CN117255710A - 用于封存二氧化碳的方法和组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及捕获二氧化碳并以II族金属碳酸盐的形式永久封存二氧化碳的方法。本发明涉及通过使蒸汽与含氯化镁水合物的材料反应来产生HCl。通过这个过程产生的HCl用于从包括矿物和工业废料在内的各种不同材料中浸出II族矿物盐。浸出的II族矿物盐用于通过形成II族矿物盐碳酸盐来捕获二氧化碳。

Description

用于封存二氧化碳的方法和组合物
对相关申请的交叉引用
本申请要求于2021年4月14日提交的第63/174,977号美国临时专利申请的优先权，该临时专利申请的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明总体上涉及减少大气中的二氧化碳，尤其涉及二氧化碳的捕获和封存。
背景技术
由于诸如二氧化碳等温室气体的存在和产生，全球变暖加剧，使得通过经济的手段捕获和永久封存二氧化碳变得势在必行。
二氧化碳捕获和储存(CCS)有可能显著减少诸如发电厂和水泥生产设施等依赖燃烧过程的行业的温室气体排放。遗憾的是，由于热能需求以及压缩捕获的二氧化碳以进行地下储存的需要，通过CCS捕获二氧化碳要消耗大量能量。这种能量需求会使发电厂的净产出减少超过20％。
天然气公司使用胺洗涤工艺从甲烷中分离二氧化碳，并可以使用非常类似的工艺从烟道气中去除二氧化碳。胺洗涤工艺的主要问题是胺溶液的再生和随后的二氧化碳压缩是非常耗能的。因此，给发电厂配备基于胺的碳捕获会导致效率降低高达35％。
一种替代的CCS方法涉及氧燃烧过程，在该过程中，煤在纯氧存在下燃烧，产生燃烧产物二氧化碳和水。然后通过冷凝二氧化碳/水混合物中的水来捕获二氧化碳。在氧燃烧中使用的纯氧是从非常耗能的空气分离过程获得的，该过程涉及将空气低温冷却成液态，并从液态空气中的氮蒸馏出纯氧。
鉴于对化石燃料的依赖，广泛采用CCS对于减少温室气体和控制全球变暖是势在必行的。虽然一些公司致力于寻找替代CCS工艺，但是大量的研究集中于提高当前的二氧化碳捕获过程的效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种克服了现有技术的许多缺点的吸收和分离二氧化碳的方法。本发明人确定了可用于以矿物离子碳酸盐的形式封存二氧化碳的矿物离子盐的产生方法。所述矿物离子盐可以从不同的来源获得，包括工业废料和各种地质硅酸盐矿物。
本公开的一些实施方式涉及一种使用废料来封存二氧化碳的方法。在一些实施方式中，所述方法包括以下步骤：使含氯化镁水合物的材料与蒸汽反应以生成盐酸和氢氧化镁，使氢氧化镁与含二氧化碳的气流接触以提供部分或完全碳酸化的物流，使废料与盐酸接触并任选地与水接触以将矿物离子盐从废料中浸出到盐水或浆料中，从盐水或浆料中回收矿物离子盐，以及使矿物离子盐与部分或完全碳酸化的物流反应，从而以矿物离子碳酸盐的形式封存二氧化碳。在一些实施方式中，所述部分或完全碳酸化的物流包含Mg(OH)x(HCO3)y，其中x+y＝2。在一些实施方式中，所述矿物离子碳酸盐包含沉淀碳酸钙(PCC)。在一些实施方式中，所述矿物离子碳酸盐还包含价值较低的混合碳酸盐。
本公开的一些实施方式涉及一种采用地质硅酸盐矿物来封存二氧化碳的方法。在一些实施方式中，所述方法包括以下步骤：使含氯化镁水合物的材料与蒸汽反应以生成盐酸和氢氧化镁，使氢氧化镁与含二氧化碳的气流接触以提供部分或完全碳酸化的物流，使地质硅酸盐矿物与盐酸接触并任选地与水接触以将矿物离子盐从地质硅酸盐矿物浸出到盐水或浆料中，从盐水或浆料中回收矿物离子盐，使矿物离子盐与部分或完全碳酸化的物流反应，从而以矿物离子碳酸盐的形式封存二氧化碳。在一些实施方式中，所述部分或完全碳酸化的物流包含Mg(OH)x(HCO3)y，其中x+y＝2。在一些实施方式中，所述矿物离子碳酸盐包含沉淀碳酸钙。在一些实施方式中，所述矿物离子碳酸盐还包含价值较低的混合碳酸盐。
在一些实施方式中，所述矿物离子盐包含至少一种II族金属阳离子。在一些实施方式中，所述II族金属阳离子是钙阳离子。在一些实施方式中，所述II族金属阳离子是镁阳离子。在一些实施方式中，所述废料是工业废料。在一些实施方式中，所述工业废料选自由砌体(masonry)、混凝土、炼钢炉渣、生物质燃料生产废渣和废煤飞灰所组成的组。
在一些实施方式中，所述二氧化碳是烟道气流的成分。在一些实施方式中，所述二氧化碳是大气二氧化碳。在一些实施方式中，使废料与盐酸接触的步骤是在环境温度下进行的。在一些实施方式中，使废料与盐酸接触的步骤是在高于环境的温度下进行的。在一些实施方式中，使废料与盐酸接触的步骤是在环境压力下进行的。
在一些实施方式中，使废料与盐酸接触的步骤不涉及固体的机械搅拌或磨蚀。在一些实施方式中，使废料与盐酸接触的步骤涉及固体的机械搅拌或磨蚀。在一些实施方式中，使废料与盐酸接触的步骤还包括使液体再循环以增加废料与盐酸之间的接触。
在一些实施方式中，使地质硅酸盐矿物与盐酸接触的步骤是在环境温度下进行的。在一些实施方式中，使地质硅酸盐矿物与盐酸接触的步骤是在高于环境的温度下进行的。在一些实施方式中，使地质硅酸盐矿物与盐酸接触的步骤是在环境压力下进行的。在一些实施方式中，使地质硅酸盐矿物与盐酸接触的步骤是在高于环境的压力下进行的。
在一些实施方式中，使地质硅酸盐矿物与盐酸接触的步骤不涉及固体的机械搅拌或磨蚀。在一些实施方式中，使地质硅酸盐矿物与盐酸接触的步骤涉及固体的机械搅拌或磨蚀。在一些实施方式中，使地质硅酸盐矿物与盐酸接触的步骤还包括使液体再循环以增加地质硅酸盐矿物与盐酸之间的接触。
在一些实施方式中，回收在盐水或浆料中存在的矿物离子盐。在一些实施方式中，将盐水或浆料转移到沉降槽中。在一些实施方式中，允许盐水或浆料中的固体沉淀在沉降槽的底部。在一些实施方式中，将盐水或浆料转移到蒸发池中。在一些实施方式中，允许盐水或浆料中的液体蒸发。在一些实施方式中，利用太阳能和/或自然产生的风来提高蒸发速率。在一些实施方式中，不使用不可再生能源来提高蒸发速率。在一些实施方式中，不向蒸发池提供能量来提高蒸发速率。
在一些实施方式中，所述矿物离子盐包含至少一种II族金属阳离子。在一些实施方式中，所述II族金属阳离子是钙阳离子。在一些实施方式中，所述II族金属阳离子是镁阳离子。在一些实施方式中，所述地质硅酸盐矿物选自由以下所组成的组：橄榄石、镁橄榄石、镁铝榴石、锰铝榴石、钙铝榴石、钙铁榴石、钙铬榴石、水钙铝榴石、块硅镁石、粒硅镁石、硅镁石、斜硅镁石、硅钙硼石、榍石、硬绿泥石、硬柱石、斧石、黑柱石、绿帘石、黝帘石、坦桑黝帘石、斜黝帘石、褐帘石、铈帘石(dollaseite)、符山石、Paopgoite、电气石、大隅石、堇青石、铁堇青石、异性石、整柱石、顽辉石、易变辉石、透辉石、钙铁辉石、普通辉石、三斜铁辉石(proxferroite)、硅灰石、针钠钙石、直闪石、镁铁闪石、透闪石、阳起石、角闪石、蓝闪石、钠角闪石、叶蛇纹石、纤维蛇纹石、利蛇纹石、滑石、伊利石、蒙脱石、绿泥石、蛭石、海泡石、坡缕石、黑云母、金云母、珍珠云母、海绿石、奥长石、中长石、拉长石、倍长石、钙长石、钙霞石、蓝方石、青金石、毛沸石、菱沸石、片沸石、辉沸石、钙沸石、发光沸石、斜顽辉石、以及它们的组合。
尤其应考虑到，相对于本公开的一个实施方式论述的任何限制可以应用于本发明的任何其它实施方式。此外，本发明的任何组合物可用于本发明的任何方法，并且本发明的任何方法可用于产生或利用本发明的任何组合物。
通过阅读下文中的详细说明，本发明的其它目的、特征和优点将变得明显。但是，应理解，详细说明和具体实施例虽然表明本发明的优选实施方式，但是仅是以示例的方式给出的，因为在详细说明的基础上，在本发明的精神和范围内的各种变化和修改对于本领域技术人员来说将变得明显。
附图简要说明
图1是本发明的一些实施方式的二氧化碳封存过程的框图。
详细描述
本发明涉及用于捕获二氧化碳并以金属碳酸盐形式永久封存二氧化碳的方法。本发明涉及通过蒸汽与含氯化镁水合物的材料进行反应来产生盐酸。通过这个过程产生的盐酸用于从包括矿物和工业废料在内的各种不同材料中浸出矿物盐。浸出的矿物盐用于通过形成矿物盐阳离子的碳酸盐来捕获二氧化碳。
在众多可用的矿物盐中，通常使用II族盐来进行二氧化碳捕获。II族金属钙和镁在全世界的各种地质矿藏和工业废料中较丰富。丰富的含钙和镁的矿物质和废料提供了较廉价的用于产生二氧化碳封存化学物质的原料。
A.定义
如本文中所用的术语“碳酸盐”或“碳酸盐产物”通常被定义为含有碳酸基团[CO3]2-的矿物成分。因此，该术语涵盖碳酸盐/碳酸氢盐混合物和仅含碳酸根离子的物质。术语“碳酸氢盐”和“碳酸氢盐产物”通常被定义为含有碳酸氢根[HCO3]1-的矿物成分。因此，该术语涵盖碳酸盐/碳酸氢盐混合物和仅含碳酸氢根离子的物质。
如本文中所用的“Ca/Mg”表示单独的钙、单独的镁、或钙和镁的混合物。钙与镁的比例可以在0:100至100:0的范围，例如包括1:99、5:95、10:90、20:80、30:70、40:60、50:50、60:40、70:30、80:20、90:10、95:5和99:1。符号“Ca/Mg”、“MgxCa(1-x)”和“CaxMg(1-x)”是同义词。短语“II族”和“2族”可以互换使用。氯化镁水合物指任何水合物，包括但不限于每当量氯化镁含有2、4、6、8或12当量水的水合物。根据上下文，缩写“MW”表示分子量或兆瓦。缩写“PFD”是工艺流程图。缩写“Q”是热(或热负荷)，热是一种能量。这不包括任何其它类型的能量。
如本文中所用的术语“封存(sequestration)”用于泛指其部分或全部效果是从点排放源去除二氧化碳并以某种形式储存该二氧化碳以防止其返回大气的技术或实践。该术语的使用不排除任何形式的所述实施方式被认为是“封存”技术。
当在权利要求和/或说明书中与术语“包括”结合使用时，不使用数量词或“一个/种”的使用可能意味着“一个/种”，但是也符合“一个/种或更多个/种”、“至少一个/种”和“一个/种或多于一个/种”的含义。
在本申请中，术语“大约”用于表示数值包含装置或用于确定该数值的方法的固有误差差异、或存在于研究对象中的差异。
术语“包括”、“具有”和“包含”是开放式连接动词。这些动词中的一个或更多个的任何形式或时态也是开放式的。例如，任何“包括”、“具有”或“包含”一个或更多个步骤的方法不限于仅拥有所述的一个或更多个步骤，还涵盖其它未列出的步骤。
上述定义取代通过引用并入本文的任何参考文献中的任何冲突定义。但是，某些术语被定义的事实不应该被认为表示任何未定义的术语都是不确定的。相反，所有使用的术语都被认为是用于说明本发明从而使得普通技术人员之一能够理解本发明的范围并实施本发明。
B.使用从地质矿物或工业废料中浸出的II族盐封存二氧化碳
图1示出了说明本公开的装置和方法的一般示例性实施方式的简化工艺流程图。该图仅用于示例性目的，因此它仅示出了本发明的具体实施方式，并非意图以任何方式限制权利要求的范围。
本文公开了捕获二氧化碳的方法。请参考图1，该方法涉及第一步，在反应器25中使蒸汽10与含氯化镁水合物的材料20反应以产生盐酸(HCl)30和氢氧化镁(Mg(OH)2)40。含氯化镁水合物的材料20可以包括二水合物、四水合物、六水合物、八水合物、十二水合物或其它水合物形式的氯化镁。氯化镁水合物的分解产生Mg(OH)2 40和HCl 30。这种内部产生的HCl 30可以是HCl气体、HCl在水中的溶液或HCl在蒸汽中的气溶体的形式。
使Mg(OH)2 40与含二氧化碳50的气流接触，以提供部分或完全碳酸化的物流110。部分或完全碳酸化的物流110包含Mg(OH)2 40和二氧化碳50的反应产物Mg(OH)x(HCO3)y，其中x+y＝2。
将HCl 30送到反应器35中，在该反应器中，HCl 30与工业废料40和/或地质硅酸盐矿物50接触。任选地，可以向反应器35提供液体或气体形式的水80。工业废料60和/或地质硅酸盐矿物70与HCl 30的接触可以在环境压力下进行。或者，工业废料60和/或地质硅酸盐矿物70与HCl 30的接触可以在高于环境的压力下进行。工业废料60和/或地质硅酸盐矿物70与HCl 30的接触可以在环境温度下进行。或者，工业废料60和/或地质硅酸盐矿物70与HCl 30的接触可以在高于环境的温度下进行。可以通过调节反应器25中的条件和/或通过调节向反应器35提供HCl 30的时间和/或速率来控制反应器35中的HCl 30的浓度。通过控制反应器35中的HCl浓度，能够控制或避免氯化物结合到各种SiO络合物中。
可以使HCl 30和工业废料60和/或地质硅酸盐矿物70在反应器35中反应，而不进行固体的机械搅拌或磨蚀。可以使反应器35中的HCl 30和工业废料60和/或地质硅酸盐矿物70经受固体的机械搅拌和/或磨蚀。可以使反应器35中的液体再循环，以增加工业废料60和/或地质硅酸盐矿物70与HCl 30之间的接触。
工业废料60和/或地质硅酸盐矿物70与HCl 30的接触允许HCl 30与工业废料60和/或地质硅酸盐矿物70反应，并将矿物离子盐从废料中浸出到盐水或浆料90中。回收盐水或浆料90，并且该盐水或浆料包含来自工业废料60和/或地质硅酸盐矿物70的矿物离子盐。存在于盐水或浆料90中的矿物离子盐可以是溶液形式、固体形式、或溶液和未溶解的固体的组合。
回收盐水或浆料90中存在的矿物离子盐100。可以采用多种方法来帮助从盐水或浆料90中回收存在的矿物离子盐100。可以将盐水或浆料90转移到沉降槽中。可以使盐水或浆料90中的固体沉淀在沉降槽的底部。或者，可以使用砂滤器从盐水或浆料90中除去固体。可以将盐水或浆料90转移到蒸发池中，在该蒸发池中，使盐水或浆料90中的液体蒸发。可以利用太阳能和/或自然产生的风来提高蒸发速率。在一些实施方式中，不使用不可再生能源来提高蒸发速率。在一些实施方式中，不向蒸发池提供能量来提高蒸发速率。可以将盐水或浆料70转移到蒸发系统中。该蒸发系统可以是单效、双效或三效蒸发系统。
矿物离子盐100与部分或完全碳酸化的物流110中存在的Mg(OH)x(HCO3)y反应，从而以矿物离子碳酸盐120的形式封存二氧化碳。
C.实施例
以下实施例用于说明本发明的优选实施方式。本领域技术人员应理解，在下面的实施例中公开的技术代表本发明人发现的在本发明的实施中表现良好的技术，因此可以被认为构成实施本发明的优选方式。但是，根据本公开，本领域的技术人员应理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，能够对所公开的具体实施方式做出许多变化，并且仍然能够获得相同或相似的结果。
实施例1
对用于生产PCC的材料的评估
检测了三种用于生产沉淀氯化钙(PCC，一种沉淀矿物离子盐)的工业废物试验材料(高炉矿渣、生物质渣和煤飞灰)。进行这些研究的目的是评估来自三个试验源的未经改良的原始盐水的使用情况。检查了各种条件，以测试在一系列处理条件下的沉淀过程。沉淀温度的过程控制、沉淀盐与吸收流体的体积变化、以及吸收流体条件的pH控制可用于提高钙盐相对于试验原料中所含的镁盐和铁盐的沉淀选择性。
在循环浴中使试验材料与盐酸接触以产生盐水，并在溶解后过滤固体。使用SEM/ICP分析盐水，以确定溶解的盐的化学组成。下面的表1中提供的结果表明，具有高钙含量的盐水可以通过各种工业废料的盐酸溶解获得。这些高钙盐水可用于生产PCC或直接用于二氧化碳封存过程。
表1-盐溶液组成指数
试验材料 钙(重量％) 镁(重量％) 铁(重量％)
高炉矿渣 88.22 11.47 0.31
生物质渣 86.99 9.7 3.31
煤飞灰 62.77 24.69 12.54
实施例2
废料的溶解和二氧化碳的捕获
使含氯化镁(MgCl2)水合物的材料的样品在分解反应器中与蒸汽反应，以产生含水Mg(OH)2和HCl气体。未反应的蒸汽和气态HCl的混合物被收集为HCl水溶液。将该溶液稀释至15％浓度，并使用所得的溶液来溶解煤飞灰和生物质渣废料。废料溶解过程涉及将每种废料添加到独立的反应器中的HCl溶液中，并监控反应温度。添加额外的水来稀释或再液化溶解反应。生物质渣溶解反应涉及水蒸气的产生和水的损失，因此，添加水以弥补水的损失。下面的表2示出了各个废料溶解实验轮次的温度、体积和质量。
表2-废料溶解轮次说明
在将材料充分混合并任选地用水再液化后，将所得的盐水和浆料静置30分钟，以完成仍在发生的任何反应。在此期间，盐水/浆料的温度开始降回至环境温度，并且使用经校准的pH计测量浆料的pH。向低pH样品(<3.5)中添加NH4OH水溶液，以将pH值提高到≥6。在浆料冷却到环境温度后，将固体从浆料中滤出，以提供滤饼和滤液。在一些方面中，上文公开的通过废料的溶解产生的盐水可以不经过滤直接使用。
将气体二氧化碳物流鼓泡通过氯化镁水合物的蒸汽驱动分解产生的Mg(OH)2水溶液中，以提供含Mg(HCO3)2的碳酸化溶液。将该碳酸化溶液与之前产生的盐水或滤液合并，以产生含碳酸钙(固体)和氯化镁溶液的产物。过滤该产物，以从氯化镁溶液中分离沉淀碳酸钙(PCC)。对从表2中的试验轮次7和8收集的PCC进行电感耦合等离子体(ICP)分析。阳离子组成如下表3所示。
表3-碳酸钙ICP分析
上面的表3中的结果表明，通过利用由含氯化镁水合物的材料的分解而产生的HCl，能够获得高纯度碳酸钙。HCl用于溶解各种废料，以提供具有高钙含量的盐水或浆料。用二氧化碳气体将由含氯化镁水合物的材料的分解而产生的氢氧化镁碳酸化，将所得的碳酸化溶液与源自废料的盐水或浆料混合，以提供含沉淀碳酸钙的氯化镁溶液。本文公开的方法提供了一种新手段，由此可以回收各种废料并将回收的废料用作气态二氧化碳的环保封存的关键成分。该方法可以扩展到使用地质硅酸盐矿物作为废料的替代品。

Claims (42)

1.一种利用废料来封存二氧化碳的方法，所述方法包括：
使含氯化镁水合物的材料与蒸汽反应以产生HCl和Mg(OH)2；
使Mg(OH)2与含二氧化碳的气流接触，以提供部分或完全碳酸化的物流；
使废料与所述HCl接触并任选地与水接触，以将矿物离子盐从废料浸出到盐水或浆料中；
从所述盐水或浆料中回收所述矿物离子盐；以及
使所述矿物离子盐与所述部分或完全碳酸化的物流反应，从而以矿物离子碳酸盐的形式封存二氧化碳。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述部分或完全碳酸化的物流包含Mg(OH)x(HCO3)y，其中x+y＝2。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述矿物离子盐包含至少一种II族金属阳离子。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述II族金属阳离子是钙阳离子。
5.根据权利要求3所述的方法，其中所述II族金属阳离子是镁阳离子。
6.根据权利要求3所述的方法，其中所述废料是工业废料。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述工业废料选自由砌石、混凝土、炼钢炉渣、生物质燃料生产废渣和废煤飞灰所组成的组。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述二氧化碳是烟道气流的成分。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述二氧化碳是大气二氧化碳。
10.根据权利要求1所述的方法，其中使所述废料与所述HCl接触的步骤在环境温度进行。
11.根据权利要求1所述的方法，其中使所述废料与所述HCl接触的步骤在环境压力下进行。
12.根据权利要求1所述的方法，其中使所述废料与所述HCl接触的步骤不涉及固体的机械搅拌或磨蚀。
13.根据权利要求1所述的方法，其中使所述废料与所述HCl接触的步骤还包括使液体再循环以增加所述废料与所述HCl之间的接触。
14.根据权利要求1所述的方法，还包括将所述盐水或浆料转移到沉降槽。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括使所述盐水或浆料中的固体在所述沉降槽的底部沉降。
16.根据权利要求1所述的方法，还包括将所述盐水或浆料转移到蒸发池。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括使所述盐水或浆料中的液体蒸发。
18.根据权利要求16所述的方法，其中利用太阳能和/或自然产生的风来提高蒸发速率。
19.根据权利要求16所述的方法，其中不使用不可再生能源来提高蒸发速率。
20.根据权利要求16所述的方法，其中不向所述蒸发池提供能量来提高蒸发速率。
21.根据权利要求1所述的方法，其中所述矿物离子碳酸盐包含碳酸钙。
22.一种利用地质硅酸盐矿物来封存二氧化碳的方法，所述方法包括：
使含氯化镁水合物的材料与蒸汽反应以产生HCl和Mg(OH)2；
使所述Mg(OH)2与含二氧化碳的气流接触，以提供部分或完全碳酸化的物流；
使所述地质硅酸盐矿物与所述HCl接触并任选地与水接触，以将矿物离子盐从所述地质硅酸盐矿物浸出到盐水或浆料中；
从所述盐水或浆料中回收矿物离子盐；以及
使所述矿物离子盐与所述部分或完全碳酸化的物流反应，从而以矿物离子碳酸盐的形式封存二氧化碳。
23.根据权利要求22所述的方法，其中所述部分或完全碳酸化的物流包含Mg(OH)x(HCO3)y，其中x+y＝2。
24.根据权利要求22所述的方法，其中所述矿物离子盐包含至少一种II族金属阳离子。
25.根据权利要求24所述的方法，其中所述II族金属阳离子是钙阳离子。
26.根据权利要求24所述的方法，其中所述II族金属阳离子是镁阳离子。
27.根据权利要求22所述的方法，其中所述地质硅酸盐矿物选自由以下所组成的组：橄榄石、镁橄榄石、镁铝榴石、锰铝榴石、钙铝榴石、钙铁榴石、钙铬榴石、水钙铝榴石、块硅镁石、粒硅镁石、硅镁石、斜硅镁石、硅钙硼石、榍石、硬绿泥石、硬柱石、斧石、黑柱石、绿帘石、黝帘石、坦桑黝帘石、斜黝帘石、褐帘石、铈帘石、符山石、Paopgoite、电气石、大隅石、堇青石、铁堇青石、异性石、整柱石、顽辉石、易变辉石、透辉石、钙铁辉石、普通辉石、三斜铁辉石、硅灰石、针钠钙石、直闪石、镁铁闪石、透闪石、阳起石、角闪石、蓝闪石、钠角闪石、叶蛇纹石、纤维蛇纹石、利蛇纹石、滑石、伊利石、蒙脱石、绿泥石、蛭石、海泡石、坡缕石、黑云母、金云母、珍珠云母、海绿石、奥长石、中长石、拉长石、倍长石、钙长石、钙霞石、蓝方石、青金石、毛沸石、菱沸石、片沸石、辉沸石、钙沸石、发光沸石、斜顽辉石、以及它们的组合。
28.根据权利要求22所述的方法，其中所述二氧化碳是烟道气流的成分。
29.根据权利要求22所述的方法，其中所述二氧化碳是大气二氧化碳。
30.根据权利要求22所述的方法，其中使所述地质硅酸盐矿物与所述HCl接触的步骤在环境温度进行。
31.根据权利要求22所述的方法，其中使所述地质硅酸盐矿物与所述HCl接触的步骤在环境压力下进行。
32.根据权利要求22所述的方法，其中使所述地质硅酸盐矿物与所述HCl接触的步骤不涉及固体的机械搅拌或磨蚀。
33.根据权利要求22所述的方法，其中使所述地质硅酸盐矿物与所述HCl接触的步骤还包括使液体再循环以增加地质硅酸盐矿物与HCl之间的接触。
34.根据权利要求22所述的方法，还包括所述将盐水或浆料转移到沉降槽。
35.根据权利要求34所述的方法，还包括使所述盐水或浆料中的固体在沉降槽的底部沉降。
36.根据权利要求22所述的方法，还包括将所述盐水或浆料转移到蒸发池。
37.根据权利要求36所述的方法，还包括使所述盐水或浆料中的液体蒸发。
38.根据权利要求36所述的方法，其中利用太阳能和/或自然产生的风来提高蒸发速率。
39.根据权利要求36所述的方法，其中利用太阳能和/或自然产生的风来提高蒸发速率。
40.根据权利要求36所述的方法，其中不使用不可再生能源来提高蒸发速率。
41.根据权利要求36所述的方法，其中不向所述蒸发池提供能量来提高蒸发速率。
42.根据权利要求22所述的方法，其中所述矿物离子碳酸盐包含碳酸钙。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NO143583C (no) * 1979-02-13 1983-01-06 Elkem Spigerverket As Fremgangsmaate for utluting av silikater med syre.
CN101883736B (zh) * 2008-06-17 2015-12-09 卡勒拉公司 利用金属氧化物废料源的方法和系统
US20120211421A1 (en) * 2010-05-14 2012-08-23 Kyle Self Systems and methods for processing co2
MY161228A (en) * 2010-07-08 2017-04-14 Skyonic Corp Carbon dioxide sequestration involving two-salt-based thermolytic processes
CN103055682B (zh) * 2012-12-31 2015-08-12 武汉凯迪工程技术研究总院有限公司 固体燃料发电站废弃物综合处理工艺及其设备

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