30微米，或30-50微米，或40-50微米，或50-100微米，或50-60微米，或60-100微米，或60-70微米，或70-100微米，或70-80微米，或80-100微米，或80-90微米，或者为0.1微米，或0.5微米，或1微米，或2微米，或3微米，或4微米，或5微米，或8微米，或10微米，或15微米，或20微米，或30微米，或40微米，或50微米，或60微米，或70微米，或80微米，或100微米。例如，在一些实施方案中，本文提供的组合物是具有以下平均粒径的微粒组合物：0.1-25微米，或0.1-20微米，或0.1-15微米，或0.1-10微米，或0.1-8微米，或0.5-5微米，或0.1-5微米，或1-25微米，或1-20微米，或1-15微米，或1-10微米，或1-5微米，或5-20微米，或5-10微米。
在一些实施方案中，碳酸盐添加剂或碳酸盐组合物包含一种或多种在该组合物中的不同尺寸的颗粒。在一些实施方案中，该组合物包含两种或更多种，或三种或更多种，或四种或更多种，或五种或更多种，或十种或更多种，或20种或更多种，或3-20种，或4-10种在该组合物中的不同尺寸的颗粒。例如，该组合物可包含两种或更多种，或三种或更多种，或3-20种颗粒，其范围为0.1-10微米、10-50微米、50-100微米、100-200微米、200-500微米、500-1000微米和/或亚微米尺寸的颗粒。
在一些实施方案中，本发明的组合物可以包含不同的颗粒形态，例如但不限于，细的或分散的以及大的或凝聚的。
在一些实施方案中，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含碳酸盐添加剂和非胶结性添加剂，其中该碳酸盐添加剂包含反应性球霰石，其中该碳酸盐添加剂具有0.5-25微米的平均粒径。在一些实施方案中，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含碳酸盐添加剂和非胶结性添加剂，其中该碳酸盐添加剂包含反应性球霰石，其中该碳酸盐添加剂具有0.5-25微米的平均粒径，其中该碳酸盐添加剂具有小于-12‰的碳同位素分馏值(δ13C)。在一些实施方案中，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含5-50％w/w的碳酸盐添加剂，以及非胶结性添加剂，其中该碳酸盐添加剂包含反应性球霰石，其中该碳酸盐添加剂具有小于-12‰的碳同位素分馏值(δ13C)，其中该碳酸盐添加剂具有0.5-25微米的平均粒径。在一些实施方案中，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含碳酸盐添加剂和非胶结性添加剂，其中该碳酸盐添加剂包含50-99％w/w的反应性球霰石，其中该碳酸盐添加剂具有小于-12‰的碳同位素分馏值(δ13C)，其中该碳酸盐添加剂具有0.5-25微米的平均粒径。在一些实施方案中，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含5-50％w/w的碳酸盐添加剂，以及非胶结性添加剂，其中该碳酸盐添加剂包含50-99％w/w的反应性球霰石，其中该碳酸盐添加剂具有小于-12‰的碳同位素分馏值(δ13C)，其中该碳酸盐添加剂具有0.5-25微米的平均粒径。在一些实施方案中，在上述实施方案中，所述碳酸盐添加剂进一步包含一种或多种活化添加剂。在一些实施方案中，在上述实施方案中，所述碳酸盐添加剂进一步包含0.5-30％w/w的一种或多种活化添加剂。在一些实施方案中，在上述实施方案中，所述碳酸盐添加剂进一步包含选自铍、镁、锶、钡及其组合的一种或多种活化添加剂。
粉末形式的或与非胶结性添加剂组合以形成非胶结性组合物之后的碳酸盐添加剂或碳酸盐组合物的体积密度可以变化。在一些实施方案中，本文提供的碳酸盐添加剂或碳酸盐组合物具有以下的体积密度：75lb/ft3-170lb/ft3，或75lb/ft3-160lb/ft3，或75lb/ft3-150lb/ft3，或75lb/ft3-140lb/ft3，或75lb/ft3-130lb/ft3，或75lb/ft3-125lb/ft3，或75lb/ft3-120lb/ft3，或75lb/ft3-110lb/ft3，或75lb/ft3-100lb/ft3，或75lb/ft3-90lb/ft3，或75lb/ft3-80lb/ft3，或80lb/ft3-170lb/ft3，或80lb/ft3-160lb/ft3，或80lb/ft3-150lb/ft3，或80lb/ft3-140lb/ft3，或80lb/ft3-130lb/ft3，或80lb/ft3-125lb/ft3，或80lb/ft3-120lb/ft3，或80lb/ft3-110lb/ft3，或80lb/ft3-100lb/ft3，或80lb/ft3-90lb/ft3，或90lb/ft3-170lb/ft3，或90lb/ft3-160lb/ft3，或90lb/ft3-150lb/ft3，或90lb/ft3-140lb/ft3，或90lb/ft3-130lb/ft3，或90lb/ft3-125lb/ft3，或90lb/ft3-120lb/ft3，或90lb/ft3-110lb/ft3，或90lb/ft3-100lb/ft3，或90lb/ft3-90lb/ft3，或100lb/ft3-170lb/ft3，或100lb/ft3-160lb/ft3，或100lb/ft3-150lb/ft3，或100lb/ft3-140lb/ft3，或100lb/ft3-130lb/ft3，或100lb/ft3-125lb/ft3，或100lb/ft3-120lb/ft3，或100lb/ft3-110lb/ft3，或110lb/ft3-170lb/ft3，或110lb/ft3-160lb/ft3，或110lb/ft3-150lb/ft3，或110lb/ft3-140lb/ft3，或110lb/ft3-130lb/ft3，或110lb/ft3-125lb/ft3，或110lb/ft3-120lb/ft3，或120lb/ft3-170lb/ft3，或120lb/ft3-160lb/ft3，或120lb/ft3-150lb/ft3，或120lb/ft3-140lb/ft3，或120lb/ft3-130lb/ft3，或120lb/ft3-125lb/ft3，或130lb/ft3-170lb/ft3，或130lb/ft3-160lb/ft3，或130lb/ft3-150lb/ft3，或130lb/ft3-140lb/ft3，或140lb/ft3-170lb/ft3，或140lb/ft3-160lb/ft3，或140lb/ft3-150lb/ft3，或150lb/ft3-170lb/ft3，或150lb/ft3-160lb/ft3，或160lb/ft3-170lb/ft3；或者75lb/ft3，或80lb/ft3，或85lb/ft3，或90lb/ft3，或95lb/ft3，或100lb/ft3，或110lb/ft3，或120lb/ft3，或130lb/ft3，或140lb/ft3，或150lb/ft3，或160lb/ft3，或170lb/ft3。
在一些实施方案中，本发明的碳酸盐添加剂或碳酸盐组合物具有足以在与液体和/或非胶结性添加剂组合之后提供液体与固体的比例(如在此说明的)以产生非胶结性组合物和/或产品的平均表面积。在一些实施方案中，平均表面积的范围为0.5m2/gm-50m2/gm。该表面积可以使用布朗诺尔-埃米特-泰勒(BET)表面积分析法中描述的表面积测定方案来确定。在一些实施方案中，本文提供的碳酸盐添加剂或碳酸盐组合物具有如下的平均表面积：0.5m2/gm-50m2/gm，或0.5m2/gm-45m2/gm，或0.5m2/gm-40m2/gm，或0.5m2/gm-35m2/gm，或0.5m2/gm-30m2/gm，或0.5m2/gm-25m2/gm，或0.5m2/gm-20m2/gm，或0.5m2/gm-15m2/gm，或0.5m2/gm-10m2/gm，或0.5m2/gm-5m2/gm，或0.5m2/gm-4m2/gm，或0.5m2/gm-2m2/gm，或0.5m2/gm-1m2/gm，或1m2/gm-50m2/gm，或1m2/gm-45m2/gm，或1m2/gm-40m2/gm，或1m2/gm-35m2/gm，或1m2/gm-30m2/gm，或1m2/gm-25m2/gm，或1m2/gm-20m2/gm，或1m2/gm-15m2/gm，或1m2/gm-10m2/gm，或1m2/gm-5m2/gm，或1m2/gm-4m2/gm，或1m2/gm-2m2/gm，或2m2/gm-50m2/gm，或2m2/gm-45m2/gm，或2m2/gm-40m2/gm，或2m2/gm-35m2/gm，或2m2/gm-30m2/gm，或2m2/gm-25m2/gm，或2m2/gm-20m2/gm，或2m2/gm-15m2/gm，或2m2/gm-10m2/gm，或2m2/gm-5m2/gm，或2m2/gm-4m2/gm，或5m2/gm-50m2/gm，或5m2/gm-45m2/gm，或5m2/gm-40m2/gm，或5m2/gm-35m2/gm，或5m2/gm-30m2/gm，或5m2/gm-25m2/gm，或5m2/gm-20m2/gm，或5m2/gm-15m2/gm，或5m2/gm-10m2/gm，或8m2/gm-50m2/gm，或8m2/gm-45m2/gm，或8m2/gm-40m2/gm，或8m2/gm-35m2/gm，或8m2/gm-30m2/gm，或8m2/gm-25m2/gm，或8m2/gm-20m2/gm，或8m2/gm-15m2/gm，或8m2/gm-10m2/gm，或10m2/gm-50m2/gm，或10m2/gm-45m2/gm，或10m2/gm-40m2/gm，或10m2/gm-35m2/gm，或10m2/gm-30m2/gm，或10m2/gm-25m2/gm，或10m2/gm-20m2/gm，或10m2/gm-15m2/gm，或15m2/gm-50m2/gm，或15m2/gm-45m2/gm，或15m2/gm-40m2/gm，或15m2/gm-35m2/gm，或15m2/gm-30m2/gm，或15m2/gm-25m2/gm，或15m2/gm-20m2/gm，或20m2/gm-50m2/gm，或20m2/gm-45m2/gm，或20m2/gm-40m2/gm，或20m2/gm-35m2/gm，或20m2/gm-30m2/gm，或20m2/gm-25m2/gm，或30m2/gm-50m2/gm，或30m2/gm-45m2/gm，或30m2/gm-40m2/gm，或30m2/gm-35m2/gm，或40m2/gm-50m2/gm，或40m2/gm-45m2/gm，或者0.5m2/gm，或1m2/gm，或2m2/gm，或5m2/gm，或10m2/gm，或15m2/gm，或20m2/gm，或30m2/gm，或40m2/gm，或50m2/gm。在一些实施方案中，本发明的碳酸盐添加剂或碳酸盐组合物包括颗粒的混合物，例如但不限于具有不同表面积的两种或更多种、三种或更多种，或四种或更多种，或5-10种，或10-20种，或1-20种，或1-50种颗粒。
在一些实施方案中，可改变钙与碳酸根离子的比值以形成具有期望的表面电荷的碳酸盐添加剂或碳酸盐组合物。在一些实施方案中，该碳酸盐添加剂或碳酸盐组合物中钙或钙离子与碳酸盐或碳酸根离子的比值(钙:碳酸根)高于1:1；或高于1.5:1；或高于2:1；或高于2.5:1；或高于3:1；或高于3.5:1；或高于4:1；或高于4.5:1；或高于5:1；或者在1:1至5:1的范围内；或在1.5:1至5:1的范围内；或在2:1至5:1的范围内；或在3:1至5:1的范围内；或在4:1至5:1的范围内；或在1:1至4:1的范围内；或在1.5:1至4:1的范围内；或在2:1至4:1的范围内；或在3:1至4:1的范围内；或在1:1至3:1的范围内；或在1.5:1至3:1的范围内；或在2:1至3:1的范围内；或在1:1至2:1的范围内；或在1.5:1至2:1的范围内；或在1.5:1至1:1的范围内；或在1.2:1至1.8:1的范围内；或为1:1；或为1.5:1；或为2:1；或为2.5:1；或为3:1；或为3.5:1；或为4:1；或为4.5:1；或为5:1。在一些实施方案中，该碳酸盐添加剂或碳酸盐组合物中钙:碳酸根之比为1.5:1，或1:1，或2:1。
在一些实施方案中，在碳酸盐添加剂或碳酸盐组合物中的碳酸盐或碳酸根离子与钙或钙离子的比值(碳酸根：钙)高于1:1，或高于1.5:1，或高于2:1，或高于2.5:1，或高于3:1，或高于3.5:1，或高于4:1，或高于4.5:1，或高于5:1；或在1:1至5:1的范围内，或在1.5:1至5:1的范围内，或在2:1至5:1的范围内，或在3:1至5:1的范围内，或在4:1至5:1的范围内，或在1:1至4:1的范围内，或在1.5:1至4:1的范围内，或在2:1至4:1的范围内，或在3:1至4:1的范围内，或在1:1至3:1的范围内，或在1.5:1至3:1的范围内，或在2:1至3:1的范围内，或在1:1至2:1的范围内，或在1.5:1至2:1的范围内，或在1.5:1至1:1的范围内；或者为1:1，或者为1.5:1，或者为2:1，或者为2.5:1，或者为3:1，或者为3.5:1，或者为4:1，或者为4.5:1，或者为5:1。在一些实施方案中，该组合物中碳酸根与钙的比值(碳酸根：钙)为1.5:1或1:1或2:1。
在一些实施方案中，当碳酸盐添加剂是CO2截存添加剂时，本文提供的碳酸盐添加剂或碳酸盐组合物可进一步包含氮氧化物，硫氧化物，汞，金属，氮氧化物、硫氧化物、汞和/或金属中的任何一种的衍生物，或其组合。氮氧化物和硫氧化物的衍生物包括但不限于硝酸盐、亚硝酸盐、硫酸盐和亚硫酸盐等。汞和/或金属可以以其衍生化形式存在，例如氧化物和/或氢氧化物，或者汞和/或金属可以以非衍生化形式被包封在或存在于本发明的碳酸盐添加剂或碳酸盐组合物中。
本文所提供的组合物可有很大变化。该组合物可以是干组合物或者是与凝结流体如水组合时，经历从反应性球霰石到文石的转变并进行凝结以产生固体产品的湿组合物。碳酸盐添加剂或CO2截存添加剂可以与非胶结性添加剂混合，以形成非胶结性组合物和/或非胶结性产品。非胶结性产品的实例包括但不限于纸制品、聚合物产品、润滑剂、粘合剂、橡胶、粉笔、沥青产品、涂料、用于去除涂料的磨料、个人护理产品、化妆品、清洁产品、个人卫生产品、可摄取的产品、农产品、环境修复产品或其组合。
这样的非胶结性添加剂、组合物和产品在下文中进一步描述。然而，以下对组合物的综述并非进行限定，而仅被提供用于进一步描述本发明的示例性实施方案。
纸制品
在一方面，本文提供了非胶结性组合物，其包含碳酸盐添加剂，其中该碳酸盐添加剂包含球霰石，其中该非胶结性组合物用于纸制品。在一方面，本文提供了非胶结性组合物，其包含碳酸盐添加剂，其中该碳酸盐添加剂包含反应性球霰石，其中该非胶结性组合物用于纸产品。在一方面，本文提供了非胶结性组合物，其包含碳酸盐添加剂，其中该碳酸盐添加剂包含反应性球霰石，其中该碳酸盐添加剂具有小于-12‰的δ13C，并且其中该非胶结性组合物用于纸制品。
上述非胶结性组合物可以是干燥的组合物或者可以是与凝结流体如水和/或非胶结性添加剂如纸浆组合时经历从反应性球霰石到文石的转变并凝结以产生固体纸制品的湿组合物。
在一方面，本文提供了一种纸制品，其包含5-50％w/w或5-20％w/w的碳酸盐添加剂，其中该碳酸盐添加剂包含文石。在一方面，本文提供了一种纸制品，其包含5-50％w/w或5-20％w/w的碳酸盐添加剂，其中该碳酸盐添加剂包含至少50％w/w或50-99％w/w的文石。在一方面，本文提供了一种纸制品，其包含5-50％w/w或5-20％w/w的碳酸盐添加剂，其中该碳酸盐添加剂包含文石，其中该碳酸盐添加剂具有小于-12‰或者为-12‰至-40‰或-12‰至-30‰的碳同位素分馏值(δ13C)。在一方面，本文提供了一种纸制品，其包含5-50％w/w或5-20％w/w的碳酸盐添加剂，其中该碳酸盐添加剂包含至少50％w/w或包含50-99％w/w的文石，其中该碳酸盐添加剂具有小于-12‰或者为-12‰至-40‰或-12‰至-30‰的碳同位素分馏值(δ13C)。
在一些实施方案中，在上述方面中，碳酸盐添加剂包含1-100％w/w或50-100％w/w或50-99％w/w的文石。在一些实施方案中，纸制品包含在碳酸盐添加剂的形成期间和/或之后加入以促进反应性球霰石到文石的转变的一种或多种活化添加剂。这样的活化添加剂可作为盐或碳酸盐而存在。这样的活化添加剂已在本文中描述并包括离子，但不限于铍、镁、锶、钡及其组合。在一些实施方案中，在上述方面和实施方案中，纸制品和/或碳酸盐添加剂包含碳酸镁、菱锶矿或其组合。在一些实施方案中，在上述方面和实施方案中，碳酸盐添加剂包含0.1-99％w/w的碳酸镁、菱锶矿或其组合。在实施方案中，存在菱锶矿时，可以设想锶取代文石和/或球霰石中的钙离子并形成菱锶矿。因此，在纸制品中，可能仅存在文石、仅存在菱锶矿或二者的组合，这取决于加入至用于制备纸制品的非胶结性组合物中的锶的浓度。因此，在一些实施方案中，本文提供了一种纸制品，其包含5-50％w/w或5-20％w/w的碳酸盐添加剂，其中该碳酸盐添加剂包含1-100％w/w或50-100％w/w或50-99％w/w的文石，以及0.1-99％w/w或1-50％w/w或1-25％w/w或0.1-5％w/w的碳酸镁、菱锶矿或其组合。在一些实施方案中，该碳酸盐添加剂具有小于-12‰或者为-12‰至-40‰或-12％至-30‰的碳同位素分馏值(δ13C)。
如本文所用的“纸制品”包括适于在其上书写、在其上印刷或用于包装的一种或多种应用中使用的任何材料，包括但不限于：证券纸；报纸；印刷纸；书写纸；建筑用纸；封面纸；信封纸；表格证券；无木浆纸；机械纸；绝缘板；包装纸；胶版纸；封装纸；再生纸；标签；卡片纸；纸板；瓦楞纤维板；盒纸板；墙板；箱；袋；用于制备卷烟纸、雪茄粘结剂和卷烟包装的纸制品；用于擦拭流体的纸制品如棉纸；医用纸制品；以及家用纸制品，例如但不限于：卫生纸、纸巾、擦面纸、餐巾纸等。卡片纸是一类比纸厚且更耐用但比纸板(例如，卡纸板)更具柔性的纸。
在一些实施方案中，本发明的纸制品可通过以下方法生产：将非胶结性添加剂如湿润的纤维(例如，纤维素纤维、聚合物纤维)与本文提供的碳酸盐添加剂或碳酸盐组合物以纸浆组合物的形式压制在一起，然后将经压制的纤维进行干燥以形成不同厚度的纸片。在将碳酸盐添加剂与纸浆混合期间，可将反应性球霰石进行活化，以使球霰石转变为文石并凝结及硬化。反应性球霰石到文石的此类活化在本文中进行了描述。
在一些实施方案中，本发明的纸制品可通过采用本发明的碳酸盐添加剂涂覆纸来生产。这样的产品可用于涂层和印刷产业。
在一些实施方案中，碳酸盐添加剂在含有纸浆的溶液中原位形成，使得反应性球霰石原位转变为文石，并凝结及硬化以形成纸制品。在一些实施方案中，碳酸盐添加剂可通过使电石石灰与CO2接触导致形成碳酸钙来原位形成，其中可从产物中除去过量的水。这种方法可导致额外的优势，即在纸中不存在可能不利于纸的性能的氯化钠盐或其他氯化物盐。
在一些实施方案中，碳酸盐添加剂可通过截存CO2来形成。在一些实施方案中，包含反应性球霰石的碳酸盐添加剂通过传统的PCC工艺形成。在一些实施方案中，碳酸盐添加剂可通过截存从工业过程获得的CO2来形成。此类用于形成包含反应性球霰石的碳酸盐添加剂的方法已在本文中进行了描述。
本发明的纸制品除了采用一定量的碳酸盐添加剂或碳酸盐组合物之外，可根据传统的生产操作流程来生产。在一些实施方案中，在采用稳定性球霰石(不转变为文石的球霰石)生产本发明的纸制品时，碳酸盐组合物中的球霰石充当替代纸制品中的一定量的纤维素纤维或纸浆的填充剂，从而生产较便宜的和环境友好的产品。将填充剂加入到纸浆中使得填充剂不与纤维反应或结合。在一些实施方案中，在用反应性球霰石生产本发明的纸制品时，碳酸盐组合物中的反应性球霰石并不充当填充剂而是在与纤维或纸浆以及水接触时转变为文石，其中文石可与纤维或纸浆结合导致粘结和/或连接。球霰石到文石的这种转变可有利于改善纸制品的性能。除反应性球霰石到文石的转变外，所述反应性球霰石还可与可充当填充剂的其他碳酸盐形式混合和/或所述反应性球霰石也可充当纸浆组合物的吸收剂或着色剂。“着色剂”意指能够赋予产品颜色的化合物。在一些实施方案中，本发明的碳酸盐沉淀物的颜色为白色，并能够改善已经为白色纸制品的白色，并淡化非白色纸制品的颜色。
纸浆可为用于制备纸制品的非胶结性添加剂的一个实例。纸浆可为通过机械过程生产的机械纸浆或磨木纸浆，或者为无木质的或无木浆纸的纸浆，其中采用从木材中溶解出木质素的化学物质对木片进行蒸煮。纸浆的实例包括但不限于，化学纸浆、棕色纸浆、溶解纸浆/特殊α纸浆(special alpha)、绒毛纸浆、牛皮纸浆、商品纸浆、机械纸浆、亚硫酸盐纸浆、未漂白纸浆、桉木纸浆、蕉树树皮、香蕉茎纤维、棉纤维、硫化的聚合物、纤维素纤维、动物的皮(例如，小牛皮、绵羊皮、山羊皮)、纸莎草、高密度聚乙烯纤维、大麻、竹、草、碎布或源自任何合适的树的木材的纸浆。纸浆组合物中的含水量可以变化，范围从5％至10％，或6％，或7％，或10％或20％或为1-20％。在一些情况下，包含球霰石如反应性球霰石的碳酸盐组合物可作为吸收剂加入至纸浆组合物中以减小纸张的含水量。
本文提供的纸制品的密度可以变化。“纸”的密度范围可为100kg/m3至1500kg/m3，诸如250kg/m3至1250kg/m3，包括500kg/m3至800kg/m3。“纸卡”或“卡片纸”的密度范围可为1500kg/m3至3000kg/m3，诸如1700kg/m3至2500kg/m3，并包括2000kg/m3至2250kg/m3。“纸板”的密度可为3000kg/m3及更高的密度，诸如3500kg/m3及更高的密度，包括5000kg/m3及更高的密度。本发明的纸制品的厚度也可变化。“纸”的厚度范围可为0.05mm至0.18mm，诸如0.07mm至0.18mm，并包括0.1mm至0.15mm。“纸卡”的厚度范围可为0.18mm至0.25mm，诸如0.18mm至0.2mm，并包括0.19mm。“纸板”的厚度可为0.25mm及更厚，诸如0.3mm及更厚，并包括1mm及更厚。本文提供的纸制品的重量可以变化。“重量”意指每单位面积纸制品的质量，通常以g/m2度量。“纸”的重量范围可为20g/m2至160g/m2，诸如60g/m2至150g/m2，并包括80g/m2至120g/m2。“纸卡”的重量范围可为160g/m2至500g/m2，诸如175g/m2至400g/m2，并包括200g/m2至300g/m2。“纸板”的重量范围可为500g/m2及更重，诸如750g/m2及更重，并包括2000g/m2及更重。
在生产本发明的纸制品时，纸制品或者非胶结性添加剂的纸浆组合物前体可包括一种或多种另外的组分，如上浆剂、另外的填充剂(例如，粘土、瓷料)和颜料。成品纸制品中碳酸盐添加剂的量可以变化，且可为大于1重量％，或大于3重量％，或大于5重量％，或大于10重量％，或大于25重量％，或大于50重量％，或大于60重量％，或大于70重量％，或大于80重量％，或大于90重量％；或者为5-95重量％，或5-85重量％，或5-75重量％，或5-65重量％，或5-50重量％，或5-55重量％，或5-45重量％，或5-35重量％，或5-25重量％，或5-15重量％，或10-95重量％，或10-85重量％，或10-75重量％，或10-65重量％，或10-55重量％，或10-45重量％，或10-35重量％，或10-25重量％，或10-15重量％，或5-25重量％，或5-20重量％，或5-15重量％，或5-10重量％，或10-20重量％，或10-15重量％，或25-95重量％，或25-85重量％，或25-75重量％，或25-60重量％，或25-50重量％，或50-100重量％，或50-99重量％，或50-95重量％，或50-85重量％，或50-75重量％，或50-60重量％，或60-95重量％，或60-85重量％，或60-75重量％，或70-95重量％，或70-85重量％，或80-95重量％，且其余为非胶结性添加剂、一种或多种活化添加剂、任选的其他试剂和水的重量％。
纸制品中的碳酸盐添加剂或CO2截存添加剂中文石的量可为1-100％w/w，或50-100％w/w，或50-99％w/w，或50-95％w/w，或50-90％w/w，或50-80％w/w，或50-75％w/w，或50-60％w/w，或75-99％w/w，或80-99％w/w。在一些实施方案中，反应性球霰石到文石的转变及随后纸制品的形成可导致纸制品具有一种或多种选自但不限于以下的性质：较好的连接或粘结、较高的拉伸强度、较高的爆裂强度、较高的撕裂强度、较高的冲击断裂韧性及其组合。不受任何理论的限制，可以设想：文石可以能够与纤维粘合，从而得到较好的连接性质。在一些实施方案中，文石可以能够穿透纤维的细胞壁或在纤维的细胞壁内分布，导致纸具有较高的不透明度、亮度、强度以及高保留填充剂水平(high retained filler level)。
纸制品中的非胶结性添加剂如湿润的纤维(例如，纤维素纤维、聚合物纤维)的量可以变化，并且可为大于1重量％，或大于3重量％，或大于5重量％，或大于10重量％，或大于20重量％，或大于25重量％，或大于50重量％，或大于60重量％，或大于70重量％，或大于80重量％，或大于90重量％；或者为10-95重量％，或10-85重量％，或10-75重量％，或10-65重量％，或10-55重量％，或10-45重量％，或10-35重量％，或10-25重量％，或10-15重量％，或25-95重量％，或25-85重量％，或25-75重量％，或25-60重量％，或25-50重量％，或50-85重量％，或50-75重量％，或50-60重量％。
在生产过程中，在采用碳酸盐添加剂产生纸浆之后，可对纸浆进行压制、干燥，并根据需要进行切割以生产期望尺寸的产品。在已生产出成品纸制品之后，也可对纸进行改性(例如，漂白、用上浆剂或表面涂层进行处理)。
在一些实施方案中，本文提供的纸制品用于制备干式墙产品。如本文所用的“干式墙”包括用于构建内部的和/或外部的地板、墙壁和天花板的板。传统上，干式墙由石膏(称为纸面板)制成。在本发明的一些实施方案中，干式墙部分地或全部由碳酸盐添加剂(其中反应性球霰石已转变为文石)制成，从而取代干式墙产品中的石膏。由碳酸盐添加剂制成的干式墙已在与本申请同日提交的代理案卷号为CLRA-081的申请(其通过引用整体并入本文)中进行了描述。在一些实施方案中，干式墙是由纸衬片包裹内芯制成的面板。例如，在一些实施方案中，在由碳酸盐添加剂制备干式墙产品的过程中，将包含球霰石的碳酸盐添加剂的浆料倾倒在一张纸上。该纸也由如上所述的本发明的碳酸盐添加剂制成。然后将按照本发明制备的另一张纸放置在碳酸盐添加剂的顶部之上，使得碳酸盐添加剂在其两侧都是纸(夹在两片外部材料(例如纸)之间的所得组合物)。然后将碳酸盐添加剂中的球霰石转变为文石(使用添加剂和/或热量)，其然后凝结及硬化。当内芯凝结并在大的干燥室中干燥时，夹层变得足够刚性且强硬以用作建筑材料。然后将干式墙片材进行切割并分离。不受任何理论的限制，可以设想：由碳酸盐添加剂制备的纸的文石微观结构可为倾倒的碳酸盐添加剂提供文石晶种，并可导致纸与水泥内芯之间更强的粘结和粘附并可促进球霰石到文石的转变。
因此，在一方面，本文提供了一种干式墙产品，其包含含有5-50％w/w或5-20％w/w的碳酸盐添加剂的纸制品，其中该碳酸盐添加剂包含文石，其中该碳酸盐添加剂具有小于-12‰或者为-12‰至-40‰或-12‰至-30‰的碳同位素分馏值(δ13C)。在一些实施方案中，在上述方面中，所述碳酸盐添加剂包含1-100％w/w或50-100％w/w或50-99％w/w的文石。在一些实施方案中，所述纸制品包含在碳酸盐添加剂的形成期间加入的一种或多种活化添加剂。这样的添加剂已在本文中进行了描述，且包括但不限于：铍、镁、锶、钡及其组合。在一些实施方案中，在上述方面和实施方案中，纸制品或纸制品中的碳酸盐添加剂进一步包含0.1-99％w/w或1-50％w/w或1-25％w/w或0.1-5％w/w的碳酸镁、菱锶矿或其组合。
聚合物产品
在一方面，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含碳酸盐添加剂，其中该碳酸盐添加剂包含球霰石，其中该非胶结性组合物用于聚合物产品。在一方面，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含碳酸盐添加剂，其中该碳酸盐添加剂包含反应性球霰石，其中该非胶结性组合物用于聚合物产品。在一方面，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含碳酸盐添加剂，其中该碳酸盐添加剂包含反应性球霰石，其中该碳酸盐添加剂具有小于-12‰的δ13C，并且其中该非胶结性组合物用于聚合物产品。
本发明的聚合物产品除了采用一定量的碳酸盐添加剂或碳酸盐组合物之外，可根据传统的生产操作流程来生产。在一些实施方案中，在采用球霰石生产本发明的聚合物产品时，碳酸盐组合物中的球霰石充当替代聚合物产品中的一定量的非胶结性添加剂的填充剂，从而生产较便宜的和环境友好的产品。通常，加入填充剂使得填充剂不与非胶结性添加剂反应或结合。在一些实施方案中，在用反应性球霰石生产本发明的聚合物产品时，碳酸盐组合物中的反应性球霰石并不充当填充剂而是在与非胶结性添加剂和水接触时转变为文石，其中文石可与非胶结性添加剂结合导致粘结和/或连接。除反应性球霰石到文石的转变外，所述反应性球霰石还可与可充当填充剂的其他碳酸盐形式混合和/或反应性球霰石也可充当聚合物组合物的吸收剂或着色剂。
碳酸盐添加剂可根据需要以各种量存在于聚合物产品中。同样，聚合物组合物中的碳酸盐添加剂的量可以变化，并且可为1重量％或更多，诸如3重量％或更多，包括5重量％或更多。在成品聚合物产品中的碳酸盐添加剂的量可以变化，并且可为大于1重量％，或大于3重量％，或大于5重量％，或大于10重量％，或大于25重量％，或大于50重量％，或大于60重量％，或大于70重量％，或大于80重量％，或大于90重量％；或者为5-50重量％，或10-85重量％，或10-75重量％，或10-65重量％，或10-55重量％，或10-45重量％，或10-35重量％，或10-25重量％，或10-15重量％，或25-85重量％，或25-75重量％，或25-60重量％，或25-50重量％，或50-75重量％，或50-60重量％。
聚合物产品中的碳酸盐添加剂或CO2截存添加剂中的文石的量可为1-100％w/w，50-100％w/w，或50-99％w/w，或50-95％w/w，或50-90％w/w，或50-80％w/w，或50-75％w/w，或50-60％w/w，或75-99％w/w，或80-99％w/w。
在某些实施方案中，聚合物产品是塑料。塑料以其通常意义使用以意指适于生产工业产品(例如，膜、纤维、板、管、瓶、盒)的大范围的合成或半合成的有机固体材料。塑料包含非胶结性添加剂，诸如高分子量的聚合物，并且可含有其他改善性能的物质，该物质包括但不限于，酸清除剂、抗微生物剂、抗氧化剂、抗静电剂、抗真菌剂、澄清剂、阻燃剂、胺光稳定剂、紫外线吸收剂、光学增白剂、光选择性添加剂、加工稳定剂等。本发明的塑料可以是丙烯酸塑料、聚酯塑料、硅酮塑料、聚氨酯塑料或卤化塑料。制备本发明的聚合物产品的非胶结性添加剂(诸如塑料)包括但不限于：聚丙烯(例如，如在食品容器、器械、车挡中使用的)、聚苯乙烯(例如，如在包装泡沫、食品容器、一次性杯子、盘子、餐具、CD和磁带盒中使用的)、高抗冲聚苯乙烯(例如，如在冰箱衬里、食品包装、自动售货机杯中使用的)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(例如，如在电子设备的情况下，诸如在计算机显示器、打印机、键盘中使用的)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(例如，如在碳酸饮料瓶、罐、塑料膜、可微波的包装中使用的)、聚酯(例如，如在纤维、纺织品中使用的)、聚酰胺(例如，如在纤维、牙刷刷毛、钓鱼线、发动机罩内汽车发动机模具中使用的)、聚(氯乙烯)(例如，如在水暖管和排水系统、浴帘、窗框、地板中使用的)、聚氨酯(例如，如在缓冲泡沫、绝热泡沫、表面涂层、印刷辊中使用的)、聚碳酸酯(例如，如在光盘、眼镜、防暴盾牌、防盗窗、交通信号灯、透镜中使用的)、聚偏二氯乙烯(例如，如在食品包装、赛纶(saran)中使用的)、聚乙烯(例如，如在超市袋、塑料瓶中使用的)和聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(例如，如在汽车内部和外部零件中使用的)。本发明的聚合物产品(诸如塑料)除了采用一定量的本发明的碳酸盐添加剂或CO2截存添加剂之外，可根据用于此类组合物的传统的生产操作流程来制备。同样，一定量的碳酸盐添加剂可与塑料前体组合物或进料的其他非胶结性添加剂组合，然后模制、浇铸、挤压成最终所需的塑料产品。
聚合物产品中的非胶结性添加剂的量可以变化，并且可为大于1重量％，或大于3重量％，或大于5重量％，或大于10重量％，或大于25重量％，或大于50重量％，或大于60重量％，或大于70重量％，或大于80重量％，或大于90重量％；或者为10-95重量％，或10-85重量％，或10-75重量％，或10-65重量％，或10-55重量％，或10-45重量％，或10-35重量％，或10-25重量％，或10-15重量％，或25-95重量％，或25-85重量％，或25-75重量％，或25-60重量％，或25-50重量％，或50-85重量％，或50-75重量％，或50-60重量％。
润滑剂
在一方面，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含碳酸盐添加剂，其中该碳酸盐添加剂包含球霰石，其中该非胶结性组合物用于润滑剂。在一方面，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含碳酸盐添加剂，其中该碳酸盐添加剂包含反应性球霰石，其中该非胶结性组合物用于润滑剂。在一些实施方案中，该碳酸盐添加剂是CO2截存添加剂。在一方面，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含CO2截存添加剂，其中该CO2截存添加剂包含球霰石，其中该非胶结性组合物用于润滑剂。在一方面，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含CO2截存添加剂，其中该CO2截存添加剂包含反应性球霰石，其中该非胶结性组合物用于润滑剂。在一方面，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含CO2截存添加剂，其中该CO2截存添加剂包含球霰石，其中该CO2截存添加剂具有小于-12‰的δ13C，并且其中该非胶结性组合物用于润滑剂。在一方面，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含CO2截存添加剂，其中该CO2截存添加剂包含反应性球霰石，其中该CO2截存添加剂具有小于-12‰的δ13C，并且其中该非胶结性组合物用于润滑剂。
本发明的润滑剂产品除了采用一定量的碳酸盐添加剂或碳酸盐组合物之外，可根据传统的生产操作流程来生产。在一些实施方案中，在采用球霰石生产本发明的润滑剂产品时，碳酸盐组合物中的球霰石充当填充剂，从而生产较便宜的和环境友好的产品。在一些实施方案中，在采用反应性球霰石生产本发明的润滑剂产品时，碳酸盐组合物中的反应性球霰石并不充当填充剂而是在与非胶结性添加剂和水接触时转变为文石，其中文石可与非胶结性添加剂结合导致粘结和/或连接。除反应性球霰石到文石的转变外，反应性球霰石可与可充当填充剂的其他碳酸盐形式混合，和/或反应性球霰石也可充当润滑剂组合物的吸收剂或着色剂。
润滑剂中的碳酸盐添加剂的量可以变化，并且可为1重量％或更多，诸如3重量％或更多，包括5重量％或更多。成品润滑剂产品中的碳酸盐添加剂的量可以变化，并且可为大于1重量％，或大于3重量％，或大于5重量％，或大于10重量％，或大于25重量％，或大于50重量％，或大于60重量％，或大于70重量％，或大于80重量％，或大于90重量％；或者为10-85重量％，或10-75重量％，或10-65重量％，或10-55重量％，或10-45重量％，或10-35重量％，或10-25重量％，或10-15重量％，或25-85重量％，或25-75重量％，或25-60重量％，或25-50重量％，或50-75重量％，或50-60重量％。
润滑剂产品中的碳酸盐添加剂或CO2截存添加剂中的文石的量可为50-100％w/w，或50-99％w/w，或50-95％w/w，或50-90％w/w，或50-80％w/w，或50-75％w/w，或50-60％w/w，或75-99％w/w，或80-99％w/w。
润滑油组合物可配制为用于在内燃机如汽油和柴油发动机、曲轴箱润滑等中使用的商业目的。本发明的润滑剂产品可通过混合碳酸盐添加剂和非胶结性添加剂(如油)而形成。该油(有时称为基础油)可以是具有润滑粘度的油，且可以是润滑剂的液体成分，其中可将添加剂和可能的其他油掺入润滑剂中以产生最终的润滑剂(在本文中为润滑组合物或产品)。基础油可选自天然(植物、动物或矿物)和合成的润滑油及其混合物。它的粘度范围可从轻馏分矿物油到重质润滑油，诸如气体发动机油、矿物润滑油、机动车油和重型柴油。在一些情况下，油的粘度范围为在100℃下的2至30mm2s-1，诸如5至20mm2s-1。
制备本发明的润滑剂产品的非胶结性添加剂的其他实例包括但不限于，天然油，包括动物油和植物油，液体石油，以及链烷烃、环烷烃和混合的链烷烃-环烷烃类型的加氢精炼的、溶剂处理的或酸处理的矿物润滑油。源自煤或页岩的具有润滑粘度的油也用于基础油。合成的润滑油包括烃油和卤素取代的烃油，例如聚合和共聚的烯烃(如聚丁烯、聚丙烯、丙烯-异丁烯共聚物、氯化聚丁烯、聚(1-己烯)、聚(1-辛烯)、聚(1-癸烯))；烷基苯(如十二烷基苯、十四烷基苯、二壬基苯、二(2-乙基己基)苯)；聚苯(如联苯、三联苯、烷基化的多酚)；以及烷基化的二苯醚和烷基化的二苯硫醚及衍生物；其类似物和同系物。其中末端羟基已进行修饰(例如通过酯化或醚化)的烯化氧聚合物和共聚物及其衍生物构成另一类已知的合成润滑油。另一类合适的合成润滑油包括二羧酸的酯。用作合成油的酯还包括由C5至C12单羧酸和多元醇以及多元醇醚如新戊二醇、三羟甲基丙烷、季戊四醇、二季戊四醇和三季戊四醇制备的酯。基于硅的油如聚烷基、聚芳基、聚烷氧基或聚芳氧基硅氧烷油和硅酸酯油(silicate oil)构成另一类有用的合成润滑剂。
未精炼油、精炼油和再精炼油可用作本文所提供的润滑剂中的非胶结性添加剂。未精炼油是直接从天然或合成来源获得的未经进一步纯化处理的油。例如，直接由干馏操作得到的页岩油、直接由蒸馏得到的石油或直接由酯化过程得到且不经进一步处理而使用的酯油是未精炼油。精炼油类似于未精炼油，不同之处在于精炼油已在一个或多个纯化步骤中进行了进一步处理以改善一种或多种性能。本领域技术人员已知许多此类纯化技术，如蒸馏、溶剂萃取、酸或碱萃取、过滤和渗滤。再精炼油通过与用于获得精炼油的方法相似的方法(其应用于已经在服务中使用的精炼油)获得。此类再精炼油也被称为再回收油或再加工油，并且经常另外通过用于除去废添加剂和油分解产物的技术来处理。还可以存在一种或多种共添加剂(co-additive)。已知的添加剂可以与本发明的添加剂一起掺入润滑剂组合物中。例如，它们可以包括：分散剂、其他洗涤剂(如单一或混合的洗涤剂体系)、防锈剂、抗磨剂、抗氧化剂、阻蚀剂、摩擦改进剂或减摩剂、降凝剂(pour point depressant)、防沫剂、粘度调节剂和表面活性剂。它们可以以本领域中已知的比例进行组合。一些添加剂可提供多种效果，因此，例如，单一添加剂可充当分散剂以及充当氧化抑制剂。
在某些情况下，非胶结性添加剂是分散剂。分散剂是用于润滑剂的添加剂，其功能是保持固体和液体污染物处于悬浮中，从而使固体和液体污染物钝化并在减少淤泥沉积物的同时减少发动机沉积物。因此，例如，分散剂将由于润滑剂使用期间的氧化而产生的油不溶性物质保持在悬浮中，从而防止油泥絮凝和在发动机的金属零件上的沉淀或沉积。分散剂通常是无灰的，且为在燃烧时基本上不形成灰的非金属有机材料，其与含金属的材料(并因此成为灰分形成材料)形成对比。分散剂包含具有极性头的长链烃，该极性源于包含例如O、P或N原子。烃是赋予油溶性的亲油基团，具有例如40至500个碳原子。因此，无灰分散剂可包含具有能够与待分散的颗粒结合的官能团的油溶性聚合烃主链。通常，分散剂包含通常通过桥接基团与聚合物主链连接的胺、醇、酰胺或酯极性部分。所述无灰分散剂可以是例如选自长链烃取代的单羧酸和二羧酸或其酸酐的油溶性盐、酯、氨基-酯、酰胺、酰亚胺和噁唑啉；长链烃的硫代羧酸酯衍生物；具有直接与其连接的多胺的长链脂肪族烃，以及通过将长链取代的苯酚与甲醛和聚亚烷基多胺缩合形成的曼尼希缩合产物，如在美国专利号3,442,808中所描述的。分散剂包括，例如，长链烃取代的羧酸的衍生物，实例为高分子量的烃基取代的琥珀酸的衍生物。
分散剂的值得注意的基团是烃基取代的琥珀酰亚胺，该基团例如通过使上述酸(或衍生物)与含氮化合物(有利的是聚亚烷基多胺，如聚乙烯多胺)反应而制备。特别优选的是聚亚烷基多胺与烯基琥珀酸酐(诸如在美国专利号3,202,678、3,154,560、3,172,892、3,024,195、3,024,237、3,219,666和3,216,936中所描述的)和BE-A-66,875的反应产物，其可进行后处理(诸如硼化(如在美国专利号3,087,936和3,254,025中所描述的)氟化和氧基化(oxylated))以改善其性能。例如，硼化可通过采用选自氧化硼、卤化硼、硼酸和硼酸酯的硼化合物处理酰基含氮分散剂来实现。还感兴趣的是抗磨损剂和抗氧化剂。二烃基二硫代磷酸金属盐常常作为抗磨损剂和抗氧化剂用于润滑剂中。该金属可以是碱金属或碱土金属或铝、铅、锡、锌、钼、锰、镍或铜。锌盐最常以基于润滑剂总重量的0.1至10质量％，优选0.2至2质量％的量用于润滑油中。锌盐可根据已知的技术通过首先形成二烃基二硫代磷酸(DDPA)(通常通过一种或多种醇或苯酚与P2S5反应)，然后用锌化合物中和所形成的DDPA来制备。二烃基二硫代磷酸锌可由混合的DDPA来制备，混合的DDPA又可由混合的醇制备。或者，可制备多种二烃基二硫代磷酸锌并随后将其混合。本发明的润滑剂除了采用一定量的本发明的碳酸盐添加剂之外，可根据用于此类组合物的传统的生产操作流程来制备。同样，一定量的碳酸盐添加剂可与润滑剂的其他组分进行组合，并组合成最终所需的润滑剂产品。
润滑剂产品中的非胶结性添加剂的量可以变化，并且可为大于1重量％，或大于3重量％，或大于5重量％，或大于10重量％，或大于25重量％，或大于50重量％，或大于60重量％，或大于70重量％，或大于80重量％，或大于90重量％；或者为10-95重量％，或10-85重量％，或10-75重量％，或10-65重量％，或10-55重量％，或10-45重量％，或10-35重量％，或10-25重量％，或10-15重量％，或25-95重量％，或25-85重量％，或25-75重量％，或25-60重量％，或25-50重量％，或50-85重量％，或50-75重量％，或50-60重量％。
粘合剂
在一方面，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含碳酸盐添加剂，其中该碳酸盐添加剂包含球霰石，其中该非胶结性组合物是粘合剂。在一方面，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含碳酸盐添加剂，其中该碳酸盐添加剂包含反应性球霰石，其中该非胶结性组合物是粘合剂。如本文所用的“粘合剂”包括与基底粘附或将两个基底粘合在一起的化合物。在一些实施方案中，该碳酸盐添加剂是CO2截存添加剂。在一方面，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含CO2截存添加剂，其中该CO2截存添加剂包含球霰石，其中该非胶结性组合物是粘合剂。在一方面，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含CO2截存添加剂，其中该CO2截存添加剂包含反应性球霰石，其中该非胶结性组合物是粘合剂。在一方面，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含CO2截存添加剂，其中该CO2截存添加剂包含球霰石，其中该CO2截存添加剂具有小于-12‰的δ13C，且其中该非胶结性组合物是粘合剂。在一方面，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含CO2截存添加剂，其中该CO2截存添加剂包含反应性球霰石，其中该CO2截存添加剂具有小于-12‰的δ13C，且其中该非胶结性组合物是粘合剂。
本发明的粘合剂除了采用一定量的碳酸盐组合物之外，可根据传统的生产操作流程来生产。在生产本发明的粘合剂时，一定量的包含球霰石如反应性球霰石的碳酸盐组合物可用作着色剂并用以改善流变性能且提高拉伸强度。在一些实施方案中，在采用球霰石生产本发明的粘合剂产品时，碳酸盐组合物中的球霰石充当替代粘合剂产品中的一定量的非胶结性添加剂的填充剂，从而生产较便宜的和环境友好的产品。通常，加入填充剂使得填充剂不与非胶结性添加剂反应或结合。在一些实施方案中，在采用反应性球霰石生产本发明的粘合剂产品时，碳酸盐组合物中的反应性球霰石并不充当填充剂而是在与非胶结性添加剂和水接触时转变成文石，其中文石可与非胶结性添加剂结合导致粘结和/或连接。
本发明的粘合剂的物理性质可根据所用的化学体系的类型和加入的碳酸盐组合物的量而发生很大变化。粘度范围可为1.0cP至750000cP，诸如100cP至10000cP，包括500cP至5000cP，并包括1500cP至3000cP。粘合剂的有效温度范围可为-75℃至500℃，诸如0℃至200℃，并包括50℃至150℃。有效温度包括粘合剂显示其物理性质或实用性无显著变化(即，基底粘合上无显著变化)的温度范围。加入碳酸盐组合物后粘合剂的拉伸强度范围可为0.1MPa至75MPa，诸如10MPa至50MPa，并包括15至35MPa。粘合剂的延性范围可为1.0％至150％，诸如40％至100％，并包括50％至75％。
当加入包含球霰石如反应性球霰石的碳酸盐组合物时，其可提高粘合剂的粘性、储存和损耗模量，并且在一些情况下赋予假塑性和触变性。本发明的粘合剂中的碳酸盐组合物的量可以变化，范围为5至40重量％，诸如5至25重量％，并包括10至15重量％。粘合剂产品中的碳酸盐添加剂的量可以变化，并且可为大于1重量％，或大于3重量％，或大于5重量％，或大于10重量％，或大于25重量％，或大于50重量％，或大于60重量％，或大于70重量％，或大于80重量％，或大于90重量％；或者为10-85重量％，或10-75重量％，或10-65重量％，或10-55重量％，或10-45重量％，或10-35重量％，或10-25重量％，或10-15重量％，或25-85重量％，或25-75重量％，或25-60重量％，或25-50重量％，或50-75重量％，或50-60重量％。
粘合剂产品中的碳酸盐添加剂或CO2截存添加剂中的文石的量可为50-100％w/w，或50-99％w/w，或50-95％w/w，或50-90％w/w，或50-80％w/w，或50-75％w/w，或50-60％w/w，或75-99％w/w，或80-99％w/w。
本发明的粘合剂组合物包含可为天然的或合成的非胶结性添加剂。天然的粘合剂可由无机矿物源或生物源，如植物物质，糊精或其他天然树脂制成。合成的粘合剂可包括化学体系(例如，聚合物材料)、粘结剂(例如，聚酯、聚氨酯、丙烯酸树脂)、水性或有机溶剂和一种或多种添加剂。示例性的化学体系可包括聚甲醛、丙烯酸、聚丙烯酸酯、双马来酰亚胺、丁基、氰基丙烯酸酯、环氧树脂、乙烯共聚物、含氟聚合物、聚异戊二烯、聚酰胺、聚苯硫醚、聚硫化物、聚丙烯、聚丁二烯、聚烯烃、聚酯、聚氨酯、多酚、硅酮、淀粉、聚苯乙烯、苯乙烯共聚物、乙烯基、聚乙烯基碳酸酯、橡胶、弹性体及其相容混合物。
粘合剂产品中的非胶结性添加剂的量可以变化，并且可为大于1重量％，或大于3重量％，或大于5重量％，或大于10重量％，或大于25重量％，或大于50重量％，或大于60重量％，或大于70重量％，或大于80重量％，或大于90重量％；或者为10-95重量％，或10-85重量％，或10-75重量％，或10-65重量％，或10-55重量％，或10-45重量％，或10-35重量％，或10-25重量％，或10-15重量％，或25-95重量％，或25-85重量％，或25-75重量％，或25-60重量％，或25-50重量％，或50-85重量％，或50-75重量％，或50-60重量％。
在一些实施方案中，本发明的粘合剂可以是使用溶剂的液体组合物。示例性的溶剂可包括但不限于，二甲苯、甲醇、甲苯、矿物油精、丙酮、醋酸丁酯、溴化的溶剂、它们的混合物等。溶剂的量占液体组合物的约10％至90％，诸如50％至75％，包括60％至70％。该液体组合物可通过刷涂、喷雾、滚压、将基底浸入组合物中或用于施加涂层到表面上的任何其他便利的方法而施用。在一些情况下，根据溶剂的量，液体粘合剂组合物可用作填缝物或密封剂。在其他情况下，液体粘合剂组合物可通过用合适的推进剂配制粘合剂并使用气溶胶喷雾器进行分散。示例性的推进剂包括但不限于，诸如HFC的氟化推进剂，诸如丙烷、丁烷、异丁烷、戊烷的烃类，氮，二氧化碳，及其任何相容混合物。推进剂的量可以变化，范围为10％至30％，诸如15％至25％，包括15％至20％。包含可喷雾推进剂的组合物可通过任何便利的方案封装成气溶胶。
在其他实施方案中，本发明的粘合剂可以是粘性的液体、凝胶、软固体或粉末。在生产粘性液体、软固体、固体和凝胶粘合剂时，可使用任何便利的方案将组分掺合及混合。用于掺合组分的示例性方法包括但不限于：班伯里混合器、西格曼叶片式混合器、双臂混合器、涡流混合器、采用超声处理的混合器、采用重力搅动(heavy agitation)的混合器等。本发明的固体、软固体和凝胶粘合剂随后可通过挤压、旋转压制、冲压(stamping)、切割、层压或模制进一步成形以产生最终的粘合剂产品。在生产本发明的粘合剂时，上述提到的成分还可包括一种或多种另外的组分，如防沫剂、湿润剂、增稠剂、增塑剂、抗氧化剂和金属螯合剂。也可以加入增粘剂，该增粘剂提高组合物大体的或针对特定表面的粘附性。示例性的增粘剂包括多萜烯树脂、脂松香(gum rosin)、松香酯及其他松香衍生物、油溶性酚醛树脂、苯并呋喃-茚树脂和石油烃树脂。
使粘合剂产品凝结(即固化)的方法可包括风干、无氧干燥、热塑性凝结、热固性凝结、双组分凝结、紫外线或辐射固化、压力诱导的凝结、单组分凝结、湿固化和硫化方法。
本发明的粘合剂可与在多种不同类型的基底上的应用兼容，该基底包括但不限于：陶瓷、玻璃、混凝土、砌体、复合材料、金属、纸或纸板、塑料、多孔表面、橡胶、弹性体、纺织品、织物或木材。
橡胶
在一方面，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含碳酸盐添加剂，其中该碳酸盐添加剂包含球霰石，其中该非胶结性组合物用于橡胶。在一方面，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含碳酸盐添加剂，其中该碳酸盐添加剂包含反应性球霰石，其中该非胶结性组合物用于橡胶。如本文所用的“橡胶”以其常规意义使用以包括不同化学组成的弹性材料，该化学组成包含长线状分子并具有其分子链的柔性以允许整体材料的弯曲和卷绕。在一些实施方案中，该碳酸盐添加剂是CO2截存添加剂。在一方面，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含CO2截存添加剂，其中该CO2截存添加剂包含球霰石，其中该非胶结性组合物用于橡胶。在一方面，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含CO2截存添加剂，其中该CO2截存添加剂包含反应性球霰石，其中该非胶结性组合物用于橡胶。在一方面，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含CO2截存添加剂，其中该CO2截存添加剂包含球霰石，其中该CO2截存添加剂具有小于-12‰的δ13C，且其中该非胶结性组合物用于橡胶。在一方面，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含CO2截存添加剂，其中该CO2截存添加剂包含反应性球霰石，其中该CO2截存添加剂具有小于-12‰的δ13C，且其中该非胶结性组合物用于橡胶。
本发明的橡胶除了采用一定量的碳酸盐组合物之外，可根据传统的生产操作流程来生产。在生产本发明的橡胶时，一定量的碳酸盐组合物可用作着色剂并用以改善粗橡胶产品的可加工性。在一些实施方案中，在采用球霰石生产本发明的橡胶产品时，碳酸盐组合物中的球霰石充当替代橡胶产品中的一定量的非胶结性添加剂的填充剂，从而生产较便宜的和环境友好的产品。通常，加入填充剂使得填充剂不与非胶结性添加剂反应或结合。
在一些实施方案中，在采用反应性球霰石生产本发明的橡胶产品时，碳酸盐组合物中的反应性球霰石并不充当填充剂而是在与非胶结性添加剂和水接触时转变为文石，其中文石可与非胶结性添加剂结合，导致粘结和/或连接。橡胶产品中的碳酸盐添加剂的量可以变化，并可为大于1重量％，或大于3重量％，或大于5重量％，或大于10重量％，或大于25重量％，或大于50重量％，或大于60重量％，或大于70重量％，或大于80重量％，或大于90重量％；或者为10-85重量％，或10-75重量％，或10-65重量％，或10-55重量％，或10-45重量％，或10-35重量％，或10-25重量％，或10-15重量％，或25-85重量％，或25-75重量％，或25-60重量％，或25-50重量％，或50-75重量％，或50-60重量％。
橡胶产品中的碳酸盐添加剂或CO2截存添加剂中的文石的量可为50-100％w/w，或50-99％w/w，或50-95％w/w，或50-90％w/w，或50-80％w/w，或50-75％w/w，或50-60％w/w，或75-99％w/w，或80-99％w/w。
本发明的橡胶组合物包含可为天然的或合成的非胶结性添加剂。天然橡胶包括源自橡胶树或其他此类植物的乳状胶体悬浮液且呈异戊二烯单元的烃聚合物形式的橡胶。合成橡胶可来源于许多不同的合成聚合物，包括但不限于，聚苯乙烯-丁二烯、聚异丁烯、乙烯-丙烯共聚物、聚氯丁橡胶、丁二烯-丙烯腈共聚物、含氟弹性体、聚氨酯、多硫化物、聚丙烯酸酯等。本发明的橡胶也可包含一种或多种添加剂，该添加剂包括硫化剂、硫化促进剂、加工油、抗老化剂、抗氧化剂和抗臭氧剂。在生产本发明的橡胶时，可使用任何便利的方案将组分与CO2截存组合物掺合或混合。用于掺合组分的示例性方法包括：班伯里混合器、西格曼叶片式混合器、双臂混合器、涡流混合器、采用超声处理的混合器、采用重力搅动的混合器等。该橡胶可通过旋转压制、挤压、冲压、切割、模制或任何其他便利的方案进一步成形为最终的橡胶产品。
橡胶产品中的非胶结性添加剂的量可以变化，并可为大于1重量％，或大于3重量％，或大于5重量％，或大于10重量％，或大于25重量％，或大于50重量％，或大于60重量％，或大于70重量％，或大于80重量％，或大于90重量％；或者为10-95重量％，或10-85重量％，或10-75重量％，或10-65重量％，或10-55重量％，或10-45重量％，或10-35重量％，或10-25重量％，或10-15重量％，或25-95重量％，或25-85重量％，或25-75重量％，或25-60重量％，或25-50重量％，或50-85重量％，或50-75重量％，或50-60重量％。
粉笔
在一方面，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含碳酸盐添加剂，其中该碳酸盐添加剂包含球霰石，其中该非胶结性组合物用于粉笔。在一方面，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含碳酸盐添加剂，其中该碳酸盐添加剂包含反应性球霰石，其中该非胶结性组合物用于粉笔。如本文所用的“粉笔”以其常规意义使用以意指通常以棍棒或块的形式用于在粗糙表面进行书写或绘画的标记元件。在一些实施方案中，该碳酸盐添加剂是CO2截存添加剂。在一方面，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含CO2截存添加剂，其中该CO2截存添加剂包含球霰石，其中该非胶结性组合物用于粉笔。在一方面，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含CO2截存添加剂，其中该CO2截存添加剂包含反应性球霰石，其中该非胶结性组合物用于粉笔。在一方面，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含CO2截存添加剂，其中该CO2截存添加剂包含球霰石，其中该CO2截存添加剂具有小于-12‰的δ13C，且其中该非胶结性组合物用于粉笔。在一方面，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含CO2截存添加剂，其中该CO2截存添加剂包含反应性球霰石，其中该CO2截存添加剂具有小于-12‰的δ13C，且其中该非胶结性组合物用于粉笔。
在生产本发明的粉笔时，一定量的碳酸盐组合物可用作着色剂并用于改善产品的可加工性。本发明的粉笔产品除了采用一定量的碳酸盐添加剂或碳酸盐组合物之外，可根据传统的生产操作流程来生产。在一些实施方案中，在采用球霰石生产本发明的粉笔产品时，碳酸盐组合物中的球霰石充当替代粉笔产品中的一定量的非胶结性添加剂的填充剂，从而生产较便宜的和环境友好的产品。通常，加入填充剂使得填充剂不与非胶结性添加剂反应或结合。在一些实施方案中，在采用反应性球霰石生产本发明的粉笔产品时，碳酸盐组合物中的反应性球霰石并不充当填充剂而是在与非胶结性添加剂和水接触时转变为文石，其中文石可与非胶结性添加剂结合导致粘结和/或连接。
粉笔产品中的碳酸盐添加剂的量可以变化，并可为大于1重量％，或大于3重量％，或大于5重量％，或大于10重量％，或大于25重量％，或大于50重量％，或大于60重量％，或大于70重量％，或大于80重量％，或大于90重量％；或者为10-85重量％，或10-75重量％，或10-65重量％，或10-55重量％，或10-45重量％，或10-35重量％，或10-25重量％，或10-15重量％，或25-85重量％，或25-75重量％，或25-60重量％，或25-50重量％，或50-75重量％，或50-60重量％。
粉笔产品中的碳酸盐添加剂或CO2截存添加剂中的文石的量可为50-100％w/w，或50-99％w/w，或50-95％w/w，或50-90％w/w，或50-80％w/w，或50-75％w/w，或50-60％w/w，或75-99％w/w，或80-99％w/w。
本发明中的粉笔是一定量的包含球霰石如反应性球霰石的碳酸盐组合物与一种或多种非胶结性添加剂如热固性合成粘结剂的混合物，该混合物进一步加工成棍棒或块的形式。在粉笔的生产中使用的粘结剂可以是任何常规的热固性合成粘结剂。示例性的粘结剂包括未固化的环氧树脂、聚酯树脂、聚氨酯树脂或丙烯酸树脂或它们的相容混合物。棍棒或块状的粉笔通过形成碳酸盐组合物与合成粘结剂的均匀混合物并在室温、高压下对其进行压制来生产。该程序优选为使组分的混合物在挤压机中进行处理，冷却并粉碎成细粒径，例如100微米或更小，包括75微米或更小，优选为60微米或更小。然后将所得组分的粉状混合物在室温及足以使粉末紧固成粉笔状且具有易碎一致性的棍棒或块的压力(例如，10-35MPa)下进行压制。也可从较大的预先压制的块中切出较小的棍棒或块。也可使用上述的方法生产有色粉笔，不同之处在于可将着色剂(即染料)加入至碳酸盐组合物和粘结剂的混合物中。
沥青产品
在一方面，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含碳酸盐添加剂，其中该碳酸盐添加剂包含球霰石，其中该非胶结性组合物用于沥青产品。在一方面，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含碳酸盐添加剂，其中该碳酸盐添加剂包含反应性球霰石，其中该非胶结性组合物用于沥青产品。如本文所用的“沥青”(即柏油)以其常规意义使用以意指在从原油中除去石脑油(naptha)、汽油、煤油和其他馏分后由石油蒸馏中的馏分(cut)得到的、主要由高分子量的烃组成的生产的或天然的黑色或深色固体、半固体或粘性材料。在一些实施方案中，碳酸盐添加剂是CO2截存添加剂。在一方面，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含CO2截存添加剂，其中该CO2截存添加剂包含球霰石，其中该非胶结性组合物用于沥青产品。在一方面，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含CO2截存添加剂，其中该CO2截存添加剂包含反应性球霰石，其中该非胶结性组合物用于沥青产品。在一方面，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含CO2截存添加剂，其中该CO2截存添加剂包含球霰石，其中该CO2截存添加剂具有小于-12‰的δ13C，并且其中该非胶结性组合物用于沥青产品。在一方面，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含CO2截存添加剂，其中该CO2截存添加剂包含反应性球霰石，其中该CO2截存添加剂具有小于-12‰的δ13C，并且其中该非胶结性组合物用于沥青产品。
在生产本发明的沥青时，一定量的碳酸盐组合物可用作着色剂并用于改善产品的可加工性。本发明的沥青产品除了采用一定量的碳酸盐添加剂或碳酸盐组合物之外，可根据传统的生产操作流程来生产。在一些实施方案中，在采用球霰石生产本发明的沥青产品时，碳酸盐组合物中的球霰石充当替代沥青产品中的一定量的非胶结性添加剂的填充剂，从而生产较便宜的和环境友好的产品。通常，加入填充剂使得填充剂不与非胶结性添加剂反应或结合。在一些实施方案中，在采用反应性球霰石生产本发明的沥青产品时，碳酸盐组合物中的反应性球霰石并不充当填充剂而是在与非胶结性添加剂和水接触时转变为文石，其中文石可与非胶结性添加剂结合，导致粘结和/或连接。
沥青产品中的碳酸盐添加剂的量可以变化，并可为大于1重量％，或大于3重量％，或大于5重量％，或大于10重量％，或大于25重量％，或大于50重量％，或大于60重量％，或大于70重量％，或大于80重量％，或大于90重量％；或者为10-85重量％，或10-75重量％，或10-65重量％，或10-55重量％，或10-45重量％，或10-35重量％，或10-25重量％，或10-15重量％，或25-85重量％，或25-75重量％，或25-60重量％，或25-50重量％，或50-75重量％，或50-60重量％。
沥青产品中的碳酸盐添加剂或CO2截存添加剂中的文石的量可为50-100％w/w，或50-99％w/w，或50-95％w/w，或50-90％w/w，或50-80％w/w，或50-75％w/w，或50-60％w/w，或75-99％w/w，或80-99％w/w。沥青产品的分子组成可以变化。本发明的沥青产品可进一步包含非胶结性添加剂，诸如具有包括但不限于醇、羧基、酚、氨基、硫醇官能团的官能团的饱和的和不饱和的脂肪族和芳香族化合物。在一个示例性的实施方案中，沥青产品可以是80重量％的碳、10重量％的氢、6重量％的硫、3％总重量的氧和氮，并且还可包括痕量的多种金属，诸如铁、镍和钒。沥青产品的分子量范围可为0.2kDa至50kDa，诸如1kDa至25kDa，包括2kDa至10kDa。沥青的组分可以是沥青质(即不溶于己烷或庚烷的高分子量化合物)或软沥青(即可溶于己烷或庚烷的低分子量化合物)。沥青产品中的沥青质的量可以变化，范围为5％至25％(重量)，诸如10％至20％，并包括12％至15％。在一些实施方案中，本发明的沥青产品还可包含聚合物添加剂，以提高可加工性、粘弹性和应变恢复性。示例性的聚合物添加剂包括聚丁二烯、聚异戊二烯、乙烯/乙酸乙烯酯共聚物、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚氯丁二烯等。
感兴趣的沥青产品还包括一定量的骨料。骨料可以是任何适宜的骨料材料。骨料材料可以是CO2截存骨料，例如，如在名称为“Rockand aggregate,and methods of making and using the same”的美国专利申请序列号12/475,378中所描述的，该美国专利申请的公开内容通过引用并入本文。本发明的沥青产品除了采用一定量的本发明的碳酸盐组合物之外，可按照传统的生产操作流程来制备。同样，可将一定量的碳酸盐添加剂与其他非胶结性添加剂如沥青产品(例如，沥青、骨料、稀释溶剂、聚合物添加剂)组合，然后进行混合以生产最终的沥青产品。
涂料
在一方面，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含碳酸盐添加剂，其中该碳酸盐添加剂包含球霰石，其中该非胶结性组合物用于涂料。在一方面，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含碳酸盐添加剂，其中该碳酸盐添加剂包含反应性球霰石，其中该非胶结性组合物用于涂料。在一些实施方案中，该碳酸盐添加剂是CO2截存添加剂。如本文所用的“涂料”包括任何液体的、可液化的或膏状的组合物，其在以薄层涂敷于基底后转变为不透明的固体膜。在一方面，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含CO2截存添加剂，其中该CO2截存添加剂包含球霰石，其中该非胶结性组合物用于涂料产品。在一方面，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含CO2截存添加剂，其中该CO2截存添加剂包含反应性球霰石，其中该非胶结性组合物用于涂料产品。在一方面，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含CO2截存添加剂，其中该CO2截存添加剂包含球霰石，其中该CO2截存添加剂具有小于-12‰的δ13C，并且其中该非胶结性组合物用于涂料产品。在一方面，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含CO2截存添加剂，其中该CO2截存添加剂包含反应性球霰石，其中该CO2截存添加剂具有小于-12‰的δ13C，并且其中该非胶结性组合物用于涂料产品。
在生产本发明的涂料产品时，一定量的碳酸盐组合物可用作着色剂并用于改善产品的可加工性。本发明的涂料产品除了采用一定量的碳酸盐添加剂或碳酸盐组合物之外，可根据传统的生产操作流程来生产。在一些实施方案中，在采用球霰石生产本发明的涂料产品时，碳酸盐组合物中的球霰石充当替代涂料产品中的一定量的非胶结性添加剂的填充剂，从而生产较便宜的和环境友好的产品。可加入填充剂使得填充剂不与非胶结性添加剂反应或结合。在一些实施方案中，在采用反应性球霰石生产本发明的涂料产品时，碳酸盐组合物中的反应性球霰石并不充当填充剂而是在与非胶结性添加剂和水接触时转变为文石，其中文石可与非胶结性添加剂结合，导致粘结和/或连接。
涂料产品中的碳酸盐添加剂的量可以变化，并可为大于1重量％，或大于3重量％，或大于5重量％，或大于10重量％，或大于25重量％，或大于50重量％，或大于60重量％，或大于70重量％，或大于80重量％，或大于90重量％；或者为10-85重量％，或10-75重量％，或10-65重量％，或10-55重量％，或10-45重量％，或10-35重量％，或10-25重量％，或10-15重量％，或25-85重量％，或25-75重量％，或25-60重量％，或25-50重量％，或50-75重量％，或50-60重量％。
涂料产品中的碳酸盐添加剂或CO2截存添加剂中的文石的量可为50-100％w/w，或50-99％w/w，或50-95％w/w，或50-90％w/w，或50-80％w/w，或50-75％w/w，或50-60％w/w，或75-99％w/w，或80-99％w/w。
本发明的涂料产品可进一步包含非胶结性添加剂，诸如一种或多种下列组分：颜料、粘结剂、溶剂和添加剂。颜料是掺入到涂料中的粒状固体，例如，以有助于着色、韧性或仅用以降低涂料的成本。感兴趣的颜料包括天然的和合成的类型。天然颜料包括各种粘土、碳酸钙、云母、二氧化硅和滑石。合成颜料包括工程化分子(engineeredmolecules)、煅烧的粘土、钡白、沉淀碳酸钙和合成二氧化硅。在使涂料不透明时，盖底颜料还保护基底免受紫外线的有害影响。盖底颜料包括二氧化钛、酞菁蓝、氧化铁红及许多其他颜料。填充剂是一种起到增加膜厚、支持其结构并仅增加涂料的体积的作用的特殊类型的颜料。感兴趣的填充剂包括惰性材料，如滑石、石灰、重晶石、粘土等。将受到磨损的地板涂料甚至可含有细石英砂作为填充剂。并非所有的涂料均可包含填充剂。一些涂料包含非常大的比例的颜料/填充剂与粘结剂。
可使用本发明的碳酸盐添加剂来替代给定涂料中的全部或一些上述颜料组分。粘结剂或树脂是涂料的成膜组分。粘结剂赋予粘附性，将颜料结合在一起，并强烈地影响如光泽潜能(gloss potential)、户外耐久性、柔性和韧性等性能。感兴趣的粘结剂包括合成或天然的树脂，如丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、聚酯树脂、三聚氰胺树脂、环氧树脂或油等。可存在感兴趣的溶剂，例如用于调节涂料的粘度。该溶剂可以是挥发性的以便不成为涂料膜的一部分。可以包含溶剂以在液体状态下控制流动和应用性能并影响涂料的稳定性。感兴趣的溶剂包括水，例如，基于水的涂料和有机溶剂，例如，脂肪族化合物、芳香族化合物、醇和酮。诸如石油馏出物、酯、乙二醇醚等有机溶剂获得应用。感兴趣的添加剂包括用于改进表面张力、改善流动性、改善成品外观、增加湿边缘、改善颜料的稳定性、赋予防冻性能、控制起泡、控制结皮等的添加剂。其他类型的添加剂包括催化剂、增稠剂、稳定剂、乳化剂、调质剂、助粘剂、紫外线稳定剂、去光泽剂(除光泽剂)、用于抗细菌生长的杀生剂等。
本发明的涂料产品除了采用一定量的本发明的碳酸盐添加剂之外，可根据传统的生产操作流程来制备。涂料中的碳酸盐添加剂的量可以变化，并且可为1重量％或更多，诸如3重量％或更多，包括5重量％或更多，诸如25重量％或更多。同样，可将一定量的碳酸盐添加剂与涂料的其他组分(诸如颜料、粘结剂、溶剂或添加剂)组合，随后进行混合以生产最终的涂料产品。
涂料产品中的非胶结性添加剂的量可以变化，并可为大于1重量％，或大于3重量％，或大于5重量％，或大于10重量％，或大于25重量％，或大于50重量％，或大于60重量％，或大于70重量％，或大于80重量％，或大于90重量％；或者为10-95重量％，或10-85重量％，或10-75重量％，或10-65重量％，或10-55重量％，或10-45重量％，或10-35重量％，或10-25重量％，或10-15重量％，或25-95重量％，或25-85重量％，或25-75重量％，或25-60重量％，或25-50重量％，或50-85重量％，或50-75重量％，或50-60重量％。
个人护理产品、清洁产品及其他不可摄取的产品
在一方面，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含碳酸盐添加剂，其中该碳酸盐添加剂包含球霰石，其中该非胶结性组合物用于不可摄取的产品。在一方面，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含碳酸盐添加剂，其中该碳酸盐添加剂包含反应性球霰石，其中该非胶结性组合物用于不可摄取的产品。在一些实施方案中，该碳酸盐添加剂是CO2截存添加剂。如本文所用的“不可摄取的”包括不适于消耗的化合物。感兴趣的是将本发明的碳酸盐组合物和非胶结性添加剂掺入至个人护理产品中的不可摄取的制剂。在一方面，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含CO2截存添加剂，其中该CO2截存添加剂包含球霰石，其中该非胶结性组合物用于不可摄取的产品。在一方面，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含CO2截存添加剂，其中该CO2截存添加剂包含反应性球霰石，其中该非胶结性组合物用于不可摄取的产品。在一方面，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含CO2截存添加剂，其中该CO2截存添加剂包含球霰石，其中该CO2截存添加剂具有小于-12‰的δ13C，并且其中该非胶结性组合物用于不可摄取的产品。在一方面，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含CO2截存添加剂，其中该CO2截存添加剂包含反应性球霰石，其中该CO2截存添加剂具有小于-12‰的δ13C，并且其中该非胶结性组合物用于不可摄取的产品。本发明的个人护理产品是旨在用于清洁目的或个人使用诸如用于健康和/或卫生目的的组合物。个人护理产品可以是涉及防晒(例如，防晒霜(sunscreen)、防晒油、自晒黑组合物、古铜色护肤品)、婴儿护理(例如，尿布、婴儿擦拭物、婴儿爽身粉、尿布疹产品)、面部和身体护理(例如，痤疮预防擦拭物、痤疮治疗霜、洁面皂和去角质皂、止汗剂、除臭剂、剃须后洗剂、浴皂、沐浴露(bath wash)、剃须膏、剃须凝胶、卸妆水、保湿剂、抗皱霜、洗剂)、足部护理(止痒膏、抗真菌膏)、口腔护理(牙膏、漱口水)、毛发护理(洗发液、护发素、喷发剂、发胶、摩丝(mouse)、染发剂、脱毛处理剂、毛发漂白剂)和急救护理(First Aid)(绷带、抗菌喷雾剂、抗细菌凝胶)的产品。另一种类型的个人护理产品是化妆品。本发明的化妆品是彩妆产品，其包括但不限于，睫毛膏、眼影、眼线笔、腮红、遮瑕霜、粉底、扑面粉、口红、唇彩、护唇膏、唇线笔和指甲油。另一种类型的个人护理产品是清洁产品。本发明的清洁产品是主要用于去除污垢、污点、杂质、微生物等的化合物。本发明的清洗产品可以是涉及洗衣店用清洁剂(例如，洗衣店用洗涤剂、去污剂、织物软化剂)、餐具洗涤产品(餐具洗涤液、餐具洗涤粉、餐具洗涤凝胶、冲洗剂、速干剂)、室内除臭产品、浴室清洁剂(厕所、淋浴器、大理石、瓷器)、粉末漂白剂、鞋油和多用途清洁剂的产品。
在一些实施方案中，在采用球霰石生产本发明的不可摄取的产品时，碳酸盐组合物中的球霰石充当替代不可摄取的产品中的一定量的非胶结性添加剂的填充剂，从而生产较便宜的和环境友好的产品。通常，加入填充剂使得填充剂不与非胶结性添加剂反应或结合。在一些实施方案中，本发明的碳酸盐组合物除球霰石如反应性球霰石转变为用于连接或粘结的文石之外，还可在不可摄取的产品中用作磨料、吸收剂、缓冲剂、抗结块剂、着色剂、遮光剂、紫外线散射剂或口腔护理剂。在采用反应性球霰石生产本发明的可摄取的产品时，碳酸盐组合物中的反应性球霰石并不充当填充剂而是在与非胶结性添加剂和水接触时转变为文石，其中文石可与非胶结性添加剂结合，导致粘结和/或连接。
可使用本文提供的CO2截存组合物完全取代或者除去以及替代一定量的通常见于不可摄取的产品中的传统的磨料、吸收剂、缓冲剂、填充剂、着色剂、抗结块剂、遮光剂、紫外线散射剂或口腔护理剂。用于替代传统添加剂的碳酸盐组合物可以以诸如1重量％或更多，诸如3重量％或更多，包括5重量％或更多，诸如25重量％或更多、50重量％或更多、75重量％或更多的量存在。不可摄取的产品中的碳酸盐添加剂的量可以变化，并且可为大于1重量％，或大于3重量％，或大于5重量％，或大于10重量％，或大于25重量％，或大于50重量％，或大于60重量％，或大于70重量％，或大于80重量％，或大于90重量％；或者为10-85重量％，或10-75重量％，或10-65重量％，或10-55重量％，或10-45重量％，或10-35重量％，或10-25重量％，或10-15重量％，或25-85重量％，或25-75重量％，或25-60重量％，或25-50重量％，或50-75重量％，或50-60重量％。
不可摄取的产品中的碳酸盐添加剂或CO2截存添加剂中的文石的量可以是50-100％w/w，或50-99％w/w，或50-95％w/w，或50-90％w/w，或50-80％w/w，或50-75％w/w，或50-60％w/w，或75-99％w/w，或80-99％w/w。
在一些实施方案中，本发明的碳酸盐组合物可以在不可摄取的产品中用作磨料。“磨料”意指当在表面上使用时能够使表面磨损、光滑、擦亮、抛光、磨碎等的、包含一定量的粗糙度的化合物。磨料的粗糙度可根据碳酸盐组合物的粒径而不同。在一些情况下，碳酸盐组合物的粒径较小(≤0.5微米)，并且可在仅期望轻微磨损时掺入至不可摄取的产品(例如，浴室清洁剂、婴儿擦拭物)中。在其他情况下，碳酸盐沉淀物的粒径较大(≥5微米)，并且可在期望强烈磨损时掺入至不可摄取的产品(例如，浴皂，牙膏)中。采用碳酸盐组合物作为磨料的本发明的示例性的不可摄取的产品包括牙膏、鞋油、漱口水、洁面皂、去角质产品、痤疮预防擦拭物、浴皂、沐浴露、卸妆水、婴儿擦拭物、尿布疹产品、浴室清洁剂、粉末漂白剂和多用途清洁剂。在一些实施方案中，碳酸盐组合物用作用于去除涂料的磨料，诸如在使用爆破技术的过程中，其中磨料悬浮在液体中并被施加到涂覆有涂料或涂层的表面。在本发明的一些实施方案中，在表面为精致的，例如轻质金属和塑料表面时，碳酸盐组合物可用作用于去除涂料的磨料。
在其他实施方案中，本发明的碳酸盐组合物可在不可摄取的产品中用作吸收剂。“吸收剂”意指具有吸收或吸入液体的能力的化合物(即，干燥剂)。采用碳酸盐组合物作为吸收剂的本发明的示例性的不可摄取的产品包括眼影、腮红、遮瑕霜、粉底、扑面粉、防晒霜、防晒油、自晒黑组合物、古铜色护肤品、婴儿爽身粉、尿布疹产品、除臭剂和止汗剂。
在其他实施方案中，本发明的碳酸盐组合物可在不可摄取的产品中用作防结块剂。“防结块剂”意指防止固体组合物形成大的集合体(即，块)并有利于形成均匀的粒状或粉末状组合物的化合物。使用碳酸盐组合物作为抗结块剂的本发明的示例性的不可摄取的产品包括婴儿爽身粉、粉底、扑面粉、腮红、眼影、尿布疹产品、遮瑕霜、洗衣店洗涤剂、餐具洗涤粉、冲洗剂、速干剂、室内除臭粉、浴室清洁剂和粉末漂白剂。
在其他实施方案中，本发明的碳酸盐组合物可在不可摄取的产品中用作缓冲剂。“缓冲剂”意指最小化pH变化的化合物。因此，碳酸盐组分可起到缓冲传统上在这些产品的配制中使用的任何酸性或碱性组分的作用或可用于在其使用期间保持合适的pH。采用碳酸盐组合物作为缓冲剂的本发明的示例性的不可摄取的产品包括唇彩、指甲油、防晒霜、防晒油、婴儿擦拭物、痤疮预防擦拭物、痤疮治疗霜、洁面皂和去角质皂、止汗剂、除臭剂、剃须后洗剂、浴皂、沐浴露、剃须膏、剃须凝胶、卸妆水、保湿剂、抗皱霜、抗干燥洗剂、止痒膏、抗真菌膏、护发素、喷发剂、发胶、摩丝、染发剂、脱毛治疗剂、毛发漂白剂、抗菌喷雾剂、抗细菌凝胶、洗衣店用洗涤剂、去污剂、牙齿美白剂、餐具洗涤液、餐具洗涤粉、餐具洗涤凝胶、冲洗剂、速干剂、浴室清洁剂和多用途清洁剂。
在其他实施方案中，本发明的碳酸盐组合物可在不可摄取的产品中用作填充剂。“填充剂”意指用于稀释其他固体或用于增加产品体积的非反应性固体成分。在一些情况下，碳酸盐组合物可用于稀释可以以非常少量存在的有效活性成分，从而使产品能够更容易地处理。在其他情况下，碳酸盐组合物可用于增加昂贵成分的体积而不会妨碍产品的主要功能。使用碳酸盐组合物作为填充剂的本发明的示例性的不可摄取的产品包括婴儿爽身粉、粉底、扑面粉、腮红、眼影、尿布疹产品、遮瑕霜、洗衣店用洗涤剂、餐具洗涤粉、冲洗剂、速干剂、室内除臭粉、浴室清洁剂和粉末漂白剂。
在其他实施方案中，本发明的碳酸盐组合物可在不可摄取的产品中用作着色剂。“着色剂”意指能够赋予产品颜色的化合物。由于本发明的碳酸盐沉淀物固有的颜色为白色，因此它能够改善已经为白色产品的白色，并且淡化那些非白色产品的颜色。使用碳酸盐组合物作为填充剂的本发明的示例性的不可摄取的产品包括眼影、腮红、遮瑕霜、粉底、扑面粉、防晒霜、防晒油、自晒黑组合物、古铜色护肤品、婴儿爽身粉、痤疮治疗霜、洁面皂、去角质皂、止汗剂、除臭剂、浴皂、沐浴露、剃须膏、保湿剂、抗皱霜、牙齿美白剂、洗剂、止痒膏(anti-inch cream)、抗真菌膏、牙膏、洗发液、护发素、头发用摩丝、染发剂、洗衣店用洗涤剂、餐具洗涤粉和室内除臭产品。
在其他实施方案中，本发明的碳酸盐组合物可在不可摄取的产品中用作遮光剂。“遮光剂”意指降低了产品的清澈或透明外观的物质。不可摄取的产品的不透明度可根据碳酸盐组合物的粒径而不同。对于基本上不透明的材料(例如，抗皱霜)，可使用大的粒径(≥1微米)。对于需要相对较低的不透明度的组合物，可使用小颗粒(≤0.5微米)。采用碳酸盐组合物作为遮光剂的本发明的示例性的不可摄取的产品包括抗皱霜、古铜色护肤品、防晒油和自晒黑组合物。
在其他实施方案中，本发明的碳酸盐组合物可在不可摄取的产品中用作口腔护理剂。“口腔护理剂”意指可用于抛光牙齿、减少口腔异味或以其他方式使牙齿和口腔清洁或除臭的化合物。除了作为用于抛光牙齿的柔和磨料之外，所述碳酸盐组合物还可在掺入至用于口腔卫生的产品中时，缓冲促进龋齿的酸并提供口腔护理产品的美白组分。采用碳酸盐组合物作为口腔护理剂的本发明的示例性的不可摄取的产品包括牙膏、牙齿美白剂和漱口水。
在其他实施方案中，本发明的碳酸盐组合物可在不可摄取的产品中用作紫外线散射剂。“紫外线散射剂”意指能够充分地散射紫外光的化合物。经散射从而不可用于吸收的紫外光(即，波长≤380nm的光)的量可根据碳酸盐沉淀物的粒径而不同。在一些情况下，散射的紫外光的量可以是10％或更多，包括25％或更多，如50％或更多。在本发明的一些实施方案中，碳酸盐组合物可以是用于保护免受紫外线辐射的唯一组分。在其他实施方案中，碳酸盐组合物也可与常规的紫外线吸收组合物组合使用以防止紫外线辐射。采用碳酸盐组合物作为紫外线散射剂的本发明的示例性的不可摄取的产品包括防晒霜、扑面粉、腮红和粉底。
食品、维生素、营养补充剂、药物和其他可摄取的产品
在一方面，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含碳酸盐添加剂，其中该碳酸盐添加剂包含球霰石，其中该非胶结性组合物用于可摄取的产品。在一方面，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含碳酸盐添加剂，其中该碳酸盐添加剂包含反应性球霰石，其中该非胶结性组合物用于可摄取的产品。在一些实施方案中，该碳酸盐添加剂是CO2截存添加剂。如本文所用的“可摄取的产品”包括口服的组合物，虽然当可摄取的组合物被配制成用于人类消耗时，它们可能不被消化。本发明的可摄取的产品可包括食品、维生素、营养补充剂、药物和矿物强化产品。在一方面，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含CO2截存添加剂，其中该CO2截存添加剂包含球霰石，其中该非胶结性组合物用于可摄取的产品。在一方面，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含CO2截存添加剂，其中该CO2截存添加剂包含反应性球霰石，其中该非胶结性组合物用于可摄取的产品。在一方面，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含CO2截存添加剂，其中该CO2截存添加剂包含球霰石，其中该CO2截存添加剂具有小于-12‰的δ13C，并且其中该非胶结性组合物用于可摄取的产品。在一方面，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含CO2截存添加剂，其中该CO2截存添加剂包含反应性球霰石，其中该CO2截存添加剂具有小于-12‰的δ13C，并且其中该非胶结性组合物用于可摄取的产品。
感兴趣的是将本文提供的碳酸盐组合物掺入至食品中的新的可摄取的制剂。食品是通常由碳水化合物、脂肪、水和/或蛋白质组成用于营养或欢愉的任何可摄取的固体或液体。在某些实施方案中，本文提供的碳酸盐组合物可在食品中用作缓冲剂、填充剂、抗结块剂、着色剂、乳化剂或稳定剂。通常见于食品中的传统的缓冲剂、填充剂、抗结块剂、着色剂、乳化剂和稳定剂可由本文提供的碳酸盐组合物完全取代或者除去及替代其中一定的量。
在一些实施方案中，碳酸盐组合物可在食品中用作缓冲剂。如上所述，碳酸盐组合物可起到最小化由传统上在这些产品的配制中使用的任何酸性或碱性组分引起的pH变化的作用，或可用于保持对于味道而言适宜的pH。采用碳酸盐组合物作为缓冲剂的示例性的食品包括调味剂、脂肪乳剂(如沙拉酱调料)、水基调味饮料(如能量饮料、运动饮料、电解质饮料)、豆制品(如酱油)、加工的水果、水果罐头、加工的蔬菜、蔬菜罐头、加工的肉类、肉罐头、啤酒、葡萄酒、苹果酒、麦芽饮料、罐装汤。
在其他实施方案中，碳酸盐组合物可在食品中用作填充剂。如上所述，填充剂是用于稀释其他固体或用于增加产品体积的非反应性固体成分。采用碳酸盐组合物作为填充剂的示例性的食品包括调味品、基于乳制品的产品、糖果物质、婴儿食品、婴儿配方食品(babyformula)、甜味剂、奶粉、食用肠衣和代乳品。
在其他实施方案中，碳酸盐组合物可在食品中用作抗结块剂。如上所述，抗结块剂用于防止固体组合物形成大的集合体(即，块)并有利于形成均匀的粒状或粉末状组合物。采用碳酸盐组合物作为抗结块剂的示例性的食品包括奶粉、婴儿配方食品、糖果物质、甜味剂和调味品。
在其他实施方案中，碳酸盐组合物可在食品中用作乳化剂。“乳化剂”意指形成或维持两个或更多个不混溶相的均匀混合物的物质。在一些情况下，碳酸盐组合物可用于在食品中形成油和水的混合物。采用碳酸盐组合物作为乳化剂的示例性的食品包括脂肪乳剂(如沙拉酱调料)、肉汤和调味剂。
在其他实施方案中，碳酸盐组合物可在食品中用作着色剂。如上所述，着色剂是能够赋予产品颜色的化合物。由于本文所提供的碳酸盐沉淀物固有的颜色为白色，因此它能够改善已经为白色产品的白色，并且淡化那些非白色产品的颜色。采用碳酸盐组合物作为着色剂的示例性的食品包括基于乳制品的产品、代乳品、奶粉、甜味剂、调味品、婴儿配方食品、干蛋产品和糖果物质。
在其他实施方案中，碳酸盐组合物可在食品中用作稳定剂。“稳定剂”意指促进两种或更多种不混溶物质的均匀分散的物质。采用碳酸盐组合物作为稳定剂的示例性的食品包括基于乳制品的产品、罐装汤、代乳品、液体乳清和调味剂。
还感兴趣的是将碳酸盐组合物掺入至维生素、营养补充剂和药物中的新的可摄取的制剂。维生素、营养补充剂和药物可包括为了营养或医药目的而消耗的、并非食品(如上所述的)的任何可摄取的固体或液体。在某些实施方案中，碳酸盐组合物可在维生素、营养补充剂和药物中用作缓冲剂、填充剂、抗结块剂、着色剂和粘结剂。“粘结剂”意指用于将压缩的片或块状物的成分保持在一起的物质。维生素、营养补充剂和药物可为粉末、糖浆、液体、片剂、填充粉末的胶囊、液体-凝胶胶囊等的形式。维生素、营养补充剂和药物可包括但不限于非处方药、柜台后药物(behind-the-counter medication)、处方药、液体营养饮料、营养粉、减肥补充剂、多种维生素剂、营养食品、泻药、抗酸剂等。通常见于维生素、营养补充剂和药物中的传统的缓冲剂、填充剂、抗结块剂、着色剂和粘结剂可由本文所提供的碳酸盐组合物完全取代或者除去及替代其中一定的量。
取决于用于产生碳酸盐沉淀物(如下文详述的)的水和气流中的组分，示例性的实施方案包括制备用作膳食补充剂或用作抗酸剂(如钙补充剂)的片剂形式的碳酸盐沉淀物。可通过任何便利的方案将通过本发明的方法提供的基本上纯的碳酸钙和碳酸镁的沉淀物进一步加工成片剂。还可将碳酸盐沉淀物掺入至含多种膳食补充剂(如多种维生素剂)的片剂中。
在另一个示例性的实施方案中，本发明的碳酸盐组合物可用于食品的矿物强化。“矿物强化”意指在生产或加工过程中向食物中加入矿物(例如，钙、镁)。本发明的食品可使用任何便利的方案，例如将CO2截存组合物与食品混合，通过基本纯的碳酸盐沉淀物采用矿物进行强化。根据食品的种类，加入的碳酸盐组合物的量可以变化，范围为5mg至1500mg，例如10mg至500mg，且包括100mg至200mg。可采用本发明的碳酸盐组合物进行强化的示例性的食品包括但不限于：烘焙的食品(例如，面包、小甜点、软烤饼、薄脆饼干、华夫饼干、煎饼、蛋糕)、棒状物(如烤棒、早餐棒、燕麦棒、能量棒)、饮料(如乳品和非乳品的不透明饮料)、早餐谷类食品、口香糖、糖果(如不透明硬质糖果、巧克力、牛轧糖、焦糖、奶油食品)、冷冻甜点(如冰淇淋、冷冻大豆甜点、冷冻酸奶)、婴儿配方食品、成分浓缩食品(如面粉、膳食、谷物、小麦、玉米、大米、燕麦)、液体膳食(如正餐代用品，糖尿病专用配制品，节食或减肥饮品)、牛奶、意大利面食(如通心粉、意大利式细面条、面条、蒸粗麦粉、拉面、方便面)、粉状饮料混合剂(如调味乳、能量饮料、蛋白质饮料)、益生素、豆奶、豆腐、酸奶(如批量发酵的酸奶、饮用酸奶、基于酸奶的冰沙)。
动物可摄取的产品
在一方面，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含碳酸盐添加剂，其中该碳酸盐添加剂包含球霰石，其中该非胶结性组合物用于动物可摄取的产品。在一方面，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含碳酸盐添加剂，其中该碳酸盐添加剂包含反应性球霰石，其中该非胶结性组合物用于动物可摄取的产品。在一些实施方案中，该碳酸盐添加剂是CO2截存添加剂。“动物可摄取的”意指口服并配制用于非人类(例如，家畜、宠物)消耗的组合物。在一方面，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含CO2截存添加剂，其中该CO2截存添加剂包含球霰石，其中该非胶结性组合物用于动物可摄取的产品。在一方面，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含CO2截存添加剂，其中该CO2截存添加剂包含反应性球霰石，其中该非胶结性组合物用于动物可摄取的产品。在一方面，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含CO2截存添加剂，其中该CO2截存添加剂包含球霰石，其中该CO2截存添加剂具有小于-12‰的δ13C，并且其中该非胶结性组合物用于动物可摄取的产品。在一方面，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含CO2截存添加剂，其中该CO2截存添加剂包含反应性球霰石，其中该CO2截存添加剂具有小于-12‰的δ13C，并且其中该非胶结性组合物用于动物可摄取的产品。
本发明的动物可摄取的产品可包括但不限于：用于动物消耗的动物食品、维生素、营养补充剂和药物。感兴趣的是新的动物可摄取的产品制剂，该制剂使用本发明的碳酸盐组合物作为缓冲剂、填充剂、抗结块剂、着色剂、乳化剂、稳定剂和粘结剂应用至用于动物消耗的食品、维生素、营养补充剂和药物中。通常见于动物可摄取的产品中的传统的缓冲剂、填充剂、抗结块剂、着色剂、乳化剂、稳定剂和粘结剂可由本发明的碳酸盐组合物完全取代或者除去及替代其中一定的量。
农产品
在一方面，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含碳酸盐添加剂，其中该碳酸盐添加剂包含球霰石，其中该非胶结性组合物用于农产品。在一方面，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含碳酸盐添加剂，其中该碳酸盐添加剂包含反应性球霰石，其中该非胶结性组合物用于农产品。在一些实施方案中，该碳酸盐添加剂是CO2截存添加剂。在一方面，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含CO2截存添加剂，其中该CO2截存添加剂包含球霰石，其中该非胶结性组合物用于农产品。在一方面，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含CO2截存添加剂，其中该CO2截存添加剂包含反应性球霰石，其中该非胶结性组合物用于农产品。在一方面，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含CO2截存添加剂，其中该CO2截存添加剂包含球霰石，其中该CO2截存添加剂具有小于-12‰的δ13C，且其中该非胶结性组合物用于农产品。在一方面，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含CO2截存添加剂，其中该CO2截存添加剂包含反应性球霰石，其中该CO2截存添加剂具有小于-12‰的δ13C，并且其中该非胶结性组合物用于农产品。
“农产品”意指用于耕种田地，种植农作物或植被，耕作，以及饲养、繁殖和畜养牲畜，或与上述相关的任何其他活动的任何组合物。本发明的农产品可为土壤改良组合物(如肥料、修复产品)、害虫防治剂(杀菌剂、农药)或用于牲畜的营养和/或药物可摄取组合物(如上文所详述的)。本发明的碳酸盐组合物可作为补充剂添加至传统的农产品中或者完全替代常规使用的农产品。
在一些实施方案中，本发明的碳酸盐组合物是土壤改良剂。“土壤改良剂”包括旨在改善或修复用于农业使用的土壤的所需性质的组合物。在一些情况下，土壤改良剂是向土壤提供营养物质(例如钙、镁)的肥料。在其他情况下，土壤改良剂是减少土壤pH变化的缓冲剂。本发明的碳酸盐组合物可以以浆料或粉末形式与土壤接触。碳酸盐沉淀物在分散到土壤表面之前与水混合或者作为干粉进行分散。使所述组合物与土壤接触可使用任何便利的方案来实现。可通过重力给料或者通过软管、喷嘴或固定式喷雾器泵送来均匀地施用所述组合物。在其他情况下，本发明的土壤稳定组合物可从储器中倾出或手动施用而不使用任何工业机械。该组合物还可通过将该组合物泵送至待处理的土壤表面以下以在土壤内一定深度处释放该组合物，或通过使用常规挖掘机械挖掘至在土壤内一定深度并进一步施用该组合物来进行施用。然后该组合物与土壤混合。在任何本发明范围之内的各种处理中，土壤可进行原位混合，或者可从地面暂时移除用于混合然后进行替换。将土壤与碳酸盐组合物混合可使用任何便利的混合设备(例如，旋转式混合机等)来完成。然后转动所制备的碳酸盐组合物和土壤的混合物并且以均匀的方式掺合整个混合物。
在其他实施方案中，本发明的碳酸盐组合物可掺入至农药中。术语“农药”以其常规意义使用以意指用于消除、控制或抑制任何具有被认为是有害的或不希望的特征的生物的增殖的任何化合物。本发明的农药可包括那些用于对抗虫子、真菌、细菌、啮齿动物等的制剂。碳酸盐组合物可用在农药中以改善农药作用或有助于农药的应用。例如，碳酸盐组合物可用作吸水剂或用作成粒剂。在其他情况下，所述组合物可用作作物喷粉填充剂以促进农药在植物或作物上的均匀分布。本发明的农药除了加入一定量的碳酸盐组合物之外，可使用任何常规的方案来制备。农药中的碳酸盐添加剂的量可以变化，并且可以是1重量％或更多，诸如3重量％或更多，包括5重量％或更多，诸如25重量％或更多。碳酸盐组合物可在农药的配制过程中掺入至农药中，或者可在随后添加至成品农药产品中。将所述组合物掺入至农药中可通过将该组合物与农药混合并将混合物在搅动、涡旋或超声下旋转并掺合成均匀的农药产品来实现。
环境修复
在一方面，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含碳酸盐添加剂，其中该碳酸盐添加剂包含球霰石，其中该非胶结性组合物用于环境修复。在一方面，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含碳酸盐添加剂，其中该碳酸盐添加剂包含反应性球霰石，其中该非胶结性组合物用于环境修复。在一些实施方案中，该碳酸盐添加剂是CO2截存添加剂。“环境修复”包括从环境介质如土壤、地下水、沉积物或水中除去污染物或致污物以用于人类健康和环境的一般性保护。在一方面，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含CO2截存添加剂，其中该CO2截存添加剂包含球霰石，其中该非胶结性组合物用于环境修复。在一方面，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含CO2截存添加剂，其中该CO2截存添加剂包含反应性球霰石，其中该非胶结性组合物用于环境修复。在一方面，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含CO2截存添加剂，其中该CO2截存添加剂包含球霰石，其中该CO2截存添加剂具有小于-12‰的δ13C，并且其中该非胶结性组合物用于环境修复。在一方面，本文提供了一种非胶结性组合物，其包含CO2截存添加剂，其中该CO2截存添加剂包含反应性球霰石，其中该CO2截存添加剂具有小于-12‰的δ13C，并且其中该非胶结性组合物用于环境修复。
在一些实施方案中，采用本发明的碳酸盐组合物的环境修复是森林土壤恢复。碳酸盐组合物的施用可在森林土壤恢复中用于中和酸性土壤、改善土壤中的钙和镁的含量、增加有机影响的土层的生物活性、加强土壤中的硝化过程或稳定金属有机复合物以减少或防止重金属污染。本发明的碳酸盐组合物可通过使用任何便利的方案(如上文所讨论的)与森林土壤接触。它可使用重力给料的设备进行施用，或者它可通过软管、喷嘴或固定式喷雾器进行泵送。该组合物还可从储器中倾出或手动施用而不使用任何工业机械。在一些情况下，碳酸盐组合物可由直升机或作物喷粉飞机进行分散。
在其他实施方案中，采用本发明的碳酸盐组合物的环境修复是中和过度酸化水。“酸化水”意指在环境条件下的pH低于6.5并且通常更低，例如6.0并包括5.0的大水体(例如，池塘、湖泊)。碳酸盐组合物可通过任何便利的方案来施用。在一些情况下，该组合物作为浆料或作为细磨粉来施用。浆料通常从船或从位于水上的站台喷洒到水面上，而粉末通过直升机或固定翼飞机进行分散。碳酸盐组合物的施用可导致pH升高，该pH在1至4，包括2至4，如2.5至3.5的范围内变化。施加至酸化水中的碳酸盐组合物的量可显著地变化(取决于水体的大小和位置以及水的pH)，其范围为0.1kg至100kg或更多，诸如1000kg或更多，包括10,000kg或更多。
II.方法
本发明的方面包括制备碳酸盐组合物以及由碳酸盐组合物制备非胶结性组合物的方法。在一些实施方案中，碳酸盐组合物可通过生产碳酸盐添加剂或CO2截存添加剂来制备。在一方面，本文提供了一种生产非胶结性组合物的方法，该方法包括：生产碳酸盐添加剂，其中该碳酸盐添加剂包含球霰石；以及生产包含碳酸盐添加剂的非胶结性组合物。在一方面，本文提供了一种生产非胶结性组合物的方法，该方法包括：生产碳酸盐添加剂，其中该碳酸盐添加剂包含反应性球霰石；以及生产包含碳酸盐添加剂的非胶结性组合物。在一些实施方案中，该方法进一步包括向碳酸盐添加剂中加入非胶结性添加剂以形成非胶结性组合物。在一些实施方案中，该方法进一步包括通过截存CO2以形成碳酸盐添加剂来生产碳酸盐添加剂。“碳酸盐组合物”、“碳酸盐添加剂”和“CO2截存添加剂”在本文中可互换使用。
在一方面，本文提供了一种用于生产非胶结性产品的方法，该方法包括：a)生产碳酸盐添加剂，其中该碳酸盐添加剂包含反应性球霰石；b)将该碳酸盐添加剂与非胶结性添加剂混合；以及c)生产非胶结性产品。在一些实施方案中，本文提供了一种用于生产非胶结性产品的方法，该方法包括：a)使来自CO2源的CO2与质子去除剂接触以形成溶液；b)使溶液与包含碱土金属离子的水在一项或多项沉淀条件下接触以制备包含反应性球霰石的碳酸盐添加剂；c)将碳酸盐添加剂与非胶结性添加剂混合；以及d)生产非胶结性产品。
在一些实施方案中，生产碳酸盐添加剂或CO2截存添加剂的方法包括：碳酸化作用，诸如在碱性溶液中吸收二氧化碳以形成包含碳酸氢根离子、碳酸根离子或其组合的溶液；以及在一项或多项沉淀条件下用包含钙、镁或其组合的二价阳离子处理溶液以形成包含球霰石如反应性球霰石的碳酸盐添加剂。沉淀条件已在本文中描述。在一些实施方案中，电石石灰既提供质子去除剂源又提供二价阳离子源，以形成本文所述的碳酸盐添加剂。
在上述方面和实施方案中的一些实施方案中，同时进行步骤a)和步骤b)且原位形成包含反应性球霰石的碳酸盐添加剂。在上述方面和实施方案中的一些实施方案中，所述非胶结性添加剂是纸浆且包含反应性球霰石的碳酸盐添加剂原位转变为文石以形成纸制品。在一些实施方案中，本文提供了一种用于生产纸制品的方法，该方法包括：a)使CO2与包含质子去除剂、碱土金属离子和纸浆的溶液在一项或多项沉淀条件下接触以原位制备包含反应性球霰石的碳酸盐添加剂；b)使反应性球霰石原位转变为文石；以及c)形成纸制品。
在一些实施方案中，本文提供了一种用于生产非胶结性产品的的方法，该方法包括：a)生产碳酸盐添加剂，包括：煅烧石灰石以形成氧化钙，由氧化钙形成水合石灰，以及用CO2处理水合石灰，以形成包含反应性球霰石的碳酸盐添加剂，以及b)将碳酸盐添加剂与非胶结性添加剂混合以形成非胶结性产品。在一些实施方案中，除了形成的碳酸盐添加剂包含反应性球霰石之外，上述生产碳酸盐添加剂的方法是传统的PCC生产方法。
在一些实施方案中，本发明的方法和系统包括水性介质源、二氧化碳源、质子去除剂源和二价阳离子源。此类组分已在本文中描述。图2示出了根据本文提供的一些实施方案用于生产碳酸盐添加剂的方法的示意性流程图。
二氧化碳
在一些实施方案中，如图2所示，使水性介质诸如具有质子去除剂的水充有CO2以产生充有CO2的溶液30，然后使充有CO2的溶液经受碳酸盐化合物沉淀条件。在一些实施方案中，使CO2与电石石灰溶液接触，其中该电石石灰溶液既提供质子去除剂又提供钙离子，如下文所述。在此类实施方案中，形成碳酸盐添加剂。如图2所示，CO2气体流30与水性介质接触以产生充有CO2的水。充有CO2的水意指已使CO2气体与水接触的水，其中CO2分子已与水分子组合以产生，例如，碳酸、碳酸氢根和/或碳酸根离子。在实施方案中，当二价阳离子(如钙和/或镁离子)存在于水性介质(如水合石灰或电石石灰)中时，钙和/或镁的碳酸盐和/或碳酸氢根离子在充有CO2的水中形成。该步骤中使水中充入CO2导致水中CO2含量增加，例如以碳酸、碳酸氢根和/或碳酸根离子的形式，并伴随与水接触的废物流中pCO2的降低。充有CO2的水可以是酸性的，其pH为6或更低，如5或更低并包括4或更低。在某些实施方案中，用于向水中充入的气体中的CO2的浓度为10％或更高，25％或更高，包括50％或更高，如75％或甚至更高。
CO2源可以是液态、固态(例如，干冰)或气态的CO2源。在某些实施方案中，CO2源是气态的CO2源。在某些情况下，该气态CO2是来自工业工厂的废物流或产物。在这些实施方案中工业工厂的性质可以变化，其中感兴趣的工业工厂包括但不限于发电厂(例如，如在2008年12月24日提交的名称为“Method of sequestering CO2”的国际申请号PCT/US08/88318中进一步详细描述的，该申请的公开内容通过引用并入本文)、化学加工厂、轧钢厂、造纸厂、水泥厂(例如，如在美国临时申请序列号61/088,340中进一步详细描述的，该临时申请的公开内容通过引用并入本文)以及产生CO2副产物的其他工业工厂。废物流意指作为工业工厂活动过程的副产物而产生的气体流(或类似的流)。该气态流可以是基本纯的CO2或包括CO2和一种或多种其他气体的多组分气态流。在本发明方法的实施方案中可用作CO2源的多组分气态流(含有CO2)包括还原状态的气流，例如，合成气、转化的合成气、天然气和氢气等，以及氧化状态的气流，例如，来自燃烧的烟道气。含有NOx、SOx、VOC、微粒和Hg的废气将这些化合物与碳酸盐一起在沉淀产物中合并。可根据本发明进行处理的感兴趣的特定多组分气态流包括但不限于，含氧的火力发电厂烟道气、涡轮增压锅炉产物气体、煤气化产物气体、转化的煤气化产物气体、厌氧消化池产物气体、井口天然气流、重整的天然气或甲烷水合物等。
因此，废物流可由多种不同类型的工业工厂产生。适用于本发明的废物流包括由燃烧化石燃料(例如，煤、石油、天然气)或天然存在的有机燃料沉积物(例如，焦油砂、重油、油页岩等)的人工燃料产物的工业工厂所产生的废物流如烟道气。在一些实施方案中，适合本发明的系统和方法的废物流来源于燃煤发电厂，如煤粉发电厂、超临界燃煤发电厂、集中焚烧燃煤发电厂、流化床燃煤发电厂。在一些实施方案中，废物流来源于燃气或燃油锅炉和汽轮机发电厂、燃气或燃油锅炉简单循环燃气轮机发电厂或燃气或燃油锅炉联合循环燃气轮机发电厂。在一些实施方案中，使用由燃烧合成气(即，由例如煤、生物质等有机物的气化产生的气体)的发电厂产生的废物流。在一些实施方案中，使用来自整体煤气化联合循环(IGCC)工厂的废物流。在一些实施方案中，根据本发明的系统和方法，使用由余热回收蒸汽发生器(HRSG)工厂产生的废物流来产生组合物。
由水泥厂产生的废物流也适合于本发明的系统和方法。水泥厂废物流包括来自湿法和干法工厂的废物流，这些工厂可采用竖窑或回转窑，并且可包括预煅烧炉。这些工业工厂可各自燃烧单一燃料或者可相继地或同时燃烧两种或更多种燃料。
用于吸收CO2的接触方案包括但不限于直接接触方案，例如，将气体鼓泡通过一定体积的水；并流接触手段，即，在单向流动的气相流与液相流之间接触；逆流手段，即，在反向流动的气相流与液相流之间接触，等等。因此，如可能方便的，可通过使用浸渍器、鼓泡器、流体文丘里反应器、喷洒器、气体过滤器、喷雾器、塔板或填充柱反应器等来完成接触。
可采用多种不同的方法来制备本发明组合物中的碳酸盐添加剂。感兴趣的CO2截存方案包括但不限于在2008年5月23日提交的名称为“Hydraulic cements comprising carbonate compound compositions”的美国专利申请序列号12/126,776(其公开内容通过引用整体并入本文)中公开的那些方案。
在一些实施方案中，制备包含球霰石的碳酸盐添加剂的方法包括优化传统PCC方法，从而形成包含球霰石多晶型物的碳酸钙。本文描述了生产包含球霰石的碳酸盐添加剂的方法的一些实例。
在一些实施方案中，使来自咸水源的水或二价阳离子，例如含有碱土金属的水诸如水合石灰或电石石灰，与充有部分或全部溶解的CO2的溶液接触，随后使CO2溶液经受一项或多项碳酸盐化合物沉淀条件。在这些实施方案中，水合石灰或电石石灰还提供足以使碳酸钙和/或碳酸镁沉淀的质子去除剂或碱度。在一些实施方案中，本文提供了生产碳酸盐添加剂的方法，该方法包括通过使水合石灰在沉淀条件下碳化以形成包含球霰石的碳酸盐添加剂来生产碳酸盐添加剂。
在一些实施方案中，非胶结性添加剂可随二价阳离子一起加入，或可随着与CO2或充有CO2的溶液的接触而在电石石灰溶液中加入，从而原位形成包含反应性球霰石的碳酸盐添加剂。此外，也可使反应性球霰石原位转变为文石，从而形成非胶结性产物。例如，可将电石石灰溶液与纸浆混合并使CO2通过该溶液，以原位形成包含反应性球霰石的碳酸盐添加剂。随后可使反应性球霰石原位转变为文石并凝结及硬化以形成纸制品。
在一些实施方案中，生产碳酸盐添加剂的方法包括通过使电石石灰在沉淀条件下碳化以形成包含球霰石的碳酸盐添加剂来生产碳酸盐添加剂。沉淀条件已在本文中描述。电石石灰包含可以含有或可以不含有氧化钙的氢氧化钙并进一步包含其他通常见于电石石灰中的杂质。电石石灰的其他同义词包括电石污泥(carbide sludge)、发生器泥浆(generator slurry)、石灰浆、石灰污泥(lime sludge)、消石灰、氢氧化钙、水合石灰、石灰水和熟石灰。电石石灰是一种水合石灰浆，其可作为根据下式生成乙炔气体的副产物而产生：
CaC2+2H2O→C2H2+Ca(OH)2
使用电石石灰形成包含球霰石的沉淀物已在2012年3月29日提交的名称为“Methods and Systems for Utilizing Carbide Lime”的美国临时专利申请号61/617,243中进行了详细描述，该申请通过引用整体并入本文。电石石灰在形成碳酸钙中的这种应用还描述于与本申请同日提交的代理案卷号为CLRA-081的申请(其通过引用整体并入本文)中。
在一些实施方案中，通过使CO2气态流喷布(parging)或扩散通过溶液来得到充有CO2的水，从而制备充有部分或完全溶解的CO2的溶液。在一些实施方案中，含有CO2的溶液包含质子去除剂或pH提升剂。在一些实施方案中，将CO2气体鼓泡或喷布通过吸收器中的含有质子去除剂如氢氧化钠或氢氧化钾或碳酸钠或碳酸钾的溶液。在一些实施方案中，该吸收器可包括鼓泡室，在鼓泡室中将CO2气体鼓泡通过含有质子去除剂的溶液。在一些实施方案中，该吸收器可包括喷雾塔，在喷雾塔中将含有质子去除剂的溶液喷雾或循环通过CO2气体。在一些实施方案中，该吸收器可包括填充床，以增大CO2气体与含有质子去除剂的溶液之间的接触表面积。在一些实施方案中，典型的吸收器流体温度是32-37℃。用于吸收溶液中的CO2的吸收器在2010年3月10日提交的美国申请序列号12/721,549中有所描述，该申请通过引用整体并入本文。充有CO2的水随后可与二价阳离子即含碱土金属的水接触以形成碳酸盐添加剂。
质子去除剂
为了生产碳酸盐添加剂，将质子从溶液的各种物质(例如碳酸、碳酸氢根、水合氢离子等)中除去以使平衡朝向碳酸盐。术语“碱度来源”或“质子去除剂”或“pH提升剂”或“碱”在本文中可互换使用。随着质子被除去，更多的CO2进入溶液中。在一些实施方案中，在使含有二价阳离子的水溶液与CO2接触时使用质子去除剂和/或方法，以增加沉淀反应的一相中CO2的吸收，其中pH可保持恒定、升高或者甚至降低，随后迅速除去质子(例如，通过加入碱)以引起含有碳酸盐的沉淀材料的快速沉淀。质子可通过任何适当的方法从各种物质(例如碳酸、碳酸氢根、水合氢离子等)中除去，该方法包括但不限于使用天然存在的质子去除剂、使用微生物和真菌、使用合成的化学质子去除剂、回收人造废物流和使用电化学手段。
在一些实施方案中，用作二价阳离子源的水合石灰或电石石灰由于存在Ca(OH)2也充当质子去除剂源。
可使用任何便利的方法来提升吸收二氧化碳的水或溶液的pH。在某些实施方案中，可采用pH提升剂，其中此类试剂的实例包括氧化物、氢氧化物(例如，飞灰中的氧化钙、氢氧化钾、氢氧化钠、水镁石(Mg(OH)2等)、碳酸盐(如碳酸钠)等。在一些实施方案中，质子去除剂是来自燃煤发电厂的煤灰，该煤灰包含许多氧化物，以提升水的pH。产生合成气的其他煤工艺，如煤的气化，还产生氢气和一氧化碳，并且也可充当氢氧化物源。一些天然存在的矿物如蛇纹石含有氢氧化物，并可被溶解以产生氢氧化物源。加入蛇纹石还释放二氧化硅和镁至溶液中，导致形成含有二氧化硅的碳酸盐化合物。加入至水中的pH提升剂的量可取决于试剂的特定性质和被改性的水的体积，并且可足以将水的pH提升至期望值。或者，可通过电解水来将水源的pH提升至所期望的水平。在采用电解的情况下，可采用多种不同的方案，诸如使用汞电池法(也称为卡斯纳-凯耳纳(Castner-Kellner)法)、隔膜电池法和膜电池法。
天然存在的质子去除剂包括在可形成或具有局部碱性环境的更广泛环境中可见的任何质子去除剂。一些实施方案提供了天然存在的质子去除剂，包括在加入至溶液中时形成碱性环境的矿物。此类矿物包括但不限于石灰(CaO)、方镁石(MgO)、氢氧化铁矿物(例如针铁矿和褐铁矿)和火山灰。本文提供了用于消化此类矿物和包含此类矿物的岩石的方法。一些实施方案提供了使用天然碱性水体作为天然存在的质子去除剂。天然碱性水体的实例包括但不限于地表水源(如碱性湖泊，如加利福尼亚州的莫诺湖)和地下水源(如碱性含水层，如位于加利福尼亚州的瑟尔斯湖的深层地质碱性含水层)。其他实施方案提供了利用来自干涸的碱性水体的沉积物，如沿非洲的东非大裂谷的纳特隆湖的地壳。在一些实施方案中，使用在其正常代谢中分泌碱性分子或溶液的生物体作为质子去除剂。此类生物的实例为产生碱性蛋白酶的真菌(例如，最适pH为9的深海真菌焦曲霉(Aspergillus ustus))和产生碱性分子的细菌(例如，蓝藻细菌，如来自不列颠哥伦比亚(British Columbia)的阿特林(Atlin)湿地的鞘丝藻(Lyngbya sp.)，其提升光合作用的副产品的pH)。在一些实施方案中，使用生物体来产生质子去除剂，其中该生物体(例如，将尿素水解为氨的巴氏芽孢杆菌(Bacillus pasteurii))代谢致污物(如尿素)以产生质子去除剂或包含质子去除剂(例如，氨、氢氧化铵)的溶液。在一些实施方案中，生物体与沉淀反应混合物隔开进行单独培养，其中质子去除剂或包含质子去除剂的溶液用于加入至沉淀反应混合物中。在一些实施方案中，天然存在的或生产的酶与质子去除剂组合使用以引起碳酸盐添加剂的沉淀。碳酸酐酶(其为植物和动物产生的酶)在水溶液中加速碳酸到碳酸氢盐的转化。
用于实现质子去除的化学试剂通常是指大量生产并且可商购的合成化学试剂。例如，用于除去质子的化学试剂包括但不限于氢氧化物、有机碱、超强碱、氧化物、氨和碳酸盐。氢氧化物包括在溶液中提供氢氧根阴离子的化学物质，包括，例如，氢氧化钠(NaOH)、氢氧化钾(KOH)、氢氧化钙(Ca(OH)2)或氢氧化镁(Mg(OH)2)。有机碱是含碳分子，其通常是含氮碱，包括伯胺(如甲胺)、仲胺(如二异丙胺)、叔胺(例如二异丙基乙胺)、芳胺(例如苯胺)、杂芳族化合物(如吡啶、咪唑和苯并咪唑)及其各种形式。在一些实施方案中，使用选自吡啶、甲胺、咪唑、苯并咪唑、组氨酸和磷腈(phophazene)的有机碱从各种物质(例如，碳酸、碳酸氢根、水合氢离子等)中去除质子以用于使碳酸盐添加剂沉淀。在一些实施方案中，使用氨来使pH提升至足以从二价阳离子的溶液和工业废物流中沉淀出沉淀材料的水平。适合用作质子去除剂的超强碱包括乙醇钠、氨基钠(NaNH2)、氢化钠(NaH)、丁基锂、二异丙氨基锂、二乙基氨基锂和双(三甲基硅烷基)氨基锂。包括例如氧化钙(CaO)、氧化镁(MgO)、氧化锶(SrO)、氧化铍(BeO)和氧化钡(BaO)在内的氧化物也是可以使用的合适的质子去除剂。在本发明中使用的碳酸盐包括但不限于碳酸钠。
来自各种工业过程的废物流除了包含感兴趣的以及其他合适的金属形式的阳离子外，还可提供质子去除剂。此类废物流包括但不限于采矿废物、化石燃料燃烧灰分(例如燃烧灰分，如飞灰、底灰、锅炉渣)、炉渣(例如铁渣、磷渣)、水泥窑废物、炼油厂/石化精炼厂废物(如油田和甲烷层盐水)、煤层废物(如产气盐水和煤层盐水)、纸加工废物、水软化废盐水(例如离子交换流出液)、硅加工废物、农业废物、金属加工废物、高pH纺织废物和碱渣。采矿废物包括来自从土地提取金属或另外的贵重或有用矿物中的任何废物。在一些实施方案中，来自采矿的废物用于改变pH，其中该废物选自：来自拜耳(Bayer)铝提取过程的赤泥、来自从海水中提取镁的废物(例如Mg(OH)2，如在加利福尼亚州的莫斯兰丁(Moss Landing)发现的Mg(OH)2)以及来自涉及浸滤的采矿过程的废物。例如，赤泥可用于改变pH。化石燃料燃烧灰分、水泥窑粉尘和炉渣(统称为金属氧化物的废物来源)可以单独使用或与其他质子去除剂组合以提供用于本发明的质子去除剂。农业废物(通过动物废物或者过度使用肥料而产生)可含有氢氧化钾(KOH)或氨(NH3)或两者都含有。因此，农业废物可在本发明的一些实施方案中用作质子去除剂。这种农业废物通常收集在池中，但它也可向下渗透至含水层，在那里它可以被获取和使用。
电化学方法是从溶液中的各种物质中去除质子的另一种手段，其通过从溶质中去除质子(例如碳酸或碳酸氢盐的去质子化)或从溶剂中去除质子(例如水合氢离子或水的去质子化)而实现。例如，如果由CO2溶解产生的质子匹配于或超过来自溶质分子的电化学质子去除剂，则可导致溶剂的去质子化。在一些实施方案中，利用低电压电化学方法去除质子，例如，当CO2溶解于沉淀反应混合物或沉淀反应混合物的前体溶液(即，可以包含或可以不包含二价阳离子的溶液)中时。在一些实施方案中，通过低电压电化学方法处理在不含有二价阳离子的水溶液中溶解的CO2以从由于溶解CO2而产生的碳酸、碳酸氢根、水合氢离子或任何物质或其组合中去除质子。低电压电化学方法在2、1.9、1.8、1.7或1.6V或更低，诸如1.5、1.4、1.3、1.2、1.1V或更低，诸如1V或更低，诸如0.9V或更低，0.8V或更低，0.7V或更低，0.6V或更低，0.5V或更低，0.4V或更低，0.3V或更低，0.2V或更低，或0.1V或更低的平均电压下进行。不产生氯气的低电压电化学方法适合于在本发明的系统和方法中使用。不产生氧气的用于除去质子的低电压电化学方法也适合于在本发明的系统和方法中使用。在一些实施方案中，低电压电化学方法在阴极产生氢气并将其运送至阳极，在阳极处氢气转化为质子。不产生氢气的电化学方法也可以是适合的。在一些实施方案中，用于去除质子的电化学方法在阳极处不产生气体。在一些情况下，用于去除质子的电化学方法不产生任何气态副产物。用于实现质子去除的电化学方法在2008年12月24日提交的名称为“Methods of sequestering CO2”的美国专利申请号12/344,019中作了进一步描述，该专利申请通过引用整体并入本文。
低电压电化学方法可在阴极处产生氢氧根并在阳极处产生质子；当此类方法利用含氯离子的盐(例如NaCl)时，该过程的产物将是HCl。在本发明的一些实施方案中，如本文所述的低电压电化学过程产生的HCl可用于制备聚(氯乙烯)(PVC)。低电压电化学过程(例如在小于2.0V或小于1.5V或小于1.0V的电压下运行的过程)产生的HCl可在本领域熟知的反应中用于产生氯乙烯单体。在一些实施方案中，氯乙烯单体可用于产生聚(氯乙烯)。在其他实施方案中，PVC可与通过本文描述的方法形成的碳酸盐沉淀物(例如微湿的碳酸盐沉淀物)混合，以形成建筑材料。在一些实施方案中，可对PVC/碳酸盐混合物进行挤压，以形成略微泡沫状的外形，例如2x4或其他木材材料。
因此，本发明涵盖通过此类方法形成的碳酸盐/PVC木材。由于木材中的碳酸盐是CO2截存添加剂，因此这样的木材可以是CO2-截存的。在一些实施方案中，包含PVC的成形元件中的CO2截存添加剂的量为5wt％或更多。在一些实施方案中，包含PVC的成形元件中的CO2截存添加剂的量为10wt％或更多，15wt％或更多，20wt％或更多，25wt％或更多，30wt％或更多，35wt％或更多，诸如40wt％或更多，45wt％或更多，50wt％，55wt％或更多，60wt％或更多，诸如高达65wt％或更多。在一些实施方案中，包含PVC的成形元件中的CO2截存添加剂的量为60wt％或更多。在一些实施方案中，将PVC和CO2截存添加剂混合并在螺旋挤出机中成形。在一些实施方案中，该成形元件是注塑模制的。在一些实施方案中，使PVC起泡以形成容纳锚固装置诸如钉子和螺丝的蜂窝结构。在一些实施方案中，包含PVC和CO2截存添加剂的成形元件用于制造耐燃的建筑元件。在一些实施方案中，将包含PVC和CO2截存添加剂的成形元件设置为使CO2截存添加剂的量提高成形元件的易修整性，即易于切割和打磨。在一些实施方案中，将包含PVC和CO2截存添加剂的成形元件设置为使CO2截存添加剂的量提高成形元件的着色或外观。在一些实施方案中，将包含PVC和CO2截存添加剂的成形元件设置为使CO2截存添加剂的量提供成形元件的刚度。在一些实施方案中，在生产PVC的过程中，向PVC中加入CO2截存添加剂。在一些这样的实施方案中，PVC可由本发明的CO2截存方法得到。
或者，可使用电化学方法通过例如氯碱法或其改进方法来产生苛性分子(例如氢氧化物)。电极(即，阴极和阳极)可存在于包含含有二价阳离子的水溶液或充有气态废物流(例如充有CO2的)的溶液的装置中，并且选择性屏障例如膜可将电极分隔。用于去除质子的电化学系统和方法可产生副产物(例如，氢)，该副产物可被收获并用于其他目的。可在本发明的系统和方法中使用的另外的电化学方法包括但不限于在2009年7月15日提交的名称为“CO2Utilization inElectrochemical Systems”的美国专利申请号12/503,557中描述的那些方法，该专利申请的公开内容通过引用并入本文。
也可采用上述提到的质子去除剂源的组合。一种这样的组合是使用微生物和电化学系统。微生物和电化学系统的组合包括微生物电解电池(包括微生物燃料电池)和生物电化学辅助微生物反应器。在此类微生物电化学系统中，微生物(如细菌)在电极上或非常靠近电极处生长，并且在物质(例如，有机物质)的代谢过程中产生由电极吸收的电子。
二价阳离子，诸如碱土金属
在一些实施方案中，向用于沉淀的反应器中加入CO2或充有CO2的水和含有碱土金属的水的顺序可以变化。在一些实施方案中，将CO2气态流或含有部分或完全溶解的CO2的溶液或来自含有CO2碱性溶液的吸收器的支流加入含有含碱土金属的水的反应器中，以供沉淀步骤20中碳酸盐沉淀物的沉淀。在一些实施方案中，将含有碱土金属的水添加至反应器中，该反应器包含CO2气态流或含有部分或完全溶解的CO2的溶液或来自含有CO2碱性溶液的吸收器的支流，以供沉淀步骤20中碳酸盐沉淀物的沉淀。在一些实施方案中，将含有碱土金属的水添加至反应器中，该反应器包含少于20％或少于15％或少于10％或少于5％的CO2气态流或含有部分或完全溶解的CO2的溶液或来自含有CO2碱性溶液的吸收器的支流，以供沉淀步骤20中碳酸盐沉淀物的沉淀。
诸如碱土金属离子的二价阳离子的来源是含有碱土金属的任何水性介质，该碱土金属例如是但不限于钙、镁、锶、钡等或其组合。在一些实施方案中，该碱土金属是钙、镁或其组合，并且碱土金属源是含有钙、镁或其组合的任何水性介质。在一些实施方案中，碱土金属源也是与水合石灰或电石石灰有关的如本文所述的水源和/或碱度来源。在一些实施方案中，碱土金属离子的水溶液可包含来自淡水、半咸水、海水或盐水(例如，天然存在的地下盐水或人造地下盐水如地热工厂废水、脱盐工厂废水)以及其他盐度大于淡水盐度的盐水的阳离子，其中的任何一种可以是天然存在的或人造的。
可用于生产本发明的碳酸盐添加剂的二价阳离子(例如碱土金属阳离子，如Ca2+和Mg2+)可见于工业废物、海水、盐水、硬水、矿物以及许多其他适当的来源中。
在一些地方，来自多个工业过程的工业废物流提供了阳离子(以及在一些情况下，在该过程中有用的其他物质，例如金属氢氧化物)的便利的来源。这类废物流包括但不限于采矿废物；化石燃料燃烧灰分(例如，飞灰、底灰、锅炉渣)；炉渣(例如，铁渣、磷渣)；水泥窑废物(例如，水泥窑粉尘)；炼油厂/石化精炼厂废物(例如，油田和甲烷层盐水)；煤层废物(例如，产气盐水和煤层盐水)；纸加工废物；水软化废盐水(例如，离子交换流出液)；硅加工废物；农业废物；金属加工废物；高pH纺织废物；以及碱渣。
在一些地方，用于本发明的系统和方法的便利的阳离子源是水(例如，包含阳离子的水溶液，如海水或地下盐水)，该水可以根据实施本发明的具体位置而变化。可以使用的合适的阳离子水溶液包括含有一种或多种二价阳离子(例如碱土金属阳离子，如Ca2+和Mg2+)的溶液。在一些实施方案中，该阳离子水源包含碱土金属阳离子。在一些实施方案中，该碱土金属阳离子包括钙、镁或它们的混合物。在一些实施方案中，该阳离子水溶液包含量值范围为50至50,000ppm，50至40,000ppm，50至20,000ppm，100至10,000ppm，200至5000ppm，或400至1000ppm，或10,000至50,000ppm，或20,000至50,000ppm，或20,000至30,000ppm的钙。
在一些实施方案中，富含矿物的淡水可以是阳离子(例如，碱土金属阳离子，如Ca2+和Mg2+)的便利的来源。可以使用许多合适的淡水源中的任何淡水源，包括从相对无矿物的来源到相对富含矿物的来源的淡水源。富含矿物的淡水源可以是天然存在的，包括许多硬水源、湖泊或内海中的任何淡水源。一些富含矿物的淡水源如碱性湖泊或内海(例如，土耳其的凡湖(Lake Van))也提供了pH改性剂来源。富含矿物的淡水源也可以是人工的。例如，矿物贫乏的(软)水可与阳离子如碱土金属阳离子(例如，Ca2+、Mg2+等)源接触，以产生适合本文所述的方法和系统的富含矿物的水。可使用任何便利的方案(例如，添加固体、悬浮液或溶液)将阳离子或其前体(例如，盐、矿物)加入至淡水(或本文所述的任何其他类型的水)中。在一些实施方案中，将选自Ca2+和Mg2+的二价阳离子加入淡水中。在一些实施方案中，将选自Na+和K+的一价阳离子加入淡水中。在一些实施方案中，将含有Ca2+的淡水与硅酸镁(例如橄榄石或蛇纹石)或其产物或加工形式组合，产生包含钙和镁阳离子的溶液。
许多矿物提供了阳离子源，并且此外一些矿物是碱源。含有二价阳离子的矿物包括镁铁质和超镁铁质的矿物如橄榄石、蛇纹石以及可以使用任何便利的方案进行溶解的其他合适的矿物。在一个实施方案中，可以从长石如钙长石来为本发明的方法和组合物提供阳离子，如钙。可以从钙或其他二价阳离子含量高的矿物源中或从地下盐水中直接获得阳离子。也可以使用其他矿物，如硅灰石。可以通过增大表面积来加速溶解，例如通过用常规手段或者通过例如喷射碾磨以及通过使用例如超声技术来进行碾磨。此外，可以通过暴露于酸或碱来加速矿物溶解。
可以将金属硅酸盐(例如，硅酸镁)以及含有感兴趣的阳离子的其他矿物溶解在例如酸如HCl(任选地来自电化学过程)中以便产生例如用于本发明的组合物中的镁以及其他金属阳离子。在一些实施方案中，硅酸镁和其他矿物可以在由于添加二氧化碳和其他废气组分(例如，燃烧气体)而变为酸性的水溶液中进行消化或溶解。或者，可以通过用水性的碱性氢氧化物(例如NaOH)或任何其他合适的苛性物质来溶解一种或多种金属硅酸盐(例如橄榄石和蛇纹石)而使得其他金属物质例如金属氢氧化物(例如Mg(OH)2、Ca(OH)2)可供使用。可以使用任何适当浓度的水性的碱性氢氧化物或其他苛性物质来分解金属硅酸盐，包括高度浓缩的和非常稀的溶液。碱性氢氧化物(例如NaOH)在溶液中的浓度(按重量计)可以是例如30％至80％(w/w)。
水性介质
本发明的碳酸盐添加剂包括可通过从水中沉淀出碳酸钙和/或碳酸镁组合物而产生的碳酸盐组合物。在某些实施方案中，产生碳酸盐沉淀物的水是咸水。源自咸水的碳酸盐化合物组合物包括源自咸水的组合物。咸水以其常规意义使用以指代除淡水之外的多种不同类型的水性液体，其中咸水包括半咸水、海水和盐水(包括人造盐水，如地热工厂废水、脱盐废水等)以及其他盐度大于淡水盐度的盐水。盐水是盐饱和或接近饱和的水且具有50ppt(千分率)或更高的盐度。半咸水是比淡水咸但不如海水咸的水，具有范围为0.5到35ppt的盐度。海水是来自海或洋的水且具有范围为35到50ppt的盐度。作为本发明的矿物组合物来源的咸水源可为天然存在的来源(例如海、洋、湖泊、沼泽、河口、澙湖等)或者人造来源。在某些实施方案中，矿物组合物的咸水源是海水。
在一些实施方案中，过程中的水可以是富含矿物，例如，富含钙和/或镁的淡水源。在一些实施方案中，过程中使用的水包含一种或多种碱土金属，例如，镁、钙等。在一些实施方案中，水包括那些包含量值范围为50至20,000ppm，如100至10,0000ppm并包括200至5,000ppm的钙的水。在一些实施方案中，水包含量值范围为50至20,000ppm，如200至10,000ppm并包括500至5,000ppm的镁。
在一些实施方案中，富含钙的水可与硅酸镁矿物(如橄榄石或蛇纹石)在由于加入二氧化碳形成碳酸而变为酸性的溶液(其溶解硅酸镁)中组合，导致形成硅酸钙镁碳酸盐化合物。
在某些实施方案中，水可从还提供废气流的发电厂获得。例如，在水冷式发电厂诸如海水冷却式发电厂，已经由发电厂使用的水随后可输送到沉淀系统并用作沉淀反应中的水。在这些实施方案中的某些实施方案中，水可以在进入沉淀反应器之前进行冷却。
在一些实施方案中，水性介质是水合石灰的溶液。水合石灰可通过煅烧石灰石产生。煅烧石灰石可导致形成氧化钙，氧化钙在与水化合时形成水合石灰。然后水合石灰可与二氧化碳接触以沉淀出本发明的包含反应性球霰石的碳酸盐添加剂。水合石灰既提供二价阳离子源又提供质子去除剂以促进碳酸盐添加剂的沉淀。球霰石可形成为反应性球霰石或者可使用本发明的方法进行活化以形成反应性球霰石。
在一些实施方案中，水性介质是电石石灰的溶液。在一些实施方案中，电石石灰提供用于产生沉淀材料的二价阳离子。在一些实施方案中，二价阳离子包含Ca2+、Mg2+或其组合。在一些实施方案中，电石石灰还提供用于产生碳酸盐添加剂的质子去除剂。在一些实施方案中，在CaO、MgO或其组合在水溶液中水合时，电石石灰提供质子去除剂。在一些实施方案中，从乙炔生产过程、冶金过程、氰氨化钙生产过程、垃圾填埋场或其组合中获得电石石灰。因此，在一方面，本文提供了一种方法，该方法包括：使包含电石石灰的水溶液与来自工业过程的二氧化碳接触；生产包含反应性球霰石的碳酸盐添加剂；以及由碳酸盐添加剂生产非胶结性组合物。
稳定剂
在一方面，通过使用稳定剂(例如硫酸钠)来稳定组合物而促进包含反应性球霰石的碳酸盐添加剂的形成。在制备包含碳酸盐的非胶结性组合物期间，稳定剂的使用导致包含反应性球霰石的组合物更稳定或导致组合物的稳定性可通过优化稳定剂的量来优化。本文提供的包含反应性球霰石的组合物是干粉或湿形式的稳定组合物。当与水接触时，亚稳态形式(即球霰石)转化为稳定形式(如文石)。如本文所提供的稳定剂可以稳定反应性球霰石形式，使得在碳酸盐添加剂的形成过程中，球霰石到文石的转化变慢或消除并使反应性球霰石形式的稳定性提高。在一些实施方案中，稳定剂可影响一种形式转变为另一种形式的吉布斯自由能(如图1所示)。
如本文所用的“稳定剂”包括使组合物中碳酸盐的亚稳态形式(即球霰石)稳定的任何试剂。在一些实施方案中，稳定剂是硫酸盐。该硫酸盐包括在溶液中提供硫酸根离子的任何分子。硫酸盐的实例包括但不限于海水、碱金属硫酸盐、碱土金属硫酸盐、木素硫酸盐或其组合。此类硫酸盐包括但不限于硫酸钠、硫酸钾、硫酸钙、硫酸镁、硫酸钡等。在一些实施方案中，硫酸盐是硫酸钠。此类稳定剂已在2012年4月26日提交的美国专利申请号13/457,156中进行了描述，该专利申请通过引用整体并入本文。在一些实施方案中，稳定剂使组合物中的碳酸盐的反应性球霰石形式从数小时到数天到数周到很多年稳定。在一些实施方案中，稳定剂使组合物中的碳酸盐的反应性球霰石形式稳定长达20年，或长达10年，或长达5年，或长达1年；或者长达数小时到2周，或2周至20年，或2周至10年，或2周至5年，或2周至1年，或2周至数月，例如6个月、8个月等。
在一些实施方案中，将稳定剂添加至含有CO2的溶液或充有CO2的水30中，然后使水30在沉淀步骤20中与碱土金属离子接触。在一些实施方案中，将稳定剂添加至碱土金属溶液10中，然后使碱土金属溶液10在沉淀步骤20中与含有CO2的溶液接触。在这样的实施方案中，可将稳定剂溶解在含有碱土金属的溶液中，然后将该溶液添加至含有CO2的溶液中。在一些实施方案中，在加入碱土金属离子和CO2溶液之前，将稳定剂加至反应器中的沉淀步骤20。在一些实施方案中，当加入碱土金属离子和CO2溶液以进行沉淀的同时将稳定剂添加至沉淀步骤。在一些实施方案中，在加入碱土金属离子和CO2溶液以进行沉淀之后将稳定剂添加至沉淀步骤。在一些实施方案中，将稳定剂添加至含有从沉淀步骤20取出的碳酸盐沉淀物的浆料中。
沉淀条件
在用于生产本发明的碳酸盐添加剂的方法中，在一项或多项足以产生含有反应性球霰石的碳酸盐化合物组合物和母液(即在碳酸盐化合物从咸水中沉淀后剩余的一部分水)的沉淀条件下进行碳酸盐添加剂的沉淀。得到的沉淀物和母液可共同组成本文提供的碳酸盐添加剂。可以采用导致碳酸盐添加剂产生的任何合适的沉淀条件。
在一些实施方案中，所述方法包括使经受沉淀条件的一定体积的水与CO2源接触。水与CO2源的接触可在使水经受沉淀条件之前和/或期间发生。因此，本发明的实施方案包括其中在使一定体积的咸水经受沉淀条件之前使一定体积的水与CO2源接触的方法。本发明的实施方案包括其中在使一定体积的咸水经受碳酸盐沉淀条件的同时使一定体积的咸水与CO2源接触的方法。本发明的实施方案包括其中在使一定体积的咸水经受碳酸盐沉淀条件之前以及使一定体积的咸水经受碳酸盐沉淀条件的同时使一定体积的水与CO2源接触的方法。在一些实施方案中，相同的水可以循环多于一次，其中第一沉淀循环主要去除碳酸钙和碳酸镁矿物，而留下剩余的碱性水，可向该碱性水中加入其他碱土金属离子源，这可以使更多的二氧化碳通过其循环，从而沉淀更多的碳酸盐化合物。
在沉淀步骤20中，沉淀出可以是无定形或结晶的碳酸盐化合物。沉淀条件包括那些改变水的物理环境以产生所需沉淀产物的条件，即有利于形成包含反应性球霰石的碳酸盐添加剂的沉淀条件。
在一些实施方案中，本文提供了一种用于生产非胶结性产品的方法，该方法包括：a)使CO2与质子去除剂接触以形成溶液；b)使该溶液与包含碱土金属离子的水在一项或多项沉淀条件下接触，以制备包含反应性球霰石的碳酸盐添加剂；c)将该碳酸盐添加剂与非胶结性添加剂混合；以及d)生产非胶结性产品。
在一些实施方案中，本文提供了一种用于生产非胶结性产品的方法，该方法包括：a)生产碳酸盐添加剂，包括：煅烧石灰石以形成氧化钙，由氧化钙形成水合石灰，并在一项或多项沉淀条件下用CO2处理水合石灰以形成包含反应性球霰石的碳酸盐添加剂；以及b)将该碳酸盐添加剂与非胶结性添加剂混合以形成非胶结性产品。在一些实施方案中，除了形成的碳酸盐添加剂包含反应性球霰石之外，上述生产碳酸盐添加剂的方法是传统的PCC生产方法。在一些实施方案中，上述方法进一步包括：c)使反应性球霰石转变为文石以形成非胶结性产品。
在一些实施方案中，本文提供了一种用于生产纸制品的方法，该方法包括：a)使CO2与包含质子去除剂、碱土金属离子和纸浆的溶液在一项或多项沉淀条件下接触以原位制备包含反应性球霰石的碳酸盐添加剂；b)使反应性球霰石原位转变为文石，以及c)形成纸制品。
所述一项或多项沉淀条件包括那些调节充有CO2的沉淀反应混合物的环境以产生包含反应性球霰石的所需碳酸盐添加剂的条件。此类可用于前述方法实施方案或本文所述的方法实施方案且适合形成含有反应性球霰石的碳酸盐添加剂的一项或多项沉淀条件包括但不限于，温度，pH，压力，离子比例，沉淀速率，添加剂的存在，离子种类的存在，添加剂和离子种类的浓度，搅拌，停留时间，混合速率，搅动的形式如超声波，晶种、催化剂、膜或基底的存在，脱水，干燥，球磨等。在一些实施方案中，所述反应性球霰石的平均粒径还可能取决于在碳酸盐添加剂的沉淀过程中所使用的一项或多项沉淀条件。在一些实施方案中，所述反应性球霰石在碳酸盐添加剂中的百分比还可能取决于在沉淀过程中所使用的一项或多项沉淀条件。
例如，可将充有CO2的溶液的温度提升至出现适于沉淀所需碳酸盐添加剂的量的点。在此类实施方案中，可将充有CO2的溶液的温度提升至5℃至70℃，如20℃至50℃，并包括25℃至45℃的值。虽然给定的一组沉淀条件可具有范围为0℃至100℃的温度，但在某些实施方案中，可提升温度以产生所需的沉淀材料。在某些实施方案中，使用由低或零二氧化碳排放源(例如，太阳能源、风能源、水电能源、来自碳排放物的烟道气的废热等)产生的能量来提升沉淀反应混合物的温度。在一些实施方案中，可以利用由煤或其他燃料的燃烧产生的烟道气的热来提升沉淀反应混合物的温度。
也可将充有CO2的沉淀反应混合物的pH提升至适于所需碳酸盐添加剂的沉淀的值。在此类实施方案中，将充有CO2的沉淀反应混合物的pH提升至用于沉淀的碱性水平，其中碳酸盐优于碳酸氢盐。可将pH提升至pH 9或更高，诸如pH 10或更高，包括pH 11或更高。例如，当使用电石石灰来提升沉淀反应混合物或沉淀反应混合物的前体的pH时，pH可为约pH 12.5或更高。
在沉淀过程中调节主要离子比例可影响碳酸盐添加剂的性质。主要离子比例可能对多晶型物的形成具有非常大的影响。例如，随着水中镁：钙比例的增加，文石可能超过低镁的球霰石成为碳酸盐添加剂中碳酸钙的主要多晶型物。在低的镁：钙比例下，低镁的方解石可能成为主要的多晶型物。在Ca2+和Mg2+都存在的一些实施方案中，沉淀材料中的Ca2+与Mg2+的比例(即，Ca2+：Mg2+)为1：1至1：2.5、1：2.5至1：5、1：5至1：10、1：10至1：25、1：25至1：50、1：50至1：100、1：100至1：150、1：150至1：200、1：200至1：250、1：250至1：500或1：500至1：1000。在一些实施方案中，沉淀材料中的Mg2+与Ca2+的比例(即，Mg2+：Ca2+)为1：1至1：2.5、1：2.5至1：5、1：5至1：10、1：10至1：25、1：25至1：50、1：50至1：100、1：100至1：150、1：150至1：200、1：200至1：250、1：250至1：500或1：500至1：1000。
沉淀速率也可对化合物的相形成产生影响，通过采用期望的相来对溶液进行引晶而实现最快的沉淀速率。在没有引晶的情况下，可通过快速增加沉淀反应混合物的pH(这可生成更多的无定形成分)来实现快速沉淀。pH越高，沉淀越快，这可生成更多的无定形碳酸盐添加剂。
因此，产生所需碳酸盐添加剂的一组沉淀条件可如上所述包括温度和pH，以及在一些情况下，包括水中的添加剂和离子种类的浓度。作为反应性球霰石的活化剂的添加剂已在下文进行了描述。添加剂的存在和添加剂的浓度还可有利于反应性球霰石的形成。沉淀条件还可包括诸如混合速率、搅动的形式如超声波，以及晶种、催化剂、膜或基底的存在等因素。在一些实施方案中，沉淀条件包括过饱和条件、温度、pH和/或浓度梯度，或者这些参数中的任意参数的循环或变化。用于制备本发明的碳酸盐添加剂的方案可以是分批、半分批或连续方案。与半分批或分批系统相比，在连续流系统中产生给定的碳酸盐添加剂的沉淀条件可能是不同的。
由沉淀反应混合物产生后，将碳酸盐添加剂从反应混合物中分离，以产生分离的碳酸盐添加剂(例如，湿饼)和上清液，如图2所示。在本发明的系统中，分离步骤可在分离站上进行。在沉淀后和分离(例如，通过干燥)前，可将碳酸盐添加剂在上清液中储存一段时间。例如，可将碳酸盐添加剂在1℃至40℃，如20℃至25℃的温度下，在上清液中储存数分钟至数小时至1天至1000天或更长，如1天至10天或更长的一段时间。使用多个便利方法中的任意方法来实现从沉淀反应混合物中分离碳酸盐添加剂，该方法包括：排水(例如，沉淀材料在重力沉降后进行排水)、滗析、过滤(例如，重力过滤、真空过滤、使用加压气流过滤)、离心、加压或其任意组合。从碳酸盐添加剂中分离主体水(bulk water)产生碳酸盐添加剂的湿饼或脱水后的碳酸盐添加剂。分离的一些实例在2012年3月1日提交的美国专利申请系列号13/409,856中进行了描述，该专利申请通过引用并入本文。液-固分离器诸如Epuramat的Extrem-Separator(“ExSep”)液-固分离器、Xerox PARC的螺旋浓缩器(spiral concentrator)或者Epuramat的ExSep或Xerox PARC的螺旋浓缩器的改进型可用于从沉淀反应混合物中分离碳酸盐添加剂。
在一些实施方案中，将得到的脱水后的碳酸盐添加剂如湿饼材料直接用于制备本文所述的产品。例如，将脱水后的碳酸盐添加剂的湿饼与一种或多种非胶结性添加剂和活化剂(如本文所述的)混合并在输送带上铺开，在输送带上碳酸盐添加剂中的反应性球霰石转变成文石并凝结及硬化。可对该饼进行压制以除去过量的水。随后将硬化的材料切成所需的形状，如本文所述的纸制品、聚合物产品等。在一些实施方案中，将由湿饼制备的纸片放置于沉淀物浆料的顶部和底部，此时碳酸盐添加剂中的反应性球霰石转变成文石，并在纸片间凝结及硬化。在沉淀材料凝结及硬化后(球霰石转变成文石)，将该材料切成期望的形状，如水泥护墙板(cement siding board)和干式墙等。
在一些实施方案中，可根据所期望的球霰石转变成文石所需的时间对一种或多种活化添加剂的量进行优化(如本文描述的)。例如，对于一些应用，可能希望材料快速转变，而在某些其他情况下，可能希望缓慢的转变。在一些实施方案中，可将湿饼在输送带上加热以加速球霰石向文石的转变(本文所述的热活化)。在一些实施方案中，可将湿饼倾倒至具有期望形状的模具中，随后在高压釜中加热该模具，以加速球霰石向文石的转变。因此，连续流过程、分批过程或半分批过程均完全在本发明的范围内。
在一些实施方案中，一旦将碳酸盐添加剂的沉淀物从沉淀反应混合物中分离，则将其用淡水洗涤，随后置于压滤机中以产生具有30-60％固体的滤饼。随后使用任何便利的手段(例如液压机)在足够的压力(例如，5至5000psi，诸如1000至5000psi的范围)下将滤饼在模具中进行机械压制以产生成形固体。在涉及使用温度和压力的过程中，可将经脱水的饼进行干燥。随后可将该饼暴露于再浸水以及提高的温度和/或压力的组合条件下一定时间。回加水的量、温度、压力和暴露时间的组合以及饼厚度可根据起始材料的组成和所期望的结果而不同。
本文描述了将材料暴露于温度和压力下的多种不同的方法；应当理解，可使用任何便利的方法。示例性的干燥方案为暴露于40℃下24-48小时，但如果合适，可使用更高或更低的温度和时间，例如，20-60℃下3-96小时或甚至更长的时间。将水回加至期望的百分比，例如至1％-50％，例如1％至10％，诸如1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％w/w，如5％w/w，或4-6％w/w，或3-7％w/w。饼的厚度和大小可根据需要进行调节；在一些实施方案中，厚度可从0.05英寸至5英寸，例如0.1-2英寸或0.3-1英寸不等。在一些实施方案中，所述饼可以是0.5英寸至6英尺或甚至更厚。随后通过任何便利的方法，例如在使用加热的压板的印压机中，将所述饼暴露于提高的温度和/或压力下给定的时间。用于提高例如压板的温度的热量可由例如来自工业废气流如烟道气流的热量来提供。温度可以是任何合适的温度；通常，对于较厚的饼，需要较高的温度；温度范围的实例为40-150℃，例如60-120℃，诸如70-110℃或80-100℃。类似地，压力可以是产生期望结果的任何合适的压力；示例性的压力包括1000-100,000磅每平方英寸(psi)，包括2000-50,000psi，或2000-25,000psi，或2000-20,000psi，或3000-5000psi。最后，压制饼的时间可以是任何合适的时间，例如1-100秒，或1-100分钟，或1-50分钟，或2-25分钟，或1-10,000天。随后可将所得硬片任选地进行固化，例如通过放置于室外并储存，通过放置于腔室内，在其中使它们经受高水平的湿度和热等。
提供温度和压力的另一方法是使用压力机，如在2009年5月29日提交的美国专利申请12/475,378中更充分地描述的。适当的压力机(例如，印压机)可用于在所期望的时间内在期望的温度下提供压力(使用例如由烟道气或由产生沉淀物的过程(例如来自电化学过程)的其他步骤提供的热量)。可以以类似的方式使用一组辊。
加热的冲模部分的使用可通过加速碳酸盐矿物转变成硬而稳定的形式来促进产物的形成。也可在粘结剂的情况下使用加热的冲模以使粘结剂硬化或凝结。在加热的冲模部分通常使用100℃至600℃的温度。用于加热的冲模的热量可全部或部分来自烟道气或在生产沉淀物的过程中使用的其他工业气体，其中该烟道气首先被输送至冲模以将热量从热烟道气传递至冲模。
在一些实施方案中，碳酸盐添加剂和产品的生产在同一设施中进行。在一些实施方案中，碳酸盐添加剂在一个设施中生产并输送至另一个设施中制备最终产品。碳酸盐添加剂可以以浆料的形式、湿饼的形式或干粉的形式进行输送。
也可根据需要处理沉淀过程所得到的上清液或者碳酸盐添加剂的浆料。例如，可将上清液或浆料返回到沉淀器中或返回至另一场所。在一些实施方案中，可使上清液与CO2源接触，如上文所述，以截存另外的CO2。例如，在将上清液返回至沉淀反应器的实施方案中，可使上清液与CO2的废气源以足以增加存在于上清液中的碳酸根离子的浓度的方式进行接触。如上所述，可使用任何便利的方案来进行接触。在一些实施方案中，上清液具有碱性pH，且与CO2源的接触以足以将pH降低至pH 5至9、pH 6至8.5或pH 7.5至8.2的范围的方式进行。可使用任何便利的方案处理所得上清液。在某些实施方案中，可将该上清液输送到尾矿池以进行处理。在某些实施方案中，可在天然存在的水体，例如洋、海、湖泊或河流中处理该上清液。在某些实施方案中，将上清液返回至用于本发明方法的供水源，例如，洋或海中。或者，可进一步处理上清液，例如，使之经受脱盐方案处理，如在美国申请序列号12/163,205中进一步描述的；该申请的公开内容通过引用并入本文。
在一些实施方案中，碳酸盐沉淀物中的反应性球霰石的稳定性可任选地通过采用化学活化剂冲洗沉淀物来进行优化。本文所用的“化学活化剂”包括从沉淀物中除去稳定剂从而活化球霰石的活化剂。在一方面，本文提供了用于制备组合物的方法，该方法包括：(a)使来自CO2源的CO2与质子去除剂接触以形成溶液；(b)使该溶液与包含碱土金属的水在一项或多项沉淀条件下接触以制备包含反应性球霰石的碳酸盐添加剂；(c)用包含使碳酸盐添加剂中的反应性球霰石活化的化学活化剂的溶液冲洗碳酸盐添加剂；以及(d)将碳酸盐添加剂与非胶结性添加剂混合，以形成非胶结性组合物。在一些实施方案中，该方法进一步包括干燥所述碳酸盐添加剂以形成本发明的非胶结性组合物。在一些实施方案中，该方法进一步包括将所述非胶结性组合物与水结合并在所述组合物凝结及硬化时促进球霰石转变为文石，其中所述促进由化学活化剂提供。
在上述方面的一些实施方案中，含有球霰石和任选的稳定剂(如本文所述的)的碳酸盐添加剂的稳定性可进一步通过用化学添加剂或活化剂冲洗碳酸盐添加剂沉淀物进行优化。例如，在一些实施方案中，可能期望仅在沉淀过程中使球霰石沉淀物稳定。在此类实施方案中，稳定剂可在沉淀过程中加入，并在沉淀后通过用含有化学活化剂的溶液冲洗碳酸盐添加剂沉淀物来部分或全部除去。在一些实施方案中，可通过从浆料中分离固体并对沉降的固体进行压滤来得到碳酸盐添加剂沉淀物。这样的冲洗可从碳酸盐添加剂沉淀物中除去稳定剂，从而活化球霰石或制备不太稳定而更具有反应性的球霰石。在一些实施方案中，可能期望不仅在沉淀过程中而且在干燥过程(如本文所述)中使球霰石沉淀物稳定。在此类实施方案中，可将干燥的组合物储存并在使用时用化学活化剂冲洗以产生反应性球霰石。在一些实施方案中，球霰石沉淀物可通过稳定剂进行稳定而获得，并可能期望使球霰石沉淀物不稳定。在此类实施方案中，用化学活化剂冲洗沉淀物或干燥的组合物，以产生反应性球霰石或不稳定的球霰石。如本文中所述，球霰石的稳定性与球霰石的优化活化有关，这使得当组合物与水组合时球霰石转变为文石从而产生胶结性。
在一些实施方案中，化学活化剂是含有碳酸根离子和/或镁离子的溶液。在此类实施方案中，上述冲洗包括用含有碳酸根离子的第一溶液冲洗碳酸盐添加剂沉淀物或干燥的组合物，然后用含有镁离子的第二溶液进行冲洗。在一些实施方案中，可采用含有碳酸镁的溶液(从而使该溶液既提供镁离子又提供碳酸根离子)冲洗沉淀物或干燥的组合物。设想用含有碳酸根离子的第一溶液进行的冲洗以沉淀物中的硫酸根离子部分或完全被碳酸根离子替代从而使整个表面带负电的方式改变了沉淀物的表面化学性质。进一步设想用含有镁离子的第二溶液进行的冲洗用镁离子部分或完全替代了碳酸根离子，使得整个表面带正电。降低沉淀物中硫酸根的含量以及随后用镁离子进行冲洗可活化球霰石并在组合物与水组合时促进球霰石到文石的转变。
在一方面，如本文所述，除了在生产过程中稳定反应性球霰石外，还可通过球霰石的活化来使球霰石活化以形成反应性球霰石，以便在溶解-再沉淀过程中将反应性球霰石引向文石路径而非方解石路径。在本发明的一个方面，以一种方式活化含有球霰石的组合物，该方式使得在溶解-再沉淀工艺之后，文石的形成得到加强而方解石的形成受到抑制。含有球霰石的组合物的活化可导致对文石形成和晶体生长的控制。含有球霰石的组合物的活化可通过各种工艺实现。本文描述了球霰石活化的多种实例，例如但不限于核活化、热活化、机械活化、化学活化或其组合。
在一些实施方案中，通过各种方法活化球霰石，使得在含有球霰石的组合物与水反应时可控制文石形成及其形态和/或晶体生长。形成的文石产生与由反应性球霰石形成的非胶结性组合物相比更高的拉伸强度和耐断裂性。在一些实施方案中，球霰石可以通过如本文所述的机械手段活化。例如，包含球霰石的组合物可通过在球霰石组合物上产生表面缺陷而进行活化，以使文石的形成得到加速。在一些实施方案中，活化的球霰石为球磨的球霰石或具有表面缺陷的球霰石，以便促进文石形成途径。还可通过向球霰石组合物提供化学活化或核活化而将包含球霰石的组合物进行活化。这种化学活化或核活化可通过文石晶种、无机添加剂或有机添加剂中的一种或多种来提供。本文提供的组合物中存在的文石晶种可从天然来源或合成来源获得。天然来源包括但不限于礁砂、石灰石、某些淡水和海洋无脊椎生物的坚硬骨骼材料(包括斧足贝、腹足动物、软体动物壳以及温水珊瑚和冷水珊瑚的钙质内骨骼)、珍珠、岩石、沉积物、矿石矿物(例如，蛇纹石)等。合成来源包括但不限于如由碳酸钠和氯化钙形成的沉淀的文石；或通过球霰石向文石转变而形成的文石，如本文所述的转变的球霰石。
在一些实施方案中，本文提供的组合物中的无机添加剂或有机添加剂可以是能活化球霰石的任何添加剂。此类添加剂已被描述为“活化”或“活化添加剂”。本文所用的“活化”或“活化添加剂”包括在溶解/再沉淀过程中或之后使反应性球霰石活化以转变为文石的添加剂。
本文提供的组合物中的无机添加剂或有机添加剂的一些实例包括但不限于癸基硫酸钠、月桂酸、月桂酸的钠盐、尿素、柠檬酸、柠檬酸的钠盐、邻苯二甲酸、邻苯二甲酸的钠盐、牛磺酸、肌酸、右旋糖、聚(n-乙烯基-1-吡咯烷酮)、天冬氨酸、天冬氨酸的钠盐、氯化镁、乙酸、乙酸的钠盐、谷氨酸、谷氨酸的钠盐、氯化锶、石膏、氯化锂、氯化钠、甘氨酸、脱水柠檬酸钠、碳酸氢钠、硫酸镁、乙酸镁、聚苯乙烯钠、十二烷基磺酸钠、聚乙烯醇或其组合。在一些实施方案中，本文提供的组合物中的无机添加剂或有机添加剂包括但不限于牛磺酸、肌酸、聚(n-乙烯基-1-吡咯烷酮)、月桂酸、月桂酸的钠盐、尿素、氯化镁、乙酸、乙酸的钠盐、氯化锶、硫酸镁、乙酸镁或其组合。在一些实施方案中，本文提供的组合物中的无机添加剂或有机添加剂包括但不限于氯化镁、硫酸镁、乙酸镁、氯化锶、硫酸锶或其组合。球霰石形成活化的球霰石或反应性球霰石的此类活化描述于2012年4月26日提交的美国专利申请号13/457,156中，该专利申请通过引用全部并入本文。
不受任何理论所限制，预期通过球磨或通过加入文石晶种、无机添加剂或有机添加剂或其组合对球霰石的活化可在活化的球霰石的溶解-再沉淀过程中导致对文石形成的控制，包括控制性质，例如但不限于多晶型物、形态、粒径、交联、凝聚、凝固、聚集、沉积、结晶、抑制沿晶体某个面的生长、允许沿晶体某个面的生长，或其组合。例如，文石晶种、无机添加剂或有机添加剂可选择性地针对于文石的形态，抑制方解石生长，并促进通常可能在动力学上不利的文石的形成。
在一些实施方案中，在前述方法中，所述一种或多种无机添加剂是选自铍、镁、锶、钡或其组合的碱土金属离子。在一些实施方案中，所述一种或多种无机添加剂是包括但不限于镁、锶、钡、钠、钾、氯、溴、碘等离子的盐。例如，在该过程中加入的一种或多种无机添加剂为，但不限于，氯化铍、氯化镁、溴化镁、碘化镁、氯化锶、溴化锶、碘化锶、氯化钡、溴化钡、碘化钡、氯化钠、溴化钠、碘化钠、氯化钾、溴化钾、碘化钾等。
在一些实施方案中，在前述方法中，在所述过程中加入的一种或多种无机添加剂的量大于0.1重量％，或大于0.5重量％，或大于1重量％，或大于1.5重量％，或大于1.6重量％，或大于1.7重量％，或大于1.8重量％，或大于1.9重量％，或大于2重量％，或大于2.1重量％，或大于2.2重量％，或大于2.3重量％，或大于2.4重量％，或大于2.5重量％，或大于2.6重量％，或大于2.7重量％，或大于2.8重量％，或大于2.9重量％，或大于3重量％，或大于3.5重量％，或大于4重量％，或大于4.5重量％，或大于5重量％；或为0.5-5重量％，或0.5-4重量％，或0.5-3重量％，或0.5-2重量％，或0.5-1重量％，或1-3重量％，或1-2.5重量％，或1-2重量％，或1.5-2.5重量％，或2-3重量％，或2.5-3重量％；或为0.5重量％，或1重量％，或1.5重量％，或2重量％，或2.5重量％，或3重量％，或3.5重量％，或4重量％，或4.5重量％，或5重量％。在一些实施方案中，在前述方法中，在所述过程中加入的一种或多种无机添加剂的量是0.5-3重量％或1.5-2.5重量％。
在一些实施方案中，球霰石向文石的活化可能需要添加剂离子的组合。例如，在一些实施方案中，如实施例中所示，发现锶和镁离子在纤维素基质中时均可用于反应性球霰石到文石的转化过程。单独的镁趋向于球霰石颗粒的稳定性，且在给定时间区间内受温度影响较小。当单独使用锶时，发生的溶解/沉淀反应形成矿物菱锶矿(一种根据宏观/微观结构为文石族的矿物，但由SrCO3而非CaCO3组成)。这在低至100mM(在该浓度以下球霰石保持稳定)的固化溶液水平下形成。形态学上，菱锶矿似乎具有与再沉淀晶体的长径比相关的几种形式。
在一些实施方案中，加入到碳酸盐添加剂或非胶结性组合物中的溶液中的总的二价阳离子的摩尔浓度(例如，Mg2+、Sr2+，或Mg2+和Sr2+)可为0.05-0.5M，或0.05-0.1M，或0.1-0.25M，或0.25-0.5M，且离子比例(Mg:Sr)为1:5至5:1，或1:5至2:1或1:2至2:1或1:1。
如图1的步骤60所示，可对得到的脱水后的碳酸盐添加剂进行干燥以产生产物。可通过对滤液进行风干来完成干燥。当对滤液进行风干时，风干可以在室温或升高的温度下进行。在又一个实施方案中，将沉淀物进行喷雾干燥以干燥沉淀物，其中含有沉淀物的液体是通过将其输送穿过热气体(如来自发电厂的废气流)而进行干燥的，例如，其中将液体物料泵送通过喷雾器进入主干燥室内，并且热气体相对于喷雾器方向并流或逆流通过。根据系统的具体干燥方案，干燥站可包括过滤元件、冷冻干燥结构、喷雾干燥结构等。在一些实施方案中，可通过流化床干燥器来干燥沉淀物。在某些实施方案中，如果合适，来自发电厂或类似操作的废热可用于进行干燥步骤。例如，在一些实施方案中，通过使用升高的温度(例如，来自发电厂的废热)、压力或其组合来生产干产品。
当需要时，如图1的任选的步骤50所示，来自分离反应器40的脱水后的碳酸盐添加剂可在干燥之前进行洗涤。可用淡水洗涤沉淀物，例如，以便从脱水的沉淀物中去除盐(如NaCl)。用过的洗涤水可以适当地进行处理，例如通过在尾矿池中进行处理，等等。如上所述，沉淀物可用活化剂进行冲洗。
在步骤70中，将干燥的沉淀物进行精炼，例如，以便提供所期望的物理特征，例如粒径、表面积等，或将一种或多种组分加入沉淀物中，以产生最终产品80。在一些实施方案中，可将一种或多种无机添加剂与非胶结性添加剂一起加入以使反应性球霰石转变为文石并制备非胶结性组合物。在某些实施方案中，在随后使用之前以某种方式精炼(即，加工)沉淀产物。精炼可包括多种不同的方案。在某些实施方案中，产物经受机械精炼，例如，研磨，以便获得具有期望的物理性质例如粒径等的产物。
在一些实施方案中，可将具有不同形态的如细的或凝聚的颗粒和/或具有不同尺寸的颗粒混合，以制备本发明的组合物。例如，本发明的组合物可包括细分散颗粒与较大的凝聚颗粒的混合物，或者本发明的组合物可包括具有不同尺寸的颗粒例如尺寸范围为0.1微米至100微米的颗粒的混合物。在一些实施方案中，可以通过将具有不同粒径、表面积、ζ电位和/或形态学的颗粒进行混合而调节本发明的组合物。
包含球霰石的组合物可任选地通过精炼、碾磨、老化和/或固化进行活化，例如，以便提供所期望的物理特征，例如活化、粒径、表面积、ζ电位等。包含球霰石的组合物还可通过加入本文所述的文石晶种、无机添加剂或有机添加剂进行活化。此外，可向该组合物中加入一种或多种组分，如非胶结性添加剂，以产生本发明的最终的非胶结性产品80。
III.系统
本发明的方面进一步包括用于生产包含球霰石的碳酸盐添加剂组合物以及本发明的非胶结性组合物的系统，例如加工厂或工厂。本发明的系统可具有能够实施感兴趣的特定生产方法的任何配置。
在一方面，本文提供了一种用于制备本发明的组合物的系统，该系统包括：(a)含有碱土金属的水的输入端；(b)来自工业工厂的、含有化石燃料来源的碳的烟道气的输入端；(c)连接到步骤(a)和步骤(b)输入端上的第一反应器，该第一反应器被配置为用于制备包含球霰石的碳酸盐添加剂；以及(d)连接到第一反应器的第二反应器，该第二反应器被配置为用于从碳酸盐添加剂和非胶结性添加剂制备本发明的非胶结性组合物。
图3提供了一种用于实施本发明的一些实施方案的方法的系统100的示意图。在图3中，系统100包括二价阳离子源110，例如，含有碱土金属的水。在一些实施方案中，二价阳离子源110包括具有水输入端(例如来自海洋的管路或管道等)的结构。在水源是海水时，输入端与海水源是流体连通的。例如，输入端是从海洋水到基于陆地的系统的管线或进料线，或者是船体中的进口，例如在该系统是船的一部分时，例如在基于海洋的系统中。可通过任何适宜的方案将水送入本发明的系统中，该方案例如是但不限于：涡轮马达泵、旋转凸轮泵、液压泵、流体输送泵、地热井泵、潜水真空泵及其他方案。
本发明的方法和系统还可包括一个或多个被配置成用于监测水性介质源或二氧化碳源的检测器(在图2或图3中未示出)。监测可以包括但不限于收集关于水或二氧化碳气体的压力、温度和组成的数据。这些检测器可以是被配置成用于监测的任何适宜的装置，例如，压力传感器(例如，电磁压力传感器、电位压力传感器等)、温度传感器(电阻温度检测器、热电偶、气体温度计、热敏电阻、高温计、红外辐射传感器等)、体积传感器(例如，地球物理衍射层析成像、X射线层析成像、水声学检测器等)，以及用于测定水或二氧化碳气体的化学构成的装置(例如IR光谱仪、NMR光谱仪、UV-vis分光光度计、高效液相色谱仪、电感耦合等离子体发射光谱仪、电感耦合等离子体质谱仪、离子色谱仪、X射线衍射仪、气相色谱仪、气相色谱-质谱仪、流动注射分析、闪烁计数器、酸量滴定以及火焰发射光谱仪等)。
在一些实施方案中，检测器还可以包括计算机接口，该接口被配置为向用户提供所收集的关于水性介质、二价阳离子和/或二氧化碳气体的数据。例如，检测器可测定水性介质、二价阳离子溶液和/或二氧化碳气体的内部压力，并且该计算机接口可提供该水性介质、二价阳离子溶液和/或二氧化碳气体中的内部压力随时间的变化概况。在一些实施方案中，此概况可以被存储为计算机可读数据文件或可以作为用户可读文件而打印出来。
在一些实施方案中，检测器可以是监测装置，以便它可以收集关于水性介质、二价阳离子溶液和/或二氧化碳气体的实时数据(例如，内部压力、温度等)。在其他实施方案中，检测器可以是配置为定期测定水性介质、二价阳离子溶液和/或二氧化碳气体的参数的一个或多个检测器，例如每隔1分钟、每隔5分钟、每隔10分钟、每隔30分钟、每隔60分钟、每隔100分钟、每隔200分钟、每隔500分钟或以另外一些间隔来测定组成。
图3还示出了CO2源130。如上所述，该源可以变化。在一些实施方案中，CO2源130包括具有CO2输入端如管路或管道的结构。当CO2源是来自发电厂的烟道气时，输入端与该工厂中的CO2源是气体连通的。例如，该输入端是从发电厂到该系统的管线或进料线。或者，CO2源可以是连接到该CO2源输入端上的圆筒或一系列圆筒。在一些实施方案中，CO2源是产生含有CO2的溶液的气/液吸收器。
二价阳离子如碱土金属离子源和CO2源的输入端连接到CO2充气器和沉淀反应器120上。沉淀反应器120与两个输入端连接并且配置为制备碳酸盐添加剂沉淀物。充气器和沉淀反应器120可配置为包括任何数目的不同元件，例如温度调节器(例如，配置为将水加热至所需的温度)；化学添加剂元件，例如用于将化学pH提升剂(如NaOH)引入水中；电解元件，例如阴极/阳极，等等。该反应器120可以按分批过程或连续过程来运行。应当理解，图3中的系统仅用于说明的目的，并且可以改变该系统以便获得相同的结果。例如，该系统可具有在该系统中互连的多于一个反应器和/或多于一个碱土金属离子源和/或多于一个CO2源。充气器和/或反应器可以是连续搅拌釜式反应器(CSTR)、推流式反应器(PFR)、罐、批式反应器或其组合。这样的反应器，例如CSTR、PFR等，是本领域熟知的。在一些实施方案中，该反应器是PFR。PFR可以具有任选地带有用于混合溶液的内联混合元件的管路。在一些实施方案中，该管路中的紊流使溶液混合而不需要混合元件。在一些实施方案中，静态内联混合元件可以存在于管路内以混合溶液。可以调节管路的长度和直径，这可影响溶液的混合、沉淀物的停留时间、沉淀物的形态、沉淀物的粒径，等等。在一些实施方案中，PFR中的管路内部可以用抵抗沉淀物在管路内积聚的材料进行涂覆。这样的涂料可以是特氟龙(Teflon)或任何其他材料。含有部分或完全溶解的CO2的溶液或来自吸收器的含有CO2碱性溶液的支流到达反应器的平均流速可以是4-6GPM(加仑/分钟)，或5-6GPM，或4-5GPM，或3-8GPM。含有碱土金属离子的水到达反应器的平均流速可以是8-10GPM(加仑/分钟)，或8-9GPM，或9-10GPM，或5-15GPM。
沉淀反应的产物，例如浆料，可从反应器中取出并用来制备本发明的碳酸盐添加剂组合物。或者，如图3所示，沉淀反应的产物，例如浆料，然后在批量脱水站140进行处理。脱水站140可以采用多种不同的除水工艺，包括诸如连续离心、离心、过滤离心、重力沉降等工艺。在批量脱水之后获得的、但仍然在母体上清液中浸湿的浆料可用于制备本发明的碳酸盐添加剂组合物。脱水站140可以是彼此连接起来用于对浆料进行脱水的任何数目的脱水站(例如，并联、串联或其组合)。
在一些实施方案中，所述系统还可包括脱盐站(在图3中未示出)。该脱盐站可与液-固分离器140流体连通，以使液体产物可以从该液-固分离器直接传输到该脱盐站。该系统可以包括传输工具(例如管路)，输出的废盐水可以在其中被直接泵送到脱盐站中或者可以靠重力流向脱盐站。本发明的脱盐站可以采用任何适宜的脱盐方案，并且可以包括但不限于蒸馏器、蒸汽压缩机、过滤装置、电渗析器、离子交换膜、纳米滤膜、反渗透脱盐膜、多效蒸发器或其组合。
图3中所示的系统还可以包括干燥站160或一系列干燥站，用于干燥在分离站140产生的脱水后的碳酸盐添加剂。根据该系统的具体干燥方案，干燥站160可以包括过滤元件、冷冻干燥结构、烘炉干燥、喷雾干燥结构等，如以上所述。
图3中还示出了任选的洗涤站150，在此处来自分离站140的批量脱水后的沉淀物在于干燥站160进行干燥之前进行洗涤，例如以便从该沉淀物中去除盐和其他溶质。来自干燥站160的干燥后的沉淀物然后被送至精炼站170，在此处沉淀物可以被机械加工和/或可以向沉淀物中添加一种或多种组分(例如，如本文所述)，以便产生本发明的非胶结性组合物。精炼站170可以具有研磨机、碾磨机、粉碎机、压缩机、掺混机等，以便在本发明的组合物中获得所希望的物理特性。
该系统可以进一步包括出口输送机，例如输送带、浆料泵，其允许从以下一种或多种中移出沉淀物：接触反应器、沉淀反应器、干燥站或精炼站。在某些实施方案中，该系统可以进一步包括用于由碳酸盐添加剂制备非胶结性组合物的站点。该站点可以配置为由碳酸盐沉淀物产生多种非胶结性组合物，诸如本文所述的。
在一些实施方案中，本发明的系统包括处理站，该处理站可以包括压缩机，该压缩机被配置为根据需要对烟道气或二氧化碳源、碱土金属离子源、反应器中的反应混合物、沉淀物、脱水后的沉淀物和/或干燥后的沉淀物进行加压。本发明的压缩机可以采用任何适宜的压缩方案，并且可以包括但不限于容积式泵(例如，活塞泵或齿轮泵)、静态或动态流体压缩泵、径向流离心型压缩机、螺旋叶片型压缩机、回转式压缩机、往复式压缩机、液环压缩机以及其他用于流体压缩的装置。在一些实施方案中，该压缩机可配置为加压至5atm或更大，例如10atm或更大，例如25atm或更大，包括50atm或更大的压力。
在一些实施方案中，本发明的系统可以包括控制站，该控制站被配置为用于控制被传送至沉淀器或充气器的二氧化碳的量和/或碱土金属离子的量；被传送至分离器的沉淀物的量；被传送至干燥站的沉淀物的量；和/或被传送至精炼站的沉淀物的量。控制站可以包括手动地、机械地或数字地控制的一组阀门或多阀门系统，或者可以采用任何其他适宜的流量调节器方案。在一些情况下，该控制站可以包括计算机接口(其中调节是计算机辅助的或者是完全由计算机控制的)，该计算机接口被配置为向用户提供输入或输出参数以便控制所述量，如以上所述。
如以上所述，所述系统可以存在于陆地或大海上。例如，该系统可以是位于沿海地区的陆基系统，例如靠近海水源，或甚至在内部位置，在此处从咸水源如海洋用管路将水输送至该系统中。或者，该系统可以是水基系统，例如存在于水上或水中的系统。这样的系统可以根据需要而存在于船上、基于海洋的平台上等。
应当理解，在附图中描绘的方法和系统绝非限制本发明的范围。这些方法中的一个或多个步骤可以被跳过，或者这些步骤的顺序可以改变，以用于制备本发明的产品和组合物。类似地，可以省去这些系统中的一个或多个组件以制备本发明的产品和组合物。例如，当将CO2源加入反应器中时，二价阳离子源可能已经存在于该反应器中，反之亦然。
在某些实施方案中，采用系统来执行上述方法。在如上所述产生碳酸盐添加剂之后，然后采用碳酸盐添加剂来产生本发明的非胶结性组合物，如本文所述。
IV.实用性
本发明的组合物用于多种不同的应用中，如上文所综述的。本发明的方法和系统用于CO2截存，特别是通过在多种不同的人造产品中的截存。CO2截存包括将CO2从气态流如废气流中去除或分离并将其固定成稳定的非气态形式，以使CO2不能逸入大气中。CO2截存包括将CO2安置成储存稳定的形式，其中CO2至少在组合物的使用寿命期间是固定的。因此，根据本发明的方法进行的CO2的截存导致防止CO2气体进入大气并以CO2不变成大气的一部分的方式长期储存CO2。
V.包装物
在一方面，本文提供了一种包含本发明的组合物的包装物。在一些实施方案中，本文提供了一种包含由本发明的碳酸盐添加剂形成的非胶结性组合物的包装物。在一些实施方案中，本文提供了一种包含由本发明的碳酸盐添加剂形成的非胶结性产品的包装物。该包装物进一步包含适合容纳由所述组合物制备的组合物或产品的包装材料。该包装物可以包含一种或多种这样的包装材料。该包装材料包括但不限于：金属容器；麻袋；袋子，例如但不限于纸袋或塑料袋；箱子；储仓，例如但不限于塔式储仓、青贮仓、袋式储仓、低水平移动式储仓或静态直立式储仓；以及箱柜。应当理解，可以用于携带或储存由本发明的组合物制备的组合物和产品的任何容器均完全在本发明的范围之内。在一些实施方案中，这些包装物是便携式的。在一些实施方案中，这些包装物和/或包装材料是一次性的或可循环使用的。该包装材料进一步适合于将由本发明的组合物制备的组合物或产品储存和/或保藏长于几个月至几年。在一些实施方案中，这些包装材料进一步适合于将由本发明的组合物制备的组合物或产品储存和/或保藏长于1周，或长于1个月，或长于2个月，或长于5个月，或长于1年，或长于2年，或长于5年，或长于10年；或者1周至1年，或1个月至1年，或1个月至5年，或1周至10年。
提出以下实施例是为了向本领域普通技术人员提供关于如何实施和使用本发明的完整公开内容和描述，而并非意在限制本发明人视为其发明的范围，也并非意在表示以下实验是进行的所有实验或仅有的实验。已经努力确保所使用的数字(例如量、温度等)的准确性，但是应该考虑到一些实验误差和偏差。除非另有说明，份数是重量份数，分子量是重均分子量，温度为摄氏度，而压力为大气压或接近大气压。
在实施例及其他地方，缩写具有以下含义：
g ＝ 克
gsm ＝ 克/平方米
g/cm3 ＝ 克/立方厘米
kN/M ＝ 千牛顿/米
KPa ＝ 千帕
KPa*m2/g ＝ 千帕*平方米/克
L ＝ 升
M ＝ 摩尔
mg ＝ 毫克
mg/g ＝ 毫克/克
min. ＝ 分钟
ml ＝ 毫升
mm ＝ 毫米
mM ＝ 毫摩尔
μm或um ＝ 微米
mN□ ＝ 毫牛顿
mNm2/g ＝ 毫牛顿*平方米/克
MPa ＝ 兆帕
N*m/g ＝ 牛顿*米/克
ppm ＝ 百万分率
psi ＝ 磅/平方英寸
RH ＝ 相对湿度
S ＝ 秒
S/100ml空气 ＝ 100mL空气穿过孔所需的秒数
w/v ＝ 重量/体积
w/w ＝ 重量/重量
实施例
实施例1
由反应性球霰石组合物制备纸并在纸中转变为文石
该实验说明了在纤维素纤维基质中反应性球霰石重结晶为文石。反应性球霰石向文石的转变改善了纸的机械性能。纤维素纤维中的反应性球霰石的容许负载水平的提高可以抵消昂贵且环境不友好的基于木材的纤维素纸浆的使用。
通过将浓缩的CaCl2稀释至0.319mol/L来形成反应性球霰石材料，随后将Na2SO4溶解于硬盐水溶液中至0.0061mol/L的浓度。通过在1.382mol/L NaOH溶液中吸收CO2直至pH为10-11来制备碱性盐水。将两种溶液以8.17gpm的硬盐水溶液与3.88gpm的碱性溶液的比例混合流入混合罐中。以保持罐中70加仑的恒定体积的速率将沉淀的浆料从罐的底部泵出(罐中的平均液体停留时间为5.8min)。使浆料进行重力沉降同时连续进行滗析。然后将浓缩的浆料进行压滤并随后在旋涡流化干燥器中干燥。干燥的组合物所表现出的性质示于表1中。粒径分布通过静态光散射技术进行测定，而组合物的矿物学分析通过粉末x射线衍射法进行测定，并使用Rietveld精修(refinement)进行定量。
表1
使用的其他材料：北部硬木纸浆(Northern Hardwood Pulp)；北部软木纸浆—干燥的和永不干燥的(浆料)。
在一个实验中，准备好纸浆用于根据TAPPI标准方法T218来形成手抄纸片(paper hand sheet)。然后加入反应性球霰石材料至最终重量％为0.5％、2％、8％、25％、32％、45％、50％、60％和75％。然后真空过滤所制备的纸浆以形成纸片，在350kPa下压制2min，并使纸片经受多种固化温度和湿度水平：25℃、40℃、60℃、130℃和15％RH-100％RH(相对湿度)。在这些温度和湿度水平下的固化时间为5min、30min、1小时、3小时、8小时、24小时和72小时。
在第二个实验中，除了使用去离子水的对照外，采用0至10wt％的MgCl2制成纸浆。干粉在与纤维素组合之前还通过下列步骤进行预处理：用1.4M的Na2CO3溶液进行冲洗，以使颗粒表面带负电，随后用0.5M的MgCl2溶液进行冲洗以将正的镁离子吸附至带负电的表面。然后将预处理的固体与去离子水在上文提到的制浆工艺中进行合并，然后在各种温度和湿度水平下进行固化和测试。
为了实现有利于在水的沸点以上的转变的湿环境，使用压力容器(Humbolt Boekel高压釜H-3240)。通过将水加热来诱导产生蒸汽，然后关闭该容器以增加压力，进而热能随着温度升高而进入系统，而并非过量的水蒸发。
在具有镁源(来自制浆溶液或者来自干粉的预处理)的纸浆复合体系中反应性球霰石的高负载水平(32-75wt％)下，实现了向文石的转变—将纤维素的纤维桥接起来。类似的组合物可采用较低负载的反应性球霰石组合物来制备，诸如在非胶结性组合物中5-30wt％的反应性球霰石组合物。
可以设想，这种效果可导致纤维素纤维与碳酸盐反应性球霰石之间更大的结合，从而提高所得纸的拉伸、爆裂、撕裂强度并允许更高的负载以实现转变。文石-球霰石-纸浆体系示于图4中，图4示出了由于球霰石向文石的转变而引起的碳酸盐颗粒与纤维的结合。该样品中的转变在60℃、95％湿度的湿度箱中以相对较慢的动力学速率进行，其需要三天转变为文石。纸样品含有75wt％的反应性球霰石，并在60℃、95％相对湿度的湿度箱中固化三天。
为了从三天的时间段提高转变速率并提高制纸工艺，研究了提高的温度，特别是在水的沸点以上的温度的影响。现发现，当测试的碳酸盐材料与纸在1.5wt％MgCl2溶液中组合或者用带负电的1.4摩尔的碳酸钠溶液预冲洗，然后使镁离子从0.5摩尔的MgCl2溶液中吸附至表面时，在130℃、100％湿度下在处理的三个小时内发生完全转变。图5示出了转变为文石网并附着至纤维素纤维的球霰石颗粒。纸样品含有60wt％的反应性球霰石，并用1.4M的Na2CO3冲洗进行预处理，随后用0.5M的MgCl2冲洗，然后以0.5％的固体与纤维素纸浆和去离子水组合。然后将纸在130℃、100％相对湿度下处理三个小时。
实施例2
通过水合石灰的碳化制备球霰石材料
矿藏高纯度碳酸钙岩石。将岩石粉碎成处理所需的粒径—小石头或粉末。将一些杂质从粉碎的岩石中分离。在窑中煅烧(加热)至1850°F，使碳酸钙分解，形成石灰(CaO)和二氧化碳气体(CO2)。可捕获二氧化碳以重新使用。
CaCO3+热量→CaO+CO2↑
向水中加入石灰以形成氢氧化钙(水合石灰或熟石灰)。
CaO+H2O→Ca(OH)2
从熟石灰中分离出另外的杂质。将捕获的二氧化碳与熟石灰组合。碳酸钙进行重整，并由于碳酸钙不溶于水而沉淀出来。碳酸钙是反应性球霰石，或者对形成的碳酸钙进行活化以形成反应性球霰石。
Ca(OH)2+CO2→CaCO3↓+H2O
从PCC浆料中分离另外的杂质和砂砾。如果PCC将用于造纸厂或运送至乳胶涂料工厂，则较低固体含量的浆料可不加处理而使用，或者进行处理以提高(bring up)固体水平，然后在转移或装运之前进行测试。如果PCC将用作干产品，则对浆料进行脱水、干燥、碾磨、包装和测试。
实施例3
在高PSA和高质量负载％下纸中反应性球霰石到文石的转变
在这项研究中，根据改编自TAPPI 218的方法采用4克崩解两分钟的纸浆在最高速度设置下形成9张手抄纸片。如实施例1中的方法所述制备球霰石组合物。球霰石沉淀物的XRD显示79％的球霰石和21％的方解石。PSA显示出平均值为22.0um且标准偏差为8.75um的分布。
将球霰石组合物加入到纸浆中并混合30秒以在整个纤维中均匀地分散。然后使用与混合时相同的液体(～0.5％的固体)将纸浆浆料稀释至1000ml，并在真空下通过Whatman 1滤纸进行过滤。当制备出这些纸片中的三个时，将它们转移至光滑的金属板，用纸巾夹在中间，并在约350kPa下压制两分钟。然后将所有形成的纸片在进行任何进一步的处理之前在40℃下干燥过夜。
使纸片样品在高压釜中处于130℃下30分钟至3小时。对于每种在高压釜中固化的样品，挑出一个样品在室温下干燥，并将两个样品置入湿度箱(60℃，95％RH)中3小时、3天和7天的时间。
表2
如表2所示，观察到温度从60℃升高到130℃提高了球霰石到文石的转化率。还观察到，在高温和高压下，与3-7天的时间长度相比，球霰石到文石的转变时间可缩短至30分钟至3小时即可完全转化。
实施例3
在低PSA和低质量负载％下纸中反应性球霰石到文石的转变
在这项研究中，形成具有2um的低PSA的反应性材料。转变后的反应性小球霰石显示出文石针形物的互连网状物，其缠绕纤维，填充入层叠纤维间的空间中并桥接与小得多的原纤维连接的纤维间的间隙。2um的材料以15wt％至45wt％负载在纸中。
如实施例1中的方法所述制备球霰石材料。干组合物显示出表3中所示的性质。粒径分布通过静态光散射技术进行测定，而组合物的矿物学分析通过粉末X射线衍射法进行测定，并使用Rietveld精修进行定量。
表3
在该实验中，根据TAPPI标准方法T205制备具有25重量％的球霰石材料的纸浆和手抄纸片。将一组手抄纸片在0.25M Mg2+和0.25M Sr2+溶液中固化，此时反应性球霰石完全转变为文石。将一组手抄纸片在0.25M Mg2+溶液中固化，此时球霰石保持稳定而不转变为文石。在60℃、95％相对湿度下固化24小时。与具有稳定性球霰石的固化后的纸片相比，具有文石的固化后的纸片显示出撕裂强度指数10.9％的增加和爆裂强度指数4.8％的增加。然而，固化后的纸片显示出拉伸强度指数3.2％的降低。
可以设想，如果在固化步骤后冲洗纸片，则可从纸片中除去一些或全部的蒸发残渣(evaporite)，从而导致较低的纸片重量。由于爆裂强度指数、拉伸强度指数和撕裂强度指数是基于纸片的基重(如以下公式所示)，因此所得数值将有所不同。
爆裂强度指数＝[6.89(转换因子)×测量的爆裂压力(psi)]/基重(gsm)＝kPa*m^2/g
拉伸强度指数＝[测量的拉力(KN/m)/基重(gsm)]s1000＝N*m/g
撕裂强度指数＝[测量的撕裂力(mN)/基重(gsm)]＝mN*m^2/g
因此，考虑到固化前纸片的重量(该重量将接近于固化并冲洗后的纸片的重量)，对于具有文石的固化后的纸片，爆裂强度指数增加22.2％，拉伸强度指数增加12.2％，且撕裂强度指数增加28.4％。
实施例4
传统的PCC与2微米稳定性球霰石用于纸的比较
进行研究以比较加入本发明的含有稳定性球霰石(不转变成文石的球霰石)的沉淀碳酸钙与加入传统使用的PCC的特征性纸性能。含有球霰石的PCC可用作填充剂或涂覆颜料以改善纸的光学性能。如实施例1中所述制备本发明的含有球霰石的沉淀碳酸钙。该沉淀物含有98.8％的球霰石和1.2％的方解石。沉淀物的PSA显示出平均值为2.3um且标准偏差为0.8um的分布。
所制备的手抄纸片是硬木和软木硫酸盐纸浆(softwood Kraftpulp)的掺合物，其为用于复印纸的标准配料。所有的手抄纸片均由85％硬木纸浆和15％软木纸浆的掺合物形成并精炼成305ml的游离度。硬木和软木纸浆从New Page Wisconsin Rapids工厂获得。使用两种不同的PCC样品(本发明的含球霰石的碳酸钙和对照)制备每组含有5重量％、10重量％和15重量％的PCC的6组手抄纸片。对照PCC是由Specialty Minerals生产的Albacar 5970。将Nalco Core Shell61067用作助留剂包以帮助保留PCC。所用的加料率在0.1％左右。
根据TAPPI标准T205制备手抄纸片。按照TAPPI标准T220对手抄纸片进行下列测试：基重、卡尺厚度(caliper)、密度、撕裂性能、拉伸性能和爆裂性能。以下表4示出了对照样品，即Albacar 5970(C5、C10和C15)和本发明的含有球霰石的组合物(T5、T10和T15)的测试结果。
表4
还进行了其余测试且TAPPI标准编号跟在所示的测试之后：孔隙率(T460)、蓖麻油渗透(T462)和水溶性氯化物。使用TAPPI标准T256中的方法提取氯化物，而通过EPA方法4500CL E分析氯化物。还将各组的样品进行灰化以比较样品中保留的PCC的量。表5-8示出了采用本发明的稳定性球霰石制备的手抄纸片(示于图4中)与采用传统PCC制备的手抄纸片的各种性能的比较。对于全部的物理和光学测试结果，本发明的含有稳定性球霰石的PCC与Albacar表现得同样好。如上述实施例3所示，与稳定性球霰石相比，反应性球霰石组合物显示了在纸制品中改进的性能，而如本实施例所示，稳定性球霰石显示出与传统的PCC同样好的性能；可以设想，与传统的PCC相比，反应性球霰石组合物将显示出改进的性能。
表5示出了与爆裂强度和拉伸强度相关的数据比较。
表5
表6示出了与撕裂阻力、空气阻力(孔隙率)、蓖麻油渗透相关的数据比较。
表6
表7示出了与纸浆中的水溶性氯化物和灰化后的样品中保留的PCC的量相关的数据比较。
表7
表8示出了与采用albacar制备的纸片(C5、C10和C15)、采用含有球霰石的组合物制备的纸片(T5、T10、T15)、粉末albacar和粉末形式的含有球霰石的组合物(CaCO3)的亮度和不透明度相关的数据比较。
表8
实施例5
沉淀材料的δ13C值的测定
在该实验中，使用瓶装二氧化硫(SO2)和瓶装二氧化碳(CO2)气体的混合物，以NaOH作为碱度来源，并且以氯化钙作为二价阳离子来源，而制备含有碳酸盐的沉淀材料。该程序在封闭的容器中进行。起始材料为可商购的瓶装SO2和CO2气体的混合物(SO2/CO2气体或“模拟烟道气”)。容器填充有去离子水。向其中加入氢氧化钠和氯化钙以提供适合于沉淀含有碳酸盐的含球霰石的沉淀材料而不向大气中释放CO2的pH(碱性)和二价阳离子浓度。以适合于从碱性溶液中沉淀出沉淀材料的速率和时间喷射SO2/CO2气体。足够的时间允许反应组分的相互作用，之后将该沉淀材料与其余溶液(“沉淀反应混合物”)分离，从而产生湿沉淀材料和上清液。
测量过程起始材料、沉淀材料和上清液的δ13C值。使用的分析系统是由Los Gatos Research制造的，并且使用直接吸收光谱法来提供范围为2％-20％CO2的干气体的δ13C和浓度数据。使用具有已知同位素组成的标准5％CO2气体来校准该仪器，并且对在2M高氯酸中消化的洞石(travertine)和IAEA大理石#20样品所释放的CO2的测量得到在文献中所见的数值的可接受测量误差之内的数值。使用注射器对CO2源气体进行取样。使CO2气体通过气体干燥器(Perma PureMD气体干燥器，型号MD-110-48F-4，由聚合物制成)，然后进入可商购的台式碳同位素分析系统中。首先用热的高氯酸(2MHClO4)消化固体样品。CO2气体从封闭的消化系统中释放出来，然后通过气体干燥器。从那里收集该气体并注射至分析系统中，从而得到δ13C数据。类似地，对上清液进行消化以释放CO2气体，然后将CO2气体干燥并通入分析仪器，得到δ13C数据。
发现沉淀材料的δ13C值小于-12‰。本实施例说明δ13C值可以用来确认含有碳酸盐的沉淀材料中的碳的主要来源。
尽管本文已经显示并描述了本发明的优选实施方案，但对于本领域技术人员显而易见的是，这些实施方案仅作为示例提供。在不背离本发明的情况下，本领域技术人员现在将会想到大量的变化、改变和替换。应当理解，本文所述的本发明实施方案的各种替代方案可以在实施本发明中使用。以下权利要求旨在限定本发明的范围，并且由此涵盖这些权利要求范围内的方法和结构及其等同物。

Claims (30)

1.一种非胶结性组合物，其包含：碳酸盐添加剂和非胶结性添加剂，其中该碳酸盐添加剂包含反应性球霰石。
2.根据权利要求1所述的非胶结性组合物，其中所述碳酸盐添加剂具有小于-12‰的碳同位素分馏值(δ13C)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的非胶结性组合物，其中所述碳酸盐添加剂包含50-99％w/w的反应性球霰石。
4.根据前述权利要求中任一项所述的非胶结性组合物，其中所述非胶结性添加剂是大于20％w/w的纤维素纤维或聚合物纤维。
5.根据前述权利要求中任一项所述的非胶结性组合物，其中该组合物包含5-50％w/w的碳酸盐添加剂。
6.根据前述权利要求中任一项所述的非胶结性组合物，其中所述碳酸盐添加剂具有0.5-25微米的平均粒径。
7.根据前述权利要求中任一项所述的非胶结性组合物，其中该组合物进一步包含一种或多种活化添加剂，其中所述一种或多种活化添加剂是选自铍、镁、锶、钡及其组合的离子。
8.根据权利要求7所述的非胶结性组合物，其中所述一种或多种活化添加剂为所述组合物的0.5-30％w/w。
9.根据前述权利要求中任一项所述的非胶结性组合物，其中该组合物用于纸制品、聚合物产品、润滑剂、粘合剂、橡胶、粉笔、沥青产品、涂料、用于去除涂料的磨料、个人护理产品、化妆品、清洁产品、个人卫生产品、可摄取的产品、农产品、环境修复产品或其组合。
10.一种纸制品，其包含5-50％w/w的碳酸盐添加剂，其中该碳酸盐添加剂包含至少50％w/w的文石。
11.根据权利要求10所述的纸制品，其中该纸制品选自证券纸，报纸，印刷纸，书写纸，建筑用纸，封面纸，信封纸，表格证券，无木浆纸，机械纸，绝缘板，包装纸，胶版纸，封装纸，再生纸，标签，卡片纸，纸板，瓦楞纤维板，盒纸板，墙板，箱，袋，用于制备卷烟纸、雪茄粘结剂、卷烟包装的纸制品，用于擦拭流体的纸制品，医用纸制品，家用纸制品，及其组合。
12.根据权利要求10或11所述的纸制品，其中所述碳酸盐添加剂进一步包含菱锶矿。
13.根据权利要求10-12中任一项所述的纸制品，其中所述碳酸盐添加剂进一步包含0.1-99％w/w的菱锶矿。
14.一种用于生产非胶结性产品的方法，该方法包括：
a)生产碳酸盐添加剂，其中该碳酸盐添加剂包含反应性球霰石；
b)将所述碳酸盐添加剂与非胶结性添加剂混合；以及
c)生产非胶结性产品。
15.根据权利要求14所述的方法，其中生产碳酸盐添加剂包括：使CO2与质子去除剂接触以形成溶液；并使该溶液与包含碱土金属离子的水在一项或多项沉淀条件下接触以制备包含反应性球霰石的碳酸盐添加剂。
16.根据权利要求15所述的方法，其中同时进行步骤a)和步骤b)并原位形成包含反应性球霰石的碳酸盐添加剂。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述非胶结性添加剂是纸浆，且包含反应性球霰石的碳酸盐添加剂原位转变为文石以形成纸制品。
18.根据权利要求15-17中任一项所述的方法，其中所述碱土金属离子包括钙离子、镁离子或其组合。
19.根据权利要求15-18中任一项所述的方法，其中使CO2与电石石灰溶液接触，其中该电石石灰溶液提供质子去除剂和钙离子两者。
20.根据权利要求14所述的方法，其中生产碳酸盐添加剂包括：煅烧石灰石以形成氧化钙，由氧化钙形成水合石灰，并用CO2处理水合石灰以形成包含反应性球霰石的碳酸盐添加剂。
21.根据权利要求15-19中任一项所述的方法，其中所述一项或多项沉淀条件选自温度，pH，压力，离子比例，沉淀速率，添加剂的存在，离子种类的存在，添加剂和离子种类的浓度，搅拌，停留时间，混合速率，搅动的形式，晶种、催化剂、膜或基底的存在，脱水，干燥，球磨，及其组合。
22.根据权利要求14-21中任一项所述的方法，进一步包括：在步骤b)期间或之后通过核活化、热活化、机械活化、化学活化或其组合来活化反应性球霰石以促进反应性球霰石到文石的转变。
23.根据权利要求22所述的方法，其中所述活化包括加入文石晶种、无机添加剂或有机添加剂中的一种或多种。
24.根据权利要求14-23中任一项所述的方法，包括：在步骤b)期间和/或之后向碳酸盐添加剂中加入一种或多种选自铍、镁、锶、钡及其组合的无机添加剂，以促进反应性球霰石到文石的转变。
25.根据权利要求17-19或21-24所述的方法，其中文石的形成导致该非胶结性产品与包含稳定性球霰石的非胶结性产品相比具有一种或多种选自以下的性质：更好的连接或粘结、更高的拉伸强度、更高的爆裂强度、更高的撕裂强度、更高的冲击断裂韧性及其组合。
26.根据权利要求23或24所述的方法，其中所述一种或多种无机添加剂在加入后的溶液中的量为0.05-0.5M。
27.根据权利要求14-26中任一项所述的方法，其中所述非胶结性添加剂是用于制备纸制品的纤维素纤维或聚合物纤维。
28.根据权利要求14-27中任一项所述的方法，其中所述非胶结性产品是纸制品、聚合物产品、润滑剂、粘合剂、橡胶、粉笔、沥青产品、涂料、用于去除涂料的磨料、个人护理产品、化妆品、清洁产品、个人卫生产品、可摄取的产品、农产品、环境修复产品或其组合。
29.根据权利要求28所述的方法，包括制备包含至少50％w/w的文石碳酸盐添加剂的非胶结性产品。
30.一种通过根据权利要求14-29中任一项所述的方法形成的产品。
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