EA036191B1 - Микроструктурированные карбонизируемые клинкеры силиката кальция и способы их получения - Google Patents

Микроструктурированные карбонизируемые клинкеры силиката кальция и способы их получения Download PDF

Info

Publication number
EA036191B1
EA036191B1 EA201791878A EA201791878A EA036191B1 EA 036191 B1 EA036191 B1 EA 036191B1 EA 201791878 A EA201791878 A EA 201791878A EA 201791878 A EA201791878 A EA 201791878A EA 036191 B1 EA036191 B1 EA 036191B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
clinker
phase
particles
carbonizable
microns
Prior art date
Application number
EA201791878A
Other languages
English (en)
Other versions
EA201791878A1 (ru
Inventor
Садананда Саху
Шон Куинн
Вахит Атакан
Николас Декристофаро
Венсан Мейер
Седрик Компаре
Гюнтер Валента
Original Assignee
Солидиа Текнолоджиз, Инк.
Лафарж
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Солидиа Текнолоджиз, Инк., Лафарж filed Critical Солидиа Текнолоджиз, Инк.
Publication of EA201791878A1 publication Critical patent/EA201791878A1/ru
Publication of EA036191B1 publication Critical patent/EA036191B1/ru

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B7/00—Hydraulic cements
    • C04B7/36—Manufacture of hydraulic cements in general
    • C04B7/43—Heat treatment, e.g. precalcining, burning, melting; Cooling
    • C04B7/44—Burning; Melting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/18—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing mixtures of the silica-lime type
    • C04B28/186—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing mixtures of the silica-lime type containing formed Ca-silicates before the final hardening step
    • C04B28/188—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing mixtures of the silica-lime type containing formed Ca-silicates before the final hardening step the Ca-silicates being present in the starting mixture
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/24—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing alkyl, ammonium or metal silicates; containing silica sols
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/16—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on silicates other than clay
    • C04B35/22—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on silicates other than clay rich in calcium oxide, e.g. wollastonite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/64—Burning or sintering processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B40/00—Processes, in general, for influencing or modifying the properties of mortars, concrete or artificial stone compositions, e.g. their setting or hardening ability
    • C04B40/02—Selection of the hardening environment
    • C04B40/0231—Carbon dioxide hardening
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B7/00—Hydraulic cements
    • C04B7/02—Portland cement
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B7/00—Hydraulic cements
    • C04B7/345—Hydraulic cements not provided for in one of the groups C04B7/02 - C04B7/34
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B7/00—Hydraulic cements
    • C04B7/36—Manufacture of hydraulic cements in general
    • C04B7/48—Clinker treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3205—Alkaline earth oxides or oxide forming salts thereof, e.g. beryllium oxide
    • C04B2235/3206—Magnesium oxides or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3217—Aluminum oxide or oxide forming salts thereof, e.g. bauxite, alpha-alumina
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/327—Iron group oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3272—Iron oxides or oxide forming salts thereof, e.g. hematite, magnetite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/34—Non-metal oxides, non-metal mixed oxides, or salts thereof that form the non-metal oxides upon heating, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3418—Silicon oxide, silicic acids, or oxide forming salts thereof, e.g. silica sol, fused silica, silica fume, cristobalite, quartz or flint
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/34—Non-metal oxides, non-metal mixed oxides, or salts thereof that form the non-metal oxides upon heating, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/349—Clays, e.g. bentonites, smectites such as montmorillonite, vermiculites or kaolines, e.g. illite, talc or sepiolite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
    • C04B2235/5436—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof micrometer sized, i.e. from 1 to 100 micron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/80—Phases present in the sintered or melt-cast ceramic products other than the main phase
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/10—Production of cement, e.g. improving or optimising the production methods; Cement grinding
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/10—Production of cement, e.g. improving or optimising the production methods; Cement grinding
    • Y02P40/18—Carbon capture and storage [CCS]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)
  • Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Road Paving Structures (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)
  • Artificial Fish Reefs (AREA)
  • Materials For Medical Uses (AREA)

Abstract

Изобретение относится к новым микроструктурированным клинкерным и цементным материалам, которые характеризуются превосходной способностью к измельчению и реакционной способностью. Раскрытые клинкерные и цементные материалы основаны на карбонизируемом силикате кальция и могут быть изготовлены из широкодоступного недорогого сырья по технологии, подходящей для крупномасштабного производства. Способ настоящего изобретения является гибким в отношении требований к оборудованию и обработке и легко адаптируется к производственным мощностям обычного портландцемента.

Description

Приоритетные заявки и соответствующие заявки на патент
Настоящая заявка испрашивает преимущество приоритета предварительных заявок США №№
62/136201 и 62/136208, поданных 20 марта 2015 года, причем все содержание каждой из них включено в настоящее описание посредством ссылки в ее полном объеме.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение в основном относится к композициям силиката кальция. Более конкретно, изобретение относится к новым микроструктурированным карбонизируемым композициям силиката кальция (например, клинкерам, цементам) и способам их изготовления и использования, например, во множестве конкретных изделий, в инфраструктуре, в строительстве, в дорожном покрытии и в садоволандшафтной индустрии.
Уровень техники настоящего изобретения
Бетон является наиболее потребляемым искусственным материалом в мире. Типичный бетон производится путем смешивания портландцемента, воды и заполнителей, таких как песок и щебень. Портландцемент представляет собой синтетический материал, полученный путем сжигания смеси измельченного известняка и глины или материалов подобного состава во вращающейся печи - кильне при температуре спекания 1450°С. Производство портландцемента - это не только энергоемкий процесс, но он также относится к тем процессам, где выбрасывается значительное количество парниковых газов (СО2). На цементную промышленность приходится примерно 5% глобальных антропогенных выбросов СО2. Более 60% этого СО2 происходит от химического разложения или кальцинирования известняка.
В настоящее время предпринимаются все более активные усилия по сокращению общего объема выбросов СО2 в цементной промышленности. Согласно предложению Международного энергетического агентства, цементная промышленность должна сократить выбросы СО2 с 2,0 Gt в 2007 году до 1,55 Gt к 2050 году.
Это представляет собой сложную задачу, поскольку за этот же период производство цемента, по прогнозам, возрастет от 2,6 Gt до 4,4 Gt.
Для решения этой сложной задачи был разработан революционный подход к производству цемента, который значительно снижает потребность в энергии, а также снижает выбросы СО2 на цементном заводе. Уникальный цемент состоит из карбонизируемых композиций силиката кальция и изготавливается из широкодоступного недорогого сырья, и позволяет постоянно и безопасно улавливать СО2, будучи адаптируемым и гибким в отношении требований к оборудованию и производству, что позволяет производителям обычного цемента легко перестраиваться к техническим условиям новой платформы.
Клинкер относится к комкам или зернам сырьевого материала, полученным путем нагревания во вращающейся печи при высокой температуре смеси исходных материалов, в том числе известняковых и алюмосиликатных материалов, таких как глина (1450°С в портландцементе). Цементный клинкер измельчается до тонкого порошка для использования во многих цементных продуктах.
Помимо реакционной способности способность к размалыванию клинкера является важной мерой качества клинкера. На цементном заводе потребляется значительная энергия для измельчения клинкера. Улучшенная способность размалывания клинкера повышает эффективность измельчения и снижает потребность в энергии. Для производства карбонизируемого цемента на основе силиката кальция важную роль играет способность клинкера к размалыванию. В отличие от портландцемента способность к размалыванию клинкера на основе силиката кальция не понятна и, поэтому не достигается оптимизация размалываемости.
Таким образом, становится важным разработать подходящие способы производства клинкера, которые дают предпочтительные микроструктуры клинкера, желаемый профиль при размалывании и его реакционную способность.
Сущность настоящего изобретения
Изобретение относится к новому микроструктурированному клинкеру и цементным материалам, которые характеризуются превосходной способностью к размалыванию и реакционной способностью. Раскрытые клинкерные и цементные материалы основаны на карбонизируемом силикате кальция и могут быть изготовлены из широкодоступного недорогого сырья по технологии, подходящей для крупномасштабного производства. Способ настоящего изобретения является гибким в отношении требований к оборудованию и обработке и легко адаптируется на промышленных предприятиях обычного портландцемента.
Эти раскрытые клинкерные и цементные материалы основаны на карбонизируемом силикате кальция и могут использоваться в различных конкретных областях применения, таких как строительство, дорожное покрытие и ландшафтный дизайн, а также в инфраструктуре с уменьшенной потребностью в оборудовании, рациональном потреблении энергии и более желательным выбросам парниковых газов в атмосферу.
Неоднородность характера микроструктур клинкера приводит к уникальным свойствам измельчения клинкера, обусловленных различиями в плотности и твердости различных фазовых областей. Слои с более низкой плотностью действуют как путь наименьшего сопротивления при разрыве во время операций дробления и измельчения, что приводит не только к уменьшению потребления энергии, но и к более
- 1 036191 реакционноспособным фазам, которые подвергаются воздействию при измельчении. Слоистые микроструктуры могут также приводить к морфологиям частиц, которые способствуют карбонизации и формированию более сильных композиционных материалов.
В одном аспекте настоящее изобретение в целом относится к негидравлическому клинкерному материалу, который включает частицы некарбонизируемого диоксида кремния (SiO2), диспергированного в матрице, содержащей, по меньшей мере, одну карбонизируемую фазу силиката кальция, содержащую, по меньшей мере, один из волластонита и псевдоволластонита. Как описано в настоящем документе, клинкерный материал настоящего изобретения является способным к карбонизации, чтобы получить композиционный материал посредством карбонизации с CO2.
В другом аспекте настоящее изобретение в целом относится к способу изготовления клинкерного материала, описанного в настоящем документе. Способ включает в себя: смешивание одного или нескольких предшественников с целью получения смешанной композиции предшественника, в которой элементарный Са и элементарный Si присутствуют при атомном соотношении от примерно 0,8 до примерно 1,2, а оксиды металлов Al, Fe и Mg присутствуют в количестве примерно 10% или менее по массе; и нагревание смешанной композиции предшественника происходит до температуры примерно от 800°С до примерно 1400°С в течение достаточного времени для получения материала клинкера.
Различные исходные материалы могут использоваться в качестве предшественников для получения материала клинкера настоящего изобретения. Например, подходящие сырьевые материалы включают известняк, песок, илы, песчаники, глины с диоксидом кремния, диатомовые земли, мергель, летучую золу, кремнеземный дым и т.д.
Еще в одном аспекте настоящее изобретение относится к порошкообразному материалу, полученному путем измельчения материала клинкера настоящего изобретения. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления порошкообразный материал характеризуется средним размером частиц (d50) примерно от 8 мкм до примерно 25 мкм, причем 10% частиц (d10) представляют собой размер менее чем примерно от 0,1 мкм до примерно 3 мкм, и 90% частиц (d90) представляют собой размер примерно от 30 мкм до примерно 100 мкм.
Краткое описание чертежей
Объекты и признаки настоящего изобретения могут быть лучше поняты со ссылкой на чертежи, описанные ниже, и формулу изобретения. Чертежи не обязательно масштабируются, при этом акцент делается обычно на иллюстрацию принципов настоящего изобретения. На чертежах одинаковые цифры используются для обозначения одинаковых частей на разных видах.
На фиг. 1 представлено изображение цементного клинкера от экспериментального цемента 1 в обратнорассеянных электронах (BSE). В изображении видны слои с низкой яркостью нереакционноспособного кремнезема, объединенные постепенно более яркими реакционноспособными фазами.
На фиг. 2 представлено изображение в обратнорассеянных электронах (BSE) цементного клинкера из экспериментального цемента 1. В изображении видимы слои с низкой яркостью нереакционноспособного кремнезема, объединенные постепенно более яркими реакционноспособными фазами. Фазы были идентифицированы с помощью ЭДС как кремнезем (1), аморфная фаза (2), волластонит или псевдовалластонит (3) и ранкинит (4).
На фиг. 3 представлено изображение с высоким увеличением области богатого кальцием цементного клинкера из экспериментального цемента 1. Эта область содержала отдельные участки белита (1) и райнита (2) с некоторым междузерновым материалом с аморфным составом.
На фиг. 4 представлено изображение в обратнорассеянных электронах (BSE) непрореагировавших частиц цемента. На изображении отображается большая частица, состоящая из реакционноспособных фаз (1) с высокой яркостью. Частица с отвечающим кондиции по крупности размером показывает распределение многокомпонентных фаз с поверхностью реакционноспособного материала высокой яркости, полосатых аморфных фаз (2) средней яркости и ядром фазы SiO2 с низкой яркостью (3). Также видны более мелкие однофазные частицы.
На фиг. 5 представлено BSE изображение непрореагировавших частиц цемента. Большое количество типов частиц очевидно. Могут быть замечены две фазы многофазных частиц реакционноспособные частично реакционноспособные и частично реакционноспособные - инертные частицы (1), три фазы реакционноспособные - частично реакционноспособные - инертные (2) и реакционноспособные-пустотные (3) частицы.
На фиг. 6 представлена микрофотография композита с недостоверными цветами, изображающая различные частицы экспериментального цемента 1. Наблюдаются частицы с единственной фазой и многофазные частицы многих композиций.
На фиг. 7 представлена микрофотография композита недостоверного цвета, изображающая различные частицы экспериментального цемента 1. Наблюдаются частицы с единственной фазой и многофазные частицы многих композиций.
На фиг. 8 представлена микрофотография композита недостоверного цвета, изображающая различные частицы экспериментального цемента 1. Наблюдаются частицы с единственной фазой и многофазные частицы многих композиций.
- 2 036191
На фиг. 9 представлено изображение в обратно рассеянных электронах (BSE) цементного клинкера из экспериментального цемента 2. Наблюдаются слои нереакционноспособного диоксида кремния с низкой яркостью, которые объединены с помощью постепенно более ярких реакционноспособных фаз.
На фиг. 10 представлено изображение в обратно рассеянных электронах (BSE) цементного клинкера из экспериментального цемента 2. Наблюдаются слои нереакционноспособного диоксида кремния с низкой яркостью, которые объединены с помощью постепенно более ярких реакционноспособных фаз.
На фиг. 11 представлено изображение в обратно рассеянных электронах (BSE) цементного клинкера из экспериментального цемента 2.
На фиг. 12 представлена рентгеновская карта фиг. 11 с указанием местоположения Si. Карта показывает, что темные участки фиг. 11 богаты Si, и что Si менее обилен в точках, удаленных от этих участков.
На фиг. 13 представлена рентгеновская карта фиг. 11 с указанием местоположения Са. Карта показывает, что изобилие Са увеличивается с различными приращениями из богатых Si областей.
Фиг. 14. представлена рентгеновская карта калия, показывающая, что калий концентрируется вокруг края частиц двуоксида кремния.
Подробное описание настоящего изобретения
Изобретение относится к новому карбонизируемому клинкерному материалу на основе силиката кальция и полученной из него молотой порошкообразной композиции, которая служит революционной заменой обычных цементов. Эти материалы могут быть изготовлены и использованы со значительно сниженным потреблением энергии и выбросами СО2. Описанные карбонизируемые материалы для клинкера на основе силиката кальция изготавливаются из широко доступных недорогих сырьевых материалов способом, подходящим для крупномасштабного производства с гибким использованием оборудования и требований производства.
Широкое разнообразие применений может принести пользу от использования настоящего изобретения: например, от строительства, дорожного покрытия и ландшафтного дизайна до инфраструктуры и транспорта за счет уменьшения потребления энергии и более желательного эффекта эмиссии.
В одном аспекте настоящее изобретение в целом относится к негидравлическому клинкерному материалу, который включает частицы нерастворимого диоксида кремния (SiO2), диспергированные в матрице, содержащей по меньшей мере одну карбонизируемую фазу силиката кальция, содержащую по меньшей мере один из волластонита и псевдовалластонита, т.е. один или несколько из CS (волластонит или псевдовалластонит).
В некоторых вариантах осуществления материала клинкера матрица содержит ранкинит (C3S2, Ca3Si2O7) и/или белит (C2S, Ca2SiO4). Фаза C2S, присутствующая в составе силиката кальция, может существовать в любой полиморфной модификации a-Ca2SiO4, e-Ca2SiO4 или Y-Ca2SiO4 или их комбинации.
В некоторых вариантах осуществления клинкерный материал дополнительно включает в себя промежуточный слой, содержащий мелилит ((Ca, Na, K)2 (Al, Mg, Fe) [(Al, Si) SiO7]) и/или аморфную фазу и окружающий частицы некарбонизируемого диоксида кремния. Клинкер также может включать в себя количества фаз без способности к значительной карбонизации, такие как минералы ферритового типа (феррит или коричневый миллерит или C4AF) общей формулой Са2(А1, Fe3+)2O5.
Клинкер может также включать в себя небольшие количества или следы (менее 10% по массе каждой фазы) остаточного СаО (известь) и SiO2 (диоксид кремния).
Клинкер также может включать в себя небольшие количества или следы (<10% по массе) C3S (алит, Ca3SiO5).
Оксиды металлов Al, Fe и Mg, содержащиеся в клинкере, обычно контролируются, чтобы быть в количестве менее чем примерно 10% (общей массы оксида) от общей массы клинкера. В определенных вариантах осуществления настоящего изобретения клинкер имеет около 8% или менее оксидов металлов Al, Fe и Mg (общей массы оксида) от общей массы клинкера. В некоторых вариантах осуществления клинкер имеет около 5% или менее оксидов металлов Al, Fe и Mg (общей массы оксида) от общей массы клинкера. В некоторых вариантах осуществления в зависимости от применения клинкер может иметь более 10% (например, примерно от 10% до примерно 30%) оксидов металлов Al, Fe и Mg (общей массы оксида) от общей массы клинкера. В некоторых вариантах осуществления клинкер имеет около 30% или менее оксидов металлов Al, Fe и Mg (общей массы оксида) от общей массы клинкера.
Материал клинкера может состоять из одной или нескольких аморфных фаз и кристаллических фаз, которые могут существовать в отдельных или совместных областях или слоях.
Аморфная фаза может включать ионы Al, Fe и Mg и другие примесные ионы, присутствующие в сырьевых материалах. В некоторых вариантах осуществления микроструктурная матрица клинкера включает один или несколько компонентов, выбранных из Al2O, Fe2O, MgO, K2O и Na2O. Например, промежуточный слой может включать аморфную фазу, содержащую один или несколько компонентов, выбранных из Al2O, Fe2O, MgO, K2O и Na2O.
Некарбонизируемые частицы диоксида кремния могут иметь любую подходящую морфологию и размеры. Например, частицы неркарбонизируемого диоксида кремния могут иметь диаметры примерно от 0,1 мкм до примерно 1000 мкм (например, от примерно 0,5 мкм до примерно 1000 мкм, от примерно
- 3 036191
1,0 мкм до примерно 1000 мкм, от примерно 10 мкм до примерно 1000 мкм, от примерно 2 5 мкм до примерно 1000 мкм, примерно от 50 мкм до примерно 1000 мкм, примерно от 100 мкм до примерно 1000 мкм, примерно от 0,1 мкм до примерно 500 мкм, примерно от 0,1 мкм до примерно 100 мкм, примерно от
0,1 мкм до примерно 50 мкм, примерно от 1,0 мкм до примерно 500 мкм, примерно от 10 до примерно
500 мкм, примерно от 25 мкм до примерно 500 мкм, примерно от 25 мкм до примерно 200 мкм).
Промежуточный слой может иметь любую подходящую морфологию и размеры. Например, промежуточный слой может иметь толщину примерно от 0,1 мкм до примерно 250 мкм (например, примерно от 0,5 мкм до примерно 250 мкм, примерно от 1,0 мкм до примерно 250 мкм, примерно от 5,0 мкм до примерно 250 мкм, примерно от 10 мкм до примерно 2 50 мкм, примерно от 2 5 мкм до примерно 250 мкм, примерно от 0,1 мкм до примерно 100 мкм, примерно от 0,1 мкм до примерно 50 мкм, примерно от 1,0 мкм до примерно 100 мкм, примерно от 1,0 мкм до примерно 50 мкм, примерно от 1,0 мкм до примерно 25 мкм).
В материале клинкера аморфная фаза может составлять любой отвечающий требованиям процент, например, примерно 10% или более по объему от общего количества твердой фазы (например, примерно
15% или более, примерно 20% или более, примерно 25% или более, примерно 30% или более, примерно
40% или более, примерно 45% или более, примерно 50% или более, примерно 55% или более, примерно
60% или более, примерно 65% или более, примерно 70% или более, примерно 75% или более, примерно
80% или более по объему от общего количества твердой фазы).
В материале клинкера кристаллическая фаза может составлять любой подходящий процент, например, примерно 30% или более по объему от общего количества твердой фазы (например, примерно 30% или более, примерно 35% или более, примерно 40% или более, примерно 45% или более, примерно 50% или более, примерно 55% или более, примерно 60% или более, примерно 65% или более, примерно 70% или более, примерно 75% или более, примерно 80% или более, примерно 85% или более, примерно 90% или более, примерно 95% или более, по объему от общего количества твердой фазы).
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления материала клинкера атомное отношение элементарного Са к элементарному Si в композиции силиката кальция составляет примерно от 0,80 до примерно 1,20. В некоторых предпочтительных вариантах атомное отношение Са к Si в композиции составляет примерно от 0,85 до примерно 1,15. В некоторых предпочтительных вариантах атомное отношение Са к Si в композиции составляет примерно от 0,90 до примерно 1,10. В некоторых предпочтительных вариантах атомное отношение Са к Si в композиции составляет примерно от 0,95 до примерно 1,05. В некоторых предпочтительных вариантах атомное отношение Са к Si в композиции составляет примерно от 0,98 до примерно 1,02. В некоторых предпочтительных вариантах атомное отношение Са к Si в композиции составляет примерно от 0,99 до примерно 1,01.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления клинкер подходит для карбонизации с СО2 при температуре примерно от 30°С до примерно 90°С с образованием СаСО3 в атмосфере воды и СО2, при давлении в диапазоне от окружающего атмосферного давления до примерно 150 фунтов на квадратный дюйм сверх атмосферного давления, и имеющую концентрацию СО2 в пределах примерно от 10% до примерно 99% в течение приблизительно от 1 ч до примерно 150 ч с приростом массы около 10% или более. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления клинкер подходит для карбонизации с СО2 при температуре примерно от 40°С до примерно 80°С с образованием СаСО3 в атмосфере воды и СО2, при давлении в диапазоне от атмосферного давления до примерно 40 фунтов на квадратный дюйм сверх атмосферного давления, и концентрации СО2 в пределах примерно от 50% до примерно 95% в течение примерно от 10 ч до примерно 50 ч с приростом массы около 10% или более, предпочтительно 20% или более. Массовый прирост отражает чистую массу поглощения СО2 в насыщенных углекислым газом продуктах. Таким образом, процесс карбонизации преимущественно проводят в атмосфере воды и СО2. Карбонизацию предпочтительно проводят при температуре примерно от 30°С до примерно 90°С с образованием СаСО3. Давление может варьироваться от атмосферного давления и до примерно 150 фунтов на квадратный дюйм сверх атмосферного. Концентрация СО2 может составлять примерно от 10% до примерно 99%. Карбонизация может длиться примерно от 1 ч до примерно 150 ч. Коэффициент увеличения массы составляет около 10% или более, предпочтительно 20% или более, наиболее предпочтительно 30% или более.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления композиция подходит для карбонизации с СО2 при температуре примерно от 30°С до примерно 90°С (например, примерно от 40°С до примерно 90°С, примерно от 50°С до примерно 90°С, примерно от 60°С до примерно 90°С, примерно от 30°С до примерно 80°С, примерно от 30°С до примерно 70°С, примерно от 30°С до примерно 60°С, примерно от 40°С до примерно 80°С, примерно от 40°С до примерно 70°С, примерно от 40°С до примерно 60°С с образованием СаСО3 с массовым приростом 10% или более (например, 15% или более, 20% или более, 25% или более, 30% и более).
Следует отметить, что предпочтительно карбонизируемые клинкерные композиции на основе силиката кальция по настоящему изобретению не гидратируются. Тем не менее, могут присутствовать незначительные количества гидратируемых фаз силиката кальция (например, C2S, C3S и CaO). C2S проявляет медленную кинетику гидратации при воздействии воды и быстро превращается в СаСО3 во время про- 4 036191 цессов отверждения с СО2. C3S и СаО быстро гидратируются при воздействии воды и, таким образом, должны быть ограничены, причем каждый ограничен до примерно менее чем 10% по массе.
Как описывается в настоящем документе, клинкерный материал настоящего изобретения карбонизируется, чтобы произвести композитный материал посредством карбонизации с СО2. Образование связующей способности является результатом этого действия и контролируется с помощью карбонизации различных реакционноспособных фаз в клинкерном материале при воздействии с СО2 при определенных режимах отверждения.
СаСО3, полученный с помощью реакции карбонизации с СО2, описанной в настоящем документе, может существовать в виде одного или нескольких полиморфов СаСО3 (например, кальцита, арагонита и ватерита). СаСО3 предпочтительно находится в форме кальцита, но может также присутствовать в виде арагонита или ватерита или в виде комбинации двух или трех полиморфов (например, кальцит/арагонит, кальцит/ватерит, арагонит/ватерит или кальцит/арагонит/ватерит.
В другом аспекте настоящее изобретение в целом относится к способу изготовления клинкерного материала, описываемого в настоящем документе. Способ включает в себя: смешивание одного или нескольких предшественников для получения смешанной композиции предшественника, в которой элементарный Са и элементарный Si присутствуют при атомном соотношении примерно от 0,8 до примерно 1,2, а оксиды металлов Al, Fe и Mg присутствуют в количестве примерно 30% или менее по массе; и нагрев смешанной композиции предшественника происходит до температуры примерно от 800°С до примерно 1400°С в течение достаточного времени для получения материала клинкера.
Различные исходные материалы могут использоваться в качестве предшественников для получения клинкера настоящего изобретения. Например, отвечающие требованиям исходные материалы включают известняк, песок, илы, песчаники, глины с диоксидом кремния, диатомовые земли, мергель, летучую золу, кремнеземный дым и т.д.
Как описано в настоящем документе, чтобы сделать материал клинкера настоящего изобретения, атомное отношение предшественников элементарного Са к элементарному Si в композиции силиката кальция должно поддерживаться в выбранном диапазоне, предпочтительно примерно от 0,80 до примерно 1,20 (например, примерно от 0,85 до примерно 1,15, примерно от 0,90 до примерно 1,10, примерно от 0,95 до примерно 1,05, примерно от 0,98 до примерно 1,02, примерно от 0,99 до примерно 1,01).
Смешанная композиция предшественника нагревается до определенной температуры и в течение достаточного времени, необходимого для получения материала клинкера, имеющего описанную в настоящем документе микроструктуру. Например, смешанная композиция предшественника нагревается до температуры примерно от 800°С до примерно 1400°С (например, примерно от 800°С до примерно 1300°С, примерно от 800°С до примерно 1200°С, примерно от 800°С до примерно 1100°С, примерно от 800°С до примерно 1000°С, примерно от 900°С до примерно 1400°С, примерно от 1000°С до примерно 1400°С, примерно от 1100°С до примерно 1400°С, примерно от 1200°С до примерно 1400°С, примерно от 900°С до примерно 1300°С, примерно от 900°С до примерно 1300°С, примерно от 1100°С до примерно 1200°С, примерно от 1200°С до примерно 1300°С).
Для получения материала клинкера смешанная композиция предшественника нагревается в течение периода, достаточного для достижения требуемой микроструктуры, например, в течение периода времени примерно от 10 мин до примерно 80 ч (например, примерно от 1 ч до примерно 80 ч, примерно от 5 ч до примерно 80 ч, примерно от 10 ч до примерно 80 ч, примерно от 15 ч до примерно 80 ч, примерно от 20 ч до примерно 80 ч, примерно от 1 ч до примерно 60 ч, примерно от 1 ч до примерно 40 ч, примерно от 1 ч до примерно 30 ч, примерно от 1 ч до примерно 20 ч, примерно от 1 ч до примерно 10 ч, примерно от 1 ч до примерно 5 ч, примерно от 5 ч до примерно 60 ч, примерно от 5 ч до примерно 20 ч, примерно от 5 ч до примерно 10 ч, примерно от 10 мин до примерно 5 ч, примерно от 15 мин до примерно 3 ч, примерно от 20 мин до примерно 2 ч).
В предпочтительных вариантах нагревание композиции смешанного предшественника проводится при атмосферном давлении.
В еще одном аспекте изобретение относится к порошкообразному материалу, полученному с помощью измельчения материала клинкера настоящего изобретения.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления изобретения порошкообразный материал (также именуемый как цемент) состоит из частиц цемента, которые характеризуются средним размером частиц (d50) примерно от 8 до примерно 25 мкм, где у 10% частиц (d10), размеры составляют примерно от 0,1 до примерно 3 мкм, и у 90% частиц (d90), размеры составляют примерно от 30 мкм до примерно 100 мкм.
В некоторых вариантах осуществления отношение d90: d10 (например, отношение d90:d10 составляет 30 или выше) выбрано таким для того, чтобы обеспечить улучшенный поток порошка или снижение потребности в воде для формообразования. В некоторых вариантах осуществления отношение d50:d10 (например, отношение d50:d10 составляет 12 или ниже) выбрано таким, чтобы обеспечить улучшенную реакционную способность, улучшенную упаковку или снижение потребности в воде для отливки. В некоторых вариантах осуществления отношение d90: d50 (например, отношение d50:d10 составляет 3 или выше) выбрано таким, чтобы обеспечить улучшенную реакционную способность, улучшенную упаковку
- 5 036191 или снижение потребности в воде для отливки.
Частицы цемента имеют различные микроструктуры, которые могут быть разделены на две группы: однофазные частицы и многофазные частицы. Однофазные частицы могут существовать в различных формах, включая: (i) реакционноспособные (карбонизируемые) волластонит (CaSiO3), ранинит (CaSi2O7) и C2S (Ca2SiO4); ii) частично реакционноспособные - аморфные фазы переменного состава; и (iii) инертные (некарбонизируемые или незначительно карбонизируемые) фазы, такие как мелилит ((Ca, Na, K)2[(Mg, Fe2+, Fe3+, Al, Si)3O7]), феррит (Са2 (Al, Fe3')20-) и кристаллический диоксид кремния (SiO2).
Таблица 1. Реакционноспособное поведение различных фаз
Категория Компоненты фаз Степень реакционноспособное™
Реакционноспособ на CaSiO3 Ca3Si2O7 Ca2SiO4 СаО Интенсивно реагирует с СО2
Частично Аморфная Реагирует с СО2 до
реакционноспособ на известной степени, продиктованной ее составом
Инертна SiO2 Са 2(А1,Гег+)О5 (Ca,Na,K)2 (Al,Мд,Fe) [ (Al,Si)SiO7 Не реагирует с СО2 или реагирует в незначительной степени.
Многофазные частицы могут существовать в различных формах, включая:
(i) реакционно-реакционноспособную, то есть комбинацию двух или более реакционноспособных фаз (например, CaSiO3, Ca3Si2O7, Ca2SiO3);
(ii) реакционно-инертную, т.е. комбинацию по меньшей мере одной реакционноспособной фазы (например, CaSiO3, Ca3Si2O7, Ca2SiO3) по меньшей мере с одной инертной фазой (например, (Ca, Na, K)2 [(Mg, Fe2', Fe'3, Al, Si)3O7], SiO2);
(iii) инертно-инертную, т.е. комбинацию двух или более инертных фаз (например, (Ca, Na, K)2[(Mg, Fe2', Fe'3, Al, Si)3O7]SiO2);
(iv) реакционно-частично реакционноспособную, т.е. комбинацию по меньшей мере одной реакционноспособной фазы (например, CaSiO3, Ca3Si2O7, Ca2SiO3) с частично реакционноспособной аморфной фазой;
(v) инертную-частично реакционноспособную, т. е. комбинацию по меньшей мере одной инертной фазы (например, (С.’а.№1.К)2|(Мд. Fe2+, Fe+3, Al, Si)3O7],SiO2) с частично реакционноспособной аморфной фазой;
(vi) реакционно-частично реакционно-инертную, т. е. комбинацию по меньшей мере одной реакционноспособной фазы (например, CaSiO3, Ca3Si2O7, Ca2SiO3) по меньшей мере с одной инертной фазой (например, (Ca, Na, K)2[(Mg, Fe2+, Fe+3, Al, Si)3O7],SiO2) и частично реакционноспособной аморфной фазой; и (vii) частицы, содержащие пустоты, причем частица одной из вышеперечисленных категорий не является полностью плотной и имеет внутренние или поверхностные связанные пустоты.
Термины реакционноспособный (реакционный) и карбонизируемый используются здесь взаимозаменяемо для обозначения материала, который реагирует с СО2, посредством реакции карбонизации при условии, описанном в настоящем документе. Материал является инертным или некарбонизируемым, если он не реагирует с CO2 посредством реакции карбонизации при условии, описанном в настоящем документе. Термин частично реакционноспособный относится к фазе, часть которой является реакционноспособной. Термин слегка реакционноспособная относится к фазе, которая не является полностью инертной, но имеет незначительную или не принимаемую в расчет реакционную способность. Термины реакционноспособная фаза и карбонизируемая фаза используются взаимозаменяемо, по отношению к материалу фазы, который является карбонизируемым, как определено в настоящем документе. Термины инертная фаза и некарбонизируемая фаза используются взаимозаменяемо, по отношению к материалу фазы, который является некарбонизируемым, как определено в настоящем документе. Примеры карбонизируемых или реакционноспособных фаз включают CS (волластонит или псевдовалластонит, а иногда и составные CaSiO3 или CaO-SiO2), C3S2 (ранинит, а иногда и в виде CaSi2O7 или 3CaO-2SiO2), C2S (белит, e-Ca2SiO4 или ларнит, Ca7Mg (SiO4)4 или бредигит, a-Ca2SiO4 или Y-Ca2SiO4, а иногда и в виде
- 6 036191
Ca2SiO4 или 2CaO-SiO2). Аморфные фазы также могут быть карбонизируемыми в зависимости от их состава. Примерами некарбонизируемых или инертных фаз являются мелилит ((Ca,Na,K)2 [(Mg, Fe2+, Fe+3,
Al, Si)3O7]) и кристаллический диоксид кремния (кремнезем) (SiO2).
Порошкообразный материал может иметь любую подходящую объемную плотность, например, объемную плотность, примерно от 0,5 г/мл до примерно 3,5 г/мл (рыхлый, например, 0,5 г/мл, 1,0 г/мл, 1,5 г/мл, 2,0 г/мл, 2,5 г/мл, 2,8 г/мл, 3,0 г/мл, 3,5 г/мл), и примерно от 1,0 г/мл до примерно 1,2 г/мл (выявлено), площадь поверхности Блейна составляет примерно от 150 м2/кг до 700 м2/кг (например, 150 м2/кг, 200 м2/кг, 250 м2/кг, 300 м2/кг, 350 м2/кг, 400 м2/кг, 450 м2/кг, 500 м2/кг, 550 м2/кг, 600 м2/кг, 650 м2/кг, 700 м2/кг).
Порошкообразный материал может быть получен с предпочтительным профилем реакционной способности. В некоторых вариантах осуществления, например, порошкообразный материал характеризуется поверхностью по меньшей мере на 10% покрытой карбонизируемой фазой. В некоторых вариантах осуществления порошкообразный материал характеризуется с помощью поверхности по меньшей мере на 20%, покрытой карбонизируемой фазой. В определенных вариантах осуществления настоящего изобретения порошкообразный материал характеризуется поверхностью по меньшей мере на 30%, покрытой карбонизируемой фазой. В некоторых вариантах осуществления порошкообразный материал характеризуется поверхностью по меньшей мере на 40% покрытой карбонизируемой фазой. В некоторых вариантах осуществления порошкообразный материал характеризуется поверхностью по меньшей мере на 50% покрытой карбонизируемой фазой. В определенных вариантах осуществления изобретения порошкообразный материал характеризуется поверхностью по меньшей мере на 60% покрытой карбонизируемой фазой. В некоторых вариантах осуществления порошкообразный материал характеризуется поверхностью по меньшей мере на 70%, покрытой карбонизируемой фазой. В некоторых вариантах осуществления, например, порошкообразный материал характеризуется поверхностью по меньшей мере на 80%, покрытой карбонизируемой фазой. В некоторых вариантах осуществления порошкообразный материал характеризуется поверхностью по меньшей мере на 90% покрытой карбонизируемой фазой. В некоторых вариантах осуществления порошкообразный материал характеризуется поверхностью по меньшей мере на 95%, покрытой карбонизируемой фазой. В некоторых вариантах осуществления порошкообразный материал характеризуется поверхностью, по существу полностью покрытой карбонизируемой фазой.
Различные реакционноспособные (карбонизируемые) фазы могут представлять любые подходящие участки общих реакционноспособных фаз. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления реакционноспособные фазы CS присутствуют в количестве примерно от 5 мас.% до примерно 60 мас.% (например, примерно от 10 мас.% до примерно 60 мас.%, примерно от 20 мас.% до примерно 60 мас.%, примерно от 25 мас.% до примерно 60 мас.%, примерно от 30 мас.% до примерно 60 мас.%, примерно от 35 мас.% до примерно 60 мас.%, примерно от 40 мас.% до примерно 60 мас.%, примерно от 5 мас.% до примерно 50 мас.%, примерно от 5 мас.% до примерно 40 мас.%, примерно от 5 мас.% до примерно 30 мас.%, примерно от 5 мас.% до примерно 25 мас.%, примерно от 5 мас.% до примерно 20 мас.%,); C3S2 примерно от 5 до 50 мас.% (например, примерно от 10 мас.% до примерно 50 мас.%, примерно от 15 мас.% до примерно 50 мас.%, примерно от 20 мас.% до примерно 50 мас.%, примерно от 30 мас.% до примерно 50 мас.%, примерно от 5 до примерно 50 мас.%, примерно от 5 мас.% до примерно 30 мас.%, примерно от 5 мас.% до примерно 25 мас.%, примерно от 5 мас.% до примерно 20 мас.%, примерно от 5 мас.% до примерно 15 мас.%); и реакционноспособные фазы C2S присутствуют в количестве примерно от 5 до примерно 60 мас.% (например, примерно от 10 мас.% до примерно 60 мас.%, примерно от 20 мас.% до примерно 60 мас.%, примерно от 25 мас.% до примерно 60 мас.%, примерно от 30 мас.% до примерно 60 мас.%, примерно от 35 мас.% до примерно 60 мас.%, примерно от 40 мас.% до примерно 60 мас.%, примерно от 5 мас.% до примерно 50 мас.%, примерно от 5 мас.% до примерно 40 мас.%, примерно от 5 мас.% до примерно 30 мас.%, примерно от 5 мас.% до примерно 25 мас.%, примерно от 5 мас.% до примерно 20 мас.%, примерно от 5 мас.% до примерно 20 мас.%); и С примерно от 0 мас.% до до примерно 3 мас.% (например, 0 мас.%, 1 мас.% или менее, 2 мас.% или менее, 3 мас.% или менее, примерно от 1 мас.% до примерно 2 мас.%, примерно от 1 мас.% до примерно 3 мас.%, примерно от 2 мас.% до примерно 3 мас.%).
Используемый здесь термин композиция силиката кальция обычно относится к природным минералам или синтетическим материалам, которые состоят из одной или нескольких групп фаз силиката кальция, включая CS (волластонит или псевдовалластонит, а иногда составленный, как CaSiO3 или CaO-SiO2), C3S2 (ранинит, а иногда составленный, как Ca3Si2O7 или 3CaO-2SiO2), C2S (белит, e-Ca2SiO4 или ларнит, Ca7Mg(SiO4)4 или бредигит, в виде Ca2SiO4 или Y-Ca2SiO4, а иногда выраженный в виде формулы, как Ca2SiO4 или 2CaO-SiO2), аморфная фаза на основе силиката кальция, где каждый из материалов может включать один или несколько других ионов и оксидов металлов (например, оксиды алюминия, магния, железа или марганца) или их смеси, или может включать количество силиката магния в естественной или синтетической форме (формах) в количестве в виде следов (1% или менее) до примерно 50% или более по массе.
Следует понимать, что композиции, способы и фазы силиката кальция, описанные в настоящем до- 7 036191 кументе, могут быть приняты для использования подходящих фаз силиката магния вместо или в дополнение к фазам силиката кальция. Используемый здесь термин силикат магния относится к природным минералам или синтетическим материалам, которые состоят из одной или нескольких групп соединений, содержащих магний-кремний, включая, например, Mg2SiO4 (также известный как форстерит) и Mg3Si4O10(ОН)2 (также известный как тальк), причем этот материал может включать один или несколько других ионов и оксидов металлов (например, оксиды кальция, алюминия, железа или марганца) или их смеси, или может включать количество силиката кальция в естественной или синтетической форме (формах) от количества в виде следов (1% или менее) до примерно 50% или более по массе.
Основная полезность материала клинкера настоящего изобретения заключается в том, что клинкер, обычно после измельчения в порошкообразный цемент, может быть насыщен углекислым газом с целью образования композиционных материалов, которые являются пригодными для использования во множестве применений. Множество различных продуктов может быть получено с помощью способа, который не требует применения автоклава (-ов) и является подходящим для непрерывного крупномасштабного производства. Способы производства значительно улучшены по сравнению с обычными бетонами, как с точки зрения экономики, так и с точки зрения на окружающую среду.
Обогащение углекислотой, например, может быть осуществлено путем взаимодействия цемента настоящего изобретения с СО2 с помощью управляемого процесса гидротермального жидкофазного спекания (HLPS) для создания прочности сцепления, которая удерживает вместе различные компоненты композитного материала. Обсуждения различных особенностей HLPS можно найти в патентных документах США № 814367, US Pub. № US 2009/0143211 (серийный номер 12/271,566), US Pub. № US 2011/0104469 (пример № 12/984299), US Pub. № 2009/0142578 (серийный номер 12/271513), US Pub. № 2013/0122267 (серийный номер 13/411218), US Pub. № 2012/0312194 (пример № 13/491098), WO 2009/102360 (PCT/US2008/083606), WO 2011/053598 (PCT/US2010/054146), WO 2011/090967 (PCT/US 2011/021623), предварительная заявка на патент США № 61/708423, подана 1 октября 2012, и заявки на патент США № 14/045758, 14/045519, 14/045766, 14045540, все поданы 3 октября 2013, заявки на патент США Nos. 14/207413, 14/207421, поданы 12 марта 2014, заявки на патент США Nos. 14/207920, 14/209238, поданы 13 марта 2014, заявки на патент США Nos. 14/295601, 14/295402, поданы 4 июня 2014, где каждая, из которых специально включена в данное описание в качестве ссылки во всей своей полноте для всех целей.
Любые подходящие заполнители для бетона могут быть использованы для формирования композитных материалов из карбонизированной композиции настоящего изобретения, например, материалы, содержащие оксид кальция или оксиды кремния. Типичные заполнители для бетона включают инертные материалы, такие как обломки горной породы, строительный песок, окатанный мелкий гравий. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления, легкие заполнители, такие как перлит или вермикулит, могут быть также использованы в качестве агрегатов. Также могут быть использованы такие материалы, как промышленные отходы (например, летучая зола, шлак, тонкий кремнеземный порошок) в качестве мелких наполнителей.
Множество заполнителей для бетона может иметь любой подходящий средний размер частиц и распределение по размерам. В некоторых вариантах осуществления, множество заполнителей для бетона имеет средний размер частиц в диапазоне примерно от 0,25 мм до примерно 25 мм (например, примерно от 5 мм до примерно 20 мм, примерно от 5 мм до примерно 18 мм, примерно от 5 мм до примерно 15 мм, примерно от 5 мм до примерно 12 мм, примерно от 7 мм до примерно 20 мм, примерно от 10 мм до примерно 20 мм, примерно 1/8, примерно 1/4, примерно 3/8, примерно 1/2, примерно 3/4).
Химические добавки также могут быть включены в композитный материал, например, пластификаторы, суперпластификаторы, замедлители, ускорители, диспергирующие и другие реологические модифицирующие агенты. Некоторые коммерчески доступные химические добавки, такие как Glenium™ 7500 от BASF® Chemicals и ACUMER™ от Dow Chemical Company, также могут быть включены. В некоторых вариантах осуществления один или более пигментов могут быть равномерно диспергированы или в основном неравномерно диспергированы в связующих матрицах в зависимости от желаемого композиционного материала. Пигмент может представлять собой любой подходящий пигмент, в том числе, например, оксиды различных металлов (например, черный оксид железа, оксид кобальта и окись хрома). Пигмент может быть любого цвета или цветов, например, выбранным из черного, белого, голубого, серого, розового, зеленого, красного, желтого и коричневого. Пигмент может присутствовать в любом подходящем количестве в зависимости от желаемого композиционного материала, например, в количественном диапазоне примерно от 0,0% до примерно 10% от массы цемента.
Примеры
Образцы карбонизируемых клинкеров силиката кальция и цементов были внедрены в эпоксидную смолу, отполированы и покрыты углеродом, чтобы получить информацию о распределении фаз в клинкере или в пределах отдельных частиц. Образцы анализировали с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM) в режиме формирования изображения в обратно рассеянных электронах (BSE). Контрастность каждой фазы связана со стехиометрией этой фазы, причем более плотные фазы, содержащие
- 8 036191 элементы с высоким средним атомным номером, будут выглядеть более ярко, по сравнению с менее плотной фазой с более низким средним атомным номером. Контрастность различных фаз может быть связана путем сравнения коэффициента контрастности BSE-η, рассчитанного с использованием среднего атомного номера Z каждой фазы.
InZ 1 _ η= — --(Ζ >10) ° ’ (уравнение 1)
Средний атомный номер 2 каждой фазы представляет собой сумму атомных масс каждого атома, присутствующего в фазе, деленную на общее число атомов, где N есть число каждого элемента с атомным номером А и атомной массы Z (ΣΝΑ молекулярная масса).
ΝΑ л-л (уравнение 2) η для фаз, присутствующих в цементных частицах приведены в табл. 2. Аморфные фазы имеют переменную химическую структуру и не определяются дифракцией. Для большинства цементов, аморфная фаза будет иметь состав, подобный фазе мелилита. В цементах с пониженным содержанием Al2O и MgO аморфная фаза будет иметь более высокий средний атомный номер, и, следовательно, будет демонстрировать более высокую яркость в полученном изображении BSE. Фазовая идентичность проверяется измерением отдельных фаз с помощью рентгеновского микрозонда.
Таблица 2. Расчетные значения контрастности BSE для фаз, присутствующих в карбонизируемых цементных частицах силиката кальция a
Фаза >7
SiO2 0, 127
А.1 - Мелилит (Са2Л.1231О7) 0, 154
Мд - Мелилит (Са2Мд312О7) 0, 154
Волластонит (CaSiO3) 0, 160
Ранкинит (СазЗтгО?) 0, 166
Белит (Ca2SiO4) 0, 171
a) Наибольшее значение будет соответствовать фазе с самой высокой яркостью.
Фазы силиката кальция имеют самую высокую контрастность BSE и будут самими яркими фазами в BSE изображении. Самые темные области в изображении соответствуют порам или пустотам, заполненным монтажной смолой на основе углерода.
Экспериментальные цементы были получены в двух отдельных процессах с различными химическими веществами. Экспериментальный цемент 1 был произведен с природным известняком и песком до тонкости 85%, проходящей через сито 200 меш. Известняк и песок были смешаны, чтобы получить объемное атомное соотношение кальций к кремнию приблизительно 1. Смешанный сырьевой материал был обработан во вращающейся печи с нагревом до максимальной температуры примерно 1200°С со временем пребывания от 30 минут до 60 мин до прохождения реакции с порошком и получения сырьевых гранул из спеченного карбонизируемого цементного клинкера силиката кальция, в основном состоящего из карбонизируемых силикатов кальция, мелилитов, аморфной фазы с мелилито-подобным составом и непрореагировавшим диоксидом кремния. Оксидный состав этого цемента, определенный с помощью рентгенофлуоресцентной спектрометрии (XRF), показан в табл. 3. Фазовый состав этого цемента, определенный методом рентгеновской дифракции (XRD) показан в табл. 4. На изображении фиг. 1 при низком увеличении полированного поперечного сечения клинкера показаны отдельные области с низкой яркостью кремнезема, окруженные слоями областей с повышенной яркостью, что указывает на концентрическую организацию высокореакционноспособных фаз кальция вокруг областей кремнезема. На фиг. 2 показано более высокое увеличение такой области. На фиг. 3 показано изображение с высоким увеличением областей белита в центральной области, удаленной от низких кальциевых фаз.
Таблица 3. Оксидный состав экспериментального цемента 1, измеренный с помощью XRF
- 9 036191
Таблица 4. Фазовый состав экспериментального цемента 1, измеренный с помощью XRD
Мелилит “ι неустой чивые составы
Воллосто нит
CaSiO2 _ Белит
Ракинит _ _,
Ca3Si2O7 ^a2S1
Аморфный, неустойчив ый состав
Кремне Зем Известь
SiO2 СаО
15% 19% 14% 30% 5% 1% 16%
Цементный клинкер был затем измельчен с помощью двухсекционной шаровой мельницы с замкнутым циклом. Скорость подачи материала, скорость вращения шаровой мельницы и пневматический сепаратор воздуха регулировался, чтобы получить измельченный цемент со средним диаметром частиц от 12 мкм. На изображениях BSE, показанных на фиг. 4 и фиг. 5, представлены различные однофазные и многофазные частицы.
Экспериментальный цемент 1 был подвергнут детальному обследованию с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM) в режиме BSE в сочетании с рентгеновским микрозондовым анализом. Элементный состав, измеренный с помощью рентгеновского микрозонда, был связан с фазами, идентифицированными с помощью метода XRD. Атомный состав фаз, определенный с помощью рентгеновского микрозонда, показан в табл. 5. Этот анализ идентифицировал дополнительную фазу - браунмиллерит или Ca2(Al, Fe)2O5, а также две различные частично реакционноспособные аморфные фазы: аморфную фазу с низким содержанием Al - фаза 1, и аморфную фазу с высоким содержанием Al - фаза 2. На фиг. 6, фиг. 7, и фиг. 8 представлены композиционные данные, собранные в сочетании с контрастом фаз, и они, как показано на BSE изображениях, были использованы для построения цветных карт с недостоверной окраской не вступивших в реакцию частиц. Кроме того наблюдаются многочисленные примеры многофазных частиц различных классификаций.
Таблица 5. Атомный состав фаз в экспериментальном цементе 1, определяемый анализом при помощи рентгеновского микрозонда. (Выраженный в атомных %)
Фаза ОО NNa ММд АА1 SSi SS кк ССа TTi ММп FFe
Валлостонит /псевдовалл оостонит 59,5 О, 0 О, 0 О, 6 18,7 О, 0 О, 3 20, 8 О, 1 О, 0 О, 1
Ранкинит 58, 0 0,0 0,2 0,4 15, 8 0,0 0, 1 25,5 0, 0 0, 0 0, 0
Белит 56, 8 0, 0 0,1 0, 6 13, 3 0, 0 0,2 28,8 0, 0 0, 0 о, 1
Аморфная фаза (1) 62,2 0, Ί 0, 8 0, Ί 36, 1 0, 0 4,2 4,7 0, 1 0, 0 о, 4
Аморфная фаза (2) 60, 0 0, 8 0, 4 9, 3 18, 8 0, 0 6, 3 4,1 0, 0 0, 0 0, 1
Браунмиллер ИТ 55, 9 0, 0 0, Ί 7,0 3, 3 0, 4 0, 3 23,9 о, 4 о, 1 8, 0
Мелили т 58, 3 0, 4 2,1 8,8 12, 1 0, 0 0, 3 17,2 0 0 0, 8
Диоксид кремния 66, 6 0, 0 0, 0 0, 3 33, 0 0, 0 0, 0 0, 0 0, 0 0, 0 0, 0
Известь 50, 0 0,0 0,0 0,0 0,0 0, 0 0, 0 50,0 0, 0 0, 0 0, 0
В результате был получен карбонизируемый силикат кальция (экспериментальный цемент 2). Для получения цемента известняк и песок измельчались до тонкости помола 85%, проходящей через 200 меш. Известняк и песок были смешаны, чтобы получить объемное отношение кальция к кремнию от 1:1. Измельченное и смешанное сырье обрабатывали во вращающейся печи при нагреве до максимальной температуры приблизительно 1260°С с временем пребывания, находящимся в пределах от 30 до 60 мин для реакции порошка и получения зерен карбонизируемого кальциево-силикатного цементного клинкера, в основном состоящего из карбонизируемых силикатов кальция, мелилитов, аморфной фазы с мелилитоподобной композицией и непрореагировавшего диоксида кремния. Оксидный состав этого цемента, как определено с помощью XRF, показан в табл. 6. Фазовый состав этого цемента, измеренный с помощью способа XRD, показан в табл. 7. Полированный клинкер, представленный на фиг. 9, фиг. 10 и фиг. 11, показывает дискретные области кварцевой фазы, окруженные слоистой микроструктурой, характеризующейся повышенной яркостью реакционноспособных материалов. На фиг. 12 и фиг. 13 карты элементарных Si и Са накладываются на фиг. 11, показывая изменение содержания Si и Са в микроструктуре. На фиг. 14, элементная карта K накладывается на фиг. 11, показывая, что аморфный материал с характерно высоким содержанием K присутствует между богатой Si сердцевиной частицы и насыщенным Са слоем реакционноспособной фазы.
- 10 036191
Воллстанит Ранкинит
CaSiO3 Ca3Si2O7
Белит
Ca2SiO
Аморфный, неустойчивый
Кремнезем Известь
SiO2 СаО
Таблица 6. Оксидный состав экспериментального цемента 2, измеренного с помощью XRF
Д12О Fe2O Мп2О
SiO2 СаО MgO S03 К2О Na2O TiO2 Р2О5
3 3
43,8 42,9
6,0¾ 2,5¾ 2,0% 1,0% 1,1¾ 0,1¾ 0,3% 0,2% 0,1%
Таблица 7: Фазовый состав экспериментального цемента 2, измеренного с помощью XRD
Меллилиты неустойчи вые составы “231 Ϊ81 П 23% 51 01 301
В этом описании и прилагаемой формуле изобретения форма единичного числа a, an и the включают множественную ссылку, если контекст явно не диктует иное.
Если не указано иное, все технические и научные термины, используемые в настоящем документе, имеют то же значение, которое обычно понимается специалистом в данной области техники. Хотя любые способы и материалы, аналогичные или эквивалентные описанным в настоящем документе, могут также быть использованы на практике или испытаниях настоящего изобретения, в силу вышесказанного описываются предпочтительные способы и материалы.
Способы, описанные в настоящем документе, могут быть выполнены в любом порядке, который является логически возможным, в дополнение к определенному описанному порядку.
Включение в описание изобретения сведений путем ссылки В этом изобретении были сделаны ссылки и упоминания на другие документы, такие как патенты, патентные заявки, патентные публикации, журналы, книги, документы, веб-содержимое. Все такие документы включены здесь в качестве ссылки во всей их полноте и для всех целей. Любой материал или его часть, который, как говорят, включен в настоящее описание посредством ссылки, но который противоречит существующим определениям, заявлениям или другим материалам раскрытия, явно изложенным в настоящем документе, включен только в том объеме, в котором не возникает конфликта между этим включенным материалом и раскрытием представленного на рассмотрение материала. В случае конфликта последний должен быть разрешен в качестве предпочтительного в пользу настоящего раскрытия предмета изобретения.
Эквиваленты
Представленные примеры, описанные в настоящем документе, предназначены для иллюстрации изобретения и не предназначены для того, чтобы они были истолкованы как ограничивающие объем изобретения. Действительно, различные модификации изобретения и многие другие его варианты в дополнение к тем, которые показаны и описаны здесь, станут очевидными для специалистов в данной области из полного содержания этого документа, включая примеры, приведенные здесь, и ссылки на научную и патентную литературу, приведенную в настоящем документе. Эти примеры содержат важную дополнительную информацию, иллюстрацию и руководство, которые могут быть адаптированы к практике настоящего изобретения в его различных вариантах осуществления и их эквивалентах.

Claims (14)

  1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
    1. Негидравлический материал клинкера, содержащий частицы некарбонизируемого диоксида кремния (SiO2), имеющие диаметры от 0,1 до 1000 мкм и диспергированные в матрице, включающей по меньшей мере одну карбонизируемую фазу силиката кальция, при этом указанная по меньшей мере одна карбонизируемая фаза силиката кальция содержит по меньшей мере один из волластонита и псевдовалластонита и по меньшей мере один из ранкинита (Ca3Si2O7) и белита (Ca2SiO4), и промежуточный слой, включающий мелилит ((Са, Na, K)2 (Al, Mg, Fe) [(Al,Si)SiO7]) и/или аморфную фазу и окружающий частицы некарбонизируемого диоксида кремния.
  2. 2. Материал клинкера по п.1, который содержит примерно 30% или менее оксидов металлов Al, Fe и Mg от общей массы оксидов.
  3. 3. Материал клинкера по п.1 или 2, в котором промежуточный слой содержит аморфную фазу, содержащую один или несколько компонентов, выбранных из Al2O3, Fe2O3, MgO, K2O и Na2O, и при этом необязательно матрица дополнительно содержит один или несколько компонентов, выбранных из Al2O3, Fe2O3, MgO, K2O и Na2O.
  4. 4. Материал клинкера по любому из пп.1-3, в котором промежуточный слой имеет толщину от 0,1 до 250 мкм.
  5. 5. Материал клинкера по любому из пп.1-4, в котором аморфная фаза составляет от около 10% до около 80% по объему от содержания общей твердой фазы.
  6. 6. Материал клинкера по любому из пп.1-5, в котором элементарный Са и элементарный Si присут
    - 11 036191 ствуют в клинкере при атомном соотношении примерно от 0,8 до примерно 1,2.
  7. 7. Материал клинкера по любому из пп.1-6, в котором клинкер является подходящим для карбонизации с СО2 при температуре примерно от 30°С до примерно 90°С с образованием СаСО3 в атмосфере воды и СО2, характеризующейся давлением в диапазоне от атмосферного давления до давления примерно 1,034214 МПа (150 фунтов на квадратный дюйм) сверх атмосферного и концентрацией СО2 в пределах примерно от 10% до примерно 99%, в течение примерно от 1 ч до примерно 150 ч с приростом массы примерно 10% или более.
  8. 8. Композиционный материал, полученный путем карбонизации клинкерного материала по любому из пп.1-7.
  9. 9. Способ изготовления клинкерного материала по любому из пп.1-7, включающий смешивание одного или нескольких предшественников для получения смешанной композиции предшественника, где элементарный Са и элементарный Si присутствуют при атомном соотношении примерно от 0,8 до примерно 1,2, а оксиды металлов Al, Fe и Mg присутствуют примерно в количестве 30% или менее по массе; и нагревание смешанной композиции предшественника до температуры примерно от 800°С до примерно 1400°С в течение приблизительно от 10 мин до приблизительно 80 ч для получения материала клинкера.
  10. 10. Способ по п.9, в котором предшественники выбирают из известняка, песка, илов, песчаников, богатых диоксидом кремния глин и диатомовых земель, и при этом смешанную композицию предшественника необязательно нагревают до температуры примерно от 900°С до примерно 1300°С в течение приблизительно от 10 мин до приблизительно 80 ч для получения материала клинкера.
  11. 11. Способ по п.9 или 10, в котором нагревание смешанной композиции предшественника проводится при атмосферном давлении.
  12. 12. Порошкообразный материал, полученный путем измельчения материала клинкера по любому из пп.1-7, при этом порошкообразный материал характеризуется средним размером частиц (d50) примерно от 8 мкм до примерно 25 мкм, с 10% частиц (d10) размером менее примерно от 0,1 мкм до примерно 3 мкм и 90% частиц (d90) размером примерно от 30 до примерно 100 мкм.
  13. 13. Порошкообразный материал по п.12, в котором однофазные частицы включают однофазные частицы карбонизируемых фаз, выбранных из волластонита (CaSiO3), ранкинита (Ca3Si2O7) и C2S (Ca2SiO4), однофазные частицы частично реакционноспособных аморфных фаз или однофазные частицы некарбонизируемых фаз, выбранных из мелилита ((Са, Na, K)2[(Mg, Fe2+, Fe+3, Al, Si)3O7]) и кристаллического диоксида кремния (SiO2), или комбинации любых двух или более их типов.
  14. 14. Порошкообразный материал по п.12 или 13, который характеризуется поверхностью по меньшей мере на 10% покрытой по меньшей мере одной карбонизируемой фазой и/или частицы содержат однофазные частицы и многофазные частицы.
EA201791878A 2015-03-20 2016-03-18 Микроструктурированные карбонизируемые клинкеры силиката кальция и способы их получения EA036191B1 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201562136208P 2015-03-20 2015-03-20
US201562136201P 2015-03-20 2015-03-20
PCT/US2016/023181 WO2016154021A1 (en) 2015-03-20 2016-03-18 Microstructured carbonatable calcium silicate clinkers and methods thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201791878A1 EA201791878A1 (ru) 2018-04-30
EA036191B1 true EA036191B1 (ru) 2020-10-13

Family

ID=55702083

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201791878A EA036191B1 (ru) 2015-03-20 2016-03-18 Микроструктурированные карбонизируемые клинкеры силиката кальция и способы их получения
EA201791879A EA201791879A1 (ru) 2015-03-20 2016-03-18 Композитные материалы и связующие элементы, получаемые карбонизацией силиката кальция, и способы их получения и применения

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201791879A EA201791879A1 (ru) 2015-03-20 2016-03-18 Композитные материалы и связующие элементы, получаемые карбонизацией силиката кальция, и способы их получения и применения

Country Status (11)

Country Link
US (4) US11718566B2 (ru)
EP (2) EP3271311A1 (ru)
JP (4) JP7019557B2 (ru)
CN (2) CN108137410A (ru)
BR (2) BR112017020150B1 (ru)
CA (2) CA2980011A1 (ru)
EA (2) EA036191B1 (ru)
MX (2) MX2017011886A (ru)
SA (1) SA517382353B1 (ru)
TW (2) TWI737596B (ru)
WO (2) WO2016154024A1 (ru)

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10781140B2 (en) * 2013-03-14 2020-09-22 Solidia Technologies, Inc. Method and apparatus for the curing of composite material by control over rate limiting steps in water removal
BR112017002406B1 (pt) * 2014-08-04 2022-05-17 Solidia Technologies, Inc Composição de silicato de cálcio carbonatável
WO2016054602A1 (en) * 2014-10-03 2016-04-07 Solidia Technologies, Inc. Composition carbonatable calcium silicate cement containing hydrating materials
WO2017127454A1 (en) * 2016-01-19 2017-07-27 Solidia Technologies, Inc. Novel cement chemistries
CN109153607A (zh) 2016-03-04 2019-01-04 索里迪亚科技公司 白色可碳酸化硅钙基水泥及其制备方法和用途
WO2017155899A1 (en) 2016-03-11 2017-09-14 Solidia Technologies, Inc. Hazing control for carbonatable calcium silicate-based cements and concretes
WO2017210294A1 (en) 2016-05-31 2017-12-07 Solidia Technologies, Inc. Conditioned curing systems and processes thereof
US20200087207A1 (en) * 2016-12-09 2020-03-19 The Royal Institution For The Advancement Of Learning/Mcgill University Landscaping products and method of production thereof
CN107043560A (zh) * 2016-12-30 2017-08-15 上海墙特节能材料有限公司 一种无机干粉防腐蚀涂料及其应用
EP3601188A4 (en) * 2017-03-23 2021-01-20 Solidia Technologies, Inc. CALCIUM SILICATE-BASED CEMENT AND CONCRETE MAY BE CARBONATE WITH MINERAL ADDITIVES AND RELATED PROCESSES
CN107133399B (zh) * 2017-05-02 2020-08-14 浙江省交通规划设计研究院 抗压强度评估方法及装置
IT201700097630A1 (it) * 2017-08-30 2019-03-02 Italcementi Spa Processo per la preparazione di blocchi/lastre/masselli fotocatalitici e relativi blocchi/lastre/masselli fotocatalitici
EP3713896A1 (en) 2017-11-21 2020-09-30 Solidia Technologies, Inc. Compositions and method to improve the durability of calcium silicate-based cements and concretes
EP3713895A1 (en) 2017-11-21 2020-09-30 Solidia Technologies, Inc. Compositions and method to improve the strength development of calcium silicate-based cements and concretes
WO2019101809A1 (en) 2017-11-21 2019-05-31 Holcim Technology Ltd Compositions and method to improve the aesthetics of calcium silicate-based cements and concretes
JP7470044B2 (ja) * 2018-02-22 2024-04-17 ソリディア テクノロジーズ インコーポレイテッド 低ケイ酸カルシウムセメント系中性化コンクリート中における腐食の抑制
WO2020046927A1 (en) * 2018-08-27 2020-03-05 Solidia Technologies, Inc. Multi-step curing of green bodies
CN110143772A (zh) * 2019-06-08 2019-08-20 蕉岭县龙腾旋窑水泥有限公司 一种水泡渣及其水泥的配方
KR102565729B1 (ko) 2020-12-30 2023-08-14 한국석회석신소재연구재단 칼슘-실리케이트 시멘트 클링커 및 이를 이용한 경화체의 제조방법
CN114295660A (zh) * 2021-12-29 2022-04-08 中建西部建设湖南有限公司 一种水泥基材料初始堆积密度的计算方法
EP4206158A1 (en) * 2021-12-30 2023-07-05 Vito NV Method of stabilizing leachable compounds in a carbonate bonded matrix
EP4223473A1 (en) 2022-02-08 2023-08-09 Scheerders van Kerchove's Verenigde Fabrieken A method of providing a planar fiber cement sheet
WO2023151854A1 (en) 2022-02-08 2023-08-17 Scheerders Van Kerchove's Verenigde Fabrieken Apparatus and method of providing a planar fiber-containing cementitious sheet, and sheet provided thereby

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1174919A (en) * 1966-12-13 1969-12-17 Onoda Cement Co Ltd Method of Making Pseudowollastonite Clinker with the Rotary Kiln
GB1361713A (en) * 1971-04-07 1974-07-30 Dyckerhoff Zementwerke Ag Method for the production of synthetic wollastonite material
US3926647A (en) * 1970-12-30 1975-12-16 Rheinische Kalksteinwerke Process for the production of synthetic wollastonite and diopside
US3966884A (en) * 1973-06-20 1976-06-29 Bureau De Recherches Geologiques Et Minieres Synthesis of wollastonite from natural materials without fusion
JP2001278679A (ja) * 2000-03-29 2001-10-10 Sekisui Chem Co Ltd 無機炭酸化硬化体の製造方法
WO2009132692A1 (en) * 2008-04-28 2009-11-05 Carbstone Innovation Nv Production of an article by carbonation of alkaline materials
WO2012122031A2 (en) * 2011-03-05 2012-09-13 Rutgers, The State University Of New Jersey Bonding element, bonding matrix and composite material having the bonding element, and method of manufacturing thereof
WO2015090533A1 (de) * 2013-12-18 2015-06-25 Heidelbergcement Ag Verfahren zur herstellung von wollastonit-haltigen bindemitteln
WO2016022485A1 (en) * 2014-08-04 2016-02-11 Solidia Technologies, Inc. Carbonatable calcium silicate compositions and methods thereof

Family Cites Families (52)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2116986A1 (de) * 1971-04-07 1972-10-19 Dyckerhoff Zementwerke Ag Verfahren zur Herstellung von synthetischem Wollastonit-Material
FR2184625B1 (ru) * 1972-05-12 1977-02-04 Rheinische Kalksteinwerke
JPS5927734B2 (ja) * 1976-04-08 1984-07-07 株式会社トクヤマ セメントの製造方法
US4436498A (en) 1982-02-01 1984-03-13 Conger/Murray Systems, Inc. Apparatus for curing concrete products
JPS60155561A (ja) * 1984-10-12 1985-08-15 日本インシュレーション株式会社 水性スラリ−
JPS61111910A (ja) * 1984-11-02 1986-05-30 Onoda Cement Co Ltd 偽珪灰石の製造方法
US4956321A (en) 1988-06-16 1990-09-11 Armstrong World Industries, Inc. Surface pacified wollastonite
JP3391544B2 (ja) * 1994-04-20 2003-03-31 クリオン株式会社 調湿材料とその製造法
CN1099007A (zh) * 1994-05-06 1995-02-22 郭建华 人造硅灰石的配方及工艺
AUPO612097A0 (en) * 1997-04-10 1997-05-08 James Hardie Research Pty Limited Building products
US20050284339A1 (en) 2001-04-03 2005-12-29 Greg Brunton Durable building article and method of making same
KR20050073608A (ko) * 2002-11-05 2005-07-14 제임스 하디 인터내셔널 파이낸스 비.브이. 규산칼슘 수화물의 제조방법 및 제조장치
CN1220647C (zh) * 2003-04-25 2005-09-28 华新水泥股份有限公司 高性能熟料粉
CN1278936C (zh) * 2003-05-14 2006-10-11 武思东 一种利用粉煤灰制备氧化铝联产水泥熟料的方法
JP4474906B2 (ja) * 2003-11-21 2010-06-09 Ｊｆｅスチール株式会社 炭酸固化体の製造方法
JP2006213559A (ja) * 2005-02-02 2006-08-17 Sekisui Chem Co Ltd 無機炭酸硬化体の製造方法
US20070062416A1 (en) 2005-09-22 2007-03-22 Brzuskiewicz John E Patching composition having tailorable appearance properties
DE102007035257B3 (de) * 2007-07-27 2008-11-13 Forschungszentrum Karlsruhe Gmbh Einphasiges hydraulisches Bindemittel, Verfahren zu seiner Herstellung und mit diesem Bindemittel hergestellter Baustoff
BRPI0820560B1 (pt) 2007-11-15 2023-01-17 Rutgers, The State University Of New Jersey Método para produzir um corpo monolítico a partir de uma matriz porosa
JP2011502783A (ja) 2007-11-15 2011-01-27 ラトガーズ， ザ ステイト ユニバーシティ オブ ニュー ジャージー ガス及びこれから得られる組成物の回収隔離システム及び方法
US20090133361A1 (en) 2007-11-27 2009-05-28 Southern Cross Building Products, Llc High-performance environmentally friendly building panel and related manufacturing methods
FR2925042B1 (fr) 2007-12-14 2010-10-22 Lafarge Platres Adjuvant pour liant hydraulique
CN101219879A (zh) * 2008-01-23 2008-07-16 山东大学 碳纤维增强硅酸钙保温隔热材料及其制备方法
TW201026597A (en) 2008-09-30 2010-07-16 Calera Corp CO2-sequestering formed building materials
EP2253600A1 (en) * 2009-05-14 2010-11-24 Aalborg Portland A/S Portland limestone calcined clay cement
KR101719832B1 (ko) * 2009-06-12 2017-03-24 덴카 주식회사 팽창재 및 그 제조방법
EP2493686A4 (en) 2009-10-26 2015-09-09 Univ Rutgers HYDROXYAPATITIS WITH CONTROLLABLE DIMENSION AND MORPHOLOGY
US8114214B2 (en) 2009-12-31 2012-02-14 Calera Corporation Methods and compositions using calcium carbonate
US20110158873A1 (en) 2010-01-22 2011-06-30 Rutgers, The State University Of New Jersey Sequestration of a gas emitted by an industrial plant
JP5533628B2 (ja) * 2010-12-16 2014-06-25 新日鐵住金株式会社 製鋼スラグの処理方法
BR112013031341B1 (pt) * 2011-06-09 2021-06-08 Rutgers, The State University Of New Jersey método de fabricação de um material compósito
CN102502677A (zh) * 2011-10-18 2012-06-20 邵燕 硅灰石的工业化生产方法
US20140127458A1 (en) 2012-10-04 2014-05-08 Dawid Zambrzycki Slate-like composite materials and methods of preparation thereof
US20150266778A1 (en) 2012-10-04 2015-09-24 Rutgers, The State University Of New Jersey Granite-like composite materials and methods of preparation thereof
US20140127450A1 (en) 2012-10-04 2014-05-08 Richard E. Riman Marble-like composite materials and methods of preparation thereof
US20140342124A1 (en) 2012-10-04 2014-11-20 Dawid Zambrzycki Wood-like composite materials and methods of preparation thereof
CA2905849A1 (en) 2013-03-13 2014-10-09 Solidia Technologies, Inc. Aerated composite materials, methods of production and uses thereof
EP2970008B1 (en) 2013-03-13 2021-05-26 Solidia Technologies, Inc. Process for preparing pavers and block composite materials
JP6438001B2 (ja) 2013-03-13 2018-12-12 ソリディア テクノロジーズ インコーポレイテッドＳｏｌｉｄｉａ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ， Ｉｎｃ． 複合枕木およびその製造方法およびその使用法
US11517874B2 (en) 2014-01-22 2022-12-06 Solidia Technologies, Inc. Method and apparatus for curing CO2 composite material objects at near ambient temperature and pressure
JP2016517365A (ja) 2013-03-14 2016-06-16 ソリディア テクノロジーズ インコーポレイテッドＳｏｌｉｄｉａ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ， Ｉｎｃ． 二酸化炭素を消費する材料の養生システム
US10781140B2 (en) 2013-03-14 2020-09-22 Solidia Technologies, Inc. Method and apparatus for the curing of composite material by control over rate limiting steps in water removal
EP3004027B1 (en) 2013-06-07 2022-03-09 Solidia Technologies, Inc. A method of preparing thin composite material sections
US9938189B2 (en) 2013-06-07 2018-04-10 Solidia Technologies, Inc. Pervious composite materials, methods of production and uses thereof
EP3099459B1 (en) 2013-08-21 2020-04-01 Solidia Technologies, Inc. Methods of production of aerated composite materials
CN104418336B (zh) * 2013-08-26 2017-05-31 胡勇波 一种合成硅灰石和含该合成硅灰石的蛋白瓷及其制造方法
WO2015051243A2 (en) 2013-10-04 2015-04-09 Solidia Technologies, Inc. Hollow-core articles and composite materials, methods of production and uses thereof
WO2015103107A1 (en) 2013-12-30 2015-07-09 Solidia Technologies, Inc. Anticorrosive coatings, processes and uses thereof
WO2016022522A2 (en) 2014-08-05 2016-02-11 Solidia Technologies, Inc. Method and apparatus for the curing of composite material by control over rate limiting steps in water removal
WO2016054602A1 (en) 2014-10-03 2016-04-07 Solidia Technologies, Inc. Composition carbonatable calcium silicate cement containing hydrating materials
EP3212605A1 (en) * 2014-10-29 2017-09-06 ExxonMobil Chemical Patents Inc. Improved process for hydrogenation of benzenepolycarboxylic acids and derivitives thereof
CN104876462B (zh) * 2015-05-14 2016-10-26 南京工业大学 一种能够吸收co2的胶结材料及其制备方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1174919A (en) * 1966-12-13 1969-12-17 Onoda Cement Co Ltd Method of Making Pseudowollastonite Clinker with the Rotary Kiln
US3926647A (en) * 1970-12-30 1975-12-16 Rheinische Kalksteinwerke Process for the production of synthetic wollastonite and diopside
GB1361713A (en) * 1971-04-07 1974-07-30 Dyckerhoff Zementwerke Ag Method for the production of synthetic wollastonite material
US3966884A (en) * 1973-06-20 1976-06-29 Bureau De Recherches Geologiques Et Minieres Synthesis of wollastonite from natural materials without fusion
JP2001278679A (ja) * 2000-03-29 2001-10-10 Sekisui Chem Co Ltd 無機炭酸化硬化体の製造方法
WO2009132692A1 (en) * 2008-04-28 2009-11-05 Carbstone Innovation Nv Production of an article by carbonation of alkaline materials
WO2012122031A2 (en) * 2011-03-05 2012-09-13 Rutgers, The State University Of New Jersey Bonding element, bonding matrix and composite material having the bonding element, and method of manufacturing thereof
WO2015090533A1 (de) * 2013-12-18 2015-06-25 Heidelbergcement Ag Verfahren zur herstellung von wollastonit-haltigen bindemitteln
WO2016022485A1 (en) * 2014-08-04 2016-02-11 Solidia Technologies, Inc. Carbonatable calcium silicate compositions and methods thereof

Also Published As

Publication number Publication date
US20180186696A1 (en) 2018-07-05
US10626052B2 (en) 2020-04-21
WO2016154021A1 (en) 2016-09-29
JP2021098653A (ja) 2021-07-01
CA2980014A1 (en) 2016-09-29
WO2016154024A1 (en) 2016-09-29
JP7019557B2 (ja) 2022-02-15
JP2022031657A (ja) 2022-02-22
JP6929828B2 (ja) 2021-09-01
BR112017020153A2 (pt) 2018-06-05
CN108207111A (zh) 2018-06-26
EP3271309A1 (en) 2018-01-24
US20240010564A1 (en) 2024-01-11
BR112017020150B1 (pt) 2023-02-14
BR112017020150A8 (pt) 2022-09-27
TWI737596B (zh) 2021-09-01
SA517382353B1 (ar) 2022-09-11
BR112017020153B1 (pt) 2023-02-14
EA201791878A1 (ru) 2018-04-30
CA2980011A1 (en) 2016-09-29
CA2980014C (en) 2023-09-26
MX2017011886A (es) 2018-05-22
BR112017020150A2 (pt) 2018-05-29
EP3271311A1 (en) 2018-01-24
MX2017011887A (es) 2018-07-06
US11718566B2 (en) 2023-08-08
EA201791879A1 (ru) 2018-04-30
US20160272545A1 (en) 2016-09-22
BR112017020153A8 (pt) 2022-11-08
TW201708157A (zh) 2017-03-01
JP2018508460A (ja) 2018-03-29
TWI741977B (zh) 2021-10-11
CN108137410A (zh) 2018-06-08
TW201700433A (zh) 2017-01-01
US20160272544A1 (en) 2016-09-22
US9926235B2 (en) 2018-03-27
JP2018508459A (ja) 2018-03-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10626052B2 (en) Microstructured carbonatable calcium silicate clinkers and methods thereof
US10611690B2 (en) Carbonatable calcium silicate compositions and methods thereof
CN108883988B (zh) 金属硅酸盐水泥组合物及其蒸汽辅助生产方法
CN110662723A (zh) 一种含有矿物质添加剂的可碳酸化硅酸钙基水泥和混凝土及其生产方法
US10138164B2 (en) Supplementary cementitious materials comprising dredged sediments
CN117203174A (zh) 湿碳化法生产辅助胶凝材料
CN102745919A (zh) 一种尾矿微粉硅酸盐水泥的制备方法
Ozcelikci et al. Characterisation and standardisation of different-origin end-of-life building materials for assessment of circularity
CN114080372B (zh) 水泥熟料及水泥组合物
JP7062225B2 (ja) 強度増進剤及びその製造方法並びにポルトランドセメントの強度増進方法
Ismail et al. Synergetic Effect of Cement Kiln Flue Dust for Enhancing Physicomechanical Properties of Metakaolin-Blended Cement
Ozcelikci et al. Characterisation and standardisation of different-origin end-of-life building materials toward assessment of circularity
TW202337865A (zh) 水泥、水泥組成物、水泥硬化物、及水泥硬化物之製造方法
CN117794884A (zh) 含高二氧化硅的辅助胶结材料及其制造方法
WO2023068107A1 (ja) 非水硬性セメント組成物及びセメント系材料
Dutta Utilization of blast furnace slag as a raw material for the manufacture of portland cement clinker

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ BY KZ KG TJ TM

PC4A Registration of transfer of a eurasian patent by assignment