CN114430697A - 用于利用来自煅烧石灰石的钙化合物的方法和系统 - Google Patents

用于利用来自煅烧石灰石的钙化合物的方法和系统 Download PDF

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Abstract

本文提供的方法包括：a)在水泥厂中煅烧石灰石以形成二氧化碳和选自氧化钙、氢氧化钙或其组合的钙化合物；b)用在水中的含N盐处理所述钙化合物以产生包含钙盐和含N盐的水溶液；和c)在一种或多种沉淀条件下使水溶液与二氧化碳接触以产生包含碳酸钙的沉淀材料和上清水溶液，其中碳酸钙包含球霰石。

Description

用于利用来自煅烧石灰石的钙化合物的方法和系统
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年7月21日提交的美国临时申请号62/876,711的权益，该申请在此通过引用整体并入本公开内容。
背景技术
二氧化碳(CO2)排放已确定为全球变暖现象的主要造成因素。CO2是燃烧的副产物，其造成操作、经济和环境问题。预期大气中CO2和其他温室气体浓度的升高将促使大气中更多的热量储存，从而导致地表温度升高和气候迅速变化。此外，由于CO2的溶解和碳酸的形成，大气中CO2含量的升高还可进一步酸化世界海洋。如果不及时处理，气候变化和海洋酸化的影响可能产生经济代价和环境危害。减少气候变化的潜在风险需要各种人为过程的对CO2的封存(sequestration)和避免。
发明内容
在一方面，提供了一种方法，其包括a)在水泥厂中煅烧石灰石以形成二氧化碳和选自氧化钙、氢氧化钙或其组合的钙化合物；b)用在水中的含N盐处理所述钙化合物以产生包含钙盐和含N盐的水溶液；和c)在一种或多种沉淀条件下使水溶液与二氧化碳接触以产生包含碳酸钙的沉淀材料和上清水溶液，其中碳酸钙包含球霰石。在前述方面的一些实施方案中，氧化钙是未烧石灰、低反应性石灰、高反应性石灰或其组合。在前述方面和实施方案的一些实施方案中，煅烧步骤在立窑或回转窑中进行。在前述方面和实施方案的一些实施方案中，水泥厂是湿法加工厂或干法加工厂。
在前述方面和实施方案的一些实施方案中，处理步骤还包括加入无水氨或氨的水溶液。
在前述方面和实施方案的一些实施方案中，含N盐为含N无机盐、含N有机盐或其组合。在前述方面和实施方案的一些实施方案中，含N盐为含N无机盐。在前述方面和实施方案的一些实施方案中，含N无机盐选自卤化铵、乙酸铵、硫酸铵、亚硫酸铵、硝酸铵、亚硝酸铵及其组合。在前述方面和实施方案的一些实施方案中，卤化铵是氯化铵。在前述方面和实施方案的一些实施方案中，含N盐是氯化铵。在前述方面和实施方案的一些实施方案中，含N盐是具有含N有机化合物的含N有机盐，所述含N有机化合物选自脂族胺、脂环族胺、杂环胺及其组合。
在前述方面和实施方案的一些实施方案中，含N盐:钙化合物的摩尔比为以重量计约0.5:1至2:1。在前述方面和实施方案的一些实施方案中，该方法还包括使用以下中的一个或多个步骤来去除和任选地回收氨和/或含N盐：(i)在处理和/或接触步骤期间回收包含氨的排气流；(ii)其中上清水溶液包含残留的含N盐，并且还包括从上清水溶液中回收残留的含N盐；和(iii)其中沉淀材料包含残留的含N盐，并且还包括从沉淀材料中去除和任选地回收残留的含N盐。在前述方面和实施方案的一些实施方案中，残留的含N盐是氯化铵、乙酸铵、硫酸铵、亚硫酸铵、硫氢化铵、硫代硫酸铵、硝酸铵、亚硝酸铵或其组合。
在前述方面和实施方案的一些实施方案中，该方法还包括使用回收方法从上清水溶液中回收残留的含N盐，所述回收方法选自热分解、pH调节、反渗透、多级闪蒸、多效蒸馏、蒸气再压缩、蒸馏及其组合。
在前述方面和实施方案的一些实施方案中，该方法还包括将回收的残留的含N盐循环回到所述方法的处理步骤、所述方法的接触步骤或其组合。
在前述方面和实施方案的一些实施方案中，回收包含氨的排气流的步骤包括使包含氨的排气流经受洗涤过程，其中所述洗涤过程包括用工业过程中产生的二氧化碳以及水洗涤包含氨的排气流，以产生氨的溶液。在前述方面和实施方案的一些实施方案中，回收包含氨的排气流的步骤包括使包含氨的排气流经受洗涤过程，其中所述洗涤过程包括用盐酸和水洗涤包含氨的排气流，以产生氯化铵的溶液。
在前述方面和实施方案的一些实施方案中，氨的溶液包含氨基甲酸盐，其任选地再循环回到接触步骤。
在前述方面和实施方案的一些实施方案中，从沉淀材料中去除和任选地回收残留的含N盐的步骤(iii)包括在约150-360℃或约100-360℃或约150-200℃加热沉淀材料，以从沉淀材料中蒸发出含N盐，并任选地通过含N盐的冷凝进行回收。
在前述方面和实施方案的一些实施方案中，碳酸钙包含反应性球霰石。在前述方面和实施方案的一些实施方案中，碳酸钙包含在步骤(iii)中加热后作为反应性球霰石保留在沉淀材料中的反应性球霰石。
在前述方面和实施方案的一些实施方案中，在约100-360℃加热沉淀材料超过约10分钟或约10-60分钟。在前述方面和实施方案的一些实施方案中，含N盐以包含氨气、氯化氢气体、氯气或其组合的形式从沉淀材料中蒸发。
在上述方面和实施方案的一些实施方案中，该方法还包括向包含反应性球霰石的沉淀材料中加入水并将球霰石转化为文石，其中所述文石凝固并硬化以形成水泥或胶结产品。
在前述方面和实施方案的一些实施方案中，胶结产品是选自砌块、建筑面板、导管、槽、梁、柱、板、隔音屏障、隔绝材料及其组合的成型建筑材料。
在前述方面和实施方案的一些实施方案中，水溶液还包含固体。在上述方面和实施方案的一些实施方案中，该方法还包括在接触步骤之前通过过滤和/或离心将固体与水溶液分离。在前述方面和实施方案的一些实施方案中，将分离的固体作为填料或作为补充胶结材料(SCM)添加到沉淀材料中。
在上述方面和实施方案的一些实施方案中，该方法还包括使用回收方法从固体中回收残留的含N盐，所述回收方法选自冲洗、热分解、pH调节及其组合。
在前述方面和实施方案的一些实施方案中，不将固体与水溶液分离，并且使水溶液与二氧化碳接触以产生还包含固体的沉淀材料。在前述方面和实施方案的一些实施方案中，所述固体包含碳、二氧化硅、氧化铁、氧化铝或其组合。在前述方面和实施方案的一些实施方案中，所述固体在水溶液中、沉淀材料中或其组合中占1-40重量％。
在上述方面和实施方案的一些实施方案中，一种或多种沉淀条件选自温度，pH，压力，离子比，沉淀速率，添加剂的存在，离子物质的存在，添加剂和离子物质的浓度，搅拌，停留时间，混合速率，搅拌形式，晶种、催化剂、膜或基材的存在，脱水，干燥，球磨及其组合。在前述方面和实施方案的一些实施方案中，有利于碳酸钙形成或有利于反应性球霰石形成的一种或多种沉淀条件包括水溶液的pH在7-8.5之间、溶液的温度在20-80℃之间、停留时间在15-60分钟之间，或其组合。
在一方面，提供了一种由上述方法方面和实施方案制备的产品。
附图说明
本发明的特征在所附权利要求中具体阐述。参考以下对运用了本发明原理的说明性实施方案加以阐述的详细说明和附图将更好地理解本发明的特征和优点，其中所述附图为：
图1示出了本文提供的一些方法和系统实施方案。
图2示出了从球霰石到文石转变的吉布斯自由能图。
具体实施方式
本文提供了使用来自煅烧石灰石的水泥厂的石灰和废物生产碳酸钙的方法和系统。煅烧石灰石得到的产物包括氧化钙(石灰或生石灰)、氢氧化钙(熟石灰)和废气例如二氧化碳。本文提供了独特的方法和系统，其使用来自水泥厂的石灰和CO2形成碳酸钙，所述碳酸钙可用于如本文所述的各种产品。在本文提供的方法的一些实施方案中，将来自水泥厂的氧化钙和/或氢氧化钙用含N盐处理，以将钙化合物溶解在水溶液中，然后用二氧化碳气体处理以形成沉淀或包含碳酸钙的沉淀材料。
在一些实施方案中，碳酸钙以球霰石多晶型形式形成，或在一些实施方案中，碳酸钙是沉淀碳酸钙(PCC)。PCC可以是球霰石、文石、方解石或其组合的形式。在一些实施方案中，碳酸钙为稳定球霰石形式或为反应性球霰石形式，这两种形式均已在本文中描述。在一些实施方案中，包含反应性球霰石的沉淀材料具有独特的性质，包括但不限于通过转变成会凝固和胶结为具有高抗压强度的文石的胶结性质。在一些实施方案中，球霰石转变为文石得到可用于形成建筑材料和/或胶结产品(例如但不限于本文进一步描述的成型建筑材料，如建筑面板等)的水泥。在一些实施方案中，产品中的球霰石是稳定的(不转变为文石)，并且当与其他水泥(例如普通波特兰水泥(OPC))混合时可以用作填料或补充胶结材料(SCM)。包含球霰石的沉淀材料也可用作骨料，其中包含反应性球霰石的沉淀材料在与水接触后转变为文石，文石凝固并胶结，然后在胶结后被切碎以形成骨料。在碳酸钙形成为PCC的一些实施方案中，PCC材料是胶结性的或可以用作产品中的填料，所述产品为例如纸制品、聚合物制品、润滑剂、粘合剂、橡胶制品、白垩、沥青制品、涂料、用于脱漆的磨料、个人护理产品、化妆品、清洁产品、个人卫生产品、可摄入产品、农产品、土壤改善产品、农药、环境修复产品及其组合。沉淀材料作为填料在非胶结产品中的这种用途记载在2010年11月9日发布的美国专利号7,829,053中，该专利通过引用整体并入本文。
用于从钙化合物中溶解钙离子的含N盐可使得残留的含N盐保留在上清溶液中以及在形成沉淀物之后保留在沉淀物本身中。在一些实施方案中，沉淀物中残留的含N盐的存在可能是不期望的，因为沉淀物中的含N盐(例如，仅用于例示，氯化铵、乙酸铵、硫酸铵、亚硫酸铵、氢硫化铵、硫代硫酸铵、硝酸铵、亚硝酸铵或任何其他含氮有机盐或其组合)可对由此由沉淀材料形成的胶结产品有害。例如，胶结产品中的氯化物可能对与胶结产品一起使用的金属结构具有腐蚀性。此外，残留的氨可增加产品的臭味。此外，沉淀物以及上清溶液中未回收、废弃的残留的含N盐在经济上和环境上可能是不可行的。本文提供了多种方法从上清溶液以及沉淀物中去除和任选地回收残留的含N盐。
在更详细地描述本发明之前，应理解，本发明不限于所描述的具体实施方案，因此当然可以变化。还应理解，本文中使用的术语仅用于描述具体实施方案的目的，而不旨在进行限制。
在提供值范围的情况下，应理解，除非上下文另有明确规定，在该范围的上限和下限之间的每个中间值(到下限单位的十分之一)、以及所述范围内的任何其他规定值或中间值包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可以独立地包括在较小范围内并且也包括在本发明内，受所述范围内的任何具体排除的限制。在所述范围包含一个或两个限值的情况下，排除这些包含的限值之一或两者的范围也包括在本发明中。
在本文中提供某些范围，其中数值前有术语“约”。在本文中，术语“约”用于为其后面的确切数字以及接近或近似于该术语后面数字的数字提供文字支持。在确定某个数字是否接近或近似于具体记载的数字时，接近或近似的无回报数字(unrequited number)可以是如下数字：其在出现该数字的上下文中提供了具体记载的数字的实质等同物。
除非另有定义，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通常理解的相同的含义。尽管与本文所述的方法和材料相似或等同的任何方法和材料也可用于本发明的实践或测试，但本文描述了代表性的说明性方法和材料。
本说明书中引用的所有出版物、专利和专利申请均通过引用并入本文，其程度犹如具体地且单独地指出每个单独的出版物、专利或专利申请均通过引用而并入。此外，每个引用的出版物、专利或专利申请通过引用并入本文以公开和描述与引用的出版物相关的主题。对任何出版物的引用是针对其在申请日之前的公开内容，不应被解释为承认本文描述的发明无权因在先发明而早于此类出版物。此外，所提供的出版日期可能与实际出版日期不同，这可能需要单独确认。
应注意，如本文和所附权利要求使用，除非上下文另有明确规定，否则单数形式“一”、“一个”和“该/所述(the)”包括复数引用。还应注意，可以修改权利要求以排除任何任选的要素。因此，本声明旨在作为使用与权利要求要素的记载相关的诸如“只”、“仅”等排他性术语或“否定”限制的先行基础。
如对于本领域技术人员在阅读本公开内容后显而易见的，本文描述和说明的各实施方案中的每一个都具有分离的组成部分和特征，这些组成部分和特征可以容易地与其他多个实施方案中任一个的特征分离或组合，而不脱离本发明的范围或精神。任何记载的方法都可以按照所记载事件的顺序或以任何其他顺序执行，这在逻辑上是可能的。
I.方法和系统
提供了使用来自进行石灰石煅烧的水泥厂的钙化合物和CO2以形成碳酸钙的多晶型物的方法和系统。如本文所用，“石灰石”是指CaCO3并且还可包括通常存在于石灰石中的其他杂质。如本文所用，“钙化合物”包括由石灰石煅烧形成的任何钙化合物。本文提供的方法和系统利用来自正在煅烧石灰石的水泥厂的CO2和钙化合物，所述钙化合物选自氧化钙、氢氧化钙或其组合，并形成包含碳酸钙(例如但不限于稳定或反应性球霰石或PCC)的沉淀材料。这些方法和系统如本文更详细地描述。本文形成的碳酸钙的多晶型物，例如球霰石，可用作水泥或填料。在一些实施方案中，选自氧化钙、氢氧化钙或其组合的钙化合物既可以作为二价阳离子(Ca2+)来源也可以作为去质子剂。在一些实施方案中，由氧化钙在水中溶解形成的氢氧化钙可以提供作为二价阳离子来源的钙离子和作为去质子剂来源的氢氧化物，并与二氧化碳反应形成碳酸钙沉淀物。碳酸钙沉淀物的球霰石多晶型物可以是稳定的球霰石，其可以作为产品中的填料，或球霰石可以是在溶解-再沉淀过程中可转变为文石的反应性球霰石，如本文所述。
在本文提供的方法的一些实施方案中，选自氧化钙、氢氧化钙或其组合的钙化合物用含N盐处理以将钙化合物溶解在水溶液中，然后用二氧化碳气体处理以形成包含碳酸钙的沉淀材料。该方法可导致残留的含N盐保留在上清溶液中以及在形成沉淀物之后保留在沉淀物本身中。本文提供了多种方法从上清溶液以及沉淀物中去除和任选地回收残留的含N盐。在一些实施方案中，取决于石灰石的来源，石灰石煅烧之后获得的钙化合物可含硫。使用含N盐溶解钙化合物之后，钙化合物中的硫可以被引入水溶液中。在碱性溶液中，溶液中可存在含有各种硫离子物质的各种硫化合物，包括但不限于亚硫酸根(SO3 2-)、硫酸根(SO4 2-)、氢硫酸根(HS-)、硫代硫酸根(S2O3 2-)、多硫根(Sn 2-)、硫醇(RSH)等。如本文所用，“硫化合物”包括任何含硫离子的化合物。本文已提供硫化合物的实例。本文提供了各种方法从上清溶液以及沉淀物中去除和任选地回收硫化合物。
在一方面，提供了一种方法，其包括：a)在水泥厂中煅烧石灰石以形成二氧化碳和选自氧化钙、氢氧化钙或其组合的钙化合物；b)用在水中的含N盐处理钙化合物以产生包含钙盐和含N盐的水溶液；和c)在一种或多种沉淀条件下使水溶液与二氧化碳接触以产生包含碳酸钙的沉淀材料和上清水溶液，其中碳酸钙包含球霰石。在上述方面的一些实施方案中，该方法还包括将沉淀材料脱水以将沉淀物与上清水溶液分离。在前述方面的一些实施方案中，碳酸钙包含反应性球霰石。在前述方面和实施方案的一些实施方案中，碳酸钙包含大于50重量％的反应性球霰石。
图1中示出了前述方面和实施方案。应理解，可以修改图1中示出的步骤，或可以改变步骤的顺序，或可以根据期望的结果增加更多步骤或删除步骤。如图1所示，使从进行石灰石煅烧(图1中的步骤A)的水泥厂获得的钙化合物和CO2经受本文提供的方法和系统，以生产包含碳酸钙的沉淀材料，所述钙化合物选自氧化钙、氢氧化钙或其组合。
煅烧是引起石灰石热分解的热处理工艺。石灰石是一种天然存在的矿物。这种矿物的化学成分可因地区而异，也可因同一地区的不同矿床而异。因此，通过煅烧来自每个天然矿床的石灰石获得的氧化钙和/或氢氧化钙可能不同。通常，石灰石可由碳酸钙(CaCO3)、碳酸镁(MgCO3)、二氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、铁(Fe)、硫(S)或其他微量元素组成。
石灰石矿床分布广泛。来自不同矿床的石灰石的物理化学性质可不同，并且可根据其化学成分、质地和地质构造进行分类。石灰石可分为以下类型：高钙型，其中碳酸盐内容物可主要由碳酸钙组成，其中碳酸镁含量不超过5％；镁型，含碳酸镁约5-20％；或白云石型，其可含有20-45％的MgCO3，余量为碳酸钙。不同来源的石灰石在化学成分和物理结构上可具有很大差异。应理解，本文提供的方法和系统适用于煅烧来自以上列出的任何来源或市售可得的石灰石的所有水泥厂。
石灰石煅烧是一个分解过程，其中石灰石分解的化学反应是：
CaCO3→CaO+CO2(g)
根据条件，氧化钙可以是干形式或湿形式(例如氢氧化钙)。氧化钙(石灰或生石灰)的生产可取决于窑的类型、煅烧条件和原材料(即石灰石)的性质。在相对较低的煅烧温度下，窑中形成的产品可含有未烧的碳酸盐和石灰，可称为未烧石灰。随着温度升高，可产生软烧石灰或高反应性石灰。在更高的温度下，可产生僵烧石灰或低反应性石灰。当反应前沿到达装入的石灰石的芯并将所有存在的碳酸盐转化为石灰时，产生软烧石灰。高产产品可相对较软，含有小的石灰微晶，并具有内部易于触及的开孔结构。这种石灰可具有高反应性、高表面积和低堆积密度的最佳性能。超过该阶段提高煅烧程度可使石灰微晶变大、结块和烧结。这可导致表面积、孔隙率和反应性降低以及堆积密度增加。该产品可称为僵烧石灰或低反应性石灰。不受任何理论的限制，本文提供的方法和系统利用前述石灰中的任一种或组合。
通过煅烧石灰石生产钙化合物可使用各种类型的窑进行，例如但不限于立窑或回转窑。这些煅烧设备适用于煅烧直径为几毫米至几十毫米的块状石灰石。水泥厂废物流包括来自湿法加工厂和干法加工厂的废物流，这些工厂可使用立窑或回转窑，并且可包括预煅烧炉。这些工厂可以各自燃烧单一燃料，或可以依序或同时燃烧两种或更多种燃料。
如图1所示，将从石灰石场获得的石灰石在水泥厂中进行煅烧，使形成选自氧化钙、氢氧化钙或其组合的钙化合物和CO2气体。钙化合物可以是来自干窑/水泥工艺的固体形式的氧化钙，和/或可以是湿窑/水泥工艺中浆料形式的氧化钙和氢氧化钙的组合。当润湿时，氧化钙(也称为在水中转化为其氢氧化物形式的碱酐)可以以其水合形式存在，例如但不限于氢氧化钙。虽然氢氧化钙(也称为熟石灰)是氧化钙的常见水合形式，但是其他中间水合复合物和/或水复合物也可以存在于浆料中，并且都包括在本文提供的方法和系统的范围内。
在本文提供的方法和系统中，将从水泥厂获得的钙化合物用增溶剂(例如含N盐)处理或溶剂化，以提高其溶解度(图1中的步骤B)。“处理”或“溶剂化”或“增溶”或其语法等同物在本文中可互换使用，并且包括钙化合物在水性介质中的增溶。在一些实施方案中，可以任选地对从湿法水泥厂获得的钙化合物浆料进行脱水步骤(图中未示出)，其中可以去除残留的水并且可以对经脱水的残留物进行进一步处理，例如使用增溶剂(如含N盐)溶剂化。可以使用任何技术(例如但不限于离心)使钙化合物浆料脱水。
氧化钙可微溶于水。在本文提供的方法和系统中，氧化钙的溶解度通过用增溶剂(例如含N盐和/或硼酸盐)对其进行处理而提高。在一些实施方案中，钙化合物用含N盐处理。
仅出于说明的目的，含N盐溶液在图中例示为氯化铵(NH4Cl)溶液，并且随后的钙盐例示为氯化钙(CaCl2)。含N盐的各种实例在本文中提供且均在本发明的范围内。
在前述方面和实施方案的一些实施方案中，含N盐为含N无机盐、含N有机盐或其组合。如本文所用，“含N盐”是部分或完全或基本上增溶或溶解石灰石煅烧后获得的钙化合物的盐。钙化合物可以是氧化钙、氢氧化钙、钙的任何其他衍生物，或其组合。
如本文所用，“含N无机盐”包括其中含有氮的任何无机盐。含N无机盐的实例包括但不限于卤化铵(卤化物为任何卤素)、乙酸铵、硫酸铵、亚硫酸铵、硝酸铵、亚硝酸铵等。在一些实施方案中，卤化铵是氯化铵或溴化铵。在一些实施方案中，卤化铵是氯化铵。此类化学品是本领域已知的并且是可商购的。
如本文所用，“含N有机盐”包括其中含有氮的有机化合物的任何盐。含N有机化合物的实例包括但不限于脂族胺、脂环族胺、杂环胺及其组合。此类化学品是本领域已知的并且是可商购的。
如本文所用，“脂族胺”包括式(R)n-NH3-n的任何烷基胺，其中n是1-3的整数，其中R独立地为C1-C8直链或支链且取代或未取代的烷基。式(R)n-NH3-n的烷基胺的相应盐的实例是(R)n-NH4-n +Cl-或(R)n-NH4-n +Br-。在一些实施方案中，当R为取代烷基时，取代烷基独立地被卤素、羟基、酸和/或酯取代。
例如，当(R)n-NH3-n中的R是烷基时，烷基胺可为伯烷基胺，例如，仅用于例示，甲胺、乙胺、丁胺、戊胺等；烷基胺可为仲胺，例如，仅用于例示，二甲胺、二乙胺、甲乙胺等；和/或烷基胺可为叔胺，例如，仅用于例示，三甲胺、三乙胺等。
例如，当(R)n-NH3-n中的R是用羟基取代的取代烷基时，取代的烷基胺是链烷醇胺，包括但不限于单链烷醇胺、二链烷醇胺或三链烷醇胺，例如单乙醇胺、二乙醇胺或三乙醇胺等。
例如，当(R)n-NH3-n中的R是用卤素取代的取代烷基时，取代的烷基胺为例如氯甲胺、溴甲胺、氯乙胺、溴乙胺等。
例如，当(R)n-NH3-n中的R是用酸取代的取代烷基时，取代的烷基胺为例如氨基酸。在一些实施方案中，前述氨基酸具有极性不带电荷的烷基链，实例包括但不限于丝氨酸、苏氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺或其组合。在一些实施方案中，前述氨基酸具有带电荷的烷基链，实例包括但不限于精氨酸、组氨酸、赖氨酸、天冬氨酸、谷氨酸或其组合。在一些实施方案中，前述氨基酸是甘氨酸、脯氨酸或其组合。
如本文所用，“脂环族胺”包括式(R)n-NH3-n的任何脂环族胺，其中n是1-3的整数，其中R独立地是一个或多个全碳环，所述全碳环可以是饱和或不饱和的，但不具有芳香性。脂环族化合物可具有一个或多个连接的脂族侧链。式(R)n-NH3-n的脂环族胺的相应盐的实例是(R)n-NH4-n +Cl-。脂环族胺的实例包括但不限于环烷基胺：环丙胺、环丁胺、环戊胺、环己胺、环庚胺、环辛胺等。
如本文所用，“杂环胺”包括与至少一个胺连接的至少一个杂环芳环。杂环的实例包括但不限于吡咯、吡咯烷、吡啶、嘧啶等。此类化学品是本领域已知的并且是可商购的。
在一些实施方案中，增溶剂(单独使用或与含N盐组合使用)的其他实例包括硼酸盐。硼酸盐的实例包括但不限于硼砂、硬硼酸钙石、钠硼解石、四水硼砂、方硼石、硅硼钙铝石，或其组合。
如图1的步骤B所示，含N盐例示为氯化铵(NH4Cl)。应理解NH4Cl仅用于说明目的，并且任何其他含N盐(或任何硼酸盐)可用于本文提供的方法和系统中。可以省略或修改图1中的一个或多个步骤，或可以改变图1中的步骤的顺序。当可能发生的反应如下时，氧化钙和氢氧化钙通过用NH4Cl(新的和再循环的，如下文进一步解释的)处理而被溶剂化或增溶：
CaO(s)+2NH4Cl(aq)→2NH3(aq)+CaCl2(aq)+H2O(l)
Ca(OH)2+2NH4Cl(aq)→2NH3+CaCl2+2H2O
在一些实施方案中，含N盐(例如但不限于氯化铵)溶液可补充有无水氨或氨的水溶液以保持溶液中氯化铵的最佳水平。
在一些实施方案中，含N盐(例如含N无机盐、含N有机盐或其组合)的量为相对于钙化合物过量30％。在一些实施方案中，含N盐与钙化合物的比例为0.5:1至4:1(含N盐(或硼酸盐)：钙化合物)、或0.5:1至2:1、或0.5:1至1.5:1、或1:1至1.5:1、或2:1至4:1、或2:1至3:1、或2.5:1至3:1、或3:1至4:1、或1.5:1、或2:1、或2.5:1、或3:1、或3.5:1、或4:1。在一些实施方案中，含N盐(例如含N无机盐)与钙化合物的比例为0.5:1至4:1(含N无机盐:钙化合物)、或0.5:1至2:1、或0.5:1至1.5:1、或1:1至1.5:1、或2:1至4:1、或2:1至3:1、或2.5:1至3:1、或3:1至4:1、或2:1、或3:1、或4:1。在一些实施方案中，本文中的上述比例或此类比例是摩尔比或重量％比。
在本文所述方法的一些实施方案中，不使用多羟基化合物来形成本文提供的沉淀材料和/或产物。
搅拌可用于进行钙化合物的处理，例如，通过消除热点和冷点。在一些实施方案中，水中钙化合物的浓度可为1至10g/L、10至20g/L、20至30g/L、30至40g/L、40至80g/L、80至160g/L、160至320g/L、320至640g/L、或640至1280g/L。为了优化钙化合物的纯化/溶剂化，可以使用高剪切混合、湿磨和/或超声处理来破开钙化合物。在高剪切混合和/或湿磨期间或之后，钙化合物悬浮液可以用含N盐处理，然后与水泥窑排气中的二氧化碳进一步接触(如图1所示)。
在一些实施方案中，用含N盐(例如氯化铵)和任选的氨处理钙化合物导致形成钙盐、含N盐和任选的固体的水溶液。在一些实施方案中，在该方法中用二氧化碳处理水溶液之前，可以从氯化钙水溶液中除去固体不溶性杂质(图1中的步骤C)。固体可以任选地通过过滤和/或离心技术从水溶液中除去。
在一些实施方案中，可以不从水溶液中除去固体杂质(图1中未示出)，并且使含有钙盐以及固体的水溶液与二氧化碳接触以形成沉淀物。在此类实施方案中，沉淀材料还包含固体。
在一些实施方案中，从钙化合物的溶剂化获得的固体(在图1中显示为不溶性杂质)是贫钙固体，并且可以用作水泥替代品(例如波特兰水泥的替代品)。
在一些实施方案中，固体在水溶液、沉淀材料或其组合中为1-40重量％；或1-30重量％；或1-20重量％；或1-10重量％或1-5重量％；或1-2重量％。
如图1的步骤D所示，当包含钙盐(和任选的固体)的水溶液与来自水泥厂的二氧化碳接触时，发生以下反应：
CaCl2(aq)+2NH3(aq)+CO2(g)+H2O→CaCO3(s)+2NH4Cl(aq)
将CO2吸收到溶液中产生含有碳酸的充有CO2的水，其为具有碳酸氢根和碳酸根的处于平衡的物质。沉淀材料在一种或多种适于形成含有球霰石材料或PCC材料的沉淀条件(如本文所述)下制备。
在钙盐经受一种或多种沉淀条件(即，允许沉淀材料沉淀的条件)之前、期间或之后的任何时间，使来自用含N盐(例如铵盐)处理钙化合物的钙盐水溶液与来自水泥厂的CO2接触。因此，在一些实施方案中，使钙盐溶液的水溶液与CO2接触，然后使水溶液经受有利于形成包含稳定或反应性球霰石或PCC的沉淀材料的沉淀条件。在一些实施方案中，使钙盐溶液的水溶液与CO2接触，同时使水溶液经受有利于形成包含稳定或反应性球霰石或PCC的沉淀材料的沉淀条件。在一些实施方案中，使钙盐溶液的水溶液与CO2接触，然后并且同时使水溶液经受有利于形成包含稳定或反应性球霰石或PCC的沉淀材料的沉淀条件。在一些实施方案中，在使水溶液经受有利于形成包含稳定或反应性球霰石或PCC的沉淀材料的沉淀条件之后，使钙盐溶液的水溶液与CO2接触。
在一些实施方案中，包含钙盐的水溶液与来自水泥厂的二氧化碳的接触使用如本文所述的合适方案通过接触水溶液来实现，以达到并保持所需的pH范围、所需的温度范围和/或所需的二价阳离子浓度。在一些实施方案中，系统包括沉淀反应器，所述沉淀反应器被配置为使包含钙盐的水溶液与来自水泥厂的二氧化碳接触。
在一些实施方案中，可将包含钙盐的水溶液置于容纳水的沉淀反应器中，其中所添加的包含钙盐的水溶液的量足以将pH升高至所需水平(例如，诱导沉淀材料沉淀的pH)，例如pH 7-14、pH 7.5-8.5、pH 7-8、pH 8-14、pH 9-14、pH 10-14、pH 11-14、pH 12-14，或pH13-14。在一些实施方案中，与二氧化碳接触时，包含钙盐的水溶液的pH保持在7-8.5之间或7.5-8.5之间或7-8之间或7.6-8.5之间或8-8.5之间或7.5-9.5之间，以形成包含稳定球霰石、反应性球霰石或PCC的沉淀材料。在一些实施方案中，水溶液被固定在柱或床中。在此类实施方案中，使水通过或经过一定量的足以将水的pH值升高至所需pH值或特定二价阳离子(Ca2+)浓度的钙盐溶液。在一些实施方案中，水溶液可以循环多于一次，其中沉淀的第一次循环主要去除碳酸钙矿物质并留下碱性溶液，可以向其中添加额外的包含钙盐的水溶液。当二氧化碳与水溶液的循环溶液接触时，其允许沉淀更多的碳酸钙和/或碳酸氢盐化合物。应理解，在这些实施方案中，第一次沉淀循环之后的水溶液可以在添加包含钙盐的水溶液之前、期间和/或之后，与CO2接触。在这些实施方案中，水可为再循环的或新引入的。因此，添加CO2和包含钙盐的水溶液的顺序可以变化。例如，可以将包含钙盐的水溶液添加到例如盐水、海水或淡水中，然后添加CO2。在另一个实例中，可以将CO2添加到例如盐水、海水或淡水中，然后添加包含钙盐的水溶液。
可以使用任何合适的方案使包含钙盐的水溶液与CO2接触。在CO2是气体的情况下，感兴趣的接触方案包括但不限于直接接触方案(例如，将CO2气体鼓泡通过水溶液)、并行接触方式(即，单向流动的气相流和液相流之间的接触)、逆流方式(即，反向流动的气相流和液相流之间的接触)等。因此，可以通过在沉淀反应器中使用注入器、鼓泡器、流体文丘里反应器、分布器、气体过滤器、喷雾器、塔板或填充塔反应器等来实现接触。在一些实施方案中，气-液接触通过用扁平喷嘴形成溶液的液片来实现，其中CO2气体和液片以逆流、并流或错流方向或以任何其他合适的方式移动。在一些实施方案中，气-液接触通过使平均直径为500微米或更小、例如100微米或更小的溶液液滴与CO2气源接触来实现。
来自水泥厂的CO2气态流可以是基本上纯的CO2，或包含多种组分，所述多种组分包括CO2和一种或多种另外的气体和/或其他物质，例如灰分和其他颗粒。来自水泥厂的部分气态CO2废物流(即，不是全部的气态废物流)可用于生产沉淀材料。在一些实施方案中，用于沉淀材料沉淀的气态CO2废物流的部分可以是75％或更少、例如60％或更少、以及包括50％或更少的气态废物流。在又一些其他实施方案中，水泥厂产生的基本上(例如，80％或更多)全部气态CO2废物流用于沉淀材料的沉淀。
可以使用本文描述的任何数量的气-液接触方案。气-液接触持续，直到沉淀反应混合物的pH是最佳的(本文中已经描述了各种最佳pH值以形成包含例如反应性球霰石的沉淀材料)，然后搅拌沉淀反应混合物。pH下降的速率可以通过在气-液接触期间添加更多的包含钙盐的水溶液来控制。此外，可以在鼓泡后添加另外的水溶液以将pH升高恢复至碱性水平以沉淀部分或全部沉淀材料。在任何情况下，在从沉淀反应混合物中的某些物质(例如碳酸、碳酸氢盐、水合氢离子)中除去质子后，可形成沉淀材料。然后可以分离包含碳酸盐的沉淀材料，并且任选地进一步加工。
可以通过在气-液接触期间添加另外的上清液或包含钙盐的水溶液来控制pH下降的速率。此外，可在气液接触后添加额外的上清液或包含钙盐的水溶液以将pH值升高恢复至碱性水平(例如7-9或7-8.5或7-8)以沉淀部分或全部沉淀材料。
在一些实施方案中，离开吸收器或沉淀反应器的气体(在图1中显示为“经洗涤的气体”)进入用于洗涤过程的气体处理单元。气体处理单元的质量平衡和设备设计可取决于气体的特性。在一些实施方案中，气体处理单元可并入HCl洗涤器，用于回收排气流中的少量NH3，其可由气体从CO2吸收、沉淀步骤携带。NH3可以通过以下被HCl溶液捕获：
NH3(g)+HCl(aq)→NH4Cl(aq)
可以将来自HCl洗涤器的NH4Cl(aq)再循环到溶剂化步骤B。
在一些实施方案中，包含氨的排气流(在图1中显示为“经洗涤的气体”)可以经受洗涤过程，其中包含氨的排气流用来自工业过程的二氧化碳和水洗涤生成氨的溶液。洗涤器的入口可以是二氧化碳(CO2(g))、含有氨(NH3(g))的反应器排气和新鲜的补充水(或一些其他稀释水流)。出口可以是洗涤器的再循环流体(例如H3N-CO2(aq)或氨基甲酸盐)的冲流(slipstream)，其可以任选地返回主反应器以与二氧化碳和沉淀接触。可以通过调节进入洗涤器的CO2(g)的流速来控制系统的pH。系统的电导率可以通过向洗涤器添加稀释补充水来控制。通过在洗涤器或其储液器中使用液位检测器，可以保持体积恒定。虽然氨气是碱性气体，而二氧化碳气体是酸性气体。在一些实施方案中，酸性气体和碱性气体可以彼此离子化以提高其溶解度。
不受任何理论的限制，预期可发生以下反应：
NH3(aq)+CO2(aq)+H2O→HCO3 -+NH4 +
当包含钙盐的水溶液与CO2气体接触时，其产生碳酸钙沉淀。在该过程中导致形成稳定或反应性球霰石或PCC的一种或多种沉淀条件在本文中在下面描述。在一些实施方案中，沉淀材料包含稳定的球霰石和/或反应性球霰石或PCC。如本文所用，“稳定球霰石”或其语法等同物包括在水中的溶解-再沉淀过程期间和/或之后不转变为文石或方解石的球霰石。如本文所用，“反应性球霰石”或“活化球霰石”或其语法等同物包括在水中的溶解-再沉淀过程期间和/或之后导致文石形成的球霰石。如本文所用，“沉淀碳酸钙”或“PCC”包括具有高纯度和微米级或更小尺寸颗粒的常规PCC。PCC可以是碳酸钙的任何多晶型物形式，包括但不限于球霰石、文石、方解石或其组合。在一些实施方案中，PCC的粒度为纳米级，或为0.001微米至5微米。
包含反应性球霰石(任选地包括固体)的沉淀材料经历转变为文石以及凝固并硬化成胶结产品(如图1中的产品(A)所示)，固体可以引入胶结产品中。这提供了一个额外的优势，即少了去除固体的步骤，最大限度地减少NH4Cl损失并排除潜在的废物流，从而提高效率并改善工艺的经济性。在一些实施方案中，固体杂质不会不利地影响球霰石向文石的转化和/或反应性。在一些实施方案中，固体杂质不会不利地影响胶结产品的强度(例如抗压强度或弯曲强度)。
在一些实施方案中，上述方法还包括通过脱水、任选地漂洗和任选地干燥将沉淀材料与水溶液分离(例如脱水)(在图1中称为碳酸钙滤饼)。然后，可以将沉淀的材料用于制造胶结或非胶结产品(如图1中的产品(B)所示)。
在一些实施方案中，沉淀材料中的球霰石可以在合适的条件下形成，使得球霰石经在水中的溶解-沉淀过程后(在胶结期间)具有反应性并且转变为文石。文石可以赋予产品一种或多种独特的特性，包括但不限于高抗压强度、复杂的微观结构网络、中性pH值等。在一些实施方案中，沉淀材料中的球霰石可以在合适的条件下形成，使得球霰石稳定，并且可在各种应用中用作填料。在一些实施方案中，沉淀材料中的PCC可以在合适的条件下形成，使得PCC是高纯度的并且具有非常小的颗粒尺寸。
在一些实施方案中，如上所述的碳酸钙滤饼可包含杂质(例如，1-2重量％或更多)的铵(NH4 +)离子、硫离子和/或氯(Cl-)离子。尽管如上所述漂洗沉淀的CaCO3的滤饼可能会去除部分或全部含N盐和/或硫化合物，但是会导致(上清液中的)含N盐浓度降低，这在将其回收至工艺之前可能需要浓缩。
碳酸钙浆料可以进行脱水和任选地漂洗以形成碳酸钙浆料(具有减少的水)或碳酸钙滤饼(如图1所示)和含有残留的含N盐的水溶液，例如铵盐溶液。由脱水获得的残留的含N盐溶液以及漂洗流可以任选地进行浓缩，然后再循环回用于使用钙化合物进行的溶剂化处理。可向循环溶液中加入额外的含N盐和/或氨(无水或水溶液)，以弥补工艺中含N盐的损失，并使含N盐的浓度达到最佳水平。
在一些实施方案中，可以从上清水溶液中回收残留的含N盐(例如图1所示的氯化铵溶液)，并使用回收工艺浓缩，所述回收工艺例如但不限于热分解、pH调节、反渗透、多级闪蒸、多效蒸馏、蒸气再压缩、蒸馏或其组合。配置为执行这些工艺的系统是可商购的。例如，可以提高溶液的pH值(例如使用强碱，如NaOH)。这可使平衡向挥发性氨(NH3(aq)/NH3(g))移动。通过加热溶液可以提高速率和总去除率。
在一些实施方案中，可以通过热分解工艺从碳酸钙沉淀物中分离和回收残留的含N盐。该工艺可以并入图1所示的工艺中，并入CaCO3沉淀物的分离(步骤E)和/或并入干燥CaCO3沉淀物或粉末的步骤(步骤F)之后。
通常，在338℃下，固体NH4Cl可分解成氨(NH3)和氯化氢(HCl)气体。在840℃下，固体CaCO3分解为氧化钙(CaO)固体和二氧化碳(CO2)气体。
NH4Cl(s)←→NH3(g)+HCl(g)
CaCO3(s)←→CaO(s)+CO2(g)
在一些实施方案中，CaCO3沉淀和/或干燥CaCO3沉淀中残留的含N盐(例如但不限于氯化铵、乙酸铵、硫酸铵、亚硫酸铵、硫氢化铵、硫代硫酸铵、硝酸铵、亚硝酸铵或其组合)可通过在150-360℃或150-200℃或150-300℃或300-850℃或338-840℃的温度下热分解去除。这可以在标准的滤饼干燥工艺期间和/或作为第二干燥后热处理进行。温度范围期望分解沉淀中残留的含N盐，同时保持沉淀材料中反应性球霰石的胶结性质，使得反应性球霰石在加热后保持为反应性球霰石，并在与水结合后成功转变为文石以形成胶结产品。在前述方面和实施方案的一些实施方案中，从沉淀材料中去除和任选地回收残留的含N盐的步骤(iii)包括将沉淀材料加热至约150-375℃或约150-300℃或约290-375℃或约300-360℃或约300-350℃或约310-345℃或约320-345℃或约330-345℃或约300-345℃，以从沉淀材料中蒸发含N盐，其中任选地通过含N盐的冷凝进行回收。在前述方面和实施方案的一些实施方案中，从沉淀材料去除和任选地回收残留的含N盐的步骤(iii)包括加热沉淀材料超过约10分钟、或超过约15分钟、或超过约5分钟、或约10分钟至约1小时、或约10分钟至约1.5小时、或约10分钟至约2小时、或约10分钟至约5小时、或约10分钟至约10小时。
在一些实施方案中，在使沉淀材料经受加热步骤(iii)以去除和任选地回收含N盐之前，将沉淀材料脱水(以去除上清水溶液)并干燥以去除水(例如通过在约100℃或高于100℃加热)。在一些实施方案中，在使沉淀材料经受加热步骤(iii)以去除和任选地回收含N盐之前，将沉淀材料部分脱水(以去除大部分上清水溶液)并部分干燥以去除水(或避免干燥步骤)。在一些实施方案中，沉淀材料中的反应性球霰石在加热后保持为反应性球霰石。在前述实施方案的一些实施方案中，希望沉淀材料中的反应性球霰石保持为反应性球霰石，从而保持材料的胶结性质。在一些实施方案中，含N盐以包含氨气、氯化氢气体、氯气或其组合的形式从沉淀材料中蒸发。申请人已经发现，在一些实施方案中，保持温度量和加热持续时间的组合对于从沉淀材料中去除含N盐同时保持反应性球霰石材料的胶结性质可为关键的。传统上，反应性球霰石非常不稳定，并且容易地转化为文石/方解石。然而，申请人已经发现，使反应性球霰石的转变最小化的温度范围任选地与加热持续时间相结合还会从材料中去除残留的含N盐。在前述实施方案的一些实施方案中，在去除含N盐后，沉淀材料中的球霰石保持为反应性球霰石，当其与水结合时转变为文石(溶解-再沉淀工艺)，其凝固并胶结形成胶结产品。如此形成的胶结产品具有极少的氯化物含量或不含氯化物，并且没有氨或硫的难闻气味。在一些实施方案中，氯化物含量约为或低于胶结产品可接受的ASTM标准。
在一些实施方案中，任选地与加热持续时间相结合的上述温度条件可以与提供驱动力以改进残留的含N盐的分解热力学的压力条件组合。例如，沉淀材料的加热可以在其中顶部空间为低于大气压的压力的系统中进行。低于大气压的压力可以通过降低气相中反应物的分压来产生涉及气相产物(例如但不限于氨气、氯化氢气体、氯气或其组合)的加热反应的驱动力。在减压或真空下操作的另一个优点可以是在较低压力下，一些升华反应可在较低温度下发生，从而改善加热反应的能量需求。
在上述热分解工艺的一些实施方案中，分离的以氨和HCl气体形式的氯化铵可通过组合的热释放气体的重结晶或通过将气体吸收到水性介质中来回收以重新使用。这两种机制都可产生可浓缩到足以在如图1所示的工艺中再使用的NH4Cl产品。
在一些实施方案中，可以在上述工艺中(或如图1所示的工艺)通过调节pH值的从铵盐释放NH3气体来分离和回收含N盐。在分离CaCO3滤饼时，该过程可以并入图1所示的工艺中。滤饼中水的最终pH值通常可为约7.5。在该pH值下，NH4 +(pKa＝9.25)可为主要物质。提高这种水的pH可促使酸碱平衡趋向于NH3气体，如以下等式所述：
NH4 +←→H++NH3(g)
可以使用任何碱度来源来提高滤饼水的pH值。在一些实施方案中，氧化钙和/或氢氧化钙的水溶液或石灰石浆料可以提供高碱度的来源。在一些实施方案中，钙化合物的水性部分可以被整合到脱水工艺的漂洗阶段(例如，滤饼步骤)以提高系统的pH值，并促进NH3气体的释放。由于氨在水中具有相当大的溶解度，因此可以施加热量和/或真空压力以将平衡进一步推向气相。通过用氯化物对氨进行重结晶或将氨吸收到水性介质中，可以回收氨以供再利用。这两种机制都可产生可浓缩到足以在如图1所示的工艺中再使用的氨溶液或NH4Cl产品。
可将碳酸钙滤饼(例如球霰石或PCC)送至干燥器(图1中的步骤F)以形成含有稳定或反应性球霰石或PCC的碳酸钙粉末。包含稳定或反应性球霰石或PCC的沉淀材料的粉末形式可进一步用于形成产品的应用中，如本文所述。滤饼可以使用本领域已知的任何干燥技术干燥，例如但不限于流化床干燥器或旋流流化器。然后，可以将所得固体粉末与添加剂混合以制备本文所述的不同产品。在一些实施方案中，具有减少的水的浆料形式或沉淀材料的滤饼形式直接用于形成产品，例如建筑面板，如本文所述。
任选地，分离的固体可以被干燥并用作火山灰水泥。在一些实施方案中，可将分离的固体添加到包含球霰石作为填料或补充胶结材料的粉末形式的沉淀材料中。
在本文提供的方法中，使通过使包含钙盐的水溶液与CO2(均获自水泥厂)接触而产生的包含充有CO2的水的水溶液经受一种或多种沉淀条件(步骤D)，所述一种或多种沉淀条件足以产生包含稳定或反应性球霰石或PCC的沉淀材料和上清液(即，在沉淀材料的沉淀后剩余的沉淀反应混合物的部分)。一种或多种沉淀条件有利于包含稳定或反应性球霰石或PCC的沉淀材料的产生。
沉淀条件包括调节充有CO2的沉淀反应混合物的环境以产生包含稳定或反应性球霰石或PCC的所需沉淀材料的沉淀条件。可用于本文所述方法实施方案中的适于形成含稳定或反应性球霰石或PCC的碳酸盐沉淀材料的此类一种或多种沉淀条件包括但不限于温度、pH、压力、离子比、沉淀速率、添加剂的存在、离子物质的存在、添加剂和离子物质的浓度、搅拌、停留时间、混合速率、搅拌形式(如超声波)、晶种、催化剂、膜或基材的存在、脱水、干燥、球磨等。在一些实施方案中，稳定或反应性球霰石或PCC的平均粒度还可取决于在沉淀材料的沉淀中使用的一种或多种沉淀条件。在一些实施方案中，沉淀材料中稳定或反应性球霰石的百分比还可取决于沉淀工艺中使用的一种或多种沉淀条件。
例如，可以将充有CO2的沉淀反应混合物的温度升高至发生适于沉淀所需沉淀材料的量的点。在此类实施方案中，可以将充有CO2的沉淀反应混合物的温度升高到某个值，例如20℃至80℃，并且包括25℃至45℃、或20℃至70℃、或20℃至60℃、或20℃至50℃、或20℃至40℃、或20℃至30℃。尽管给定的一组沉淀条件的温度范围可为0℃至100℃，但是在某些实施方案中可以升高温度以产生所需的沉淀材料。在某些实施方案中，沉淀反应混合物的温度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、来自碳排放器的烟道气的废热等)产生的能量来升高。
充有CO2的沉淀反应混合物的pH也可升高至适于沉淀所需沉淀材料的值。在此类实施方案中，将充有CO2的沉淀反应混合物的pH升高至用于沉淀的碱性水平，其中碳酸盐优于碳酸氢盐。在一些实施方案中，与二氧化碳气体接触的包含钙盐的水溶液的pH对反应性球霰石或PCC的形成具有影响。在一些实施方案中，形成包含反应性球霰石或PCC的沉淀材料所需的沉淀条件包括在pH高于7或pH为8或pH为7.1-8.5或pH为7.5-8或pH为7.5-8.5或pH为8-8.5或pH为7.6-8.4下进行二氧化碳与包含钙盐的水溶液的接触步骤以形成反应性球霰石或PCC。pH可以升高至pH 9或更高，例如pH 10或更高，包括pH 11或更高或pH 12.5或更高。
在沉淀期间调节主要离子比例可影响沉淀材料的性质。主要离子比例可对多晶型物的形成有相当大的影响。例如，随着水中镁:钙的比例提高，文石可超过低镁球霰石成为沉淀材料中碳酸钙的主要多晶型物。在低镁:钙比例下，低镁方解石可成为主要的多晶型物。在一些实施方案中，在Ca2+和Mg2+都存在的情况下，沉淀材料中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。
沉淀速率还可对化合物相的形成具有影响，其中最快的沉淀速率通过用所需相接种溶液实现。在没有晶种的情况下，可以通过快速提高沉淀反应混合物的pH实现快速沉淀，这可产生更多的无定形成分。pH值越高，沉淀越快，这可产生更多无定形的沉淀材料。
在使水溶液与CO2接触后反应混合物的停留时间也可对化合物相的形成具有影响。例如，在一些实施方案中，较长的停留时间可导致反应混合物内的反应性球霰石转变为文石/方解石。在一些实施方案中，太短的停留时间可导致反应混合物中反应性球霰石的形成不完全。因此，停留时间对于反应性球霰石的沉淀可为关键的。此外，停留时间还可影响沉淀物的粒度。例如，过长的停留时间可导致形成大尺寸颗粒的颗粒团聚，这对于PCC的形成是不希望的。因此，在一些实施方案中，反应的停留时间为约10分钟至1小时，或约15分钟至60分钟，或约15分钟至45分钟，或约15分钟至30分钟，或约30分钟至60分钟。
在一些实施方案中，如上文所述，从沉淀反应混合物产生所需沉淀材料的一组沉淀条件可包括温度和pH，以及在一些情况下，添加剂和水中离子物质的浓度。添加剂已在下文中描述。添加剂的存在和添加剂的浓度还可有利于稳定或反应性球霰石或PCC的形成。在一些实施方案中，可以在沉淀期间将中链或长链脂肪酸酯加入到水溶液中以形成PCC。脂肪酸酯的实例包括但不限于，纤维素(如羧甲基纤维素)、山梨糖醇、柠檬酸盐(如柠檬酸钠或柠檬酸钾)、硬脂酸盐(如硬脂酸钠或硬脂酸钾)、磷酸盐(如磷酸钠或磷酸钾)、三聚磷酸钠、六偏磷酸盐、EDTA，或其组合。在一些实施方案中，可在该工艺的接触步骤期间加入硬脂酸盐和柠檬酸盐的组合以形成PCC。
沉淀条件还可以包括诸如混合速率、搅拌形式(诸如超声波)以及晶种、催化剂、膜或基材的存在等因素。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，或循环或改变这些参数中的任一个。用于制备根据本发明的沉淀材料的方案可以是间歇、半间歇或连续方案。与半间歇或间歇系统相比，在连续流动系统中产生给定沉淀材料的沉淀条件可不同。
如图1中的步骤E所示，从沉淀反应混合物产生之后，将沉淀材料与反应混合物分离以产生分离的沉淀材料(例如湿滤饼)和上清液。在本文提供的系统中，分离步骤可以在分离站上进行。沉淀材料可以在沉淀之后和分离(例如，通过干燥)之前，在上清液中储存一段时间。例如，沉淀材料可以在1℃至40℃、例如20℃至25℃的温度范围下在上清液中储存几分钟至几小时到1至1000天或更长，例如1至10天或更长的时间段。使用多种合适的方法中任一种实现沉淀材料从沉淀反应混合物的分离，包括排放(例如，沉淀材料的重力沉降、然后排放)、倾析、过滤(例如，重力过滤、真空过滤、使用强制空气的过滤)、离心、加压或其任何组合。从沉淀材料中分离大量水产生沉淀材料的湿滤饼，或脱水的沉淀材料。液固分离器(例如Epuramat的Extrem-Separator(“ExSep”)液固分离器、Xerox PARC的螺旋浓缩器、或Epuramat的ExSep或Xerox PARC的螺旋浓缩器中任一个的改进型)可用于沉淀材料从沉淀反应混合物中的分离。
在一些实施方案中，所得脱水沉淀材料(例如湿滤饼材料)(在热去除含N盐之后)直接用于制备本文所述的产品。例如，将脱水沉淀材料的湿滤饼与本文所述的一种或多种添加剂混合，并铺展在传送带上，所述沉淀材料中的反应性球霰石或PCC在所述传送带上转变为文石，并凝固和硬化(并且含N盐被热去除)。然后，将硬化材料切割成所需形状，例如本文所述的板或面板。在一些实施方案中，将湿滤饼倒在传送带顶上的一张纸上。可以将另一张纸放在湿滤饼顶上，然后将其压下以除去过量的水。在沉淀材料凝固和硬化(球霰石转变为文石)之后，将材料切割成所需形状，例如水泥边板和干墙等。在一些实施方案中，可以优化一种或多种添加剂的量，这取决于球霰石转变为文石所需的时间(如下所述)。例如，对于某些应用，可需要材料快速转变，而在某些其他情况下，可需要缓慢转变。在一些实施方案中，可以在传送带上加热湿滤饼以加块球霰石向文石的转变。在一些实施方案中，可将湿滤饼倒入所需形状的模具中，然后在高压釜中加热模具以加快球霰石向文石的转变(并且去除残留的含N盐)。因此，连续流工艺、间歇工艺或半间歇工艺都在本发明的范围内。
在一些实施方案中，一旦从沉淀反应混合物中分离出沉淀材料，则用淡水洗涤沉淀材料，然后将其放入压滤机中以产生具有30-60％固体的滤饼。然后，将该滤饼在模具中使用任何合适的装置(例如液压机)在适当的压力下(例如5至5000psi，例如1000至5000psi的范围)进行机械压制，以产生成型的固体(例如长方形砖)。然后，使这些所得固体固化，例如通过放置在室外并储存，通过放置在腔室中，其中所述固体经受高湿度和热量水平等。然后，这些所得经固化的固体本身用作建筑材料或压碎以产生骨料。
在包括使用温度和压力的工艺中，可以对脱水的沉淀滤饼进行干燥。然后，将滤饼暴露于复水和升高的温度和/或压力的组合下一段时间。加回的水量、温度、压力和暴露时间以及滤饼的厚度的组合可以根据起始材料的组成和所需结果而变化。
本文描述了将材料暴露于温度和压力的多种不同方式；可以理解，可以使用任何合适的方法。滤饼的厚度和大小可以根据需要调整；在一些实施方案中，厚度可以在0.05英寸至5英寸变化，例如0.1-2英寸，或0.3-1英寸。在一些实施方案中，滤饼可为0.5英寸至6英尺或更厚。然后，通过任何合适的方法，例如在使用加热压板的压板机中，将滤饼暴露于升高的温度和/或压力下给定的时间。用于升高温度的热量(例如用于压板)可以例如通过来自工业废气流(如烟道气流)的热量提供。温度可以是任何合适的温度；通常，对于较厚的滤饼，需要较高的温度；温度范围的实例为40-150℃，例如60-120℃，例如70-110℃，或80-100℃。类似地，压力可以是任何合适的压力以产生期望的结果；示例性压力包括1000-100,000磅/平方英寸(psi)，包括2000-50,000psi，或2000-25,000psi，或2000-20,000psi，或3000-5000psi。最后，压制滤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。然后，所得的硬片可以通过如下任选地固化：例如通过放置在外部并储存，通过放置在腔室中，其中所述硬片经受高湿度和热量水平等。然后，这些任选地固化的硬片本身本身用作建筑材料或经压碎以产生骨料。
另一种提供温度和压力的方法是使用压力机。合适的压力机(例如压板压力机)可用于在所需温度下提供压力(使用例如通过烟道气或通过其他用于产生沉淀物的工艺步骤(例如来自电化学工艺)提供的热量)所需的时间。可以以类似的方式使用一组辊子。
将滤饼暴露于升高的温度和压力的另一种方式是借助于挤出机，例如螺杆型挤出机。挤出机的机筒可以例如通过夹套配备以达到升高的温度；这种升高的温度可以由例如烟道气等提供。挤出可用作在压制操作之前预热和干燥原料的手段。这种压制可以通过压缩模具、通过辊子、通过具有成形凹痕的辊子(实际上可以提供所需的任何形状的骨料)在带之间或任何其他合适的方法进行，所述带在其行进时提供压紧。可替代地，挤出机可用于通过模头挤出材料，当材料在被迫使通过模头时将其暴露于压力，并给出任何所需的形状。在一些实施方案中，将碳酸盐沉淀物与淡水混合，然后放入旋转螺杆挤出机的进料部分。可以加热挤出机和/或出口模头以进一步辅助该工艺。螺杆的转动沿其长度输送材料，并随着螺杆深度的减小而对其进行压紧。挤出机的螺杆和机筒还可包括机筒中的排气口，其中螺杆中的减压区与机筒排气口重合。特别是在加热的挤出机的情况下，这些排气区域允许从输送的物料中释放蒸汽，从而去除材料中的水分。
然后，螺杆输送的材料被迫使通过模头部分，所述模头部分进一步压紧材料并使其成形。模头中的典型开口可以是圆形、椭圆形、正方形、矩形、梯形等，但所需最终骨料的任何形状都可以通过调节开口的形状来制成。离开模头的材料可以通过任何合适的方法例如通过飞刀切割成任何合适的长度。使用加热的模头部分可以通过加速碳酸盐矿物转化为坚硬、稳定形式来进一步帮助形成产品。在粘合剂的情况下，也可以使用加热的模头来硬化或固化粘合剂。在加热的模头部分通常使用100℃至600℃的温度。
在又一些其他实施方案中，沉淀物可用于原位或原位成型结构制造。例如，可以通过如下从沉淀物制造道路、铺砌区域或其他结构：通过将一层沉淀物(例如，如上所述)施加到基材(例如地面、路基等)上，然后使沉淀物水合(例如通过使其暴露于自然施加的水(例如雨水的形式)或通过灌溉)。水合作用将沉淀物固化成所需的原位或原位成型结构，例如道路、铺砌区域等。可以重复该工艺，例如在需要更厚的原位成型结构层的情况下。
在一些实施方案中，沉淀材料和产品的生产在同一设施中进行。在一些实施方案中，沉淀材料在一个设施中生产并被运输到另一个设施以制造最终产品。沉淀材料可以以浆料形式、湿滤饼形式或干粉形式运输。
在一些实施方案中，从分离站获得的所得脱水沉淀材料在干燥站干燥以产生包含稳定或反应性球霰石或PCC的粉末形式的碳酸盐沉淀材料。干燥可以通过风干沉淀材料来实现。在某些实施方案中，干燥通过冷冻干燥(即，冻干)实现，其中将沉淀材料冷冻，降低周围压力，并添加足够的热量以允许沉淀材料中的冷冻水直接升华成气体。在又一个实施方案中，将沉淀材料喷雾干燥以干燥沉淀材料，其中含有沉淀材料的液体通过被送入热气体(例如来自发电厂的气态废物流)而干燥，并且其中液体进料通过雾化器泵入主干燥室，热气体与雾化器方向并流或逆流通过。取决于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，沉淀物可由流化床干燥器干燥。在某些实施方案中，来自发电厂或类似操作的废热可用于在适当时进行干燥步骤。例如，在一些实施方案中，通过使用升高的温度(例如，来自发电厂废热)、压力或其组合来生产干燥产品。在沉淀材料干燥之后，然后可以在升高的温度下对该材料进行加热以去除本文所述的含N盐。
沉淀工艺的所得上清液或沉淀材料的浆料也可以根据需要进行处理。例如，可以将上清液或浆料返回到钙化合物水溶液中，或返回到另一个位置。在一些实施方案中，可将上清液与如上所述的CO2源接触，以封存额外的CO2。例如，在上清液将返回沉淀反应器的实施方案中，上清液可以以足以增加上清液中存在的碳酸根离子浓度的方式与CO2的气态废物源接触。如上文所述，可以使用任何合适的方案进行接触。在一些实施方案中，上清液具有碱性pH，并且以足以将pH降低至pH 5至9、pH 6至8.5或pH 7.5至8.2范围的方式与CO2源接触。
在一些实施方案中，通过该方法生产的沉淀材料用作建筑材料(例如，用于某种类型的人造结构(例如，建筑物、道路、桥梁、水坝等)的建筑材料)，使得CO2被有效地捕获在建筑环境中。任何人造结构，例如地基、停车场结构、房屋、办公楼、商业办公室、政府大楼、基础设施(例如，人行道；道路；桥梁；立交桥；墙壁；门、栅栏和杆类的基脚；等等)被认为是建筑环境的一部分。砂浆可用于将建筑块(例如，砖块)粘接在一起，并填充建筑块之间的间隙。砂浆还可用于固定现有结构(例如，替换原始砂浆受损或腐蚀的部分)，以及其他用途。
在某些实施方案中，包含反应性球霰石的沉淀材料的粉末形式用作水泥，其转变为文石(溶解-再沉淀工艺)，并在与水结合后凝固和硬化。
在一些实施方案中，由所得沉淀材料产生骨料。在这样的实施方案中，其中干燥工艺产生所需尺寸的颗粒，几乎不需要任何额外的加工来产生骨料。在又一些其他实施方案中，进行沉淀材料的进一步加工以产生所需的骨料。例如，沉淀材料可以以足以使沉淀形成固体产物的方式与淡水结合，其中反应性球霰石转化为文石。通过控制湿材料的含水量，可以控制最终骨料的孔隙率以及最终的强度和密度。通常，湿滤饼可含有40-60体积％的水。对于密度较大的骨料，湿滤饼可含有<50％的水，对于密度较小的滤饼，湿滤饼可含有＞50％的水。硬化后，所得固体产品然后可以进行机械加工，例如压碎或以其他方式破碎和分选以产生具有所需特性(例如尺寸、特定形状等)的骨料。在这些过程中，凝固和机械加工步骤可以以基本上连续的方式或在不同的时间进行。在某些实施方案中，大量沉淀物可储存在开放环境中，其中沉淀物暴露于大气。对于凝固步骤，可以以合适的方式用淡水灌洗沉淀物，或使其自然淋雨以生产凝固产品。然后可以如上所述对凝固产品进行机械加工。在产生沉淀物之后，对沉淀物进行加工以产生所需的骨料。在一些实施方案中，沉淀物可放置于室外，其中雨水可用作淡水源，以引起大气水稳定反应的发生，使沉淀物硬化以形成骨料。
如图1所示，该方法产生包含稳定或反应性球霰石或PCC的沉淀材料(以湿形式、浆料形式或干燥形式)。在本文中，“组合物”、“沉淀物”和“沉淀材料”可互换使用。如本文所述，在本文提供的方法和系统中，在去除残留的含N盐之后形成的沉淀材料包含球霰石或PCC。稳定的球霰石包括在溶解-再沉淀工艺期间和/或之后不转变为文石或方解石的球霰石。反应性球霰石或活化球霰石包括在溶解-再沉淀工艺期间和/或之后导致文石形成的球霰石。在一些实施方案中，形成的PCC是球霰石形式。在一些实施方案中，本文所述的方法还包括使沉淀材料(干燥形式或湿形式)与水接触，并将反应性球霰石转化为文石。在一些实施方案中，稳定的球霰石在与水接触时不转变为文石，并且要么保持为球霰石形式、要么在长时间的时间段内转变为方解石。
通常，在碳酸钙沉淀时，无定形碳酸钙(ACC)可首先沉淀并转变为其三个更稳定的相(球霰石、文石或方解石)中的一个或多个。正如Ostwald在其Step Rule(Ostwald,W.Zeitschrift fur Physikalische Chemie 289(1897))中描述的，可存在从不稳定相到更稳定相的转变的热力学驱动力。为此，碳酸钙相按以下顺序转变：ACC到球霰石、文石和方解石，其中可存在或可不存在中间相。在该转变期间，释放过量能量，如图2所示。可以利用这种内在能量来产生强烈的聚集趋势和表面相互作用，这可导致聚集和凝固或胶结。应理解，图2中报告的值是本领域公知的并且可以变化。
本文提供的方法产生或分离球霰石形式或PCC形式的沉淀材料，所述PCC可以以球霰石、文石或方解石的形式存在。沉淀材料可以是湿形式、浆料形式或干粉形式。该沉淀材料可具有不易转变为任何其他多晶型物的稳定球霰石形式，或可具有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。含有文石形式的沉淀物的产品显示出一种或多种预料不到的性能，包括但不限于高抗压强度、高孔隙率(低密度或轻质)、中性pH(可用作下文所述的人工礁石)、微结构网络等。
除球霰石之外，可以存在于含碳酸盐的沉淀材料中的碳酸钙的其他次要多晶型形式还包括但不限于无定形碳酸钙、文石、方解石、球霰石的前体相、文石的前体相、比方解石不稳定的中间相，这些多晶型物之间的多晶型形式，或其组合。
球霰石可以以单分散或团聚形式存在，并且可以是球形、椭圆形、板状或六方晶系。球霰石通常具有六方晶体结构并在生长时形成多晶球形颗粒。球霰石的前体形式包括球霰石的纳米团簇并且文石的前体形式包括文石针的亚微米到纳米团簇。如果文石与球霰石一起存在于组合物中，则文石可以是针状、柱状或斜方晶系晶体。如果方解石与球霰石一起存在于组合物中，则方解石可以是立方体、纺锤体或六方晶系晶体。不如方解石稳定的中间相可以是球霰石和方解石之间的相、球霰石的前体和方解石之间的相、文石和方解石之间的相和/或文石的前体和方解石之间的相。
碳酸钙多晶型物之间的转变可以通过固态转变发生，可以经溶液介导发生，或两者兼有。在一些实施方案中，该转变是溶液介导的，因为其可比热活化固态转变需要更少的能量。球霰石是亚稳态的，并且碳酸钙多晶型物的热力学稳定性的差异可以表现为溶解度的差异，其中最不稳定的相是最易溶的(Ostwald，同上)。因此，球霰石可以在溶液中容易地溶解，并有利地转变为更稳定的多晶型物，例如文石。在多晶型体系(如碳酸钙)中，溶液中可同时存在两个动力学过程：亚稳相的溶解和稳定相的生长。在一些实施方案中，文石晶体可以在球霰石在水性介质中溶解的同时生长。
在一方面，反应性球霰石可以被活化，使得反应性球霰石在溶解-再沉淀过程中通向文石途径而不是方解石途径。在一些实施方案中，包含反应性球霰石的组合物以如下方式活化：在溶解-再沉淀过程之后，文石形成得到增强并且方解石形成受到抑制。含有反应性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。含球霰石的组合物的活化可以通过各种工艺实现。本文描述了球霰石活化的各种实例，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，球霰石通过各种工艺活化，使得在含球霰石的组合物与水反应时，可以控制文石的形成及其形态和/或晶体生长。形成的文石对由反应性球霰石形成的产品产生更高的拉伸强度和断裂耐受性。
在一些实施方案中，反应性球霰石可以通过机械方式活化，如本文所述。例如，可以通过在球霰石组合物上产生表面缺陷来活化含有反应性球霰石的组合物，从而加速文石形成。在一些实施方案中，活化球霰石是球磨的反应性球霰石，或是具有表面缺陷的反应性球霰石，从而促进文石形成路径。
也可以通过向球霰石组合物提供化学活化或核活化来活化含反应性球霰石的组合物。这种化学活化或核活化可由文石晶种、无机添加剂或有机添加剂中的一种或多种提供。本文提供的组合物中存在的文石晶种可以从天然或合成来源获得。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(包括瓣鳃动物、腹足类动物)的坚硬骨骼材料、软体动物壳以及温水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沉淀文石，例如由碳酸钠和氯化钙形成的；或通过球霰石转变为文石而形成的文石，例如本文所述的转变型球霰石。
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活化反应性球霰石的任何添加剂。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、月桂酸钠盐、尿素、柠檬酸、柠檬酸钠盐、邻苯二甲酸、邻苯二甲酸钠盐、牛磺酸、肌酸、葡萄糖、聚(正乙烯基-1-吡咯烷酮)、天冬氨酸、天冬氨酸钠盐、氯化镁、乙酸、乙酸钠盐、谷氨酸、谷氨酸钠盐、氯化锶、石膏、氯化锂、氯化钠、甘氨酸、无水柠檬酸钠、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(正乙烯基-1-吡咯烷酮)、月桂酸、月桂酸钠盐、尿素、氯化镁、乙酸、乙酸钠盐、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、乙酸镁或其组合。
不受任何理论的限制，预期通过球磨或通过添加文石晶种、无机添加剂或有机添加剂或其组合来活化球霰石可导致在活化的反应性球霰石的溶解-再沉淀过程期间控制文石的形成，包括性质控制，例如但不限于多晶型、形态、粒度、交联、附聚、凝结、聚集、沉降、结晶学、抑制沿晶体某个面的生长、允许沿着晶体某个面的生长，或其组合。例如，文石晶种、无机添加剂或有机添加剂可以选择性地靶向文石的形态，抑制方解石生长并促进通常在动力学上可能不有利于的文石的形成。
在一些实施方案中，可以添加一种或多种无机添加剂以促进球霰石向文石的转化。一种或多种添加剂可以在该工艺的任何步骤期间添加。例如，一种或多种添加剂可以在钙化合物溶液与二氧化碳接触期间加入、在钙化合物溶液与二氧化碳接触之后加入、在沉淀材料沉淀期间加入、在沉淀材料沉淀之后加入浆料中，加入沉淀材料脱水后的浆料中，加入浆料干燥后的粉末中，加入与粉末沉淀材料混合的水溶液中，或加入由粉状沉淀材料与水制成的浆料中，或加入其任何组合中。在一些实施方案中，在制备沉淀材料的工艺中使用的水可以已经含有一种或多种添加剂或一种或多种添加离子。例如，如果在该工艺中使用海水，则添加剂离子可已经存在于海水中。
在一些实施方案中，在上述方法中，在该工艺中添加的一种或多种添加剂的量为大于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，在上述方法中，在该工艺中添加的一种或多种添加剂的量为0.5-3重量％或1.5-2.5重量％。
在一些实施方案中，沉淀材料为粉末形式。在一些实施方案中，沉淀材料为干粉形式。在一些实施方案中，沉淀材料是无序的，或不呈有序阵列，或呈粉末形式。在又一些实施方案中，沉淀材料为部分或完全水合的形式。在又一些实施方案中，沉淀材料在盐水或淡水中。在又一些实施方案中，沉淀材料在含有氯化钠的水中。在又一些实施方案中，沉淀材料在含有碱土金属离子(例如但不限于，钙、镁等)的水中。在一些实施方案中，沉淀材料是非医用的或不是用于医疗过程的。
由本文提供的组合物或沉淀材料制成的产品显示出一种或多种性质，例如高抗压强度、高耐久性、高孔隙率(轻质)、高弯曲强度和较少的维护成本。在一些实施方案中，在与水结合、凝固和硬化后，组合物或沉淀材料的抗压强度为至少3MPa(兆帕)、或至少7MPa、或至少10MPa，或在一些实施方案中为3-30MPa，或14-80MPa或14-35MPa。
在前述方面和实施方案的一些实施方案中，组合物或沉淀材料包含至少10w/w％球霰石、或至少20w/w％球霰石、或至少30w/w％球霰石、或至少40w/w％球霰石、或至少50w/w％球霰石、或至少60w/w％球霰石、或至少70w/w％球霰石、或至少80w/w％球霰石、或至少90w/w％球霰石、或至少95w/w％球霰石、或至少99w/w％球霰石、或10w/w％至99w/w％球霰石、或10w/w％至90w/w％球霰石、或10w/w％至80w/w％球霰石、或10w/w％至70w/w％球霰石、或10w/w％至60w/w％球霰石、或10w/w％至50w/w％球霰石、或10w/w％至40w/w％球霰石、或10w/w％至30w/w％球霰石、或10w/w％至20w/w％球霰石、或20w/w％至99w/w％球霰石、或20w/w％至95w/w％球霰石、或20w/w％至90w/w％球霰石、或20w/w％至75w/w％球霰石、或20w/w％至50w/w％球霰石、或30w/w％至99w/w％球霰石、或30w/w％至95w/w％球霰石、或30w/w％至90w/w％球霰石、或30w/w％至75w/w％球霰石、或30w/w％至50w/w％球霰石、或40w/w％至99w/w％球霰石、或40w/w％至95w/w％球霰石、或40w/w％至90w/w％球霰石、或40w/w％至75w/w％球霰石、或50w/w％至99w/w％球霰石、或50w/w％至95w/w％球霰石、或50w/w％至90w/w％球霰石、或50w/w％至75w/w％球霰石、或60w/w％至99w/w％球霰石、或60w/w％至95w/w％球霰石、或60w/w％至90w/w％球霰石、或70w/w％至99w/w％球霰石、或70w/w％至95w/w％球霰石、或70w/w％至90w/w％球霰石、或80w/w％至99w/w％球霰石、或80w/w％至95w/w％球霰石、或80w/w％至90w/w％球霰石、或90w/w％至99w/w％球霰石、或10w/w％球霰石、或20w/w％球霰石、或30w/w％球霰石、或40w/w％球霰石、或50w/w％球霰石、或60w/w％球霰石、或70w/w％球霰石、或75w/w％球霰石、或80w/w％球霰石、或85w/w％球霰石、或90w/w％球霰石、或95w/w％球霰石、或99w/w％球霰石。球霰石可以是稳定的球霰石或反应性球霰石或PCC。
在前述方面和前述实施方案的一些实施方案中，包含在与水结合、凝固和硬化之后的球霰石(即，转变为文石)、或与水泥和水混合并且在凝固和硬化之后的稳定的球霰石的沉淀材料的抗压强度为至少3Mpa、至少7MPa、至少14MPa、或至少16MPa、或至少18MPa、或至少20MPa、或至少25MPa、或至少30MPa、或至少35MPa、或至少40MPa、或至少45MPa、或至少50MPa、或至少55MPa、或至少60MPa、或至少65MPa、或至少70MPa、或至少75MPa、或至少80MPa、或至少85MPa、或至少90MPa、或至少95MPa、或至少100MPa、或3-50MPa、或3-25MPa、或3-15MPa、或3-10MPa、或14-25MPa、或14-100MPa、或14-80MPa、或14-75MPa、或14-50MPa、或14-25MPa、或17-35MPa、或17-25MPa、或20-100MPa、或20-75MPa、或20-50MPa、或20-40MPa、或30-90MPa、或30-75MPa、或30-60MPa、或40-90MPa、或40-75MPa、或50-90MPa、或50-75MPa、或60-90MPa、或60-75MPa、或70-90MPa、或70-80MPa、或70-75MPa、或80-100MPa、或90-100MPa、或90-95MPa、或14MPa、或3MPa、或7MPa、或16MPa、或18MPa、或20MPa、或25MPa、或30MPa、或35MPa、或40MPa、或45MPa。例如，在前述方面和前述实施方案的一些实施方案中，凝固和硬化后的组合物的抗压强度为3MPa至25MPa、或14MPa至40MPa、或17MPa至40MPa、或20MPa至40MPa、或30MPa至40MPa、或35MPa至40MPa。在一些实施方案中，本文所述的抗压强度为1天、或3天、或7天、或28天、或56天或更长时间后的抗压强度。
在一些实施方案中，包含球霰石的沉淀材料是平均粒度为0.1-100微米的颗粒组合物。平均粒度(或平均粒径)可以使用任何常规的粒度测定方法来测定，例如但不限于多检测器激光散射或激光衍射或筛分。在某些实施方案中，存在单模或多模，例如双模或其他分布。双模分布可以使表面积最小化，从而在组合物与水混合时允许较低的液体/固体质量比，从而为早期反应提供较小的反应性颗粒。在一些实施方案中，本文提供的组合物或沉淀材料是平均粒度为以下的颗粒组合物：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，本文提供的组合物或沉淀材料是平均粒度为以下的颗粒组合物：0.1-20微米、或0.1-15微米、或0.1-10微米、或0.1-8微米、或0.1-5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，组合物或沉淀材料包括两种或更多种、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种不同颗粒尺寸的组合物或沉淀材料。例如，组合物或沉淀材料可包括两种或更多种、或三种或更多种、或3-20种以下的颗粒范围：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，沉淀材料中的PCC可以具有的平均粒度为低于0.1微米，例如0.001微米至1微米或更大。在一些实施方案中，PCC可以是纳米粒度。
在一些实施方案中，组合物或沉淀材料还可包含普通波特兰水泥(OPC)或波特兰水泥熟料。波特兰水泥组分的量可变化，并且范围为10至95w/w％、或10至90w/w％、或10至80w/w％、或10至70w/w％、或10至60w/w％、或10至50w/w％、或10至40w/w％、或10至30w/w％、或10至20w/w％、或20至90w/w％、或20至80w/w％、或20至70w/w％、或20至60w/w％、或20至50w/w％、或20至40w/w％、或20至30w/w％、或30至90w/w％、或30至80w/w％、或30至70w/w％、或30至60w/w％、或30至50w/w％、或30至40w/w％、或40至90w/w％、或40至80w/w％、或40至70w/w％、或40至60w/w％、或40至50w/w％、或50至90w/w％、或50至80w/w％、或50至70w/w％、或50至60w/w％、或60至90w/w％、或60至80w/w％、或60至70w/w％、或70至90w/w％、或70至80w/w％。例如，组合物或沉淀材料可包括75％的OPC和25％的组合物；或80％的OPC和20％的组合物；或85％的OPC和15％的组合物；或90％的OPC和10％的组合物；或95％的OPC和5％的组合物的共混物。
在某些实施方案中，组合物或沉淀材料还可包含骨料。骨料可包括在组合物或沉淀材料中，以提供包括细骨料的砂浆和也包括粗骨料的混凝土。细骨料是几乎完全通过4号筛(ASTM C 125和ASTM C 33)的材料，例如硅砂。粗骨料是主要保留在4号筛(ASTM C 125和ASTM C 33)上的材料，例如二氧化硅、石英、碎的圆形大理石、玻璃球、花岗岩、石灰石、方解石、长石、冲积砂、砂子或任何其他耐用的骨料及其混合物。因此，术语“骨料”被广泛用于指许多不同类型的粗颗粒和细颗粒材料，包括但不限于砂子、砾石、碎石、矿渣和再生混凝土。骨料的量和性质可具有很大差异。在一些实施方案中，骨料的量可以为由组合物和骨料构成的总组合物的25至80w/w％，例如40至70w/w％并且包括50至70w/w％。
在一些实施方案中，通过上述方法制备的组合物或沉淀材料在一种或多种合适的条件下用水性介质处理后凝固和硬化。水性介质包括但不限于，任选地含有添加剂的淡水、或盐水。在一些实施方案中，所述一种或多种合适的条件包括但不限于温度、压力、凝固时间段、水性介质与组合物的比率，及其组合。温度可与水性介质的温度有关。在一些实施方案中，温度在0-110℃、或0-80℃、或0-60℃、或0-40℃、或25-100℃、或25-75℃、或25-50℃、或37-100℃、或37-60℃、或40-100℃、或40-60℃、或50-100℃、或50-80℃、或60-100℃、或60-80℃、或80-100℃范围内。在一些实施方案中，压力是大气压或高于大气压的压力。在一些实施方案中，用于凝固水泥产品的时间段为30分钟至48小时、或30分钟至24小时、或30分钟至12小时、或30分钟至8小时、或30分钟至4小时、或30分钟至2小时、2至48小时、或2至24小时、或2至12小时、或2至8小时、或2至4小时、5至48小时、或5至24小时、或5至12小时、或5至8小时、或5至4小时、或5至2小时、10至48小时、或10至24小时、或24至48小时。
在组合物或沉淀材料与水性介质的混合期间，沉淀物可经受高剪切混合器。混合后，可对沉淀物再次脱水并置于预成型模具中以制造成型建筑材料，或可用于使用本领域众所周知的或如本文所述的工艺制造成型建筑材料。可替代地，可将沉淀物与水混合并使其凝固。沉淀物可在几天内凝固，然后可将其置于烘箱中以，例如在40℃、或40℃-60℃、或40℃-50℃、或40℃-100℃、或50℃-60℃、或50℃-80℃、或50℃-100℃、或60℃-80℃、或60℃-100℃干燥。沉淀物可以在高温下(例如50℃-60℃、或50℃-80℃、或50℃-100℃、或60℃-80℃、或60℃-100℃、或60℃、或80℃-100℃)在高湿度下(例如30％、或40％、或50％、或60％湿度)进行固化。
通过本文所述的方法生产的产品可以是骨料或建筑材料或预浇铸材料或成型建筑材料。在一些实施方案中，通过本文所述的方法生产的产品包括非胶结材料，例如纸、涂料、PVC等。在一些实施方案中，通过本文所述的方法生产的产品包括人工礁石。这些产品已在本文中进行描述。
在一些实施方案中，湿或干燥形式的沉淀材料可以与一种或多种外加剂混合以赋予产品一种或多种特性，包括但不限于强度、弯曲强度、抗压强度、孔隙率、热导率等。所采用的外加剂的量可以根据外加剂的性质而变化。在一些实施方案中，一种或多种外加剂的量的范围为1-50w/w％，例如1-30w/w％、或1-25w/w％、或1-20w/w％、或2至10w/w％。外加剂的实例包括但不限于，促凝剂、缓凝剂、加气剂、发泡剂、消泡剂、碱反应性还原剂、粘合外加剂、分散剂、着色外加剂、腐蚀抑制剂、防潮外加剂、气体形成剂、减渗剂、泵送助剂、收缩补偿外加剂、杀真菌外加剂、杀菌外加剂、杀虫外加剂、流变改性剂、细分矿物外加剂、火山灰、骨料、润湿剂、强度增强剂、防水剂、增强材料(例如纤维)，以及任何其他外加剂。当使用外加剂时，将被引入外加剂原料的组合物或沉淀材料混合足够的时间，以使外加剂原料相对均匀地分散在整个组合物中。
可使用促凝剂来加速水泥的凝结和早期强度发展。可以使用的促凝剂的实例包括但不限于
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(非氯化物型促凝剂)和/或
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(基于亚硝酸钙的腐蚀抑制剂)，两者均由BASF Admixtures Inc.(Cleveland,Ohio)以上述商标名称出售。缓凝外加剂，也称为延迟凝结或水化控制外加剂，用于阻滞、延迟或减缓水泥的凝结速率。大多数缓凝剂也可以作为低水平的减水剂，并且也可以用来将一些空气带入产品中。缓凝剂的一个实例为来自BASF Admixtures Inc.,Cleveland,Ohio的
Figure BDA0003557050870000393
加气剂包括将在组合物中夹带空气的任何物质。一些加气剂还可以减小低浓度组合物的表面张力。加气外加剂用于有意将微小气泡夹带入水泥中。空气夹带可以增加混合物的可加工性，同时消除或减少离析和渗色。用于实现这些所需效果的材料可以选自木树脂、天然树脂、合成树脂、磺化木质素、石油酸、蛋白质材料、脂肪酸、树脂酸、烷基苯磺酸盐、磺化烃、氧化松香树脂、阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂、天然松香、合成松香、无机加气剂、合成洗涤剂和它们相应的盐，及其混合物。添加一定量的加气剂以在胶结组合物中产生所需水平的空气。可用于外加剂体系中的加气剂的实例包括但不限于MB AE90、MB VR和MICRO
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其均可从BASF Admixtures Inc.,Cleveland,Ohio获得。
在一些实施方案中，将沉淀材料与发泡剂混合。发泡剂引入大量气孔/孔隙，有助于降低材料的密度。发泡剂的实例包括但不限于肥皂、洗涤剂(烷基醚硫酸盐)、millifoamTM(烷基醚硫酸盐)、cedepalTM(烷基乙氧基硫酸铵)、witcolateTM 12760等。
作为外加剂还令人感兴趣的是消泡剂。消泡剂用于降低胶结组合物中的空气含量。作为外加剂还令人感兴趣的是分散剂。分散剂包括但不限于具有或不具有聚醚单元的聚羧酸酯分散剂。术语分散剂还意在包括还用作组合物的增塑剂、减水剂(例如高量程减水剂)、流化剂、抗絮凝剂或超增塑剂的那些化学品，例如木质素磺酸盐、磺化萘磺酸酯缩合物的盐、磺化三聚氰胺磺酸酯缩合物的盐、β-萘磺酸盐、磺化三聚氰胺甲醛缩合物、萘磺酸酯甲醛缩合物树脂，例如LOMAR
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分散剂(Cognis Inc.,Cincinnati,Ohio)、聚天冬氨酸盐或低聚分散剂。可以使用聚羧酸酯分散剂，其是指具有带有侧链的碳主链的分散剂，其中至少一部分侧链通过羧基或醚基团连接到主链上。
出于美观和安全原因，天然和合成外加剂可用于使产品着色。这些着色外加剂可由颜料组成，并且包括炭黑、氧化铁、酞菁、棕土、氧化铬、氧化钛、钴蓝和有机着色剂。作为外加剂还令人感兴趣的是腐蚀抑制剂。腐蚀抑制剂可用于保护嵌入的钢筋免受腐蚀。通常用于抑制腐蚀的材料为亚硝酸钙、亚硝酸钠、苯甲酸钠、某些磷酸盐或氟硅酸盐、氟铝酸盐(fluoroaluminite)、胺和相关化学品。还令人感兴趣的是防潮外加剂。防潮外加剂降低其中水泥含量低、水灰比高或骨料中细粉不足的产品的渗透性。这些外加剂阻止水分渗透到干燥产品中，包括某些肥皂、硬脂酸盐和石油产品。还令人感兴趣的是发气剂外加剂。有时会向混合物中加入发气剂或形成气体的试剂，以在硬化之前产生轻微的膨胀。膨胀量取决于所用的气体形成材料的量和新鲜混合物的温度。铝粉、树脂皂和植物或动物胶、皂苷或水解蛋白可用作发气剂。还令人感兴趣的是减渗剂。减渗剂可用于降低压力下的水通过混合物的传输速率。可以使用硅粉、飞灰、磨碎的矿渣、天然火山灰、减水剂和乳胶来降低混合物的渗透性。
还令人感兴趣的是流变改性剂外加剂。流变改性剂可用于增加组合物的粘度。流变改性剂的合适实例包括固化的二氧化硅、胶体二氧化硅、羟乙基纤维素、淀粉、羟丙基纤维素、飞灰(如ASTM C618中定义)、矿物油(如轻环烷烃)、粘土(如锂蒙脱石粘土)、聚氧化烯、多糖、天然树胶或其混合物。一些矿物增量剂(例如但不限于海泡石粘土)是流变改性剂。
还令人感兴趣的是收缩补偿外加剂。
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是收缩减少试剂的一个实例，可从BASF Admixtures Inc.,Cleveland,Ohio获得。通过使用杀真菌外加剂和杀菌外加剂，可以部分控制硬化产品上或内部的细菌和真菌生长。用于这些目的的材料包括但不限于多卤化苯酚、氧桥氯甲桥萘(dialdrin)乳液和铜化合物。在一些实施方案中，还感兴趣的是改善可加工性的外加剂。夹带的空气像润滑剂一样起作用，可用作改善可加工性的试剂。其他可加工性试剂是减水剂和某些细分的外加剂。
在一些实施方案中，组合物或沉淀材料与增强材料(例如，纤维)一起使用(例如在需要纤维增强产品的情况下)。纤维可由含氧化锆的材料、铝、玻璃、钢、碳、陶瓷、草、竹子、木材、玻璃纤维或合成材料制成，所述合成材料为例如聚丙烯、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚乙烯醇、尼龙、聚乙烯、聚酯、人造丝、高强度芳纶(即
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)或其混合物。增强材料记载在2012年7月27日提交的美国专利申请序列号13/560,246中，其在此整体并入本公开内容。
可以使用任何合适的方案来组合沉淀材料的组分。可以在使用时混合每种材料，也可以预先混合部分或全部材料。可替代地，在添加或不添加外加剂(例如高量程减水外加剂)的情况下将一些材料与水混合，然后可以将剩余的材料与其混合。作为混合设备，可以使用任何常规设备。例如，可以使用Hobart混合器、斜筒混合器、Omni混合器、Henschel混合器、V型混合器和Nauta混合器。
在一个方面，提供了一种系统，所述系统包括：处理器，所述处理器被配置用于处理用含N盐和任选的氨对钙化合物的处理或溶剂化，以制备包含钙盐和含N盐的水溶液；反应器，所述反应器配置成使用来自水泥厂的二氧化碳处理包含钙盐和任选的固体的水溶液，以制备包含球霰石或PCC的沉淀材料和包含残留的含N盐的水溶液的上清液；和回收系统，所述回收系统用于从水溶液中回收残留的含N盐，以循环回处理器。回收系统是被配置为进行热分解、反渗透、多级闪蒸、多效蒸馏、蒸气再压缩、蒸馏及其组合的系统。
本文提供的方法和系统可以在陆地(例如，在煅烧石灰石的水泥厂所在的位置，或煅烧石灰石的水泥设备容易且经济地运输到达的位置)、海上或海洋中进行。在一些实施方案中，煅烧石灰石的水泥厂可以用本文所述的系统改装，以形成沉淀材料并进一步由沉淀材料形成产品。
这些方面包括用于实施如本文所述的方法的系统，包括加工厂或工厂。系统可以具有能够实施感兴趣的特定生产方法的任何配置。
在某些实施方案中，系统包括来自水泥厂的钙化合物或含钙化合物的水溶液来源和用于水溶液输入的结构。例如，系统可包括钙化合物水溶液的管道或类似进料装置，其中水溶液是盐水、海水或淡水。所述系统还包括在沉淀反应器之前或在沉淀反应器中的用于来自水泥厂的CO2的输入部以及用于将这些来源与水(任选地水溶液(例如水、盐水或海水))组合的部件。在一些实施方案中，气液接触器被配置为接触足够的CO2以每天产生超过1、10、100、1,000或10,000吨的沉淀材料。
所述系统还包括沉淀反应器，该沉淀反应器使引入沉淀反应器的水经受一种或多种沉淀条件(如本文所述)并产生沉淀材料和上清液。在一些实施方案中，沉淀反应器被配置为容纳足以每天生产超过1、10、100、1,000或10,000吨的沉淀材料的水。沉淀反应器还可以被配置为包括多种不同元件中任一种，例如温度调节元件(例如，被配置为将水加热到所需温度)、化学添加剂元件(例如，被配置为将添加剂等引入沉淀反应混合物中)、计算机自动化元件等。
可以以任何合适的方式将CO2的气态废物流从水泥厂提供到沉淀地点。在一些实施方案中，气态废物流配备有从水泥厂的地点转移至沉淀地点的一个或多个位置的气体传送器(例如，管道)。气态废物流的来源可以是相对于沉淀地点的远端位置，使得气态废物流的来源是距沉淀位置1英里或更远的位置，例如10英里或更远，包括100英里或更远的位置。例如，气态废物流可已通过CO2气体输送系统(例如管道)从远程水泥厂运输到沉淀地点。水泥厂产生的含CO2气体在到达沉淀地点(即，发生沉淀和/或进行产品生产的地点)之前可经处理或可不经处理(例如，去除其他成分)。在又一些其他情况下，气态废物流来源靠近沉淀地点。例如，沉淀地点与气体废物流来源集成，例如集成了用于沉淀可用于生产产品的沉淀材料的沉淀反应器的水泥厂。
在由系统处理以产生碳酸盐化合物组合物的盐水源是海水的情况下，输入部与海水源流体连通，例如在输入部是由海水连接到基于陆地的系统的管道或进料部或船体中的入口的情况下，例如其中所述系统是船的一部分(例如在基于海洋的系统中)。
该方法和系统还可以包括一个或多个检测器，所述检测器被配置用于监测水性介质源或二氧化碳源(图中未示出)。监测可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。检测器可以是任何合适的装置，所述装置被配置为监测例如压力传感器(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(例如地球物理学衍射断层扫描、X射线断层扫描、水声测量仪等)，以及用于测定水或二氧化碳气体的化学组成的装置(例如，IR光谱仪、NMR光谱仪、UV-可见分光光度计、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、酸度滴定和火焰发射光谱仪等)。
在一些实施方案中，检测器还可以包括计算机接口，其被配置为向用户提供关于水性介质、钙化合物和/或二氧化碳气体的收集数据。在一些实施方案中，总结可以存储为计算机可读数据文件或者可以打印出来作为用户可读文档。
在一些实施方案中，检测器可以是监测装置，使得其可以收集实时数据(例如，内部压力、温度等)。在其他实施方案中，检测器可以是一个或多个检测器，其被配置为以规则间隔测定水性介质和/或二氧化碳气体的参数，例如每1分钟、每5分钟、每10分钟、每30分钟、每60分钟、每100分钟、每200分钟、每500分钟或以某个其他时间间隔测定组成。
在某些实施方案中，所述系统还可包括用于从沉淀物制备建筑材料(例如水泥或骨料)的站。其他材料(例如成型建筑材料和/或非胶结材料)也可以由沉淀物形成，并且可以使用合适的站来制备。
如上所述，所述系统可以存在于陆地或海上。例如，所述系统可以是位于沿海地区的基于陆地的系统，例如靠近海水源，甚或是内陆位置，其中水从盐水源(例如海洋)通过管道输送到系统中。可替代地，所述系统是基于水的系统，即位于水上或水中的系统。根据需要，这种系统可以位于船、基于海洋的平台等上。
碳酸钙浆料经由泵被泵送到干燥系统，在一些实施方案中，其包括过滤步骤，然后是喷雾干燥。从干燥系统中分离出的水被排放或再循环到反应器中。干燥系统产生的固体或粉末用作水泥或骨料，以生产建筑材料，有效地封存二氧化碳。固体或粉末也可用作非胶结产品(如纸、塑料、涂料等)中的PCC填料。固体或粉末也可用于形成成型建筑材料，如干墙、水泥板等。
在一些实施方案中，系统可以包括控制站，其被配置为控制输送到沉淀器或装料器的二氧化碳的量、含N盐的量和/或钙化合物的量；输送到分离器的沉淀物的量；输送到干燥站的沉淀物的量；和/或输送到精炼站的沉淀物的量。控制站可以包括手动、机械或数字控制的一组阀门或多阀门系统，或可以采用任何其他合适的流量调节器方案。在一些情况下，控制站可包括计算机接口，(其中调节是计算机辅助的或完全由计算机控制)，所述计算机接口被配置为向用户提供用于控制量的输入和输出参数，如上所述。
II.产品
本文提供了用于利用来自水泥厂的CO2的气态废物流和钙化合物生产包含球霰石和/或文石多晶型形式的碳酸钙的沉淀材料的方法和系统，其中球霰石转变为文石并形成水泥。本文提供了从来自水泥厂的气态废物流中去除或分离CO2并将CO2固定为非气态、储存稳定形式(例如，用于建造诸如建筑物和基础设施的结构、以及结构本身或成型建筑材料(如干墙)的材料，或非胶结材料(如纸、涂料、塑料等或人工礁石))，使得CO2不逸出到大气中。
建筑材料
本文使用的“建筑材料”包括建筑中使用的材料。在一方面，提供了一种结构或建筑材料，其包含凝固和硬化形式的沉淀材料，例如其中反应性球霰石已转化为凝固并硬化的文石或PCC。含有文石形式的沉淀物的产品显示出一种或多种预料不到的特性，包括但不限于高抗压强度、高孔隙率(低密度或轻质)、中性pH(例如用作人工礁石)、微结构网络等。
这种结构或建筑材料的实例包括但不限于建筑物、车道、地基、厨房板、家具、人行道、道路、桥梁、高速公路、立交桥、停车场、砖块、砌块、墙壁、门基脚、栅栏和电线杆，及其组合。
成型建筑材料
本文使用的“成型建筑材料”包括成形(例如，模制、浇铸、切割或以其他方式生产)为具有限定物理形状的结构的材料。成型的建筑材料可以是预浇铸建筑材料，例如预浇铸水泥或混凝土产品。成型建筑材料以及制造和使用所述成型建筑材料的方法记载于2009年9月30日提交的美国申请序列号12/571,398中，该申请通过引用整体并入本文。成型建筑材料可以具有很大差异，并且包括成形(例如，模制、浇铸、切割或以其他方式生产)为具有限定物理形状(即构型)的结构的材料。成型建筑材料不同于无定形建筑材料(例如，粉末、糊状物、浆料等)，所述无定形建筑材料没有限定的和稳定的形状，而是依从于容纳其的容器(例如袋或其他容器)。成型建筑材料也不同于不规则或不精确成型的材料(例如，用于处置的骨料、散料形式等)，因为成型建筑材料根据允许在例如建筑物中使用成型建筑材料的规范生产。成型建筑材料可以根据用于此类结构的传统制造方案制备，不同之处在于使用本发明的组合物制备所述材料。
在一些实施方案中，本文提供的方法还包括凝固和硬化包含反应性球霰石的沉淀材料并形成成型建筑材料，其中所述反应性球霰石已经转化为已经凝固和硬化的文石，或PCC。
在一些实施方案中，由沉淀材料制成的成型建筑材料的抗压强度或弯曲强度为至少3MPa、至少10MPa、或至少14MPa、或3-30MPa、或约14-100MPa，或约14-45MPa；或凝固和硬化后沉淀材料的抗压强度，如本文所述。
可以通过上述方法生产的成型建筑材料的实例包括但不限于砌块，例如仅用于例示的砖、砌块和瓦片(包括但不限于天花板瓦片)；建筑面板，例如仅用于例示的水泥板(传统上由水泥制成的板，如纤维水泥板)和/或干墙(传统上由石膏制成的板)；导管；槽；梁；柱、板；隔音屏障；隔绝材料；或其组合。建筑面板是广义上使用的成型建筑材料，指的是任何非承重结构元件，其特征在于其长度和宽度显著大于其厚度。因此，面板可以是板条、板、墙面板(shingle)和/或瓦片。由沉淀材料形成的示例性建筑面板包括水泥板和/或干墙。建筑面板是多边形结构，其尺寸根据其预期用途而具有较大差异。建筑面板的尺寸在长度上范围可为50至500cm，包括100至300cm，例如250cm；在宽度上范围为25至200cm，包括75至150cm，例如100cm；在厚度上范围为5至25mm，包括7至20mm，包括10至15mm。
在一些实施方案中，水泥板和/或干墙可用于制造不同类型的板，例如但不限于纸面板(例如用纤维素纤维进行表面增强)、玻璃纤维面或玻璃毡面板(例如用玻璃纤维毡进行表面增强)、玻璃纤维网增强板(例如用玻璃网进行表面增强)和/或纤维增强板(例如用纤维素、玻璃、纤维等进行水泥增强)。这些板可用于各种应用，包括但不限于壁板，例如纤维水泥壁板、屋顶、拱腹、覆板、覆层、盖板、天花板、竖井衬板、墙板、背衬(backer)、装饰物、楣板(frieze)、墙面板以及饰带(fascia)和/或衬垫。
水泥板传统上由水泥制成，例如普通波特兰水泥(OPC)、氧化镁水泥和/或硅酸钙水泥。通过本文提供的方法制成的水泥板由部分或完全替代板中的传统水泥的沉淀材料制成。在一些实施方案中，水泥板可以包括以文石水泥(在球霰石转变为文石时凝固和硬化)和纤维和/或玻璃纤维的组合形式制备的建筑面板，并且可以在板的两个面具有额外的纤维和/或玻璃纤维增强。
水泥板是在一些实施方案中用作陶瓷用背衬板的成型建筑材料，所述陶瓷用背衬板可以在浴室瓷砖、厨房柜台、防溅墙等后面使用，并且长度范围可为100至200cm。水泥板的物理和机械性能可有所不同。在一些实施方案中，弯曲强度可以在1至7.5MPa范围内变化，包括2至6MPa，例如5MPa。抗压强度也可以在5至50MPa范围内变化，包括10至30MPa，例如15至20MPa。在一些实施方案中，水泥板可用于大量暴露于湿气的环境中(例如，商业桑拿浴)。本文所述的组合物或沉淀材料可用于产生所需的形状和尺寸以形成水泥板。此外，可以向水泥板添加多种其他组分，包括但不限于增塑剂、粘土、发泡剂、促进剂、缓凝剂和加气添加剂。然后，将组合物倒入片材模具中，或可以使用辊，以形成所需厚度的片材。成型组合物还可以通过辊压、液压、振动压实或共振冲击压实进行压实。然后，将片材切割成水泥板所需的尺寸。
由本文所述的组合物或沉淀材料形成的另一种类型的建筑面板是背衬板。背衬板可用于建造内部和/或外部地板、墙壁和天花板。在实施方案中，背衬板部分或全部由沉淀材料制成。
由组合物或沉淀材料形成的另一种类型的建筑板是干墙。如本文所用，“干墙”包括用于建造内部和/或外部地板、墙壁和天花板的板。传统上，干墙由石膏(称为纸面板)制成。在实施方案中，干墙部分或全部由碳酸盐沉淀材料制成，从而替代干墙产品中的石膏。在一些实施方案中，干墙可以包括作为文石水泥(球霰石转变为文石时凝固和硬化)和纤维素、纤维和/或玻璃纤维的组合制备的建筑面板，并且在板的两个面可以具有额外的纸、纤维、玻璃纤维网和/或玻璃纤维毡增强。用于制备干墙产品的各种工艺在本领域中是已知的并且完全在本发明的范围内。一些实例包括但不限于已经记载在本文中的湿法工艺、半干法工艺、挤出工艺、
Figure BDA0003557050870000481
工艺等。
在一些实施方案中，干墙是由围绕内芯体包裹的纸衬层制成的面板。例如，在一些实施方案中，在由沉淀材料制备干墙产品工艺期间，将包含球霰石的沉淀材料的浆料倾倒在一张纸上。然后，将另一张纸放置于沉淀材料之上，使得沉淀材料的两侧是纸(所得组合物夹在两片外部材料(例如厚纸或玻璃纤维垫)之间)。然后，将沉淀材料中的球霰石转变为文石(使用添加剂和/或加热)，然后凝固和硬化。当芯体凝固并在大的干燥室中干燥时，夹芯体变得足够坚硬和坚固，以用作建筑材料。然后切割和分离干墙板。
由沉淀材料形成的干墙的弯曲和抗压强度等于或高于用石膏灰泥制备的常规干墙，所述石膏灰泥是已知的软建筑材料。在一些实施方案中，弯曲强度范围可为0.1至3MPa，包括0.5至2MPa，例如1.5MPa。抗压强度也可以变化，在一些情况下范围为1至20MPa，包括5至15MPa，例如8至10MPa。在一些实施方案中，成型建筑材料(例如建筑面板，例如但不限于，通过本文所述的方法生产的水泥板和干墙)具有低密度和高孔隙率，使其适用于轻质和隔绝应用。成型建筑材料(例如建筑面板)的高孔隙率和轻质可能是由于球霰石转变为文石时形成了文石微观结构。在溶解/再沉淀过程期间球霰石的转变可导致微孔的产生，同时所形成的文石晶体之间产生的空隙可提供纳米孔隙度，从而导致高度多孔和轻质的结构。在转化过程期间可加入某些外加剂，例如但不限于发泡剂、流变改性剂和矿物增量剂，例如但不限于粘土、淀粉等，它们可增加产品的孔隙率，因为发泡剂可在混合物中夹带空气并降低总密度，而矿物增量剂(如海泡石粘土)可增加混合物的粘度，从而防止沉淀材料和水分离。
水泥板或干墙的应用之一是纤维水泥壁板。通过本文提供的方法形成的纤维水泥壁板包括以文石水泥、骨料、交织纤维素和/或聚合纤维的组合形式制备的建筑面板，并且可以具有类似于木材的质地和柔韧性。
在一些实施方案中，成型建筑材料为砌块。砌块是用于建造承重和非承重结构的成型建筑材料，通常使用砂浆、灌浆等组装。由组合物形成的示例性砌块包括砖、方块和瓷砖。
由本文所述的沉淀材料形成的另一种成型建筑材料是导管。导管为管子或用于将气体或液体从一个位置输送到另一个位置的类似结构。导管可包括用于输送液体或气体的多种不同结构中任一种，包括但不限于管道、涵洞、箱形涵洞、排水通道和端口(portal)、入口结构、吸入塔、门井、出口结构等。
由本文所述的沉淀材料形成的另一种成型建筑材料是槽。术语槽可以包括用于容纳液体(例如水)的任何构造的容器。因此，槽可以包括但不限于诸如井、收集箱、卫生检修孔、化粪池、集水槽、隔油器/分离器、泄雨收集池等的结构。
由本文所述的沉淀材料形成的另一种成型建筑材料是梁，其在广义上是指具有大的弯曲和抗压强度的水平承重结构。梁可以是矩形十字形、C型通道、L型截面边梁、I型梁、拱肩梁(spandrel beam)、H型梁、具有倒T型设计等。本发明的梁也可以是水平承重单元，包括但不限于托梁、门楣、拱道和悬臂。
由本文所述的沉淀材料形成的另一种成型建筑材料是柱，其在广义上是指主要通过轴向压缩承载负荷的竖直承重结构,并且包括诸如压缩构件的结构元件。本发明的其他竖直压缩构件可包括但不限于支柱、支墩、基座或支杆。
由本文所述的沉淀材料形成的另一种成型建筑材料是混凝土板。混凝土板是用于建造预制地基、地板和墙板的建筑材料。在某些情况下，混凝土板可用作地板部件(例如，空心板条部件或双T形设计)。
由本文所述的沉淀材料形成的另一种成型建筑材料是隔音屏障，其是指用作衰减或吸收声音的屏障的结构。因此，隔音屏障可以包括但不限于诸如隔音面板、反射屏障、吸收屏障、反应屏障等结构。
由本文所述的沉淀材料形成的另一种成型建筑材料是隔绝材料，其是指用于减弱或抑制热传导的材料。隔绝还可以包括减少或抑制热辐射传输的那些材料。
在一些实施方案中，其他成型建筑材料(例如预浇铸混凝土制品)包括但不限于青贮槽；牛饲料铺；牛栅栏；农业围栏；H型铺位；J型铺位；牲畜板条；牲畜饮水槽；建筑板墙；包层(砖)；建筑装饰物；地基；地板，包括地面板(slab-on-grade)；墙壁；双壁预浇铸夹芯板；渡槽；机械稳定接地板；箱形涵洞；3面涵洞；桥梁系统；RR交叉路口；RR结；音墙/屏障；Jersey屏障；隧道段；钢筋混凝土箱；公用设施保护结构；手孔；空心产品；灯杆底座；电表箱；面板拱顶；拉箱；电信结构；变压器垫；变压器拱顶；战壕；公用设施拱顶；公用设施支杆；受控环境拱顶；地下拱顶；陵墓；墓碑；棺材；危险品储存容器；拘留所拱顶；集水槽；人孔；通风系统；配电箱；给药罐；干燥井；油脂拦截器；浸出坑；砂油/油水拦截器；化粪池；水/污水储存罐；湿井；消防水箱；浮船坞；水下基础设施；甲板；栏杆；海堤；屋面瓦；铺砌材料；社区挡土墙；备用挡土墙(res.retaining wall)；模块化阻挡系统；和分段式挡土墙。
非胶结组合物
在一些实施方案中，本文所述的方法包括由本文所述的沉淀材料制备其他产品，包括但不限于非胶结组合物，包括纸、聚合物产品、润滑剂、粘合剂、橡胶产品、白垩、沥青产品、涂料、脱漆磨料、个人护理产品、化妆品、清洁产品、个人卫生产品、可摄入产品、农产品、土壤改良产品、农药、环境修复产品及其组合。此类组合物已记载在2010年11月9日发布的美国专利号7,829,053中，该专利通过引用整体并入本文。
人工海洋结构
在一些实施方案中，本文所述的方法包括由本文所述的沉淀材料制造人造海洋结构，包括但不限于人造珊瑚和礁石。在一些实施方案中，人造结构可用于水族馆或海洋中。在一些实施方案中，这些产品由包含反应性球霰石的沉淀材料制成，所述反应性球霰石在凝固和硬化后转变为文石。文石水泥提供中性或接近中性的pH，这可有利于海洋生物的维持和生长。文石礁可为海洋物种提供合适的栖息地。
提出以下实施例是为了向本领域普通技术人员提供如何利用和使用本发明的完整公开内容和描述，而不是为了限制本发明人主张的其发明的范围，也不旨在代表以下实验是所进行的全部实验或仅有实验。已努力确保关于所用数字(例如量、温度等)的准确性，但应考虑一些实验误差和偏差。除非另有说明，否则份数为重量份，分子量为重均分子量，温度为摄氏度，压力为大气压或接近大气压。
实施例
实施例1
来自煅烧石灰石的沉淀材料的形成与转化
将NH4Cl溶解在水中。将石灰石在950℃煅烧4小时，冷却至室温并加入到NH4Cl的水溶液中并混合数小时。倾析所得混合物以除去重杂质。将未过滤的溶液转移到密闭容器中。将溶液送入热交换器，将溶液预热至40℃。碳酸化反应器为丙烯酸圆柱体，配备有挡板、气体扩散器、pH电极、热电偶、涡轮叶轮，以及液体、气体和浆料的入口和出口。质量流量控制器按比例分配CO2入口气体。在启动期间，容器中的溶液通过热交换器被泵入反应器。搅拌混合器，同时通过气体扩散器引入CO2气体。通过将反应器pH保持在8来控制新鲜反应物溶液的连续入口流量。将所得反应性球霰石浆料连续收集到容纳容器中。将浆料真空过滤。将反应性球霰石滤饼在100℃烘干。滤饼显示出100％球霰石具有9um的平均粒度。含有再生NH4Cl的澄清滤液在后续实验中循环使用。
实施例2
来自石灰和CO2的沉淀材料的形成和转化
将NH4Cl溶解在水中。将氧化钙添加到水溶液中并混合数小时。将所得混合物真空过滤以除去不溶性杂质。将澄清滤液转移到密闭的可折叠袋中。将袋浸入水浴中，将溶液预热至35℃。碳酸化反应器丙烯酸圆柱体，配备有挡板、气体扩散器、pH电极、热电偶、涡轮叶轮，以及液体、气体和浆料的入口和出口。质量流量控制器按比例分配CO2入口气体。在启动期间，袋中的溶液被泵入反应器。搅拌混合器，同时通过气体扩散器引入CO2气体。计算机自动控制回路控制新鲜反应物溶液的连续入口流量，将pH保持在7.5。将所得反应性球霰石浆料连续收集到容纳容器中。将浆料真空过滤。将反应性球霰石滤饼在100℃烘干。滤饼显示出100％球霰石具有PSA平均值。含有再生NH4Cl的澄清滤液在后续实验中循环使用。
将干燥的反应性球霰石固体混合成糊剂。1天后糊剂的XRD显示99.9％的文石(球霰石完全转化为文石)。将糊剂浇铸成2”x2”x2”的立方体，在设置为60℃和80％相对湿度的湿度室中凝固并硬化7天。将胶结的立方体在100℃的烘箱中干燥。破坏性测试测定立方体的抗压强度为4600psi(约31MPa)。
虽然为了清楚理解的目的，已经通过说明和示例的方式对上述发明进行了一些详细的描述，但是根据本发明的教导，本领域的普通技术人员应容易地明白，可以对其进行某些变化和修改而不脱离所附权利要求的精神或范围。因此，前述仅说明了本发明的原理。应理解，本领域技术人员将能够设计出各种改编，这些改编虽然本文没有明确描述或示出，但是体现了本发明的原理，并且包括在其精神和范围内。此外，本文中记载的所有示例和条件性语言主要旨在帮助读者理解本发明的原理以及发明人为促进本领域所贡献的概念，并且应被解释为不限于这些具体记载的示例和条件。此外，本文中记载本发明的原理、方面和实施方案及其具体实施例的所有陈述旨在涵盖其结构和功能等同方案。此外，此类等同方案旨在包括当前已知的等同方案和未来开发的等同方案，即，所开发的执行相同功能的任何元件，不管结构如何。因此，本发明的范围并不旨在限于本文所示和描述的示例性实施方案。以下权利要求旨在限定本发明的范围，并且由此涵盖在这些权利要求范围内的方法和结构及其等同方案。

Claims (35)

1.一种方法，包括：
a)在水泥厂中煅烧石灰石以形成二氧化碳和选自氧化钙、氢氧化钙或其组合的钙化合物；
b)用在水中的含N盐处理所述钙化合物以产生包含钙盐和含N盐的水溶液；和
c)在一种或多种沉淀条件下使所述水溶液与所述二氧化碳接触以产生包含碳酸钙的沉淀材料和上清水溶液，其中所述碳酸钙包含球霰石。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述氧化钙是未烧石灰、低反应性石灰、高反应性石灰或其组合。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述煅烧步骤在立窑或回转窑中进行。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述水泥厂是湿法加工厂或干法加工厂。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述处理步骤还包括加入无水氨或氨的水溶液。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述含N盐为含N无机盐、含N有机盐或其组合。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述含N盐为含N无机盐。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述含N无机盐选自卤化铵、乙酸铵、硫酸铵、亚硫酸铵、硝酸铵、亚硝酸铵及其组合。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述卤化铵是氯化铵。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述含N盐是氯化铵。
11.根据权利要求6所述的方法，其中所述含N盐是具有含N有机化合物的含N有机盐，所述含N有机化合物选自脂族胺、脂环族胺、杂环胺及其组合。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述含N盐:钙化合物的摩尔比以重量计为约0.5:1至2:1。
13.根据前述权利要求中任一项的方法，还包括使用以下中的一个或多个步骤来去除和任选地回收氨和/或含N盐：(i)在所述处理和/或接触步骤期间回收包含氨的排气流；(ii)其中所述上清水溶液包含残留的含N盐，并且还包括从所述上清水溶液中回收所述残留的含N盐；和(iii)其中所述沉淀材料包含残留的含N盐，并且还包括从所述沉淀材料中去除和任选地回收所述残留的含N盐。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括使用回收方法从所述上清水溶液中回收所述残留的含N盐，所述回收方法选自热分解、pH调节、反渗透、多级闪蒸、多效蒸馏、蒸气再压缩、蒸馏及其组合。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括将回收的残留的含N盐循环回到所述方法的所述处理步骤、所述方法的所述接触步骤或其组合。
16.根据权利要求13所述的方法，其中所述回收包含氨的排气流的步骤包括使所述包含氨的排气流经受洗涤过程，其中所述洗涤过程包括用工业过程中产生的二氧化碳以及水洗涤所述包含氨的排气流，以产生氨的溶液。
17.根据权利要求13所述的方法，其中所述回收包含氨的排气流的步骤包括使所述包含氨的排气流经受洗涤过程，其中所述洗涤过程包括用盐酸和水洗涤所述包含氨的排气流，以产生氯化铵的溶液。
18.根据权利要求16所述的方法，其中所述氨的溶液包含氨基甲酸盐，所述氨基甲酸盐任选地再循环回到所述接触步骤。
19.根据权利要求13所述的方法，其中从所述沉淀材料中去除和任选地回收所述残留的含N盐的步骤(iii)包括在约150-360℃之间加热所述沉淀材料，以从所述沉淀材料中蒸发出所述含N盐，其中任选地通过所述含N盐的冷凝进行回收。
20.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述碳酸钙包含反应性球霰石。
21.根据权利要求19所述的方法，其中所述碳酸钙包含反应性球霰石，所述反应性球霰石在步骤(iii)中加热后作为反应性球霰石保留在所述沉淀材料中。
22.根据权利要求21所述的方法，其中在约150-360℃加热所述沉淀材料超过约10分钟或约10-60分钟。
23.根据权利要求19所述的方法，其中所述含N盐以包括氨气、氯化氢气体、氯气或其组合的形式从所述沉淀材料中蒸发。
24.根据权利要求20或21所述的方法，还包括向包含反应性球霰石的所述沉淀材料中加入水并将所述球霰石转变为文石，其中所述文石凝固并硬化以形成水泥或胶结产品。
25.根据权利要求24所述的方法，其中所述胶结产品是选自砌块、建筑面板、导管、槽、梁、柱、板、隔音屏障、隔绝材料及其组合的成型建筑材料。
26.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述水溶液还包含固体。
27.根据权利要求26所述的方法，还包括在所述接触步骤之前通过过滤和/或离心将所述固体与所述水溶液分离。
28.根据权利要求27所述的方法，其中将分离的固体作为填料添加到所述沉淀材料中。
29.根据权利要求27的方法，还包括使用回收方法从所述固体中回收残留的含N盐，所述回收方法选自冲洗、热分解、pH调节及其组合。
30.根据权利要求26所述的方法，其中不将所述固体与所述水溶液分离，并且使所述水溶液与二氧化碳接触以产生还包含所述固体的沉淀材料。
31.根据权利要求26-30中任一项所述的方法，其中所述固体包括碳、二氧化硅、氧化铁、氧化铝或其组合。
32.根据权利要求26-31中任一项所述的方法，其中所述固体在所述水溶液中、在所述沉淀材料中或在其组合中占1-40重量％。
33.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述一种或多种沉淀条件选自温度，pH，压力，离子比，沉淀速率，添加剂的存在，离子物质的存在，添加剂和离子物质的浓度，搅拌，停留时间，混合速率，搅拌形式，晶种、催化剂、膜或基材的存在，脱水，干燥，球磨及其组合。
34.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中有利于碳酸钙形成或有利于反应性球霰石形成的一种或多种沉淀条件包括水溶液的pH在7-8.5之间、溶液的温度在20-80℃之间、停留时间在15-60分钟之间，或其组合。
35.一种通过根据权利要求1所述的方法形成的产品。
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