EA038661B1 - Синтетические пуццоланы - Google Patents
Синтетические пуццоланы Download PDFInfo
- Publication number
- EA038661B1 EA038661B1 EA201892209A EA201892209A EA038661B1 EA 038661 B1 EA038661 B1 EA 038661B1 EA 201892209 A EA201892209 A EA 201892209A EA 201892209 A EA201892209 A EA 201892209A EA 038661 B1 EA038661 B1 EA 038661B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- synthetic
- pozzolan
- reaction
- composition
- precursor
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 50
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 49
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 31
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 26
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 97
- 239000012071 phase Substances 0.000 claims description 91
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 56
- 239000004568 cement Substances 0.000 claims description 48
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 38
- MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N Oxalic acid Chemical compound OC(=O)C(O)=O MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 37
- 229910001719 melilite Inorganic materials 0.000 claims description 36
- 239000010433 feldspar Substances 0.000 claims description 33
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims description 31
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 27
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 27
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- 239000012190 activator Substances 0.000 claims description 25
- 239000011396 hydraulic cement Substances 0.000 claims description 23
- 229910052661 anorthite Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 17
- GWWPLLOVYSCJIO-UHFFFAOYSA-N dialuminum;calcium;disilicate Chemical compound [Al+3].[Al+3].[Ca+2].[O-][Si]([O-])([O-])[O-].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] GWWPLLOVYSCJIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 13
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 12
- 229910052656 albite Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 12
- 229910052655 plagioclase feldspar Inorganic materials 0.000 claims description 12
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 claims description 10
- 235000006408 oxalic acid Nutrition 0.000 claims description 10
- 229910052652 orthoclase Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 238000003746 solid phase reaction Methods 0.000 claims description 9
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 claims description 8
- DLHONNLASJQAHX-UHFFFAOYSA-N aluminum;potassium;oxygen(2-);silicon(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Si+4].[Si+4].[Si+4].[K+] DLHONNLASJQAHX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L calcium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Ca+2] AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 8
- 235000008733 Citrus aurantifolia Nutrition 0.000 claims description 7
- 229910019443 NaSi Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 235000011941 Tilia x europaea Nutrition 0.000 claims description 7
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 7
- 239000000920 calcium hydroxide Substances 0.000 claims description 7
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 7
- 239000004571 lime Substances 0.000 claims description 7
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910001861 calcium hydroxide Inorganic materials 0.000 claims description 6
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- -1 hydroxides alkali metals Chemical class 0.000 claims description 6
- 150000004645 aluminates Chemical class 0.000 claims description 5
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 5
- RGHNJXZEOKUKBD-SQOUGZDYSA-N D-gluconic acid Chemical compound OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)C(O)=O RGHNJXZEOKUKBD-SQOUGZDYSA-N 0.000 claims description 4
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims description 3
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 3
- RGHNJXZEOKUKBD-UHFFFAOYSA-N D-gluconic acid Natural products OCC(O)C(O)C(O)C(O)C(O)=O RGHNJXZEOKUKBD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- FEWJPZIEWOKRBE-JCYAYHJZSA-N Dextrotartaric acid Chemical compound OC(=O)[C@H](O)[C@@H](O)C(O)=O FEWJPZIEWOKRBE-JCYAYHJZSA-N 0.000 claims description 2
- FEWJPZIEWOKRBE-UHFFFAOYSA-N Tartaric acid Natural products [H+].[H+].[O-]C(=O)C(O)C(O)C([O-])=O FEWJPZIEWOKRBE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 235000011054 acetic acid Nutrition 0.000 claims description 2
- 235000015165 citric acid Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000000174 gluconic acid Substances 0.000 claims description 2
- 235000012208 gluconic acid Nutrition 0.000 claims description 2
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000011975 tartaric acid Substances 0.000 claims description 2
- 235000002906 tartaric acid Nutrition 0.000 claims description 2
- 229910000789 Aluminium-silicon alloy Inorganic materials 0.000 claims 2
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 57
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 57
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 56
- 239000004567 concrete Substances 0.000 description 32
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 28
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 22
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 22
- 235000012241 calcium silicate Nutrition 0.000 description 21
- 229910052918 calcium silicate Inorganic materials 0.000 description 20
- 239000000047 product Substances 0.000 description 20
- 239000011398 Portland cement Substances 0.000 description 19
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 18
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 16
- 239000010881 fly ash Substances 0.000 description 16
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 15
- OYACROKNLOSFPA-UHFFFAOYSA-N calcium;dioxido(oxo)silane Chemical compound [Ca+2].[O-][Si]([O-])=O OYACROKNLOSFPA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 239000000378 calcium silicate Substances 0.000 description 14
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 14
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 13
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 13
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 13
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 12
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 12
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 12
- 206010012812 Diffuse cutaneous mastocytosis Diseases 0.000 description 11
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 11
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 11
- 229910052604 silicate mineral Inorganic materials 0.000 description 10
- BYFGZMCJNACEKR-UHFFFAOYSA-N Al2O Inorganic materials [Al]O[Al] BYFGZMCJNACEKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 9
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 9
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 8
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 8
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 8
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910004283 SiO 4 Inorganic materials 0.000 description 7
- 235000012215 calcium aluminium silicate Nutrition 0.000 description 7
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 7
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 7
- 229910052609 olivine Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 7
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 7
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L Calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 6
- 239000008346 aqueous phase Substances 0.000 description 6
- 239000000404 calcium aluminium silicate Substances 0.000 description 6
- WNCYAPRTYDMSFP-UHFFFAOYSA-N calcium aluminosilicate Chemical compound [Al+3].[Al+3].[Ca+2].[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O WNCYAPRTYDMSFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229940078583 calcium aluminosilicate Drugs 0.000 description 6
- 235000011116 calcium hydroxide Nutrition 0.000 description 6
- JHLNERQLKQQLRZ-UHFFFAOYSA-N calcium silicate Chemical compound [Ca+2].[Ca+2].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] JHLNERQLKQQLRZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- XFWJKVMFIVXPKK-UHFFFAOYSA-N calcium;oxido(oxo)alumane Chemical compound [Ca+2].[O-][Al]=O.[O-][Al]=O XFWJKVMFIVXPKK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 6
- 239000010450 olivine Substances 0.000 description 6
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 6
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 5
- 235000019738 Limestone Nutrition 0.000 description 5
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 5
- 239000011411 calcium sulfoaluminate cement Substances 0.000 description 5
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 5
- 238000010587 phase diagram Methods 0.000 description 5
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 5
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 5
- MVWDJLOUEUAWIE-UHFFFAOYSA-N O=C=O.O=C=O Chemical compound O=C=O.O=C=O MVWDJLOUEUAWIE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 4
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 4
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 4
- UFULAYFCSOUIOV-UHFFFAOYSA-N cysteamine Chemical compound NCCS UFULAYFCSOUIOV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 4
- NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N kaolin Chemical compound O.O.O=[Al]O[Si](=O)O[Si](=O)O[Al]=O NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000006028 limestone Substances 0.000 description 4
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 4
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 4
- 229910021487 silica fume Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010456 wollastonite Substances 0.000 description 4
- 229910052882 wollastonite Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910004762 CaSiO Inorganic materials 0.000 description 3
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 3
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 3
- 150000008044 alkali metal hydroxides Chemical class 0.000 description 3
- 229910001579 aluminosilicate mineral Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910021486 amorphous silicon dioxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002956 ash Substances 0.000 description 3
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 3
- 150000001735 carboxylic acids Chemical class 0.000 description 3
- 239000002734 clay mineral Substances 0.000 description 3
- 238000001541 differential confocal microscopy Methods 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 3
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 3
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 3
- RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N silicic acid Chemical compound O[Si](O)(O)O RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 3
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K aluminium hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[Al+3] WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- 229910052653 anorthoclase Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012736 aqueous medium Substances 0.000 description 2
- 239000002585 base Substances 0.000 description 2
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 description 2
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-N carbonic acid Chemical compound OC(O)=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000002149 energy-dispersive X-ray emission spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 229910001653 ettringite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 2
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 239000008262 pumice Substances 0.000 description 2
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 2
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000007704 wet chemistry method Methods 0.000 description 2
- 229910001720 Åkermanite Inorganic materials 0.000 description 2
- XYQHCDPZBXIAGW-UHFFFAOYSA-N Andesine Natural products COC(=O)C1=Cc2ccc3c(CCN(C)C)cc(OC)c(O)c3c2C(=O)O1 XYQHCDPZBXIAGW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-M Bicarbonate Chemical compound OC([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910021532 Calcite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005909 Kieselgur Substances 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 1
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 229910052658 andesine Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000000129 anionic group Chemical group 0.000 description 1
- 239000012237 artificial material Substances 0.000 description 1
- 229910052639 augite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001570 bauxite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- NWXHSRDXUJENGJ-UHFFFAOYSA-N calcium;magnesium;dioxido(oxo)silane Chemical compound [Mg+2].[Ca+2].[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O NWXHSRDXUJENGJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 150000004653 carbonic acids Chemical class 0.000 description 1
- 238000010000 carbonizing Methods 0.000 description 1
- 239000012707 chemical precursor Substances 0.000 description 1
- 229910052570 clay Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 1
- 239000011365 complex material Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 229910052637 diopside Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 1
- 208000018459 dissociative disease Diseases 0.000 description 1
- 238000006253 efflorescence Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 239000002223 garnet Substances 0.000 description 1
- 229910001678 gehlenite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 229910052638 hedenbergite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012761 high-performance material Substances 0.000 description 1
- 239000010903 husk Substances 0.000 description 1
- 150000004677 hydrates Chemical class 0.000 description 1
- 230000000887 hydrating effect Effects 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 150000007529 inorganic bases Chemical class 0.000 description 1
- 229910052659 labradorite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011018 labradorite Substances 0.000 description 1
- 229910052907 leucite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 229910052914 metal silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052651 microcline Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 1
- 210000004944 mitochondria-rich cell Anatomy 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 229910052664 nepheline Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010434 nepheline Substances 0.000 description 1
- 239000004058 oil shale Substances 0.000 description 1
- 229910052657 oligoclase Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000007530 organic bases Chemical class 0.000 description 1
- 150000003891 oxalate salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 229910001414 potassium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009700 powder processing Methods 0.000 description 1
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 description 1
- 230000005588 protonation Effects 0.000 description 1
- 206010037844 rash Diseases 0.000 description 1
- 239000012925 reference material Substances 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 1
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 1
- 150000004760 silicates Chemical class 0.000 description 1
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 150000003467 sulfuric acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 239000005335 volcanic glass Substances 0.000 description 1
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
- C01B33/20—Silicates
- C01B33/26—Aluminium-containing silicates, i.e. silico-aluminates
-
- 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
- C04B14/00—Use of inorganic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of inorganic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
- C04B14/02—Granular materials, e.g. microballoons
- C04B14/04—Silica-rich materials; Silicates
- C04B14/041—Aluminium silicates other than clay
-
- 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
- C04B14/00—Use of inorganic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of inorganic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
- C04B14/02—Granular materials, e.g. microballoons
- C04B14/04—Silica-rich materials; Silicates
- C04B14/043—Alkaline-earth metal silicates, 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
- 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
- C04B28/006—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 mineral polymers, e.g. geopolymers of the Davidovits type
-
- 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
-
- 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
- C04B7/00—Hydraulic cements
- C04B7/12—Natural pozzuolanas; Natural pozzuolana cements; Artificial pozzuolanas or artificial pozzuolana cements other than those obtained from waste or combustion residues, e.g. burned clay; Treating inorganic materials to improve their pozzuolanic characteristics
-
- 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
-
- 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]
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Geology (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
- Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)
Abstract
Синтетические пуццоланы получают с использованием местных материалов для обеспечения цементного материала, который является однородным по химическому составу и свойствам независимо от места получения указанных материалов. Описаны два способа получения. Один способ представляет собой высокотемпературный процесс, в котором материалы обрабатывают в полурасплавленном или расплавленном состоянии. Второй способ представляет собой низкотемпературный процесс в водной фазе.
Description
Перекрестная ссылка на родственные заявки
Настоящая заявка испрашивает приоритет и преимущество совместно рассматриваемой предварительной заявки на патент США 62/332318, поданной 5 мая 2016 года, которая полностью включена в настоящий документ посредством ссылки.
Область техники
Изобретение относится к цементам в целом и, в частности, к пуццолановым материалам, которые используют в цементных композициях.
Уровень техники
Цементы различных типов применяют во всех видах строительства на протяжении тысячелетий. Типичный современный гидравлический цемент, чаще всего известный как обычный портландцемент (ОПЦ), является одним из наиболее широко используемых веществ на планете.
Несмотря на то, что обычные бетоны на основе портландцемента имеют более низкий углеродный след, чем большинство других конструкционных материалов, из-за больших ежегодных объемов производства портландцементный бетон является значительным источником антропогенных выбросов углекислого газа во всем мире. Для сокращения выбросов CO2 необходимы современные подходы к созданию нового поколения гидравлических цементов. В настоящее время при получении цементного клинкера в самой эффективной цементной печи выброс составляет 816 кг CO2 на тонну ОПЦ клинкера. Смешивание измельченного цементного клинкера с дополнительными цементными материалами (ДЦМ), которые имеют низкий или нулевой выброс CO2, снижает общий выброс CO2 конечного продукта. Использование цемента с минимально возможным коэффициентом насыщения клинкера для конкретного применения является наиболее распространенным решением в промышленности, направленным на сокращение выбросов CO2 от установок для получения цемента.
ДЦМ, которые смешивают с ОПЦ клинкером для обеспечения низкого коэффициента насыщения клинкера, представляют собой главным образом летучую золу и шлак. С учетом стремления сократить углеродный след за счет снижения коэффициента насыщения цементного клинкера спрос на материалы, ранее считавшиеся отходами (летучую золу и шлак), возрос до такой степени, что стоимость указанных материалов может быть сопоставима со стоимостью ОПЦ. Благодаря спросу на вещества, которые ранее рассматривали как отходы, а также минимальной обработке отходов нефтяные сланцы или глинистые минералы могут быть получены экономически эффективно и использованы в качестве ДЦМ. Существует потребность в получении экологически безопасных ДЦМ, которые могут в значительной степени заменить ОПЦ в цементе.
Сущность изобретения
Согласно одному из аспектов в настоящем изобретении описаны способы получения материалов со значительной долей аморфной фазы, способной к активации.
В одном из вариантов реализации материал получают путем измельчения и обжига материалов в высокотемпературном процессе в твердой фазе с получением клинкера с некоторым количеством кристаллического компонента и некоторым количеством способной к активации аморфной фазы, полученной из жидкой фазы, образующейся во время обжига.
В другом варианте реализации материал получают путем разложения или растворения в воде природного, отработанного или искусственного минерала, содержащего силикат с CO2, с получением способной к активации аморфной фазы и дополнительных кристаллических осадков.
В еще одном варианте реализации полученный материал, содержащий способную к активации аморфную фазу, смешивают с водой и активатором с получением цементного композиционного материала.
В еще одном варианте реализации активатор выбирают из ОПЦ (1-70 мас.%), свободной извести (1-20 мас.%), гидроксида кальция (1-20 мас.%) и гидроксидов щелочных металлов (NaOH, KOH от 1 до 10 мас.%) по отдельности или в комбинации. Согласно одному из аспектов изобретение относится к синтетическому пуццолану, содержащему по меньшей мере 10 мас.% способной к активации аморфной фазы, состоящей из одного или нескольких силикатных, алюмосиликатных и алюминатных материалов, причем активацию способной к активации аморфной фазы осуществляют путем проведения химической реакции с получением цементной композиции. В одном из вариантов реализации синтетический пуццолан дополнительно содержит кристаллическую фазу.
В другом варианте реализации кристаллическая фаза содержит преимущественно кристаллический мелилит.
В еще одном варианте реализации кристаллическая фаза содержит преимущественно кристаллический полевой шпат плагиоклаз.
В еще одном варианте реализации кристаллическая фаза содержит преимущественно кристаллический щелочной полевой шпат.
В соответствии с другим аспектом изобретение относится к способу получения синтетического пуццолана, причем синтетический пуццолан содержит по меньшей мере 10 мас.% способной к активации аморфной фазы, указанный способ включает стадию проведения реакции в твердой фазе в высокотемпературном процессе с получением клинкера.
В одном из вариантов реализации стадия проведения реакции в твердой фазе в высокотемператур- 1 038661 ном процессе включает стадии выбора одного или более сырьевых материалов-предшественников; анализ химического состава одного или более сырьевых материалов-предшественников, смешение одного или более сырьевых материалов-предшественников с получением смешанной композиции предшественника, в которой объемное молярное отношение Ca к сумме Al, Fe, Mg, Si составляет 0,5-1,0, а сумма оксидов металлов Al, Fe и Mg составляет по меньшей мере 14 мас.%, а также нагревание смешанной композиции предшественника до температуры от 800 до 1400°C в течение времени, достаточного для проведения реакции смешанной композиции предшественника с получением клинкера на основе мелилита.
В другом варианте реализации стадия проведения реакции в твердой фазе в высокотемпературном процессе включает стадии выбора одного или более сырьевых материалов-предшественников, анализа химического состава одного или более материалов-предшественников, смешения одного или более сырьевых материалов-предшественников с получением смешанной композиции предшественника с объемным химическим составом AlSi2O8 с добавлением одного или более из CaAl (конечный член анортит), NaSi (конечный член альбит) или KAl (конечный член ортоклаз) с молярным отношением компонентов CaAl+NaSi+KAl к AlSi2O8 от 0,8-1,2 к 1, а также нагревания смешанной композиции предшественника до температуры от 800 до 1400°C в течение времени, достаточного для проведения реакции смешанной композиции предшественника с получением клинкера на основе полевого шпата плагиоклаза. В еще одном варианте реализации способ получения синтетического пуццолана дополнительно включает стадию применения реагента для предварительной обработки для увеличения скорости реакции или максимальной степени завершенности реакции в твердой фазе в сравнении со скоростью реакции или максимальной степенью завершенности реакции, которые наблюдаются в отсутствие реагента для предварительной обработки.
В еще одном варианте реализации реагент для предварительной обработки представляет собой раствор органической кислоты, содержащий по меньшей мере одну из уксусной кислоты, лимонной кислоты, винной кислоты, глюконовой кислоты и щавелевой кислоты.
В другом варианте реализации способ получения синтетического пуццолана включает стадию введения реагента для предварительной обработки во время измельчения клинкеров.
В еще одном варианте реализации способ получения синтетического пуццолана включает стадию добавления реагента для предварительной обработки к измельченному клинкеру.
В соответствии с другим аспектом изобретение относится к способу получения синтетического пуццолана, содержащего по меньшей мере 10 мас.% способной к активации аморфной фазы, при этом способ включает стадию проведения реакции в водной фазе в низкотемпературном процессе.
В одном из вариантов реализации стадия проведения реакции в водной фазе в низкотемпературном процессе включает использование предшественника, содержащего силикатный минерал для разложения или инконгруэнтного растворения с образованием способной к активации аморфной фазы, а также химического вещества-предшественника для содействия разложению или растворению минералапредшественника.
В другом варианте реализации способ получения синтетического пуццолана дополнительно включает стадию перколяционной очистки отработанного газа, содержащего CO2, через реактор.
В еще одном варианте реализации вещество-предшественник представляет собой кислоту.
В еще одном варианте реализации вещество-предшественник получают из газообразного CO2.
В дополнительном варианте реализации химическое вещество-предшественник синтезируют из газообразного CO2.
В еще одном варианте реализации минерал-предшественник выбирают из минерала, полученного естественным путем, кремнистого известняка, глины, волластонита, оливина и полевого шпата.
В дополнительном варианте реализации минерал-предшественник представляет собой искусственный материал, выбранный из обычного портландцемента, кальций-сульфоалюминатного цемента, кальций-алюминатного цемента, способного к карбонизации кальций-силикатного цемента и синтетического литейного песка.
В еще одном варианте реализации минерал-предшественник представляет собой синтетический пуццолан.
В еще одном варианте реализации минерал-предшественник выбирают из отходов, шлака и летучей золы.
В другом варианте реализации способная к активации аморфная фаза содержит SiO2, Al2O3 и Al2O3SiO2.
Согласно другому аспекту изобретение относится к композиционному материалу, полученному смешением синтетического пуццолана по п.1 с активатором и водой.
В одном из вариантов реализации активатор выбран из гидравлического цемента (1-70 мас.%), свободной извести (1-20 мас.%), гидроксида кальция (1-20 мас.%) и гидроксидов щелочных металлов (NaOH, KOH от 1 до 10 мас.%) по отдельности или в комбинации.
Указанные выше и другие задачи, аспекты, отличительные признаки и преимущества изобретения станут более очевидными из следующего далее описания и формулы изобретения.
- 2 038661
Краткое описание чертежа
Задачи и отличительные признаки настоящего изобретения станут более понятными со ссылкой на описанные ниже фигуры, а также формулу изобретения. Фигуры не обязательно выполнены в масштабе, акцент сделан в основном на иллюстрирование принципов изобретения. На фигурах одинаковые цифры использованы для обозначения аналогичных деталей на различных видах. Чертеж представляет собой диаграмму трех фаз CaO - SiO2 - Al2O3, на которой показаны химические составы пуццолана, общий химический состав обычного портландцементного клинкера и представляющая интерес область высокотемпературного клинкера на основе мелилита - анортита в соответствии с принципами изобретения.
Подробное описание изобретения
Настоящее изобретение способствует уменьшению углеродного следа гидравлических цементов, получаемых традиционными способами. ДЦМ обычно состоят из аморфных силикатов и/или аморфных алюмосиликатов, которые могут быть активированы в присутствии основания. Способная к активации аморфная фаза представляет собой аморфную фазу, содержащую фазу аморфного силиката и/или аморфного алюмосиликата, которая может быть активирована для придания цементирующих свойств.
Указанные ДЦМ необходимо получать во всем мире, предпочтительно в рамках существующей инфраструктуры производства цемента, с обеспечением надежной и устойчивой цепочки поставок для того, чтобы они играли важную роль в производстве цемента и бетона.
Для уменьшения углеродного следа цементных продуктов были предприняты попытки уменьшения количества клинкера при получении цемента. Это стало возможным во многих применениях благодаря использованию пуццоланов. Пуццоланы включают ряд природных материалов и промышленных побочных продуктов, которые обладают способностью заменять часть портландцемента в бетоне и в то же время способствуют повышению прочности готового элемента из бетона. Поскольку указанные материалы способствуют повышению прочности, они способны заменить значительное количество портландцемента, в некоторых случаях до 80%. Многие пуццолановые материалы, особенно промышленные побочные продукты, имеют по существу низкий углеродный след. В некоторых вариантах реализации их применение в смешанных цементах значительно уменьшает углеродный след цемента. Термин пуццолан в широком смысле включает силикатные или алюмосиликатные и алюминатные материалы, которые не обладают какими-либо собственными цементирующими свойствами, однако могут вступать в химическую реакцию (или подвергаться активации) с гидроксидом кальция в присутствии воды с получением цементирующих соединений. В настоящем описании пуццолановый материал также упоминается как способная к активации аморфная фаза. Исторически природные материалы, содержащие компонент из вулканического стекла, использовали в комбинации с гашеной известью для получения растворов в соответствии с древними строительными технологиями. В наше время большое количество пуццолановых материалов используют в сочетании с гидравлическими цементами. К пуццолановым материалам относятся такие материалы как летучая зола, измельченный гранулированный доменный шлак (GGBFS), микрокремнезем, сожженные органические остатки (например, зола рисовой шелухи), химически активный метакаолин (кальцинированные глины), кальцинированные сланцы, вулканический пепел, пемза и диатомовая земля.
Чертеж представляет собой диаграмму 100 трех фаз CaO - SiO2 - Al2O3, на которой показаны химические составы обычных пуццоланов, общий химический состав обычного портландцементного клинкера и представляющая интерес область высокотемпературного клинкера на основе мелилита - анортита в соответствии с принципами настоящего изобретения.
На чертеже показаны некоторые пуццоланы в соответствии с известным уровнем техники, в том числе микрокремнезем 102, природные пуццоланы 104, тип F FA (летучая зола) 106, GBBS (также указан как измельченный гранулированный доменный шлак GGBFS) 108, ОПЦ 110 и тип С FA (летучая зола) 112.
На фиг. 1 новые пуццоланы в соответствии с настоящим изобретением обозначены той частью зоны 120 пуццолана на основе мелилита-анортита, которая не перекрывает по составу ни один из пуццоланов предшествующего уровня техники. Реакция пуццолана в типичной гидравлической цементной системе представляет собой просто реакцию между портландитом (Ca(OH)2), который обеспечен гидравлическим цементным компонентом, и кремниевой кислотой (H4SiO4). В результате реакции получают соединение, обычно называемое гидросиликатом кальция (C-S-H), которое обозначают как CaH2SiO4-2H2O. Образование C-S-H показано в уравнении 1. Несмотря на то, что оно может быть представлено как стехиометрическая реакция, на практике фаза CSH может иметь крайне изменчивое молярное отношение Ca/Si и крайне изменчивое содержание кристаллической воды.
В данном документе индексы (aq), (s), (1) обозначают водную, твердую и жидкую фазу соответственно.
Са(ОН Ь,,,. ! 114SiΟ4ί.„, - Cal I >SiO4 211.О,., (I)
Во многих случаях гидроксид алюминия также присутствует в водной среде (алюминат, Al(OH)4) и может подвергаться аналогичной реакции с образованием гидратов алюмината кальция, таких как C4AH13 (Ca4Al2O7-13H2O) или C3AH6, (Ca3Al2O6-6H2O), гидрогранат). В присутствии кремниевой кислоты происходит образование гидросиликатов алюмината кальция (C-A-S-H), таких как C2ASH8
- 3 038661 (Ca2Al2SiO7-8H2O), стратлингит) или более сложных осадков C-A-S-H. Реакции, в результате которых образуются простые разновидности С-А-Н и C-A-S-H, представлены в уравнениях 2-4. Виды C-S-H, а также содержание Са, Si, A1 и H2O в C-A-S-H могут быть весьма различными.
ДСаЮНЬ,.,, 1 2Al(OHh.,L/. i 6}ЬО,- - СщАЬО 131ЬО.„ (2)
ЗСа(ОНЬ,,„ । 2А1(ОНк,л/. - CmALO. hl00,.,, (3)
2Са(ОИ)2.1Л,, । 2А1(ОТ1>м,а,л i'II4$iO4,। ТЬО,/. Са?АЬ8Ют 8Η?Ο,Λ., (4)
Щелочные частицы, такие как калий или натрий, также взаимодействуют с водным гидроксидом алюминия и кремниевой кислотой при некоторых обстоятельствах и образуют похожие осадки щелочного гидросиликата алюминия.
В присутствии других анионных частиц, таких как сульфат или карбонат, другие сложные гидраты, такие как эттрингит (Ca6Al2(SO4)3(OH)12-26H2O) или монокарбонат, могут выпасть в осадок. Образование эттрингита и монокарбоната показаны в уравнениях 5 и 6.
3Ca(OII l·.,,,, + ЗАКОН+ 3CaSOv,7. 26Η?Ο,/ - Ca(1AUSOtHOH)P · 26ΗΌ- (5)
4Ca(OH)3,£,f/. + 2Al(OHh(l„7, + H.( - 1 oi 1 О · Ca-,ΛΙ O(, CaCO; · 11 H2O- (6)
Различные описанные комплексные разновидности гидратов можно в целом описать как цементирующие соединения, и, как известно, они способствуют механической прочности цементирующих систем.
Для участия в пуццолановой реакции используемый в системе пуццолан должен обладать способностью образовать H4SiO4 и Al(OH)3 на водной основе. В связи с нестабильностью аморфных фаз, содержащих SiO3 и Al2O3, они являются более предпочтительными в сравнении с кристаллическими фазами. Во многих случаях растворимость SiO3 и Al2O3 может быть улучшена путем отверждения бетонов, содержащих пуццолан, при высоких температурах или путем введения щелочных гидроксидных активаторов. В контексте настоящего изобретения указанная пуццолановая фаза упоминается как способная к активации аморфная фаза. Состав конкретного пуццолана определяет, какие частицы могут способствовать образованию цементных соединений. Высококремнеземистые пуццоланы могут содействовать реакции только за счет соединений типа SiO2. Измельченный гранулированный доменный шлак различного состава типа пуццолана может отдавать производные SiO2, Al2O3 и СаО в цементирующие композиции.
С давних времен используют природные пуццоланы, а именно вулканическую пемзу, полученную из отложений вулканического пепла. Указанные породы в измельченном виде имеют высокую степень естественной пуццолановой активности вследствие их аморфного характера. Тем не менее, они имеют географические ограничения и доступны для применения в качестве ДЦМ только в определенных регионах Европы и Ближнего Востока. Поскольку цементная промышленность по своей природе является крупномасштабной и малоприбыльной отраслью, переработка и транспортировка природных пуццоланов является экономически обоснованной только при определенных обстоятельствах.
Кальцинирование некоторых природных сырьевых материалов для получения пуццоланового материала является альтернативным подходом к обеспечению большого количества реакционноспособных ДЦМ. Разработан способ кальцинирования глинистых минералов с получением метакаолина (аморфного Al2Si2O7) для применения в качестве ДЦМ. В некоторых случаях сырье из глины подвергают кальцинированию с известняком, который обеспечивает портландит (Ca(OH)2) для пуццолановой реакции в комбинации с водой. Кальцинирование отходов сланцев от добычи нефти или природного газа также используют для получения более сложного материала, который может содержать различные пропорции метакаолина, аморфного кремнезема и свободной извести.
Применение простых обработанных пуццоланов, как и природных пуццоланов, зависит от локальной доступности соответствующего сырья. Для многих решений, связанных с пуццоланами на основе кальцинированной глины, требуется особый химический состав глины, которая не является географически распространенной. Кальцинирование сланцев, особенно из отходов добычи углеводородов, ограничивается местом проведения указанных операций, а также дополнительным требованием к химическому составу добываемых пород, который должен быть подходящим для переработки в ДЦМ. В отличие от природного пуццолана, для которого требуются только технологические стадии дробления и/или измельчения, для кальцинированных природных пуццоланов требуется дополнительная обработка во вращающейся печи для получения аморфной алюмосиликатной фазы, вступающей в реакцию с портландитом. Для дополнительных стадий обработки необходима соответствующая инфраструктура, транспортировка и дополнительные затраты, что ограничивает экономическую целесообразность, за исключением очень благоприятных условий.
Промышленные побочные продукты являются наиболее типичными современными ДЦМ. Тремя наиболее распространенными побочными продуктами являются летучая зола, измельченный гранулированный доменный шлак (GGBFS) и микрокремнезем. Преимущество применения указанных побочных продуктов заключается в том, что углеродный след можно принять равным нулю (0). Стоимость указанных материалов должна быть низкой. Однако из-за стремления к снижению коэффициента насыщения клинкера в цементной промышленности спрос на подобные материалы вырос до такой степени, что они
- 4 038661 могут стоить столько же или больше, чем компонент гидравлического клинкера в смешанном цементе. Побочные продукты, как и природные пуццоланы, имеют географические ограничения. Например, страны с незначительным производством стали не имеют доступа к GGBFS. Как GGBFS, так и летучую золу можно смешивать в больших пропорциях в гидравлических цементных системах, что делает их чрезвычайно привлекательными для снижения коэффициента насыщения клинкера. Однако указанные материалы являются побочными продуктами получения другого промышленного продукта, поэтому их недостатком являются непостоянство состава и качества. Состав и реакционная способность указанных побочных продуктов зависит от характеристик процесса и сырья, из которого они получены. По указанной причине существует высокая нестабильность качества как в зависимости от географического положения, так и во времени. Для более широкого применения реакционноспособных ДЦМ, таких как пуццоланы, в цементной промышленности, необходимо решить проблемы, связанные с повсеместной доступностью и стабильностью качества. Предпочтительным решением является специальный пуццолан, который получают промышленно, по возможности с использованием имеющегося в большом количестве недорогого сырья и существующей производственной инфраструктуры. В некоторых вариантах реализации необходимо иметь возможность синтезировать раствор с использованием повсеместно доступного сырья, а также иметь возможность контролировать постоянство состава сырья. Специальный пуццолан также предпочтительно имеет меньший углеродный след, чем обычный гидравлический цемент.
Как описано в данном документе, синтетический пуццолан представляет собой искусственный реакционноспособный ДЦМ, предназначенный для применения в комбинации с активатором с получением цементного связующего. Синтетический пуццолан содержит некоторую долю вещества, способного реагировать с активатором с образованием цементных осадков.
Синтетический пуццолан обычно отдает ионы Si и Al в цементные осадки. В зависимости от состава синтетический пуццолан может отдавать для образования цементных осадков другие частицы, например, Na, K, Fe, Mg или Ca. В некоторых вариантах реализации композиция синтетического пуццолана может быть разработана так, чтобы регулировать соотношение образующих цементное соединение веществ, поступающих в систему синтетический пуццолан - активатор. В настоящем изобретении описаны способы непрерывного и надежного обеспечения способного к активации материала, содержащего аморфную фазу, также известного как пуццолан или пуццолановый материал.
Описаны два различных способа получения вещества, содержащего пуццолан.
Высокотемпературный способ
Одним из способов является высокотемпературный способ, который может быть реализован в известных цементных печах с имеющимся сырьем. Описаны два высокотемпературных клинкерообразующих химических состава. Один химический состав на основе минералов мелилитовых пород, второй на основе полевых шпатов плагиоклазов.
В некоторых вариантах реализации цементный материал, полученный в результате высокотемпературной обработки, представляет собой комбинацию или некоторый промежуточный продукт систем на основе мелилита и плагиоклаза.
В определенных вариантах реализации сырьевой материал-предшественник, используемый для высокотемпературной обработки, может содержать природные сырьевые материалы, такие как известняк, ил, песчаники, глины, диатомовые земли, мергель, бокситы, железную руду или другие подходящие природные ресурсы.
В некоторых вариантах реализации сырьевой материал-предшественник, используемый для высокотемпературной обработки, может содержать отходы или побочные продукты процесса, такие как летучую золу, шлак, микрокремнезем, формовочный песок, рудные хвосты, карьерные шламы, стекольный бой, отходы дробленого бетона или подходящие отходы или побочные продукты процесса.
В определенных вариантах реализации сырьевой материал-предшественник, используемый для высокотемпературного процесса, может представлять собой некоторую комбинацию природных источников, отходов, а также побочных продуктов процесса.
Второй подход заключается в том, что силикатсодержащие минералы, которые могут быть получены из нескольких различных источников, подвергают воздействию низкотемпературного процесса в водной среде, в ходе которого они разлагаются или растворяются с получением способной к активации аморфной фазы.
В некоторых вариантах реализации процесс в водной фазе протекает с использованием химических соединений, предпочтительно углекислоты, ионов бикарбоната или щавелевой кислоты, полученных из газообразного СО2.
В некоторых вариантах реализации предшественник силикатного минерала для процесса в водной фазе может представлять собой силикатный минерал природного происхождения или минералы, такие как волластонит, оливин, глинистые минералы, известняки или полевые шпаты.
В некоторых вариантах реализации предшественник силикатного минерала для процесса в водной фазе может представлять собой отходы, такие как летучая зола, шлак, формовочный песок или рудные хвосты.
В некоторых вариантах реализации предшественник силикатного минерала для процесса в водной
- 5 038661 фазе может представлять собой искусственный материал, такой как обычный портландцемент, способный к карбонизации кальций-силикатный цемент, кальций-сульфоалюминатный цемент, белитовый цемент, кальций-алюминатный цемент или синтетические формовочные пески.
Мелилитовый клинкер
Минерал мелилит представляет собой ортосиликат, который состоит из кристаллического твердого раствора геленита (Ca2Al2SiO7) и акерманита (Ca2MgSi2O7). Мелилиты также могут содержать значительные пропорции железа или натрия и при определенных условиях образуют композиции железоакерманит (Ca2Fe2+Si2O7), железо-геленит (Ca2Fe3+AlSiO7) или натрий-мелилит (NaCaAlSi2O7). При определенных условиях мелилиты могут дополнительно содержать ионы калия в результате замещения. Мелилиты могут быть описаны общей формулой (Ca,Na,K)2[(Mg,Fe2+,Fe3+, Al, Si )з О7].
Мелититовая минеральная композиция состоит из смеси дискретных кристаллических фаз мелилита или присутствует в виде твердого раствора мелилита, который может быть описан любым из указанных выше видов минералов.
Композиции мелилитовых минералов также содержат аморфную (некристаллическую) кальцийалюмосиликатную фазу в дополнение к кристаллическим фазам, описанным выше. Указанная аморфная фаза также может содержать множество примесей, поступивших из сырья или в результате обработки.
Композицию мелилитового минерала разрабатывают путем выбора одного или нескольких сырьевых материалов-предшественников, их смешения для получения смешанного предшественника, в котором объемное молярное отношение Ca к сумме Al, Fe, Mg, Si составляет 0,5-1,0 и сумма оксидов металлов Al, Fe и Mg составляет 14 мас.% в расчете на конечную композицию мелилитового минерала; а также нагревания смешанной композиции предшественника до температуры от 800 до 1400°С.
Щелочные частицы, такие как Na или K, могут заменить Ca в кристаллической фазе мелилита.
Щелочные частицы, такие как Na или K, или галогеновые частицы, такие как F или Cl, могут быть введены для образования большего количества жидкости во время обжига и, таким образом, получения более аморфной фазы в конечной минеральной композиции на основе мелилита.
При разработке минеральной композиции на основе мелилита требуемая композиция может быть определена путем химического анализа доступных сырьевых материалов. Химический анализ может быть выполнен любым удобным способом, таким как мокрая химия, рентгеноструктурный анализ и EDAX. В некоторых вариантах реализации возможно присутствие некоторых следовых примесей, не указанных в требуемой композиции, таких как железо, натрий, калий и другие широко распространенные элементы.
Химический состав клинкера может быть обеспечен с использованием существующей инфраструктуры производства цемента и сырьевых материалов с минимальными изменениями процесса. Ожидается, что указанный требуемый химический состав обеспечит сокращение выбросов CO2 примерно на 40% по сравнению с обычным портландцементом (ОПЦ), который производят в настоящее время в самой эффективной печи. Ожидается, что в некоторых вариантах реализации основными полученными фазами будут кристаллический мелилит и аморфный алюмосиликат кальция. В некоторых вариантах аморфный алюмосиликат кальция содержит способную к активации аморфную фазу. Ожидается, что в некоторых вариантах реализации будут незначительные фазы (вероятно, менее 7%), содержащие один или более из остаточного диоксида кремния, свободной извести, C2S (белит Ca2SiO4), CS (волластонит CaSiO3) a также C3S2 (ранкинит Ca3Si2O7), кротит (CaAl2O4), гроссит (CaAl4O7), гибонит (CaAl12O14), корунд (Al2O3) или анортит (CaAl2Si2O8).
В некоторых вариантах реализации оксидный состав способной к активации аморфной фазы зависит от оксидного состава смешанного предшественника и термической истории минеральной композиции на основе мелилита. Например, в случае 100% аморфной композиции на основе мелилита оксидный состав способной к активации аморфной фазы будет таким же, как оксидный состав смешанного предшественника. В случае присутствия кристаллической фазы оксидный состав способной к активации аморфной фазы представляет собой оксидный состав смешанного предшественника за вычетом чистого оксидного состава кристаллических фаз.
Клинкер из полевого шпата
В основе еще одной минеральной композиции, способной к активации при высокой температуре, находятся полевые шпаты плагиоклаз и ортоклаз. Анортит (CaAl2Si2O8) представляет собой минеральную систему, которая находится рядом с геленитом на диаграмме равновесия тройной системы CaO Al2O3 - SiO2. Анортит в сочетании с натрием и калием приводит к образованию ряда минералов, известных как плагиоклаз и щелочные полевые шпаты. Для краткости указанная группа минералов в целом будет указана как полевые шпаты. Способный к активации минерал на основе полевого шпата может иметь еще меньший углеродный след, чем способный к активации минерал на основе мелилита вследствие того, что для синтеза требуется меньше Ca и, следовательно, меньше CaCO3.
Полевые шпаты являются геологически распространенными минералами, большинство из которых могут быть классифицированы по химическому составу как члены тройной системы альбит (NaAlSi3O8,
- 6 038661
Ab) - ортоклаз (KAlSi3O8, Or) - анортит (CaAl2Si2O8, An). Композиции между альбитом и ортоклазом широко известны как щелочные полевые шпаты, а композиции между альбитом и анортитом обычно известны как плагиоклазы. Минералы твердого раствора между анортитом и альбитом обычно определяются содержанием анортита (An) в минерале. К ним относятся анортит (>90% An), битовнит (70-90% An), лабрадорит (50-70% An), андезин (30-50% An), олигоклаз (10-30% An), а также альбит (0-10% An). Минералы ряда твердых растворов между альбитом и ортоклазом определяются аналогичным образом по содержанию ортоклаза (Or). К ним относятся альбит (0-10% Or), анортоклаз (10-36% Or). При более высоком содержании возможны различные комбинации микроклина (KAlSi3O8) и санидина (KAlSi3O8) в сочетании с включениями альбита или анортоклаза.
Минеральная композиция на основе полевого шпата состоит из смеси дискретных кристаллических фаз плагиоклаза или щелочного полевого шпата, или в виде серии твердых растворов плагиоклаза, или в виде серии твердых растворов щелочного полевого шпата, или в виде комбинации любого из вышеупомянутых видов минералов или твердого раствора.
Композиции мелилитовых минералов также содержат аморфную (некристаллическую) кальцийалюмосиликатную фазу в дополнение к кристаллическим фазам, описанным выше. Указанная аморфная фаза также может содержать множество примесей, поступивших из сырья или в результате обработки.
Минеральную композицию на основе полевого шпата разрабатывают путем выбора одного или нескольких сырьевых материалов-предшественников и их смешения с получением смешанного предшественника с объемным химическим составом, описанным базовой композицией AlSi2O8 с добавлением комбинации CaAl (конечный член анортит), NaSi (конечный член альбит) или KAl (конечный член ортоклаз) с молярным отношением компонентов CaAl+NaSi+KAl к AlSi2O8 от 0,8 до 1,2. В некоторых вариантах реализации отношения KAl, CaAl, NaSi можно изменять для увеличения содержания жидкости во время обжига и, таким образом, содержания аморфной фазы в конечной минеральной композиции на основе полевого шпата. В некоторых вариантах реализации могут быть введены различные галогены, такие как Cl или F, для увеличения содержания жидкости во время обжига и, таким образом, содержания аморфной фазы в конечной минеральной композиции на основе полевого шпата.
При разработке минеральной композиции на основе полевого шпата требуемая композиция может быть определена путем химического анализа доступных сырьевых материалов-предшественников. Химический анализ может быть выполнен любым удобным способом, таким как мокрая химия, рентгеноструктурный анализ и EDAX. В некоторых вариантах реализации возможно присутствие некоторых примесей, не указанных в требуемой композиции, таких как железо, магний и другие широко распространенные элементы.
Указанный химический состав клинкера может быть обеспечен с использованием существующей инфраструктуры производства цемента и имеющихся сырьевых материалов с минимальными изменениями процесса.
Ожидается, что указанный требуемый химический состав обеспечит сокращение выбросов CO2 примерно на 60% по сравнению с обычным портландцементом (ОПЦ), который производят в настоящее время в самой эффективной печи. Ожидается, что в некоторых вариантах реализации основными полученными фазами будут кристаллический анортит и аморфный кальций-алюмосиликат. В некоторых вариантах реализации аморфный кальций-алюмосиликат содержит способную к активации аморфную фазу. Ожидается, что в некоторых вариантах реализации будут присутствовать незначительные фазы (вероятно, менее 7%), содержащие одно или более из остаточного диоксида кремния, свободной извести, C2S (белит Ca2SiO4), CS (волластонит CaSiO3), а также C3S2 (ранкинит Ca3Si2O7), кротит (CaAl2O4), гроссит (CaAl4O7), гибонит (CaAl12O19), корунд (Al2O3), мелилит ((Ca,Na,K)2(Al,Fe2+,Fe3+,Mg,Si)2SiO7), нефелин (Na3KAl4Si4Oi6), леуцит (KAlSi2O6), диопсид (MgCaSi2O6), геденбергит (FeCaSi2O6), авгит ((Ca,Na)(Mg,Fe,Al,Ti)(Si,Al)2O6) или минералы группы оливина ((Mg,Fe)2SiO4).
В некоторых вариантах реализации оксидный состав способной к активации аморфной фазы зависит от оксидного состава смешанного предшественника и термической истории минеральной композиции на основе полевого шпата. Например, в случае 100% аморфной композиции на основе полевого шпата оксидный состав способной к активации аморфной фазы будет таким же, как оксидный состав смешанного предшественника. В случае присутствия кристаллической фазы оксидный состав способной к активации аморфной фазы представляет собой оксидный состав смешанного предшественника за вычетом чистого оксидного состава кристаллических фаз.
Цементные композиции
Предполагается, что полученный материал представляет собой смесь кристаллических фаз и аморфной фазы. Высокое содержание аморфной фазы является предпочтительным. Для операций во вращающейся печи аморфная фаза может составлять 30%, 40% или 50% продукта. Для других типов печей, в которых плавится вся шихта, аморфная фаза может составлять даже более высокое процентное содержание, например, 60%, 70% или 80% продукта.
В вариантах реализации с мелилитом или полевым шпатом смесь кристаллических фаз и аморфной фазы смешивают с активаторами, как описано далее. Способ получения цемента включает одну из реакций, описанных для получения минеральной композиции на основе мелилита или минеральной компози
- 7 038661 ции на основе полевого шпата и их аморфных фаз.
Синтетические пуццоланы на основе полевого шпата - мелилита обычно занимают площадь фазовой диаграммы CaO - Al2O3 - SiO2, указанную на фиг. 1. В зависимости от назначения синтетического пуццолана на основе полевого шпата - мелилита композиция может попадать в область, иным образом связанную с другими натуральными пуццоланами или пуццоланами, которые являются побочными продуктами. Однако в подобном случае предполагается, что синтетический пуццолан специально разработан для обеспечения требуемого уровня реакционной способности пуццолана и воспроизводимости в промышленности, в отличие от материала побочного продукта, который просто собирают и подвергают минимальной обработке для использования в качестве пуццолановых ДЦМ.
Указанная область синтетического пуццолана на основе полевого шпата - мелилита на фазовой диаграмме CaO - Al2O3 - SiO2 не учитывает другие компоненты, которые могут быть включены в синтетические пуццолановые материалы или в результате разработки, или по причине выбора сырья. Присутствующие компоненты, такие как Na, K, Fe, Mg, Ti, Mn и другие, могут являться дополнительным отличием состава синтетического пуццолана от существующего природного пуццолана или пуццолана, который представляет собой побочный продукт.
Кроме того, на фазовой диаграмме CaO - Al2O3 - SiO2 существуют явно выраженные области, которые обычно не связаны с каким-либо используемым природным или побочным продуктом. Один определенный диапазон композиций находится между кремнеземными природными пуццоланами и молотым гранулированным доменным шлаком. Другой четкий диапазон находится в центре фазовой диаграммы между летучей золой типа C и типа F.
Затем материал измельчают для того, чтобы размеры частиц нового синтетического пуццолана были как в ОПЦ или меньше.
Далее смешивают новый синтетический пуццолан с одним из описанных активаторов. В некоторых вариантах реализации смешение может быть осуществлено путем совместного измельчения. В некоторых других вариантах реализации активатор можно держать отдельно и вводить во время получения композиционного материала из синтетического пуццолана.
Синтез в водной среде
Альтернативный подход к синтезу способной к активации аморфной фазы для применения в качестве ДЦМ заключается в использовании механизма растворения многих распространенных силикатных минералов. Многие минералы, в частности, силикаты кальция, способны подвергаться процессу, известному как инконгруэнтное растворение, при котором катион металла выщелачивается из исходной кристаллической матрицы. Удаление катиона металла приводит к нестабильности кристаллической фазы, однако SiO2 не растворяется и, напротив, остается в виде аморфной твердой фазы. Указанный нанопористый аморфный продукт реакции SO2 является идеальным вариантом для использования в качестве пуццоланового ДЦМ. В некоторых системах силикатный минерал может полностью раствориться и привести к осаждению аморфного SiO2 и образованию другого осадка. Причиной растворения является вытеснение катионов металлов из основного минерала в результате протонирования или реакции с ионами H+(aq). Таким образом, растворение значительно увеличивается при кислотных уровнях рН.
Возможны различные способы получения пуццолана с помощью указанного процесса растворения. Один из простых способов заключается в карбонизации кальций-силикатных минералов.
Фазы силиката кальция или алюмината кальция, которые содержатся в природных минералах, обычном портландцементе, белитовом цементе, кальций-сульфоалюминатном цементе, кальцийалюминатном цементе и способных к карбонизации кальций-силикатных цементах, таких как Solidia Cement, могут вступать в реакцию с CO2(g) с получением кристаллического карбоната кальция и аморфного силикатного и/или алюминатного продукта реакции. В случае карбонизации непосредственно CO2(g) молекула CO2 растворяется и диссоциирует, как показано в уравнениях 7-9. Упрощенная реакция с фазами силиката кальция показана в уравнениях 10-13. Понятно, что продукт реакции присутствует в виде аморфной фазы. Аналогично в результате карбонизации алюминатов кальция может быть получен аморфный Al2O3(S).
| + н ,ο./ — | ΗΑΌ;,^, | (7) | |
| н2со,„. | k Н Шц | • НСОЛ,.,. | (8) |
| нсоЛ | Η'(ί/ί/ | (9) | |
| CaSiO.,. | - + СОз^ | *СаСО^, -SiOz „ | 00) |
| Ca3Si2O | + зсо2( | .,„^ЗСаСО„„ 2SiO2„, | (11) |
| Ca,SiO4 | , -2CaC0^, -SiO2,„ | (12) | |
| Ca3SiCh | ., зсо2.„ | „ — 3CaCO;,.v + SiO2i4 | (13) |
Синтез пуццолана из минеральных источников на основе силиката кальция непосредственно связывает газ CO2 в виде твердого вещества внутри продукта. Это немедленно компенсирует часть углеродно- 8 038661 го следа, образующегося при получении каждого минерала. Масса порошка увеличивается из-за осаждения карбоната кальция в процессе карбонизации. Это эффективно увеличивает массу полученного продукта (например, 1 т дробленого портландцемента после реакции карбонизации может превратиться в 1,4 т синтетического пуццолана). Степень карбонизации силиката металла можно регулировать таким образом, чтобы уменьшить углеродный след полученного бетона. Например, частичная карбонизация ОПЦ, который в основном представляет собой смесь кальций-силикатных соединений, может привести к сокращению CO2 без отклонения от требуемых характеристик бетона. ОПЦ можно подвергнуть карбонизации в различной степени, например, 0,2 мас.%, 0,5 мас.%, 1 мас.%, 5 мас.%, 10 мас.% или выше, для обеспечения различных характеристик с различным сокращением CO2. Процесс карбонизации можно осуществлять различными способами, например, во время измельчения клинкера путем продувки влажного газообразного CO2 через мельницу.
В дополнение к аморфной фазе SiO2, которая может действовать как способный к активации аморфный материал, в результате карбонизации образуется значительное количество CaCO3 (кальцит, арагонит или ватерит). Было показано, что добавление мелкого CaCO3, особенно из известняка, оказывает положительное воздействие на свойства портландцементных бетонов. В результате пуццоланы на основе карбонизированных кальций-силикатных минералов получают двойное преимущество от присутствия активируемой аморфной фазы, а также присутствия мелких осадков CaCO3.
Синтез указанного пуццолана из кальций-силикатного минерала, особенно портландцемента, полученного во вращающейся печи, или способного к карбонизации кальций-силикатного цемента может быть осуществлен непосредственно на месте получения. Можно разработать систему, в которой измельченный цемент подвергают карбонизации непосредственно с помощью CO2, выделяющегося во время его получения. Другой способ получения пуццолана заключается в использовании более сильной кислоты по сравнению с угольной кислотой, например, карбоновых кислот, более конкретно, щавелевой кислоты. Использование оксалата с силикатом кальция имеет дополнительное преимущество, заключающееся в связывании эквивалента 2 молекул CO2 для каждого катиона, выщелоченного из силикатного минерала-предшественника. Реакция диссоциации показана в уравнениях 14 и 15.
1ЬС2О4— 11%, ПСгО-р^/ (14)
НС4Х.,. - ГОЛ,Ч, (15)
Следующие реакции минералов кальций-силикатного типа с щавелевой кислотой, так, как они, как полагают, протекают, раскрыты в уравнениях 16-19. Понятно, что продукт реакции присутствует в виде аморфной фазы.
CaSiOϊ Л + Н2С2О4(aq) СаСгОциНгО^ + SiChy + Н2О(16)
Ca3Si2O7(y + 3H2C2OW ЗСаС2О4-иН2(% + 281Оад 3Η2Ο,ύ(17)
CaXiOi,, ϊ 2114 4)4,„„. —* 2СаС2О4лН2О^ + SiО2... + 21ЬО ..(18)
Ca3SiO5^ + ЗН2С2О4(а^ *ЗСаС2О4лН2(% -SiO’, 3ΗΌ.(19)
Некоторые карбоновые кислоты, такие как щавелевая кислота, способны вступать в реакцию с минеральными веществами, которые являются инертными или реагируют очень медленно. Это позволяет облегчить растворение оксалатом более широкого спектра силикатных и алюмосиликатных минералов по сравнению с растворением только угольной кислотой. Примером силикатного минерала, который легко реагирует с оксалатом, но реакция которого с углекислотой протекает медленно, является оливин.
Следующие реакции минералов типа оливина с щавелевой кислотой, так, как они, как полагают, протекают, раскрыты в уравнении 20. Понятно, что продукт реакции SiO2(S) присутствует в виде аморфной фазы.
(Mgx,Fey)2SiOw + 2H2C2OW — XMgC2O4-wH2O^ + YFeC2O4-«H2O65j + SiO2ls, 2T ЬО д (20)
Примеры минералов на основе алюмосиликата, которые могут вступать в реакцию с щавелевой кислотой, включают полевые шпаты (анортит, альбит, ортоклаз) и мелилиты (акерманит, геленит). Полагают, что в реакции оксалатирования указанных алюмосиликатных минералов продукты реакции присутствуют в виде аморфной фазы как с компонентами как на основе Si, так и Al.
Следующие реакции минералов на основе полевого шпата и мелилита с щавелевой кислотой, так, как они, как полагают, протекают, раскрыты в уравнениях 21-25.
CaAl2Si2O8fd + Η2Ο2Ο4(2γ^ * СаС2О4иН2О^ + А12ОЗГу + 281Оад(21)
2NaAlSi3O8^ + Н2С2О4^ Ха2С2О472Н2С% + А12О3^ + 6SiOw+ Н2ОА(22)
2ΚΛΙSlOk Л + H2C2O4fW > К2С2О4иН2О^ + А12Оад + 68Юад + Н О „(23)
Ca>AI >SiO-.,. + 211 44)и—* 2Ca(4)г/Я14).,, + Al 2O3^ + SiO’,,, 2114).,.(24)
CaAlgSi 4)-,., + 2H2C2O4(^ > 2СаС’ОуЯ 14)„ MgC4)г/Я 14) „ + 2SiOw + 2114),.. (25)
- 9 038661
Интересным следствием реакции оксалатирования или реакции с более сильными кислотами, чем угольные кислоты, такими как карбоновые кислоты, минералов на основе мелилита или полевого шпата с получением аморфного силиката, является использование указанного процесса с существующими ДЦМ. Летучая зола и шлак, которые обычно используют в качестве пуццоланов, содержат значительные пропорции мелилита, полевого шпата или других алюмосиликатных фаз. Обработка указанных материалов щавелевой кислотой может сделать их более реакционноспособными за счет взаимодействия с фазами, инертными в других условиях. В результате реакции возможно образование аморфного SiO2 или Al2O3, которые могут участвовать в пуццолановых реакциях. Конечным результатом указанной предварительной обработки является увеличение пуццолановой активности обработанного продукта. Масса указанных материалов также будет увеличиваться пропорционально количеству реагирующего оксалата, обеспечивая увеличение количества пригодного для применения продукта.
Введение химических реагентов для предварительной обработки во время измельчения, смешения или в качестве самостоятельной обработки порошка можно использовать для превращения инертного в других условиях кристаллического алюмосиликата или силикатов кальция в фазы SiO2 или Al2O3, которые могут участвовать в пуццолановых реакциях. Реагенты для предварительной обработки включают, но не ограничиваются ими, сульфаты, оксалаты и органические вещества. Синтез пуццолана из минеральных источников косвенно связывает газ CO2 (поскольку оксалат, C2O4, синтезируется из 2 молекул CO2) в виде твердого вещества внутри продукта. Это немедленно компенсирует часть углеродного следа, образующегося при получении каждого минерала. Масса порошка увеличивается из-за осаждения оксалата в процессе карбонизации. В результате эффективно увеличивается масса полученного продукта (например, 1 т дробленого портландцемента после реакции оксалатирования может превратиться в 1,9 т синтетического пуццолана). Применение мелких оксалатных частиц, выпавших в осадок во время реакции, в качестве мелкого наполнителя способствует улучшению формовочных или конечных свойств бетонных изделий.
Фазы силиката кальция для применения в качестве предшественников могут быть получены из доступных цементов, таких как обычный портландцемент, способные к карбонизации кальций-силикатные цементы, кальций-сульфоалюминатные цементы, кальций-алюминатные цементы или природные минералы. Поскольку эти материалы, особенно обычный портландцемент, могут быть получены во всем мире с достаточной однородностью, они являются идеальным исходным материалом для получения синтетического пуццолана способом на основе карбонизации или оксалатирования. Фазы оливина для применения в качестве предшественников могут быть получены из доступных формовочных песков для литья на основе оливина или естественных отложений.
Фазы полевого шпата для применения в качестве предшественников могут быть получены из полевого шпата на основе плагиоклаза или клинкеров на основе анортита, шлаков, летучей золы или естественных отложений.
Мелилитовые фазы для применения в качестве предшественников могут быть получены из клинкеров, шлаков, летучей золы на основе мелилита или естественных отложений.
Активаторы
Активаторы могут представлять собой один из следующих материалов: ОПЦ (1-90 мас.%), свободная известь (1-20 мас.%), гидроксид кальция (1-20 мас.%) и гидроксиды щелочных металлов (NaOH, KOH от 1 до 10 мас.%) по отдельности или в комбинации. Обычно активатор выбирают из группы материалов, состоящей из неорганических и органических оснований.
Инициируют реакцию активатора с аморфными фазами в синтетическом пуццолане.
Ожидается, что активаторы реагируют с аморфной фазой с образованием цементирующих соединений.
Бетон
Любой из синтетических пуццоланов, описанных в данном описании, может быть введен в бетонную смесь на основе гидравлического цемента. Пуццоланы добавляют в качестве замены гидравлического цемента в количестве 1-99%. Связующая система, полученная в результате комбинации гидравлического цемента и синтетического пуццолана, является связующим компонентом изделия из бетона.
Г идравлический цемент может представлять собой любой гидравлический цемент, такой как обычный портландцемент, кальций-сульфоалюминатный цемент, белитовый цемент или другой гидравлический материал на основе кальция.
Замена гидравлического цементного компонента связующей системы может составлять, например, 10 мас.% или более в расчете на общую массу твердых веществ связующей системы (например, примерно 10% или более, примерно 20% или более, примерно 30% или более, примерно 40% или более, примерно 50% или более, примерно 60% или более, примерно 70% или более, примерно 80% или более, примерно 90% или более в расчете на общую массу твердых веществ).
В бетонной смеси присутствует активатор. Предпочтительно, активатор получен из Ca(OH)2 в процессе естественной гидратации компонента гидравлического цемента.
Возможно добавление дополнительных активаторов для улучшения характеристик синтетического пуццолана. Связующую систему, используемую в бетоне, можно получить путем совместного измельчения гидравлического цементного клинкера и порошкообразной или консолидированной формы синтети- 10 038661 ческого пуццолана в соотношении, определенном в месте производства цемента.
Альтернативно связующую систему в бетоне можно получить путем смешивания порошкообразного гидравлического цемента и порошкообразного синтетического пуццолана в месте получения бетона.
Связующее может быть смешано с крупными и мелкими агрегатами и водой с получением бетона, подходящего для таких применений, как фундаменты, дорожные полотна, тротуары, архитектурные плиты и так далее.
Связующее может быть смешано с крупными и мелкими агрегатами и водой с получением бетона, подходящего для сборных конструкций, таких как плитка для мощения, бетонные блоки, плитки из влажных бетонных смесей, фрагменты подпорных стен, пустотелые плиты и другие сборные конструкции.
Связующее может быть смешано с мелкими агрегатами и водой с получением строительного раствора, подходящего для кладки.
Бетоны, полученные с использованием синтетического связующего, содержащего пуццолан, могут быть получены с использованием любой комбинации описанных активаторов.
Бетоны, полученные с использованием синтетического связующего, содержащего пуццолан, могут быть изготовлены с химическими добавками, обычными для изготовления бетонов, такими как пластификаторы, добавки для уменьшения водопотребности, замедления схватывания, ускорения воздухововлечения, ингибирования коррозии, гидроизоляции и уменьшения выцветания.
Эффективность описанной связующей системы может быть определена путем расчета индекса активности комбинации синтетического пуццолана и активатора.
Расчет выполняют путем измерения механических свойств (обычно прочности на сжатие) серии стандартных образцов (обычно растворов), представляющих собой различные комбинации синтетических пуццоланов, гидравлических цементных активаторов и любых дополнительных активаторов. Измерение механических свойств затем коррелируют с содержанием синтетического пуццолана в смеси для определения коэффициента активности.
Коэффициент активности 1 указывает соотношение синтетического пуццолана и заменяемого гидравлического цемента. Коэффициент активности больше 1 указывает на улучшение характеристик синтетического пуццолана по сравнению с заменяемым гидравлическим цементом. Коэффициент активности меньше 1 указывает на то, что синтетический пуццолан способствует повышению эффективности системы связующего, но на более низком уровне, и гидравлический цемент замещен. Коэффициент активности 0 указывает, что синтетический пуццолан не влияет на эффективность системы связующего и является по существу инертным наполнителем.
Вода, используемая для получения бетонного изделия, выполняет две функции. Во-первых, вода вызывает различные гидравлические реакции и участвует в них, в результате чего происходит образование цементных соединений и обеспечение прочности. Во-вторых, вода смачивает частицы в смесях, смазывает систему и обеспечивает пластичность смеси и возможность придания желаемых форм. Вода в количестве, превышающем необходимое количество для запуска гидравлических реакций, которую иногда называют свободной водой, определяет пористость полученного цементного изделия. Чем выше содержание воды, тем выше пористость, и чем ниже содержание воды, тем ниже пористость.
Пористость хрупких материалов ухудшает механические характеристики. Для получения бетонного изделия с высокими механическими характеристиками необходимо минимизировать пористость в конечном состоянии изделия. С указанной целью сокращение воды, необходимой для формования бетонного изделия, является важным аспектом получения материала с высокими эксплуатационными характеристиками.
В случае применения синтетических пуццоланов для получения связующей системы для бетона важно учитывать изменение технологичности, которое может быть вызвано изменением распределения групп частиц системы.
Синтетический пуццолан с оптимальным распределением размеров частиц или предусмотренным распределением размеров частиц может обеспечить улучшение характеристик текучести упаковки частиц бетонной системы. Это косвенно позволяет снизить содержание воды в смеси и может привести к улучшению конечных механических характеристик изделия.
Синтетический пуццолан с недостаточным распределением размеров частиц или синтетический пуццолан, содержащий частицы с высокой удельной поверхностью, может вызвать снижение текучести бетонной системы. В указанной неоптимизированной системе требуется более высокое содержание воды для поддержания текучести и технологичности смеси. Это может привести к ухудшению конечных механических свойств изделия.
Хорошо продуманное распределение частиц по размерам также может привести к улучшению характеристик за счет оптимизации упаковки системы связующего во время окончательного уплотнения. Система частиц приближается к математически оптимальной схеме упаковки, при этом увеличивается плотность и улучшаются конечные механические характеристики системы.
Технологичность связующей системы обычно оценивают путем измерения текучести строительного раствора. При указанном измерении смешивают связующую систему, воду и стандартный песок. Затем влажный строительный раствор подвергают воспроизводимому воздействию (на таком устройстве,
- 11 038661 как вибрационный стол или стол с краном), и распределение смеси определяют количественно.
Подробности получения синтетического пуццолана можно контролировать для сокращения водопотребности конечных материалов и улучшения технологичности или прочности изделия из бетона исключительно за счет оптимального распределения размеров частиц и удельной площади.
Теоретическая дискуссия
Несмотря на то, что приведенное в данном документе теоретическое описание считается верным, работа описанных и заявленных устройств не зависит от точности или достоверности теоретического описания. То есть более поздние теоретические разработки, способные объяснить наблюдаемые результаты иначе, чем представленные в данном документе теоретические объяснения, не будут умалять изобретения, описанного в данном документе.
Любой патент, патентная заявка, публикация заявки на патент, статья в журнале, книга, опубликованная статья или другой доступный материал, указанный в описании, включен в настоящее описание посредством ссылки в полном объеме. Любые данные или часть данных, которые включены в настоящее описание посредством ссылки, но противоречащие существующим определениям, заявлениям или другим раскрываемым данным, прямо изложенным в настоящем описании, включены только в такой степени, чтобы не возникало никаких противоречий между включенными данными и раскрываемыми данными в настоящем описании. В случае противоречий спор решается в пользу настоящего изобретения в качестве предпочтительного раскрытия. Настоящее изобретение конкретно представлено и описано со ссылкой на предпочтительный вариант реализации, показанный на чертеже, однако специалисту в данной области техники понятно, что различные изменения в деталях могут быть внесены без отклонения от сущности изобретения и объема притязаний, определенных формулой изобретения.
Claims (8)
- ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ1. Синтетический пуццолан, содержащий по меньшей мере 10 мас.% способной к активации аморфной фазы, состоящей из одного или нескольких силикатных, алюмосиликатных и алюминатных материалов, причем активацию указанной способной к активации аморфной фазы осуществляют путем проведения химической реакции с получением цементной смеси, и кристаллическую фазу, причем указанная кристаллическая фаза содержит преимущественно синтетический кристаллический мелилит или синтетический кристаллический полевой шпат плагиоклаз.
- 2. Способ получения синтетического пуццолана, в котором указанный синтетический пуццолан содержит по меньшей мере 10 мас.% способной к активации аморфной фазы и кристаллическую фазу, содержащую синтетический кристаллический мелилит, где способ включает стадии:пр оведение реакции в твердой фазе в высокотемпературном процессе с получением клинкера;добавление реагента для предварительной обработки для увеличения скорости реакции или максимальной степени завершенности указанной реакции в твердой фазе в сравнении со скоростью реакции или максимальной степенью завершенности реакции, которые наблюдаются в отсутствие реагента для предварительной обработки, где указанная стадия проведения реакции в твердой фазе в высокотемпературном процессе включает стадии:вы бор одного или более сырьевых материалов-предшественников;ан ализ химического состава указанного одного или более сырьевых материалов-предшественников;см ешение одного или более сырьевых материалов-предшественников с получением смешанной композиции предшественника, в которой объемное молярное отношение Ca к сумме Al, Fe, Mg, Si составляет 0,5-1,0, сумма оксидов металлов Al, Fe и Mg составляет по меньшей мере 14 мас.%;нагревание смешанной композиции предшественника до температуры от 800 до 1400°C в течение времени, достаточного для проведения реакции смешанной композиции предшественника с получением клинкера на основе синтетического мелилита.
- 3. Способ получения синтетического пуццолана, в котором указанный синтетический пуццолан содержит по меньшей мере 10 мас.% способной к активации аморфной фазы и кристаллическую фазу, содержащую синтетический кристаллический полевой шпат плагиоклаз, где способ включает стадии:проведение реакции в твердой фазе в высокотемпературном процессе с получением клинкера;добавление реагента для предварительной обработки для увеличения скорости реакции или максимальной степени завершенности указанной реакции в твердой фазе в сравнении со скоростью реакции или максимальной степенью завершенности реакции, которые наблюдаются в отсутствие реагента для предварительной обработки, где указанная стадия проведения реакции в твердой фазе в высокотемпературном процессе включает стадии:выбор одного или более сырьевых материалов-предшественников;анализ химического состава указанного одного или более сырьевых материалов-предшественников;смешение указанного одного или более сырьевых материалов-предшественников с получением- 12 038661 смешанной композиции предшественника с объемным химическим составом AlSi2O8 с добавлением одного или более из CaAl (конечный член анортит), NaSi (конечный член альбит) или KAl (конечный член ортоклаз) с молярным отношением компонентов CaAl+NaSi+KAl к AlSi2O8 от 0,8-1,2 к 1;нагревание смешанной композиции предшественника до температуры от 800 до 1400°C в течение времени, достаточного для проведения реакции смешанной композиции предшественника с получением клинкера на основе синтетического полевого шпата плагиоклаза.
- 4. Способ получения синтетического пуццолана по п.2 или 3, отличающийся тем, что указанное химическое вещество для предварительной обработки представляет собой раствор органической кислоты, содержащий по меньшей мере одну из уксусной кислоты, лимонной кислоты, винной кислоты, глюконовой кислоты и щавелевой кислоты.
- 5. Способ получения синтетического пуццолана по п.2 или 3, включающий стадию введения указанного химического вещества для предварительной обработки во время измельчения клинкеров.
- 6. Способ получения синтетического пуццолана по п.2 или 3, включающий стадию введения указанного химического вещества для предварительной обработки в измельченный клинкер.
- 7. Композиционный материал, полученный смешением синтетического пуццолана по п.1 с активатором и водой.
- 8. Композиционный материал по п.7, отличающийся тем, что активатор выбирают из гидравлического цемента (1-70 мас.%), свободной извести (1-20 мас.%), гидроксида кальция (1-20 мас.%) и гидроксидов щелочных металлов (NaOH, KOH от 1 до 10 мас.%) по отдельности или в комбинации.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201662332318P | 2016-05-05 | 2016-05-05 | |
| PCT/US2017/031200 WO2017192938A1 (en) | 2016-05-05 | 2017-05-05 | Synthetic pozzolans |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA201892209A1 EA201892209A1 (ru) | 2019-05-31 |
| EA038661B1 true EA038661B1 (ru) | 2021-09-30 |
Family
ID=60203582
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA201892209A EA038661B1 (ru) | 2016-05-05 | 2017-05-05 | Синтетические пуццоланы |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (4) | US10662116B2 (ru) |
| EP (1) | EP3452423A4 (ru) |
| JP (1) | JP7019599B2 (ru) |
| CN (1) | CN109415256B (ru) |
| BR (1) | BR112018072656B1 (ru) |
| CA (1) | CA3022523A1 (ru) |
| EA (1) | EA038661B1 (ru) |
| SA (1) | SA518400367B1 (ru) |
| WO (1) | WO2017192938A1 (ru) |
Families Citing this family (26)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10428217B2 (en) * | 2015-03-17 | 2019-10-01 | Steven D. Arnold | Liquid pothole filler composition and method |
| EP4230584A3 (en) * | 2016-01-19 | 2023-12-13 | Solidia Technologies, Inc. | Novel cement chemistries |
| US10662116B2 (en) * | 2016-05-05 | 2020-05-26 | Solidia Technologies, Ltd. | Synthetic pozzolans |
| 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 |
| 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 |
| EP3713894A1 (en) | 2017-11-21 | 2020-09-30 | Solidia Technologies, Inc. | Compositions and method to improve the aesthetics of calcium silicate-based cements and concretes |
| 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 |
| CN111886184B (zh) * | 2018-02-22 | 2023-11-14 | 索里迪亚科技公司 | 水泥化学 |
| EP3794164A4 (en) | 2018-05-18 | 2022-03-09 | California Institute of Technology | PROCESS FOR CONVERTING REDUCED SULFUR SPECIES AND WATER INTO HYDROGEN AND SULFURIC ACID |
| EP3953123B8 (en) | 2019-04-12 | 2025-07-23 | Carbicrete Inc. | Carbonation curing method to produce wet-cast slag-based concrete products |
| EP3953124B1 (en) | 2019-04-12 | 2025-01-15 | Carbicrete Inc. | Production of wet-cast slag-based concrete products |
| EP4013726A4 (en) * | 2019-08-13 | 2023-09-06 | California Institute of Technology | Process to make calcium oxide or ordinary portland cement from calcium bearing rocks and minerals |
| US11358304B2 (en) | 2019-12-10 | 2022-06-14 | Carbicrete Inc | Systems and methods for curing a precast concrete product |
| WO2021243441A1 (en) | 2020-06-03 | 2021-12-09 | Carbicrete Inc. | Method for making carbonated precast concrete products with enhanced durability |
| BR112023005661A2 (pt) * | 2020-10-27 | 2023-05-09 | Fct Holdings Pty Ltd | Método de produção de argila ativada/calcinada com aluminoferrita cálcica ou ferrita cálcica e composição de argila obtida pelo método |
| CN112962003A (zh) * | 2021-02-03 | 2021-06-15 | 同济大学 | 一种可自生成微纳米级保护层的混合增强铝基复合材料 |
| CN112981189A (zh) * | 2021-02-03 | 2021-06-18 | 同济大学 | 一种可自生成纳米级网状保护层的混合增强铝基复合材料 |
| CN113526884B (zh) * | 2021-08-03 | 2022-09-02 | 敦煌研究院 | 一种水硬性石灰材料、制备方法及其应用 |
| EP4155279A1 (en) | 2021-09-22 | 2023-03-29 | HeidelbergCement AG | Method for manufacturing supplementary cementitious material |
| CN114455877B (zh) * | 2022-02-11 | 2022-09-09 | 陕西睿智环保建材有限公司 | 一种复合硅酸盐材料及其制备方法、应用 |
| US12384952B2 (en) | 2022-05-18 | 2025-08-12 | Schlumberger Technology Corporation | Composite cement compositions and methods of cementing and/or treating wells drilled with water-based drilling fluids |
| CN116282054B (zh) * | 2022-11-22 | 2025-01-07 | 广西化工研究院有限公司 | 一种高效增量剂硅酸铝钙颜料及其制备方法与应用 |
| US12077709B2 (en) * | 2022-12-02 | 2024-09-03 | Schlumberger Technology Corporation | Cement slurry compositions comprising pozzolanic cement additives and methods for improving development of compressive strengths in the cement slurry compositions |
| WO2024247879A1 (ja) * | 2023-06-01 | 2024-12-05 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 情報処理方法、情報処理システム、及びプログラム |
| WO2025024556A1 (en) * | 2023-07-24 | 2025-01-30 | The Curators Of The University Of Missouri | Multi-fold carbon-negative organic alternative cement |
| CN117209173A (zh) * | 2023-09-15 | 2023-12-12 | 北京工业大学 | 一种缓凝型碱激发高钙硅铝质复合水泥及其制备方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5554352A (en) * | 1995-05-09 | 1996-09-10 | Construction Material Resources | Processed silica as a natural pozzolan for use as a cementitious component in concrete and concrete products |
| US20030233962A1 (en) * | 2002-06-21 | 2003-12-25 | Dongell Jonathan E. | Pozzolan modified portland cement compositions and admixtures therefor |
| US20120085265A1 (en) * | 2009-06-17 | 2012-04-12 | Lafarge | Industrial process for the production of a clinker with a high content of belite |
| US20120152153A1 (en) * | 2010-12-17 | 2012-06-21 | The Catholic University Of America | Geopolymer composite for ultra high performance concrete |
| US20140283712A1 (en) * | 2011-08-18 | 2014-09-25 | Heidelbergcement Ag | Method for producing ternesite-belite calcium sulfoaluminate clinker |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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− |
| US6264736B1 (en) * | 1997-10-15 | 2001-07-24 | Board Of Supervisors Of Louisiana State University And Agricultural And Mechanical College | Pressure-assisted molding and carbonation of cementitious materials |
| JP3212590B1 (ja) * | 2000-07-04 | 2001-09-25 | クリオン株式会社 | 調湿建材 |
| US20090239429A1 (en) * | 2007-03-21 | 2009-09-24 | Kipp Michael D | Sound Attenuation Building Material And System |
| EP2708520A1 (de) | 2012-09-14 | 2014-03-19 | Cemex Research Group AG | Verfahren zur Herstellung von Zuschlag sowie von Kalziumcarbonat aus Beton-Gesteinskörnung sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens |
| CN115432987A (zh) * | 2014-08-04 | 2022-12-06 | 索里迪亚科技公司 | 可碳酸盐化的硅酸钙组合物及其方法 |
| WO2016054602A1 (en) * | 2014-10-03 | 2016-04-07 | Solidia Technologies, Inc. | Composition carbonatable calcium silicate cement containing hydrating materials |
| EP4230584A3 (en) * | 2016-01-19 | 2023-12-13 | Solidia Technologies, Inc. | Novel cement chemistries |
| US10662116B2 (en) * | 2016-05-05 | 2020-05-26 | Solidia Technologies, Ltd. | Synthetic pozzolans |
| EP3466901A1 (en) | 2017-10-09 | 2019-04-10 | HeidelbergCement AG | Method for manufacturing binders hardening by hydration and carbonation |
| EP3498681A1 (en) | 2017-12-13 | 2019-06-19 | HeidelbergCement AG | Use of carbonated recycled concrete fines as supplementary cementitious material |
-
2017
- 2017-05-05 US US15/587,705 patent/US10662116B2/en active Active
- 2017-05-05 WO PCT/US2017/031200 patent/WO2017192938A1/en not_active Application Discontinuation
- 2017-05-05 BR BR112018072656-7A patent/BR112018072656B1/pt active IP Right Grant
- 2017-05-05 CN CN201780041022.4A patent/CN109415256B/zh active Active
- 2017-05-05 EP EP17793408.0A patent/EP3452423A4/en not_active Withdrawn
- 2017-05-05 JP JP2018557834A patent/JP7019599B2/ja active Active
- 2017-05-05 CA CA3022523A patent/CA3022523A1/en active Pending
- 2017-05-05 EA EA201892209A patent/EA038661B1/ru unknown
-
2018
- 2018-11-04 SA SA518400367A patent/SA518400367B1/ar unknown
-
2020
- 2020-02-21 US US16/797,770 patent/US20200189974A1/en not_active Abandoned
- 2020-04-21 US US16/854,367 patent/US11731906B2/en active Active
-
2023
- 2023-06-29 US US18/216,368 patent/US20230339814A1/en active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5554352A (en) * | 1995-05-09 | 1996-09-10 | Construction Material Resources | Processed silica as a natural pozzolan for use as a cementitious component in concrete and concrete products |
| US20030233962A1 (en) * | 2002-06-21 | 2003-12-25 | Dongell Jonathan E. | Pozzolan modified portland cement compositions and admixtures therefor |
| US20120085265A1 (en) * | 2009-06-17 | 2012-04-12 | Lafarge | Industrial process for the production of a clinker with a high content of belite |
| US20120152153A1 (en) * | 2010-12-17 | 2012-06-21 | The Catholic University Of America | Geopolymer composite for ultra high performance concrete |
| US20140283712A1 (en) * | 2011-08-18 | 2014-09-25 | Heidelbergcement Ag | Method for producing ternesite-belite calcium sulfoaluminate clinker |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| BR112018072656B1 (pt) | 2024-03-05 |
| US20230339814A1 (en) | 2023-10-26 |
| EP3452423A4 (en) | 2019-11-20 |
| CN109415256B (zh) | 2021-09-10 |
| EA201892209A1 (ru) | 2019-05-31 |
| US20170320781A1 (en) | 2017-11-09 |
| JP2019517979A (ja) | 2019-06-27 |
| US11731906B2 (en) | 2023-08-22 |
| JP7019599B2 (ja) | 2022-02-15 |
| BR112018072656A2 (pt) | 2019-02-19 |
| EP3452423A1 (en) | 2019-03-13 |
| CA3022523A1 (en) | 2017-11-09 |
| WO2017192938A1 (en) | 2017-11-09 |
| US20200247717A1 (en) | 2020-08-06 |
| US20200189974A1 (en) | 2020-06-18 |
| SA518400367B1 (ar) | 2022-06-15 |
| CN109415256A (zh) | 2019-03-01 |
| US10662116B2 (en) | 2020-05-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EA038661B1 (ru) | Синтетические пуццоланы | |
| CA2908543C (en) | Method of enhancing the latent hydraulic and/or pozzolanic reactivity of materials | |
| Reig et al. | Properties and microstructure of alkali-activated red clay brick waste | |
| Moraes et al. | Increasing the sustainability of alkali-activated binders: The use of sugar cane straw ash (SCSA) | |
| CN110662731A (zh) | 一种矿物质添加剂和由可碳酸化硅酸钙生产的轻质复合材料产品 | |
| RU2005122313A (ru) | Сиалитный бинарный мокрый цемент, способ его получения и использования | |
| CN103874670A (zh) | 制备硫硅钙石的方法 | |
| US20230382792A1 (en) | Production of supplementary cementitious materials through wet carbonation method | |
| Manjunath et al. | Alkali-activated concrete systems: A state of art | |
| Villca et al. | Lime/pozzolan/geopolymer systems: Performance in pastes and mortars | |
| CA3227936A1 (en) | Method for manufacturing supplementary cementitious material | |
| Harrison et al. | New cements based on the addition of reactive magnesia to Portland cement with or without added pozzolan | |
| CN117567054A (zh) | 一种矿渣硫铝酸盐水泥及其生产方法 | |
| CN118076560A (zh) | 一种辅助胶凝材料的制备方法及其制备的辅助胶凝材料 | |
| Kurdowski | Mineral additions for cement production | |
| CN114761369B (zh) | 来自地球生发熟料的弗雷戈水泥 | |
| Baki | Enhancing the reactivity of natural minerals as supplementary cementitious materials for low-carbon binders | |
| WO2025129096A1 (en) | Cementitious materials and additives containing aluminum and/or siliceous materials and methods of making thereof | |
| KR101129393B1 (ko) | 고로슬래그 시멘트 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 고로슬래그 시멘트 | |
| Bahhou et al. | Using Calcined Marls as Non-Common Supplementary Cementitious Materials—A Critical Review. Minerals 2021, 11, 517 | |
| Kamath et al. | Microstructure Properties of Popular Alkali-Activated Pastes Cured in Ambient Temperature. Buildings 2023, 13, 858 | |
| Gartner | How to Make Cement and Concretes with Lower CO2 Emissions | |
| De Weerdt et al. | Ternary Blended Cements with Fly Ash and Limestone. Part I: Activation of Fly Ash State of the art | |
| Matamba Jibikila et al. | Characterization of material for cement production in Mbuji-Mayi area (DR Congo) | |
| Bezerra et al. | Cleaner Engineering and Technology |