EA044399B1 - METHOD FOR OBTAINING CURED CEMENT COMPOSITION - Google Patents
METHOD FOR OBTAINING CURED CEMENT COMPOSITION Download PDFInfo
- Publication number
- EA044399B1 EA044399B1 EA202091741 EA044399B1 EA 044399 B1 EA044399 B1 EA 044399B1 EA 202091741 EA202091741 EA 202091741 EA 044399 B1 EA044399 B1 EA 044399B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- cement composition
- low
- cement
- calcium
- chemical reagent
- Prior art date
Links
- 239000004568 cement Substances 0.000 title claims description 79
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims description 63
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 26
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims description 73
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims description 59
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid group Chemical group C(CC(O)(C(=O)O)CC(=O)O)(=O)O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 36
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 30
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 30
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 28
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- -1 calcium carboxylate Chemical class 0.000 claims description 22
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 claims description 22
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 19
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 14
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 11
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 11
- 229910052882 wollastonite Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000010456 wollastonite Substances 0.000 claims description 11
- 229910052918 calcium silicate Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 9
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 claims description 8
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052661 anorthite Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 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 8
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 8
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 150000001991 dicarboxylic acids Chemical class 0.000 claims description 7
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 claims description 7
- 150000003628 tricarboxylic acids Chemical class 0.000 claims description 7
- 150000002681 magnesium compounds Chemical class 0.000 claims description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000000378 calcium silicate Substances 0.000 claims description 5
- OYACROKNLOSFPA-UHFFFAOYSA-N calcium;dioxido(oxo)silane Chemical compound [Ca+2].[O-][Si]([O-])=O OYACROKNLOSFPA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- IQDXNHZDRQHKEF-UHFFFAOYSA-N dialuminum;dicalcium;dioxido(oxo)silane Chemical compound [Al+3].[Al+3].[Ca+2].[Ca+2].[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O IQDXNHZDRQHKEF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- MXRIRQGCELJRSN-UHFFFAOYSA-N O.O.O.[Al] Chemical compound O.O.O.[Al] MXRIRQGCELJRSN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- FNAQSUUGMSOBHW-UHFFFAOYSA-H calcium citrate Chemical compound [Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O.[O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O FNAQSUUGMSOBHW-UHFFFAOYSA-H 0.000 claims description 4
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 3
- 229910021486 amorphous silicon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims 2
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 claims 1
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 37
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 18
- 229910001719 melilite Inorganic materials 0.000 description 11
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 235000012241 calcium silicate Nutrition 0.000 description 9
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 9
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 8
- 235000015165 citric acid Nutrition 0.000 description 8
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 7
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 7
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000004567 concrete Substances 0.000 description 7
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910052609 olivine Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 7
- 235000019738 Limestone Nutrition 0.000 description 6
- 238000004458 analytical method Methods 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
- 239000006028 limestone Substances 0.000 description 6
- 239000010450 olivine Substances 0.000 description 6
- 229910004762 CaSiO Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 229910001678 gehlenite Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 5
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000002149 energy-dispersive X-ray emission spectroscopy Methods 0.000 description 4
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 4
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 4
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011398 Portland cement Substances 0.000 description 3
- 229910004283 SiO 4 Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 3
- 239000001354 calcium citrate Substances 0.000 description 3
- 229940043430 calcium compound Drugs 0.000 description 3
- 150000001674 calcium compounds Chemical class 0.000 description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 3
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 3
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 3
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 3
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 3
- 235000013337 tricalcium citrate Nutrition 0.000 description 3
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L Calcium carbonate Chemical group [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 235000008733 Citrus aurantifolia Nutrition 0.000 description 2
- 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 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000011941 Tilia x europaea Nutrition 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- BYFGZMCJNACEKR-UHFFFAOYSA-N aluminium(i) oxide Chemical compound [Al]O[Al] BYFGZMCJNACEKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 2
- 239000013043 chemical agent Substances 0.000 description 2
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 2
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 2
- 239000010881 fly ash Substances 0.000 description 2
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 2
- 239000004571 lime Substances 0.000 description 2
- HCWCAKKEBCNQJP-UHFFFAOYSA-N magnesium orthosilicate Chemical compound [Mg+2].[Mg+2].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] HCWCAKKEBCNQJP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 2
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010587 phase diagram Methods 0.000 description 2
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 2
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 2
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 2
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 2
- CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N strontium atom Chemical compound [Sr] CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- DXNCZXXFRKPEPY-UHFFFAOYSA-N tridecanedioic acid Chemical compound OC(=O)CCCCCCCCCCCC(O)=O DXNCZXXFRKPEPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 2
- 238000007704 wet chemistry method Methods 0.000 description 2
- TWHCNIAWRGZIFI-UHFFFAOYSA-N 1-hydroxypropane-1,2,3-tricarboxylic acid Chemical compound OC(=O)C(O)C(C(O)=O)CC(O)=O.OC(=O)C(O)C(C(O)=O)CC(O)=O TWHCNIAWRGZIFI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KJPCFFZVUVIUSS-UHFFFAOYSA-N C(CCCC(=O)O)(=O)O.C(CCCC(=O)O)(=O)O.C(CCC(=O)O)(=O)O Chemical compound C(CCCC(=O)O)(=O)O.C(CCCC(=O)O)(=O)O.C(CCC(=O)O)(=O)O KJPCFFZVUVIUSS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HETDOJDVPOUSLC-UHFFFAOYSA-N C(CCCCCCC(=O)O)(=O)O.C(CCCCCCC(=O)O)(=O)O.C(CCCCCC(=O)O)(=O)O Chemical compound C(CCCCCCC(=O)O)(=O)O.C(CCCCCCC(=O)O)(=O)O.C(CCCCCC(=O)O)(=O)O HETDOJDVPOUSLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000005979 Citrus limon Nutrition 0.000 description 1
- 244000131522 Citrus pyriformis Species 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 208000031339 Split cord malformation Diseases 0.000 description 1
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 239000000404 calcium aluminium silicate Substances 0.000 description 1
- 235000012215 calcium aluminium silicate Nutrition 0.000 description 1
- 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 1
- 229940078583 calcium aluminosilicate Drugs 0.000 description 1
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L calcium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Ca+2] AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000000920 calcium hydroxide Substances 0.000 description 1
- 229910001861 calcium hydroxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001732 carboxylic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- KQTIIICEAUMSDG-UHFFFAOYSA-N carboxymethylsuccinic acid Natural products OC(=O)CC(C(O)=O)CC(O)=O KQTIIICEAUMSDG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002144 chemical decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- JRGYAWNDHWQQGH-UHFFFAOYSA-N decanedioic acid nonanedioic acid Chemical compound C(CCCCCCCC(=O)O)(=O)O.C(CCCCCCCCC(=O)O)(=O)O.C(CCCCCCCC(=O)O)(=O)O JRGYAWNDHWQQGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- BCAARMUWIRURQS-UHFFFAOYSA-N dicalcium;oxocalcium;silicate Chemical compound [Ca+2].[Ca+2].[Ca]=O.[O-][Si]([O-])([O-])[O-] BCAARMUWIRURQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IINXALNHMRMYDC-UHFFFAOYSA-N dodecanedioic acid Chemical compound OC(=O)CCCCCCCCCCC(O)=O.OC(=O)CCCCCCCCCCC(O)=O IINXALNHMRMYDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 229910052840 fayalite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052839 forsterite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000005431 greenhouse gas Substances 0.000 description 1
- VMRQVNAISPHZKQ-UHFFFAOYSA-N hexadecanedioic acid Chemical compound OC(=O)CCCCCCCCCCCCCCC(O)=O.OC(=O)CCCCCCCCCCCCCCC(O)=O VMRQVNAISPHZKQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000004677 hydrates Chemical class 0.000 description 1
- 239000011396 hydraulic cement Substances 0.000 description 1
- 230000003116 impacting effect Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000000391 magnesium silicate Substances 0.000 description 1
- 235000019792 magnesium silicate Nutrition 0.000 description 1
- 229910052919 magnesium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 229910001718 melilite group Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004058 oil shale Substances 0.000 description 1
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 239000012047 saturated solution Substances 0.000 description 1
- 238000004645 scanning capacitance microscopy Methods 0.000 description 1
- 229910021487 silica fume Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 1
- 238000013068 supply chain management Methods 0.000 description 1
- 229920002994 synthetic fiber Polymers 0.000 description 1
- LWBHHRRTOZQPDM-UHFFFAOYSA-N undecanedioic acid Chemical compound OC(=O)CCCCCCCCCC(O)=O LWBHHRRTOZQPDM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Description
Область техникиField of technology
Изобретение в целом относится к системам и способам получения изделий из композиционных материалов и может включать систему двухкомпонентного связующего вещества, в которой в первом компоненте используют жидкие или твердые химические вещества, которые могут быть получены из СО2, а второй компонент состоит из цемента с низким содержанием Ca/Mg.The invention generally relates to systems and methods for producing products from composite materials and may include a two-component binder system in which the first component uses liquid or solid chemicals that can be derived from CO2, and the second component consists of low-Ca cement /Mg.
Уровень техникиState of the art
В описании настоящего изобретения при упоминании или обсуждении документа, акта или элемента знания такое упоминание или обсуждение не является признанием того, что указанный документ, акт или элемент знания или любая их комбинация были на дату приоритета общедоступными, общеизвестными, представляли собой часть общеизвестных знаний или иным образом составляют известный уровень техники согласно существующим законодательным положениям; или известно, что такое упоминание или обсуждение имеет отношение к попытке решить какую-либо проблему, с которой связано настоящее описание изобретения.In the description of the present invention, when a document, act or element of knowledge is mentioned or discussed, such mention or discussion does not constitute an admission that the document, act or element of knowledge, or any combination thereof, was, at the priority date, in the public domain, generally known, constituted part of generally known knowledge, or otherwise constitute prior art in a manner consistent with existing legal provisions; or such mention or discussion is known to be relevant to an attempt to solve any problem to which the present disclosure is related.
Бетон представляет собой везде присутствующий материал. Наши дома, вероятно, опираются на него, наша инфраструктура построена на нем, как и большинство наших рабочих мест. Обычный бетон получают путем смешивания воды и заполнителей, таких как песок и щебень, с обычным портландцементом (ОРС), синтетическим материалом, полученным путем обжига смеси измельченного известняка и глины, или материалами аналогичного состава во вращающейся печи при температуре спекания примерно 1450°С. Производство ОРС является не только энергоемким процессом, но также процессом, в котором выделяются значительные количества парниковых газов (СО2). На цементную промышленность приходится приблизительно 5% глобальных антропогенных выбросов СО2. Более 60% такого СО2 образуется в результате химического разложения или кальцинирования известняка. Производство и применение обычного бетона не является оптимальным с точки зрения, как экономики, так и воздействия на окружающую среду. Такие традиционные технологии производства бетона сопровождаются потреблением большого количества энергии и большими выбросами диоксида углерода, что приводит к появлению нежелательного углеродного отпечатка. Кроме того, возрастающая нехватка запасов известняка также отрицательно влияет на устойчивость продолжающегося использования обычных составов гидравлического цемента, таких как ОРС.Concrete is an ubiquitous material. Our homes probably rest on it, our infrastructure is built on it, as do most of our jobs. Ordinary concrete is made by mixing water and aggregates such as sand and crushed stone with ordinary Portland cement (OPC), a synthetic material made by firing a mixture of crushed limestone and clay, or materials of similar composition in a rotary kiln at a sintering temperature of approximately 1450°C. OPC production is not only an energy-intensive process, but also a process that emits significant amounts of greenhouse gases (CO2). The cement industry accounts for approximately 5% of global anthropogenic CO2 emissions. More than 60% of this CO2 is formed as a result of the chemical decomposition or calcination of limestone. The production and use of conventional concrete is not optimal in terms of both economics and environmental impact. Such traditional concrete production technologies involve high energy consumption and high carbon dioxide emissions, resulting in an undesirable carbon footprint. In addition, the increasing shortage of limestone supplies is also negatively impacting the sustainability of the continued use of conventional hydraulic cement formulations such as OPC.
Цемент обычно получают из известняка и сланца, при этом образуются основные фазы алита (C3S согласно принятому в химии цемента обозначению, Ca3SiO5, иногда выражаемый формулой 3СаОSiO2) и белита (C2S согласно принятому в химии цемента обозначению, Ca2SiO4, иногда выражаемый формулой 2CaO-SiO2). В присутствии воды как алит, так и белит обогащены кальцием и гидратами. ОРС взаимодействует с водой с образованием гидратных фаз силиката кальция и гидроксида кальция. Чем выше содержание кальция в фазе силиката кальция, тем более реакционноспособной она становится. Например, CaO-SiO2, который может принимать форму CaSiO3, минерала, называемого волластонитом, не взаимодействует с водой. 3CaO-2SiO2, минерал под названием ранкинит, также не взаимодействует с водой. Однако, когда отношение Ca/Si увеличивается до 2,2CaO-SiO2, такая фаза силиката кальция взаимодействует с водой. Когда указанное соотношение увеличивается до 3,3CaO-SiO2, образующаяся фаза взаимодействует с водой еще быстрее. Однако такая повышенная реакционноспособность имеет свою цену. Чем больше используют кальция, тем больше будет выделяться СО2, поскольку источником кальция является карбонат кальция.Cement is usually obtained from limestone and shale, and the main phases formed are alite (C 3 S according to the common designation in cement chemistry, Ca 3 SiO 5 , sometimes expressed by the formula 3CaOSiO 2 ) and belite (C2S according to the common designation in cement chemistry, Ca 2 SiO 4 , sometimes expressed by the formula 2CaO-SiO2). In the presence of water, both alit and belite are enriched in calcium and hydrates. ORS reacts with water to form the hydrate phases of calcium silicate and calcium hydroxide. The higher the calcium content in the calcium silicate phase, the more reactive it becomes. For example, CaO-SiO 2 , which can take the form of CaSiO 3 , a mineral called wollastonite, does not react with water. 3CaO-2SiO2, a mineral called rankinite, also does not react with water. However, when the Ca/Si ratio increases to 2.2CaO-SiO2, this calcium silicate phase reacts with water. When this ratio increases to 3.3CaO-SiO 2 , the resulting phase reacts with water even faster. However, this increased reactivity comes at a cost. The more calcium is used, the more CO 2 will be released, since the source of calcium is calcium carbonate.
Было предпринято несколько попыток уменьшить выбросы СО2 при производстве и отверждении ОРС. Первый подход состоит в повышении эффективности цементных печей. Сегодня наиболее эффективная цементная печь позволяет снизить выбросы СО2 от 1 тонны до 816 кг на тонну ОРС. Второй подход заключается в смешивании цементного клинкера с дополнительными цементирующими материалами (SCM), которые в основном представляют собой летучую золу, шлак и иногда обожженный горючий сланец. Такие SCM являются побочными продуктами других процессов. Однако основная проблема с SCM состоит в варьировании от источника к источнику, распространенности и географической зависимости источников. Желание снизить выбросы СО2 также являлось фактором, приведшим к разработке карбонизируемых цементных составов с относительно низким содержанием Са, Карбонизируемый цемент относится к цементу, который отверждается преимущественно в результате реакции с диоксидом углерода, СО2, в любой из его форм, таких как газообразный СО2 в присутствии воды, СО2 в форме угольной кислоты, H2CO3, или в других формах, позволяющих протекать реакции CO2 с негидравлическим цементным материалом. Процесс отверждения позволяет изолировать газообразный диоксид углерода внутри отвержденного материала, обеспечивая, таким образом, очевидные экологические преимущества. Например, Solidia Cement™ был объявлен прорывной технологией, которая на конкурсе R&D 100 awards была признана, например, одной из лучших 100 новых технологий. Производство Solidia Cement™ снижает выбросы СО2 на до 70% по сравнению с портландцементом и его применением в традиционном гидравлическом бетоне. Кроме того, 80% воды, применяемой в производстве бетона на основе Solidia Cement, можно легко регенерировать и использовать повторно.Several attempts have been made to reduce CO 2 emissions during the production and curing of OPC. The first approach is to improve the efficiency of cement kilns. Today, the most efficient cement kiln can reduce CO 2 emissions from 1 ton to 816 kg per ODP ton. The second approach is to mix cement clinker with supplementary cementitious materials (SCM), which are mainly fly ash, slag and sometimes burnt oil shale. Such SCMs are by-products of other processes. However, the main problem with SCM is the source-to-source variation in prevalence and geographic dependence of sources. The desire to reduce CO 2 emissions has also been a factor leading to the development of carbonated cement compositions with relatively low Ca content. Carbonated cement refers to cement that cures primarily by reaction with carbon dioxide, CO 2 , in any of its forms, such as CO gas 2 in the presence of water, CO 2 in the form of carbonic acid, H 2 CO 3 , or other forms allowing the reaction of CO 2 with the non-hydraulic cementitious material. The curing process allows carbon dioxide gas to be sequestered within the cured material, thus providing clear environmental benefits. For example, Solidia Cement™ has been declared a breakthrough technology and was recognized as one of the top 100 new technologies at the R&D 100 awards, for example. The production of Solidia Cement™ reduces CO 2 emissions by up to 70% compared to Portland cement and its use in traditional hydraulic concrete. In addition, 80% of the water used in the production of concrete based on Solidia Cement can be easily recovered and reused.
Хотя описанный выше механизм отверждения цемента с низким содержанием Са посредством кар- 1 044399 бонизации за счет воздействия диоксида углерода является выгодным и полезным во многих отношениях, в некоторых средах или при некоторых применениях создание атмосферы, обогащенной диоксидом углерода, и воздействие диоксида углерода на неотвержденный цемент или бетон может быть невыгодным или нежелательным. Следовательно, существует потребность в обеспечении цементных составов и композиций, которые при нормальных условиях могут не обладать реакционной способностью в отношении воды, способны отверждаться при воздействии воды, но также обладают более благоприятным экологическим профилем, чем обычные гидравлические химические составы ОРС.Although the above mechanism for curing low Ca cement through carbonation by carbon dioxide is advantageous and beneficial in many ways, in some environments or in some applications the creation of a carbon dioxide enriched atmosphere and exposure of the uncured cement to carbon dioxide or concrete may be disadvantageous or undesirable. Therefore, there is a need to provide cementitious formulations and compositions that may not be reactive with water under normal conditions, are capable of curing when exposed to water, but also have a more favorable environmental profile than conventional OPC hydraulic chemistries.
Хотя для облегчения понимания описания настоящего изобретения были рассмотрены некоторые аспекты традиционных технологий, заявители никоим образом не отказываются от таких технических аспектов, при этом предполагают, что заявленное изобретение может охватывать или включать один или более из традиционных технических аспектов, обсуждаемых в настоящем документе.Although certain aspects of conventional technology have been discussed to facilitate understanding of the specification of the present invention, Applicants do not in any way disclaim such technical aspects and it is intended that the claimed invention may cover or include one or more of the traditional technical aspects discussed herein.
Краткое описание изобретенияBrief description of the invention
В настоящем описании предполагают, что цемент с низким содержанием Ca/Mg, который обычно не взаимодействует с водой, может взаимодействовать с химическим реагентом (например, который может быть синтезирован из CO2) с получением отвержденного материала. Преимущество такого подхода заключается в уменьшении выбросов CO2 при производстве цемента на примерно 30% за счет синтеза цемента с низким содержанием Ca/Mg и дополнительного потребления СО2 во время реакции химического реагента с цементом с низким содержанием Ca/Mg.It is contemplated herein that low Ca/Mg cement, which does not normally react with water, can be reacted with a chemical (eg, which can be synthesized from CO2) to produce a cured material. The benefit of this approach is to reduce CO2 emissions from cement production by approximately 30% due to the synthesis of low Ca/Mg cement and the additional consumption of CO2 during the reaction of the chemical with the low Ca/Mg cement.
Общую реакцию можно записать таким образом: цементный состав с низким содержанием Ca/Mg + химический реагент ^ нерастворимое соединение кальция + комплекс SiO2.The general reaction can be written as follows: low Ca/Mg cement composition + chemical reagent ^ insoluble calcium compound + SiO2 complex.
Далее будет описан ряд аспектов настоящего изобретения. Следует понимать, что авторы изобретения предполагают, что любые признаки или аспекты настоящего изобретения, перечисленные ниже или описанные в настоящем документе в другом месте, могут быть объединены в любом порядке и в любом количестве с любым другим признаком или аспектом настоящего изобретения.A number of aspects of the present invention will now be described. It should be understood that the inventors intend that any features or aspects of the present invention listed below or described elsewhere herein can be combined in any order and in any quantity with any other feature or aspect of the present invention.
Согласно определенным аспектам в настоящем изобретении предложен способ получения отвержденной цементной композиции, включающий стадии: обеспечения предварительно заданного количества цементной композиции с низким содержанием Ca/Mg в неотвержденной форме, где цементная композиция с низким содержанием Ca/Mg имеет атомное отношение Ca/Si или Mg/Si менее 2 и содержит по меньшей мере одно из (i) кристаллического геленита и аморфного силиката алюминия и кальция; или (ii) кристаллического анортита и аморфного силиката алюминия и кальция; и приведения во взаимодействие неотвержденной цементной композиции с низким содержанием Ca/Mg с 1 мас.% или более (относительно общей массы цементной композиции с низким содержанием Ca/Mg) химического реагента в течение времени, достаточного для отверждения указанной цементной композиции, при этом указанный химический реагент представляет собой соединение, содержащее одну или более из следующих кислот: дикарбоновые кислоты, трикарбоновые кислоты, альфа-гидроксикарбоновые кислоты, соли дикарбоновых кислот, соли трикарбоновых кислот или соли альфа-гидроксикарбоновых кислот и где в результате взаимодействия между цементной композицией с низким содержанием Ca/Mg и указанным химическим реагентом образуется соединение кальция или магния и одно или более из следующих соединений: аморфный диоксид кремния, аморфный оксид алюминия, аморфный алюмосиликат или алюмосиликат, или их комбинации.In certain aspects, the present invention provides a method of producing a cured cement composition, comprising the steps of: providing a predetermined amount of a low Ca/Mg cement composition in uncured form, wherein the low Ca/Mg cement composition has an atomic ratio of Ca/Si or Mg/ Si is less than 2 and contains at least one of (i) crystalline gehlenite and amorphous aluminum calcium silicate; or (ii) crystalline anorthite and amorphous aluminum calcium silicate; and contacting the uncured low Ca/Mg cement composition with 1 wt.% or more (relative to the total weight of the low Ca/Mg cement composition) of a chemical for a time sufficient to cure said cement composition, wherein said chemical the reactant is a compound containing one or more of the following acids: dicarboxylic acids, tricarboxylic acids, alpha-hydroxycarboxylic acids, salts of dicarboxylic acids, salts of tricarboxylic acids or salts of alpha-hydroxycarboxylic acids and where, as a result of the reaction between the low Ca cement composition/ Mg and said chemical reactant produces a calcium or magnesium compound and one or more of the following compounds: amorphous silica, amorphous alumina, amorphous aluminosilicate or aluminosilicate, or combinations thereof.
Химический реагент может представлять собой лимонную кислоту или соль лимонной кислоты.The chemical reagent may be citric acid or a salt of citric acid.
Химический реагент может быть водорастворимым.The chemical reagent may be water soluble.
Растворимость в воде химического реагента может составлять 20 г/л или более.The solubility in water of the chemical reagent may be 20 g/L or more.
Предложенный способ может дополнительно включать регулирование реакции между цементирующим материалом и химическим реагентом с помощью одного или более из следующих средств: применения добавок, регулирования реакционной способности цементирующего материала путем регулирования его кристалличности, регулирования размера частиц в цементирующем материале, регулирования площади поверхности частиц в цементирующем материале или регулирования состава цементирующего материала.The proposed method may further include controlling the reaction between the cementitious material and the chemical agent by one or more of the following means: the use of additives, controlling the reactivity of the cementitious material by controlling its crystallinity, controlling the particle size of the cementitious material, controlling the surface area of the particles in the cementitious material, or regulation of the composition of the cementing material.
Цементная композиция с низким содержанием Ca/Mg может быть основана на волластоните, мелилите, анортите, оливине или их комбинации.The low Ca/Mg cement composition may be based on wollastonite, melilite, anorthite, olivine, or a combination thereof.
В результате приведения во взаимодействие цементной композиции с низким содержанием Ca/Mg с химическим реагентом может образоваться нерастворимое соединение кальция или магния и комплекс SiO2 и/или Al2O3 в качестве продуктов реакции.As a result of reacting a cement composition with a low Ca/Mg content with a chemical reagent, an insoluble calcium or magnesium compound and a SiO 2 and/or Al 2 O 3 complex as reaction products can be formed.
Растворимость в воде указанных продуктов реакции может составлять примерно 4 г/л или менее.The water solubility of these reaction products may be about 4 g/L or less.
Нерастворимое соединение кальция или магния может включать одно или более из следующих соединений: безводный карбоксилат кальция, водный карбоксилат кальция, безводный карбоксилат магния, водный карбоксилат магния, безводный карбоксилат алюминия или водный карбоксилат алюминия, или их комбинации.The insoluble calcium or magnesium compound may include one or more of the following compounds: anhydrous calcium carboxylate, aqueous calcium carboxylate, anhydrous magnesium carboxylate, aqueous magnesium carboxylate, anhydrous aluminum carboxylate or aqueous aluminum carboxylate, or combinations thereof.
Комплекс SiO2 и/или Al2O3 может включать одно или более из следующих соединений: аморфный диоксид кремния, аморфный оксид алюминия, аморфный алюмосиликат или алюмосиликат или их комбинации.The SiO 2 and/or Al 2 O 3 complex may include one or more of the following: amorphous silica, amorphous alumina, amorphous aluminosilicate or aluminosilicate, or combinations thereof.
- 2 044399- 2 044399
Нерастворимое соединение кальция или магния и комплекс SiO2 и/или Al2O3 могут иметь растворимость в воде примерно 4 г/л или менее.The insoluble calcium or magnesium compound and the SiO2 and/or Al2O 3 complex may have a water solubility of about 4 g/L or less.
Цемент с низким содержанием Ca/Mg может быть основан на волластоните, химический реагент может включать лимонную кислоту или соль лимонной кислоты, и в результате приведения во взаимодействия цементной композиции с низким содержанием Ca/Mg с химическим реагентом может образовываться цитрат кальция, SiO2 и H2O в качестве продуктов реакции.The low Ca/Mg cement may be based on wollastonite, the chemical may include citric acid or a citric acid salt, and reacting the low Ca/Mg cement composition with the chemical may produce calcium citrate, SiO2 and H2O in as reaction products.
Цитрат кальция и SiO2 могут иметь растворимость в воде примерно 4 г/л или меньше.Calcium citrate and SiO2 may have a water solubility of approximately 4 g/L or less.
Способ получения отвержденной цементной композиции может дополнительно включать синтез химического реагента из CO2.The method of producing a cured cement composition may further include synthesizing a chemical reagent from CO2.
Способ получения отвержденной цементной композиции может дополнительно включать реакцию неотвержденной цементной композиции с низким содержанием Ca/Mg с химическим реагентом в присутствии воды.The method of producing a cured cement composition may further include reacting an uncured low Ca/Mg cement composition with a chemical reagent in the presence of water.
Краткое описание графических материаловBrief description of graphic materials
Задачи и особенности настоящего изобретения могут быть лучше поняты со ссылкой на описанный ниже чертеж и формулу изобретения. Указанный чертеж не обязательно выполнен в масштабе, вместо этого особое внимание в целом уделено иллюстрации принципов настоящего изобретения.The objects and features of the present invention can be better understood with reference to the drawings and claims described below. Said drawing is not necessarily drawn to scale, but instead emphasis is placed generally on illustrating the principles of the present invention.
Фигура представляет собой диаграмму фазового состояния цемента, иллюстрирующую определенные принципы, на которых основано настоящее изобретение.The figure is a phase diagram of cement illustrating certain principles on which the present invention is based.
Подробное описание изобретенияDetailed Description of the Invention
В настоящем документе подразумевают, что формы единственного числа также включают формы множественного числа, если контекст явно не указывает иное. Подразумевают, что применение или включает и/или, если контекст явно не указывает иное. Кроме того, подразумевают, что применение и включает и/или, если контекст явно не указывает иное.As used herein, singular forms are intended to also include plural forms unless the context clearly indicates otherwise. Application is intended to either include and/or, unless the context clearly indicates otherwise. In addition, the use of and includes and/or is intended, unless the context clearly indicates otherwise.
В настоящем документе примерно представляет собой термин приближения и включает незначительные колебания точно указанных количеств, как будет понятно специалистам в данной области техники. Такие колебания включают, например, стандартные отклонения, связанные со способами, обычно применяемыми для измерения приведенных количеств.As used herein, approximately is a term of approximation and includes minor variations in the precisely stated amounts, as will be appreciated by those skilled in the art. Such variations include, for example, standard deviations associated with the methods commonly used to measure given quantities.
Все численные значения, содержащиеся в настоящем описании, следует рассматривать как характеризующиеся описанным выше модификатором примерно, при этом подразумевают, что указанные значения также включают точные численные значения, приведенные в настоящем документе. Диапазоны, описанные в настоящем документе, следует рассматривать как охватывающие все значения в пределах верхнего и нижнего предельных значений диапазонов, если не указано иное. Кроме того, все диапазоны включают верхний и нижний предельные значения.All numerical values contained herein are to be considered to be approximately characterized by the modifier described above, and it is intended that such values also include the exact numerical values given herein. The ranges described herein should be considered to cover all values within the upper and lower limits of the ranges unless otherwise noted. In addition, all ranges include upper and lower limits.
В настоящем документе цементирующий материал означает материал, содержащий реакционноспособный наполнитель, такой как стекловидный алюмосиликат кальция, летучая зола, шлак и обычный портландцемент (ОРС), химически инертный наполнитель, такой как мелкодисперсный известняковый порошок, тонкая кремнеземная пыль и стеклянный порошок.As used herein, a cementitious material means a material containing a reactive filler such as glassy calcium aluminosilicate, fly ash, slag and ordinary Portland cement (OPC), a chemically inert filler such as fine limestone powder, fine silica fume and glass powder.
В настоящем документе термин цемент с низким содержанием Ca/Mg означает цементы с атомным отношением Ca/Si или Mg/Si менее 2.As used herein, the term low Ca/Mg cement means cements with an atomic ratio of Ca/Si or Mg/Si less than 2.
В настоящем документе термин на основе означает компонент, составляющий более 50% по массе относительно массы всей композиции или более 50% по массе отдельного компонента относительно массы всей композиции.As used herein, the term "based" means a component that is greater than 50% by weight of the total composition or greater than 50% by weight of an individual component relative to the weight of the entire composition.
В настоящем документе описаны различные типы цемента с низким содержанием Ca/Mg, который схватывается при активации под действием химического реагента. Один химический состав основан на волластоните, другой состав основан на мелилите (например, гелените), еще один состав основан на анортите, и другой состав основан на оливине.This document describes various types of low Ca/Mg cements that set when activated by a chemical agent. One chemical composition is based on wollastonite, another composition is based on melilite (eg helenite), another composition is based on anorthite, and another composition is based on olivine.
Согласно некоторым вариантам реализации предполагают, что исходные материалы, применяемые для синтеза указанных новых химических веществ, представляют собой сырьевые материалы, применяемые в производстве цемента, такие как известняк и сланец, глинистый песок и т.п. Фигура представляет собой диаграмму фазового состояния цемента на основе силиката кальция. Как описано в настоящем документе, реакционная способность цементных фаз в отношении воды уменьшается вдоль проиллюстрированной последовательности от белита к SC (SiO2-CaO) и далее к модифицированному SC. Однако наряду с таким снижением реакционноспособности также возможно требуемое сокращение количества выбросов СО2. Подобное поведение может относиться к цементам на основе силиката магния.In some embodiments, it is contemplated that the starting materials used to synthesize said new chemicals are raw materials used in the production of cement, such as limestone and shale, clay sand, and the like. The figure is a phase diagram of calcium silicate cement. As described herein, the reactivity of cement phases with respect to water decreases along the illustrated sequence from belite to SC (SiO 2 -CaO) and then to modified SC. However, along with this reduction in reactivity, the required reduction in CO 2 emissions is also possible. Similar behavior may apply to magnesium silicate cements.
Волластонит.Wollastonite.
Волластонит имеет молекулярную формулу CaSiO2 и его теоретический состав состоит из 48,28% СаО и 51,72% SiO2.Wollastonite has the molecular formula CaSiO 2 and its theoretical composition is 48.28% CaO and 51.72% SiO2.
Мелилит.Melilite.
Мелилит относится к минералам мелилитовой группы. Минералы такой группы представляют собой твердые растворы нескольких конечных компонентов, важнейшими из которых являются геленит и акерманит. Обобщенной формулой обычного мелилита является (Ca,Na)2(Al,Mg,Fe2+)[(Al,Si)SiO7]. Предполагается, что для синтеза геленита (Ca2Al2SiO7), также называемого мелилитом, можно довести содер- 3 044399 жание кальция, кремния и алюминия в сырьевых материалах до оптимального состава и подвергнуть их обжигу. Можно провести химический анализ исходных материалов, которые, как предполагается, представляют собой побочные продукты, которые обычно считаются отходами. Исходные композиции могут быть получены с учетом результатов химического анализа. Химический анализ можно выполнить с применением любого удобного способа, такого как, мокрый химический метод анализа, рентгеноструктурный анализ и энергодисперсионный рентгеновский анализ (EDAX). Согласно некоторым вариантам реализации предполагается, что будут присутствовать некоторые примеси, такие как железо, натрий, калий и другие вещества. Такой целевой химический состав позволит сократить выбросы CO2 на - 40% по сравнению с ОРС, полученным в наиболее эффективной на сегодняшний день печи.Melilite belongs to the melilite group of minerals. Minerals of this group are solid solutions of several final components, the most important of which are gehlenite and ackermanite. The generalized formula of ordinary melilite is (Ca,Na) 2 (Al,Mg,Fe 2+ )[(Al,Si)SiO 7 ]. It is assumed that to synthesize gehlenite (Ca 2 Al 2 SiO 7 ), also called melilite, it is possible to bring the calcium, silicon and aluminum content of raw materials to the optimal composition and subject them to firing. Chemical analysis can be performed on starting materials that are suspected to be by-products that would normally be considered waste. The starting compositions can be prepared taking into account the results of chemical analysis. Chemical analysis can be performed using any convenient method such as wet chemistry, X-ray diffraction and energy dispersive X-ray analysis (EDAX). In some embodiments, it is expected that certain impurities will be present, such as iron, sodium, potassium, and other substances. This targeted chemistry will reduce CO2 emissions by -40% compared to OPC produced in today's most efficient furnace.
Согласно некоторым вариантам реализации предполагается, что основными образующимися фазами будут кристаллический геленит и аморфный силикат алюминия и кальция. Согласно некоторым вариантам реализации предполагается, что будут присутствовать второстепенные фазы (т.е. составляющие менее 20, или менее 15, или менее 12, или менее 7, или менее 5, или менее 3 мас.%), в том числе одно или более вещество, выбранное из оставшегося диоксида кремния, свободной извести, C2S (белита Ca2SiO2), CS (волластонита CaSiO3) и C3S2 (ранкинита Ca3Si2O7).In some embodiments, the primary phases formed are expected to be crystalline helenite and amorphous aluminum calcium silicate. In some embodiments, minor phases (i.e., less than 20, or less than 15, or less than 12, or less than 7, or less than 5, or less than 3 percent by weight) are expected to be present, including one or more a substance selected from the remaining silica, free lime, C2S (belite Ca 2 SiO 2 ), CS (wollastonite CaSiO 3 ) and C3S2 (ranquinite Ca 3 Si 2 O 7 ).
Анортит.Anorthitis.
Предполагается, что для синтеза анортита (CaAl2Si2O8) можно довести содержание кальция, кремния и алюминия в сырьевых материалах до оптимального состава и подвергнуть их обжигу. Можно провести химический анализ исходных материалов, которые, как предполагается, представляют собой побочные продукты, обычно считающиеся отходами. Исходные композиции могут быть получены с учетом результатов химического анализа. Химический анализ можно выполнить с применением любого удобного способа, такого как, мокрый химический метод анализа, рентгеноструктурный анализ и энергодисперсионный рентгеновский анализ (EDAX). Согласно некоторым вариантам реализации предполагается, что будут присутствовать некоторые примеси, такие как железо, натрий, калий и другие вещества. Такой целевой химический состав позволит сократить выбросы СО2 на - 60% по сравнению с ОРС, полученным в наиболее эффективной на сегодняшний день печи.It is assumed that to synthesize anorthite (CaAl 2 Si 2 O 8 ), it is possible to bring the content of calcium, silicon and aluminum in the raw materials to the optimal composition and subject them to firing. Chemical analysis can be performed on starting materials believed to be by-products typically considered waste. The starting compositions can be prepared taking into account the results of chemical analysis. Chemical analysis can be performed using any convenient method such as wet chemistry, X-ray diffraction and energy dispersive X-ray analysis (EDAX). In some embodiments, it is expected that certain impurities will be present, such as iron, sodium, potassium, and other substances. This targeted chemistry will reduce CO2 emissions by -60% compared to OPC produced in today's most efficient furnace.
Согласно некоторым вариантам реализации предполагается, что основными образующимися фазами будут кристаллический анортит и аморфный силикат алюминия и кальция. Согласно некоторым вариантам реализации предполагается, что будут присутствовать второстепенные фазы (вероятно, менее 7%), в том числе одно или более вещество, выбранное из оставшегося диоксида кремния, свободной извести, C2S (белита Ca2SiO4), CS (волластонита CaSiO2) и C3S2 (ранкинита Ca3Si2O7).In some embodiments, the primary phases formed are expected to be crystalline anorthite and amorphous aluminum calcium silicate. In some embodiments, it is expected that minor phases (likely less than 7%) will be present, including one or more selected from remaining silica, free lime, C2S (belite Ca 2 SiO 4 ), CS (wollastonite CaSiO 2 ) and C3S2 (rankinite Ca 3 Si 2 O 7 ).
Оливин.Olivine.
Оливин относится к группе соединений, в которых Fe и Mg заменяют друг друга в одной и той же кристаллической структуре, и имеет общую химическую формулу (Mg,Fe)2SiO4. Кальций (Са), марганец (Mn) или никель (Ni) также могут заменять Fe и/или Mg, поэтому в большей группе оливина имеется несколько рядов, из которых наиболее распространенными компонентами являются фаялит и форстерит.Olivine belongs to a group of compounds in which Fe and Mg replace each other in the same crystal structure, and has the general chemical formula (Mg,Fe) 2 SiO 4 . Calcium (Ca), manganese (Mn) or nickel (Ni) can also replace Fe and/or Mg, so there are several series within the larger olivine group, with fayalite and forsterite being the most common components.
Цементные композиции с низким содержанием Ca/MgCement compositions with low Ca/Mg content
Процесс производства цемента включает реакции (например, посредством кальцинирования) с получением волластонита, мелилита (например, геленита), анортита или оливина.The cement production process involves reactions (eg, through calcination) to produce wollastonite, melilite (eg, helenite), anorthite, or olivine.
Кальцинированный цементный материал с низким содержанием Ca/Mg (например, клинкер) можно измельчить для обеспечения размеров частиц новых цементных смесей, аналогичных размеру частиц ОРС или меньших.Calcined cementitious material with low Ca/Mg content (eg clinker) can be ground to provide particle sizes of new cement mixtures similar to or smaller than those of OPC.
Согласно альтернативным вариантам реализации цементная композиция с низким содержанием Ca/Mg на основе волластонита, мелилита (например, геленита), анортита или оливина может дополнительно содержать Al (алюминий), Si (кремний) и/или Mg (магний), примеси, такие как Sr (стронций) или Ва (барий) и ионы других металлов.In alternative embodiments, the low Ca/Mg cement composition based on wollastonite, melilite (e.g., gehlenite), anorthite, or olivine may further contain Al (aluminum), Si (silicon), and/or Mg (magnesium), impurities such as Sr (strontium) or Ba (barium) and other metal ions.
Процесс отвержденияCuring process
Предполагается, что цементная композиция с низким содержанием Ca/Mg, например, одна или более из описанных выше цементных композиций, может взаимодействовать с химическим реагентом (например, который может быть синтезирован из СО2) с получением отвержденного материала. Преимущество такого подхода заключается в уменьшении выбросов CO2 при производстве цемента на примерно 30% за счет синтеза цемента с низким содержанием Ca/Mg и дополнительного потребления СО2 во время реакции химического реагента с цементом с низким содержанием Ca/Mg.It is contemplated that a low Ca/Mg cement composition, such as one or more of the cement compositions described above, can be reacted with a chemical (eg, which can be synthesized from CO 2 ) to produce a cured material. The benefit of this approach is to reduce CO 2 emissions from cement production by approximately 30% due to the synthesis of low Ca/Mg cement and the additional consumption of CO 2 during the reaction of the chemical with the low Ca/Mg cement.
Общую реакцию можно записать как:The general reaction can be written as:
цементный состав с низким содержанием Ca/Mg + химический реагент ^ нерастворимое соединение кальция + комплекс SiO2 и/или Al2O3.cement composition with low Ca/Mg content + chemical reagent ^ insoluble calcium compound + SiO 2 and/or Al 2 O 3 complex.
Согласно дополнительным аспектам общая реакция может быть описана следующим образом:In further aspects, the overall reaction may be described as follows:
цемент с низким содержанием Ca/Mg + карбоновая кислота или ее соль ^ безводный карбоксилат кальция, и/или водный карбоксилат кальция, и/или безводный карбоксилат магния, и/или водный карбоксилат магния, и/или безводный карбоксилат алюминия, и/или водный карбоксилат алюминия, и/или аморфный диоксид кремния и/или аморфный оксид алюминия, и/или аморфный алюмосиликат, и/илиlow Ca/Mg cement + carboxylic acid or its salt ^ anhydrous calcium carboxylate, and/or hydrous calcium carboxylate, and/or anhydrous magnesium carboxylate, and/or hydrous magnesium carboxylate, and/or anhydrous aluminum carboxylate, and/or aqueous aluminum carboxylate, and/or amorphous silicon dioxide and/or amorphous alumina, and/or amorphous aluminosilicate, and/or
- 4 044399 алюмосиликат.- 4 044399 aluminosilicate.
Согласно некоторым вариантам реализации указанная реакция протекает в присутствии воды. Согласно различным вариантам реализации в зависимости от полученного продукта вода может потребляться или может не потребляться во время реакции.In some embodiments, the reaction occurs in the presence of water. In various embodiments, depending on the resulting product, water may or may not be consumed during the reaction.
Химический реагент может иметь некоторую минимальную растворимость в воде. Например, растворимость химического реагента составляет более или равна 20 г химического реагента/1 л воды (20 г/л). Кроме того, химический реагент можно выбрать таким образом, чтобы количество продуктов реакции с цементными композициями с низким содержанием Ca/Mg было равно или составляло менее 4 г продуктов реакции/1 л воды (4 г/л).A chemical reagent may have some minimum solubility in water. For example, the solubility of a chemical reagent is greater than or equal to 20 g of chemical reagent/1 L of water (20 g/L). In addition, the chemical reagent can be selected such that the amount of reaction products with low Ca/Mg cement compositions is equal to or less than 4 g of reaction products/1 L of water (4 g/L).
Примеры химических реагентов также включают дикарбоновые кислоты, трикарбоновые кислоты и альфа-гидроксикарбоновые кислоты, а также их соли.Examples of chemical reagents also include dicarboxylic acids, tricarboxylic acids and alpha-hydroxycarboxylic acids, as well as their salts.
Примеры дикарбоновых кислот включают:Examples of dicarboxylic acids include:
Примеры трикарбоновых кислот включают:Examples of tricarboxylic acids include:
Одним из конкретных примеров реакции химических реагентов является:One specific example of a chemical reaction is:
CaSiO3 + лимонная кислота ^ цитрат кальция + SiO2 + H2O.CaSiO 3 + citric acid ^ calcium citrate + SiO 2 + H 2 O.
Такая реакция протекает в присутствии воды.This reaction occurs in the presence of water.
Лимонная кислота представляет собой органическое соединение с формулой C6H8O7 и структурной формулойCitric acid is an organic compound with the formula C6H 8 O 7 and the structural formula
В общем случае, чтобы действовать согласно принципам настоящего изобретения, химический реагент предпочтительно является достаточно растворимым в воде, чтобы взаимодействовать с цементом с низким содержанием Ca/Mg, при этом одним из продуктов реакции предпочтительно должно быть нерастворимое соединение кальция. Согласно определенным вариантам реализации химический реагент присутствует в цементной композиции в количестве примерно 1 мас.%, или более относительно общейIn general, to operate according to the principles of the present invention, the chemical reactant is preferably sufficiently water soluble to react with the low Ca/Mg cement, and one of the reaction products is preferably an insoluble calcium compound. In certain embodiments, the chemical is present in the cement composition in an amount of about 1 weight percent or more relative to the total
- 5 044399 массы цементной композиции с низким содержанием Ca/Mg. Согласно определенным вариантам реализации указанные химические реагенты присутствуют в цементной композиции в количестве от примерно до примерно 5 мас.%, относительно общей массы цементной композиции с низким содержанием- 5 044399 mass of cement composition with low Ca/Mg content. In certain embodiments, these chemicals are present in the cement composition in an amount of from about to about 5 weight percent, based on the total weight of the low-grade cement composition.
Ca/Mg.Ca/Mg.
Согласно определенным вариантам реализации химический реагент присутствует в цементной композиции в количестве от примерно 5, до примерно 10 мас.%, относительно общей массы цементной композиции с низким содержанием Ca/Mg, Согласно определенным вариантам реализации химический реагент присутствует в цементной композиции в количестве от примерно 10 до примерно 25 мас.%, относительно общей массы цементной композиции с низким содержанием Ca/Mg.In certain embodiments, the chemical is present in the cement composition in an amount of from about 5 to about 10 weight percent, relative to the total weight of the low Ca/Mg cement composition. In certain embodiments, the chemical is present in the cement composition in an amount of from about 10 up to about 25 wt.%, based on the total weight of the low Ca/Mg cement composition.
Согласно альтернативным вариантам реализации цементный состав с низким содержанием Ca/Mg может содержать Al (алюминий), Si (кремний) и/или Mg (магний), примеси, такие как Sr (стронций) или Ва (барий), и ионы других металлов, при этом продукт реакции представляет собой нерастворимое соединение, содержащее один или более элементов, выбранных из Al, Si, Mg, Sr и Ва.In alternative embodiments, the low Ca/Mg cement composition may contain Al (aluminium), Si (silicon) and/or Mg (magnesium), impurities such as Sr (strontium) or Ba (barium), and other metal ions, wherein the reaction product is an insoluble compound containing one or more elements selected from Al, Si, Mg, Sr and Ba.
В случае реакций, которые могут быть экзотермическими, считается, что регулирование таких реакций можно осуществлять одним или более из следующих способов: путем применения добавок, путем регулирования реакционной способности цементирующего материала за счет регулирования его кристалличности, путем регулирования размера частиц в цементирующем материале и/или путем регулирования площади поверхности частиц в цементирующем материале.In the case of reactions that may be exothermic, it is believed that control of such reactions can be achieved in one or more of the following ways: by using additives, by adjusting the reactivity of the cementitious material by adjusting its crystallinity, by adjusting the particle size of the cementitious material, and/or by adjusting the surface area of particles in the cementitious material.
Для регулирования скорости реакции один из подходов заключался в снижении реакционной способности цемента путем увеличения содержания мелилита (т.е. геленита) за счет увеличения содержания Al и/или Mg и/или Fe в цементе.To control the rate of reaction, one approach has been to reduce the reactivity of the cement by increasing the melilite (i.e., gehlenite) content by increasing the Al and/or Mg and/or Fe content of the cement.
Пример.Example.
Цилиндр размером 4 х 8 (примерно 10 х 20 см) изготавливали с применением цемента, состоящего в основном из 80% кристаллической фазы мелилита (т.е. геленита), 5% ларнита и 12% аморфной фазы. Распределение частиц цемента по размерам составляло d10 3 мкм, d50 11 мкм и d90 75 мкм. Смесь цемента, песка и гравия смешивали с насыщенным раствором лимонной кислоты и заливали в пресс-форму. Образец отверждали в течение двух дней и испытывали на прочность при сжатии согласно ASTM C39.A cylinder measuring 4 x 8 (approximately 10 x 20 cm) was made using cement consisting mainly of 80% crystalline melilite phase (i.e. helenite), 5% larnite and 12% amorphous phase. The size distribution of cement particles was d 10 3 µm, d 50 11 µm and d 90 75 µm. A mixture of cement, sand and gravel was mixed with a saturated solution of citric acid and poured into the mold. The sample was cured for two days and tested for compressive strength according to ASTM C39.
В результате таких корректировок цементирующего материала в некоторых случаях было обнаружено, что модифицированный цементирующий материал (например, с добавлением Al, Mg и/или Fe) не отверждался при реакции только с CO2 в качестве источника диоксида углерода, при этом он действительно взаимодействовал, когда отверждающий агент представлял собой лимонную кислоту или некоторые химические реагенты, такие как дикарбоновые кислоты, трикарбоновые кислоты и альфагидроксикарбоновые кислоты.As a result of these adjustments to the cementitious material, in some cases it was found that the modified cementitious material (eg, with the addition of Al, Mg and/or Fe) did not cure when reacted with only CO 2 as a source of carbon dioxide, while it did react when the curing agent was citric acid or certain chemicals such as dicarboxylic acids, tricarboxylic acids and alpha-hydroxycarboxylic acids.
Согласно другим вариантам реализации химический реагент может представлять собой органическую кислоту или соединение, которое может быть синтезировано только из СО2 или, возможно, с применением других материалов предшественников.In other embodiments, the chemical reagent may be an organic acid or compound that can be synthesized only from CO2 or possibly using other precursor materials.
Изобретение, представленное заявителем, описано в настоящем документе согласно предпочтительным вариантам реализации со ссылкой на фигуру, на которой одинаковые номера представляют одинаковые или похожие элементы, В настоящем описании ссылка на один из вариантов реализации, вариант реализации или подобное выражение означает, что конкретная особенность, структура или характеристика, описанные в связи с указанным вариантом реализации, включены в по меньшей мере один из вариантов реализации настоящего изобретения. Таким образом, появление в настоящем описании фраз согласно одному из вариантов реализации, согласно варианту реализации и аналогичных выражений может, но не обязательно, относиться к одному и тому же варианту реализации.The invention presented by the applicant is described herein according to preferred embodiments with reference to the figure, in which like numerals represent the same or similar elements. In the present description, reference to one embodiment, embodiment or similar expression means that a particular feature, structure or features described in connection with said embodiment are included in at least one embodiment of the present invention. Thus, the appearance in this specification of the phrases according to one of the embodiments, according to an embodiment and similar expressions may, but do not necessarily, refer to the same embodiment.
Описанные особенности, структуры или характеристики изобретения, представленного заявителем, могут быть объединены любым подходящим способом в одном или более вариантах реализации. Для обеспечения полного понимания вариантов реализации настоящего изобретения в приведенном в настоящем документе описании приведены многочисленные конкретные подробности. Однако специалист в соответствующей области техники поймет, что композиция и/или способ, предложенные заявителем, могут быть реализованы на практике без применения одной или более конкретных деталей или с применением других способов, компонентов, материалов и т.п. В других случаях общеизвестные структуры, материалы или операции не показаны или не описаны подробно во избежание затруднения понимания аспектов настоящего изобретения.The described features, structures or characteristics of the invention presented by the applicant may be combined in any suitable manner in one or more embodiments. To provide a thorough understanding of the embodiments of the present invention, numerous specific details are set forth herein in the description. However, one skilled in the art will appreciate that the composition and/or method proposed by the applicant may be practiced without the use of one or more specific parts or using other methods, components, materials, and the like. In other cases, well-known structures, materials, or operations are not shown or described in detail to avoid obscuring aspects of the present invention.
Другие варианты реализации в пределах объема формулы изобретения, приведенной в настоящем документе, будут очевидны специалисту в данной области техники из рассмотрения описания или практического применения изобретения, описанного в данном документе. Предполагается, что описание настоящего изобретения следует рассматривать только как иллюстративное, при этом его объем и сущность приведены в формуле изобретения.Other embodiments within the scope of the claims set forth herein will be apparent to one skilled in the art from consideration of the description or practice of the invention described herein. It is intended that the description of the present invention be construed as illustrative only, its scope and spirit being set forth in the claims.
На основании приведенного выше описания будет видно достижение нескольких преимуществ и обеспечение других преимуществ.Based on the above description, it will be seen that several advantages are achieved and other advantages are provided.
Поскольку в описанные выше способы и композиции могут быть внесены различные изменения, не выходящие за рамки объема настоящего изобретения, подразумевают, что весь материал, содержащийсяSince various changes may be made to the methods and compositions described above without departing from the scope of the present invention, it is intended that all material contained
--
Claims (8)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US62/633,959 | 2018-02-22 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA044399B1 true EA044399B1 (en) | 2023-08-24 |
Family
ID=
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11731906B2 (en) | Synthetic pozzolans | |
| US11597678B2 (en) | Cement chemistries | |
| RU2547866C2 (en) | Additive for hydraulic binding material based on clinker from belite and calcium sulphoaluminate-ferrite | |
| RU2513572C2 (en) | Hydraulic binding agent based on sulfo-aluminous clinker and portland cement clinker | |
| JP6488340B2 (en) | Quick hardening material and quick hardening cement composition | |
| Liu et al. | Experimental research on properties and microstructures of magnesium-iron phosphate cement | |
| CN107207342A (en) | The hydraulic binder and its manufacture method of amorphous state low calcium content silicate | |
| US20230382792A1 (en) | Production of supplementary cementitious materials through wet carbonation method | |
| Bertola et al. | CSA and slag: towards CSA composite binders | |
| US20200339476A1 (en) | Building elements made from binders hardening by combined hydration and carbonation | |
| KR101116346B1 (en) | Blast furnace slag cement synthetic method and blast furnace slag cement produced by this method | |
| EA044399B1 (en) | METHOD FOR OBTAINING CURED CEMENT COMPOSITION | |
| EP4347525A1 (en) | Method for producing supplementary cementitious material | |
| Rubinaite et al. | Investigation on the hydration and strength properties of belite cement mortar containing industrial waste | |
| CN1718557A (en) | Expanding agent used for cement or concrete and its manufacturing method | |
| CN117794884A (en) | High silica containing supplementary cementitious materials and methods of making the same |