CN109415256A - 合成火山灰 - Google Patents

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Abstract

使用当地原料生产合成火山灰，以提供不受原料获得地限制而保持化学和性质均一的胶结材料。描述了两种生产方法。一种是将原料在半熔融或熔融状态下加工的高温方法，第二种方法是低温水相方法。

Description

合成火山灰
与相关申请的交叉引用
本申请要求2016年5月5日提交的共同待决的美国临时专利申请系列号62/332,318的优先权和利益，所述申请整体通过参考并入本文。
技术领域
本发明总的来说涉及混凝土，具体来说涉及用于混凝土组合物的火山灰质材料。
背景技术
各种不同类型的水泥已在所有建筑方式中使用了数千年。典型的现代水硬水泥，更通常被称为普通波特兰水泥(OPC)，是地球上消费最多的物质之一。
尽管基于普通波特兰水泥的混凝土与大多数其他结构材料相比具有更低的CO2足迹，但每年生产的波特兰水泥混凝土的庞大体量使其成为全球人为二氧化碳排放的重要贡献者。为了减少全球CO2排放，必须采取新方法来生产新一代水硬水泥。当前，最高效的水泥窑可以每吨OPC熟料伴随816kg CO2的相关排放生产水泥熟料。将所述磨碎的水泥熟料与具有低或零相关生产CO2排放的补充胶结材料(SCM)掺混，减少了最终产品的隐含CO2总量。对给定应用使用具有尽可能低熟料因子(clinker factor)的水泥，是减少混凝土设备CO2足迹的最常用的工业方法。
为获得低熟料因子而与OPC熟料掺混的SCM的主要是粉煤灰和矿渣。受通过降低水泥熟料因子来减少CO2足迹所驱动，对以前认为的废料(粉煤灰和矿渣)的需求已增长到使这些材料的价格可以与OPC相比的地步。由于对以前被当作是废品的物质的这种需求，轻微加工过的废油页岩或粘土矿物也可以被经济地生产并用作SCM。
对于可以被生产并显著替代混凝土中的OPC的可持续的SCM存在着需求。
发明内容
根据一个方面，本发明描述了生产具有显著比例的可活化非晶相的材料的方法。
在一个实施方式中，所述材料通过将原料在高温固态方法中粉碎并烧制来生产，以生产具有一些结晶组分和源自于烧制期间产生的液相的一些可活化非晶相的熟料。
在另一个实施方式中，所述材料是通过天然、废旧或人造的含硅酸盐矿物与CO2的水相分解或溶解来生产，以生产可活化非晶相和另外的结晶沉淀物。
在又一个实施方式中，将所述生产的含有可活化非晶相的材料与水和活化剂配合，以产生胶结复合材料。
在另一个实施方式中，所述活化剂选自OPC(1-70wt％)、游离石灰(1-20wt％)、氢氧化钙(1-20wt％)和碱金属氢氧化物(NaOH、KOH，1至10wt％)中的一种或多种。
根据一个方面，本发明的特点在于一种合成火山灰，其包含至少10质量％的包含硅质、硅铝质和铝质材料中一种或多种的可活化非晶相，所述可活化非晶相被设计成通过进行化学反应来活化，以形成胶结化合物。
在一个实施方式中，所述合成火山灰还包含结晶相。
在另一个实施方式中，所述结晶相主要包含结晶黄长石。
在又一个实施方式中，所述结晶相主要包含结晶斜长石。
在另一个实施方式中，所述结晶相主要包含结晶碱性长石。
根据另一方面，本发明涉及一种制造合成火山灰的方法，所述合成火山灰包含至少10质量％的可活化非晶相，所述方法包括在高温方法中进行固态反应以生产熟料的步骤。
在一个实施方式中，所述在高温方法中进行固态反应的步骤包括下述步骤：选择一种或多种前体原材料；分析所述一种或多种前体原材料的化学组成；将所述一种或多种前体原材料掺混，以获得Ca与Al、Fe、Mg、Si之和的本体摩尔比为0.5-1.0并且Al、Fe和Mg的金属氧化物之和为至少14重量％的掺混的前体组合物；以及将所述掺混的前体组合物加热至800℃至1400℃之间的温度，其时间足以使所述掺混的前体组合物反应以产生基于黄长石的熟料。
在另一个实施方式中，所述在高温方法中进行固态反应的步骤包括下述步骤：选择一种或多种前体原材料；分析所述一种或多种前体原材料的化学组成；将所述一种或多种前体原材料掺混，以获得本体化学组成为AlSi2O8并添加有CaA1(钙长石端元(endmember))、NaSi(钠长石端元)或KAl(正长石端元)中的一者或多者，且所述CaAl+NaSi+KAl组分与AlSi2O8的摩尔比为0.8-1.2比1.的掺混的前体组合物；以及将所述掺混的前体组合物加热至800℃至1400℃之间的温度，其时间足以使所述掺混的前体组合物反应以产生基于斜长石的熟料。
在又一个实施方式中，所述制造合成火山灰的方法还包括使用预处理化学品以将所述固态反应的反应速率或最大反应程度提高到超过在不存在所述预处理化学品的情况下得到的反应速率或最大反应程度的步骤。
在另一个实施方式中，所述预处理化学品是含有乙酸、柠檬酸、酒石酸、葡萄糖酸(gluconic acid)和草酸中的至少一者的有机酸溶液。
在另一个实施方式中，所述制造合成火山灰的方法包括在所述熟料的研磨期间引入所述预处理化学品的步骤。
在又一个实施方式中，所述制造合成火山灰的方法包括将所述预处理化学品引入到磨碎的熟料的步骤。
根据另一方面，本发明涉及一种制造合成火山灰的方法，所述合成火山灰包含至少10质量％的可活化非晶相，所述方法包括在低温方法中进行水相反应的步骤。
在一个实施方式中，所述在低温方法中进行水相反应的步骤包括使用被设计成分解或非全等溶解以形成可活化非晶相的硅酸盐矿物的前体和被设计成辅助所述前体矿物的分解或溶解的前体化学品。
在另一个实施方式中，所述制造合成火山灰的方法还包括使含有CO2的废气渗透通过过反应器的步骤。
在又一个实施方式中，所述前体化学品是酸。
在另一个实施方式中，所述前体化学品源自于CO2气体。
在另一个实施方式中，所述前体化学品从CO2气体合成。
在又一个实施方式中，所述前体矿物选自天然获得的矿物、硅质石灰石、粘土、硅灰石、橄榄石和长石。
在其他实施方式中，所述前体矿物是选自普通波特兰水泥、硫铝酸钙水泥、铝酸钙水泥、可碳酸化硅酸钙水泥和合成铸造砂的人造材料。
在另一个实施方式中，所述前体矿物是合成生产的火山灰。
在另一个实施方式中，所述前体矿物选自废料、矿渣和粉煤灰。
在另一个实施方式中，所述可活化非晶相包含SiO2、Al2O3和Al2O3-SiO2。
根据另一方面，本发明涉及一种复合材料，其通过权利要求1的合成火山灰与活化剂和水的掺混来生产。
在一个实施方式中，所述活化剂选自水硬水泥(1-70wt％)、游离石灰(1-20wt％)、氢氧化钙(1-20wt％)和碱金属氢氧化物(NaOH、KOH，1至10wt％)中的一种或多种。
从下面的描述并从权利要求，本发明的上述和其他目的、方面、特点和优点将变得更加显而易见。
附图说明
参考下面描述的附图和权利要求，本发明的目的和特点可以被更好地理解。所述图不必定是按比例绘制的，相反，重点通常放在说明本发明的原理上。在所述附图中，相同的数字在各个不同视图中被用于指示相同的部分。
图1是符合本发明的原理的三元CaO-SiO2-Al2O3相图，示出了普通火山灰化学组成、普通波特兰水泥熟料的通常化学组成以及高温黄长石-钙长石类型的熟料的目标区域。
具体实施方式
本发明将会减少传统生产的水硬水泥的CO2足迹。SCM通常包含可以在碱存在下活化的非晶态硅酸盐和/或非晶态硅铝酸盐。可活化非晶相是包含可以被活化以具有胶结性质的非晶态硅酸盐相和/或非晶态硅铝酸盐相的非晶相。
为实现对水泥和混凝土工业的重大影响，这些SCM应该能够，优选地在现有的水泥基础设施内，使用可靠且可持续的供应链在全球进行生产。
为了减少混凝土产品的隐含CO2足迹，已开始尝试在生产水泥时减少熟料的量。这在许多应用中通过使用火山灰变得可行。火山灰涵盖了有能力替换混凝土中的一部分波特兰水泥并仍对最终混凝土构件的强度有贡献的一系列天然材料和工业副产品。由于这些材料对材料的强度有贡献，因此它们能够替代显著量的波特兰水泥，在某些情况下高达80％。
许多火山灰质材料、特别是工业副产品，固有地具有低的隐含CO2足迹。在某些实施方式中，它们在掺混水泥中的使用显著降低了所述水泥的隐含CO2足迹。
术语“火山灰”广泛涵盖了不具有任何固有的胶结性质，但可以在水存在下与氢氧化钙发生化学反应(或被活化)以形成胶结化合物的硅质或硅铝质和铝质材料。我们也将火山灰质材料称为可活化非晶相。在历史上，将含有火山玻璃组分的天然存在的材料与熟石灰相组合使用，以产生古代建筑实践不可或缺的砂浆。在现代，大量火山灰质材料与水硬水泥联合使用。它们包括多种材料，例如粉煤灰、粒化高炉矿渣粉(GGBFS)、硅灰、燃烧后的有机物残渣(例如稻壳灰)、反应性偏高岭石(煅烧粘土)、煅烧页岩、火山灰、浮石和硅藻土。
图1是符合本发明的原理的三元CaO-SiO2-Al2O3相图100，示出了普通火山灰化学组成、普通波特兰水泥熟料的通常化学组成，以及高温黄长石-钙长石类型的熟料的目标区域。
在图1中，示出了一些现有技术的火山灰，包括硅灰102、天然火山灰104、F型FA(粉煤灰)106、GBBS(也被称为粒化高炉矿渣粉GGBFS)108、OPC 110和C型FA(粉煤灰)112。
在图1中，本发明的新的火山灰由区域120黄长石-钙长石火山灰那部分表示，其在组成上不与任何现有技术的火山灰重叠。
在典型的水硬水泥系统中，火山灰的反应简单地是由水硬水泥组分提供的氢氧钙石(Ca(OH)2)与硅酸(H4SiO4)之间的反应。这种反应产生通常被称为水化硅酸钙(C-S-H)的化合物，其通常被写为CaH2SiO4·2H2O。C-S-H的形成被显示在方程1中。尽管这可以被写成化学计量反应，但在实际中CSH相可以具有高度可变的Ca/Si摩尔比和高度可变的结晶水含量。
当在本文中使用时，下标(aq)、(s)、(1)旨在分别表示水相、固体和液体。
Ca(OH)2(aq)+H4SiO4(aq)→CaH2SiO4·2H2O(s) (1)
在许多情况下，氢氧化铝也存在于水相介质中(铝酸根，Al(OH)4-)并且可以经历类似的反应，以形成水化铝酸钙例如C4AH13(Ca4Al2O7·13H2O)或C3AH6(Ca3Al2O6·6H2O，水榴石(hydrogarnet))。在硅酸存在下，将形成水化铝酸硅酸钙(calcium aluminate silicatehydrates，C-A-S-H)例如C2ASH8(Ca2Al2SiO7·8H2O，水铝黄长石(Stratlingite.))或更复杂的C-A-S-H沉淀物。产生简单的C-A-H和C-A-S-H物质的反应示出在方程2-4中。与C-S-H物质类似，C-A-S-H物质的Ca、Si、Al和H2O含量可以高度可变。
4Ca(OH)2(aq)+2Al(OH)3(aq)+6H2O(l)→Ca4Al2O7·13H2O(s) (2)
3Ca(OH)2(aq)+2Al(OH)3(aq)→Ca3Al2O6·6H2O(s) (3)
2Ca(OH)2(aq)+2Al(OH)3(aq)+H4SiO4(aq)+H2O(l)→Ca2Al2SiO7·8H2O(s) (4)
碱金属物质例如钾或钠在某些情况下也与水相氢氧化铝和硅酸反应，并形成类似的水化碱金属铝硅酸盐沉淀物。
在其他阴离子物质例如硫酸根或碳酸根存在下，可以沉淀出其他水化配合物例如钙矾石(Ca6Al2(SO4)3(OH)12·26H2O)或单碳酸盐(monocarbonate)(Ca3Al2O6·CaCO3·11H2O)。钙矾石和单碳酸盐的形成示出在方程5和6中。
3Ca(OH)2(aq)+2Al(OH)3(aq)+3CaSO4(aq)+26H2O(l)→Ca6Al2(SO4)3(OH)12·26H2O(s)(5)
4Ca(OH)2(aq)+2Al(OH)3(aq)+H2CO3(aq)+10H2O(l)→Ca3Al2O6·CaCO3·11H2O(s) (6)
所描述的各种不同的水化配合物物质可以被笼统地描述为胶结化合物，并且已知对胶结系统的机械强度有贡献。
为了参与所述火山灰反应，在所述系统中使用的火山灰必须具有产生水相H4SiO4和Al(OH)3的能力。由于含有SiO2和Al2O3的非晶相固有的不稳定性，它们相比于结晶相是优选的。在许多情况下，所述SiO2和Al2O3的溶解度可以通过将含有火山灰的混凝土在高温下固化或通过掺入碱金属氢氧化物活化剂来提高。这种火山灰相在本发明的上下文中被称为“可活化非晶相”。
特定火山灰的组成决定了它可以为胶结化合物的形成贡献哪些物质。高度硅质的火山灰可能只向所述反应过程贡献与SiO2相关的物质。组成多样化的火山灰如粒化高炉矿渣粉可能向所述胶结化合物贡献SiO2、Al2O3和CaO衍生的物质。
天然火山灰，即源自于火山灰沉积物的火山浮石，自古以来已被使用。这些岩石在磨碎时，由于它们的非晶态特点而具有高度的天然火山灰活性。然而，它们在地理上受限，并且只在欧洲和中东的某些地区丰富得足以用作SCM。由于水泥工业固有地是大体量、低利润的行业，天然火山灰的加工和运输仅在某些情况下才是经济上可持续的。
将某些天然原材料煅烧以产生火山灰质材料，是供应大量反应性SCM的另一种方法。已开发了将粘土矿物煅烧以产生用作SCM的偏高岭石(非晶态Al2Si2O7)。在某些情况下，将所述粘土原料与石灰石一起煅烧，所述石灰石在与水结合时为所述火山灰反应提供氢氧钙石(Ca(OH)2)。来自于油或天然气开采的废页岩的煅烧也被用于产生更复杂的材料，其可以含有各种不同比例的偏高岭石、非晶态二氧化硅和游离石灰。
与天然火山灰的使用相似，简单加工的火山灰的使用是基于适合的原材料的本地可获得性。许多基于煅烧粘土的火山灰的方法需要在地理上不丰富的特定粘土化学组成。页岩、特别是来自于烃类开采废料的页岩的煅烧，受限于发生这些操作的地点，并且另外需要所述开采的岩石具有用于加工成SCM的适合化学组成。与可能只需要破碎和/或研磨加工步骤的天然火山灰相反，所述煅烧的天然火山灰需要另外的回转窑加工来产生所述与氢氧钙石反应的非晶态硅铝酸盐相。这种额外的加工需要适合的加工基础设施、额外的运输和额外的成本，这除了在非常有利的条件下之外限制了经济可持续性。
工业副产品是最典型的现代SCM。三种最通用的副产品是粉煤灰、粒化高炉矿渣粉(GGBFS)和硅灰。使用这些副产品的优点在于隐含二氧化碳足迹可以被当作零(0)。这些材料的成本应该低。然而，情况不再如此，这是由于在水泥工业中降低熟料因子的趋势已经将对这些材料的需求推动到使它们的价格可以等于或超过掺混水泥的水硬性熟料组分的地步。与天然火山灰相似，副产品也受到地理限制。例如，钢产量很小的国家没有机会使用GGBFS。
GGBFS和粉煤灰都可以以高比例掺混在水硬水泥系统中，这使得它们对于降低熟料因子的目的来说极具吸引力。然而，由于这些材料是副产品，它们的制造方法是另一种工业产品的副结果，因此它们苦于组成和品质的可变性。这些副产物的组成和反应性随着它们所源自的方法和原材料的具体情况而变。因此，取决于地理和随着时间不同，在品质上存在高度可变性。
为了将反应性SCM如火山灰更广泛地在混凝土工业中使用，需要应对普遍可获得性和品质均一性的挑战。在可能的情况下使用丰富且廉价的原材料和现有的生产设施工业化生产的工程化改造的火山灰，是优选的解决方案。在某些实施方式中，所述解决方案应该能够使用可全球获得的原材料予以合成并且能够受到均一性控制。工程化改造的火山灰还优选地表现出比常规水硬水泥更低的隐含CO2足迹。
正如本文中所述，“合成火山灰”是一种人造的反应性SCM，其与活化剂组合使用以产生胶结粘结剂。合成火山灰含有一定比例的能够与活化剂反应产生胶结沉淀物的材料。
合成火山灰通常为胶结沉淀物贡献Si和Al离子。取决于组成，所述合成火山灰可能为胶结沉淀物的形成贡献其他物质例如Na、K、Fe、Mg或Ca。
在某些实施方式中，所述合成火山灰的组合可以被工程化改造，以便调整向合成火山灰-活化剂系统贡献的胶结化合物形成物质的比率。
本公开披露了生产有时被称为“火山灰”或“火山灰质材料”的含有可活化非晶相的材料的连续和可靠供应的路线。
描述了用于生产含有火山灰的物质的两种不同途径。
基于高温的方法
一种途径是高温方法，其可以在现有的水泥窑中使用现有的原材料执行。描述了两种形成熟料的高温化学组成。
一种化学组成是基于黄长石矿物，第二种是基于斜长石。
在某些实施方式中，从所述高温加工生产的胶结材料是基于黄长石和斜长石的系统的组合或某些中间体。
在某些实施方式中，用于所述高温加工的前体原材料可以包括天然原材料例如石灰岩、粉砂、砂岩、粘土、硅藻土、泥灰岩、铝土岩、铁矿石或其他适合的天然资源。
在某些实施方式中，用于所述高温加工的前体原材料可以包括废料或工艺副产品例如粉煤灰、矿渣、硅灰、铸造砂、矿石开采尾矿(oreextraction tailings)、采石场岩屑(quarry cuttings)、碎玻璃、碎混凝土废料或适合的废料或工艺副产品。
在某些实施方式中，用于所述高温加工的前体原材料可以是天然来源、废料和工艺副产品来源的某种组合。
第二种方法描述了使可以来源于几个不同地区的含有硅酸盐的矿物经历低温水相过程，在所述过程中将它们分解或溶解以产生可活化非晶相。
在某些实施方式中，所述水相过程通过使用化学物质来驱动，优选为源自于CO2气体的碳酸或碳酸氢根离子或草酸。
在某些实施方式中，用于所述水相过程的硅酸盐矿物前体可以是一种或多种天然来源的硅酸盐矿物例如硅灰石、橄榄石、粘土矿物、石灰岩或长石。
在某些实施方式中，用于所述水相过程的硅酸盐矿物前体可以是废料例如粉煤灰、矿渣、铸造砂或矿石开采尾矿。
在某些实施方式中，用于所述水相过程的硅酸盐矿物前体可以是人造材料例如普通波特兰水泥、可碳酸化硅酸钙水泥、硫铝酸钙水泥、斜硅钙石水泥、铝酸钙水泥或合成的铸砂。
黄长石熟料
黄长石矿物是一种俦硅酸盐，其由钙黄长石(Ca2Al2SiO7)与镁黄长石(Ca2MgSi2O7)之间的结晶固体溶液构成。黄长石也可能含有显著比例的铁或钠，在某些条件下达到铁-镁黄长石(iron-akermanite)(Ca2Fe2+Si2O7)、铁-钙黄长石(iron-gehlenite)(Ca2Fe3+AlSiO7)或钠黄长石(soda melilite)(NaCaAlSi2O7)组成。在某些条件下，黄长石可以通过置换另外引入钾离子。黄长石可以使用通式(Ca，Na，K)2[(Mg，Fe2+，Fe3+，Al，Si)3O7]来描述。
黄长石矿物组成包括各个结晶黄长石相的混合物，或作为可以用上面提到的任何矿物物质描述的黄长石固体溶液。
除了上面描述的结晶相之外，黄长石矿物组成还含有非晶态(非结晶)硅铝酸钙相。这种非晶相也可能包含从原材料或从加工引入的许多杂质物质。
黄长石矿物组成通过下述方法来设计：选择一种或多种前体原材料并将它们掺混以获得掺混的前体，所述掺混的前体的Ca与Al、Fe、Mg、Si之和的本体摩尔比为0.5-1.0，并且Al、Fe和Mg的金属氧化物之和使得这些氧化物占最终的黄长石矿物组成的质量的14％；以及将所述掺混的前体组合物加热到800℃至1400℃之间的温度。
碱金属物质例如Na或K，可以代替所述结晶黄长石相中的Ca。
可以引入碱金属物质例如Na或K或卤素物质例如F或Cl，以在烧制期间产生更多液体，由此在最终的黄长石矿物组成中产生更多非晶相。
在设计黄长石矿物组成时，目标组成可以通过可用的前体原材料的化学分析来确定。所述化学分析可以以任何方便的方式进行，例如湿法化学、x-射线衍射分析和EDAX。在某些实施方式中，预期将存在一些没有表述在所述目标组成中的痕量杂质，例如铁、钠、钾和其他遍在性元素。
这种熟料化学品能够使用现有的水泥制造设施和原材料，稍加工艺改造即能生产。
预期这种目标化学品与在目前最高效的窑中生产的普通波特兰水泥(OPC)相比，CO2排放减少～40％。
预期在某些实施方式中，产生的主要相是结晶黄长石和非晶态硅酸钙铝。在某些实施方式中，所述非晶态硅酸钙铝包含所述可活化非晶相。预期在某些实施方式中将存在次要相(可能少于7％)，其包括残留的二氧化硅、游离石灰、C2S(斜硅钙石Ca2SiO4)、CS(硅灰石CaSiO3)和C3S2(硅钙石Ca38i2O7)、krotite(CaAl2O4)、grossite(CaAl4O7)、黑铝钙石(hibonite)(CaAl12O19)、刚玉(Al2O3)或钙长石(CaAl2Si2O8)中的一者或多者。
在某些实施方式中，所述可活化非晶相的氧化物组成取决于所述掺混的前体的氧化物组成以及所述黄长石矿物组成的热历史。例如，在100％非晶态黄长石矿物组成的情况下，所述可活化非晶相的氧化物组成可以与所述掺混的前体的氧化物组成相同。当存在结晶相时，所述可活化非晶相的氧化物组成将是所述掺混的前体的氧化物组成减去所述结晶相的净氧化物组成。
长石熟料
另一种可高温活化的矿物组成是基于斜长石和正长石。钙长石(CaAl2Si2O8)是一种在CaO-Al2O3-SiO2三元平衡相图中与钙黄长石接近的矿物系统。钙长石与钠和钾相结合产生被称为斜长石和碱性长石的一大类矿物。为简便起见，这个家族的矿物通常被称为“长石”。由于需要更少的Ca以及因此更少的CaCO3来合成，基于长石的可活化矿物可以具有比基于黄长石的可活化矿物甚至更低的隐含CO2足迹。
长石矿物是地理上常见的矿物，其大部分可以被化学分类为三元系统钠长石(NaAlSi3O8，Ab)-正长石(KAlSi3O8，Or)-钙长石(CaAl2Si2O8，An)的成员。钠长石与正长石之间的组成通常被称为碱性长石，钠长石与钙长石之间的组成通常被称为斜长石。钙长石与钠长石之间的固体溶液的矿物通常由所述矿物的钙长石(An)含量来定义。它们包括钙长石(＞90％An)、倍长石(70％-90％An)、拉长石(50％-70％An)、中长石(30％-50％An)、奥长石(10％-30％An)和钠长石(0％-10％An)。钠长石与正长石之间的固体溶液系列的矿物类似地由它们的相对正长石(Or)含量来定义。它们包括钠长石(0％-10％Or)、歪长石(10％-36％Or)。在较高正长石含量下，可以观察到微斜长石(KAlSi3O8)、透长石(KAlSi3O8)与钠长石或正长石内含物的各种不同组合。
长石矿物组成包括独立的结晶斜长石或碱性长石相的混合物，或作为斜长石固体溶液系列，或作为碱性长石固体溶液系列，或作为任何上述矿物物质或固体溶液的组合。
除了上述的结晶相之外，长石矿物组成还含有非晶态(非结晶)硅铝酸钙相。这种非晶相也可能包含从原材料或从加工引入的许多杂质物质。
长石矿物组成通过下述方法来设计：选择一种或多种前体原材料并将它们掺混以获得掺混的前体，其本体化学组成被描述为基础组成为AlSi2O8并添加有CaAl(钙长石端元)、NaSi(钠长石端元)或KAl(正长石端元)的组合，其中所述CaAl+NaSi+KAl组分与AlSi2O8的摩尔比为0.8-1.2。
在某些实施方式中，所述KAl、CaAl、NaSi的比率可以变化，以提高烧制期间的液体量级并因此增加最终的长石矿物组成中的非晶相。
在某些实施方式中，可以引入卤素物质例如Cl或F，以提高烧制期间的液体量级并因此增加最终的长石矿物组成中的非晶相。
在设计长石矿物组成时，目标组成可以通过可用的前体原材料的化学分析来确定。所述化学分析可以以任何方便的方式进行，例如湿法化学、x-射线衍射分析和EDAX。在某些实施方式中，预期将存在一些没有表述在所述目标组成中的杂质，例如铁、镁和其他遍在性元素。
这种熟料化学组成能够使用现有的水泥制造设施和原材料，工艺稍加改造即可生产。
预期这种目标化学组成与在目前最高效的窑中生产的普通波特兰水泥(OPC)相比，减少～60％的CO2排放。
预期在某些实施方式中，产生的主要相是结晶钙长石或长石和非晶态硅酸钙铝。在某些实施方式中，所述非晶态硅铝酸钙包含所述可活化非晶相。预期在某些实施方式中，将存在次要相(可能少于7％)，其包括残留二氧化硅、游离石灰、C2S(斜硅钙石Ca2SiO4)、CS(硅灰石CaSiO3)和C3S2(硅钙石Ca3Si2O7)、krotite(CaAl2O4)、grossite(CaAl4O7)、黑铝钙石(CaAll2O19)、刚玉(Al2O3)、黄长石((Ca，Na，K)2(Al，Fe2+，Fe3+，Mg，Si)2SiO7)、霞石(Na3KAl4Si4O16)、白榴石(KAlSi2O6)、透辉石(MgCaSi2O6)、钙铁辉石(FeCaSi2O6)、辉石((Ca，Na)(Mg，Fe，Al，Ti)(Si，Al)2O6)或橄榄石类矿物((Mg，Fe)2SiO4)中的一者或多者。
在某些实施方式中，所述可活化非晶相的氧化物组成取决于所述掺混的前体的氧化物组成以及所述长石矿物组成的热历史。例如，在100％非晶态长石矿物组成的情况下，所述可活化非晶相的氧化物组成将与所述掺混的前体的氧化物组成相同。当存在结晶相时，所述可活化非晶相的氧化物组成将是所述掺混的前体的氧化物组成减去所述结晶相的净氧化物组成。
水泥组合物
本发明的目的是所述形成的材料是结晶相与非晶相的混合物。存在的非晶相越多越好。然而，对于回转窑运行来说，希望所述非晶相可能占产物的30％、40％或50％。对于全部装料在其中被融化的其他类型的窑来说，所述非晶相可能占产物的甚至更高的百分率，例如60％、70％或80％。
在所述黄长石或长石实施方式中，预期随后将所述结晶相与非晶相的混合物与如下所述的活化剂掺混。
所述生产水泥的方法包括所描述的用于生产黄长石矿物组成或长石矿物组成及其相关非晶相的反应之一。
所公开的长石-黄长石合成火山灰通常占据CaO-Al2O3-SiO2相图的图1中指示的区域。取决于所述长石-黄长石合成火山灰的设计，所述组成可能落于原本与其他天然或副产品火山灰相关的区域内。然而，在这种情况下，与仅仅是收集并进行稍微加工以用作火山灰SCM的副产品材料相反，本发明旨在将所述合成火山灰有意地工程化改造，以获得所需水平的火山灰反应性和工业可重现性。
CaO-Al2O3-SiO2相图上指示的长石-黄长石合成火山灰区域没有考虑预期将通过设计或作为原材料选择的结果而被引入到所述合成火山灰材料中的其他物质。物质例如Na、K、Fe、Mg、Ti、Mn等的存在，可以进一步将合成火山灰与现有的天然或副产品组成区别开来。
此外，在所述CaO-Al2O3-SiO2相图中存在通常不与任何所使用的天然或副产品相关的独立区域。在硅质天然火山灰与粒化高炉矿渣粉之间存在一个独立的组成范围。另一个这种独立的范围位于所述相图中央在C型与F型粉煤灰之间。
然后粉碎所述材料以提供粒径与OPC相近或更细的所述新的合成火山灰。
然后将所述新的合成火山灰与所描述的活化剂之一掺混。在某些实施方式中，所述掺混可以通过共研磨来进行。在某些其他实施方式中，所述活化剂可以与所述合成火山灰保持分开并在生产复合材料期间引入。
水相合成
合成用作SCM的可活化非晶相的另一种可选方法是通过利用许多常见硅酸盐矿物的溶解机制来实现。许多矿物，特别是硅酸钙，能够经历被称为非全等溶解的过程，在所述过程中金属阳离子从原结晶基体中溶出。所述金属阳离子的移除造成所述结晶相的不稳定性，但SiO2不溶解并反而被留下作为非晶态固体相。这种纳米孔非晶态SiO2反应产物是用作火山灰SCM的理想候选物。
在某些系统中，所述硅酸盐矿物可能完全溶解，并导致非晶态SiO2和某些其他沉淀物的沉淀。
驱动所述溶解的是金属阳离子通过质子化或与H+(aq)离子的反应从它们的原生矿物中的驱替。因此，它在酸性pH水平下被极大增强。
通过这种溶解过程生产火山灰的许多路线是可行的。一种简单的路线是通过硅酸钙矿物的碳酸化。
存在于天然矿物、普通波特兰水泥、斜硅钙石水泥、硫铝酸钙水泥、铝酸钙水泥和可碳酸化硅酸钙水泥例如Solidia水泥中的硅酸钙或铝酸钙相，可以与CO2(g)反应以产生结晶碳酸钙和非晶态硅酸盐和/或铝酸盐反应产物。在直接从CO2(g)碳酸化的情况下，所述CO2分子如方程7-9中所示溶解并解离。CO2与所述硅酸钙相的简化的反应示出在方程10-13中。应该理解，SiO2(s)反应产物作为非晶相存在。同样地，铝酸钙的碳酸化可以产生非晶态Al2O3(s)。
CO2(aq)+H2O(l)→H2CO3(aq) (7)
H2CO3(aq)→H+ (aq)+HCO3 1- (aq) (8)
HCO3 2- (aq)→H+ (aq)+CO3 2- (aq) (9)
CaSiO3(s)+CO2(aq)→CaCO3(s)+SiO2(s) (10)
Ca3Si2O7(s)+3CO2(aq)→3CaCO3(s)+2SiO2(s) (11)
Ca2SiO4(s)+2CO2(aq)→2CaCO3(s)+SiO2(s) (12)
Ca3SiO5(s)+3CO2(aq)→3CaCO3(s)+SiO2(s) (13)
从硅酸钙矿物源合成火山灰将CO2气体直接作为固体螯合在产物内。这立刻抵消了由每种矿物的制造产生的一些CO2足迹。在所述碳酸化过程中，来自于碳酸钙的沉淀，所述粉末的质量增加。这有效地增加了生产的产物的质量(例如，1吨波特兰水泥粉在碳酸化反应过程后可能变成1.4吨合成火山灰)。所述金属硅酸盐化合物的碳酸化的程度可以通过某种方式进行调整，以降低形成的混凝土的碳足迹。例如，主要是硅酸钙化合物的混合物的OPC的部分碳酸化可以实现CO2储存，而不损害混凝土的所需性能。OPC可以被碳酸化到不同程度例如0.2wt％、0.5wt％、1wt％、5wt％、10wt％或更高，以获得不同性能和各种不同的CO2储存。这种碳酸化过程可以以各种不同方式实现，例如在熟料研磨期间通过将潮湿的CO2气体鼓入所述磨机。
除了所述可以起到可活化非晶态材料作用的非晶态SiO2相之外，从所述碳酸化还产生显著量的CaCO3(方解石、文石(aragonite)或球文石(vaterite))。已显示，添加细CaCO3，特别是来自于石灰岩的细CaCO3，对波特兰水泥混凝土的性能具有正面影响。这使得基于碳酸化的硅酸钙矿物的火山灰成为可以从可活化非晶相的存在和细CaCO3沉淀物的存在双重获益的产品。
从硅酸钙矿物，特别是从回转窑生产的波特兰水泥或可碳酸化硅酸钙水泥合成这种火山灰，可以直接在制造地点处实现。可以设想一种系统，其中将水泥粉用在其生产期间放出的CO2直接碳酸化。
产生火山灰的另一种路线是通过使用与碳酸相比更强的酸，例如羧酸，更具体来说是H2C2O4(aq)草酸。与硅酸钙一起使用草酸具有附加的优点，即对于从前体硅酸盐矿物溶出的每个阳离子来说螯合2当量的CO2分子。
H2C2O4(aq)的解离反应示出在方程14和15中。
H2C2O4→H+ (aq)+HC2O4(aq) (14)
HC2O4(aq)→H+ (aq)+C2O4 2- (aq) (15)
据信将会发生的硅酸钙类型的矿物与草酸的下述反应公开在方程16-19中。应该理解，SiO2(s)反应产物作为非晶相存在。
CaSiO3(s)+H2C2O4(aq)→CaC2O4·nH2O(s)+SiO2(s)+H2O(l) (16)
Ca3Si2O7(s)+3H2C2O4(aq)→3CaC2O4·nH2O(s)+2SiO2(s)+3H2O(l) (17)
Ca2SiO4(s)+2H2C2O4(aq)→2CaC2O4·nH2O(s)+SiO2(s)+2H2O(l) (18)
Ca3SiO5(s)+3H2C2O4(aq)→3CaC2O4·nH2O(s)+SiO2(s)+3H2O(l) (19)
某些羧酸例如草酸能够与对于CO3 2- (aq)或HCO3 - (aq)物质来说是惰性的或反应非常慢的矿物物质反应。这使得草酸盐能够促进比单独的碳酸可以应对的更广范围的硅酸盐和硅铝酸盐矿物的溶解。可以被容易地草酸化但与碳酸具有慢反应的硅酸盐矿物的实例是橄榄石((Mg，Fe)2SiO4)。
据信将会发生的橄榄石类型的矿物与草酸的下述反应公开在方程20中。应该理解，SiO2(s)反应产物作为非晶相存在。
(Mgx，Fey)2SiO4(s)+2H2C2O4(aq)→XMgC2O4·nH2O(s)+YFeC2O4·nH2O(s)+SiO2(s)+2H2O(l)(20)
能够与草酸反应的基于硅铝酸盐的矿物的实例包括长石(钙长石、钠长石、正长石)和黄长石(镁黄长石、钙黄长石)。在这些硅铝酸盐矿物的草酸化反应中，据信Al2O3(s)和SiO2(s)反应产物作为具有基于Si和Al两者的组分的非晶相存在。
据信将会发生的长石和黄长石类型的矿物与草酸的下述反应公开在方程21-25中。
CaAl2Si2O8(s)+H2C2O4(aq)→CaC2O4·nH2O(s)+Al2O3(s)+2SiO2(s) (21)
2NaAlSi3O8(s)+H2C2O4(aq)→Na2C2O4·nH2O(s)+Al2O3(s)+6SiO2(s)+H2O(l) (22)
2KAlSi3O8(s)+H2C2O4(aq)→K2C2O4·nH2O(s)+Al2O3(s)+6SiO2(s)+H2O(l) (23)
Ca2Al2SiO7(s)+2H2C2O4(aq)→2CaC2O4·nH2O(s)+Al2O3(s)+SiO2(s)+2H2O(l) (24)
Ca2MgSi2O7(s)+2H2C2O4(aq)→2CaC2O4·nH2O(s)+MgC2O4·nH2O(s)+2SiO2(s)+2H2O(l)(25)
黄长石或长石矿物的草酸化反应或与比碳酸更强的酸例如羧酸的反应生产非晶态硅酸盐的有意义的结果，是将这个过程使用在现有的SCM上。常用作火山灰的粉煤灰和矿渣含有显著比例的黄长石、长石或其他硅铝酸盐相。用草酸处理这些材料，通过与原本惰性的相反应，可以使它们更具反应性。这个反应可以产生可有助于火山灰反应的非晶态SiO2或Al2O3。这种预处理的净效果是提高被处理产品的火山灰活性。这些材料的质量也随反应的草酸盐的量成比例扩大，增加了可用产品的量。
在研磨、掺混期间或作为独立的粉末处理的预处理化学品的引入，可用于将原本惰性的结晶硅铝酸盐或硅酸钙转变成可有助于火山灰反应的SiO2或Al2O3相。这些预处理化学品包括但不限于硫酸盐、草酸盐和有机物。
从矿物来源合成火山灰间接地将CO2气体(因为草酸根C2O4从2个CO2分子合成)作为固体螯合在产品内。这立即抵消了从每种矿物的制造产生的部分CO2足迹。在所述碳酸化过程中，由于草酸盐的沉淀过程，粉末的质量增加。这有效地增加了产生的产物的质量(例如1吨波特兰水泥粉在草酸盐反应过程后可能变成1.9吨合成火山灰)。
在所述反应过程中沉淀的草酸盐细小粒子可以通过充当细填料，有益于混凝土本体的浇注或最终性质。
所述用作前体的硅酸钙相可以来源于通常可获得的水泥例如普通波特兰水泥、可碳酸化硅酸钙水泥、硫铝酸钙水泥、铝酸钙水泥或天然矿物。由于这些材料特别是普通波特兰水泥能够以适当的均一性全球生产，因此它们成为通过基于碳酸化或草酸化的方法生产合成火山灰的理想的源材料。
所述用作前体的橄榄石相可以来源于通常可获得的基于橄榄石的金属铸砂或来源于天然矿藏。
所述用作前体的长石相可以来源于基于斜长石或钙长石的熟料、矿渣、粉煤灰或来源于天然矿藏。
所述用作前体的黄长石相可以来源于基于黄长石的熟料、矿渣、粉煤灰或来源于天然矿藏。
活化剂
所述活化剂可以是下述材料之一：OPC(1-90wt％)，游离石灰(1-20wt％)，氢氧化钙(1-20wt％)和碱金属氢氧化物(NaOH、KOH，l至10wt％)，它们可以单独使用或组合使用。通常，所述活化剂可以是选自包含无机和有机碱的材料的活化剂。
然后使所述活化剂与合成火山灰中的非晶相反应。
预期所述活化剂与所述非晶相反应，导致胶结化合物的产生。
混凝土
本公开中描述的任何合成火山灰可以结合到基于水硬水泥的混凝土混合物中。所述火山灰作为所述水硬水泥的替代品以1％-99％的替代水平添加。
通过水硬水泥和合成火山灰的组合产生的粘结剂系统，变成混凝土本体的粘结剂组分。
所使用的水硬水泥可以是任一种水硬水泥，例如普通波特兰水泥、硫铝酸钙水泥、贝利特水泥或其他基于钙的水硬性材料。
所述粘结剂系统的水硬水泥组分的替代水平可以是适合的水平，例如以所述粘结剂系统的总固体质量计10质量％或更高(例如以所述总固体质量计约10％或更高、约20％或更高、约30％或更高、约40％或更高、约50％或更高、约60％或更高、约70％或更高、约80％或更高、约90％或更高)。
在所述混凝土混合物中存在活化剂。优选地，所述活化剂是在水硬水泥组分的自然水合过程中产生的Ca(OH)2。可以添加另外的活化剂以提高所述合成火山灰的性能。在混凝土中使用的粘结剂系统可以在水泥制造地点，通过将水硬水泥熟料与粉状或密实形式的合成火山灰以预定的比例共研磨来产生。
所述在混凝土中使用的粘结剂系统也可以在混凝土生产地点，通过将粉状水硬水泥与粉状合成火山灰拌合来产生。
可以将所述粘结剂与粗和细集料和水配合，以生产适用于现场浇注应用例如地基、路基、人行道、建筑板和其他现场浇注应用的混凝土。
可以将所述粘结剂与粗和细集料和水配合，以生产适用于预浇注应用例如铺路材料、CMU、湿浇注砖、分段式挡土墙、空心板和其他预浇注应用的混凝土。
可以将所述粘结剂与细集料和水配合，以产生适用于砌筑应用的砂浆。
所述使用含有合成火山灰的粘结剂生产的混凝土，可以使用所描述的活化剂的任何组合来生产。
所述使用含有合成火山灰的粘结剂生产的混凝土，可以使用混凝土工业常用的化学外加剂来生产，例如增塑剂、减水剂、缓凝剂、加速剂、引气剂、腐蚀抑制剂、防水剂和降风化剂外加剂。
所描述的粘结剂系统的有效性可以通过计算所述合成火山灰和活化剂组合的“活性指数”来确定。这通过测量由合成火山灰、水硬水泥活化剂和任何另外的活化剂的各种不同组合生产的一系列标准样品(通常为砂浆)的机械性能(通常为抗压强度)来实现。然后将所述机械性能测量值与所述混合物的合成火山灰含量相关联，以确定活性系数。
活性系数为1表明所述合成火山灰和被替代的水硬水泥相当。活性系数大于1表明所述合成火山灰与被替代的水硬水泥相比性能更高。活性系数小于1表明所述合成火山灰对所述粘结剂系统的性能有贡献，但与被替代的水硬水泥相比水平较低。活性系数为0表明所述合成火山灰对所述粘结剂系统的性能没有贡献，并且基本上是惰性填料。
用于形成混凝土本体的水履行两种作用。首先，水驱动并参与导致胶结化合物形成和产生强度的各种不同的水硬性反应。其次，水润湿所述混合物中的粒子，润滑所述系统并使所述混合物能够表现得可塑并被成型为所需形状。超出驱动水硬性反应所需的之外的水，有时被称为游离水，决定了正在形成的本体的孔隙度。较高的水含量产生较高的孔隙度，较低的水含量产生较低的孔隙度。
易碎材料中的孔隙对机械性能有害。为了生产具有高机械性能的混凝土本体，必须最小化在其最终状态下存在的孔隙的量。为此，最小化形成混凝土本体所必需的水，是生产高性能材料的重要方面。
当合成火山灰被用于产生用于混凝土的粘结剂系统时，重要的是考虑到可以通过改变所述系统的粒子群的分布而引起的可加工性的变化。
具有良好级配或精心设计的粒径分布的合成火山灰，可以导致混凝土系统的粒子堆积的流动性能提高。这间接地允许所述混合物的水含量降低，并且可以引起本体的最终机械性能的提高。
具有不良级配的粒径分布或包含高比表面积粒子的合成火山灰，可以导致所述混凝土系统的流动性能下降。在这种未优化系统中，需要较高的水含量来维持混合物的流动性能和可加工性。这可能对本体的最终机械性能不利。
精心设计的粒径分布也可以通过优化最终密实期间粘结剂系统的堆积而导致性能提高。这导致所述粒子系统更接近数学上最优的堆积方案，提高了所述系统的密度和最终机械性能。
粘结剂系统的可加工性通常通过测量砂浆混合物的可流动性来估算。在这种测量中，将所述粘结剂系统、水和级配标准砂配合。然后对所述湿砂浆混合物进行重复捣制(在例如跳桌或流动性测量仪装置上)，并对所述混合物的扩散进行量化。
可以控制制造合成火山灰的细节以最小化最终材料的水需求量，并单纯地从优化的粒径分布和比表面积的影响改善混凝土本体的可加工性或强度。
理论探讨
尽管本文中给出的理论描述被认为是正确的，但在此描述和要求保护的装置的运行不依赖于所述理论描述的准确性或有效性。也就是说，可能在不同于本文提出的理论的基础上解释这些观察到的结果的今后理论发展，将不减损本文描述的发明。
在本说明书中具体明确的任何专利、专利申请、专利申请公开、杂志文章、书籍、发表的论文或其他可公开获得的材料，整体通过参考并入本文。被称为通过参考并入本文，但与本文中明确阐述的现有定义、陈述或其他披露内容冲突的任何材料或其部分，仅仅以在该被并入的材料与本文公开内容之间不产生冲突的程度上并入。在有冲突的情况下，所述冲突以本文公开取而代之作为优选公开内容的方式解决。
尽管本发明已参考如附图中所示的优选方式具体示出并描述，但本领域技术人员应该理解，可以在其中实施各种不同的具体改变，而不背离由权利要求书所定义的本发明的精神和范围。

Claims (25)

1.一种合成火山灰，其包含：
至少10质量％的包含硅质、硅铝质和铝质材料中的一种或多种的可活化非晶相，所述可活化非晶相被设计成通过进行化学反应以形成胶结化合物来活化。
2.权利要求1的合成火山灰，其还包含结晶相。
3.权利要求2的合成火山灰，其中所述结晶相主要包含结晶黄长石。
4.权利要求2的合成火山灰，其中所述结晶相主要包含结晶斜长石。
5.权利要求2的合成火山灰，其中所述结晶相主要包含结晶碱性长石。
6.一种制造合成火山灰的方法，所述合成火山灰包含至少10质量％的可活化非晶相，所述方法包括在高温方法中进行固态反应以产生熟料的步骤。
7.权利要求6的制造合成火山灰的方法，其中所述在高温方法中进行固态反应的步骤包括下述步骤：
选择一种或多种前体原材料；
分析所述一种或多种前体原材料的化学组成；
将所述一种或多种前体原材料掺混，以获得Ca与Al、Fe、Mg、Si之和的本体摩尔比为0.5-1.0并且Al、Fe和Mg的金属氧化物之和为至少14重量％的掺混的前体组合物；以及
将所述掺混的前体组合物加热至800℃至1400℃之间的温度，其时间足以使所述掺混的前体组合物反应以产生基于黄长石的熟料。
8.权利要求6的制造合成火山灰的方法，其中所述在高温方法中进行固态反应的步骤包括下述步骤：
选择一种或多种前体原材料；
分析所述一种或多种前体原材料的化学组成；
将所述一种或多种前体原材料掺混，以获得本体化学组成为AlSi2O8并添加有CaAl(钙长石端元)、NaSi(钠长石端元)或KAl(正长石端元)中的一者或多者，并且所述CaAl+NaSi+KAl组分与AlSi2O8的摩尔比为0.8-1.2比1的掺混的前体组合物；以及
将所述掺混的前体组合物加热至800℃至1400℃之间的温度，其时间足以使所述掺混的前体组合物反应以产生基于斜长石的熟料。
9.权利要求6的制造合成火山灰的方法，其还包括使用预处理化学品以将所述固态反应的反应速率或最大反应程度提高到超过在不存在所述预处理化学品的情况下得到的所述反应速率或所述最大反应程度的步骤。
10.权利要求9的制造合成火山灰的方法，其中所述预处理化学品是含有乙酸、柠檬酸、酒石酸、葡萄糖酸和草酸中的至少一者的有机酸溶液。
11.权利要求6的制造合成火山灰的方法，其包括在所述熟料的研磨期间引入所述预处理化学品的步骤。
12.权利要求6的制造合成火山灰的方法，其包括将所述预处理化学品引入到磨碎的熟料的步骤。
13.一种制造合成火山灰的方法，所述合成火山灰包含至少10质量％的可活化非晶相，所述方法包括在低温方法中进行水相反应的步骤。
14.权利要求13的制造合成火山灰的方法，其中所述在低温方法中进行水相反应的步骤包括使用包含被设计成经分解或非全等溶解以形成可活化非晶相的硅酸盐矿物的前体和被设计成辅助所述前体矿物的分解或溶解的前体化学品。
15.权利要求13的制造合成火山灰的方法，其还包括使含有CO2的废气渗透通过反应器的步骤。
16.权利要求13的制造合成火山灰的方法，其中所述前体化学品是酸。
17.权利要求13的制造合成火山灰的方法，其中所述前体化学品衍生自CO2气体。
18.权利要求13的制造合成火山灰的方法，其中所述前体化学品从CO2气体合成。
19.权利要求13的制造合成火山灰的方法，其中所述前体矿物选自天然获得的矿物、硅质石灰石、粘土、硅灰石、橄榄石和长石。
20.权利要求13的制造合成火山灰的方法，其中所述前体矿物是选自普通波特兰水泥、硫铝酸钙水泥、铝酸钙水泥、可碳酸化硅酸钙水泥和合成铸造砂的人造矿物。
21.权利要求13的制造合成火山灰的方法，其中所述前体矿物是合成方法生产的火山灰。
22.权利要求13的制造合成火山灰的方法，其中所述前体矿物选自废料、矿渣和粉煤灰。
23.权利要求13的制造合成火山灰的方法，其中所述可活化非晶相包含SiO2和Al2O3。
24.一种复合材料，其通过权利要求1的合成火山灰与活化剂和水的掺混来生产。
25.权利要求24的复合材料，其中所述活化剂选自水硬水泥(1-70wt％)、游离石灰(1-20wt％)、氢氧化钙(1-20wt％)和碱金属氢氧化物(NaOH、KOH，1至10wt％)中的一种或多种。
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