JP2011524253A - Methods and systems for utilizing metal oxide waste sources - Google Patents

Methods and systems for utilizing metal oxide waste sources Download PDF

Info

Publication number
JP2011524253A
JP2011524253A JP2011514787A JP2011514787A JP2011524253A JP 2011524253 A JP2011524253 A JP 2011524253A JP 2011514787 A JP2011514787 A JP 2011514787A JP 2011514787 A JP2011514787 A JP 2011514787A JP 2011524253 A JP2011524253 A JP 2011524253A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
source
metal oxide
aqueous solution
precipitated material
carbonate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2011514787A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
ブレント コンスタンツ,
パウロ モンテイロ,
シドニー オメロン,
ミゲル フェルナンデス,
カスラ ファーサド,
キャサリン ジェラミタ,
カリン ヤケート,
Original Assignee
カレラ コーポレイション
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from PCT/US2008/088246 external-priority patent/WO2010074687A1/en
Priority claimed from PCT/US2008/088242 external-priority patent/WO2010074686A1/en
Priority claimed from US12/344,019 external-priority patent/US7887694B2/en
Application filed by カレラ コーポレイション filed Critical カレラ コーポレイション
Publication of JP2011524253A publication Critical patent/JP2011524253A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01FCOMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
    • C01F11/00Compounds of calcium, strontium, or barium
    • C01F11/18Carbonates
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46Removing components of defined structure
    • B01D53/62Carbon oxides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01FCOMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
    • C01F5/00Compounds of magnesium
    • C01F5/24Magnesium carbonates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/02Compositions 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 hydraulic cements other than calcium sulfates
    • C04B28/021Ash cements, e.g. fly ash cements ; Cements based on incineration residues, e.g. alkali-activated slags from waste incineration ; Kiln dust cements
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2251/00Reactants
    • B01D2251/40Alkaline earth metal or magnesium compounds
    • B01D2251/402Alkaline earth metal or magnesium compounds of magnesium
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2251/00Reactants
    • B01D2251/40Alkaline earth metal or magnesium compounds
    • B01D2251/404Alkaline earth metal or magnesium compounds of calcium
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2257/00Components to be removed
    • B01D2257/40Nitrogen compounds
    • B01D2257/404Nitrogen oxides other than dinitrogen oxide
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2257/00Components to be removed
    • B01D2257/60Heavy metals or heavy metal compounds
    • B01D2257/602Mercury or mercury compounds
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46Removing components of defined structure
    • B01D53/48Sulfur compounds
    • B01D53/50Sulfur oxides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/70Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
    • C01P2002/72Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by d-values or two theta-values, e.g. as X-ray diagram
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/80Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70
    • C01P2002/82Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70 by IR- or Raman-data
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/80Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70
    • C01P2002/88Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70 by thermal analysis data, e.g. TGA, DTA, DSC
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00Particle morphology
    • C01P2004/01Particle morphology depicted by an image
    • C01P2004/03Particle morphology depicted by an image obtained by SEM
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02CCAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40Capture or disposal of greenhouse gases of CO2
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/30Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies
    • Y02W10/33Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies using wind energy
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/30Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies
    • Y02W10/37Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies using solar energy
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)
  • Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
  • Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)

Abstract

炭酸塩を含む組成物を製造するための方法が提供され、その方法には金属酸化物の廃棄物源を利用することが含まれる。二価カチオンの水溶液(その一部または全部が、金属酸化物の廃棄物源から得られる)を、CO2と接触させ、沈殿条件に置くと、炭酸塩を含む組成物を得ることができる。いくつかの実施態様においては、燃焼アッシュが、二価カチオンを含む水溶液のための金属酸化物の廃棄物源である。いくつかの実施態様においては、燃焼アッシュを使用して、プロトン除去剤の供給源、二価カチオン、シリカ、金属酸化物、もしくはその他所望の構成成分、またはそれらの組合せが提供される。A method is provided for producing a composition comprising carbonate, including utilizing a metal oxide waste source. When an aqueous solution of divalent cations (some or all of which is obtained from a metal oxide waste source) is contacted with CO2 and placed in precipitation conditions, a composition comprising carbonate can be obtained. In some embodiments, combustion ash is a metal oxide waste source for aqueous solutions containing divalent cations. In some embodiments, combustion ash is used to provide a source of proton scavenger, divalent cation, silica, metal oxide, or other desired component, or combinations thereof.

Description

関連出願の相互参照
本出願は、米国特許仮出願第61/073,319号明細書(出願日、2008年6月17日)および米国特許仮出願第61/079,790号明細書(出願日、2008年7月10日)の利益を主張するものである(上記出願を参考として引用し本明細書に組み入れる)。本出願はさらに、米国特許出願第12/344019号明細書(出願日、2008年12月24日)(その全体を参考として引用し本明細書に組み入れる)の一部継続出願であり、その出願に対して、米国特許法第120条に従って優先権を主張する。
CROSS REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS This application is based on U.S. Provisional Application No. 61 / 073,319 (filing date, June 17, 2008) and U.S. Provisional Application No. 61 / 079,790 (filing date). , Jul. 10, 2008) (the above application is incorporated herein by reference). This application is further a continuation-in-part of US patent application Ser. No. 12 / 344,019 (filing date, December 24, 2008), which is incorporated herein by reference in its entirety. , Claim priority in accordance with Section 120 of the US Patent Act.

二酸化炭素(CO2)の排出は、地球温暖化現象の主因と見なされてきた。CO2は燃焼の副生物であり、運転上の問題、経済的な問題、および環境的な問題を引き起こしている。CO2およびその他の温室効果ガスの大気中濃度が上がることによって、大気中における熱の蓄積が増大し、それによって地表温度の上昇および急速な気候変動がもたらされると予想されている。さらに、大気中のCO2のレベルが高くなると、CO2が溶解して炭酸が生成するために、世界中の海洋がさらに酸性化されるとも予想されている。気候変動および海洋の酸性化の影響は、時宜を得た対策をとらないと、経済的にも高くつき、環境的にも危険となるであろう。気候変動によるリスクの可能性を抑制するためには、各種の人為的プロセスからのCO2を封じ込め、排除することが必要となるであろう。   Carbon dioxide (CO2) emissions have been regarded as a major cause of global warming. CO2 is a by-product of combustion, causing operational problems, economic problems, and environmental problems. Increasing atmospheric concentrations of CO2 and other greenhouse gases are expected to increase the accumulation of heat in the atmosphere, leading to increased surface temperatures and rapid climate change. Furthermore, when the level of CO2 in the atmosphere increases, it is expected that the oceans around the world will be further acidified because CO2 dissolves and carbon dioxide is produced. The effects of climate change and ocean acidification will be costly and environmentally dangerous unless timely measures are taken. To control the potential risks from climate change, it will be necessary to contain and eliminate CO2 from various human processes.

提供されるのは、水溶液を工業プロセスからの金属酸化物の供給源と接触させる工程;その水溶液に工業プロセスからの二酸化炭素の供給源からの二酸化炭素をチャージする工程;およびその水溶液を大気圧下の沈殿条件に置いて、炭酸塩含有沈殿物質を生成させる工程;を含む方法である。いくつかの実施態様においては、その金属酸化物の供給源とその二酸化炭素の供給源が、同一の工業プロセスからのものである。いくつかの実施態様においては、水溶液を金属酸化物の供給源と接触させることを、水溶液に二酸化炭素の供給源をチャージすることよりも前に行わせる。いくつかの実施態様においては、水溶液を金属酸化物の供給源と接触させることを、水溶液に二酸化炭素の供給源をチャージするのと同時に行わせる。いくつかの実施態様においては、水溶液を金属酸化物の供給源と接触させることと、その水溶液に二酸化炭素の供給源をチャージすることと、その水溶液を沈殿条件に置くこととを、同時に行わせる。いくつかの実施態様においては、その金属酸化物の供給源とその二酸化炭素の供給源とが、同一の廃棄物流を供給源とする。いくつかの実施態様においては、その廃棄物流れが、石炭専焼火力発電所からの煙道ガスである。いくつかの実施態様においては、その石炭専焼火力発電所が褐炭専焼火力発電所である。いくつかの実施態様においては、その廃棄物流れが、セメントプラントからのキルン排出物である。いくつかの実施態様においては、その金属酸化物の供給源が、フライアッシュである。いくつかの実施態様においては、その金属酸化物の供給源が、セメントキルンダストである。いくつかの実施態様においては、その廃棄物流れに、SOx、NOx、水銀、またはそれらの各種組合せがさらに含まれる。いくつかの実施態様においては、その金属酸化物の供給源が、沈殿物質を生成させるための二価カチオンをさらに与える。いくつかの実施態様においては、その金属酸化物の供給源とその水溶液の両方に、沈殿物質を生成させるための二価カチオンが含まれる。いくつかの実施態様においては、その金属酸化物の供給源が、フライアッシュまたはセメントキルンダストである。いくつかの実施態様においては、その水溶液が、ブライン、海水、または淡水を含む。いくつかの実施態様においては、その二価カチオンが、Ca2+、Mg2+、またはそれらの組合せを含む。いくつかの実施態様においては、その金属酸化物の供給源が、沈殿物質を生成させるためのプロトン除去剤を与える。いくつかの実施態様においては、その金属酸化物の供給源が、その水溶液中においてCaO、MgO、またはそれらの組合せを水和させて、プロトン除去剤を与える。いくつかの実施態様においては、その金属酸化物の供給源が、シリカをさらに与える。いくつかの実施態様においては、その金属酸化物の供給源が、アルミナをさらに与える。いくつかの実施態様においては、その金属酸化物の供給源が、酸化第二鉄をさらに与える。いくつかの実施態様においては、ボーキサイト加工からの赤泥または褐泥が、プロトン除去剤をも与える。いくつかの実施態様においては、プロトン除去に影響する電気化学的方法が、沈殿物質の生成をさらに与える。 Provided is contacting an aqueous solution with a source of metal oxide from an industrial process; charging the aqueous solution with carbon dioxide from a source of carbon dioxide from an industrial process; and bringing the aqueous solution to atmospheric pressure Subjecting to precipitation conditions below to produce a carbonate-containing precipitation material. In some embodiments, the metal oxide source and the carbon dioxide source are from the same industrial process. In some embodiments, contacting the aqueous solution with a source of metal oxide is performed prior to charging the aqueous solution with a source of carbon dioxide. In some embodiments, contacting the aqueous solution with a source of metal oxide is performed simultaneously with charging the aqueous solution with a source of carbon dioxide. In some embodiments, contacting the aqueous solution with a source of metal oxide, charging the aqueous solution with a source of carbon dioxide, and subjecting the aqueous solution to precipitation conditions are performed simultaneously. . In some embodiments, the metal oxide source and the carbon dioxide source are sourced from the same waste stream. In some embodiments, the waste stream is flue gas from a coal-fired power plant. In some embodiments, the coal-fired power plant is a lignite-fired power plant. In some embodiments, the waste stream is kiln emissions from a cement plant. In some embodiments, the metal oxide source is fly ash. In some embodiments, the metal oxide source is cement kiln dust. In some embodiments, the waste stream further includes SOx, NOx, mercury, or various combinations thereof. In some embodiments, the source of metal oxide further provides a divalent cation for generating a precipitated material. In some embodiments, both the metal oxide source and the aqueous solution include a divalent cation to produce a precipitated material. In some embodiments, the metal oxide source is fly ash or cement kiln dust. In some embodiments, the aqueous solution comprises brine, seawater, or fresh water. In some embodiments, the divalent cation comprises Ca 2+ , Mg 2+ , or a combination thereof. In some embodiments, the source of metal oxide provides a proton scavenger to produce a precipitated material. In some embodiments, the source of metal oxide hydrates CaO, MgO, or a combination thereof in the aqueous solution to provide a proton scavenger. In some embodiments, the source of metal oxide further provides silica. In some embodiments, the source of metal oxide further provides alumina. In some embodiments, the source of metal oxide further provides ferric oxide. In some embodiments, red mud or brown mud from bauxite processing also provides a proton scavenger. In some embodiments, electrochemical methods that affect proton removal further provide for the formation of precipitated material.

いくつかの実施態様においては、その方法に、沈殿物質が生成した水溶液から沈殿物質を分離する工程をさらに含む。いくつかの実施態様においては、その沈殿物質に、CaCO3を含む。いくつかの実施態様においては、CaCO3に、方解石、あられ石、バテライト、またはそれらの組合せを含む。いくつかの実施態様においては、その沈殿物質に、MgCO3をさらに含む。いくつかの実施態様においては、そのCaCO3にあられ石を含み、そのMgCO3にネスケホナイトを含む。いくつかの実施態様においては、その方法に、その沈殿物質を加工して建築材料を形成させることを含む。いくつかの実施態様においては、その建築材料が水硬セメントである。いくつかの実施態様においては、その建築材料がポゾランセメントである。いくつかの実施態様においては、その建築材料が骨材である。   In some embodiments, the method further includes separating the precipitated material from the aqueous solution in which the precipitated material is produced. In some embodiments, the precipitated material comprises CaCO3. In some embodiments, CaCO3 comprises calcite, aragonite, vaterite, or combinations thereof. In some embodiments, the precipitation material further comprises MgCO3. In some embodiments, the CaCO3 includes halo stones and the MgCO3 includes neskehonite. In some embodiments, the method includes processing the precipitated material to form a building material. In some embodiments, the building material is hydraulic cement. In some embodiments, the building material is pozzolanic cement. In some embodiments, the building material is aggregate.

さらに提供されるのは、水溶液を二酸化炭素を含む廃棄物流れおよび金属酸化物を含む供給源と接触させる工程、ならびにその水溶液を沈殿条件に置いて炭酸塩含有沈殿物質を生成させる工程、を含む方法である。いくつかの実施態様においては、その廃棄物流れが、石炭専焼火力発電所からの煙道ガスである。いくつかの実施態様においては、その石炭専焼火力発電所が褐炭専焼火力発電所である。いくつかの実施態様においては、その金属酸化物の供給源が、フライアッシュである。いくつかの実施態様においては、その廃棄物流れが、セメントプラントからのキルン排出物である。いくつかの実施態様においては、その金属酸化物の供給源が、セメントキルンダストである。いくつかの実施態様においては、その廃棄物流れに、SOx、NOx、水銀、またはそれらの各種組合せがさらに含まれる。いくつかの実施態様においては、沈殿物質を生成させるための二価カチオンが、金属酸化物の供給源、水溶液、またはそれらの組合せにより与えられる。いくつかの実施態様においては、その水溶液が、ブライン、海水、または淡水を含む。いくつかの実施態様においては、その二価カチオンが、Ca2+、Mg2+、またはそれらの組合せを含む。いくつかの実施態様においては、その金属酸化物の供給源が、沈殿物質を生成させるためのプロトン除去剤をさらに与える。いくつかの実施態様においては、その金属酸化物の供給源が、その水溶液中においてCaO、MgO、またはそれらの組合せを水和させて、プロトン除去剤を与える。いくつかの実施態様においては、その金属酸化物の供給源が、シリカをさらに与える。いくつかの実施態様においては、その金属酸化物の供給源が、アルミナをさらに与える。いくつかの実施態様においては、その金属酸化物の供給源が、酸化第二鉄をさらに与える。いくつかの実施態様においては、ボーキサイト加工からの赤泥または褐泥が、プロトン除去剤をも与える。いくつかの実施態様においては、プロトン除去に影響する電気化学的方法が、沈殿物質の生成をさらに与える。いくつかの実施態様においては、その沈殿物質に、CaCO3を含む。いくつかの実施態様においては、CaCO3に、方解石、あられ石、バテライト、またはそれらの組合せを含む。いくつかの実施態様においては、その方法に、沈殿物質が生成した水溶液から沈殿物質を分離する工程をさらに含む。いくつかの実施態様においては、その方法に、その沈殿物質を加工して建築材料を形成させることを含む。いくつかの実施態様においては、その建築材料が水硬セメントである。いくつかの実施態様においては、その建築材料がポゾランセメントである。いくつかの実施態様においては、その建築材料が骨材である。 Further provided is the step of contacting the aqueous solution with a waste stream comprising carbon dioxide and a source comprising a metal oxide, and subjecting the aqueous solution to precipitation conditions to produce a carbonate-containing precipitated material. Is the method. In some embodiments, the waste stream is flue gas from a coal-fired power plant. In some embodiments, the coal-fired power plant is a lignite-fired power plant. In some embodiments, the metal oxide source is fly ash. In some embodiments, the waste stream is kiln emissions from a cement plant. In some embodiments, the metal oxide source is cement kiln dust. In some embodiments, the waste stream further includes SOx, NOx, mercury, or various combinations thereof. In some embodiments, the divalent cation for generating the precipitated material is provided by a source of metal oxide, an aqueous solution, or a combination thereof. In some embodiments, the aqueous solution comprises brine, seawater, or fresh water. In some embodiments, the divalent cation comprises Ca 2+ , Mg 2+ , or a combination thereof. In some embodiments, the source of metal oxide further provides a proton scavenger for generating a precipitated material. In some embodiments, the source of metal oxide hydrates CaO, MgO, or a combination thereof in the aqueous solution to provide a proton scavenger. In some embodiments, the source of metal oxide further provides silica. In some embodiments, the source of metal oxide further provides alumina. In some embodiments, the source of metal oxide further provides ferric oxide. In some embodiments, red mud or brown mud from bauxite processing also provides a proton scavenger. In some embodiments, electrochemical methods that affect proton removal further provide for the formation of precipitated material. In some embodiments, the precipitated material comprises CaCO3. In some embodiments, CaCO3 comprises calcite, aragonite, vaterite, or combinations thereof. In some embodiments, the method further includes separating the precipitated material from the aqueous solution in which the precipitated material is produced. In some embodiments, the method includes processing the precipitated material to form a building material. In some embodiments, the building material is hydraulic cement. In some embodiments, the building material is pozzolanic cement. In some embodiments, the building material is aggregate.

さらに提供されるのは、合成炭酸カルシウムを含むシリカ質組成物であるが、ここでその炭酸カルシウムは、方解石、あられ石、およびバテライトから選択される少なくとも二つの形態で存在している。いくつかの実施態様においては、炭酸カルシウムのその少なくとも二つの形態が、方解石およびあられ石である。いくつかの実施態様においては、方解石とあられ石とが、20:1の比率で存在している。いくつかの実施態様においては、炭酸カルシウムとシリカとが、少なくとも1:2の炭酸塩対シリカの比率で存在している。いくつかの実施態様においては、そのシリカの75%が、粒子サイズが45ミクロン未満の非晶質シリカである。いくつかの実施態様においては、シリカ粒子が、合成炭酸カルシウムまたは合成炭酸マグネシウムによって、全面的または部分的に封入されている。   Further provided is a siliceous composition comprising synthetic calcium carbonate, wherein the calcium carbonate is present in at least two forms selected from calcite, aragonite, and vaterite. In some embodiments, the at least two forms of calcium carbonate are calcite and aragonite. In some embodiments, calcite and aragonite are present in a ratio of 20: 1. In some embodiments, the calcium carbonate and silica are present in a ratio of at least 1: 2 carbonate to silica. In some embodiments, 75% of the silica is amorphous silica with a particle size of less than 45 microns. In some embodiments, the silica particles are wholly or partially encapsulated by synthetic calcium carbonate or synthetic magnesium carbonate.

さらに提供されるのは、合成炭酸カルシウムおよび合成炭酸マグネシウムを含むシリカ質組成物であるが、ここでその炭酸カルシウムが、方解石、あられ石、およびバテライトから選択される少なくとも一つの形態で存在し、そしてここでその炭酸マグネシウムが、ネスケホナイト、マグネサイト、およびハイドロマグネサイトから選択される少なくとも一つの形態で存在している。いくつかの実施態様においては、その炭酸カルシウムがあられ石として存在し、その炭酸マグネシウムがネスケホナイトとして存在している。いくつかの実施態様においては、シリカが、シリカ質組成物の20%以下である。いくつかの実施態様においては、シリカが、シリカ質組成物の10%以下である。いくつかの実施態様においては、シリカ粒子が、合成炭酸カルシウムまたは合成炭酸マグネシウムによって、全面的または部分的に封入されている。   Further provided is a siliceous composition comprising synthetic calcium carbonate and synthetic magnesium carbonate, wherein the calcium carbonate is present in at least one form selected from calcite, aragonite, and vaterite, Here, the magnesium carbonate is present in at least one form selected from neskehonite, magnesite, and hydromagnesite. In some embodiments, the calcium carbonate is present as olivine and the magnesium carbonate is present as neskehonite. In some embodiments, the silica is 20% or less of the siliceous composition. In some embodiments, the silica is 10% or less of the siliceous composition. In some embodiments, the silica particles are wholly or partially encapsulated by synthetic calcium carbonate or synthetic magnesium carbonate.

さらに提供されるのは、金属酸化物の廃棄物源を消和させるために適合させた石灰消和機、沈殿反応機、および液固分離機を含むシステムであるが、ここで、その沈殿反応機は、石灰消和機および液固分離機の両方に操作可能に接続され、さらにここで、そのシステムが、1トン/日を超える量で炭酸塩含有沈殿物質を製造するように構成されている。いくつかの実施態様においては、そのシステムが、10トン/日を超える量で炭酸塩含有沈殿物質を製造するように構成されている。いくつかの実施態様においては、そのシステムが、100トン/日を超える量で炭酸塩含有沈殿物質を製造するように構成されている。いくつかの実施態様においては、そのシステムが、1000トン/日を超える量で炭酸塩含有沈殿物質を製造するように構成されている。いくつかの実施態様においては、そのシステムが、10,000トン/日を超える量で炭酸塩含有沈殿物質を製造するように構成されている。いくつかの実施態様においては、その石灰消和機が、スラリー滞留石灰消和機、ペースト石灰消和機、およびボールミル石灰消和機から選択される。いくつかの実施態様においては、そのシステムに二酸化炭素の供給源がさらに含まれる。いくつかの実施態様においては、その二酸化炭素の供給源が、石炭専焼火力発電所またはセメントプラントからのものである。いくつかの実施態様においては、そのシステムにプロトン除去剤の供給源がさらに含まれる。いくつかの実施態様においては、そのシステムに二価カチオンの供給源がさらに含まれる。いくつかの実施態様においては、そのシステムが、液固分離機の固体生成物から建築材料を生成させるように構成された、建築材料生成ユニットをさらに含む。   Further provided is a system that includes a lime slaker, a precipitation reactor, and a liquid-solid separator adapted to sterilize a metal oxide waste source, wherein the precipitation reaction The machine is operably connected to both the lime slaker and the liquid-solid separator, further wherein the system is configured to produce carbonate-containing precipitated material in an amount greater than 1 ton / day. Yes. In some embodiments, the system is configured to produce carbonate-containing precipitated material in an amount greater than 10 tons / day. In some embodiments, the system is configured to produce carbonate-containing precipitated material in an amount greater than 100 tons / day. In some embodiments, the system is configured to produce carbonate-containing precipitated material in an amount greater than 1000 tons / day. In some embodiments, the system is configured to produce carbonate-containing precipitated material in an amount greater than 10,000 tons / day. In some embodiments, the lime slaker is selected from a slurry stay lime slaker, a paste lime slaker, and a ball mill lime slaker. In some embodiments, the system further includes a source of carbon dioxide. In some embodiments, the carbon dioxide source is from a coal-fired power plant or a cement plant. In some embodiments, the system further includes a source of proton scavenger. In some embodiments, the system further includes a source of divalent cations. In some embodiments, the system further includes a building material generation unit configured to generate building material from the solid product of the liquid-solid separator.

本発明の新規性のある特徴は、添付された特許請求項に特に述べられている。以下の、本発明の原理が利用されている、説明のための実施態様で言及されている詳細な説明、および添付の図面を参照することにより、本発明の特徴と利点がよりよく理解されることであろう。   The novel features of the invention are set forth with particularity in the appended claims. A better understanding of the features and advantages of the present invention will be obtained by reference to the following detailed description that refers to the illustrative embodiments, in which the principles of the invention are utilized, and the accompanying drawings of which: That would be true.

ESPおよびFGDを使用した、発電所煙道ガス処理プロセスの一例の模式的概略図である。1 is a schematic diagram of an example of a power plant flue gas treatment process using ESP and FGD. FIG. 本発明の実施態様を利用した、発電所煙道ガス処理プロセスの一例の模式的概略図である。1 is a schematic diagram of an example power plant flue gas treatment process utilizing an embodiment of the present invention. FIG. 実施例2の沈殿物質を、1000倍、2500倍、および6000倍に拡大した、SEM画像である。2 is a SEM image of the precipitated material of Example 2 magnified 1000, 2500, and 6000 times. 実施例2の沈殿物質についてのXRDである。2 is an XRD for the precipitated material of Example 2. 実施例2の沈殿物質についてのTGAである。2 is a TGA for the precipitated material of Example 2. 実施例3の沈殿物質を、2,500倍に拡大した、SEM画像である。It is a SEM image which expanded the precipitation substance of Example 3 2500 times. 実施例3の沈殿物質のXRDである。3 is an XRD of the precipitated material of Example 3. 実施例3の沈殿物質のTGAである。2 is a TGA of the precipitated material of Example 3. 実施例4のオーブン乾燥させた沈殿物質を、2,500倍に拡大した、SEM画像である。4 is an SEM image of the oven-dried precipitated material of Example 4 magnified 2,500 times. 実施例4のオーブン乾燥させた沈殿物質のFT−IRである。4 is an FT-IR of the oven-dried precipitated material of Example 4.

本発明をさらに詳細に説明する前に、本発明は、記載された特定の実施態様に限定されるものではなく、したがって、言うまでもなく、変更を加えてもよいということは理解されたい。さらに、本明細書において使用される用語は、特定の実施態様を記述するためだけのものであって、限定を加えることを意図したものではなく、本発明の範囲は、添付の特許請求項によってのみ限定されるであろうということも理解されたい。   Before describing the present invention in further detail, it is to be understood that the present invention is not limited to the specific embodiments described, and, of course, modifications may be made. Furthermore, the terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting, the scope of the invention being defined by the appended claims. It should also be understood that it will only be limited.

数値が範囲で与えられている場合には、その文脈で他の事柄を明確に指示されていない限り、その範囲の上限と下限との間に入るそれぞれの中間値(下限の単位の10分の1まで)、およびその規定された範囲の中のその他のいかなる規定された数値または中間値も、本発明の中に包含されると理解されたい。これらより狭い範囲の上限および下限は、独立して、そのより狭い範囲の中に含まれていてよく、規定された範囲の中で特に除外された限度があればそれに従って、これまた本発明の中に包含される。規定され範囲に、一方または両方に限度が含まれている場合には、それら含まれている限度の一方または両方にわたる範囲もまた、本発明の中に包含される。   If a numerical value is given as a range, each intermediate value that falls between the upper and lower limits of the range (10 minutes of the lower limit unit) unless the context clearly indicates otherwise. 1) and any other defined numerical value or intermediate value within the defined range should be understood to be included in the present invention. The upper and lower limits of these narrower ranges may be independently included within the narrower range, and accordingly, according to any specially excluded limits within the defined ranges, this also applies to the present invention. Included in. Where the stated range includes limits in one or both, ranges over either or both of those included limits are also included in the invention.

本明細書においては、ある種の範囲は、「約(about)」という先行詞を伴う数値を用いて表されている。本明細書においては、「約(about)」という用語は、その後に続くまさにその数字と、さらにはその用語に続く数字の近傍にあるかまたはおよその数字とに、文字通り支持を与えるために使用されている。ある数字が、明確に記述された数字の近傍にあるかまたはおよその数字であるかどうかの判断では、その近傍にあるかまたはおよそである報われない数字が、それが表明された文脈において、その明確に記述された数字と実質的に等価となる数字であってよい。   In the present specification, certain ranges are expressed using numerical values with the antecedent “about”. In this specification, the term “about” is used to provide literal support for the exact number that follows it, and even in the vicinity of or approximately to the number that follows the term. Has been. In determining whether a number is in the vicinity or approximate number of a clearly stated number, an unrewarded number that is in or near that number is in the context in which it is expressed. It may be a number that is substantially equivalent to the clearly described number.

特に断らない限り、本明細書において使用される技術用語および科学用語は、本発明が属する業界の当業者によって通常に理解されているのと同じ意味合いを有している。本明細書において記述されるものに類似していたり等価であったりするいかなる方法および物質も、本発明実施または試験において使用することがまた可能ではあるが、説明のための代表的な、方法および物質について以下に説明する。   Unless defined otherwise, technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Although any methods and materials similar or equivalent to those described herein can also be used in the practice or testing of the present invention, exemplary methods and materials for illustration The substance will be described below.

本明細書の中に引用されたすべての公刊物、特許、および特許出願は、それら個々の公刊物、特許、または特許出願が、明示的かつ個別的に参照として組み入れられたものとして、同じ程度に参考として引用し本明細書に組み入れられたものとする。さらに、それぞれ引用された公刊物、特許、または特許出願は、それらの公刊物が引用されたものとの関連で主題を開示し、記述する目的で、参考として引用し本明細書に組み入れる。いかなる刊行物の引用も、本出願日よりも前にその開示があったとするためであり、その引用によって、先願発明によりそのような公刊が以前にあったとして、本明細書において記載された本発明が権利を与えられないということを容認したと受け取ってはならない。さらに、提示されている公刊年月日は、実際の公刊年月日とは異なっている可能性があり、それは個別に確認する必要がある。   All publications, patents, and patent applications cited in this specification are to the same extent as if each individual publication, patent, or patent application was expressly and individually incorporated by reference. And incorporated herein by reference. In addition, each cited publication, patent, or patent application is cited and incorporated herein by reference for the purpose of disclosing and describing the subject matter in relation to what the publication was cited. Citation of any publication is because it was disclosed prior to the filing date of this application, and was cited herein as if such publication had previously been made by the prior invention. You must not accept that the present invention allows you to be entitled. In addition, the published date of publication may be different from the actual published date, which must be confirmed individually.

本明細書および添付された特許請求項において使用するとき、単数の形の冠詞「a」、「an」および「the」には、文脈において明白に異なっていることが指示されていない限り、複数のニュアンスも含まれていることに留意されたい。特許請求項は、いかなる随意的な要素も排除するように起草することが可能であるということにも留意されたい。したがって、この文言は、特許請求項の構成要素の記述に関連して、「単に(solely)」および「単なる(only)」などのような排他的な用語を使用するため、あるいは「消極的な」限定を使用するための先行的な根拠として役立つことを意図したものである。   As used herein and in the appended claims, the singular forms “a”, “an” and “the” include plural unless the context clearly dictates otherwise. Note that the nuances are included. It should also be noted that the claims may be drafted to exclude any optional element. Therefore, this wording is used in connection with the description of the components of the claims to use exclusive terms such as “solely” and “only”, or “passive” It is intended to serve as a preliminary basis for using the limitation.

この開示を読めば、当業者には明白であろうが、本明細書において記載され、説明された個々の実施態様のそれぞれが、本発明の範囲および精神から外れることなく、容易に他のいくつかの実施態様のいずれかの特徴から分けたり、それらと組み合わせたりすることが可能な、個々独立した構成要素と特徴とを有している。記述された方法のいずれもが、記述された事象の順序通りに実施することもできるし、あるいは、論理的に可能でありさえすれば、いかなる他の順序でも実施することができる。   After reading this disclosure, it will be apparent to one skilled in the art that each of the individual embodiments described and described herein can be easily accomplished without departing from the scope and spirit of the present invention. Individual features and features that can be separated from or combined with features of any of these embodiments. Any of the described methods can be performed in the order of events described, or in any other order as long as it is logically possible.

物質
後にさらに詳しく説明するように、本発明では、CO2の供給源、プロトン除去剤の供給源(および/またはプロトン除去を起こさせる方法)、および二価カチオンの供給源を利用する。金属酸化物の廃棄物源(たとえば、燃焼アッシュたとえば、フライアッシュ、ボトムアッシュ、ボイラースラグ;セメントキルンダスト;ならびにスラグたとえば、鉄スラグおよびリンスラグ)は、全面的または部分的に、プロトン除去剤の供給源および/または二価カチオンの供給源を与えることができる。したがって、金属酸化物の廃棄物源たとえば、燃焼アッシュ(たとえば、フライアッシュ、ボトムアッシュ、ボイラースラグ)、セメントキルンダスト、およびスラグ(たとえば、鉄スラグ、リンスラグ)は、本明細書に記載の組成物を調製するための、二価の金属カチオンおよびプロトン除去剤の単一の供給源となりうる。廃棄物源たとえば、アッシュ、セメントキルンダスト、スラグ(たとえば、鉄スラグ、リンスラグ)はさらに、二価カチオンまたはプロトン除去剤の補助的な供給源と組み合わせて使用してもよい。二酸化炭素の供給源、補助的な二価カチオンの供給源、および補助的なプロトン除去供給源(およびプロトン除去を起こさせる方法)についてまず説明して、二価カチオンおよびプロトン除去剤の供給源としての金属酸化物の廃棄物源に対する状況説明とする。その後で、金属酸化物の廃棄物源、たとえば、燃焼アッシュ、セメントキルンダスト、およびスラグ(たとえば、鉄スラグ、リンスラグ)についての説明をし、それに続けて、これらの金属酸化物の廃棄物源を使用して炭酸塩を含む組成物を生成させる方法について述べる。
Materials As described in more detail below, the present invention utilizes a source of CO2, a source of proton scavenger (and / or a method that causes proton removal), and a source of divalent cations. Metal oxide waste sources (eg, combustion ash, eg fly ash, bottom ash, boiler slag; cement kiln dust; and slag, eg iron slag and phosphorus slag), in whole or in part, supply of proton removers Source and / or source of divalent cations can be provided. Accordingly, metal oxide waste sources such as combustion ash (eg, fly ash, bottom ash, boiler slag), cement kiln dust, and slag (eg, iron slag, phosphorus slag) are compositions described herein. Can be a single source of divalent metal cations and proton scavengers for the preparation of Waste sources such as ash, cement kiln dust, slag (eg, iron slag, phosphorus slag) may also be used in combination with an auxiliary source of divalent cations or proton scavengers. A source of carbon dioxide, an auxiliary divalent cation source, and an auxiliary proton removal source (and a method for causing proton removal) will be described first as a source of divalent cation and proton remover. Let us explain the situation for the metal oxide waste sources. Subsequently, metal oxide waste sources such as combustion ash, cement kiln dust, and slag (eg, iron slag, phosphorus slag) are described, followed by these metal oxide waste sources. A method for using to produce a composition containing carbonate is described.

二酸化炭素
本発明の方法には、ある容積の二価カチオンの水溶液をCO2の供給源と接触させる工程、次いでそうして得られた溶液を沈殿条件に置く工程が含まれる。その二価カチオン含有溶液の中に、(たとえば、海水から)十分な量の炭酸塩含有沈殿物質を沈殿させるのに十分な二酸化炭素が存在すればよいが、通常は追加の二酸化炭素を使用する。そのCO2の供給源は、各種都合のよいCO2供給源であってよい。そのCO2供給源は、ガス、液体、固体(たとえば、ドライアイス)、超臨界流体、あるいは液体の中に溶解されたCO2であってよい。いくつかの実施態様においては、そのCO2供給源が、ガス状のCO2供給源である。そのガス状の流れは、実質的に純粋なCO2であってもよいし、あるいは、CO2と、1種または複数のさらなるガスおよび/またはその他の物質たとえばアッシュまたはその他の粒状物と、を含む複数成分を含んでいてもよい。いくつかの実施態様においては、そのガス状のCO2供給源が、廃棄物フィード(すなわち、工業プラントの実動プロセスの副生物)、たとえば工業プラントからの排出物である。工業プラントのタイプは変えることが可能で、対象となる工業プラントとしては次のものが挙げられる(これらに限定される訳ではない):発電所、化学加工プラント、機械加工プラント、製油所、セメントプラント、鉄鋼プラント、ならびに、燃料燃焼またはその他の加工工程の副生物としてCO2が生成するその他の工業プラント(たとえば、セメントプラントによるか焼)。
Carbon dioxide The method of the present invention includes contacting a volume of an aqueous solution of a divalent cation with a source of CO2, and then subjecting the resulting solution to precipitation conditions. There should be sufficient carbon dioxide in the divalent cation-containing solution to precipitate a sufficient amount of carbonate-containing precipitation material (eg, from seawater), but usually additional carbon dioxide is used. . The CO2 source may be any convenient CO2 source. The CO2 source may be a gas, liquid, solid (eg, dry ice), supercritical fluid, or CO2 dissolved in a liquid. In some embodiments, the CO2 source is a gaseous CO2 source. The gaseous stream may be substantially pure CO2 or a plurality comprising CO2 and one or more additional gases and / or other substances such as ash or other particulates. Ingredients may be included. In some embodiments, the gaseous CO2 source is a waste feed (i.e., a byproduct of an industrial plant production process), such as emissions from an industrial plant. The types of industrial plants can be varied and include (but are not limited to) the following industrial plants: power plants, chemical processing plants, machining plants, refineries, cement Plants, steel plants, and other industrial plants where CO2 is produced as a by-product of fuel combustion or other processing processes (eg, calcination by cement plants).

CO2を含む廃ガス流れには、還元性条件流れ(たとえば、合成ガス、シフト化合成ガス、天然ガス、水素など)と、酸化性条件流れ(たとえば、燃焼からの煙道ガス)との両方が含まれる。本発明にとって好都合となりうる具体的な廃ガス流れとしては、以下のものが挙げられる:酸素含有燃焼工業プラント煙道ガス(たとえば、石炭またはその他の炭素系で、煙道ガスの前処理をほとんどまたはまったくしていないもの)、ターボチャージボイラー生成ガス、石炭ガス化生成ガス、シフト化石炭ガス化生成ガス、嫌気性消化装置生成ガス、ウェルヘッド天然ガス流れ、改質天然ガス、またはメタンハイドレートなど。各種好都合な供給源からの燃焼ガスを、本発明の方法およびシステムにおいて使用することができる。いくつかの実施態様においては、工業プラントたとえば、発電所、セメントプラント、および石炭加工プラントの後燃焼排出煙突の中の燃焼ガスが使用される。   Waste gas streams containing CO2 include both reducing conditioned streams (eg, syngas, shifted syngas, natural gas, hydrogen, etc.) and oxidative conditioned streams (eg, flue gas from combustion). included. Specific waste gas streams that may be advantageous for the present invention include: Oxygen-containing combustion industrial plant flue gas (eg, coal or other carbon systems, with little or no flue gas pretreatment) Not at all), turbocharge boiler product gas, coal gasification product gas, shifted coal gasification product gas, anaerobic digester product gas, wellhead natural gas stream, reformed natural gas, methane hydrate, etc. . Combustion gases from a variety of convenient sources can be used in the methods and systems of the present invention. In some embodiments, combustion gases are used in post-combustion exhaust stacks of industrial plants such as power plants, cement plants, and coal processing plants.

したがって、廃棄物流れは、各種各様のタイプの工業プラントから生成したものでよい。本発明において好適な廃棄物流れとしては、化石燃料(たとえば、石炭、石油、天然ガス)および天然由来の有機燃料堆積物(たとえば、タールサンド、重油、オイルシェールなど)からの人為的燃料生成物を燃焼させる工業プラントで生成する廃棄物流れが挙げられる。いくつかの実施態様においては、本発明のシステムおよび方法に好適な廃棄物流れは、石炭専焼火力発電所たとえば、微粉炭発電所、超臨界石炭発電所、質量燃焼石炭発電所、流動床石炭発電所を供給源とするものであり、いくつかの実施態様においては、その廃棄物流れが、ガスもしくは重油燃焼ボイラーおよび蒸気タービン発電所、ガスもしくは重油燃焼ボイラーシンプルサイクルガスタービン発電所、またはガスもしくは重油燃焼ボイラーと組み合わせたサイクルガスタービン発電所を供給源とするものである。いくつかの実施態様においては、合成ガス(すなわち、有機物質たとえば、石炭、バイオマスなどのガス化によって生成するガス)を燃焼させる発電所により生成する廃棄物流れが使用される。いくつかの実施態様においては、複合ガス化コンバインドサイクル(integrated gasification combined cycle、IGCC)プラントからの廃棄物流れが使用される。いくつかの実施態様においては、排熱回収ボイラー(Heat Recovery Steam Generator,HRSG)プラントにより生成した廃棄物流れを使用して、本発明のシステムおよび方法による骨材が生産される。   Accordingly, the waste stream may be generated from various types of industrial plants. Suitable waste streams in the present invention include anthropogenic fuel products from fossil fuels (eg, coal, petroleum, natural gas) and naturally derived organic fuel deposits (eg, tar sands, heavy oil, oil shale, etc.) Waste stream produced in an industrial plant that burns. In some embodiments, waste streams suitable for the systems and methods of the present invention are coal-fired power plants, such as pulverized coal power plants, supercritical coal power plants, mass burning coal power plants, fluidized bed coal power plants. And in some embodiments, the waste stream is gas or heavy oil fired boiler and steam turbine power plant, gas or heavy oil fired boiler simple cycle gas turbine power plant, or gas or The power source is a cycle gas turbine power plant combined with a heavy oil combustion boiler. In some embodiments, a waste stream produced by a power plant that burns synthesis gas (ie, gas produced by gasification of organic materials such as coal, biomass, etc.) is used. In some embodiments, a waste stream from an integrated gasification combined cycle (IGCC) plant is used. In some embodiments, waste streams produced by a Heat Recovery Steam Generator (HRSG) plant are used to produce aggregates according to the systems and methods of the present invention.

セメントプラントにより生成する廃棄物流れもまた、本発明のシステムおよび方法に適している。セメントプラントの廃棄物流れには、湿式プロセスプラントおよび乾式プロセスプラント両方からの廃棄物流れが含まれるが、それらのプラントではシャフトキルンまたはロータリーキルンを採用していてよく、また前か焼炉が含まれていてもよい。これらの工業プラントではそれぞれ、単一の燃料を燃焼していてもよいし、あるいは、2種以上の燃料を順次または同時に燃焼していてもよい。   Waste streams produced by cement plants are also suitable for the system and method of the present invention. Cement plant waste streams include waste streams from both wet and dry process plants, which may employ shaft kilns or rotary kilns and include pre-calcining furnaces. It may be. Each of these industrial plants may burn a single fuel, or may burn two or more fuels sequentially or simultaneously.

工業的な廃ガス流れには、主たる空気非由来の成分として二酸化炭素が含まれてよいし、あるいは、特に石炭専焼火力発電所の場合においては、さらなる成分たとえば、窒素酸化物(NOx)、硫黄酸化物(SOx)、および1種または複数のさらなるガスが含まれていてもよい。さらなるガスおよびその他の成分としては、CO、水銀およびその他の重金属、ならびに(たとえば、か焼および燃焼プロセスからの)ダスト粒子などが挙げられる。ガス流れの中のその他の成分としてはさらに、ハライドたとえば塩化水素およびフッ化水素、粒状物質たとえばフライアッシュ、ダスト、および、金属たとえばヒ素、ベリリウム、ホウ素、カドミウム、クロム、クロムVI、コバルト、鉛、マンガン、水銀、モリブデン、セレン、ストロンチウム、タリウム、およびバナジウム、ならびに有機物たとえば炭化水素、ダイオキシン、およびPAH化合物などが挙げられる。処理することが可能な好適なガス状の廃棄物流れには、いくつかの実施態様においては、存在しているCO2の量が、200ppm〜1,000,000ppm、200,000ppm〜1000ppm、200,000ppm〜2000ppm、180,000ppm〜2000ppm、180,000ppm〜5000ppm、または180,000ppm〜10,000ppmである。廃棄物流れ、特に各種の燃焼ガスの廃棄物流れには、1種または複数のさらなる成分、たとえば、水、NOx(一窒素酸化物:NOおよびNO2)、SOx(一硫黄酸化物:SO、SO2およびSO3)、VOC(揮発性有機化合物)、重金属たとえば水銀、および粒状物質(ガス中に懸濁している固体または液体の粒子)が含まれていてよい。煙道ガスの温度も、可変である。いくつかの実施態様においては、その煙道ガスの温度が、0℃〜2000℃、たとえば60℃〜700℃、たとえば100℃〜400℃である。   Industrial waste gas streams may contain carbon dioxide as the main non-air-derived component, or in the case of coal-fired thermal power plants in particular, additional components such as nitrogen oxides (NOx), sulfur An oxide (SOx) and one or more additional gases may be included. Additional gases and other components include CO, mercury and other heavy metals, and dust particles (eg, from calcination and combustion processes). Other components in the gas stream further include halides such as hydrogen chloride and hydrogen fluoride, particulate matter such as fly ash, dust, and metals such as arsenic, beryllium, boron, cadmium, chromium, chromium VI, cobalt, lead, Examples include manganese, mercury, molybdenum, selenium, strontium, thallium, and vanadium, and organic substances such as hydrocarbons, dioxins, and PAH compounds. Suitable gaseous waste streams that can be treated include, in some embodiments, the amount of CO2 present is 200 ppm to 1,000,000 ppm, 200,000 ppm to 1000 ppm, 200, 000 ppm to 2000 ppm, 180,000 ppm to 2000 ppm, 180,000 ppm to 5000 ppm, or 180,000 ppm to 10,000 ppm. Waste streams, particularly waste streams of various combustion gases, include one or more additional components such as water, NOx (mononitrogen oxides: NO and NO2), SOx (monosulfur oxides: SO, SO2). And SO3), VOC (volatile organic compounds), heavy metals such as mercury, and particulate matter (solid or liquid particles suspended in a gas). The temperature of the flue gas is also variable. In some embodiments, the flue gas temperature is from 0C to 2000C, such as from 60C to 700C, such as from 100C to 400C.

各種の実施態様においては、1種または複数のさらなる成分が、それらのさらなる成分を含む廃ガス流れを、二価カチオン(たとえば、アルカリ土類金属イオンたとえばCa2+およびMg2+)を含む水溶液と接触させることによって形成される沈殿物質の中で沈殿する。カルシウムおよびマグネシウムの硫酸塩および/または亜硫酸塩を、SOx(たとえば、SO)を含む廃ガス流れから生成した沈殿物質(さらに炭酸カルシウムおよび/または炭酸マグネシウムを含む)の中に沈殿させてもよい。マグネシウムおよびカルシウムが反応して、CaSO4、MgSO4、さらにはその他のカルシウム含有およびマグネシウム含有化合物(たとえば、亜硫酸塩)を形成して、たとえば煙道ガス脱硫(「FGD」)のような脱硫工程がなくても、煙道ガス流れから硫黄を効率よく除去できる。さらに、CaCO3、MgCO3、および関連の化合物は、CO2をさらに放出することなく形成させることができる。その二価カチオンの水溶液が高いレベルの硫黄化合物(たとえば、硫酸塩)を含んでいるような場合には、その水溶液のカルシウムおよびマグネシウム含量を高めることで、CaSO4、MgSO4、および関連の化合物が生成した後またはそれらの生成に加えて、カルシウムおよびマグネシウムが炭酸塩化合物を形成するのに利用できるようにしてもよい。いくつかの実施態様においては、脱硫工程を炭酸塩含有沈殿物質の沈殿と一致させてもよいし、あるいは、沈殿を起こすより前に脱硫工程を置いてもよい。いくつかの実施態様においては、複数の反応生成物(たとえば、炭酸塩含有沈殿物質、CaSO4など)を異なった工程で捕集するが、それに対して、他の実施態様においては、単一の反応生成物(たとえば、炭酸塩、硫酸塩などを含む沈殿物質)を捕集する。これらの実施態様を伴う工程においては、その他の成分たとえば、重金属(たとえば、水銀、水銀塩、水銀含有化合物)を、炭酸塩含有沈殿物質の中にトラップさせてもよいし、あるいは別途に沈殿させてもよい。 In various embodiments, one or more additional components contact a waste gas stream that includes those additional components with an aqueous solution that includes divalent cations (eg, alkaline earth metal ions such as Ca 2+ and Mg 2+ ). To precipitate in the precipitated material formed. Calcium and magnesium sulfates and / or sulfites may be precipitated into a precipitation material (further comprising calcium carbonate and / or magnesium carbonate) generated from a waste gas stream comprising SOx (eg, SO 2 ). . Magnesium and calcium react to form CaSO 4, MgSO 4, and other calcium- and magnesium-containing compounds (eg, sulfites) without the need for desulfurization processes such as flue gas desulfurization (“FGD”) However, sulfur can be efficiently removed from the flue gas stream. Furthermore, CaCO3, MgCO3, and related compounds can be formed without further release of CO2. If the aqueous solution of the divalent cation contains high levels of sulfur compounds (eg, sulfate), increasing the calcium and magnesium content of the aqueous solution produces CaSO4, MgSO4, and related compounds. After or in addition to their production, calcium and magnesium may be made available to form carbonate compounds. In some embodiments, the desulfurization step may be consistent with the precipitation of the carbonate-containing precipitation material, or the desulfurization step may be placed before precipitation occurs. In some embodiments, multiple reaction products (eg, carbonate-containing precipitation material, CaSO 4, etc.) are collected in different steps, whereas in other embodiments, a single reaction is collected. Product (eg, precipitated material including carbonates, sulfates, etc.) is collected. In the process involving these embodiments, other components such as heavy metals (eg, mercury, mercury salts, mercury-containing compounds) may be trapped in the carbonate-containing precipitation material, or separately precipitated. May be.

工業プラントからのガス状の廃棄物流れの一部(すなわち、ガス状の廃棄物流れ全部ではない)を使用して、沈殿物質を生成させてもよい。これらの実施態様においては、沈殿物質を沈殿させるのに採用するガス状の廃棄物流れの割合を、ガス状の廃棄物流れの75%以下、たとえば60%以下、たとえば50%以下とするのがよい。さらに他の実施態様においては、工業プラントによって生成したガス状の廃棄物流れの実質的に全部(たとえば、80%以上)を用いて、沈殿物質を沈殿させる。これらの実施態様においては、供給源で生成したガス状の廃棄物流れ(たとえば、煙道ガス)の80%以上、たとえば90%以上、たとえば95%以上、最高100%までを、沈殿物質を沈殿させるために使用してもよい。   A portion of the gaseous waste stream from the industrial plant (ie, not all of the gaseous waste stream) may be used to produce the precipitated material. In these embodiments, the percentage of gaseous waste stream employed to precipitate the precipitated material should be 75% or less, such as 60% or less, such as 50% or less, of the gaseous waste stream. Good. In yet another embodiment, substantially all (eg, 80% or more) of the gaseous waste stream produced by the industrial plant is used to precipitate the precipitated material. In these embodiments, 80% or more, for example 90% or more, for example 95% or more, up to 100% of the gaseous waste stream (eg flue gas) produced at the source is precipitated May be used to

工業的廃ガスでは、燃焼ガスの比較的に濃縮された供給源を提供するが、本発明の方法およびシステムはさらに、たとえば煙道ガスよりもはるかに低い濃度の汚染物質を含む、濃縮度がより低い供給源(たとえば、大気)から燃焼ガス成分を除去するのに適用することもできる。したがって、いくつかの実施態様においては、それらの方法およびシステムには、安定な沈殿物質を生成させることによって、大気中の汚染物質の濃度を低下させることが包含される。これらの場合において、大気中の割合としての汚染物質、たとえばCO2の濃度を、10%以上、20%以上、30%以上、40%以上、50%以上、60%以上、70%以上、80%以上、90%以上、95%以上、99%以上、99.9%以上、または99.99%低下させることができる。大気汚染物質におけるそのような低下は、ここに記載したような収率、またはより高いもしくはより低い収率で達成することができるが、それは一段の沈殿工程で達成しても、一連の沈殿工程で達成してもよい。   In industrial waste gas, a relatively concentrated source of combustion gas is provided, but the method and system of the present invention further provides a enrichment that includes a much lower concentration of contaminants than, for example, flue gas. It can also be applied to remove combustion gas components from lower sources (eg, the atmosphere). Accordingly, in some embodiments, the methods and systems include reducing the concentration of pollutants in the atmosphere by producing a stable precipitated material. In these cases, the concentration of pollutants, such as CO2, as a proportion in the atmosphere, is 10% or more, 20% or more, 30% or more, 40% or more, 50% or more, 60% or more, 70% or more, 80% As mentioned above, it can be reduced by 90% or more, 95% or more, 99% or more, 99.9% or more, or 99.99%. Such a reduction in air pollutants can be achieved in yields as described herein, or in higher or lower yields, although it can be achieved in a single precipitation step, even if a series of precipitation steps. May be achieved.

二価カチオン
上述のように、金属酸化物の廃棄物源たとえば燃焼アッシュ(たとえば、フライアッシュ、ボトムアッシュ、ボイラースラグ)、セメントキルンダスト、およびスラグ(たとえば、鉄スラグ、リンスラグ)(それらのそれぞれについては、以下のそれぞれのセクションにおいてさらに詳しく説明する)が、本明細書に記載の組成物を調製するための二価の金属カチオンの単一の供給源であってもよいが、アッシュ、セメントキルンダスト、スラグ(たとえば、鉄スラグ、リンスラグ)のような廃棄物源を、このセクションに記載する二価カチオンの補助的な供給源と組み合わせて使用してもよい。
Divalent cations As mentioned above, metal oxide waste sources such as combustion ash (eg fly ash, bottom ash, boiler slag), cement kiln dust, and slag (eg iron slag, phosphorus slag) (for each of them) Are described in more detail in the respective sections below), but may be a single source of divalent metal cations for preparing the compositions described herein, such as ash, cement kiln Waste sources such as dust, slag (eg, iron slag, phosphorus slag) may be used in combination with an auxiliary source of divalent cations described in this section.

本発明の方法には、ある容積の二価カチオンの水溶液をCO2の供給源と接触させる工程、およびそうして得られた溶液を沈殿条件に置く工程が含まれる。二価カチオンの廃棄物源に加えて、特定の場所における入手可能性に応じて、各種多くの二価カチオン供給源から二価カチオンを得てもよい。そのような供給源としては、産業廃棄物、海水、ブライン、硬水、鉱物質、およびその他各種の適切な供給源が挙げられる。   The method of the present invention includes contacting a volume of an aqueous solution of a divalent cation with a source of CO2, and placing the resulting solution in precipitation conditions. In addition to the divalent cation waste source, divalent cations may be obtained from a number of different divalent cation sources, depending on availability at a particular location. Such sources include industrial waste, seawater, brine, hard water, minerals, and various other suitable sources.

いくつかの場所においては、各種の工業プロセスからの産業廃棄物流れが、二価カチオン(さらには、場合によっては、プロセスにおいて有用なその他の物質、たとえば、金属水酸化物)の好都合な供給源を与える。そのような廃棄物流れとしては、以下のようなものがある(これらに限定される訳ではない):採鉱廃棄物;化石燃料燃焼アッシュ(たとえば、フライアッシュ、本明細書においてさらに詳しく説明する);スラグ(たとえば、鉄スラグ、リンスラグ);セメントキルン廃棄物(本明細書においてさらに詳しく説明する);製油所/石油精製工場廃棄物(たとえば、油田およびメタン層ブライン);石炭層廃棄物(たとえば、ガス化ブラインおよび石炭層ブライン);紙加工廃棄物;軟水化廃棄物ブライン(たとえば、イオン交換排水);ケイ素加工廃棄物;農業廃棄物;金属仕上廃棄物;高pH織物廃棄物;および苛性スラッジ。   In some locations, industrial waste streams from various industrial processes are a convenient source of divalent cations (and possibly other materials useful in the process, such as metal hydroxides). give. Such waste streams include (but are not limited to): mining waste; fossil fuel combustion ash (eg, fly ash, as described in more detail herein). Slag (eg, iron slag, phosphorus slag); cement kiln waste (described in more detail herein); refinery / petroleum refinery waste (eg oil field and methane bed brine); coal bed waste (eg Paper processing waste; softening waste brine (eg, ion exchange effluent); silicon processing waste; agricultural waste; metal finishing waste; high pH textile waste; and caustic Sludge.

いくつかの場所においては、本発明のシステムおよび方法において使用するのに都合のよい二価カチオンの供給源は、水(たとえば、二価カチオンを含む水溶液、たとえば海水または表面ブライン)であるが、それは、本発明を実施する特定の場所に依存して変わってよい。使用可能な好適な二価カチオンの水溶液としては、1種または複数の二価カチオン、たとえばCa2+およびMg2+のようなアルカリ土類金属カチオンを含む溶液が挙げられる。いくつかの実施態様においては、二価カチオンの供給源の水溶液にはアルカリ土類金属カチオンが含まれる。いくつかの実施態様においては、そのアルカリ土類金属カチオンには、カルシウム、マグネシウム、またはそれらの混合物が含まれる。いくつかの実施態様においては、その二価カチオンの水溶液にはカルシウムを、50〜50,000ppm、50〜40,000ppm、50〜20,000ppm、100〜10,000ppm、200〜5000ppm、または400〜1000ppmの範囲の量で含む。いくつかの実施態様においては、その二価カチオンの水溶液にはマグネシウムを、50〜40,000ppm、50〜20,000ppm、100〜10,000ppm、200〜10,000ppm、500〜5000ppm、または500〜2500ppmの範囲の量で含む。いくつかの実施態様において、Ca2+とMg2+との両方が存在している場合には、その二価カチオンの水溶液中におけるCa2+のMg2+に対する比率(すなわち、Ca2+:Mg2+)が、(1:1)〜(1:2.5)、(1:2.5)〜(1:5)、(1:5)〜(1:10)、(1:10)〜(1:25)、(1:25)〜(1:50)、(1:50)〜(1:100)、(1:100)〜(1:150)、(1:150)〜(1:200)、(1:200)〜(1:250)、(1:250)〜(1:500)、または(1:500)〜(1:1000)である。いくつかの実施態様においては、その二価カチオンの水溶液中におけるMg2+のCa2+に対する比率(すなわち、Mg2+:Ca2+)が、(1:1)〜(1:2.5)、(1:2.5)〜(1:5)、(1:5)〜(1:10)、(1:10)〜(1:25)、(1:25)〜(1:50)、(1:50)〜(1:100)、(1:100)〜(1:150)、(1:150)〜(1:200)、(1:200)〜(1:250)、(1:250)〜(1:500)、または(1:500)〜(1:1000)である。 In some places, a convenient source of divalent cations for use in the systems and methods of the present invention is water (eg, an aqueous solution containing divalent cations, such as sea water or surface brine), It may vary depending on the particular location where the present invention is implemented. Suitable aqueous solutions of divalent cations that can be used include solutions containing one or more divalent cations, for example alkaline earth metal cations such as Ca 2+ and Mg 2+ . In some embodiments, the aqueous solution of the divalent cation source includes an alkaline earth metal cation. In some embodiments, the alkaline earth metal cation includes calcium, magnesium, or a mixture thereof. In some embodiments, the divalent cation aqueous solution contains calcium in an amount of 50 to 50,000 ppm, 50 to 40,000 ppm, 50 to 20,000 ppm, 100 to 10,000 ppm, 200 to 5000 ppm, or 400 to Included in amounts in the range of 1000 ppm. In some embodiments, the divalent cation aqueous solution contains magnesium in an amount of 50-40,000 ppm, 50-20,000 ppm, 100-10,000 ppm, 200-10,000 ppm, 500-5000 ppm, or 500-5000. Included in amounts ranging from 2500 ppm. In some embodiments, when both Ca 2+ and Mg 2+ are present, the ratio of Ca 2+ to Mg 2+ in the aqueous solution of the divalent cation (ie, Ca 2+ : Mg 2+ ) is: (1: 1) to (1: 2.5), (1: 2.5) to (1: 5), (1: 5) to (1:10), (1:10) to (1:25) ), (1:25) to (1:50), (1:50) to (1: 100), (1: 100) to (1: 150), (1: 150) to (1: 200), (1: 200) to (1: 250), (1: 250) to (1: 500), or (1: 500) to (1: 1000). In some embodiments, the ratio of Mg 2+ to Ca 2+ in the aqueous solution of the divalent cation (ie, Mg 2+ : Ca 2+ ) is from (1: 1) to (1: 2.5), (1 : 2.5) to (1: 5), (1: 5) to (1:10), (1:10) to (1:25), (1:25) to (1:50), (1 : 50) to (1: 100), (1: 100) to (1: 150), (1: 150) to (1: 200), (1: 200) to (1: 250), (1: 250) ) To (1: 500), or (1: 500) to (1: 1000).

二価カチオンの水溶液には以下のものに由来する二価カチオンを含んでいてよい:淡水、汽水、海水、またはブライン(たとえば、天然由来のブラインまたは人為的ブラインたとえば、地熱発電所廃水、脱塩プラント廃水)、さらには淡水の塩度よりは高い塩度を有するその他の塩水(そのいずれもが、天然由来であっても、人為的なものであってもよい)。汽水とは、淡水よりは塩度が高いが、海水ほどの塩度がないものである。汽水は、約0.5〜約35ppt(parts per thousand=千分率)の塩度を有している。海水は、海、海洋、またはその他の、約35〜約50pptの範囲の塩度を有する塩含有水からの水である。ブラインは、塩で飽和されているか、ほとんど飽和されている水である。ブラインは、約50ppt以上の塩度を有している。いくつかの実施態様においては、それから二価カチオンを引き出す塩水の供給源が、海、海洋、湖、沼地、入江、潟、表面ブライン、ディープブライン、アルカリ性湖沼、内海などから選択される天然由来の供給源である。いくつかの実施態様においては、それから二価カチオンを引き出す塩水の供給源が、地熱発電所廃水または脱塩廃水から選択される人為的ブラインである。   Aqueous solutions of divalent cations may contain divalent cations derived from: fresh water, brackish water, sea water, or brine (eg, naturally derived brine or artificial brine, eg, geothermal power plant wastewater, desalination) Plant wastewater), and also other salt waters having a salinity higher than that of fresh water (all of which may be naturally derived or artificial). Brackish water has a higher salinity than fresh water but does not have the same salinity as seawater. Brackish water has a salinity of about 0.5 to about 35 ppt (parts per thousand). Seawater is water from the sea, ocean, or other salt-containing water having a salinity in the range of about 35 to about 50 ppt. Brine is water that is saturated or almost saturated with salt. Brine has a salinity of about 50 ppt or more. In some embodiments, the source of salt water from which the divalent cation is derived is from a natural source selected from the sea, ocean, lake, marsh, cove, lagoon, surface brine, deep brine, alkaline lake, inland sea, etc. Is the source. In some embodiments, the source of salt water from which the divalent cations are derived is an artificial brine selected from geothermal power plant wastewater or desalted wastewater.

淡水が好都合な二価カチオン(たとえば、アルカリ土類金属たとえばCa2+およびMg2+のカチオン)の供給源となることも多い。各種多くの好適な淡水供給源を使用してよいが、それには、鉱物質が比較的少ない供給源から鉱物質が比較的リッチな供給源までの範囲の淡水供給源が含まれる。鉱物質リッチな淡水供給源は、天然由来のものであってよく、たとえば各種の硬水供給源、湖または内海が挙げられる。いくつかの鉱物質リッチな淡水供給源たとえばアルカリ性に湖または内海(たとえば、TurkeyのLake Van)もまた、pH変性剤の供給源となる。鉱物質リッチな淡水供給源が人為的なものであってもよい。たとえば、鉱物質に乏しい水(軟水)を、二価カチオンたとえばアルカリ土類金属カチオン(たとえば、Ca2+、Mg2+など)の供給源に接触させて、本明細書に記載の方法およびシステムに好適な鉱物質リッチな水を作り出してもよい。二価カチオンまたはそれらの前駆体(たとえば、塩、鉱物質)を、各種好都合な手順(たとえば、固体、懸濁液、または溶液の添加など)を使用して、淡水(または各種その他のタイプの本明細書に記載の水)に添加してもよい。いくつかの実施態様においては、Ca2+およびMg2+から選択される二価カチオンを淡水に添加する。いくつかの実施態様においては、NaおよびKから選択される一価カチオンを淡水に添加する。いくつかの実施態様においては、Ca2+を含む淡水を、ケイ酸マグネシウム(たとえば、かんらん石または蛇紋石)またはそれからの生成物もしくは加工した形態のものと組み合わせて、カルシウムおよびマグネシウムカチオンを含む溶液を得る。 Fresh water is often the source of convenient divalent cations (eg, alkaline earth metals such as Ca 2+ and Mg 2+ cations). A number of suitable freshwater sources may be used, including freshwater sources ranging from relatively low mineral sources to relatively rich mineral sources. Mineral-rich fresh water sources may be naturally derived, such as various hard water sources, lakes or inland seas. Some mineral-rich freshwater sources such as alkaline lakes or inland seas (eg Lake Van, Turkey) are also sources of pH modifiers. The mineral-rich freshwater source may be artificial. For example, mineral-poor water (soft water) is contacted with a source of divalent cations such as alkaline earth metal cations (eg, Ca 2+ , Mg 2+, etc.) and is suitable for the methods and systems described herein Mineral-rich water may be produced. Divalent cations or their precursors (eg, salts, minerals) can be converted into fresh water (or various other types) using various convenient procedures (eg, addition of solids, suspensions, or solutions, etc.) May be added to the water) described herein. In some embodiments, a divalent cation selected from Ca 2+ and Mg 2+ is added to fresh water. In some embodiments, a monovalent cation selected from Na + and K + is added to fresh water. In some embodiments, a solution comprising calcium and magnesium cations in combination with fresh water containing Ca 2+ in combination with magnesium silicate (eg, olivine or serpentine) or a product or processed form thereof Get.

多くの鉱物質が二価カチオンの供給源となるが、さらに、いくつかの鉱物質は塩基の供給源でもある。苦鉄質および超苦鉄質の鉱物質たとえばかんらん石、蛇紋石、およびその他各種の好適な鉱物質は、各種好都合な手順を使用して溶解させればよい。ウォラストナイトのようなその他の鉱物質を使用してもよい。表面積を増大させることによって溶解を加速することができるが、それにはたとえば、通常の手段による粉砕、たとえばジェットミル粉砕、さらにはたとえば超音波手段が使用できる。さらに、酸または塩基に暴露させることによって鉱物質の溶解を加速させてもよい。金属ケイ酸塩(たとえば、ケイ酸マグネシウム)および対象となるカチオンを含むその他の鉱物質を、たとえば、(場合によっては電気化学的プロセスからの)HClのような酸の中で溶解させて、沈殿物質の中で使用するための、たとえば、マグネシウムおよびその他の金属のカチオンを生成させてもよい。いくつかの実施態様においては、ケイ酸マグネシウムおよびその他の鉱物質を、二酸化炭素および廃ガス(たとえば、燃焼ガス)のその他の成分の添加によってすでに酸性となっている水溶液の中で消化させるか、または溶解させてもよい。別な方法として、その他の金属種たとえば、金属水酸化物(たとえば、Mg(OH)2、Ca(OH)2)は、アルカリ水酸化物(たとえば、NaOH)または各種その他の適切なアルカリ性物質の水溶液を用いて、1種または複数の金属ケイ酸塩(たとえば、かんらん石および蛇紋石)を溶解させることによって、使用できるようにしてもよい。高度に濃厚または極めて希釈な溶液を含めて、各種適切な濃度のアルカリ水酸化物またはその他のアルカリ性物質の水溶液を使用して金属ケイ酸塩を分解させてもよい。溶液中のアルカリ水酸化物(たとえば、NaOH)の(重量)濃度は、たとえば30%〜80%で、水が70%〜20%である。有利には、アルカリ水酸化物水溶液を用いて消化させた金属ケイ酸塩などを直接使用して、沈殿物質を生成させてもよい。さらに、その沈殿反応混合物から塩基値を取り戻して、さらなる金属ケイ酸塩などの消化に再利用してもよい。   Many minerals are sources of divalent cations, but some minerals are also sources of bases. Mafic and ultramafic minerals such as olivine, serpentine, and various other suitable minerals may be dissolved using a variety of convenient procedures. Other minerals such as wollastonite may be used. The dissolution can be accelerated by increasing the surface area, for example by means of conventional means of grinding, for example jet mill grinding, and for example ultrasonic means. In addition, mineral dissolution may be accelerated by exposure to acids or bases. Metal silicates (eg magnesium silicate) and other minerals containing the cation of interest are dissolved in an acid such as HCl (possibly from an electrochemical process) and precipitated For example, magnesium and other metal cations may be generated for use in the material. In some embodiments, magnesium silicate and other minerals are digested in an aqueous solution that has already been acidified by the addition of carbon dioxide and other components of waste gas (eg, combustion gas), or Alternatively, it may be dissolved. Alternatively, other metal species such as metal hydroxides (eg, Mg (OH) 2, Ca (OH) 2) can be replaced with alkali hydroxides (eg, NaOH) or various other suitable alkaline materials. An aqueous solution may be used by dissolving one or more metal silicates (eg, olivine and serpentine). Various suitable concentrations of aqueous alkali hydroxide or other alkaline materials may be used to decompose the metal silicate, including highly concentrated or highly dilute solutions. The (weight) concentration of alkali hydroxide (for example, NaOH) in the solution is, for example, 30% to 80%, and water is 70% to 20%. Advantageously, the precipitated material may be produced directly using a metal silicate or the like digested with an aqueous alkali hydroxide solution. Furthermore, the base value may be recovered from the precipitation reaction mixture and reused for further digestion of metal silicates and the like.

いくつかの実施態様においては、二価カチオンの水溶液を、燃焼ガス流れも与えている工業プラントから得てもよい。たとえば、水冷却の工業プラントたとえば海水冷却工業プラントにおいては、工業プラントにおいて冷却のために使用された水を、次いで、沈殿物質を生成させるために使用してもよい。所望により、その水を冷却してから、沈殿システムに導入してもよい。そのようなアプローチ方法は、たとえば1回通過冷却システムで採用してもよい。たとえば、工業プラントのための1回通過冷却システムとしては、市水または農業用水の給水を採用してもよい。次いで、沈殿物質を生成させるためにその工業プラントからの水を使用してよいが、この場合排出される水は、硬度が低下し、純度が上がっている。所望により、そのようなシステムを修正して、安全手段(たとえば、毒物の混入のような不正行為の検出)を含めたり、行政機関(たとえば、Homeland Securityその他の機関)と連携したりしてもよい。そのような実施態様においては、不正行為または攻撃に対するさらなる防御処置を採用してもよい。   In some embodiments, an aqueous solution of divalent cations may be obtained from an industrial plant that also provides a combustion gas stream. For example, in a water-cooled industrial plant, such as a seawater-cooled industrial plant, the water used for cooling in the industrial plant may then be used to produce the precipitated material. If desired, the water may be cooled before it is introduced into the precipitation system. Such an approach may be employed in a single pass cooling system, for example. For example, city water or agricultural water supply may be employed as a single pass cooling system for an industrial plant. The water from the industrial plant may then be used to produce the precipitated material, but the water discharged in this case has reduced hardness and increased purity. If desired, such systems can be modified to include safety measures (eg, detection of fraudulent activities such as poisoning) or to work with government agencies (eg, Homeland Security or other agencies). Good. In such embodiments, additional defenses against fraud or attacks may be employed.

プロトン除去剤および方法
上述のように、金属酸化物の廃棄物源たとえば燃焼アッシュ(たとえば、フライアッシュ、ボトムアッシュ、ボイラースラグ)、セメントキルンダスト、およびスラグ(たとえば、鉄スラグ、リンスラグ)(それらのそれぞれについては、以下のそれぞれのセクションにおいてさらに詳しく説明する)が、本明細書に記載の組成物を調製するためのプロトン除去剤の単一の供給源であってもよいが、アッシュ、セメントキルンダスト、スラグ(たとえば、鉄スラグ、リンスラグ)のような廃棄物源を、このセクションに記載するプロトン除去剤(およびプロトン除去を生じさせるための方法)の補助的な供給源と組み合わせて使用してもよい。
Proton scavengers and methods As noted above, metal oxide waste sources such as combustion ash (eg, fly ash, bottom ash, boiler slag), cement kiln dust, and slag (eg, iron slag, phosphorus slag) Each is described in more detail in the respective sections below), but may be a single source of proton scavengers for preparing the compositions described herein, such as ash, cement kiln Using waste sources such as dust, slag (eg, iron slag, phosphorus slag) in combination with an auxiliary source of proton scavengers (and methods for producing proton removal) described in this section Also good.

本発明の方法には、(CO2を溶解させるために)ある容積の二価カチオンの水溶液をCO2の供給源と接触させる工程、およびそうして得られた溶液を沈殿条件に置く工程が含まれる。二価カチオンの水溶液の中にCO2が溶解すると、重炭酸塩および炭酸塩の両方と平衡状態にある化学種の炭酸が生成する。炭酸塩含有沈殿物質を生成させるためには、二価カチオン含有溶液中の各種の化学種(たとえば、炭酸、重炭酸塩、ヒドロニウムなど)からプロトンを除去して、平衡を炭酸塩の方向にシフトさせる。プロトンが除去されるにつれて、溶液の中に入るCO2が増えていく。いくつかの実施態様においては、沈殿反応の一つの相において二価カチオン含有水溶液をCO2と接触させながらCO2の吸収を増大させる、プロトン除去剤および/または方法を使用するが、この際、pHを一定に保っても、高めても、あるいはさらに低めてもよく、(たとえば、塩基を添加することによって)プロトンを急速に除去して、炭酸塩含有沈殿物質を急速に沈殿させる。各種都合のよいアプローチ方法で、各種の化学種(たとえば、炭酸、重炭酸塩、ヒドロニウムなど)からプロトンを除去してよいが、そのような方法としては、たとえば、天然由来のプロトン除去剤の使用、微生物および真菌類の使用、合成の化学的プロトン除去剤の使用、人工廃棄物流れの回収、および電気化学的手段の使用などが挙げられるが、これらに限定される訳ではない。   The method of the present invention includes contacting a volume of an aqueous solution of a divalent cation (to dissolve CO2) with a source of CO2, and subjecting the resulting solution to precipitation conditions. . When CO2 dissolves in an aqueous solution of a divalent cation, a species of carbonic acid is formed that is in equilibrium with both bicarbonate and carbonate. To produce a carbonate-containing precipitate, protons are removed from various species (eg, carbonate, bicarbonate, hydronium, etc.) in a divalent cation-containing solution, and the equilibrium is shifted toward the carbonate. Let As protons are removed, more CO2 enters the solution. In some embodiments, a proton scavenger and / or method is used that increases the absorption of CO2 while contacting the divalent cation-containing aqueous solution with CO2 in one phase of the precipitation reaction, with the pH being reduced. It may be kept constant, raised, or even lower, and the protons are rapidly removed (eg, by adding a base) to rapidly precipitate the carbonate-containing precipitated material. Various convenient approaches may remove protons from various chemical species (eg, carbonic acid, bicarbonate, hydronium, etc.), such as the use of naturally occurring proton removing agents. , Use of microorganisms and fungi, use of synthetic chemical proton scavengers, recovery of artificial waste streams, use of electrochemical means, and the like.

天然由来のプロトン除去剤に含まれるのは、塩基性の局所環境を作り出すかまたはそれを有するより広い環境において見出すことが可能な、各種のプロトン除去剤である。いくつかの実施態様では、溶液に添加(すなわち、溶解)すると塩基性の環境を作り出す鉱物質を含む天然由来のプロトン除去剤が提供される。そのような鉱物質としては、以下のものが挙げられる(これらに限定される訳ではない):石灰(CaO);ペリクレース(MgO);火山灰;超苦鉄質岩および蛇紋石のような鉱物質;ならびに水酸化鉄鉱物質(たとえば、針鉄鉱および褐鉄鉱)。そのような岩石および鉱物質を溶解させる方法が、本明細書において提供される。いくつかの実施態様では、天然由来のプロトン除去剤として、天然のアルカリ水性物体(alkaline bodies of water)の使用を提供する。天然のアルカリ水性物体の例としては、以下のものが挙げられる(これらに限定される訳ではない):地表水供給源(たとえば、アルカリ性の湖、たとえばCaliforniaのMono Lake)および地下水供給源(たとえば、塩基性帯水層)。その他の実施態様では、AfricaのGreat Rift ValleyにあるLake Natron沿いの地殻のような、乾燥したアルカリ水性物体からの堆積物の使用が提供される。いくつかの実施態様においては、それらの通常の代謝作用において塩基性の分子または溶液を排出するような生物体を、プロトン除去剤として使用する。そのような生物体の例としては、アルカリプロテアーゼを生成する真菌(たとえば、深海真菌のアウペルギルス・ウスツス(Aspergillus ustus)、最適pH、9)およびアルカリ性分子を生成する細菌(たとえば、シアノ細菌、たとえばBritish Columbia州のAtlin湿地からのリングビア(Lyngbya)属、このものは、光合成の副生物によりpHを上げる)が挙げられる。いくつかの実施態様においては、生物体を使用してプロトン除去剤を生成させるが、その生物体(たとえば、バチルス(Bacillus)殺菌(pasteurizing)、このものは尿素を加水分解してアンモニアにする)が、汚染物(たとえば、尿素)を代謝して、プロトン除去剤、またはプロトン除去剤(たとえば、アンモニア、水酸化アンモニウム)を含む溶液を生成する。いくつかの実施態様においては、沈殿反応混合物とは別にして生物体を培養するが、その場合、沈殿反応混合物に加えるために、プロトン除去剤またはプロトン除去剤を含む溶液を使用する。いくつかの実施態様においては、炭素脱水酵素を、プロトンを除去するための天然由来のプロトン除去剤として使用して、沈殿物質の沈殿を引き起こさせる。植物および動物によって生成される酵素である炭素脱水酵素が、水溶液中の炭酸から重炭酸塩への変換を加速させる。   Included in naturally occurring proton scavengers are various proton scavengers that can be found in a wider environment that creates or has a basic local environment. In some embodiments, naturally occurring proton scavengers are provided that include minerals that create a basic environment when added (ie, dissolved) to a solution. Such minerals include (but are not limited to): minerals such as lime (CaO); periclase (MgO); volcanic ash; ultramafic rocks and serpentine And hydroxideite materials (eg goethite and limonite). A method for dissolving such rocks and minerals is provided herein. In some embodiments, the use of a natural alkaline body of water as a naturally occurring proton scavenger is provided. Examples of natural alkaline aqueous bodies include (but are not limited to): surface water sources (eg, alkaline lakes, such as Mono Lake, California) and groundwater sources (eg, , Basic aquifer). In another embodiment, the use of deposits from dry alkaline aqueous objects, such as the crust along Lake Natron in Great Lift Valley, Africa, is provided. In some embodiments, organisms that excrete basic molecules or solutions in their normal metabolic action are used as proton scavengers. Examples of such organisms include fungi that produce alkaline proteases (eg, the deep-sea fungus Aspergillus ustus, optimum pH, 9) and bacteria that produce alkaline molecules (eg, cyanobacteria such as British Genus Lingbya from Atlin Wetland, Columbia, which raises the pH by photosynthesis byproducts. In some embodiments, the organism is used to generate a proton scavenger, but the organism (eg, Bacillus pasteurizing, which hydrolyzes urea to ammonia). Metabolize contaminants (eg, urea) to produce proton scavengers or solutions containing proton scavengers (eg, ammonia, ammonium hydroxide). In some embodiments, the organism is cultured separately from the precipitation reaction mixture, in which case a proton scavenger or a solution containing the proton scavenger is used to add to the precipitation reaction mixture. In some embodiments, carbon dehydrase is used as a naturally-occurring proton scavenger to remove protons, causing precipitation of the precipitated material. Carbon dehydrase, an enzyme produced by plants and animals, accelerates the conversion of carbonic acid to bicarbonate in aqueous solution.

プロトン除去に効果のある化学薬剤は、一般的に合成化学薬剤と呼ばれ、大量に生産されて、市販されている。たとえば、プロトンを除去するための化学薬剤としては、水酸化物、有機塩基、超塩基、酸化物、アンモニア、および炭酸塩などが挙げられるが、これらに限定される訳ではない。水酸化物としては、溶液中で水酸化物アニオンを与える化学種、たとえば、水酸化ナトリウム(NaOH)、水酸化カリウム(KOH)、水酸化カルシウム(Ca(OH)2)、または水酸化マグネシウム(Mg(OH)2)などが挙げられる。有機塩基は、一般的に窒素系塩基である炭素含有分子であって、たとえば、一級アミンたとえばメチルアミン、二級アミンたとえばジイソプロピルアミン、三級アミンたとえばジイソプロピルエチルアミン、芳香族アミンたとえばアニリン、複素芳香族たとえばピリジン、イミダゾール、およびベンズイミダゾール、ならびにそれらの各種の形態が挙げられる。いくつかの実施態様においては、ピリジン、メチルアミン、イミダゾール、ベンズイミダゾール、ヒスチジン、およびホファゼン(phophazene)から選択される有機塩基が、沈殿物質を沈殿させるために、化学種(たとえば、炭酸、重炭酸塩、ヒドロニウムなど)からプロトンを除去するのに使用される。いくつかの実施態様においては、アンモニアを使用して、二価カチオンと産業廃棄物流れの溶液から沈殿物質を沈殿させるために十分なレベルにまでpHを上げる。プロトン除去剤として使用するのに適した超塩基としては、ナトリウムエトキシド、ナトリウムアミド(NaNH2)、水素化ナトリウム(NaH)、ブチルリチウム、リチウムジイソプロピルアミド、リチウムジエチルアミド、およびリチウムビス(トリメチルシリル)アミドが挙げられる。酸化物、たとえば、酸化カルシウム(CaO)、酸化マグネシウム(MgO)、酸化ストロンチウム(SrO)、酸化ベリリウム(BeO)、および酸化バリウム(BaO)などもまた、使用可能なプロトン除去剤として好適である。本発明において使用する炭酸塩としては炭酸ナトリウムが挙げられるが、これに限定される訳ではない。   Chemical agents effective for proton removal are generally called synthetic chemical agents, and are produced in large quantities and are commercially available. For example, chemical agents for removing protons include, but are not limited to, hydroxides, organic bases, superbases, oxides, ammonia, and carbonates. Hydroxides include chemical species that provide hydroxide anions in solution, such as sodium hydroxide (NaOH), potassium hydroxide (KOH), calcium hydroxide (Ca (OH) 2), or magnesium hydroxide ( Mg (OH) 2) and the like. Organic bases are carbon-containing molecules that are typically nitrogenous bases, such as primary amines such as methylamine, secondary amines such as diisopropylamine, tertiary amines such as diisopropylethylamine, aromatic amines such as aniline, heteroaromatics. Examples include pyridine, imidazole, and benzimidazole, and various forms thereof. In some embodiments, an organic base selected from pyridine, methylamine, imidazole, benzimidazole, histidine, and phophazene is used to form a species (e.g., carbonic acid, bicarbonate) to precipitate the precipitated material. Salt, hydronium, etc.) used to remove protons. In some embodiments, ammonia is used to raise the pH to a level sufficient to precipitate the precipitated material from the divalent cation and industrial waste stream solution. Superbases suitable for use as proton scavengers include sodium ethoxide, sodium amide (NaNH2), sodium hydride (NaH), butyllithium, lithium diisopropylamide, lithium diethylamide, and lithium bis (trimethylsilyl) amide. Can be mentioned. Oxides such as calcium oxide (CaO), magnesium oxide (MgO), strontium oxide (SrO), beryllium oxide (BeO), and barium oxide (BaO) are also suitable as usable proton scavengers. The carbonate used in the present invention includes, but is not limited to, sodium carbonate.

対象となるカチオンおよびその他の好適な金属の形態に加えて、各種の工業プロセスからの廃棄物流れがプロトン除去剤を与えてもよい。そのような廃棄物流れとしては、以下のようなものがある(これらに限定される訳ではない):採鉱廃棄物;化石燃料燃焼アッシュ(たとえば、フライアッシュ、本明細書においてさらに詳しく説明する);スラグ(たとえば、鉄スラグ、リンスラグ);セメントキルン廃棄物;製油所/石油精製工場廃棄物(たとえば、油田およびメタン層ブライン);石炭層廃棄物(たとえば、ガス化ブラインおよび石炭層ブライン);紙加工廃棄物;軟水化廃棄物ブライン(たとえば、イオン交換排水);ケイ素加工廃棄物;農業廃棄物;金属仕上廃棄物;高pH織物廃棄物;および苛性スラッジ。採鉱廃棄物としては、大地からの金属またはその他の貴重なもしくは有用な鉱物質の抽出からの各種の廃棄物が挙げられる。いくつかの実施態様においては、採鉱からの廃棄物が、pHを調整するために使用されるが、その廃棄物は、Bayer法アルミニウム抽出プロセスからの赤泥;海水からのマグネシウム抽出からの廃棄物(たとえば、Mg(OH)2、たとえばCalifornia州Moss Landingで見出されるもの;および、リーチングを含めた採鉱プロセスからの廃棄物から選択される。たとえば、米国特許仮出願第61/161369号明細書(出願日、2009年3月18日)に記載されているように、赤泥を使用してpHを調整してもよい(この特許を参照することにより、その全てを本明細書に取り入れたものとする)。農業廃棄物は、動物からの廃棄物または過剰な化学肥料使用いずれからきたものであっても、水酸化カリウム(KOH)またはアンモニア(NH3)またはその両方を含んでいる可能性がある。したがって、本発明のいくつかの実施態様において、農業廃棄物をプロトン除去剤として使用してもよい。この農業廃棄物は、池から採取することが多いが、それを採取して使用できるのであれば、帯水層の中に浸出したものであってもよい。   In addition to targeted cations and other suitable metal forms, waste streams from various industrial processes may provide proton scavengers. Such waste streams include (but are not limited to): mining waste; fossil fuel combustion ash (eg, fly ash, as described in more detail herein). Slag (eg iron slag, phosphorus slag); cement kiln waste; refinery / petroleum refinery waste (eg oil field and methane bed brine); coal bed waste (eg gasification brine and coal bed brine); Paper processing waste; softening waste brine (eg, ion exchange effluent); silicon processing waste; agricultural waste; metal finishing waste; high pH textile waste; and caustic sludge. Mining waste includes various types of waste from the extraction of metals or other valuable or useful minerals from the ground. In some embodiments, waste from mining is used to adjust the pH, but the waste is red mud from the Bayer process aluminum extraction process; waste from magnesium extraction from seawater (Eg, Mg (OH) 2, such as found in Moss Landing, Calif .; and waste from mining processes including leaching. For example, US Provisional Application No. 61 / 161,369 ( Red mud may be used to adjust the pH as described in the filing date, March 18, 2009 (which is incorporated herein by reference in its entirety) Agricultural waste, whether it comes from animal waste or excessive use of chemical fertilizer, KOH) or ammonia (NH 3) or both, therefore, in some embodiments of the present invention, agricultural waste may be used as a proton scavenger. It is often collected from a pond, but if it can be collected and used, it may be leached into an aquifer.

電気化学的方法は、溶液の各種の化学種からプロトンを除去するためのまた別な手段であるが、そのためには、溶質からプロトンを除去するか(たとえば、炭酸または重炭酸塩の脱プロトン化)または、溶媒からプロトンを除去するか(たとえば、ヒドロニウムまたは水の脱プロトン化)のいずれかの方法による。たとえば、CO2溶解からのプロトンの生成が、溶質分子からの電気化学的なプロトン除去とバランスするか、またはそれを超えると、溶媒の脱プロトン化が起きる。別な方法として、電気化学的方法を使用して、たとえばクロルアルカリプロセスまたはそれの改良法によって、アルカリ性の分子(たとえば、水酸化物)を生成させてもよい。二価カチオン含有水溶液またはガス状の廃棄物流れをチャージした(たとえば、CO2をチャージした)溶液を含む装置の中に電極(すなわち、陰極および陽極)を存在させ、選択的バリヤーたとえば膜によって、それらの電極を分離すればよい。プロトンを除去するための電気化学的システムおよび方法は、副生物(たとえば、水素)を生じる可能性があるが、それらを集めて、他の用途に使用してもよい。本発明のシステムおよび方法において使用してもよいさらなる電気化学的アプローチ方法としては次の特許出願に記載されているものが挙げられるが、これらに限定される訳ではない:米国特許出願第61/081,299号明細書および米国特許出願第61/091,729号明細書(参照することにより、その開示を本明細書に取り入れたものとする)。   Electrochemical methods are yet another means for removing protons from various chemical species in a solution, either by removing protons from the solute (eg, deprotonation of carbonic acid or bicarbonate). ) Or by either removing the protons from the solvent (eg, deprotonation of hydronium or water). For example, when proton production from CO2 dissolution balances or exceeds electrochemical proton removal from solute molecules, deprotonation of the solvent occurs. Alternatively, electrochemical molecules may be used to generate alkaline molecules (eg, hydroxides), for example by the chloralkali process or a modification thereof. Electrodes (ie, cathode and anode) are present in a device containing a solution charged with a divalent cation-containing aqueous solution or gaseous waste stream (eg, charged with CO 2) and are selectively removed by a selective barrier such as a membrane. These electrodes may be separated. Electrochemical systems and methods for removing protons can produce by-products (eg, hydrogen), which may be collected and used for other applications. Additional electrochemical approaches that may be used in the systems and methods of the present invention include, but are not limited to, those described in the following patent applications: US Patent Application No. 61 / No. 081,299 and US patent application Ser. No. 61 / 091,729, the disclosures of which are incorporated herein by reference.

いくつかの実施態様においては、低電圧電気化学的方法を使用して、プロトンを除去するが、たとえば、CO2が、沈殿反応混合物、または沈殿反応混合物への前駆体溶液の中に溶解するからである。沈殿混合物への前駆体溶液には、たとえば、二価カチオンを含んでいても、含んでいなくてもよい。いくつかの実施態様においては、二価カチオンを含まない水溶液の中に溶解させたCO2を、低電圧電気化学的方法によって処理して、CO2を溶解させたことによって生じた、炭酸、重炭酸塩、ヒドロニウム、もしくは各種化学種、またはそれらの組合せからプロトンを除去する。低電圧電気化学的方法は、2、1.9、1.8、1.7、もしくは1.6V以下、たとえば1.5、1.4、1.3、1.2、1.1V以下、たとえば1V以下、たとえば0.9V以下、0.8V以下、0.7V以下、0.6V以下、0.5V以下、0.4V以下、0.3V以下、0.2V以下、または0.1V以下の平均電圧で実施する。本発明のシステムおよび方法において使用するには、塩素ガスを発生しない低電圧電気化学的方法を使用するのが好都合である。プロトンを除去するための、酸素ガスを発生しない低電圧電気化学的方法もまた、本発明のシステムおよび方法において使用するには好都合である。いくつかの実施態様においては、低電圧電気化学的方法が、陰極で水素ガスが発生するので、それを陽極に輸送して、そこでその水素ガスをプロトンに転換させる。水素ガスを発生しない電気化学的方法もまた、好都合である。場合によっては、プロトンを除去するための電気化学的方法が、ガス状の副生物をまったく発生させない。たとえば以下の特許出願を参照されたい:米国特許出願第12/344,019号明細書(出願日、2008年12月24日)、米国特許出願第12/375,632号明細書(出願日、2008年12月23日)、PCT特許出願第PCT/US08/088242号明細書(出願日、2008年12月23日)、およびPCT特許出願第PCT/US09/32301号明細書(出願日、2009年1月28日)(それらの出願を、参照することにより本明細書にそれらの全内容を取り入れたものとする)。   In some embodiments, low voltage electrochemical methods are used to remove protons, for example because CO2 is dissolved in the precipitation reaction mixture or precursor solution to the precipitation reaction mixture. is there. The precursor solution to the precipitation mixture may or may not contain, for example, a divalent cation. In some embodiments, the carbonic acid, bicarbonate produced by dissolving CO2 in an aqueous solution free of divalent cations by a low voltage electrochemical process to dissolve the CO2. , Hydronium, or various species, or combinations thereof, remove protons. The low voltage electrochemical method is 2, 1.9, 1.8, 1.7, or 1.6V or less, such as 1.5, 1.4, 1.3, 1.2, 1.1V or less, For example, 1V or less, such as 0.9V or less, 0.8V or less, 0.7V or less, 0.6V or less, 0.5V or less, 0.4V or less, 0.3V or less, 0.2V or less, or 0.1V or less The average voltage is used. For use in the system and method of the present invention, it is advantageous to use a low voltage electrochemical method that does not generate chlorine gas. Low voltage electrochemical methods that do not generate oxygen gas to remove protons are also advantageous for use in the systems and methods of the present invention. In some embodiments, the low voltage electrochemical method generates hydrogen gas at the cathode, which is transported to the anode where it is converted to protons. An electrochemical method that does not generate hydrogen gas is also advantageous. In some cases, electrochemical methods for removing protons do not generate any gaseous by-products. See, for example, the following patent applications: U.S. Patent Application No. 12 / 344,019 (Filing Date, December 24, 2008), U.S. Patent Application No. 12 / 375,632 (Filing Date, PCT Patent Application No. PCT / US08 / 088822 (Application Date, December 23, 2008), and PCT Patent Application No. PCT / US09 / 32301 (Application Date, 2009). (January 28)), the contents of which are incorporated herein by reference in their entirety.

燃焼アッシュ、セメントキルンダスト、およびスラグ
金属酸化物の廃棄物源(たとえば、燃焼アッシュたとえばフライアッシュ、セメントキルンダストなど)を、本明細書に記載の組成物を調製するための、唯一のプロトン除去剤の供給源としてもよい。別の言い方をすれば、金属酸化物の廃棄物源たとえば、燃焼アッシュ、セメントキルンダストなどを、それから本発明の組成物を生成させる反応混合物のpHを修正するために使用する、唯一のプロトン除去剤の供給源としてもよい。したがって、いくつかの実施態様においては、その唯一のプロトン除去剤の供給源が、フライアッシュ、ボトムアッシュ、およびボイラースラグから選択される燃焼アッシュである。いくつかの実施態様においては、その唯一のプロトン除去剤の供給源が、セメントキルンダストである。いくつかの実施態様においては、その唯一のプロトン除去剤の供給源が、スラグ(たとえば、鉄スラグ、リンスラグ)である。同様にして、金属酸化物の廃棄物源(たとえば、燃焼アッシュたとえばフライアッシュ、セメントキルンダストなど)を、本明細書に記載の組成物を調製するための、唯一の二価金属カチオンの供給源としてもよい。別の言い方をすれば、金属酸化物の廃棄物源たとえば、燃焼アッシュ、セメントキルンダストなどを、それから本発明の組成物を生成させる、唯一の二価カチオンの供給源としてもよい。したがって、いくつかの実施態様においては、その唯一の二価カチオンの供給源が、フライアッシュ、ボトムアッシュ、およびボイラースラグから選択される燃焼アッシュである。いくつかの実施態様においては、その唯一の二価カチオンの供給源が、セメントキルンダストである。いくつかの実施態様においては、その唯一の二価カチオンの供給源が、スラグ(たとえば、鉄スラグ、リンスラグ)である。いくつかの実施態様においては、金属酸化物の廃棄物源(たとえば、燃焼アッシュたとえばフライアッシュ、セメントキルンダストなど)が、本発明による沈殿物質を沈殿させるための、唯一の二価カチオンおよびプロトン除去剤の供給源である。たとえば、フライアッシュが、沈殿物質を沈殿させるための二価カチオンとプロトン除去剤との両方を与えてもよい。さらに、金属酸化物の廃棄物源と、二価カチオンおよび/またはプロトン除去剤のいずれかのその他の供給源とを組み合わせることについて、ここでさらに詳しく説明する。
Combustion ash, cement kiln dust, and slag Metal oxide waste sources (eg, combustion ash, eg fly ash, cement kiln dust, etc.), the only proton removal to prepare the compositions described herein It is good also as a supply source of an agent. In other words, the only proton removal that uses metal oxide waste sources, such as combustion ash, cement kiln dust, etc., to modify the pH of the reaction mixture from which the inventive composition is formed. It is good also as a supply source of an agent. Thus, in some embodiments, the only source of proton scavenger is combustion ash selected from fly ash, bottom ash, and boiler slag. In some embodiments, the sole source of proton scavenger is cement kiln dust. In some embodiments, the only source of proton scavenger is slag (eg, iron slag, phosphorus slag). Similarly, a source of metal oxide waste (eg, combustion ash such as fly ash, cement kiln dust, etc.) is the only source of divalent metal cations for preparing the compositions described herein. It is good. In other words, metal oxide waste sources such as combustion ash, cement kiln dust, etc. may be the only source of divalent cations from which the composition of the invention is produced. Thus, in some embodiments, the only source of divalent cations is combustion ash selected from fly ash, bottom ash, and boiler slag. In some embodiments, the only source of divalent cations is cement kiln dust. In some embodiments, the only source of divalent cations is slag (eg, iron slag, phosphorus slag). In some embodiments, a metal oxide waste source (eg, combustion ash such as fly ash, cement kiln dust, etc.) is the only divalent cation and proton removal for precipitating the precipitated material according to the present invention. The source of the agent. For example, fly ash may provide both a divalent cation and a proton scavenger for precipitating the precipitated material. In addition, combining metal oxide waste sources with other sources of either divalent cations and / or proton scavengers will now be described in further detail.

石炭のような炭素系燃料は、燃焼アッシュ廃棄産物、たとえばフライアッシュ、ボトムアッシュ、およびボイラースラグを発生するが、それらは廃棄の手段として、多くの場合埋立処理されたり、低価値の用途に利用されたりする。それらの廃棄産物には多くの場合、滲出性の汚染物質が含まれていて、埋立処理すると、地下水を汚染する可能性がある。The American Coal Ash Associationの報告では、米国で年間165,000,000トンの石炭燃焼生成物の56%を超えるものが、石炭燃焼事業者の実質的なコスト負担であっさりと埋立地に送られている。化石燃料(たとえば、石炭専焼火力発電所における石炭)を燃焼させることにより発生する燃焼アッシュは、多くの場合、CaOまたはその他の金属酸化物に富んでいて、それらは塩基性の環境を作り、溶液の中では二価カチオンを与える。火山の噴火により放出される火山灰(一般的には、これはそれぞれ、燃焼アッシュと考えられる)も含めて、石炭、木材、およびその他の供給源からの燃焼生成物には、各種の酸化物たとえば、シリカ(SiO2)、アルミナ(Al2O3)、およびカルシウム、マグネシウム、鉄などの酸化物も含まれていて、それがある種の化学反応を促進させて、セメントが得られる。本発明において採用される石炭アッシュ(すなわち、石炭を燃焼させることにより生じる燃焼アッシュ)とは、発電所ボイラーまたは石炭燃焼炉(たとえば、チェーングレートボイラー、ドライボトム微粉炭ボイラー、スラグタップボイラー、サイクロンボイラー、および流動床ボイラー)の中で、微粉化させた無煙炭、亜炭、瀝青炭、亜瀝青炭、または褐炭を燃焼させることにより生じるアッシュ物質を指している。そのような石炭アッシュには、以下のものが含まれる:フライアッシュ(これは、排出物または煙道ガスにより炉から運び出される微細な石炭アッシュである);ボトムアッシュ(これは、(たとえば、ドライボトムボイラーにおいて)凝集物として炉の基部で捕集されるものである);およびボイラースラグ(これは、ウェットボトムボイラーのアッシュホッパーで捕集されるものである)。   Carbonaceous fuels such as coal produce combustion ash waste products, such as fly ash, bottom ash, and boiler slag, which are often disposed of in landfills or used for low-value applications as a means of disposal. Or These waste products often contain leachable contaminants that can contaminate groundwater when landfilled. The American Coal Ash Association reports that more than 56% of the 165,000,000 tonnes of coal combustion products annually in the United States are sent to landfills at a substantial cost to coal burners. Yes. Combustion ash generated by burning fossil fuels (for example, coal in coal-fired thermal power plants) is often rich in CaO or other metal oxides, creating a basic environment, Among them, a divalent cation is given. Combustion products from coal, wood, and other sources, including volcanic ash emitted by volcanic eruptions (generally considered to be combustion ash, respectively) contain various oxides such as Also included are silica (SiO 2), alumina (Al 2 O 3), and oxides such as calcium, magnesium, iron, which promote certain chemical reactions to obtain cement. The coal ash employed in the present invention (that is, combustion ash generated by burning coal) is a power plant boiler or a coal combustion furnace (for example, chain great boiler, dry bottom pulverized coal boiler, slag tap boiler, cyclone boiler). And fluidized bed boilers) refers to ash substances produced by burning pulverized anthracite, lignite, bituminous, subbituminous, or lignite. Such coal ash includes: fly ash (which is fine coal ash carried out of the furnace by emissions or flue gas); bottom ash (which is (eg, dry (In the bottom boiler) that is collected as agglomerates at the base of the furnace); and boiler slag (which is collected in the ash hopper of the wet bottom boiler).

低硫黄炭よりも豊富にあり、比較的にコストが安い高硫黄炭では、通常、煙道ガス放出物から硫黄酸化物(「SOx」)を除去するために煙道ガス脱硫(FGD)を行う必要がある。このプロセスでは一般的には、CaSO4(セッコウ)を製造するための反応剤として石灰石を利用するために、大気中へのCO2の放出がさらに増える。このプロセスでは、プロセスの中の石灰石から放出されるカルシウムのために、高カルシウムフライアッシュが生成するが、そこでは、カルシウムが酸化カルシウム(CaO)の形になっている。通常の発電所または工業用の石炭燃焼設備において、大気放出の前に行う煙道ガスの前処理には、電気集塵(「ESP」)、湿式もしくは乾式スクラビング、および煙道ガス脱硫(「FGD」)のようなプロセスが含まれていてよい。多くのFGDプロセスにおいては、ESP処理をした後の煙道ガスを、FGD吸収タンクの中に導入し、そこで石灰石スラリーと反応させて、CaSO4を形成させて、煙道ガスから硫黄を除去する。この方法で形成されるCaSO4のそれぞれの分子がCO2の分子を放出し、石炭のような化石燃料の燃焼に伴うCO2の大量の放出をさらに悪化させる。   High sulfur coal, which is more abundant and less expensive than low sulfur coal, typically performs flue gas desulfurization (FGD) to remove sulfur oxides (“SOx”) from flue gas emissions. There is a need. This process generally further increases CO2 emissions into the atmosphere due to the use of limestone as a reactant to produce CaSO4. This process produces high calcium fly ash due to the calcium released from the limestone in the process, where the calcium is in the form of calcium oxide (CaO). In normal power plants or industrial coal combustion facilities, flue gas pretreatment prior to atmospheric release includes electrostatic precipitating (“ESP”), wet or dry scrubbing, and flue gas desulfurization (“FGD”). )) May be included. In many FGD processes, flue gas after ESP treatment is introduced into an FGD absorption tank where it reacts with limestone slurry to form CaSO4 to remove sulfur from the flue gas. Each molecule of CaSO4 formed in this way releases CO2 molecules, further exacerbating the massive release of CO2 associated with the burning of fossil fuels such as coal.

フライアッシュは一般的には極めて不均質であって、石英、ムライト、ヘマタイト、マグネタイトのような同定可能な種々の結晶相を有するガラス状粒子と、さらに各種の酸化鉄の混合物を含んでいる。問題となるフライアッシュは、タイプFとタイプCのフライアッシュである。上記のように呼ばれているタイプFとタイプCのフライアッシュは、CSA Standard A23.5およびASTM C618に定義されている。それらのタイプの間の主な違いは、アッシュの中のカルシウム、シリカ、アルミナ、および鉄の含量である。フライアッシュの化学的性質は、燃焼させた石炭(たとえば、無煙炭、瀝青炭、亜瀝青炭、亜炭、褐炭)の化学成分の影響を大きく受ける。フライアッシュの性質はさらに、温度履歴、使用したバーナーのタイプ、燃焼後の処理、スクラバーの効果、ならびに滞留(impounding)時間および条件にも依存する可能性がある。対象となるフライアッシュには、実質的な量のシリカ(二酸化ケイ素、SiO2)(非晶質と結晶質の両方)および石灰(酸化カルシウム、CaO、酸化マグネシウム、MgO)が含まれる。フライアッシュの外側表面は一般的には、CaOおよびMgOに富んでいるが、CaOおよびMgOの濃度は、フライアッシュの外側表面から中心に向かって低下していく。CaOおよびMgOの減少にしたがって、それに見合った濃度でSiO2が増加する。後に述べるいくつかの実施態様において使用される高剪断混合および湿式摩砕によって、フライアッシュの中に存在する全部のCaOおよびMgOに対するアクセスを、より大きくすることが可能となる。次の表1に、本発明の実施態様において使用可能な、各種のタイプのフライアッシュの化学組成を示す。   Fly ash is generally very inhomogeneous and includes glassy particles having various identifiable crystal phases such as quartz, mullite, hematite, magnetite, and a mixture of various iron oxides. The fly ash in question is type F and type C fly ash. Type F and Type C fly ash, referred to above, are defined in CSA Standard A23.5 and ASTM C618. The main difference between these types is the content of calcium, silica, alumina, and iron in the ash. The chemical nature of fly ash is greatly influenced by the chemical composition of the burned coal (eg, anthracite, bituminous, subbituminous, lignite, lignite). The nature of fly ash can also depend on temperature history, type of burner used, post-combustion treatment, scrubber effect, and impounding time and conditions. The subject fly ash contains substantial amounts of silica (silicon dioxide, SiO2) (both amorphous and crystalline) and lime (calcium oxide, CaO, magnesium oxide, MgO). The outer surface of fly ash is generally rich in CaO and MgO, but the concentration of CaO and MgO decreases from the outer surface of the fly ash toward the center. As CaO and MgO decrease, SiO2 increases at a commensurate concentration. The high shear mixing and wet milling used in some embodiments described below allows for greater access to all the CaO and MgO present in the fly ash. Table 1 below shows the chemical composition of various types of fly ash that can be used in embodiments of the present invention.

Figure 2011524253
Figure 2011524253

より硬く、より古い無煙炭および瀝青炭を燃焼させると、典型的には、クラスFのフライアッシュが生成する。クラスFのフライアッシュは、ポゾラン的な性質を有し(すなわち、湿分の存在下で、微細なシリカまたはアルミノシリケートがCa(OH)2と反応してセメント様の性質を有する化合物を形成するが、シリカまたはアルミノシリケート単独では、セメント様の性質をほとんど、またはまったく有していない)、石灰(CaO)の含量は10%未満である。より若い亜炭または亜瀝青炭を燃焼させて生成するフライアッシュは、ポゾラン的な性質を有していることに加えて、いくぶんかの自己固化性(self−cementing properties)も有している。水の存在下では、クラスCのフライアッシュが硬化し、時間の経過と共に強度が上がる。クラスCのフライアッシュは一般的には、20%を超える石灰(CaO)を含む。アルカリおよび硫酸塩(SO4)の含量は、一般的には、クラスCのフライアッシュの方が高い。   Burning harder and older anthracite and bituminous coal typically produces Class F fly ash. Class F fly ash has pozzolanic properties (ie, in the presence of moisture, fine silica or aluminosilicate reacts with Ca (OH) 2 to form a compound with cement-like properties. However, silica or aluminosilicate alone has little or no cement-like properties), and the content of lime (CaO) is less than 10%. In addition to having a pozzolanic character, fly ash produced by burning younger lignite or subbituminous coal also has some self-cementing properties. In the presence of water, Class C fly ash hardens and increases in strength over time. Class C fly ash typically contains more than 20% lime (CaO). The content of alkali and sulfate (SO4) is generally higher in class C fly ash.

フライアッシュ物質は排気ガス中に懸濁している間に固化し、各種のアプローチ方法、たとえば電気集じん機またはフィルターバッグを使用して捕集される。それらの粒子が、排気ガス中に懸濁している間に固化するので、フライアッシュ粒子は一般的には、球状の形状を有し、サイズが0.5μm〜100μmの範囲である。対象としているフライアッシュは、少なくとも約80重量%が、45ミクロン未満の粒子であるものである。   The fly ash material solidifies while suspended in the exhaust gas and is collected using various approaches, such as electrostatic precipitators or filter bags. Because these particles solidify while suspended in the exhaust gas, the fly ash particles generally have a spherical shape and a size in the range of 0.5 μm to 100 μm. The fly ash of interest is one in which at least about 80% by weight are particles less than 45 microns.

本発明のある種の実施態様で興味深いのは、高度アルカリ性流動床燃焼装置(FBC)フライアッシュの使用である。   Of interest in certain embodiments of the present invention is the use of highly alkaline fluidized bed combustor (FBC) fly ash.

本発明の実施態様においてこれまた興味深いのは、ボトムアッシュの使用である。ボトムアッシュは、石炭燃焼ボイラーにおける石炭燃焼からの凝集物として形成される。その凝集物は、凝集物の90%が、0.1mm〜20mmの範囲の粒子サイズの中に入るようなサイズを有し、そのボトムアッシュ凝集物が、この範囲の中での凝集物サイズの分布が広い。燃焼ボイラーは、ウェットボトムボイラーであっても、ドライボトムボイラーであってもよい。ウェットボトムボイラーの中で発生した場合には、水を用いてそのボトムアッシュを冷却し、ボイラースラグを生成させる。ボトムアッシュの主たる化学的成分は、シリカおよびアルミナであり、より少ない量で、Fe、Ca、Mg、Mn、NaおよびKの酸化物、さらには硫黄および炭素が含まれる。   Also of interest in embodiments of the present invention is the use of bottom ash. Bottom ash is formed as agglomerates from coal combustion in coal fired boilers. The agglomerates have a size such that 90% of the agglomerates fall within a particle size in the range of 0.1 mm to 20 mm, and the bottom ash agglomerates are of the agglomerate size within this range. Wide distribution. The combustion boiler may be a wet bottom boiler or a dry bottom boiler. If it occurs in a wet bottom boiler, the bottom ash is cooled with water to produce boiler slag. The main chemical components of bottom ash are silica and alumina, and in lesser amounts contain oxides of Fe, Ca, Mg, Mn, Na and K, as well as sulfur and carbon.

ある種の実施態様において、さらに興味深いのは、アッシュとしての火山灰の使用である。火山灰は、直径2ミリメートル(0.079インチ)未満の小さいテフラ(すなわち、火山の噴火により形成された多数の微粉化された岩石とガラス)からできている。   In certain embodiments, more interesting is the use of volcanic ash as ash. Volcanic ash is made up of small tephras (ie, a large number of finely divided rocks and glass formed by volcanic eruptions) less than 2 millimeters (0.079 inches) in diameter.

セメントキルンダストもまた金属酸化物の廃棄物源としては有用であり、たとえばCaOおよびMgOを与えるが、それらは、二価カチオン供給源としておよびプロトン除去剤供給源としていずれにも使用することができる。   Cement kiln dust is also useful as a waste source of metal oxides, for example providing CaO and MgO, which can be used both as a divalent cation source and as a proton remover source. .

セメント製造時の微細な副生物であって、ダスト捕集システム(たとえば、サイクロン、電気集じん機、バグハウス(bughouse)など)で捕集される、セメントキルンダストを、分級して4種のカテゴリーの一つとすることが可能で、それらそれぞれが、本発明のための金属酸化物の廃棄物源として好適である。その4種のカテゴリーは、2種の異なったセメントキルンプロセスと、2種の異なったダスト捕集プロセスに基づいたものである。このことを考慮に入れると、フィード物質をスラリーの形態で受け入れる湿式法キルンプロセス、およびフィード物質を乾燥して、摩砕されて形態で受け入れる乾式法キルンプロセスからのセメントキルンダストが、本発明において使用するのに適している。それぞれのタイプのキルンにおいて、ダストは二つの方法で捕集することができる:ダストの一部を、キルンに最も近いダスト捕集システム(たとえば、サイクロン)から、分離されてキルンに戻してもよいし、あるいは生成したダストの全量をリサイクルまたは廃棄してもよい。いずれのタイプの捕集システムから得られたセメントキルンダストも、本発明において使用するには適している。   A fine by-product of cement production, which is collected by a dust collection system (for example, a cyclone, an electric dust collector, a bughouse, etc.), and classified into four types of cement kiln dust. It can be one of the categories, each of which is suitable as a metal oxide waste source for the present invention. The four categories are based on two different cement kiln processes and two different dust collection processes. Taking this into account, a wet kiln process that receives the feed material in the form of a slurry, and a cement kiln dust from a dry process kiln process that dries the feed material and receives it in the form of a slurry are provided in the present invention. Suitable for use. In each type of kiln, dust can be collected in two ways: some of the dust may be separated and returned to the kiln from the dust collection system closest to the kiln (eg, a cyclone). Alternatively, the entire amount of dust produced may be recycled or discarded. Cement kiln dust obtained from any type of collection system is suitable for use in the present invention.

セメントキルンダストの化学的および物理的特性は、そのセメント製造設備で採用されているダスト捕集方法に大きく依存する。化学的には、セメントキルンダストは、通常のポルトランドセメントに類似した組成を有している。セメントキルンダストの主たる構成成分は、石灰、鉄、シリカ、およびアルミナの化合物である。セメントキルンダストの中の遊離石灰の濃度は、キルンに一番近いところで捕集された粗い粒子で最も高い。したがって、遊離石灰の濃度が高い粗い粒子は、本発明の方法およびシステムには特に好適である。しかしながら、セメントキルンダストのより細かい粒子は、硫酸塩および/またはアルカリのより高い濃度を示す傾向があり、より細かい粒子もたとえば、CaOを有用な濃度で含んでいるので、これまた本発明には適している。セメントキルンダストのより粗い粒子が分離されずにキルンに戻されるようなシステムにおいては、全部のダストで遊離石灰の比率が高くなるであろう(その理由は、それには、いくぶんかの粗い粒子を含んでいるからである)。このセメントキルンダストは、二価カチオンおよびプロトン除去剤を与える、金属酸化物の廃棄物源として使用してもよい。表2(Collins,R.J.およびJ.J.Emery,「Kiln Dust−Fly Ash Systems for Highway Bases and Subbases」,Federal Highway Administration,Report No.FHWA/RD−82/167,Washington,DC,Septemper,1983)は、フレッシュおよび備蓄セメントキルンダストについての典型的な組成を列記したものであるが、これからもわかるように、備蓄されていて、長期間にわたって外気に暴露されていたセメントキルンダストの中では、遊離の石灰または遊離のマグネシアの含量が、たとえあるとしても、極めて低い。したがって、フレッシュなセメントキルンダストの方が、顕著に長い期間外気に暴露された備蓄されていたセメントキルンダストよりも好ましい。   The chemical and physical properties of cement kiln dust are highly dependent on the dust collection method employed in the cement manufacturing facility. Chemically, cement kiln dust has a composition similar to normal Portland cement. The main components of cement kiln dust are lime, iron, silica, and alumina compounds. The concentration of free lime in cement kiln dust is highest with coarse particles collected closest to the kiln. Thus, coarse particles with a high concentration of free lime are particularly suitable for the method and system of the present invention. However, the finer particles of cement kiln dust tend to exhibit higher concentrations of sulfate and / or alkali, and the finer particles also contain, for example, CaO in useful concentrations, so that this invention also has Is suitable. In a system where the coarser particles of cement kiln dust are returned to the kiln without being separated, the total free dust will be high in all dust (the reason is that some coarse particles are Because it contains). The cement kiln dust may be used as a metal oxide waste source that provides divalent cations and proton scavengers. Table 2 (Collins, R.J. and J.J. 1983) lists typical compositions for fresh and stockpile cement kiln dust, but as can be seen, some of the cement kiln dust that has been stockpile and has been exposed to the atmosphere for extended periods of time. The content of free lime or free magnesia, if any, is very low. Accordingly, fresh cement kiln dust is preferred over stored cement kiln dust that has been exposed to ambient air for a significantly longer period of time.

Figure 2011524253
Figure 2011524253

たとえばCO2をチャージした沈殿反応混合物のpHを上げるためのプロトン除去剤(さらには二価カチオンの供給源)として、スラグを採用してもよい。スラグは、単一のプロトン除去剤として使用してもよいし、あるいは1種または複数のさらなるプロトン除去剤(たとえば、先に記したような、その他の金属酸化物の廃棄物源、補助的なプロトン除去剤など)と組み合わせて使用してもよい。同様にして、スラグを、単一の二価カチオンの供給源としてもよいし、あるいは1種または複数の二価カチオンのさらなる供給源(たとえば、先に記したような、その他の金属酸化物の廃棄物源、二価カチオンの補助的な供給源など)と組み合わせて使用してもよい。スラグは、金属の鉱石の加工(すなわち、金属鉱石を製錬して金属を精製すること)の際に発生し、酸化カルシウムおよび酸化マグネシウム、さらには鉄、ケイ素、およびアルミニウムの化合物を含んでいる。いくつかの実施態様においては、プロトン除去剤または二価カチオンの供給源としてスラグを使用することによって、沈殿生成物に反応性のケイ素およびアルミナを導入できるというさらなるメリットが得られる。本発明において好適となりうるスラグとしては、以下のものが挙げられるが、これらに限定される訳ではない:鉄製錬からの溶鉱炉スラグ、鋼のアーク炉または高炉加工からのスラグ、銅スラグ、ニッケルスラグ、およびリンスラグ。   For example, slag may be employed as a proton removing agent (and further a source of divalent cations) for raising the pH of the precipitation reaction mixture charged with CO2. The slag may be used as a single proton scavenger, or one or more additional proton scavengers (eg, other metal oxide waste sources, as described above, auxiliary It may be used in combination with a proton removing agent. Similarly, the slag may be a source of a single divalent cation, or an additional source of one or more divalent cations (eg, other metal oxides as described above). Waste sources, supplemental sources of divalent cations, etc.) may be used in combination. Slag is generated during processing of metal ore (ie, smelting metal ore to refine the metal) and contains calcium and magnesium oxides, as well as compounds of iron, silicon, and aluminum . In some embodiments, the use of slag as a source of proton scavengers or divalent cations provides the additional benefit of allowing reactive silicon and alumina to be introduced into the precipitation product. Slags that may be suitable in the present invention include, but are not limited to: smelter slag from iron smelting, slag from steel arc furnace or blast furnace processing, copper slag, nickel slag , And rinse slag.

添加物
生成する沈殿物質の性質に影響を及ぼすために、プロトン除去剤以外の添加物を沈殿反応混合物に加えてもよい。したがって、いくつかの実施態様においては、沈殿反応混合物を沈殿条件に置くより前か、または置いているときに、沈殿反応混合物に添加物を加える。微量のある種の添加物が、ある種の炭酸カルシウムの多形体に有利に働く。たとえば、バテライトは、高度に不安定なCaCO3の多形体であって、各種の多形で沈殿して、急速に転化して方解石となるが、このバテライトを、微量のランタン、たとえば塩化ランタンを加えることで極めて高い収率で得ることができる。炭酸カルシウムの多形体を生成させるために、その他の遷移金属などを添加してもよい。たとえば、第一鉄または第二鉄を添加すると、乱雑な構造のドロマイト(プロトドロマイト)が生成しやすくなることは公知である。
Additives Additives other than proton scavengers may be added to the precipitation reaction mixture to affect the nature of the resulting precipitated material. Thus, in some embodiments, additives are added to the precipitation reaction mixture prior to or when the precipitation reaction mixture is placed in precipitation conditions. A trace amount of certain additives favors certain calcium carbonate polymorphs. For example, vaterite is a highly unstable polymorph of CaCO3 that precipitates in various polymorphs and rapidly converts to calcite, but this vaterite is added with a trace amount of lanthanum, such as lanthanum chloride. Therefore, it can be obtained with a very high yield. In order to produce a polymorph of calcium carbonate, other transition metals may be added. For example, it is known that when ferrous or ferric iron is added, dolomite (protodolomite) having a messy structure is easily generated.

方法
本発明の方法およびシステムは、溶解された二酸化炭素を含む水溶液(たとえば、CO2を含む産業廃棄物流れからのもの)から調製される炭酸塩含有組成物、二価カチオン(たとえば、Ca2+、Mg2+)、およびプロトン除去剤(またはプロトン除去を起こさせる方法)を提供するが、これらについては以下においてより詳しく説明する。
Methods The method and system of the present invention is a carbonate-containing composition prepared from an aqueous solution containing dissolved carbon dioxide (eg, from an industrial waste stream containing CO 2), a divalent cation (eg, Ca 2+ , Mg 2+ ) and a proton scavenger (or a method for causing proton scavenging), which are described in more detail below.

金属酸化物の廃棄物源たとえば、燃焼アッシュ(たとえば、フライアッシュ、ボトムアッシュ、ボイラースラグ)、セメントキルンダスト、またはスラグ(たとえば、鉄スラグ、リンスラグ)は、本明細書に記載の組成物を調製するための、二価の金属カチオンの単一の供給源となりうる。したがって、いくつかの実施態様においては、その唯一の二価の金属カチオンの供給源が、フライアッシュ、ボトムアッシュ、およびボイラースラグから選択される燃焼アッシュである。いくつかの実施態様においては、その唯一の二価の金属カチオンの供給源が、セメントキルンダストである。いくつかの実施態様においては、その唯一の二価の金属カチオンの供給源が、スラグ(たとえば、鉄スラグ、リンスラグ)である。金属酸化物の廃棄物源たとえば、燃焼アッシュ(たとえば、フライアッシュ、ボトムアッシュ、ボイラースラグ)、セメントキルンダスト、またはスラグ(たとえば、鉄スラグ、リンスラグ)もまた、本明細書に記載の組成物を調製するための、プロトン除去剤の単一の供給源となりうる。したがって、いくつかの実施態様においては、その唯一のプロトン除去剤の供給源が、フライアッシュ、ボトムアッシュ、およびボイラースラグから選択される燃焼アッシュである。いくつかの実施態様においては、その唯一のプロトン除去剤の供給源が、セメントキルンダストである。いくつかの実施態様においては、その唯一のプロトン除去剤の供給源が、スラグ(たとえば、鉄スラグ、リンスラグ)である。いくつかの実施態様においては、金属酸化物の廃棄物源たとえば、燃焼アッシュ(たとえば、フライアッシュ、ボトムアッシュ、ボイラースラグ)、セメントキルンダスト、またはスラグ(たとえば、鉄スラグ、リンスラグ)を淡水または蒸留水に添加することによって、水供給源を二価カチオンに富ませることにより、水の中の鉱物質含量を高めることができるが、ここでその淡水または蒸留水は、鉱物質含量が低いかゼロである。これらの実施態様においては、その金属酸化物の廃棄物源が、二価カチオンのみならず、プロトン除去剤の供給源となっている。   Metal oxide waste sources such as combustion ash (eg, fly ash, bottom ash, boiler slag), cement kiln dust, or slag (eg, iron slag, phosphorus slag) prepare the compositions described herein Can be a single source of divalent metal cations for Thus, in some embodiments, the only source of divalent metal cations is combustion ash selected from fly ash, bottom ash, and boiler slag. In some embodiments, the only source of divalent metal cations is cement kiln dust. In some embodiments, the only source of divalent metal cations is slag (eg, iron slag, phosphorus slag). Metal oxide waste sources such as combustion ash (eg, fly ash, bottom ash, boiler slag), cement kiln dust, or slag (eg, iron slag, phosphorus slag) can also be produced from the compositions described herein. It can be a single source of proton scavenger for preparation. Thus, in some embodiments, the only source of proton scavenger is combustion ash selected from fly ash, bottom ash, and boiler slag. In some embodiments, the sole source of proton scavenger is cement kiln dust. In some embodiments, the only source of proton scavenger is slag (eg, iron slag, phosphorus slag). In some embodiments, metal oxide waste sources such as combustion ash (eg, fly ash, bottom ash, boiler slag), cement kiln dust, or slag (eg, iron slag, phosphorus slag) are fresh water or distilled. By adding to the water, the mineral source content in the water can be increased by enriching the water source with divalent cations, where the fresh or distilled water has a low or zero mineral content. It is. In these embodiments, the metal oxide waste source is not only a divalent cation, but also a source of proton remover.

いくつかの実施態様においては、金属酸化物の廃棄物源が、プロトン除去剤の一部たとえば、10%以下、20%以下、40%以下、60%以下、80%以下を与え、残りの部分のプロトン除去剤(またはプロトン除去を起こさせる方法)が、本明細書の記載に従って得られる。   In some embodiments, the metal oxide waste source provides a portion of the proton scavenger, such as 10% or less, 20% or less, 40% or less, 60% or less, 80% or less, and the remaining portion. The proton scavenger (or method of causing proton scavenging) is obtained as described herein.

各種好都合な手順を使用して、水を、金属酸化物の廃棄物源たとえば、燃焼アッシュ(たとえば、フライアッシュ)またはセメントキルンダストと接触させて、所望のpH(プロトン除去剤の添加の手段による)または二価カチオン濃度になるようにしてよい。いくつかの実施態様においては、石炭専焼火力発電所からの煙道ガスを、電気集じん機などを使用せず、フライアッシュを予め除去することなく、沈殿反応機の中に直接通す。いくつかの実施態様においては、セメントキルンダストを、セメントキルンから直接沈殿反応機に入れる。いくつかの実施態様においては、予め捕集しておいたフライアッシュを、水を保持した沈殿反応機の中に入れてもよいが、ここで、添加するフライアッシュの量を、pHを所望のレベル(たとえば、炭酸塩含有沈殿物質の沈殿を起こさせるpH)、たとえばpH7〜14、pH8〜14、pH9〜14、pH10〜14、pH11〜14、pH12〜14、またはpH13〜14にまで上げるに十分な量とする。フライアッシュ−水混合物のpHは、たとえば、pH約12.2〜12.4とするのがよい。セメントキルンダスト−水混合物のpHも同様に、pH約12とするのがよい。いくつかの実施態様においては、その金属酸化物の廃棄物源は、カラムまたはベッドに固定される。そのような実施態様においては、水のpHを上げるに十分な量のアッシュの中または上に水を通して、所望のpHにしたり、特定の二価カチオン濃度にしたりする。固定された金属酸化物の廃棄物源(たとえば、フライアッシュ)は、フライアッシュの不動態化(すなわち、たとえばCaCO3によるフライアッシュの封じ込め(沈殿条件下でCaCO3が形成されるのがその理由))を緩和させるのに有用である。しかしながら、いくつかの実施態様においては、フライアッシュの不動態化が望ましいこともあるが、その理由は、不動態化されたフライアッシュを含む沈殿物質では、ポゾラン的な反応性(すなわち、シリカおよび/またはアルミノシリカとCa(OH)2との反応)が低下しており、そのことによって、反応性が低い方が望ましいようなさらなる用途が開けるからである。セメントキルンダストおよび燃焼アッシュたとえばフライアッシュのいずれもが、高い塩基値を有しているので、それらはかなりの塩基性であると考えられる。塩基値および/または二価カチオン値を除去することにより、さらなる塩基値および/または二価カチオン値が、廃棄物源−水混合物から得ることができる。たとえば、廃棄物源−水混合物をCO2供給源(これが、溶液中で炭酸を生成する)と接触させて、炭酸カルシウムを含む沈殿物質を形成させることができるが、それが生成したことによって、CaOがCa(OH)2にさらに転換され、さらなる二価カチオンができる。同様にして、廃棄物源−水混合物を水性の酸たとえばHNO3、HCl、およびHF(これらに限定される訳ではない)と接触させてもよい。HNO3およびHClのような酸を用いてフライアッシュを酸消化させることによって、フライアッシュの中に存在するCaOおよびMgOへのアクセスを、より大きく(70%以上)することが可能となる。水性のHFを用いた酸消化によって、シリカとの反応およびそれにより生成する化学種の溶解があるために、CaOおよびMgOへのアクセスを、より大きくすることが可能となる。反応時間および酸の強度を変化させて、フライアッシュから浸出されるCaOおよび/またはMgOの量を増減させてもよい。   Using various convenient procedures, the water is contacted with a metal oxide waste source, such as combustion ash (eg, fly ash) or cement kiln dust, to the desired pH (by means of addition of a proton scavenger). ) Or a divalent cation concentration. In some embodiments, flue gas from a coal-fired thermal power plant is passed directly into the precipitation reactor without the use of an electrostatic precipitator or the like and without prior removal of fly ash. In some embodiments, cement kiln dust is placed directly into the precipitation reactor from the cement kiln. In some embodiments, pre-collected fly ash may be placed in a precipitation reactor holding water, where the amount of fly ash added may be adjusted to the desired pH. To increase the level (eg, pH causing precipitation of carbonate-containing precipitation material), eg, pH 7-14, pH 8-14, pH 9-14, pH 10-14, pH 11-14, pH 12-14, or pH 13-14 Adequate amount. The pH of the fly ash-water mixture is preferably about pH 12.2 to 12.4, for example. Similarly, the pH of the cement kiln dust-water mixture should be about pH 12. In some embodiments, the metal oxide waste source is secured to a column or bed. In such embodiments, water is passed into or above a sufficient amount of ash to raise the pH of the water to a desired pH or a specific divalent cation concentration. A fixed metal oxide waste source (eg, fly ash) is used to passivate the fly ash (ie, containment of fly ash, eg, by CaCO 3 (because CaCO 3 is formed under precipitation conditions)) It is useful for relieving. However, in some embodiments, passivating fly ash may be desirable because, for precipitated materials containing passivated fly ash, pozzolanic reactivity (ie, silica and (Or the reaction between aluminosilica and Ca (OH) 2), which opens up additional applications where lower reactivity is desirable. Since both cement kiln dust and combustion ash, such as fly ash, have high base values, they are considered quite basic. By removing the base value and / or divalent cation value, further base value and / or divalent cation value can be obtained from the waste source-water mixture. For example, a waste source-water mixture can be contacted with a CO2 source (which produces carbonic acid in solution) to form a precipitated material that includes calcium carbonate, which, when produced, causes CaO Is further converted to Ca (OH) 2 to form additional divalent cations. Similarly, the waste source-water mixture may be contacted with an aqueous acid such as, but not limited to, HNO3, HCl, and HF. By acid digesting fly ash with acids such as HNO3 and HCl, it is possible to have greater (70% or more) access to CaO and MgO present in fly ash. Acid digestion with aqueous HF allows greater access to CaO and MgO due to reaction with silica and dissolution of the chemical species produced thereby. The amount of CaO and / or MgO leached from fly ash may be increased or decreased by varying the reaction time and acid strength.

いくつかの実施態様においては、金属酸化物の廃棄物源たとえばフライアッシュまたはセメントキルンダストを消和(すなわち、CaOからCa(OH)2へ、そしてMgOからMg(OH)2への転換など)させてもよい。燃焼アッシュ(たとえば、フライアッシュ、ボトムアッシュ)またはセメントキルンダストの消和に有効な各種の好都合なシステムまたは方法を使用すればよい。金属酸化物の廃棄物源の消和は、スラリー滞留消和機、ペースト石灰消和機、ボールミル石灰消和機、またはそれらを各種組み合わせるかもしくは変型させたものを用いて達成すればよいが、消和装置の選択は、消和させる金属酸化物の廃棄物源、水の利便性、所要スペースなどに依存する。たとえば、スペースに限度があり、また消和のための水の供給にも限度があるような場合には、コンパクトなペースト石灰消和機が、本発明のシステムおよび方法において使用するには好都合となるであろう。いくつかの実施態様においては、ボールミル石灰消和機が使用される。金属酸化物の廃棄物源にも依存するが、消和効率は以下の因子の影響を受ける可能性がある:か焼に使用するための石灰石のタイプ、特定のか焼プロセス(たとえば、温度履歴、使用したバーナーのタイプ、燃焼後処理、スクラバー効果、滞留時間および条件など)、消和温度、廃棄物源対水の比率、消和の際の撹拌の程度、スラリーの粘度、消和時間、および(金属酸化物の廃棄物源混合する前の)水の温度。水のタイプもまた、消和効率に影響する可能性がある。たとえば、一般的には海水よりも二価カチオンの濃度が低い淡水は、フライアッシュからCaOおよびMgOを抽出するには遙かに効率が高い可能性があるが、水のタイプは、一般的にはその沈殿プラントの所在地での入手性に依存するであろう。したがって、本発明の方法には、タイミングのよい消和(すなわち、工業プロセスを効率化させることが可能な時間スケールでの消和)のためにそれらの因子を修正することも含まれる。たとえば、消和温度を修正してもよい。いくつかの実施態様においては、その消和温度が、室温(約70゜F)から約220゜Fまでの範囲である。いくつかの実施態様においては、その消和温度が、70〜100゜F、100〜220゜F、120〜220゜F、140〜220゜F、160〜220゜F、160〜200゜F、または160〜185゜Fである。(CaOからCa(OH)2への発熱的な転換反応から得られる温度を超えて)消和温度を高くするために、補助的な加熱が必要であるならば、たとえば、煙道ガスからの廃熱を使用してもよい。同様にして、その他の外部からの熱供給源(たとえば、加熱水)を使用してもよい。金属酸化物の廃棄物源の反応性が高い(すなわち、高い濃度でたとえばCaOを含むフライアッシュまたはセメントキルンダスト)ために、消和温度を下げる必要があるようならば、その熱を、たとえば、沈殿物質の乾燥に使用するための空気流れを加熱するのに使用してもよい。たとえば、消和圧力を修正してもよい。いくつかの実施態様においては、その消和圧力が通常の大気圧(約1バール)から約50バールまでである。いくつかの実施態様においては、その消和圧力が、1〜2.5バール、1〜5バール、1〜10バール、10〜50バール、20〜50バール、30〜50バール、または40〜50バールである。いくつかの実施態様においては、消和を周囲条件下(すなわち、標準大気温度および圧力)で実施する。水の廃棄物源に対する比率も修正してよい。いくつかの実施態様においては、水の金属酸化物の廃棄物源に対する比率が、(1:1)〜(1:1.5)、(1:1.5)〜(1:2)、(1:2)〜(1:2.5)、(1:2.5)〜(1:3)、(1:3)〜(1:3.5)、(1:3.5)〜(1:4)、(1:4)〜(1:4.5)、(1:4.5)〜(1:5)、(1:5)〜(1:6)、(1:6)〜(1:8)、(1:8)〜(1:10)、(1:10)〜(1:25)、(1:25)〜(1:50)、または(1:50)〜(1:100)である。廃棄物源の水に対する比率もまた、修正してよい。いくつかの実施態様においては、金属酸化物の廃棄物源の水に対する比率が、(1:1)〜(1:1.5)、(1:1.5)〜(1:2)、(1:2)〜(1:2.5)、(1:2.5)〜(1:3)、(1:3)〜(1:3.5)、(1:3.5)〜(1:4)、(1:4)〜(1:4.5)、(1:4.5)〜(1:5)、(1:5)〜(1:6)、(1:6)〜(1:8)、(1:8)〜(1:10)、(1:10)〜(1:25)、(1:25)〜(1:50)、または(1:50)〜(1:100)である。いくつかの実施態様において、フライアッシュのような金属酸化物の廃棄物源が沈殿反応機に直接供給されるような場合には、その廃棄物源の水に対する比率は、極めて低くてよい。そのような実施態様においては、追加の廃棄物源(たとえば、フライアッシュ)をその沈殿反応機に添加して、廃棄物源の水に対する比率を上げてもよいし、あるいは、廃棄物源の水に対する比率を低くして消和を実施してもよい。消和時間も、それが消和効率に影響するので、修正してよい。いくつかの実施態様においては、水和(たとえば、CaOからのCa(OH)2の生成)を完了させるのに必要な消和時間が、12〜20時間、20〜30時間、30〜40時間、40〜60時間、60〜100時間、100〜160、100〜180、および180〜200時間の間である。いくつかの実施態様においては、水和を完了させるまでに必要な消和時間が、12時間未満、6〜12時間、3〜6時間、1〜3時間の間、または1時間未満である。いくつかの実施態様においては、水和を完了させるまでに必要な消和時間が、30分間〜1時間の間である。いくつかの実施態様においては、その消和時間が、15〜30分間、15〜25分間、および15〜20分間の間である。いくつかの実施態様においては、その消和時間が、5〜30分間、5〜20分間、5〜15分間、および5〜10分間の間である。いくつかの実施態様においては、その消和時間が、1〜5分間、1〜3分間、および2〜3分間の間である。撹拌もまた、たとえばホットスポットおよびコールドスポットを無くすことによって、消和効率に影響する可能性がある。さらに、金属酸化物の廃棄物源を前処理することによって、消和効率を効率化させてもよい。たとえば、消和より前にフライアッシュを、ジェットミル処理またはボールミル処理してもよい。上述の消和因子のいずれか一つを変化させることにより、さらなる消和因子にも変化がおよんで、それぞれの消和の手順が、利用できる物質に依存して変化するであろうということが認識されるであろう。したがって、本発明における消和は、廃棄物源中に存在するCaOをCa(OH)2に転換させる割合を、10%超、20%超、30%超、40%超、50%超、60%超、70%超、80%超、90%超、95%超、97%超、98%超、99%超、または99.9%超とすることができる。同様に、本発明における消和は、廃棄物源中に存在するMgOをMg(OH)2に転換させる割合を、10%超、20%超、30%超、40%超、50%超、60%超、70%超、80%超、90%超、95%超、97%超、98%超、99%超、または99.9%超とすることができる。転換率が高いほど、消和プロセスの効率が高い。   In some embodiments, metal oxide waste sources such as fly ash or cement kiln dust are sublimated (ie, conversion from CaO to Ca (OH) 2 and from MgO to Mg (OH) 2, etc.) You may let them. Any convenient system or method may be used that is effective in reducing combustion ash (eg, fly ash, bottom ash) or cement kiln dust. The elimination of the metal oxide waste source may be achieved by using a slurry retention and paste machine, a paste lime machine, a ball mill lime machine, or a combination or modification of them. The selection of the soaking device depends on the waste source of the metal oxide to be sanitized, the convenience of water, the required space, and the like. For example, a compact paste lime slaker may be advantageous for use in the system and method of the present invention where space is limited and the water supply for squeezing is also limited. It will be. In some embodiments, a ball mill lime slaker is used. Depending on the metal oxide waste source, the soaking efficiency may be affected by the following factors: type of limestone for use in calcination, specific calcination process (eg, temperature history, Type of burner used, post-combustion treatment, scrubber effect, residence time and conditions, etc.), soaking temperature, waste source to water ratio, degree of stirring during soaking, viscosity of slurry, soaking time, and Water temperature (before mixing metal oxide waste source). The type of water can also affect the soaking efficiency. For example, fresh water, which generally has a lower concentration of divalent cations than seawater, may be much more efficient in extracting CaO and MgO from fly ash, but the type of water is generally Will depend on the availability at the location of the precipitation plant. Thus, the method of the present invention also includes modifying those factors for timely summation (ie, timescale summation that can streamline industrial processes). For example, the soaking temperature may be corrected. In some embodiments, the soaking temperature ranges from room temperature (about 70 ° F.) to about 220 ° F. In some embodiments, the soaking temperature is 70-100 ° F, 100-220 ° F, 120-220 ° F, 140-220 ° F, 160-220 ° F, 160-200 ° F, Or 160-185 ° F. If auxiliary heating is required to increase the soaking temperature (beyond that obtained from the exothermic conversion reaction from CaO to Ca (OH) 2), for example from flue gas Waste heat may be used. Similarly, other external heat sources (for example, heated water) may be used. If the metal oxide waste source is highly reactive (ie, fly ash or cement kiln dust containing high concentrations of CaO, for example), the heat should be reduced, for example, It may be used to heat an air stream for use in drying the precipitated material. For example, the soaking pressure may be corrected. In some embodiments, the soothing pressure is from normal atmospheric pressure (about 1 bar) to about 50 bar. In some embodiments, the soaking pressure is 1 to 2.5 bar, 1 to 5 bar, 1 to 10 bar, 10 to 50 bar, 20 to 50 bar, 30 to 50 bar, or 40 to 50. Bar. In some embodiments, soaking is performed under ambient conditions (ie, standard atmospheric temperature and pressure). The ratio of water to waste sources may also be modified. In some embodiments, the ratio of water to metal oxide waste source is from (1: 1) to (1: 1.5), (1: 1.5) to (1: 2), ( 1: 2)-(1: 2.5), (1: 2.5)-(1: 3), (1: 3)-(1: 3.5), (1: 3.5)-( 1: 4), (1: 4) to (1: 4.5), (1: 4.5) to (1: 5), (1: 5) to (1: 6), (1: 6) ~ (1: 8), (1: 8) ~ (1:10), (1:10) ~ (1:25), (1:25) ~ (1:50), or (1:50) ~ (1: 100). The ratio of waste source to water may also be modified. In some embodiments, the ratio of metal oxide waste source to water is from (1: 1) to (1: 1.5), (1: 1.5) to (1: 2), ( 1: 2)-(1: 2.5), (1: 2.5)-(1: 3), (1: 3)-(1: 3.5), (1: 3.5)-( 1: 4), (1: 4) to (1: 4.5), (1: 4.5) to (1: 5), (1: 5) to (1: 6), (1: 6) ~ (1: 8), (1: 8) ~ (1:10), (1:10) ~ (1:25), (1:25) ~ (1:50), or (1:50) ~ (1: 100). In some embodiments, where a metal oxide waste source such as fly ash is fed directly to the precipitation reactor, the ratio of the waste source to water may be very low. In such embodiments, additional waste sources (eg, fly ash) may be added to the precipitation reactor to increase the ratio of waste source to water, or waste source water. The ratio may be reduced to reduce the ratio. The soaking time may also be modified because it affects the soaking efficiency. In some embodiments, the time required to complete hydration (eg, production of Ca (OH) 2 from CaO) is 12-20 hours, 20-30 hours, 30-40 hours. 40 to 60 hours, 60 to 100 hours, 100 to 160, 100 to 180, and 180 to 200 hours. In some embodiments, the relaxation time required to complete hydration is less than 12 hours, 6-12 hours, 3-6 hours, 1-3 hours, or less than 1 hour. In some embodiments, the time required to complete hydration is between 30 minutes and 1 hour. In some embodiments, the relaxation time is between 15-30 minutes, 15-25 minutes, and 15-20 minutes. In some embodiments, the soothing time is between 5-30 minutes, 5-20 minutes, 5-15 minutes, and 5-10 minutes. In some embodiments, the relaxation time is between 1-5 minutes, 1-3 minutes, and 2-3 minutes. Agitation can also affect the soaking efficiency, for example by eliminating hot spots and cold spots. Furthermore, the soaking efficiency may be increased by pretreating the metal oxide waste source. For example, fly ash may be jet milled or ball milled prior to soaking. By changing any one of the above-mentioned relaxation factors, it will also change the further relaxation factors, and each relaxation procedure will vary depending on the materials available. Will be recognized. Therefore, in the present invention, the ratio of converting CaO present in the waste source to Ca (OH) 2 is 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60% %, 70%, 80%, 90%, 95%, 97%, 98%, 99%, or 99.9%. Similarly, in the present invention, the ratio of converting MgO present in the waste source to Mg (OH) 2 is 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, It can be over 60%, over 70%, over 80%, over 90%, over 95%, over 97%, over 98%, over 99%, or over 99.9%. The higher the conversion rate, the higher the efficiency of the process.

金属酸化物の廃棄物源たとえば、燃焼アッシュ、セメントキルンダスト、またはスラグ(たとえば、鉄スラグ、リンスラグ)を、補助的な二価カチオンの供給源たとえば、燃焼アッシュ、セメントキルンダスト、またはスラグ(たとえば、鉄スラグ、リンスラグ)の混合物と組み合わせて使用してもよい。したがって、いくつかの実施態様においては、その二価カチオンの供給源が、二価カチオン供給源と、フライアッシュ、ボトムアッシュ、およびボイラースラグから選択される燃焼アッシュとの組合せである。たとえば、その二価カチオンの供給源が、フライアッシュと海水との組合せであってもよい。組合せ(たとえば、燃焼アッシュと他の二価カチオンの供給源との組合せ)として使用する場合には、燃焼アッシュをいかなる順序で使用してもよい。たとえば、塩基性溶液が、燃焼アッシュを添加するより前に既に二価カチオン(たとえば、海水)を含んでいてもよいし、あるいは、二価カチオンの供給源を、フライアッシュの水中のスラリーに添加してもよい。これらの実施態様のいずれにおいても、CO2は、燃焼アッシュの前後いずれで添加してもよいが、これについては以下においてさらに詳しく説明する。   Metal oxide waste sources such as combustion ash, cement kiln dust, or slag (eg, iron slag, phosphorus slag), supplemental divalent cation sources such as combustion ash, cement kiln dust, or slag (eg, , Iron slag, phosphorus slag) may be used in combination. Thus, in some embodiments, the source of divalent cations is a combination of a divalent cation source and combustion ash selected from fly ash, bottom ash, and boiler slag. For example, the divalent cation source may be a combination of fly ash and seawater. When used as a combination (eg, a combination of combustion ash and other sources of divalent cations), the combustion ash may be used in any order. For example, the basic solution may already contain divalent cations (eg, seawater) prior to adding combustion ash, or a source of divalent cations may be added to the fly ash slurry in water. May be. In any of these embodiments, CO2 may be added either before or after the combustion ash, as will be described in more detail below.

廃棄物源たとえば、燃焼アッシュ、セメントキルンダスト、またはスラグ(たとえば、鉄スラグ、リンスラグ)を、補助的なプロトン除去剤の供給源たとえば、燃焼アッシュ、セメントキルンダスト、またはスラグ(たとえば、鉄スラグ、リンスラグ)の混合物と組み合わせて使用してもよい。したがって、いくつかの実施態様においては、そのプロトン除去剤の供給源が、プロトン除去剤と、フライアッシュ、ボトムアッシュ、およびボイラースラグから選択される燃焼アッシュとの組合せである。使用可能なプロトン除去剤の例としては以下のものが挙げられる:酸化物(たとえば、CaO)、水酸化物(たとえば、KOH、NaOH、水滑石(Mg(OH)2など)、炭酸塩(たとえば、Na2CO3)、蛇紋石など。反応混合物の中にシリカおよびマグネシウムも放出する蛇紋石からは、究極的には、(燃焼アッシュの中に見られるものに追加の形の)炭酸塩およびシリカを含む組成物が得られる。使用する補助的なプロトン除去剤の量は、その補助的なプロトン除去剤の具体的な性質と、その中に補助的なプロトン除去剤を添加する水の容積とに依存する。補助的なプロトン除去剤に代わるものとしては、先にプロトン除去をもたらすと説明したような、電気化学的方法の利用がある。電気分解を採用してもよい。各種の電気分解プロセスを使用してよいが、そのようなプロセスとしては、Castner−Kellnerプロセス、および隔膜電解槽プロセス(diaphragm cell process、membrane cell process)が挙げられる。加水分解生成物の副生物(たとえば、H2、ナトリウム金属)は、捕集して他の目的に使用してよい。プロトン除去剤の組合せ(たとえば、燃焼アッシュと、他のプロトン除去剤供給源との組合せ)を使用する場合には、その燃焼アッシュは、いかなる順序で使用してもよい。たとえば、燃焼アッシュ、またはフライアッシュの水中スラリーを添加する前に既に塩基性である二価カチオン含有溶液(たとえば、海水)に、追加のプロトン除去剤を加えてさらに塩基性としてもよい。これらの実施態様のいずれにおいても、CO2は、燃焼アッシュの前後いずれで添加してもよいが、これについては以下においてさらに詳しく説明する。   Waste sources such as combustion ash, cement kiln dust, or slag (eg, iron slag, phosphorus slag), supplemental proton remover sources such as combustion ash, cement kiln dust, or slag (eg, iron slag, You may use it in combination with the mixture of a phosphorus slag. Thus, in some embodiments, the source of proton scavenger is a combination of a proton scavenger and a combustion ash selected from fly ash, bottom ash, and boiler slag. Examples of proton scavengers that can be used include: oxides (eg CaO), hydroxides (eg KOH, NaOH, talc (Mg (OH) 2 etc.), carbonates (eg Na2CO3), serpentine, etc. Serpentine, which also releases silica and magnesium into the reaction mixture, ultimately contains carbonate and silica (in addition to those found in combustion ash). The amount of supplemental proton scavenger used depends on the specific nature of the supplemental proton scavenger and the volume of water in which the supplemental proton scavenger is added. An alternative to ancillary proton scavengers is the use of electrochemical methods as previously described to provide proton removal.Electrolysis may be employed. Processes may be used, but such processes include the Castner-Kellner process, and diaphragm cell process, membrane cell process, etc. Hydrolysis product by-products (eg, H2, Sodium metal) may be collected and used for other purposes, such as when a combination of proton scavengers (eg, a combination of combustion ash and other proton scavenger sources) is used. The ash may be used in any order, for example, an additional proton scavenger in a divalent cation-containing solution (eg, seawater) that is already basic prior to addition of the combustion ash or fly ash slurry in water. These may be further basic. In any of these, CO2 may be added either before or after the combustion ash, as will be described in more detail below.

先に説明したように、金属酸化物の廃棄物源たとえば、燃焼アッシュ、セメントキルンアッシュ、およびスラグ(たとえば、鉄スラグ、リンスラグ)を、補助的なプロトン除去剤有り、または無しのいずれかで、各種の組合せで使用してもよい。補助的なプロトン除去剤(およびプロトン除去に影響をおよぼす方法)を使用する場合、それらの補助的なプロトン除去剤もまた、各種適切な組合せで使用してよい。本発明のいくつかの実施態様では、次のような組合せを提供する:人為的廃棄物(たとえば、ボーキサイト加工からの赤泥または褐泥)と市販の塩基(たとえば、NaOH)との組合せの使用;人為的廃棄物と、電気化学的方法(すなわち、炭酸、重炭酸塩、ヒドロニウムなどの脱プロトン化)および天然由来のプロトン除去剤(たとえば、蛇紋石鉱物質)との組合せ;または、人為的廃棄物と、市販の塩基および天然由来のプロトン除去剤とを組み合わせ、その後で次いで電気化学的方法と組み合わせた蛇紋石鉱物質に移行。プロトン除去に影響をおよぼす各種の方法の割合を、条件と入手可能性に従って調節してもよく、たとえば、沈殿プラントの耐用期間の内の最初の5年は、人為的廃棄物を市販の塩基および天然由来のプロトン除去剤と組み合わせて使用し、その後は、蛇紋石鉱物質と、プロトンを除去するための電気化学的方法との組合せに移行してもよい(これらの方が、より入手しやすいからである)。   As explained above, metal oxide waste sources such as combustion ash, cement kiln ash, and slag (eg, iron slag, phosphorus slag), either with or without an auxiliary proton remover, Various combinations may be used. If auxiliary proton removers (and methods that affect proton removal) are used, these auxiliary proton removers may also be used in various suitable combinations. Some embodiments of the present invention provide the following combinations: Use of a combination of an artificial waste (eg, red mud or brown mud from bauxite processing) and a commercially available base (eg, NaOH) A combination of man-made waste with electrochemical methods (ie, deprotonation of carbonic acid, bicarbonate, hydronium, etc.) and naturally-occurring proton scavengers (eg, serpentine minerals); Combine waste with commercially available bases and naturally-occurring proton scavengers, then transfer to serpentine minerals combined with electrochemical methods. The proportion of the various methods that affect proton removal may be adjusted according to conditions and availability, for example, the first five years of the lifetime of the precipitation plant, the anthropogenic waste is converted to commercial bases and Used in combination with naturally-occurring proton scavengers, then may move to a combination of serpentine minerals and electrochemical methods to remove protons (these are more readily available) From).

いくつかの実施態様においては、プロトン除去剤(およびプロトン除去に影響をおよぼす方法)を組み合わせて、プロトン除去剤の1〜30%がフライアッシュから供給され、プロトン除去剤の20〜80%が、廃棄物(たとえば、赤泥)、鉱物質たとえば蛇紋石、またはそれらの組合せから供給され、プロトン除去の10〜50%を電気化学的方法でまかなうようにする。たとえば、いくつかの実施態様では、プロトン除去剤と電気化学的方法との組合せを提供して、プロトン除去剤の10%がフライアッシュから供給され、プロトン除去剤の60%が、採鉱プロセス(たとえば、赤泥)からの廃棄物から供給され、プロトン除去の30%を電気化学的方法でまかなうようにする。いくつかの実施態様では、プロトン除去剤と電気化学的方法との組合せを提供して、プロトン除去剤の10%がフライアッシュから供給され、プロトン除去剤の60%が、天然由来の鉱物質供給源(たとえば、溶解させた蛇紋岩)からの廃棄物から供給され、プロトン除去の30%を電気化学的方法でまかなうようにする。いくつかの実施態様では、プロトン除去剤と電気化学的方法との組合せが提供するが、その場合、沈殿プラントの耐用期間の内の最初の5年の間は、プロトン除去剤の30%が、フライアッシュから供給され、プロトン除去剤の70%が採鉱プロセスからの廃棄物(たとえば、赤泥)から提供されるようにし、その6年目の最初以降は、プロトン除去剤の10%が、フライアッシュから供給され、プロトン除去剤の60%が、天然由来の鉱物質供給源(たとえば、蛇紋石)を溶解させた結果であり、プロトン除去の30%を電気化学的方法によってまかなうようにする。   In some embodiments, in combination with a proton scavenger (and a method that affects proton scavenging), 1-30% of the proton scavenger is supplied from fly ash, and 20-80% of the proton scavenger is Sourced from waste (eg, red mud), minerals such as serpentine, or combinations thereof, 10-50% of proton removal is provided by electrochemical methods. For example, in some embodiments, providing a combination of a proton remover and an electrochemical method, 10% of the proton remover is supplied from fly ash and 60% of the proton remover is taken from a mining process (eg, , Red mud), and 30% of proton removal will be covered by electrochemical methods. In some embodiments, providing a combination of proton scavenger and electrochemical method, 10% of the proton scavenger is supplied from fly ash and 60% of the proton scavenger is from a naturally occurring mineral supply Sourced from waste from a source (eg, dissolved serpentine), 30% of proton removal is provided by an electrochemical method. In some embodiments, a combination of a proton scavenger and an electrochemical method is provided, in which case 30% of the proton scavenger is in the first 5 years of the lifetime of the precipitation plant, Sourced from fly ash, 70% of the proton remover is provided from waste from the mining process (eg, red mud), and from the beginning of its sixth year, 10% of the proton remover Sourced from ash, 60% of the proton scavenger is the result of dissolving a naturally occurring mineral source (eg, serpentine) so that 30% of the proton scavenging is covered by electrochemical methods.

二価カチオン(たとえば、アルカリ土類金属カチオン、たとえばCa2+およびMg2+)を含む水溶液を、その二価カチオン含有溶液を沈殿条件(すなわち、たとえばpHにも基づいて、1種または複数の物質の沈殿を起こさせるような条件)にかける、前、途中、または後のいずれかのタイミングでCO2の供給源と接触させてもよい。したがって、いくつかの実施態様においては、炭酸塩および/または重炭酸塩化合物の生成を有利にするために、その水溶液を沈殿条件に置くより前に、二価カチオンの水溶液をCO2の供給源と接触させる。いくつかの実施態様においては、炭酸塩および/または重炭酸塩化合物の生成を有利にするために、その水溶液を沈殿条件に置いている最中に、二価カチオンの水溶液をCO2の供給源と接触させる。いくつかの実施態様においては、炭酸塩および/または重炭酸塩化合物の生成を有利にするために、その水溶液を沈殿条件に置くより前および置いている最中に、二価カチオンの水溶液をCO2の供給源と接触させる。いくつかの実施態様においては、炭酸塩および/または重炭酸塩化合物の生成を有利にするために、その水溶液を沈殿条件に置いた後に、二価カチオンの水溶液をCO2の供給源と接触させる。いくつかの実施態様においては、炭酸塩および/または重炭酸塩化合物の生成を有利にするために、その水溶液を沈殿条件に置く前、途中、および後に、二価カチオンの水溶液をCO2の供給源と接触させる。いくつかの実施態様においては、二価カチオン含有水溶液を2回以上サイクルさせてもよいが、その場合、沈殿の第一回目のサイクルでは、主として炭酸カルシウムおよび炭酸マグネシウム鉱物質を除去して、アルカリ性溶液が残るが、それに対して追加の二価カチオンを加えてもよい。二酸化炭素を二価カチオンのリサイクルされた溶液と接触させると、より多くの炭酸塩および/または重炭酸塩化合物を沈殿させることが可能となる。これらの実施態様においては、第一回目の沈殿サイクルの後の水溶液を、二価カチオンが添加される前、途中および/または後に、CO2供給源と接触させてもよいということは認識されるであろう。いくつかの実施態様においては、二価カチオンを含まないか、または二価カチオンの濃度が低い水溶液をCO2と接触させる。これらの実施態様においては、水はリサイクルさせてもよいし、あるいは新たに導入してもよい。したがって、CO2と金属酸化物の廃棄物源の添加順序は変えてもよい。たとえば、それらそれぞれが、二価カチオン、プロトン除去剤、またはその両方を与える、金属酸化物の廃棄物源たとえば、フライアッシュ、セメントキルンダスト、またはスラグを、たとえばブライン、海水、または淡水に加え、その後でCO2を添加してもよい。また別な例においては、CO2を、たとえばブライン、海水、または淡水に加え、その後で、フライアッシュ、セメントキルンダスト、またはスラグを添加してもよい。 An aqueous solution containing a divalent cation (eg, an alkaline earth metal cation, eg, Ca 2+ and Mg 2+ ), and a divalent cation-containing solution of the one or more substances based on the precipitation conditions (ie, for example, based on pH) It may be brought into contact with the CO2 supply source at any timing before, during, or after being subjected to conditions that cause precipitation. Thus, in some embodiments, in order to favor the formation of carbonate and / or bicarbonate compounds, an aqueous solution of divalent cations and a source of CO2 can be used prior to subjecting the aqueous solution to precipitation conditions. Make contact. In some embodiments, in order to favor the formation of carbonate and / or bicarbonate compounds, an aqueous solution of a divalent cation is used as a source of CO2 while the aqueous solution is in precipitation conditions. Make contact. In some embodiments, in order to favor the formation of carbonate and / or bicarbonate compounds, the aqueous solution of the divalent cation is CO2 prior to and during placement of the aqueous solution in precipitation conditions. Contact with the source of In some embodiments, in order to favor the formation of carbonate and / or bicarbonate compounds, the aqueous solution of divalent cations is contacted with a source of CO2 after the aqueous solution has been subjected to precipitation conditions. In some embodiments, an aqueous solution of a divalent cation is added to the CO2 source before, during, and after the aqueous solution is subjected to precipitation conditions to favor the formation of carbonate and / or bicarbonate compounds. Contact with. In some embodiments, the divalent cation-containing aqueous solution may be cycled more than once, in which case, in the first cycle of precipitation, the calcium carbonate and magnesium carbonate minerals are primarily removed to make the alkaline The solution remains, but additional divalent cations may be added thereto. Contacting carbon dioxide with a recycled solution of divalent cations allows more carbonate and / or bicarbonate compounds to precipitate. It will be appreciated that in these embodiments, the aqueous solution after the first precipitation cycle may be contacted with a CO2 source before, during and / or after the divalent cation is added. I will. In some embodiments, an aqueous solution that is free of divalent cations or has a low concentration of divalent cations is contacted with CO2. In these embodiments, the water may be recycled or newly introduced. Therefore, the order of addition of the CO2 and metal oxide waste sources may be varied. For example, a metal oxide waste source such as fly ash, cement kiln dust, or slag, each of which provides a divalent cation, proton scavenger, or both, is added to, for example, brine, sea water, or fresh water, Thereafter, CO2 may be added. In another example, CO2 may be added to, for example, brine, seawater, or fresh water, followed by addition of fly ash, cement kiln dust, or slag.

二価カチオン含有水溶液は、各種好都合な手順を用いて、CO2供給源と接触させればよい。そのCO2がガスである場合には、対象となる接触手順としては以下のものが挙げられる(これらに限定される訳ではない):直接接触手順(たとえば、CO2ガスを水溶液の中にバブリングさせる)、並流接触手段(すなわち、一つの方向に流れているガス相流れと液相流れとの間の接触)、向流手段(すなわち、反対方向に流れているガス相流れと液相流れとの間の接触)など。したがって、接触は、都合に合わせて、インフューザー、バブラー、流体ベンチュリー反応器、スパージャー、ガスフィルター、スプレー、トレイ、充填塔反応器などを使用して実施すればよい。いくつかの実施態様においては、フラットジェットノズルを用いて溶液の液膜(liquid sheet)を形成させ、CO2ガスとその液膜を、向流、並流、または十字流の方向、またはその他各種適切な方法で移動させることにより、気液接触を実施する。たとえば、米国特許出願第61/158,992号明細書(出願日、2009年3月10日)を参照されたい(この出願を参照することによりそのすべてを本明細書に取り入れたものとする)。いくつかの実施態様においては、500マイクロメートル以下、たとえば100マイクロメートル以下の平均直径を有する溶液の液滴をCO2ガス供給源と接触させることにより、気液接触を実施する。いくつかの実施態様においては、溶液の中への二酸化炭素の溶解を加速させるために触媒を使用して、その反応が平衡に向かうのを加速させるが、その触媒は、無機物質たとえば二塩化亜鉛もしくはカドミウム、または有機物質たとえば酵素(たとえば、炭素脱水酵素)などであってよい。   The divalent cation-containing aqueous solution may be contacted with the CO2 source using various convenient procedures. When the CO2 is a gas, the contact procedures of interest include (but are not limited to) the following: direct contact procedures (eg, bubbling CO2 gas into an aqueous solution) Co-current contact means (ie, contact between a gas phase flow and a liquid phase flow flowing in one direction), countercurrent means (ie, a gas phase flow and a liquid phase flow flowing in opposite directions) Between contact) etc. Thus, contacting may be performed using an infuser, bubbler, fluid venturi reactor, sparger, gas filter, spray, tray, packed column reactor, etc., as convenient. In some embodiments, a flat jet nozzle is used to form a liquid sheet of solution, and the CO2 gas and its liquid film are directed in countercurrent, cocurrent, or crossflow directions, or any other suitable Gas-liquid contact is carried out by moving in a simple manner. See, for example, U.S. Patent Application No. 61 / 158,992, filed on March 10, 2009, which is hereby incorporated by reference in its entirety. . In some embodiments, gas-liquid contact is performed by contacting droplets of a solution having an average diameter of 500 micrometers or less, such as 100 micrometers or less, with a CO2 gas source. In some embodiments, a catalyst is used to accelerate the dissolution of carbon dioxide into the solution to accelerate the reaction toward equilibrium, but the catalyst may be an inorganic substance such as zinc dichloride. Or it may be cadmium, or an organic substance such as an enzyme (eg, carbon dehydrase).

本発明の方法においては、上述のようにして生成させたある容積のCO2をチャージした水を、炭酸塩含有沈殿物質と上澄み(すなわち、沈殿物質が沈殿した後に取り残される、沈殿反応混合物の一部)とを生成させるに十分な炭酸塩化合物の沈殿条件に置く。各種都合のよい沈殿条件を採用すればよいが、その条件は、CO2がチャージされた沈殿反応混合物から炭酸塩含有沈殿物質が生成する結果が得られるものである。沈殿条件としては、CO2がチャージされた沈殿反応混合物の物理的な環境を調節して、所望の沈殿物質が生成するようにさせる条件が挙げられる。たとえば、CO2がチャージされた沈殿反応混合物の温度を、所望の炭酸塩含有沈殿物質を沈殿させるのに適した状況となる点にまで上げてもよい。そのような実施態様においては、CO2がチャージされた沈殿反応混合物の温度を、5℃〜70℃、たとえば20℃〜50℃、たとえば25℃〜45℃の値にまで上げてもよい。所定の一連の沈殿条件に、0℃〜100℃の範囲の温度が含まれていてもよく、ある種の実施態様においては、その温度を上げて所望の沈殿物質が生成するようにしてもよい。ある種の実施態様においては、二酸化炭素排出が低いかまたはゼロの供給源(たとえば、太陽エネルギー供給源、風力エネルギー供給源、水力発電エネルギー供給源、炭素排出装置の煙道ガスからの廃熱など)から発生するエネルギーを使用して、沈殿反応混合物の温度を上昇させる。いくつかの実施態様においては、石炭またはその他の燃料の燃焼からの煙道ガスからの熱を利用して、沈殿反応混合物の温度を上昇させてもよい。CO2がチャージされた沈殿反応混合物のpHを、所望の炭酸塩含有沈殿物質を沈殿させるのに適したpHとなるまで上げてもよい。そのような実施態様においては、そのCO2がチャージされた沈殿反応混合物のpHを、沈殿をさせるためのアルカリ性のレベルにまで上げるが、その炭酸塩が重炭酸塩であるのが好ましい。pHは、pH9以上、たとえばpH10以上、たとえばpH11以上に上げてもよい。たとえば、沈殿反応混合物または沈殿反応混合物の前駆体のpHを上げるためにフライアッシュを使用する場合には、そのpHをpH約12.5以上としてもよい。   In the process of the present invention, a volume of CO2 charged water produced as described above is used to separate the carbonate-containing precipitation material and the supernatant (ie, the portion of the precipitation reaction mixture left behind after the precipitation material has precipitated). ) Under sufficient precipitation conditions for carbonate compounds. Various convenient precipitation conditions may be employed, which result in the formation of carbonate-containing precipitation material from the CO 2 -charged precipitation reaction mixture. Precipitation conditions include conditions that adjust the physical environment of the precipitation reaction mixture charged with CO2 to produce the desired precipitation material. For example, the temperature of the precipitation reaction mixture charged with CO2 may be raised to a point that is suitable for precipitating the desired carbonate-containing precipitation material. In such embodiments, the temperature of the precipitation reaction mixture charged with CO2 may be raised to a value between 5 ° C and 70 ° C, such as between 20 ° C and 50 ° C, such as between 25 ° C and 45 ° C. The predetermined series of precipitation conditions may include a temperature in the range of 0 ° C. to 100 ° C., and in certain embodiments, the temperature may be increased to produce the desired precipitation material. . In certain embodiments, sources with low or zero carbon dioxide emissions (e.g., solar energy sources, wind energy sources, hydropower energy sources, waste heat from flue gas from carbon emission devices, etc.) ) To raise the temperature of the precipitation reaction mixture. In some embodiments, heat from the flue gas from the combustion of coal or other fuel may be utilized to raise the temperature of the precipitation reaction mixture. The pH of the precipitation reaction mixture charged with CO2 may be raised to a pH suitable for precipitating the desired carbonate-containing precipitation material. In such an embodiment, the pH of the CO2 charged precipitation reaction mixture is raised to an alkaline level for precipitation, but preferably the carbonate is bicarbonate. The pH may be raised to pH 9 or higher, such as pH 10 or higher, such as pH 11 or higher. For example, when fly ash is used to raise the pH of the precipitation reaction mixture or the precursor of the precipitation reaction mixture, the pH may be about 12.5 or higher.

従って、沈殿反応混合物から所望の沈殿物質を生成させるための一連の沈殿条件には、上述のように、温度およびpH、さらには場合によっては、水中の添加物およびイオン性化学種の濃度が含まれる。沈殿条件にはさらに、次のような因子も含まれていてよい:混合速度、撹拌の形態(たとえば超音波)、ならびに、シード結晶、触媒、膜、または基材の存在。いくつかの実施態様においては、沈殿条件には、過飽和条件、温度、pH、および/または濃度勾配、またはこれらのパラメーターの各種繰り返しもしくは変更などが含まれる。本発明において炭酸塩含有沈殿物質を調製するために採用される手順(出発点のたとえばフライアッシュの消和から、終了点のたとえば、沈殿物質の乾燥または、沈殿物質の骨材への成形まで)は、バッチ式であっても、セミバッチ式であっても、または連続式手順であってもよい。セミバッチ式またはバッチ式システムに比較して、連続フローシステムにおいては、所定の沈殿物質を生成させるための沈殿条件が異なっていてもよいということは認識されるであろう。   Thus, a series of precipitation conditions to produce the desired precipitation material from the precipitation reaction mixture includes the temperature and pH, and possibly the concentration of additives and ionic species in water, as described above. It is. The precipitation conditions may further include factors such as: mixing speed, form of stirring (eg, ultrasound), and presence of seed crystals, catalyst, membrane, or substrate. In some embodiments, precipitation conditions include supersaturation conditions, temperature, pH, and / or concentration gradients, or various repetitions or changes of these parameters. Procedures employed to prepare carbonate-containing precipitated material in the present invention (from the decontamination of the starting point, for example fly ash, to the end point, for example, drying of the precipitated material or shaping of the precipitated material into aggregate) May be batch, semi-batch, or continuous procedures. It will be appreciated that in a continuous flow system, the precipitation conditions for producing a given precipitation material may be different as compared to a semi-batch or batch system.

炭酸塩含有沈殿物質は、沈殿反応混合物から生成した後で、その反応混合物から分離されて、図1に見られるように、分離された沈殿物質(たとえば、ウェットケーキ)と上澄みとになる。沈殿物質は、ある程度の時間のあいだは上澄みの中に貯蔵し、その後で沈殿し、(たとえば、乾燥により)分離してもよい。たとえば、沈殿物質は上澄みの中に、1〜1000日以上、たとえば1〜10日以上の範囲の期間、1℃〜40℃、たとえば20℃〜25℃の範囲の温度で貯蔵してもよい。沈殿反応混合物からの沈殿物質の分離は、数多くの好都合なアプローチ方法のいずれかを使用して実施するが、そのような方法としては以下のものが挙げられる:水切り法(たとえば、沈殿物質を重力沈降させてから、水切りをする)、デカント法、濾過法(たとえば、重力濾過法、真空濾過法、強制空気を使用した濾過法)、遠心分離法、加圧法、またはそれらの各種組合せ。沈殿物質からバルクの水を分離すると、沈殿物質のウェットケーキ、または脱水した沈殿物質が生成する。米国特許出願第61/170086号明細書(出願日、2109年4月16日、参照することにより本明細書に取り入れたものとする)に詳細が記述されているように、液固分離機たとえば、EpuramatのExtrem−Separator(「ExSep」)液固分離機、Xerox PARCのスパイラル濃縮機、またはEpuramatのExSepもしくはXerox PARCのスパイラル濃縮機のいずれかを改良したものが、沈殿反応混合物から沈殿物質を分離するには有用である。   After the carbonate-containing precipitation material is produced from the precipitation reaction mixture, it is separated from the reaction mixture to become separated precipitate material (eg, wet cake) and supernatant, as seen in FIG. The precipitated material may be stored in the supernatant for some time and then precipitated and separated (eg, by drying). For example, the precipitated material may be stored in the supernatant at a temperature ranging from 1 ° C to 40 ° C, such as from 20 ° C to 25 ° C for a period ranging from 1 to 1000 days, such as from 1 to 10 days. Separation of the precipitated material from the precipitation reaction mixture is carried out using any of a number of convenient approaches, including the following: draining methods (eg, gravity precipitation of the precipitated material) Settling and draining), decanting method, filtration method (for example, gravity filtration method, vacuum filtration method, filtration method using forced air), centrifugal separation method, pressurization method, or various combinations thereof. Separating bulk water from the precipitated material produces a wet cake of the precipitated material, or a dehydrated precipitated material. As described in detail in U.S. Patent Application No. 61/170086, filed April 16, 2109, incorporated herein by reference, liquid-solid separators such as , One of the Epuramat Extreme-Separator (“ExSep”) liquid-solid separators, the Xerox PARC spiral concentrators, or the Epuramat ExSep or Xerox PARC spiral concentrators can be used to remove the precipitated material from the precipitation reaction mixture. Useful for separation.

いくつかの実施態様においては、そうして得られた脱水された沈殿物質を次いで、乾燥させて、製品(たとえば、セメント、ポゾランセメント、骨材、または非反応性で貯蔵安定性のあるCO2封鎖(CO2−sequestering)製品)を製造する。乾燥は、その沈殿物質を通気乾燥させることによって実施してもよい。沈殿物質を通気乾燥させる場合、その通気乾燥は、−70℃〜120℃の範囲の温度で実施するのがよい。ある種の実施態様においては、凍結乾燥(freeze−drying、すなわちlyophilization)によって乾燥を実施するが、この場合、沈殿物質を凍結させ、周囲圧力を減圧し、沈殿物質中の凍結した水が、直接気体として昇華するのに十分な熱を加える。さらにまた別な実施態様においては、沈殿物質をスプレー乾燥させて沈殿物質を乾燥させるが、この場合、高温のガス(たとえば、発電所からのガス状の廃棄物流れ)の中に沈殿物質を含む液体をフィードすることにより乾燥させるが、その液体のフィード物はポンプで主乾燥チャンバーの中にアトマイザーを通過させ、高温ガスは、そのアトマイザーの方向と並流または向流で通過させる。システムの特定の乾燥手順に応じて、乾燥ステーション(以下において詳述)には、濾過要素、凍結乾燥構造、スプレー乾燥構造などが含まれていてもよい。ある種の実施態様においては、適切であるならば、発電所または類似の設備からの廃熱を使用して、乾燥工程を実施してよい。たとえば、いくつかの実施態様においては、高温(たとえば、発電所からの廃熱)、圧力、またはそれらの組合せを使用して、骨材を製造する。   In some embodiments, the dehydrated precipitated material thus obtained is then dried to produce a product (eg, cement, pozzolanic cement, aggregate, or non-reactive, storage-stable CO 2 sequestering). (CO2-sequestering product). Drying may be performed by aeration drying the precipitated material. When the precipitated material is air-dried, the air-drying is preferably performed at a temperature in the range of -70 ° C to 120 ° C. In certain embodiments, drying is performed by freeze-drying, ie, lyophilization, in which the precipitated material is frozen, the ambient pressure is reduced, and the frozen water in the precipitated material is directly Apply enough heat to sublimate as a gas. In yet another embodiment, the precipitated material is spray dried to dry the precipitated material, wherein the precipitated material is included in a hot gas (eg, a gaseous waste stream from a power plant). The liquid is dried by feeding it, the liquid feed is pumped through the atomizer through the main drying chamber, and the hot gas is passed in parallel or countercurrent with the direction of the atomizer. Depending on the particular drying procedure of the system, the drying station (detailed below) may include filtering elements, freeze drying structures, spray drying structures, and the like. In certain embodiments, if appropriate, the drying process may be performed using waste heat from a power plant or similar facility. For example, in some embodiments, aggregates are manufactured using high temperatures (eg, waste heat from power plants), pressure, or combinations thereof.

沈殿物質を上澄みから分離した後で、所望により、その分離した沈殿物質をさらに加工してもよいが、その沈殿物質を、長期間の貯蔵ができ、CO2を封鎖するための場所に単に移送してもよい。たとえば、その炭酸塩含有沈殿物質を、長期貯蔵サイト、たとえば、地上(貯蔵安定性のあるCO2封鎖物質として)、地下、深海中などに移送して、保管してもよい。   After separating the precipitated material from the supernatant, the separated precipitated material may be further processed if desired, but the precipitated material can be stored for a long period of time and simply transferred to a location for sequestering CO2. May be. For example, the carbonate-containing precipitated material may be transported and stored on a long-term storage site, for example, above the ground (as a storage-stable CO2 sequestering material), underground, deep sea, and the like.

沈殿プロセスの結果得られた上澄み、または沈殿物質のスラリーは、所望により加工してもよい。たとえば、その上澄みまたはスラリーを、二価カチオン含有水溶液の供給源(たとえば、海洋)または別な場所に戻してもよい。いくつかの実施態様においては、その上澄みをCO2の供給源と接触させて、先に説明したように、さらなるCO2を封鎖してもよい。たとえば、上澄みを海洋に戻す実施態様においては、その上澄み中に存在する炭酸塩の濃度を上昇させるに十分な方法で、その上澄みをガス状のCO2廃棄物源と接触させてもよい。先に説明したように、接触は、各種好都合な手順を用いて実施すればよい。いくつかの実施態様においては、その上澄みがアルカリ性のpHを有していて、CO2供給源との接触を、そのpHが、pH5〜9、pH6〜8.5、またはpH7.5〜8.2の範囲に低下するような方法で実施する。   The supernatant resulting from the precipitation process, or a slurry of the precipitated material, may be processed as desired. For example, the supernatant or slurry may be returned to the source of the divalent cation-containing aqueous solution (eg, the ocean) or elsewhere. In some embodiments, the supernatant may be contacted with a source of CO2 to sequester additional CO2, as explained above. For example, in embodiments where the supernatant is returned to the ocean, the supernatant may be contacted with a gaseous CO2 waste source in a manner sufficient to increase the concentration of carbonate present in the supernatant. As explained above, the contacting may be performed using any convenient procedure. In some embodiments, the supernatant has an alkaline pH and contact with the CO2 source is adjusted to a pH of pH 5-9, pH 6-8.5, or pH 7.5-8.2. The method is carried out in such a way as to fall within the range.

本発明の方法は、次のような場所で実施してよい:地上(たとえば、適切な二価カチオン含有供給源が存在しているか、または容易かつ低コストで運び込める場所で)、海で、海洋中、または、その他二価カチオンが含まれる集合体(body)(その集合体は天然由来のものであっても人工のものであってもよい)。いくつかの実施態様においては、上述の方法を実施するためにはシステムを採用するが、そのようなシステムには、以下においてさらに詳しく説明するようなものが含まれる。   The method of the present invention may be carried out at the following locations: on the ground (eg, where a suitable divalent cation-containing source is present or where it can be easily and inexpensively carried), at sea, An assembly in the ocean or other divalent cations (the assembly may be naturally derived or artificial). In some embodiments, systems are employed to implement the methods described above, such systems include those described in more detail below.

本発明のいくつかの実施態様においては、唯一のまたは主な二価カチオンの供給源、および/または炭酸塩含有沈殿物質を沈殿させるためのプロトン除去剤として、フライアッシュを使用する。そのような実施態様においては、水(たとえば、淡水、海水、ブライン)を用いてフライアッシュを消和させて、消和されたフライアッシュ混合物を生成させてよいが、その消和されたフライアッシュ混合物のpHは、pH7〜14、pH8〜14、pH9〜14、pH10〜14、pH11〜14、pH12〜14、またはpH13〜14であってよい。そのような消和されたフライアッシュ混合物においては、水の中のフライアッシュ濃度は、1〜10g/L、10〜20g/L、20〜30g/L、30〜40g/L、40〜80g/L、80〜160g/L、160〜320g/L、320〜640g/L、または640〜1280g/Lの間とするのがよく、さらに消和温度は、室温(約70゜F)〜約220゜F、70〜100゜F、100〜220゜F、120〜220゜F、140〜220゜F、160〜220゜F、160〜200゜F、または160〜185゜Fとするのがよい。抽出、およびCaOからCa(OH)2への転換を最適化させるには、高剪断混合、湿式摩砕、および/または超音波処理を使用して、フライアッシュの空孔(open spheres)を破壊して、閉じ込められているCaOに到達できるようにするのがよい。高剪断混合、湿式摩砕、および/または超音波処理することは、フライアッシュの母材(たとえば、SiO2母材)の中に閉じ込められているCaOへの到達を与えることに加えて、セメント、ポゾランセメント、および関連の最終製品の強度を向上させる。高剪断混合および/または湿式摩砕をした後で、消和されたフライアッシュ混合物を、(フライアッシュ混合物の希釈をするか、またはせずに)二酸化炭素の供給源、たとえば石炭専焼火力発電所からの煙道ガスまたはセメントキルンからの排気ガスと、接触させる。先に述べた多くの気液接触手順のいずれかを利用すればよい。沈殿反応混合物のpHが一定になるまで気液接触を続け、その後でその沈殿反応混合物を一夜撹拌させておく。pHを低下させる速度は、気液接触の間に補助的なフライアッシュを加えることによって調節すればよい。さらに、通気の後で、補助的なフライアッシュを添加して、pHを上げて沈殿物質の一部または全部を沈殿させるための塩基性レベルにまで戻してもよい。いずれの場合においても、沈殿反応混合物中のある種の化学種(たとえば、炭酸、重炭酸塩、ヒドロニウム)からプロトンを除去することで、沈殿物質を生成させることができる。次いで、炭酸塩およびシリカ質化合物を含む沈殿物質を分離し、場合によってはさらに加工すればよい。   In some embodiments of the present invention, fly ash is used as the sole or major source of divalent cations and / or as a proton scavenger for precipitating carbonate-containing precipitation materials. In such an embodiment, water (eg, fresh water, sea water, brine) may be used to subdue the fly ash to produce a decontaminated fly ash mixture, but the decontaminated fly ash The pH of the mixture may be pH 7-14, pH 8-14, pH 9-14, pH 10-14, pH 11-14, pH 12-14, or pH 13-14. In such a hydrated fly ash mixture, the fly ash concentration in the water is 1-10 g / L, 10-20 g / L, 20-30 g / L, 30-40 g / L, 40-80 g / L. L, 80-160 g / L, 160-320 g / L, 320-640 g / L, or 640-1280 g / L, and the soaking temperature is from room temperature (about 70 ° F.) to about 220 ° F, 70-100 ° F, 100-220 ° F, 120-220 ° F, 140-220 ° F, 160-220 ° F, 160-200 ° F, or 160-185 ° F. . To optimize extraction and conversion of CaO to Ca (OH) 2, high shear mixing, wet milling, and / or sonication are used to break open ash pores Thus, it is better to reach the trapped CaO. High shear mixing, wet milling, and / or sonication, in addition to providing access to CaO confined in fly ash matrix (eg, SiO 2 matrix), cement, Improve the strength of pozzolanic cement and related end products. After high shear mixing and / or wet milling, the liquefied fly ash mixture can be converted into a source of carbon dioxide (eg with or without dilution of the fly ash mixture), eg coal-fired thermal power plant Contact with flue gas from or exhaust gas from cement kiln. Any of the many gas-liquid contact procedures described above may be utilized. Gas-liquid contact is continued until the pH of the precipitation reaction mixture is constant, after which the precipitation reaction mixture is allowed to stir overnight. The rate of lowering the pH may be adjusted by adding auxiliary fly ash during gas-liquid contact. Further, after aeration, supplemental fly ash may be added to raise the pH to a basic level for precipitating some or all of the precipitated material. In either case, the precipitated material can be generated by removing protons from certain species (eg, carbonate, bicarbonate, hydronium) in the precipitation reaction mixture. The precipitated material containing the carbonate and siliceous compound can then be separated and optionally further processed.

上述のように、本発明のいくつかの実施態様においては、唯一のまたは主な二価カチオンの供給源、および/または炭酸塩含有沈殿物質を沈殿させるためのプロトン除去剤として、フライアッシュを使用する。そのような実施態様においては、水(たとえば、淡水、海水、ブライン)を用いてフライアッシュを消和させて、消和されたフライアッシュ混合物を生成させてよいが、その消和されたフライアッシュ混合物のpHは、pH7〜14、pH8〜14、pH9〜14、pH10〜14、pH11〜14、pH12〜14、またはpH13〜14であってよい。そのような消和されたフライアッシュ混合物においては、水の中のフライアッシュ濃度は、1〜10g/L、10〜20g/L、20〜30g/L、30〜40g/L、40〜80g/L、80〜160g/L、160〜320g/L、320〜640g/L、または640〜1280g/Lの間とするのがよく、さらに消和温度は、室温(約70゜F)〜約220゜F、70〜100゜F、100〜220゜F、120〜220゜F、140〜220゜F、160〜220゜F、160〜200゜F、または160〜185゜Fとするのがよい。上述のように、抽出およびCaOからCa(OH)2への転換は、高剪断混合および/または湿式摩砕を用いることで最適化することができる。しかしながら、いかなる追加の加工の後でも、フライアッシュを消和されたフライアッシュ混合物から分離して、乾燥させてポゾラン(下記参照)として使用可能であるフライアッシュスラッジと、二価カチオンおよび炭酸塩含有沈殿物質を沈殿させるためのプロトン除去剤を含む上澄みとを生成させてよい。次いでその上澄みを、(フライアッシュ混合物の希釈をするか、またはせずに)二酸化炭素の供給源、たとえば石炭専焼火力発電所からの煙道ガスまたはセメントキルンからの排気ガスと接触させてもよい。pHが一定になるまで気液接触を続け、その後でその沈殿反応混合物を一夜撹拌させておく。pHが低下する速度は、気液接触の間に補助的なフライアッシュを加えることによって調節すばよい。さらに、気液接触の後で、補助的なフライアッシュを添加して、pHを上げて沈殿物質の一部または全部を沈殿させるための塩基性レベルにまで戻してもよい。いずれの場合においても、沈殿反応混合物中のある種の化学種(たとえば、炭酸、重炭酸塩、ヒドロニウム)からプロトンを除去することで、沈殿物質を生成させることができる。次いで、炭酸塩を含む沈殿物質を分離し、場合によってはさらに加工すればよい。たとえば、シリカ質の物質をほとんどまたはまったく含まない炭酸塩含有沈殿物質は、乾燥させて、最終製品に使用してもよい。炭酸塩含有沈殿物質は、それとは異なり、分離されたフライアッシュスラッジと組み合わせるのがよいが、その場合、その沈殿物質とフライアッシュスラッジとを湿式混合するか、乾燥させるか、またはその両方を組み合わせて、炭酸塩を含むシリカ質組成物を生成させる。そのような物質は、ウェット(すなわち、フライアッシュスラッジ)またはドライ(すなわち、乾燥フライアッシュスラッジ)なフライアッシュベースのポゾランの添加から誘導される、ポゾラン的な性質を有することができる。   As noted above, in some embodiments of the present invention, fly ash is used as the sole or main source of divalent cations and / or as a proton scavenger for precipitating carbonate-containing precipitation materials. To do. In such an embodiment, water (eg, fresh water, sea water, brine) may be used to subdue the fly ash to produce a decontaminated fly ash mixture, but the decontaminated fly ash The pH of the mixture may be pH 7-14, pH 8-14, pH 9-14, pH 10-14, pH 11-14, pH 12-14, or pH 13-14. In such a hydrated fly ash mixture, the fly ash concentration in the water is 1-10 g / L, 10-20 g / L, 20-30 g / L, 30-40 g / L, 40-80 g / L. L, 80-160 g / L, 160-320 g / L, 320-640 g / L, or 640-1280 g / L, and the soaking temperature is from room temperature (about 70 ° F.) to about 220 ° F, 70-100 ° F, 100-220 ° F, 120-220 ° F, 140-220 ° F, 160-220 ° F, 160-200 ° F, or 160-185 ° F. . As described above, extraction and conversion of CaO to Ca (OH) 2 can be optimized using high shear mixing and / or wet milling. However, after any additional processing, the fly ash is separated from the tempered fly ash mixture, dried and usable as pozzolans (see below), and contains divalent cations and carbonates. A supernatant containing a proton scavenger for precipitating the precipitated material may be produced. The supernatant may then be contacted (with or without dilution of the fly ash mixture) with a source of carbon dioxide such as flue gas from a coal-fired power plant or exhaust gas from a cement kiln. . Gas-liquid contact is continued until the pH is constant, after which the precipitation reaction mixture is allowed to stir overnight. The rate at which the pH decreases may be adjusted by adding auxiliary fly ash during gas-liquid contact. In addition, after gas-liquid contact, supplemental fly ash may be added to raise the pH back to a basic level for precipitating some or all of the precipitated material. In either case, the precipitated material can be generated by removing protons from certain species (eg, carbonate, bicarbonate, hydronium) in the precipitation reaction mixture. The precipitated material containing carbonate may then be separated and optionally further processed. For example, carbonate-containing precipitated material with little or no siliceous material may be dried and used in the final product. The carbonate-containing precipitated material is better combined with the separated fly ash sludge, in which case the precipitated material and fly ash sludge are wet mixed, dried, or a combination of both. To produce a siliceous composition containing carbonate. Such materials can have pozzolanic properties derived from the addition of wet (ie, fly ash sludge) or dry (ie, dry fly ash sludge) fly ash-based pozzolans.

本発明のいくつかの実施態様においては、二価カチオンの供給源、および/または炭酸塩含有沈殿物質を沈殿させるためのプロトン除去剤と組み合わせて、フライアッシュを使用する。そのような実施態様においては、水(たとえば、淡水、海水、ブライン)を用いてフライアッシュを消和させて、消和されたフライアッシュ混合物を生成させるのがよい。次いで、その消和されたフライアッシュ混合物に補助的なプロトン除去剤を添加して、高pHの消和されたフライアッシュ混合物を生成させてもよいが、その場合、その高pHの消和されたフライアッシュ混合物のpHは、pH7〜14、pH8〜14、pH9〜14、pH10〜14、pH11〜14、pH12〜14、またはpH13〜14とするのがよく、また、フライアッシュは完全に溶解させても、あるいはいくぶんかその程度を変えて溶解させてもよい。たとえば、補助的なプロトン除去剤を添加することによって、75%のフライアッシュが溶解するようにしてもよい。そのような消和されたフライアッシュ混合物においては、水の中のフライアッシュ濃度は、1〜10g/L、10〜20g/L、20〜30g/L、30〜40g/L、40〜80g/L、80〜160g/L、160〜320g/L、320〜640g/L、または640〜1280g/Lの間とするのがよく、さらに消和温度は、室温(約70゜F)〜約220゜F、70〜100゜F、100〜220゜F、120〜220゜F、140〜220゜F、160〜220゜F、160〜200゜F、または160〜185゜Fとするのがよい。各種未溶解のフライアッシュの溶解を容易とするために、高剪断混合および/または湿式摩砕を用いてフライアッシュの空孔を破壊して、より小さなフライアッシュ粒子が得られるようにしてもよい。高剪断混合および/または湿式摩砕をした後で、消和されたフライアッシュ混合物を、(フライアッシュ混合物の希釈をするか、またはせずに)二酸化炭素の供給源、たとえば石炭専焼火力発電所からの煙道ガスまたはセメントキルンからの排気ガスと、接触させてもよい。先に述べた多くの気液接触手順のいずれかを利用すればよい。pHが一定になるまで気液接触を続け、その後でその沈殿反応混合物を一夜撹拌させておいてもよい。pHが低下する速度は、気液接触の間に補助的なフライアッシュまたはその他の補助的なプロトン除去剤を加えることによって調節すればよい。さらに、気液接触の後で、補助的なフライアッシュを添加して、pHを上げて沈殿物質の一部または全部を沈殿させるための塩基性レベルにまで戻してもよい。いずれの場合においても、沈殿反応混合物中のある種の化学種(たとえば、炭酸、重炭酸塩、ヒドロニウム)からプロトンを除去することで、沈殿物質を生成させることができる。次いで、炭酸塩およびシリカ質化合物を含む沈殿物質を分離し、場合によってはさらに加工すればよい。   In some embodiments of the present invention, fly ash is used in combination with a source of divalent cations and / or a proton scavenger for precipitating carbonate-containing precipitation material. In such embodiments, water (eg, fresh water, sea water, brine) may be used to dehydrate the fly ash to produce a dehydrated fly ash mixture. A supplemental proton scavenger may then be added to the hydrated fly ash mixture to produce a high pH hydrated fly ash mixture, in which case the high pH hydrated mixture. The pH of the fly ash mixture should be pH 7-14, pH 8-14, pH 9-14, pH 10-14, pH 11-14, pH 12-14, or pH 13-14, and the fly ash is completely dissolved Alternatively, it may be dissolved at some degree. For example, 75% fly ash may be dissolved by adding an auxiliary proton scavenger. In such a hydrated fly ash mixture, the fly ash concentration in the water is 1-10 g / L, 10-20 g / L, 20-30 g / L, 30-40 g / L, 40-80 g / L. L, 80-160 g / L, 160-320 g / L, 320-640 g / L, or 640-1280 g / L, and the soaking temperature is from room temperature (about 70 ° F.) to about 220 ° F, 70-100 ° F, 100-220 ° F, 120-220 ° F, 140-220 ° F, 160-220 ° F, 160-200 ° F, or 160-185 ° F. . In order to facilitate dissolution of various undissolved fly ash, the fly ash cavities may be broken using high shear mixing and / or wet milling to obtain smaller fly ash particles. . After high shear mixing and / or wet milling, the liquefied fly ash mixture can be converted into a source of carbon dioxide (eg with or without dilution of the fly ash mixture), eg coal-fired thermal power plants From flue gas from or from exhaust gas from a cement kiln. Any of the many gas-liquid contact procedures described above may be utilized. Gas-liquid contact may be continued until the pH is constant, after which the precipitation reaction mixture may be allowed to stir overnight. The rate at which the pH decreases may be adjusted by adding auxiliary fly ash or other auxiliary proton scavenger during the gas-liquid contact. In addition, after gas-liquid contact, supplemental fly ash may be added to raise the pH back to a basic level for precipitating some or all of the precipitated material. In either case, the precipitated material can be generated by removing protons from certain species (eg, carbonate, bicarbonate, hydronium) in the precipitation reaction mixture. The precipitated material containing the carbonate and siliceous compound can then be separated and optionally further processed.

したがって、提供されるのは、水溶液を工業プロセスからの金属酸化物の供給源と接触させる工程;その水溶液に工業プロセスからの二酸化炭素の供給源からの二酸化炭素をチャージする工程;およびその水溶液を大気圧下の沈殿条件に置いて、炭酸塩含有沈殿物質を生成させる工程、を含む方法である。いくつかの実施態様においては、その金属酸化物の供給源とその二酸化炭素の供給源が、同一の工業プロセスからのものである。いくつかの実施態様においては、水溶液を金属酸化物の供給源と接触させることを、水溶液に二酸化炭素の供給源をチャージすることよりも前に行わせる。いくつかの実施態様においては、水溶液を金属酸化物の供給源と接触させることを、水溶液に二酸化炭素の供給源をチャージするのと同時に行わせる。いくつかの実施態様においては、水溶液を金属酸化物の供給源と接触させることと、その水溶液に二酸化炭素の供給源をチャージすることと、その水溶液を沈殿条件に置くこととを、同時に行わせる。いくつかの実施態様においては、その金属酸化物の供給源とその二酸化炭素の供給源が、同一の廃棄物流れから供給される。いくつかの実施態様においては、その廃棄物流れが、石炭専焼火力発電所からの煙道ガスである。いくつかの実施態様においては、その石炭専焼火力発電所が褐炭専焼火力発電所である。いくつかの実施態様においては、その廃棄物流れが、セメントプラントからのキルン排出物である。いくつかの実施態様においては、その金属酸化物の供給源が、フライアッシュである。いくつかの実施態様においては、その金属酸化物の供給源が、セメントキルンダストである。いくつかの実施態様においては、その廃棄物流れに、SOx、NOx、水銀、またはそれらの各種組合せがさらに含まれる。いくつかの実施態様においては、その金属酸化物の供給源が、沈殿物質を生成させるための二価カチオンをさらに与える。いくつかの実施態様においては、その金属酸化物の供給源とその水溶液の両方に、沈殿物質を生成させるための二価カチオンを含む。いくつかの実施態様においては、その金属酸化物の供給源が、フライアッシュまたはセメントキルンダストである。いくつかの実施態様においては、その水溶液が、ブライン、海水、または淡水を含む。いくつかの実施態様においては、その二価カチオンが、Ca2+、Mg2+、またはそれらの組合せを含む。いくつかの実施態様においては、その金属酸化物の供給源が、沈殿物質を生成させるためのプロトン除去剤を与える。いくつかの実施態様においては、その金属酸化物の供給源が、その水溶液中においてCaO、MgO、またはそれらの組合せを水和させて、プロトン除去剤を与える。いくつかの実施態様においては、その金属酸化物の供給源が、シリカをさらに与える。いくつかの実施態様においては、その金属酸化物の供給源が、アルミナをさらに与える。いくつかの実施態様においては、その金属酸化物の供給源が、酸化第二鉄をさらに与える。いくつかの実施態様においては、ボーキサイト加工からの赤泥または褐泥が、プロトン除去剤をも与える。いくつかの実施態様においては、プロトン除去に影響する電気化学的方法が、沈殿物質の生成をさらに与える。 Accordingly, provided is contacting an aqueous solution with a source of metal oxide from an industrial process; charging the aqueous solution with carbon dioxide from a source of carbon dioxide from an industrial process; and Subjecting to precipitation conditions under atmospheric pressure to produce a carbonate-containing precipitation material. In some embodiments, the metal oxide source and the carbon dioxide source are from the same industrial process. In some embodiments, contacting the aqueous solution with a source of metal oxide is performed prior to charging the aqueous solution with a source of carbon dioxide. In some embodiments, contacting the aqueous solution with a source of metal oxide is performed simultaneously with charging the aqueous solution with a source of carbon dioxide. In some embodiments, contacting the aqueous solution with a source of metal oxide, charging the aqueous solution with a source of carbon dioxide, and subjecting the aqueous solution to precipitation conditions are performed simultaneously. . In some embodiments, the metal oxide source and the carbon dioxide source are supplied from the same waste stream. In some embodiments, the waste stream is flue gas from a coal-fired power plant. In some embodiments, the coal-fired power plant is a lignite-fired power plant. In some embodiments, the waste stream is kiln emissions from a cement plant. In some embodiments, the metal oxide source is fly ash. In some embodiments, the metal oxide source is cement kiln dust. In some embodiments, the waste stream further includes SOx, NOx, mercury, or various combinations thereof. In some embodiments, the source of metal oxide further provides a divalent cation for generating a precipitated material. In some embodiments, both the metal oxide source and the aqueous solution include a divalent cation to produce a precipitated material. In some embodiments, the metal oxide source is fly ash or cement kiln dust. In some embodiments, the aqueous solution comprises brine, seawater, or fresh water. In some embodiments, the divalent cation comprises Ca 2+ , Mg 2+ , or a combination thereof. In some embodiments, the source of metal oxide provides a proton scavenger to produce a precipitated material. In some embodiments, the metal oxide source hydrates CaO, MgO, or a combination thereof in the aqueous solution to provide a proton scavenger. In some embodiments, the source of metal oxide further provides silica. In some embodiments, the source of metal oxide further provides alumina. In some embodiments, the source of metal oxide further provides ferric oxide. In some embodiments, red mud or brown mud from bauxite processing also provides a proton scavenger. In some embodiments, electrochemical methods that affect proton removal further provide for the formation of precipitated material.

いくつかの実施態様においては、その方法に、沈殿物質が生成した水溶液から沈殿物質を分離する工程をさらに含む。いくつかの実施態様においては、その沈殿物質に、CaCO3を含む。いくつかの実施態様においては、CaCO3に、方解石、あられ石、バテライト、またはそれらの組合せを含む。いくつかの実施態様においては、その沈殿物質に、MgCO3をさらに含む。いくつかの実施態様においては、そのCaCO3にあられ石を含み、そのMgCO3にネスケホナイトを含む。いくつかの実施態様においては、その方法に、その沈殿物質を加工して建築材料を形成させることを含む。いくつかの実施態様においては、その建築材料が水硬セメントである。いくつかの実施態様においては、その建築材料がポゾランセメントである。いくつかの実施態様においては、その建築材料が骨材である。   In some embodiments, the method further includes separating the precipitated material from the aqueous solution in which the precipitated material is produced. In some embodiments, the precipitated material comprises CaCO3. In some embodiments, CaCO3 comprises calcite, aragonite, vaterite, or combinations thereof. In some embodiments, the precipitation material further comprises MgCO3. In some embodiments, the CaCO3 includes halo stones and the MgCO3 includes neskehonite. In some embodiments, the method includes processing the precipitated material to form a building material. In some embodiments, the building material is hydraulic cement. In some embodiments, the building material is pozzolanic cement. In some embodiments, the building material is aggregate.

さらに提供されるのは、水溶液を二酸化炭素を含む廃棄物流れおよび金属酸化物を含む供給源と接触させる工程、ならびにその水溶液を沈殿条件に置いて炭酸塩含有沈殿物質を生成させる工程、を含む方法である。いくつかの実施態様においては、その廃棄物流れが、石炭専焼火力発電所からの煙道ガスである。いくつかの実施態様においては、その石炭専焼火力発電所が褐炭専焼火力発電所である。いくつかの実施態様においては、その金属酸化物の供給源が、フライアッシュである。いくつかの実施態様においては、その廃棄物流れが、セメントプラントからのキルン排出物である。いくつかの実施態様においては、その金属酸化物の供給源が、セメントキルンダストである。いくつかの実施態様においては、その廃棄物流れに、SOx、NOx、水銀、またはそれらの各種組合せがさらに含まれる。いくつかの実施態様においては、沈殿物質を生成させるための二価カチオンが、金属酸化物の供給源、水溶液、またはそれらの組合せにより与えられる。いくつかの実施態様においては、その水溶液が、ブライン、海水、または淡水を含む。いくつかの実施態様においては、その二価カチオンが、Ca2+、Mg2+、またはそれらの組合せを含む。いくつかの実施態様においては、その金属酸化物の供給源が、沈殿物質を生成させるためのプロトン除去剤をさらに与える。いくつかの実施態様においては、その金属酸化物の供給源が、その水溶液中においてCaO、MgO、またはそれらの組合せを水和させて、プロトン除去剤を与える。いくつかの実施態様においては、その金属酸化物の供給源が、シリカをさらに与える。いくつかの実施態様においては、その金属酸化物の供給源が、アルミナをさらに与える。いくつかの実施態様においては、その金属酸化物の供給源が、酸化第二鉄をさらに与える。いくつかの実施態様においては、ボーキサイト加工からの赤泥または褐泥が、プロトン除去剤をも与える。いくつかの実施態様においては、プロトン除去に影響する電気化学的方法が、沈殿物質の生成をさらに与える。いくつかの実施態様においては、その沈殿物質に、CaCO3を含む。いくつかの実施態様においては、CaCO3に、方解石、あられ石、バテライト、またはそれらの組合せを含む。いくつかの実施態様においては、その方法に、沈殿物質が生成した水溶液から沈殿物質を分離する工程をさらに含む。いくつかの実施態様においては、その方法に、その沈殿物質を加工して建築材料を形成させることを含む。いくつかの実施態様においては、その建築材料が水硬セメントである。いくつかの実施態様においては、その建築材料がポゾランセメントである。いくつかの実施態様においては、その建築材料が骨材である。 Further provided is the step of contacting the aqueous solution with a waste stream comprising carbon dioxide and a source comprising a metal oxide, and subjecting the aqueous solution to precipitation conditions to produce a carbonate-containing precipitated material. Is the method. In some embodiments, the waste stream is flue gas from a coal-fired power plant. In some embodiments, the coal-fired power plant is a lignite-fired power plant. In some embodiments, the metal oxide source is fly ash. In some embodiments, the waste stream is kiln emissions from a cement plant. In some embodiments, the metal oxide source is cement kiln dust. In some embodiments, the waste stream further includes SOx, NOx, mercury, or various combinations thereof. In some embodiments, the divalent cation for generating the precipitated material is provided by a source of metal oxide, an aqueous solution, or a combination thereof. In some embodiments, the aqueous solution comprises brine, seawater, or fresh water. In some embodiments, the divalent cation comprises Ca 2+ , Mg 2+ , or a combination thereof. In some embodiments, the source of metal oxide further provides a proton scavenger for generating a precipitated material. In some embodiments, the source of metal oxide hydrates CaO, MgO, or a combination thereof in the aqueous solution to provide a proton scavenger. In some embodiments, the source of metal oxide further provides silica. In some embodiments, the source of metal oxide further provides alumina. In some embodiments, the source of metal oxide further provides ferric oxide. In some embodiments, red mud or brown mud from bauxite processing also provides a proton scavenger. In some embodiments, electrochemical methods that affect proton removal further provide for the formation of precipitated material. In some embodiments, the precipitated material comprises CaCO3. In some embodiments, CaCO3 comprises calcite, aragonite, vaterite, or combinations thereof. In some embodiments, the method further includes separating the precipitated material from the aqueous solution in which the precipitated material is produced. In some embodiments, the method includes processing the precipitated material to form a building material. In some embodiments, the building material is hydraulic cement. In some embodiments, the building material is pozzolanic cement. In some embodiments, the building material is aggregate.

組成物およびその他の生成物
本発明は、金属酸化物の廃棄物源を利用して、CO2から炭酸塩含有組成物を生成させるための方法およびシステムを提供するが、ここでそのCO2は、広く各種の供給源(たとえば産業廃棄副生物、たとえば発電所で炭素系燃料を燃焼させることにより発生するガス状の廃棄物流れ)からのものであってよい。したがって、本発明は、CO2のガス状の廃棄物源からCO2を除去または分離する方法、およびそのCO2を非ガス状で、貯蔵安定性のある形態(たとえば、ビルディングおよびインフラストラクチャーのような構造物を建設するための材料、さらには構造物そのもの)に固定して、そのCO2を大気中に逃がさないようにする方法を提供する。さらに、本発明は、CO2を封鎖するため、さらにはCO2を使用可能な製品の中に長期貯蔵するために、有効な方法をも提供する。
Compositions and Other Products The present invention provides methods and systems for producing carbonate-containing compositions from CO2 utilizing a metal oxide waste source, wherein the CO2 is broadly It may come from various sources, such as industrial waste by-products, for example gaseous waste streams generated by burning carbon-based fuels at power plants. Accordingly, the present invention provides a method for removing or separating CO2 from a gaseous waste source of CO2, and non-gaseous, storage-stable forms of CO2 (eg, structures such as buildings and infrastructure). It is provided with a method for securing the CO2 to the atmosphere so that the CO2 is not released into the atmosphere. Furthermore, the present invention also provides an effective method for sequestering CO2 and for long-term storage of CO2 in a usable product.

貯蔵安定性のある形態にある沈殿物質(それは、単に乾燥させただけの沈殿物質であってもよい)は、たとえば、1年以上、5年以上、10年以上、25年以上、50年以上、100年以上、250年以上、1000年以上、10,000年以上、1,000,000年以上、またはさらには100,000,000年以上の長期間(たとえあるとしても)顕著な分解を起こすことなく、露出された(すなわち、大気に開放された)条件下で地上に貯蔵されてもよい。その沈殿物質の貯蔵安定性のある形態では、通常の雨水のpHの条件下で地上に貯蔵している間にも(たとえあるとしても)わずかしか分解しないので、その生成物から放出されるCO2ガスとして測定した(もしあるとしたときの)分解の量は、5%/年を超えない、ある種の実施態様において1%/年を超えないであろう。その沈殿物質の地上での貯蔵安定性のある形態は、各種異なった環境条件下、たとえば、−100℃〜600℃の範囲の温度および0〜100%の範囲の湿度では安定であり、その天候条件は晴天であっても、風が強くても、嵐であってもよい。いくつかの実施態様においては、本発明の方法によって生成した沈殿物質を、建築材料(たとえば各種のタイプの人工構造物、たとえばビルディング、道路、橋梁、ダムなどのための建設材料)として採用して、その建設された環境の中にCO2を効果的に封じ込める。各種の人工構造物、たとえば基礎、駐車場構造物、家屋、オフィスビルディング、商用オフィス、官庁ビルディング、インフラストラクチャー(たとえば、舗道;道路;橋梁;オーバーパス;壁;門、フェンスおよびポールのための基礎;など)が、建築環境の一部と考えられる。本発明のモルタルは、建材ブロック(たとえば、煉瓦)をつなぎ合わせ、建材ブロックの間の隙間を充填するという用途が見出されている。モルタルは、各種の用途がある内でも特に、既存の構造物を固定する(たとえば、もともとのモルタルが傷んだり、脆くなったりした部分を置き換える)のに使用することもできる。   Precipitating material in storage stable form (which may be simply dried precipitating material) is for example 1 year or more, 5 years or more, 10 years or more, 25 years or more, 50 years or more , Over 100 years, over 250 years, over 1000 years, over 10,000 years, over 1,000,000 years, or even over 100,000,000 years or longer Without waking up, it may be stored on the ground under exposed (ie, open to the atmosphere) conditions. The storage-stable form of the precipitated material decomposes only slightly (if any) during storage on the ground under normal rainwater pH conditions, so that the CO2 released from the product. The amount of degradation (if any) measured as gas will not exceed 5% / year and in certain embodiments will not exceed 1% / year. The ground storage-stable form of the precipitated material is stable under a variety of different environmental conditions, such as temperatures in the range of -100 ° C to 600 ° C and humidity in the range of 0 to 100%. The condition may be fine weather, strong wind, or storm. In some embodiments, the precipitated material produced by the method of the present invention is employed as a building material (eg, various types of man-made structures such as building materials for buildings, roads, bridges, dams, etc.). , Effectively contain CO2 in the constructed environment. Various man-made structures such as foundations, parking structures, houses, office buildings, commercial offices, government buildings, infrastructures (eg pavements; roads; bridges; overpasses; walls; foundations for gates, fences and poles) ;) Is considered part of the architectural environment. The mortar of the present invention has been found to be used for joining building material blocks (for example, bricks) and filling gaps between building material blocks. Mortars can also be used to fix existing structures (e.g., replace parts where the original mortar is damaged or brittle), among other applications.

ある種の実施態様においては、その炭酸塩含有組成物を、水硬セメントの成分として採用するが、そのものは、水と組み合わせた後では、凝結し、硬化する。沈殿物質をセメントおよび水と組み合わせることによって得られる製品の凝結および硬化が、セメントと水とが反応して形成される水和物をもたらすが、ここで、その水和物は、水には事実上溶解しない。そのような炭酸塩化合物の水硬セメント、それを製造するための方法、および使用は、米国特許出願第12/126,776号明細書(発明の名称:「Hydraulic Cements Comprising Carbonate Compounds Composition」、出願日:2008年5月23日)に記載がある(この出願の開示は、参照することにより本明細書に取り入れたものとする)。   In certain embodiments, the carbonate-containing composition is employed as a component of hydraulic cement, which sets and hardens after being combined with water. The setting and hardening of the product obtained by combining the precipitated material with cement and water results in a hydrate formed by the reaction of the cement and water, where the hydrate is true for water. Does not dissolve above. Hydrocement of such carbonate compounds, methods for making the same and use thereof are described in US patent application Ser. No. 12 / 126,776 (Title: “Hydraulic Components Comprising Carbonates Compounds Composition”, application. (May 23, 2008) (the disclosure of this application is incorporated herein by reference).

沈殿をさせるときの主たるイオンの比率を調節することで、沈殿物質の性質を変えることができる。主たるイオンの比率は、多形体の生成にかなりの影響を与える。たとえば、水中でのマグネシウム:カルシウムの比率を高くしていくと、低マグネシウムの方解石よりも、あられ石が沈殿物質中の炭酸カルシウムの多形体が主成分となっていく。マグネシウム:カルシウムの比率が低いと、低マグネシウムの方解石が主たる多形体となる。いくつかの実施態様においては、Ca2+とMg2+との両方が存在している場合には、その沈殿物質におけるCa2+のMg2+に対する比率(すなわち、Ca2+:Mg2+)が、(1:1)〜(1:2.5)、(1:2.5)〜(1:5)、(1:5)〜(1:10)、(1:10)〜(1:25)、(1:25)〜(1:50)、(1:50)〜(1:100)、(1:100)〜(1:150)、(1:150)〜(1:200)、(1:200)〜(1:250)、(1:250)〜(1:500)、または(1:500)〜(1:1000)である。いくつかの実施態様においては、その沈殿物質におけるMg2+のCa2+に対する比率(すなわち、Mg2+:Ca2+)が、(1:1)〜(1:2.5)、(1:2.5)〜(1:5)、(1:5)〜(1:10)、(1:10)〜(1:25)、(1:25)〜(1:50)、(1:50)〜(1:100)、(1:100)〜(1:150)、(1:150)〜(1:200)、(1:200)〜(1:250)、(1:250)〜(1:500)、または(1:500)〜(1:1000)である。 By adjusting the ratio of the main ions during precipitation, the nature of the precipitated material can be changed. The ratio of the main ions has a considerable influence on the formation of polymorphs. For example, when the magnesium: calcium ratio in water is increased, the polymorph of calcium carbonate in the precipitated material becomes the main component of aragonite rather than low magnesium calcite. When the magnesium: calcium ratio is low, low magnesium calcite is the predominant polymorph. In some embodiments, if both Ca 2+ and Mg 2+ are present, the ratio of Ca 2+ to Mg 2+ in the precipitated material (ie, Ca 2+ : Mg 2+ ) is (1: 1) to (1: 2.5), (1: 2.5) to (1: 5), (1: 5) to (1:10), (1:10) to (1:25), ( 1:25) to (1:50), (1:50) to (1: 100), (1: 100) to (1: 150), (1: 150) to (1: 200), (1: 200) to (1: 250), (1: 250) to (1: 500), or (1: 500) to (1: 1000). In some embodiments, the ratio of Mg 2+ to Ca 2+ in the precipitated material (ie, Mg 2+ : Ca 2+ ) is from (1: 1) to (1: 2.5), (1: 2.5). ) To (1: 5), (1: 5) to (1:10), (1:10) to (1:25), (1:25) to (1:50), (1:50) to (1: 100), (1: 100) to (1: 150), (1: 150) to (1: 200), (1: 200) to (1: 250), (1: 250) to (1 : 500), or (1: 500) to (1: 1000).

沈殿速度もまた、化合物相の形成には大きな影響があるが、最も急速な沈殿速度は、所望の相を含む溶液をシーディングさせることによって達成される。シーディングを用いない場合では、沈殿反応混合物のpHを急速に上げることによって急速な沈殿を達成することができるが、その場合には、より非晶質な成分が得られる。反応速度が速いほど、シリカが沈殿反応混合物の中に存在しているならば、より多くのシリカが炭酸塩含有沈殿物質の中に組み入れられる。さらに、pHが高いほど、沈殿がより急速となり、より非晶質な沈殿物質が生成する。   The precipitation rate also has a significant effect on the formation of the compound phase, but the fastest precipitation rate is achieved by seeding the solution containing the desired phase. Without seeding, rapid precipitation can be achieved by rapidly raising the pH of the precipitation reaction mixture, in which case more amorphous components are obtained. The faster the reaction rate, the more silica is incorporated into the carbonate-containing precipitation material if silica is present in the precipitation reaction mixture. Furthermore, the higher the pH, the more rapid the precipitation and the more amorphous precipitation material is produced.

沈殿反応のマグネシウム含有およびカルシウム含有生成物に加えて、ケイ素、アルミニウム、鉄、およびその他のものを含む化合物および物質を、本発明の方法およびシステムを用いて、調製してもよい。そのような化合物の沈殿は、そのプロセスから得られた沈殿物質を含むセメントの反応性を変化させたり、それらから製造したセメントおよびコンクリートの硬化物の性質を変化させたりするのには望ましい。いくつかの実施態様においては、燃焼アッシュたとえばフライアッシュを沈殿反応混合物に、それらの成分の一つの供給源として添加して、1種または複数の成分たとえば、非晶質シリカ、非晶質アルミノシリケート、結晶質シリカ、ケイ酸カルシウム、カルシウムアルミナシリケートなどを含む、炭酸塩含有沈殿物質を生成させる。いくつかの実施態様においては、その沈殿物質が、炭酸塩(たとえば、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム)およびシリカを、以下の比率の炭酸塩:シリカで含む:(1:1)〜(1:1.5)、(1:1.5)〜(1:2)、(1:2)〜(1:2.5)、(1:2.5)〜(1:3)、(1:3)〜(1:3.5)、(1:3.5)〜(1:4)、(1:4)〜(1:4.5)、(1:4.5)〜(1:5)、(1:5)〜(1:7.5)、(1:7.5)〜(1:10)、(1:10)〜(1:15)、または(1:15)〜(1:20)。いくつかの実施態様においては、その沈殿物質が、シリカおよび炭酸塩(たとえば、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム)、以下の比率のシリカ:炭酸塩で含む:(1:1)〜(1:1.5)、(1:1.5)〜(1:2)、(1:2)〜(1:2.5)、(1:2.5)〜(1:3)、(1:3)〜(1:3.5)、(1:3.5)〜(1:4)、(1:4)〜(1:4.5)、(1:4.5)〜(1:5)、(1:5)〜(1:7.5)、(1:7.5)〜(1:10)、(1:10)〜(1:15)、または(1:15)〜(1:20)。   In addition to the magnesium-containing and calcium-containing products of the precipitation reaction, compounds and materials including silicon, aluminum, iron, and others may be prepared using the methods and systems of the present invention. Precipitation of such compounds is desirable to alter the reactivity of cements containing the precipitated material obtained from the process and to change the properties of cement and concrete hardeneds produced therefrom. In some embodiments, combustion ash, such as fly ash, is added to the precipitation reaction mixture as one source of those components to add one or more components, such as amorphous silica, amorphous aluminosilicate, etc. Producing a carbonate-containing precipitation material, including crystalline silica, calcium silicate, calcium aluminate silicate, and the like. In some embodiments, the precipitation material comprises carbonate (eg, calcium carbonate, magnesium carbonate) and silica in the following ratios of carbonate: silica: (1: 1) to (1: 1. 5), (1: 1.5) to (1: 2), (1: 2) to (1: 2.5), (1: 2.5) to (1: 3), (1: 3) -(1: 3.5), (1: 3.5)-(1: 4), (1: 4)-(1: 4.5), (1: 4.5)-(1: 5) , (1: 5) to (1: 7.5), (1: 7.5) to (1:10), (1:10) to (1:15), or (1:15) to (1 : 20). In some embodiments, the precipitated material comprises silica and carbonate (eg, calcium carbonate, magnesium carbonate) in the following ratios of silica: carbonate: (1: 1) to (1: 1.5). ), (1: 1.5) to (1: 2), (1: 2) to (1: 2.5), (1: 2.5) to (1: 3), (1: 3) to (1: 3.5), (1: 3.5) to (1: 4), (1: 4) to (1: 4.5), (1: 4.5) to (1: 5), (1: 5) to (1: 7.5), (1: 7.5) to (1:10), (1:10) to (1:15), or (1:15) to (1: 20).

シリカおよびアルミノシリケートを含む沈殿物質は、微細なシリカ質および/またはアルミノシリカ質物質が存在しているために、セメントおよびコンクリート産業においてポゾランセメントとして容易に採用することができる。シリカ質および/またはアルミノシリカ質の沈殿物質は、ポルトランドセメントと共に使用してブレンドセメントを製造したり、コンクリート混合物の中への直接的な鉱物質混合物として使用してもよい。いくつかの実施態様においては、沈殿物質単独であっても、あるいは追加のフライアッシュおよび/またはウェットもしくはドライなフライアッシュスラッジと共に混合してもよい、ポゾラン的な物質には、カルシウムとマグネシウムとを、得られる水和生成物の凝結時間、剛化性、および長期間安定性を完璧なものとするような比率(上述)で含む。炭酸塩の結晶性、沈殿物質中における塩化物、アルカリなどの濃度を調節することによって、ポルトランドセメントとの相互作用を改良してもよい。いくつかの実施態様においては、シリカ質沈殿物質には、シリカを含むが、ここでそのシリカの10〜20%、20〜30%、30〜40%、40〜50%、50〜60%、60〜70%、70〜80%、80〜90%、90〜95%、95〜98%、98〜99%、99〜99.9%が、(たとえば、最大寸法で)45ミクロン未満の粒子サイズを有する。いくつかの実施態様においては、シリカ質沈殿物質には、アルミノシリカを含むが、ここでそのアルミノシリカの10〜20%、20〜30%、30〜40%、40〜50%、50〜60%、60〜70%、70〜80%、80〜90%、90〜95%、95〜98%、98〜99%、99〜99.9%が、45ミクロン未満の粒子サイズを有する。いくつかの実施態様においては、シリカ質沈殿物質には、シリカとアルミノシリカとの混合物を含むが、ここでその混合物の10〜20%、20〜30%、30〜40%、40〜50%、50〜60%、60〜70%、70〜80%、80〜90%、90〜95%、95〜98%、98〜99%、99〜99.9%が、(たとえば、最大寸法で)45ミクロン未満の粒子サイズを有する。   Precipitated materials including silica and aluminosilicates can be readily employed as pozzolanic cements in the cement and concrete industry due to the presence of fine siliceous and / or aluminosilicic materials. Siliceous and / or aluminosilicic precipitates may be used with Portland cement to produce blended cements or as a direct mineral mixture into the concrete mixture. In some embodiments, the pozzolanic material, which may be precipitated material alone or mixed with additional fly ash and / or wet or dry fly ash sludge, includes calcium and magnesium. In the proportions (above) that perfect the setting time, stiffening and long-term stability of the resulting hydrated product. The interaction with Portland cement may be improved by adjusting the crystallinity of the carbonate, the concentration of chloride, alkali, etc. in the precipitated material. In some embodiments, the siliceous precipitation material comprises silica, wherein 10-20%, 20-30%, 30-40%, 40-50%, 50-60% of the silica, 60-70%, 70-80%, 80-90%, 90-95%, 95-98%, 98-99%, 99-99.9% particles (eg, in the largest dimension) less than 45 microns Have a size. In some embodiments, the siliceous precipitation material comprises aluminosilica, wherein 10-20%, 20-30%, 30-40%, 40-50%, 50-60 of the aluminosilica. %, 60-70%, 70-80%, 80-90%, 90-95%, 95-98%, 98-99%, 99-99.9% have a particle size of less than 45 microns. In some embodiments, the siliceous precipitation material comprises a mixture of silica and aluminosilica, wherein 10-20%, 20-30%, 30-40%, 40-50% of the mixture. 50-60%, 60-70%, 70-80%, 80-90%, 90-95%, 95-98%, 98-99%, 99-99.9% (e.g. ) Having a particle size of less than 45 microns.

したがって、提供されるのは、合成炭酸カルシウムを含むシリカ質組成物であるが、ここでその炭酸カルシウムは、方解石、あられ石、およびバテライトから選択される少なくとも二つの形態で存在している。いくつかの実施態様においては、炭酸カルシウムのその少なくとも二つの形態が、方解石およびあられ石である。いくつかの実施態様においては、方解石とあられ石とが、20:1の比率で存在している。いくつかの実施態様においては、炭酸カルシウムとシリカとが、少なくとも1:2の炭酸塩対シリカの比率で存在している。いくつかの実施態様においては、そのシリカの75%が、粒子サイズが45ミクロン未満の非晶質シリカである。いくつかの実施態様においては、シリカ粒子が、合成炭酸カルシウムまたは合成炭酸マグネシウムによって、全面的または部分的に封入されている。   Accordingly, provided is a siliceous composition comprising synthetic calcium carbonate, wherein the calcium carbonate is present in at least two forms selected from calcite, aragonite, and vaterite. In some embodiments, the at least two forms of calcium carbonate are calcite and aragonite. In some embodiments, calcite and aragonite are present in a ratio of 20: 1. In some embodiments, the calcium carbonate and silica are present in a ratio of at least 1: 2 carbonate to silica. In some embodiments, 75% of the silica is amorphous silica with a particle size of less than 45 microns. In some embodiments, the silica particles are wholly or partially encapsulated by synthetic calcium carbonate or synthetic magnesium carbonate.

さらに提供されるのは、合成炭酸カルシウムおよび合成炭酸マグネシウムを含むシリカ質組成物であるが、ここでその炭酸カルシウムが、方解石、あられ石、およびバテライトから選択される少なくとも一つの形態で存在し、そしてここでその炭酸マグネシウムが、ネスケホナイト、マグネサイト、およびハイドロマグネサイトから選択される少なくとも一つの形態で存在している。いくつかの実施態様においては、その炭酸カルシウムがあられ石として存在し、その炭酸マグネシウムがネスケホナイトとして存在している。いくつかの実施態様においては、シリカが、20%以下のシリカ質組成物を含む。いくつかの実施態様においては、シリカが、10%以下のシリカ質組成物を含む。いくつかの実施態様においては、シリカ粒子が、合成炭酸カルシウムまたは合成炭酸マグネシウムによって、全面的または部分的に封入されている。   Further provided is a siliceous composition comprising synthetic calcium carbonate and synthetic magnesium carbonate, wherein the calcium carbonate is present in at least one form selected from calcite, aragonite, and vaterite, Here, the magnesium carbonate is present in at least one form selected from neskehonite, magnesite, and hydromagnesite. In some embodiments, the calcium carbonate is present as olivine and the magnesium carbonate is present as neskehonite. In some embodiments, the silica comprises no more than 20% siliceous composition. In some embodiments, the silica comprises 10% or less siliceous composition. In some embodiments, the silica particles are wholly or partially encapsulated by synthetic calcium carbonate or synthetic magnesium carbonate.

いくつかの実施態様においては、その得られた沈殿物質から、骨材が製造される。そのような実施態様においては、乾燥プロセスによって所望のサイズの粒子が生成するが、骨材を製造するための追加のプロセスが必要とすることは、あるとしても極めて少ない。さらに他の実施態様においては、沈殿物質にさらなる加工を実施して、所望の骨材を製造する。たとえば、沈殿物に固体生成物の形成を起こさせるに十分な条件で沈殿物質を淡水と組み合わせてもよいが、ここで、その沈殿物の中に存在していた準安定な炭酸塩化合物は、淡水の中で安定な形態に転換させておく。そのウェットな物質の水含量を調節することによって、最終的な骨材の多孔度、最終的な強度および密度を調節してもよい。典型的には、ウェットケーキは、40〜60容積%の水を含むであろう。より密度の高い骨材とするためには、ウェットケーキを水分50%未満とし、より密度の低いケーキとするためには、ウェットケーキの水分が50%を超えるようにする。硬化させてから、生成した固体生成物を機械的に加工、たとえば、圧潰その他の方法で破砕し、分類して所望の特性たとえばサイズ、特定の形状などを有する骨材を製造すればよい。これらのプロセスにおいては、凝結および機械的加工の工程は、実質的に連続の方式で実施してもよいし、あるいは別なタイミングで実施してもよい。ある種の実施態様においては、大量の沈殿物を野外環境に貯蔵して、そこでその沈殿物を大気に暴露させてもよい。凝結工程では、その沈殿物を、都合のよい方式で淡水を注水したり、自然にまたは意図的に雨にうたせたりして、凝結生成物を製造できるようにする。そのようにして凝結させた生成物を、次いで上述のようにして機械的に加工してもよい。沈殿物を生成させた後に、その沈殿物を加工して、所望の骨材を製造する。いくつかの実施態様においては、その沈殿物を、雨水を淡水供給源として使用することが可能な屋外に放置してもよいが、それによって天水安定化(meteoric water stabilization)反応を起こさせ、その沈殿物を硬化させて骨材を形成させる。   In some embodiments, aggregate is produced from the resulting precipitated material. In such an embodiment, the drying process produces particles of the desired size, but very little, if any, additional process to produce the aggregate is required. In yet another embodiment, the precipitated material is further processed to produce the desired aggregate. For example, the precipitated material may be combined with fresh water under conditions sufficient to cause the precipitate to form a solid product, where the metastable carbonate compound present in the precipitate is: Convert to a stable form in fresh water. By adjusting the water content of the wet material, the porosity, final strength and density of the final aggregate may be adjusted. Typically, the wet cake will contain 40-60% water by volume. In order to obtain a denser aggregate, the wet cake should be less than 50% moisture, and in order to obtain a cake having a lower density, the moisture in the wet cake should be greater than 50%. After curing, the resulting solid product may be mechanically processed, for example, crushed by crushing or other methods, and classified to produce aggregates having desired properties such as size, specific shape, and the like. In these processes, the setting and machining steps may be performed in a substantially continuous manner or at different times. In certain embodiments, a large amount of precipitate may be stored in an outdoor environment where the precipitate may be exposed to the atmosphere. In the condensation process, the precipitate is poured into fresh water in a convenient manner, or naturally or intentionally exposed to rain, so that a condensed product can be produced. The product so set may then be mechanically processed as described above. After the precipitate is generated, the precipitate is processed to produce the desired aggregate. In some embodiments, the precipitate may be left outdoors where rainwater can be used as a fresh water source, thereby causing a rainwater stabilization reaction and The precipitate is hardened to form an aggregate.

本発明の一つの実施態様の一例においては、その沈殿物を、ベルトコンベヤーおよびハイウェイグレーダーを使用して、圧縮された地表の上に目的とする深さ、たとえば12インチまで、たとえば1〜12インチ、たとえば6〜12インチになるまで、機械的に均一に散布する。次いで、その散布した物質に、淡水を用いて、適切な割合、たとえば沈殿物1立方フィートあたり1.5ガロンの水を注水する。次いでその物質を、スチールローラー、たとえばアスファルトを圧縮するために使用されるようなものを用いて、何回もかけて圧縮する。その表面に弱塩基性のものを再注水し、その物質が所望の化学的および機械的性質を示すまで続けると、その時点でその材料を機械的に加工して、破砕により骨材とする。   In one example of one embodiment of the present invention, the precipitate is transferred to a desired depth above the compressed surface using a belt conveyor and highway grader, for example up to 12 inches, such as 1-12 inches. For example, evenly spread until 6 to 12 inches. The sprayed material is then poured with fresh water at an appropriate rate, for example 1.5 gallons of water per cubic foot of sediment. The material is then compressed many times using a steel roller, such as that used to compress asphalt. Re-watering a weakly basic material on the surface and continuing until the material exhibits the desired chemical and mechanical properties, at which point the material is mechanically processed into aggregates by crushing.

本発明のさらなる実施態様の一例においては、沈殿反応混合物から一旦分離した炭酸塩含有沈殿物質を、淡水を用いて洗浄し、次いでフィルタープレスにかけて、固形分が30〜60%のフィルターケーキを生成させる。次いでこのフィルターケーキを、各種好都合な手段、たとえば油圧プレスを使用して、適切な圧力たとえば、5〜5000psi、たとえば1000〜5000psiをかけて、型の中で機械的に圧縮して、成形固形物たとえば、直方体の煉瓦を形成させる。次いで、このようにして得られた固形物を、たとえば、屋外に置いて放置したり、それらに高湿高温を与えるチャンバーの中に置いたりなどして、硬化させる。そのようにして得られた硬化固形物を、次いで、そのままで建築材料とするか、あるいは破砕して骨材を製造する。そのような骨材を製造する方法は、米国特許出願第12/475,378号明細書(出願日、2009年5月29日)に記載がある(この出願の開示は、参照することにより本明細書に取り入れたものとする)。   In an example of a further embodiment of the invention, the carbonate-containing precipitated material once separated from the precipitation reaction mixture is washed with fresh water and then subjected to a filter press to produce a filter cake with a solids content of 30-60%. . The filter cake is then mechanically compressed in a mold using any convenient means, such as a hydraulic press, at an appropriate pressure, for example, 5 to 5000 psi, for example 1000 to 5000 psi, to form a molded solid. For example, a rectangular brick is formed. Next, the solid material thus obtained is cured by, for example, leaving it outdoors or placing it in a chamber that gives high temperature and high humidity to them. The cured solid thus obtained is then used as it is as a building material or is crushed to produce an aggregate. A method of manufacturing such aggregate is described in US patent application Ser. No. 12 / 475,378 (filed May 29, 2009), the disclosure of which is hereby incorporated by reference. In the description).

温度および圧力の使用を含むプロセスにおいては、その脱水された水性沈殿物のケーキは、一般的には、まず乾燥させる。次いでそのケーキを、水の再添加と、所定時間のあいだ温度および/または圧力を上昇させることとを組み合わせたものに、暴露させる。再添加した水の量、温度、圧力、および暴露時間、さらにはケーキの厚みの組合せは、出発物質の組成および所望する結果に従って、変化させることができる。その物質を温度および圧力に暴露させる各種多くの方法が、本明細書に記載されており、いずれか好都合な方法を使用すればよいということは認識されるであろう。乾燥手順の一例としては、40℃における24〜48時間の暴露が挙げられるが、温度と時間は都合に応じて増減してよく、たとえば、20〜60℃で3〜96時間またはそれ以上としてもよい。水を再添加して、所望のパーセンテージ、たとえば1%〜50%、たとえば1%〜10%、たとえば1、2、3、4、5、6、7、8、9、もしくは10%(w/w)、たとえば5%(w/w)、または4〜6%(w/w)、または3〜7%(w/w)とする。いくつかの場合においては、屋外に貯蔵されて天水沈殿(meteoric precipitation)に暴露されている物質のように、再添加する水の正確な量はあまり重要ではない。ケーキの厚みとサイズは、所望により決めてよい。その厚みは、いくつかの実施態様においては、0.05インチ〜5インチ、たとえば、0.1〜2インチ、または0.3〜1インチの間で変化させることができる。いくつかの実施態様においては、そのケーキの厚みが、0.5インチ〜6フィートまたはもっと厚いものであってよい。次いでそのケーキを、各種好都合な方法、たとえば加熱したプラテンを使用するプラテンプレスなどによって、所定の時間、高い温度および/または圧力に暴露させる。たとえばプラテンのための、温度を上げるための熱は、たとえば、工業的な廃ガス流れたとえば煙道ガス流れからの熱によって与えればよい。その温度は各種適切な温度であってよいが、一般的には、ケーキが厚いほど高い温度が望ましく、温度範囲の例を挙げれば、40〜150℃、たとえば、60〜120℃、たとえば70〜110℃、または80〜100℃である。同様にして、圧力も、所望の結果が得られる各種適切な圧力であってよいが、圧力の例としては、1000〜100,000ポンド/平方インチ(psi)、たとえば2000〜50,000psi、または2000〜25,000psi、または2000〜20,000psi、または3000〜5000psiである。最後に、ケーキを圧縮する時間も各種適切な時間であってよく、たとえば、1〜100秒間、または1〜100分間、または1〜50分間、または2〜25分間、または1〜10,000日間である。次いで、このようにして得られた固いタブレットを、場合によっては、たとえば、屋外に置いて放置したり、それらに高湿高温を与えるチャンバーの中に置いたりなどして硬化させる。それらの、場合によっては硬化された固いタブレットを、次いで、そのままで建築材料とするか、あるいは破砕して骨材を製造する。   In processes involving the use of temperature and pressure, the dehydrated aqueous precipitate cake is generally first dried. The cake is then exposed to a combination of re-adding water and increasing the temperature and / or pressure for a predetermined time. The combination of amount of re-added water, temperature, pressure, and exposure time, as well as cake thickness, can be varied according to the composition of the starting material and the desired result. It will be appreciated that many different ways of exposing the material to temperature and pressure are described herein and any convenient method may be used. An example of a drying procedure is exposure at 40 ° C. for 24-48 hours, but the temperature and time may be increased or decreased as desired, for example, at 20-60 ° C. for 3-96 hours or longer. Good. Water is re-added to the desired percentage, such as 1% to 50%, such as 1% to 10%, such as 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, or 10% (w / w), for example, 5% (w / w), or 4-6% (w / w), or 3-7% (w / w). In some cases, the exact amount of water to be re-added is less important, such as materials stored outdoors and exposed to meteorological precipitation. The thickness and size of the cake may be determined as desired. The thickness can vary between 0.05 inches and 5 inches, such as between 0.1 and 2 inches, or 0.3 and 1 inches in some embodiments. In some embodiments, the cake thickness may be 0.5 inches to 6 feet or thicker. The cake is then exposed to elevated temperature and / or pressure for a predetermined time by any convenient method, such as a platen press using a heated platen. For example, heat for raising the temperature for the platen may be provided by heat from an industrial waste gas stream, such as a flue gas stream, for example. The temperature may be any suitable temperature. In general, the thicker the cake, the higher the temperature is desirable. For example, the temperature range is 40 to 150 ° C., for example 60 to 120 ° C., for example 70 to 110 ° C or 80-100 ° C. Similarly, the pressure may be any suitable pressure that will produce the desired result, but examples of pressure include 1000 to 100,000 pounds per square inch (psi), such as 2000 to 50,000 psi, or 2000 to 25,000 psi, or 2000 to 20,000 psi, or 3000 to 5000 psi. Finally, the time to compress the cake can also be any suitable time, for example, 1-100 seconds, or 1-100 minutes, or 1-50 minutes, or 2-25 minutes, or 1-10,000 days. It is. The hard tablet thus obtained is then cured, depending on the case, for example, by leaving it outdoors or placing it in a chamber that gives them high humidity and high temperature. Those hardened tablets, optionally cured, are then used as building materials as they are or are crushed to produce aggregates.

温度および圧力与えるための一つの方法は、脱水および乾燥されたスラブを積み重ねることである。たとえば、そのような方法においては、脱水された沈殿物を、たとえば煙道ガスを用いて乾燥させてよく、たとえば厚み1インチ〜10フィート、または厚み1フィート〜10フィートのスラブとする。スラブを相互に積み重ねて圧力をかけるが、スラブ層の厚みが厚いほど、たとえば、10〜1000フィートまたはそれ以上、たとえば100〜5000フィートであれば、より高い圧力が得られる。所望する結果に依存して、数日間、数週間、数ヶ月、あるいはさらには数年かもしれないが、適切な時間が経過したところで、層の所定のレベルから、たとえば底部からの都市化された(citified)スラブを、たとえば採石法によって取り出し、所望に従って処理して、骨材またはその他の岩石材料を製造する。   One way to apply temperature and pressure is to stack dehydrated and dried slabs. For example, in such methods, the dehydrated precipitate may be dried, for example, using flue gas, for example, 1 inch to 10 feet thick, or 1 foot to 10 feet thick slab. Slabs are stacked on top of each other and pressure is applied, but the thicker the slab layer, the higher the pressure is obtained, for example, 10 to 1000 feet or more, such as 100 to 5000 feet. Depending on the desired result, it may be days, weeks, months, or even years, but after an appropriate amount of time, it has been urbanized from a certain level of the layer, eg from the bottom The slab is removed, for example, by quarrying and processed as desired to produce aggregate or other rock material.

温度および圧力を与えるためのまた別な方法は、プレスを使用するものであるが、これについては、米国特許出願第12/475,378号明細書(出願日、2009年5月29日)により詳しく記載されている。適切なプレス、たとえばプラテンプレスを使用して、所望の温度(たとえば煙道ガスによるか、または沈殿物を生成させるためのプロセスの他の工程、たとえば電気化学的プロセスから供給される熱を使用)で、所望の時間のあいだ圧力を加えてもよい。同様な方式で、一連のローラーを使用してもよい。   Another method for applying temperature and pressure is to use a press, as described in US patent application Ser. No. 12 / 475,378 (filed May 29, 2009). It is described in detail. Using a suitable press, eg a platen press, the desired temperature (eg using flue gas or other steps of the process to produce a precipitate, eg using heat supplied from an electrochemical process) The pressure may be applied for a desired time. A series of rollers may be used in a similar manner.

ケーキを高温高圧に暴露させるためのまた別な方法は、エクストルーダー、たとえばスクリュータイプのエクストルーダーの手段によるものであり、これまた、米国特許出願第12/475,378号明細書(出願日、2009年5月29日)に記載されている。エクストルーダーのバレルは、たとえばジャケットによって、高温を受け入れられるように装備されているが、その高温は、たとえば煙道ガスなどによって供給することができる。押出加工は、加圧操作より前に、供給原料を予備加熱および乾燥させる手段として使用してもよい。そのような加圧は、圧縮型の手段によるか、ローラーを介してか、成形された窪みを有するローラー(これは、実質的に所望するいかなる形状の骨材も与えることが可能である)を介してか、移動しながら圧縮を与えるベルトの間を通してか、あるいは各種その他の好都合な方法によって、実施することができる。別な方法として、エクストルーダーを使用して、ダイを通して材料を押出し、材料をそのダイに強制的に通過させることでそれに圧力をかけ、そして各種所望の形状を与えてもよい。いくつかの実施態様においては、炭酸塩の鉱物質沈殿物を淡水と混合してから、回転スクリューエクストルーダーのフィードセクションに入れる。そのエクストルーダーおよび/または出口のダイを加熱しておいて、そのプロセスをさらに支援させてもよい。スクリューの回転が、材料をその長さ方向に運び、スクリューのフライトデプス(flite depth)が小さくなるにつれて、圧縮する。エクストルーダーのスクリューとバレルには、バレル中のベントがさらに含まれていてもよく、バレルベントの開口と一致させたスクリューの中に減圧ゾーンを有する。加熱エクストルーダーの場合においては特に、これらのベント領域によって、運ばれている物質からのスチームを放出し、その材料からの水の除去を可能としている。   Another method for exposing the cake to high temperature and pressure is by means of an extruder, such as a screw type extruder, and is also described in US patent application Ser. No. 12 / 475,378 (filing date, May 29, 2009). The extruder barrel is equipped to accept high temperatures, for example by means of a jacket, which can be supplied by, for example, flue gas. Extrusion may be used as a means to preheat and dry the feed prior to the pressurization operation. Such pressurization can be by compression mold means, through a roller, or a roller having a shaped indentation (which can provide virtually any desired shape of aggregate). Through, between belts that apply compression while moving, or by various other convenient methods. Alternatively, an extruder may be used to extrude the material through the die, press the material by forcing the material through the die, and give various desired shapes. In some embodiments, the carbonate mineral precipitate is mixed with fresh water and then placed in the feed section of a rotary screw extruder. The extruder and / or outlet die may be heated to further assist the process. The rotation of the screw carries the material along its length and compresses as the flight depth of the screw decreases. The extruder screw and barrel may further include a vent in the barrel, having a vacuum zone in the screw that coincides with the opening of the barrel vent. Especially in the case of heated extruders, these vent regions release steam from the material being transported, allowing removal of water from the material.

次いで、スクリューで運ばれた材料は、ダイセクションを強制的に通過させられ、ダイセクションは材料をさらに圧縮して、成形する。ダイにおける典型的な開口は、円、楕円、正方形、長方形、台形などとすることができるが、最終的な骨材で望まれるいかなる形状でも、開口の形状を調節することによって作ることができるであろう。ダイから押し出された材料は、各種好都合な方法、たとえばフライナイフ(fly knife)によって、各種適切な長さに切断すればよい。典型的な長さは0.05インチ〜6インチとすることができるが、この範囲の外側の長さであってもよい。典型的な直径は0.05インチ〜1.0インチとすることができるが、この範囲の外側の直径であってもよい。   The screwed material is then forced through the die section, which further compresses the material to form. Typical openings in the die can be circles, ellipses, squares, rectangles, trapezoids, etc., but any shape desired in the final aggregate can be made by adjusting the shape of the openings. I will. The material extruded from the die may be cut into various suitable lengths by any convenient method, such as a fly knife. A typical length can be from 0.05 inches to 6 inches, but can be lengths outside this range. Typical diameters can be 0.05 inches to 1.0 inches, but can be outside diameters in this range.

加熱ダイセクションを使用すれば、炭酸塩鉱物質を固くて安定な形態へ変換させることが加速されるので、骨材の形成がより容易となる可能性がある。バインダーの場合にも、バインダーを硬化させたり凝結させたりするために、加熱ダイを使用してもよい。加熱ダイセクションにおいては通常、100℃〜600℃の温度が使用される。加熱ダイのための熱は、全面的または部分的に、沈殿物を生成させるプロセスの中で使用される煙道ガスまたはその他の工業ガスから受け取ってもよいが、この場合、煙道ガスは、最初にダイに送って、高温の煙道ガスからダイへと熱を移行させる。   The use of heated dissections may facilitate the formation of aggregates because it accelerates the conversion of carbonate minerals into a hard and stable form. In the case of a binder, a heating die may be used to cure or condense the binder. In the heating die section, temperatures of 100 ° C. to 600 ° C. are usually used. The heat for the heating die may be received, in whole or in part, from flue gas or other industrial gas used in the process of generating precipitates, in which case the flue gas is First sent to the die to transfer heat from the hot flue gas to the die.

さらに他の実施態様においては、沈殿物を、インサイチューまたは現場成形構造製作で採用してもよい。たとえば、道路、舗装領域、またはその他の構造物を、たとえば、先に説明したように、沈殿物の層をたとえば地面、路床などのような基材に適用し、次いでたとえば雨の形の天然で供給される水または注水に暴露させることによってその沈殿物を水和させることによって、その沈殿物から製作してもよい。水和によって沈殿物を固化させて、所望のインサイチューまたは現場成形構造物、たとえば、道路、舗装領域などとする。たとえば、より厚いインサイチューで形成された構造物が望まれるような場合には、そのプロセスを繰り返してもよい。   In yet other embodiments, the precipitate may be employed in situ or in situ molded structure fabrication. For example, roads, pavement areas, or other structures may be applied to a substrate such as, for example, the ground, roadbed, etc. May be made from the precipitate by hydrating the precipitate by exposure to water supplied or water injection. Hydration solidifies the precipitate to the desired in-situ or in-situ molded structure, such as roads, pavement areas, and the like. For example, if a thicker in-situ structure is desired, the process may be repeated.

システム
本発明の態様にはさらに、上述のような方法を実施するためのシステム、たとえば加工プラントまたは工場も含まれる。本発明のシステムには、対象となる特定の製造方法の実施を可能とする各種の構成が含まれていてよい。いくつかの実施態様においては、そのシステムが、1トン/日を超える量で炭酸塩含有沈殿物質を製造するように構成されている。いくつかの実施態様においては、そのシステムが、10トン/日を超える量で炭酸塩含有沈殿物質を製造するように構成されている。いくつかの実施態様においては、そのシステムが、100トン/日を超える量で炭酸塩含有沈殿物質を製造するように構成されている。いくつかの実施態様においては、そのシステムが、1000トン/日を超える量で炭酸塩含有沈殿物質を製造するように構成されている。いくつかの実施態様においては、そのシステムが、10,000トン/日を超える量で炭酸塩含有沈殿物質を製造するように構成されている。
System Aspects of the present invention further include a system for performing the method as described above, such as a processing plant or factory. The system of the present invention may include various configurations that enable the implementation of a specific manufacturing method of interest. In some embodiments, the system is configured to produce carbonate-containing precipitated material in an amount greater than 1 ton / day. In some embodiments, the system is configured to produce carbonate-containing precipitated material in an amount greater than 10 tons / day. In some embodiments, the system is configured to produce carbonate-containing precipitated material in an amount greater than 100 tons / day. In some embodiments, the system is configured to produce carbonate-containing precipitated material in an amount greater than 1000 tons / day. In some embodiments, the system is configured to produce carbonate-containing precipitated material in an amount greater than 10,000 tons / day.

ある種の実施態様においては、そのシステムには、水溶液のための入口を有する構造のような、二価カチオン含有水溶液の供給源が含まれる。たとえば、そのシステムには、二価カチオン含有水溶液のパイプラインまたは同様のフィードが含まれていてよいが、ここでその二価カチオン含有水溶液は、ブライン、海水、または淡水である。いくつかの実施態様においては、そのシステムには、二価カチオンを含まないか、あるいは二価カチオンを低濃度で含む水のための入口を有する構造物が含まれる。いくつかの実施態様においては、その構造物と入口とが、1、10、100、1,000、または10,000トン/日を超える沈殿物質を生成させるのに十分な(二価カチオン有り、または無しの)水を供給できるように構成されている。   In certain embodiments, the system includes a source of an aqueous solution containing a divalent cation, such as a structure having an inlet for the aqueous solution. For example, the system may include a pipeline or similar feed of a divalent cation-containing aqueous solution, where the divalent cation-containing aqueous solution is brine, seawater, or fresh water. In some embodiments, the system includes a structure that has no inlet for divalent cations or has an inlet for water that contains a low concentration of divalent cations. In some embodiments, the structure and inlet are sufficient (with divalent cations, to produce more than 1, 10, 100, 1,000, or 10,000 tons / day of precipitated material. It is configured to supply water (with or without).

さらに、そのシステムには、その沈殿反応機に導入された水を、炭酸塩化合物の(上述のような)沈殿条件として、沈殿物質および上澄みを生成させるような沈殿反応機を含むであろう。いくつかの実施態様においては、その沈殿反応機が、1、10、100、1,000、または10,000トン/日を超える沈殿物質を製造するのに十分な、(二価カチオン有り、または無しの)水を供給できるように構成されている。その沈殿反応機がさらに、たとえば以下のような各種の異なった要素のいくつかを含むように構成されていてもよい:温度調節要素(たとえば、水を所望の温度にまで加熱するように構成されたもの)、化合物添加要素(たとえば、二価カチオン、プロトン除去剤などを沈殿反応混合物の中に導入するように構成されたもの)、電気分解要素(たとえば、陰極、陽極など)など。   In addition, the system will include a precipitation reactor in which water introduced into the precipitation reactor is used as precipitation conditions (as described above) for carbonate compounds to produce a precipitated material and a supernatant. In some embodiments, the precipitation reactor is sufficient to produce more than 1, 10, 100, 1,000, or 10,000 tons / day of precipitated material (with divalent cations, or It is configured so that water can be supplied. The precipitation reactor may further be configured to include some of a variety of different elements, for example: a temperature control element (eg, configured to heat water to a desired temperature). Compound addition elements (eg, configured to introduce divalent cations, proton scavengers, etc. into the precipitation reaction mixture), electrolysis elements (eg, cathode, anode, etc.), and the like.

そのシステムにはさらに、CO2の供給源および金属酸化物の廃棄物源、さらには、それらの供給源を、水(場合によっては二価カチオン含有水溶液、たとえばブラインまたは海水)と、沈殿反応機より前、または沈殿反応機の中のある地点で組み合わせるための構成要素が含まれる。したがって、その沈殿システムには、たとえば独立したCO2の供給源が含まれていてもよく、その場合、そのシステムは、二価カチオンの水溶液および/または上澄みが、そのプロセスの間のあるタイミングで、二酸化炭素供給源と接触されるような実施態様において採用されるように構成されている。この供給源は、先に説明したいずれのものであってもよく(たとえば、工業的発電所からの廃棄物フィード)、ガス接触は、たとえば、米国特許仮出願第61/178475号明細書(出願日、2009年5月14日)に記載されているような気液接触装置で実施してよい(この出願は、参照することによりそのすべてを本明細書に取り入れたものとする)。いくつかの実施態様においては、その気液接触装置が、1、10、100、1,000、または10,000トン/日を超える沈殿物質を生成させるのに十分なCO2と接触できるように構成されている。   The system further includes a source of CO2 and a waste source of metal oxides, as well as a source of water (possibly containing a divalent cation-containing aqueous solution such as brine or seawater) and a precipitation reactor. Components for combination before or at some point in the precipitation reactor are included. Thus, the precipitation system may include, for example, an independent source of CO 2, in which case the system may have an aqueous solution of divalent cations and / or supernatant at some time during the process, It is configured to be employed in embodiments that are contacted with a carbon dioxide source. This source can be any of those previously described (eg, waste feed from an industrial power plant) and gas contact can be achieved, for example, in US provisional application 61/178475 (application). (May 14, 2009) may be implemented in a gas-liquid contact device (this application is hereby incorporated by reference in its entirety). In some embodiments, the gas-liquid contactor is configured to be in contact with sufficient CO2 to produce more than 1, 10, 100, 1,000, or 10,000 tons / day of precipitated material. Has been.

ガス状の廃棄物流れは、工業プラントから沈殿のサイトまで、工業プラントからのガス状の廃棄物流れを沈殿プラントへと輸送する各種の好都合な方法で送ってよい。いくつかの実施態様においては、そのガス状の廃棄物流れが、工業プラントのサイト(たとえば、工業プラントの煙道)から、沈殿サイトの一つまたは複数の場所にまで走っているガス輸送路(たとえば、ダクト)を用いて送られる。ガス状の廃棄物流れの供給源が、沈殿のサイトからみて離れた場所にあってもよく、たとえば、ガス状の廃棄物流れの供給源が、沈殿の場所から、1マイル以上、たとえば10マイル以上、たとえば100マイル以上離れていてもよい。たとえば、ガス状の廃棄物流れが、CO2ガス輸送システム(たとえば、パイプライン)を介して、離れた工業プラントから沈殿のサイトまで輸送されていてもよい。工業プラントで発生したCO2含有ガスは、沈殿サイト(すなわち、そこで沈殿および/または骨材の製造が実施されるサイト)に到着するまでに、(たとえば、他の成分の除去のような)加工をされても、あるいは加工されていなくてもよい。さらに他の例においては、そのガス状の廃棄物流れの供給源が、沈殿サイトの近傍にある。たとえば、沈殿サイトが、ガス状の廃棄物流れの供給源と一体化されている、たとえば、骨材を製造するのに使用できる沈殿物質を沈殿させるための沈殿反応機が併設されている発電所である。   The gaseous waste stream may be sent from the industrial plant to the precipitation site in a variety of convenient ways to transport the gaseous waste stream from the industrial plant to the precipitation plant. In some embodiments, the gaseous waste stream runs from an industrial plant site (eg, an industrial plant flue) to one or more locations of a precipitation site ( For example, it is sent using a duct. The gaseous waste stream source may be at a location remote from the site of precipitation, for example, the gaseous waste stream source may be more than one mile, for example 10 miles from the site of precipitation. For example, the distance may be 100 miles or more. For example, a gaseous waste stream may be transported from a remote industrial plant to a precipitation site via a CO2 gas transport system (eg, a pipeline). The CO2-containing gas generated in the industrial plant must be processed (eg, removal of other components) before reaching the precipitation site (ie, the site where precipitation and / or aggregate production takes place). It may or may not be processed. In yet another example, the source of the gaseous waste stream is in the vicinity of the precipitation site. For example, a power plant where the precipitation site is integrated with a gaseous waste stream source, for example, with a precipitation reactor for precipitating precipitated material that can be used to produce aggregates It is.

先にも説明したように、そのガス状の廃棄物流れが、工業プラントの煙道または同様の構造物から得られるものであってもよい。これらの実施態様においては、ライン(たとえば、ダクト)が煙道に接続されていて、そのラインを通ってガスが煙道から取り出され、沈殿システムのある適切な場所へと運ばれる。ガス状の廃棄物流れが利用される地点での沈殿システムの特定の構造に依存して、それからガス状の廃棄物流れが得られる供給源の場所を(たとえば、適切であるかまたは所望の温度を有する廃棄物流れを得る目的で)変更してもよい。したがって、ある種の実施態様において、0℃〜1800℃、たとえば60℃〜700℃の範囲の温度を有するガス状の廃棄物流れが望ましいような場合には、その煙道ガスを、ボイラーもしくはガスタービン、キルンの出口地点、または発電所もしくは煙突の所望の温度が得られる地点で取り出せばよい。所望により、煙道ガスを露点(たとえば、125℃)よりも高い温度に維持して、凝縮およびそれに関連するトラブルを避けるようにする。温度を露点より高くに維持できないのであれば、凝縮の悪影響を抑制する様な手段を講じて(たとえば、ステンレス鋼、フルオロカーボン(たとえばポリ(テトラフルオロエチレン))でライニングしたダクトを採用する、水で希釈する、pHを調節するなど)、ダクトが急激に劣化しないようにする。   As previously explained, the gaseous waste stream may be obtained from an industrial plant flue or similar structure. In these embodiments, a line (eg, duct) is connected to the flue through which gas is removed from the flue and transported to an appropriate location in the precipitation system. Depending on the specific structure of the precipitation system at the point where the gaseous waste stream is utilized, the location of the source from which the gaseous waste stream is obtained (eg, suitable or desired temperature) (For the purpose of obtaining a waste stream). Thus, in certain embodiments, if a gaseous waste stream having a temperature in the range of 0 ° C. to 1800 ° C., such as 60 ° C. to 700 ° C. is desired, the flue gas is passed through a boiler or gas It may be removed at the turbine, kiln exit point, or at a point where the desired temperature of the power plant or chimney is obtained. If desired, the flue gas is maintained at a temperature above the dew point (eg, 125 ° C.) to avoid condensation and related problems. If the temperature cannot be maintained above the dew point, use a duct lined with stainless steel, fluorocarbon (eg poly (tetrafluoroethylene)), taking measures to prevent the adverse effects of condensation, with water Dilute, adjust pH, etc.) to prevent the duct from deteriorating rapidly.

システムで利用して炭酸塩化合物組成物を作製する塩水の供給源が海水である場合には、その入口が海水の供給源と流体連通状態にある、たとえばその入口が海洋水から陸上のシステムまでのパイプラインまたはフィードであるか、または、入口部分が船舶の船殻の中にある、たとえばそのシステムが船の一部である、たとえば洋上システムである。   If the salt water source used to make the carbonate compound composition in the system is seawater, the inlet is in fluid communication with the seawater source, for example, from the ocean water to the onshore system. Pipelines or feeds, or the inlet portion is in the hull of a ship, eg the system is part of a ship, eg an offshore system.

そのシステムにはさらに、炭酸塩含有沈殿物質を、それが製造された元の反応混合物から分離するための、液体分離機が含まれる。米国特許仮出願第61/170086号明細書(出願日、2109年4月16日、参照することにより本明細書に取り入れたものとする)に詳細が記述されているように、液固分離機たとえば、EpuramatのExtrem−Separator(「ExSep」)液固分離機、Xerox PARCのスパイラル濃縮機、またはEpuramatのExSepもしくはXerox PARCのスパイラル濃縮機のいずれかを改良したものが、沈殿反応混合物から沈殿物質を分離するには有用である。ある種の実施態様においては、その分離機が、炭酸塩鉱物質沈殿ステーションで生成した、沈殿した炭酸塩鉱物質組成物を乾燥させるための乾燥ステーションである。システムの特定の乾燥手順に応じて、その乾燥ステーションには、濾過要素、凍結乾燥構造、スプレー乾燥構造などが含まれていてもよいが、これらについては以下においてさらに詳しく説明する。   The system further includes a liquid separator for separating the carbonate-containing precipitated material from the original reaction mixture from which it was produced. As described in detail in US Provisional Patent Application No. 61/170086, filed April 16, 2109, incorporated herein by reference, liquid-solid separators. For example, an improvement of either an Euramat Extreme-Separator (“ExSep”) liquid-solid separator, a Xerox PARC spiral concentrator, or an Euramat ExSep or Xerox PARC spiral concentrator can be used as a precipitating substance from a precipitation reaction mixture. It is useful for separating. In certain embodiments, the separator is a drying station for drying the precipitated carbonate mineral composition produced at the carbonate mineral precipitation station. Depending on the particular drying procedure of the system, the drying station may include filtering elements, freeze drying structures, spray drying structures, etc., which are described in more detail below.

ある種の実施態様においては、そのシステムには、その沈殿物から建築材料たとえば、セメントまたは骨材を調製するためのステーションがさらに含まれるであろう。たとえば以下の特許を参照されたい:米国特許出願第12/126,776号明細書(発明の名称:「Hydraulic Cements Comprising Carbonate Compounds Compositions」、出願日、2008年5月23日)、および米国特許仮出願第61/056,972号明細書(発明の名称:「CO2 Sequestering Aggregate, and Methods of Making and Using the Same」、出願日、2008年5月23日)(これらの出願の開示を参照することにより本明細書に取り入れたものとする)。   In certain embodiments, the system will further include a station for preparing building materials such as cement or aggregate from the precipitate. See, for example, the following patents: US patent application Ser. No. 12 / 126,776 (Title of Invention: “Hydraulic Components Compositing Carbonates Compositions”, filing date, May 23, 2008), and US Patent Provisional. Application No. 61 / 056,972 (Title of Invention: “CO2 Requesting Aggregate, and Methods of Making and Using the Same”, filing date, May 23, 2008) (see disclosure of these applications) In this specification).

先にも説明したように、このシステムは陸上にあっても、海上にあってもよい。たとえば、そのシステムが、たとえば海水の供給源に近い海岸地域にある陸上システムであってもよいし、あるいは、内陸部にあって、塩水供給源たとえば海洋から水をそのシステムにパイプ輸送するようなものであってもよい。別な形で、そのシステムが水上システム、すなわち水の上または水の中にあるシステムであってもよい。そのようなシステムは、所望により、船舶の上、海洋プラットフォームなどに存在させてよい。   As explained earlier, this system may be on land or at sea. For example, the system may be a terrestrial system, for example in a coastal area close to a seawater source, or inland and piped water from a salt water source, such as the ocean, to the system. It may be a thing. Alternatively, the system may be a water system, i.e. a system that is on or in water. Such a system may be present on a ship, on a marine platform, etc., if desired.

図1は、石炭を燃焼させ、アッシュおよび硫黄のような廃棄物を除去する、典型的な発電所プロセスを示している。石炭500をスチームボイラー501の中で燃焼させると、発生したスチームがタービン発電機を駆動して、電力が発生する。石炭を燃焼させることで煙道ガス502が発生するが、それにはCO2、SOx、NOx、Hgなど、さらにはフライアッシュが含まれる。石炭の燃焼ではさらに、ボトムアッシュ510も生成するが、それは埋立地に送ってもよいし、あるいは低価値の骨材として使用してもよい。煙道ガス502は分離機器520、一般的には電気集じん機を通過し、そこで、煙道ガス502からフライアッシュ530が除去される。燃焼の方式および石炭のタイプに依存して、フライアッシュ530は、コンクリートにおいて有利に使用されることもあり得るが、より一般的には、埋立処理される。   FIG. 1 illustrates a typical power plant process that burns coal and removes waste such as ash and sulfur. When the coal 500 is burned in the steam boiler 501, the generated steam drives the turbine generator to generate electric power. Combustion of coal produces flue gas 502, which includes CO2, SOx, NOx, Hg, and even fly ash. Coal combustion also produces bottom ash 510, which may be sent to landfills or used as low value aggregate. The flue gas 502 passes through a separation device 520, typically an electrostatic precipitator, where fly ash 530 is removed from the flue gas 502. Depending on the type of combustion and the type of coal, fly ash 530 may be used advantageously in concrete, but more generally is landfilled.

ファン540が、硫黄含有煙道ガス521をFGDタンク550に送り、そこで、水551およびか焼石灰552から調製された石灰スラリー553への煙道ガスの暴露処理が行われる。石灰のか焼では、大気中へCO2が放出されるが、石灰の製造では、使用される石灰1モルあたり、1モルのCO2が放出される。FGDタンク550の中で、石灰552が煙道ガス521からのSOxと結合して、セッコウ(CaSO4)が生成する。したがって、煙道ガスから除去される硫黄1分子あたり、1分子のCO2が石灰のか焼から大気中へ放出されていたことになる。   Fan 540 sends sulfur-containing flue gas 521 to FGD tank 550 where flue gas exposure treatment is performed on lime slurry 553 prepared from water 551 and calcined lime 552. While lime calcination releases CO2 into the atmosphere, lime production releases 1 mole of CO2 per mole of lime used. In the FGD tank 550, the lime 552 combines with SOx from the flue gas 521 to generate gypsum (CaSO4). Thus, one molecule of CO2 was released into the atmosphere from lime calcination per molecule of sulfur removed from the flue gas.

硫黄を含まない煙道ガス556は、パイプを通してFGDタンク550から煙突560へ送られ、大気中にガス580として放出されるが、放出の前に、さらなる処理を行ってNOx、Hgなどを除去してもよい。大気に放出されるガス580には、石炭500の燃焼により発生したCO2の、全部ではないにしてもほとんどが含まれていることに注意されたい。   The sulfur-free flue gas 556 is sent from the FGD tank 550 through the pipe to the chimney 560 and released into the atmosphere as a gas 580. Prior to the release, further processing is performed to remove NOx, Hg, etc. May be. Note that the gas 580 released to the atmosphere contains most if not all of the CO 2 generated by the combustion of the coal 500.

FGDタンク550の中で、か焼石灰スラリー553が硫黄含有煙道ガス521と反応して、セッコウスラリー554が生成するので、それをポンプ555の手段によりハイドロサイクロン570に送る。ハイドロサイクロン570で、スラリー554から水571が除去され、より濃縮されたセッコウスラリー579が生成するので、それをフィルター580に送って、さらに脱水する。ハイドロサイクロン570およびフィルター580で除去された水は、再生水タンク572に送られて、過剰の固形分を沈降分離させて、埋立地511に送る。廃水574を排出するが、いくぶんかの再生水573は、FGDタンク550に送り返す。フィルター580から除去したフィルターケーキ581は、乾燥機583に送って、そこで水を除去して、乾燥セッコウ粉体590を生成させる。セッコウ粉体590は、埋立地511に送ってもよいし、あるいは、ウォールボードのような建築材料を製造するのに使用してもよい。   In the FGD tank 550, the calcined lime slurry 553 reacts with the sulfur-containing flue gas 521 to produce a gypsum slurry 554, which is sent to the hydrocyclone 570 by means of the pump 555. The hydrocyclone 570 removes the water 571 from the slurry 554 to produce a more concentrated gypsum slurry 579, which is sent to the filter 580 for further dehydration. The water removed by the hydrocyclone 570 and the filter 580 is sent to the reclaimed water tank 572, where excess solids are settled and sent to the landfill 511. Waste water 574 is discharged, but some reclaimed water 573 is sent back to the FGD tank 550. The filter cake 581 removed from the filter 580 is sent to a dryer 583 where water is removed to produce a dried gypsum powder 590. The gypsum powder 590 may be sent to the landfill 511 or may be used to produce building materials such as wallboard.

図2に、本発明の一つの実施態様の例を示すが、ここでは、CO2、フライアッシュ、NOx、SOx、Hgおよびその他の汚染物質を、炭酸塩化合物沈殿プロセスにおける反応剤として利用して、それらの成分を除去し、たとえばそれらを水硬セメントに使用して、それらを建材環境の中に封じ込める。この例においては、フライアッシュおよびボトムアッシュを反応剤として利用して、pHを低下させると同時に、ケイ素およびアルミニウムのような有益な共反応性カチオンを与える。   FIG. 2 shows an example of one embodiment of the present invention where CO2, fly ash, NOx, SOx, Hg and other contaminants are utilized as reactants in the carbonate compound precipitation process, Their components are removed, for example, they are used in hydraulic cement to contain them in the building material environment. In this example, fly ash and bottom ash are utilized as reactants to lower the pH while providing beneficial co-reactive cations such as silicon and aluminum.

石炭600をスチームボイラー601の中で燃焼させると、発生したスチームがタービン発電機を駆動して、電力が発生する。石炭を燃焼させることで煙道ガス602が発生するが、それにはCO2、SOx、NOx、Hgなど、さらにはフライアッシュが含まれる。この実施態様においては、使用する石炭は、高硫黄の亜瀝青炭であるが、このものは安価に入手できるものの、大量のSOxおよびその他の汚染物質を発生させる。煙道ガス602、ボトムアッシュ610、海水620、およびいくつかの実施態様においては追加アルカリ供給源625を、反応器630に仕込むと、そこで炭酸塩鉱物質沈殿プロセスが実施され、スラリー631が生成する。   When the coal 600 is burned in the steam boiler 601, the generated steam drives the turbine generator to generate electric power. Combustion of coal produces flue gas 602, which includes CO2, SOx, NOx, Hg, and even fly ash. In this embodiment, the coal used is a high sulfur subbituminous coal, which, although available inexpensively, generates large amounts of SOx and other contaminants. Flue gas 602, bottom ash 610, seawater 620, and in some embodiments additional alkali source 625, are charged to reactor 630 where a carbonate mineral precipitation process is performed to produce slurry 631. .

ポンプ640を介してスラリー631を乾燥システム650にポンプ輸送するが、それには、いくつかの実施態様においては、濾過工程とそれに続くスプレー乾燥が含まれる。乾燥システム650で分離された水651を排出し、それと同時に、大気中に放出可能となったクリーンガス680も排出する。乾燥システム650から得られた固形物または粉体660を、水硬セメントとして利用して建築材料を製造するが、これは、CO2、SOx、および、いくつかの実施態様においてはその他の汚染物質たとえば水銀および/またはNOxを建材環境の中に効果的に封じ込めている。   The slurry 631 is pumped to the drying system 650 via a pump 640, which in some embodiments includes a filtration step followed by spray drying. The water 651 separated by the drying system 650 is discharged, and at the same time, the clean gas 680 that can be released into the atmosphere is discharged. Solids or powders 660 obtained from the drying system 650 are utilized as hydraulic cement to produce building materials, which include CO2, SOx, and in some embodiments other contaminants such as Mercury and / or NOx is effectively contained in the building material environment.

したがって、提供されるのは、金属酸化物の廃棄物源を消和させるために適合させた石灰消和機、沈殿反応機、および液固分離機を含むシステムであるが、ここで、その沈殿反応機は、石灰消和機および液固分離機の両方に操作可能に接続され、さらにここで、そのシステムが、1トン/日を超える量で炭酸塩含有沈殿物質を製造するように構成されている。いくつかの実施態様においては、そのシステムが、10トン/日を超える量で炭酸塩含有沈殿物質を製造するように構成されている。いくつかの実施態様においては、そのシステムが、100トン/日を超える量で炭酸塩含有沈殿物質を製造するように構成されている。いくつかの実施態様においては、そのシステムが、1000トン/日を超える量で炭酸塩含有沈殿物質を製造するように構成されている。いくつかの実施態様においては、そのシステムが、10,000トン/日を超える量で炭酸塩含有沈殿物質を製造するように構成されている。いくつかの実施態様においては、その石灰消和機が、スラリー滞留石灰消和機、ペースト石灰消和機、およびボールミル石灰消和機から選択される。いくつかの実施態様においては、そのシステムに二酸化炭素の供給源がさらに含まれる。いくつかの実施態様においては、その二酸化炭素の供給源が、石炭専焼火力発電所またはセメントプラントからのものである。いくつかの実施態様においては、そのシステムにプロトン除去剤の供給源がさらに含まれる。いくつかの実施態様においては、そのシステムに二価カチオンの供給源がさらに含まれる。いくつかの実施態様においては、そのシステムが、液固分離機の固体生成物から建築材料を生成させるように構成された、建築材料生成ユニットをさらに含む。   Thus, what is provided is a system that includes a lime slaker, a precipitation reactor, and a liquid-solid separator adapted to sanctify a metal oxide waste source, wherein the precipitation The reactor is operably connected to both the lime slaker and the liquid-solid separator, and further wherein the system is configured to produce carbonate-containing precipitated material in an amount greater than 1 ton / day. ing. In some embodiments, the system is configured to produce carbonate-containing precipitated material in an amount greater than 10 tons / day. In some embodiments, the system is configured to produce carbonate-containing precipitated material in an amount greater than 100 tons / day. In some embodiments, the system is configured to produce carbonate-containing precipitated material in an amount greater than 1000 tons / day. In some embodiments, the system is configured to produce carbonate-containing precipitated material in an amount greater than 10,000 tons / day. In some embodiments, the lime slaker is selected from a slurry stay lime slaker, a paste lime slaker, and a ball mill lime slaker. In some embodiments, the system further includes a source of carbon dioxide. In some embodiments, the carbon dioxide source is from a coal-fired power plant or a cement plant. In some embodiments, the system further includes a source of proton scavenger. In some embodiments, the system further includes a source of divalent cations. In some embodiments, the system further includes a building material generation unit configured to generate building material from the solid product of the liquid-solid separator.

以下の実施例は、本発明の製造法および使用法の完全な開示および説明を当業者に提供しようとするものであるが、それらは、本願発明者らが発明と見なしているものの範囲を限定することを意図したものではないし、また、以下に示す実験が、実施された実験のすべてであるとか、これだけしか実験していないとかということを表明しようとするものでもない。使用した数値(たとえば、量、温度など)に関しては正確を期してはいるものの、幾分かの実験誤差および偏差は許されたい。特に記さない限り、部は重量部であり、分子量は重量平均分子量であり、温度は摂氏であり、圧力は大気圧またはそれに近いものである。   The following examples are intended to provide those skilled in the art with a complete disclosure and description of how to make and use the present invention, but they limit the scope of what the inventors regard as their invention. It is not intended to be made, nor is it intended to state that the experiments shown below are all of the experiments that have been performed, or that only this has been done. While still accurate with respect to numerical values used (eg, amounts, temperatures, etc.), some experimental error and deviation should be allowed. Unless indicated otherwise, parts are parts by weight, molecular weight is weight average molecular weight, temperature is in degrees Centigrade, and pressure is at or near atmospheric.

以下の分析機器およびそれらの使用方法を用いて、以下の実施例で得られた物質の特性解析を行った。   Using the following analytical instruments and methods for using them, the characteristics of the substances obtained in the following examples were analyzed.

電量計:2.0Nの過塩素酸(HClO4)を用いて、液体および固体の炭素含有サンプルを酸性化させて、ガス流れの中で二酸化炭素ガスを発生させ、次いでpH3.0の3(w/v)%の硝酸銀にスクラビングさせて、発生した硫黄ガスをすべて除去してから、無機炭素電量計(UIC Inc、モデルCM5015)により分析した。セメント、フライアッシュ、および海水のサンプルは、過塩素酸を添加した後に加熱ブロックを用いて加熱して、サンプルの消化を促進させた。   Coulometer: 2.0N perchloric acid (HClO4) was used to acidify liquid and solid carbon-containing samples to generate carbon dioxide gas in the gas stream, then pH 3.0 3 (w After scrubbing to / v)% silver nitrate to remove all generated sulfur gas, analysis was performed with an inorganic carbon coulometer (UIC Inc, model CM5015). Cement, fly ash, and seawater samples were heated using a heating block after the addition of perchloric acid to promote digestion of the samples.

Brunauer−Emmett−Teller(「BET])比表面積:比表面積(SSA)の測定は、二窒素を用いた表面吸収によった(BET法)。乾燥サンプルのSSAは、Flowprep(商標)060サンプル脱ガスシステムを用いてサンプルを調製した後で、Micromeritics Tristar(商標)II3020 Specific Surface Area and Porosity Analyzerを用いて測定した。簡潔に述べれば、サンプル調製法には、約1.0gの高温乾燥サンプルを脱ガスし、同時に二窒素ガスの流れに暴露させて、サンプルの表面から残存している水蒸気およびその他の吸着物質を除去したことが含まれる。次いで、サンプルホルダーの中のパージガスを真空除去し、サンプルを冷却してから、(吸着膜の厚みに関連して)圧力を増大させながら二窒素ガスに暴露させた。その表面が覆われた後で、サンプルホルダーの中の圧力を系統的に減圧していくことにより、粒子の表面から二窒素を放出させた。脱着されたガスを測定して、全表面積測定値に換算した。   Brunauer-Emmett-Teller (“BET”) specific surface area: Specific surface area (SSA) measurements were by surface absorption using dinitrogen (BET method) .The SSA of the dried sample was measured by Flowprep ™ 060 sample removal. Samples were prepared using a gas system and then measured using a Micromeritics Tristar ™ II 3020 Specific Surface Area and Porosity Analyzer. Degassing and simultaneous exposure to a flow of dinitrogen gas to remove residual water vapor and other adsorbents from the surface of the sample, and then purge the purge gas in the sample holder under vacuum; Sun The sample was cooled and then exposed to dinitrogen gas with increasing pressure (relative to the thickness of the adsorbed film), and after the surface was covered, the pressure in the sample holder was systematically reduced. As a result, dinitrogen was released from the surface of the particles, and the desorbed gas was measured and converted into a total surface area measurement value.

粒子サイズ分析法(「PSA」):粒子サイズ分析および分布は静的光散乱法を使用して測定した。乾燥させた粒子をイソプロピルアルコールの中に懸濁させ、二波長/レーザー構成のHoriba Particle Size Distribution Analyzer(Model LA−950V2)を使用して分析した。Mie散乱理論を使用して、粒子の個数を、0.1mm〜1000mmの間のサイズ画分の関数とし計算した。   Particle Size Analysis (“PSA”): Particle size analysis and distribution were measured using a static light scattering method. Dried particles were suspended in isopropyl alcohol and analyzed using a Horiba Particle Size Distribution Analyzer (Model LA-950V2) in a dual wavelength / laser configuration. Using Mie scattering theory, the number of particles was calculated as a function of the size fraction between 0.1 mm and 1000 mm.

粉体X線回折法(「XRD」):粉体X線回折は、Rigaku Miniflex(商標)(Rigaku)を用いて測定して、結晶質相を同定し、各種の同定可能なサンプル相の質量分率を推測した。乾燥させた固形のサンプルを手動で粉砕して微細粉体とし、サンプルホルダーに載せた。X線源は、銅陽極(Cu kα)で、出力は30kV、15mAであった。X線は、5〜90度(2θ)の範囲でスキャンし、スキャン速度が2度(2θ)/分、ステップサイズが0.01度(2θ)/ステップであった。X線回折プロファイルを、X線回折パターン解析ソフトウェアのJade(商標)(バージョン9,Material Data Inc.(MDI))を使用し、Rietveld改良法により解析した。   Powder X-ray Diffraction (“XRD”): Powder X-ray diffraction is measured using Rigaku Miniflex ™ (Rigaku) to identify crystalline phases and the mass of various identifiable sample phases. I guessed the fraction. The dried solid sample was manually pulverized into a fine powder and placed on a sample holder. The X-ray source was a copper anode (Cu kα), and the output was 30 kV and 15 mA. X-rays were scanned in the range of 5 to 90 degrees (2θ), the scan speed was 2 degrees (2θ) / min, and the step size was 0.01 degrees (2θ) / step. X-ray diffraction profiles were analyzed by a modified Rietveld method using Jade ™ (version 9, Material Data Inc. (MDI)) of X-ray diffraction pattern analysis software.

フーリエ変換赤外線(「FT−IR」)分光法:FT−IR分析は、Smart Diffuse Reflectanceモジュールを取り付けた、Nicolet380で実施した。すべてのサンプルを、3.5±0.5mgに秤量し、0.5gのKBrと共に手動で粉砕し、次いで加圧し、FT−IRの中に装入する前に、5分間の窒素パージにより平均化させた。400〜4000cm−1の範囲でスペクトルを記録した。 Fourier Transform Infrared (“FT-IR”) spectroscopy: FT-IR analysis was performed on a Nicolet 380 fitted with a Smart Diffuse Reflectance module. All samples were weighed to 3.5 ± 0.5 mg, manually ground with 0.5 g KBr, then pressurized and averaged with a 5 minute nitrogen purge before loading into FT-IR Made it. Spectra were recorded in the range of 400-4000 cm- 1 .

走査型電子顕微光法(「SEM」):SEMは、Hitachi TM−1000タングステンフィラメント卓上型顕微鏡で、固定加速電圧15kV、使用圧力30〜65Pa、シングルBSE半導体検出器を使用して実施した。固体のサンプルを、炭素系の接着剤を用いてステージに固定させた。液状のサンプルは、グラファイトのステージに真空乾燥させてから分析した。   Scanning Electron Microscopy ("SEM"): SEM was performed on a Hitachi TM-1000 tungsten filament tabletop microscope using a fixed acceleration voltage of 15 kV, working pressure of 30-65 Pa, and a single BSE semiconductor detector. The solid sample was fixed to the stage using a carbon-based adhesive. Liquid samples were analyzed after vacuum drying on a graphite stage.

塩化物濃度:塩化物濃度は、試験範囲が300〜6000mg塩化物/L−溶液、100〜200ppm間隔の、Chloride QuanTab(登録商標)Test Strips(商品番号2751340)を用いて測定した。   Chloride concentration: Chloride concentration was measured using a Chloride QuanTab® Test Strips (Product No. 2751340) with a test range of 300-6000 mg chloride / L-solution, 100-200 ppm intervals.

実施例1.フライアッシュのpHの検討
A.実験
ガラスビーカー中で、マグネチックスターラーバーを用いて、500mLの海水(初期pH=8.01)を連続的に撹拌した。その反応液のpHおよび温度を連続的にモニターした。クラスFのフライアッシュ(約10%CaO)を、粉体として段階的に加え、その添加の間にpHが平衡に達するようにした。
Example 1. Examination of pH of fly ash Experiment In a glass beaker, 500 mL of seawater (initial pH = 8.01) was continuously stirred using a magnetic stir bar. The pH and temperature of the reaction were continuously monitored. Class F fly ash (about 10% CaO) was added stepwise as a powder to allow the pH to reach equilibrium during the addition.

B.結果および考察
(リストにあるフライアッシュの量は、累積総量すなわち、実験のその時点で加えられている総量である。)
B. Results and Discussion (The amount of fly ash on the list is the cumulative total, that is, the total amount added at that point in the experiment.)

5.00gのフライアッシュを添加した後では、pHが9.00に達した。   After adding 5.00 g of fly ash, the pH reached 9.00.

Figure 2011524253
Figure 2011524253

海水のpHを上げるには、蒸留水の場合よりも、はるかに多くのフライアッシュが必要であった。pHにおける最初の上昇(pH8からpH9へ)には、その後でpHを同じ大きさで上げるのに比べて、必要とするフライアッシュが、はるかに少なかった。多くの反応では、pHは約9.7にかなり安定に留まった。pHの速度は、約10の後で上がった。フライアッシュを添加すると、pHが最初は低下することにも気づいた。このpHにおける低下は、水酸化カルシウムの効果によりすみやかに打ち消される。反応からの真空乾燥されたスラリーのSEM画像から、フライアッシュの空孔のいくぶんかが、部分的に溶解された可能性があることを示していた。残りの空孔は、おそらくは、セメント質物質の中に包み込まれているようにも見えた。   Raising the pH of the seawater required much more fly ash than with distilled water. The first increase in pH (from pH 8 to pH 9) required much less fly ash compared to subsequently increasing the pH by the same magnitude. For many reactions, the pH remained fairly stable at about 9.7. The rate of pH increased after about 10. It was also noticed that the pH dropped initially when fly ash was added. This decrease in pH is quickly countered by the effect of calcium hydroxide. SEM images of the vacuum dried slurry from the reaction indicated that some of the fly ash vacancies may have been partially dissolved. The remaining vacancies also seemed to be encased in the cementitious material.

C.結論
淡水(蒸留水)においては、少量のクラスFのフライアッシュ(1g/L未満)によって直ちに、pHが7(中性)から約11にまで上昇するのが見られた。pHを上昇させるのに少量しか必要としないという最大の理由は、蒸留水が緩衝されていないことにあると思われる。海水は、炭酸塩系によって強度に緩衝されていて、そのために、pHのレベルを同様に上げるには、はるかに多くのフライアッシュが必要なのである。
C. Conclusion In fresh water (distilled water), a small amount of Class F fly ash (less than 1 g / L) was immediately seen to increase the pH from 7 (neutral) to about 11. The biggest reason that only a small amount is needed to raise the pH seems to be that the distilled water is not buffered. Seawater is strongly buffered by the carbonate system, so much more fly ash is required to raise the pH level as well.

実施例2:二価カチオンの供給源およびプロトン除去剤としてフライアッシュを使用した沈殿物質
手順
A.消和
1.フライアッシュ(322.04gのFAF11−001)を、500mLのプラスチック製反応容器の中に秤込んだ。
2.脱イオン水(320.92g)をその反応容器に加えて、フライアッシュ対水の比率が1:1になるようにした。
3.得られた混合物を撹拌して、均質なスラリーとした。
4.反応容器に蓋をして、テープを用いて密封した。
5.スラリーを24時間回転させた。
B.沈殿
1.脱イオン水(680mL,pH7.13)を、大きなスターラーバーを入れた2Lのプラスチック製反応容器に加え、250rpmで撹拌した。
2.撹拌しながら、消和されたスラリーを徐々に添加すると、反応混合物が得られるが、それは約320gフライアッシュ/Lの濃度であった。
3.pHレベルが安定(pH12.40)に達するまで撹拌を続けた。
4.反応混合物の中の可能な限り低い(スターラーバーを妨害しない)位置に設けたスパージャーを使用して、圧縮空気中15%のCO2を導入した(CO2:0.4scfh、圧縮空気:2.1scfh、合計:2.5scfh)。
5.反応容器にカバーをかけたが、ガスチューブとpHプローブのために僅かな隙間を残した。
6.pHを5時間にわたってモニターし、記録した。
7.その反応スラリーに十分なCO2(すなわち、XRFで測定したフライアッシュ中のCaO/MgOをベースとして約2倍当量)を添加した後で、(スパージャーを抜き出すことで)CO2の吹き込みを停止し、その反応容器を密封し、その沈殿反応混合物を一夜250rpmで撹拌しておいた。
Example 2: Precipitated material using fly ash as source of divalent cations and proton scavenger Consumption 1. Fly ash (322.04 g FAF11-001) was weighed into a 500 mL plastic reaction vessel.
2. Deionized water (320.92 g) was added to the reaction vessel so that the fly ash to water ratio was 1: 1.
3. The resulting mixture was stirred to a homogeneous slurry.
4). The reaction vessel was capped and sealed with tape.
5. The slurry was rotated for 24 hours.
B. Precipitation Deionized water (680 mL, pH 7.13) was added to a 2 L plastic reaction vessel with a large stirrer bar and stirred at 250 rpm.
2. Gradually adding the dehydrated slurry with stirring gave a reaction mixture that was at a concentration of about 320 g fly ash / L.
3. Stirring was continued until the pH level reached stability (pH 12.40).
4). Using a sparger located as low as possible in the reaction mixture (not disturbing the stirrer bar), 15% CO2 in the compressed air was introduced (CO2: 0.4 scfh, compressed air: 2.1 scfh) , Total: 2.5 scfh).
5. The reaction vessel was covered but left a slight gap for the gas tube and pH probe.
6). The pH was monitored and recorded over 5 hours.
7). After adding enough CO2 (ie, about 2 equivalents based on CaO / MgO in fly ash as measured by XRF) to the reaction slurry, stop blowing CO2 (by withdrawing the sparger), The reaction vessel was sealed and the precipitation reaction mixture was allowed to stir at 250 rpm overnight.

処理
1.一夜撹拌した後に測定した沈殿反応混合物のpHは、pH8.37であった。
2.撹拌を停止し、沈殿反応混合物の濾過を行った。
3.得られた沈殿物質を50℃で一夜かけて乾燥させた。
4.得られた上澄みを採取した。
Process 1. The pH of the precipitation reaction mixture measured after stirring overnight was pH 8.37.
2. Stirring was stopped and the precipitation reaction mixture was filtered.
3. The resulting precipitated material was dried at 50 ° C. overnight.
4). The resulting supernatant was collected.

分析
1.沈殿物質について、SEM、XRD、TGA、電量分析、およびFT−IRにより分析した。図3は、1000倍、2500倍、および6000倍に拡大した沈殿物質のSEM画像である。図4に、沈殿物質のXRDを提供する。図5に、沈殿物質のTGAを提供する。電量分析から、その沈殿物質には1.795%の炭素が含まれていることがわかった。
2.上澄みについて、アルカリ度および硬度を使用して分析した。
Analysis 1. The precipitated material was analyzed by SEM, XRD, TGA, coulometric analysis, and FT-IR. FIG. 3 is an SEM image of the precipitated material magnified 1000, 2500, and 6000 times. FIG. 4 provides an XRD of the precipitated material. FIG. 5 provides a TGA of the precipitated material. Coulometric analysis showed that the precipitated material contained 1.795% carbon.
2. The supernatant was analyzed using alkalinity and hardness.

Figure 2011524253
Figure 2011524253

実施例3:二価カチオンの供給源およびプロトン除去剤としてセメントキルンダストを使用した沈殿物質
手順
A.消和
1.セメントキルンダスト(318.01g)を、500mLのプラスチック製反応容器の中に秤込んだ。
2.脱イオン水(319.21g)をその反応容器に加えて、セメントキルンダスト対水の比率が1:1になるようにした。
3.得られた混合物を撹拌して、均質なスラリーとした。
4.反応容器に蓋をして、テープを用いて密封した。
5.スラリーを18時間回転させた。
B.沈殿
1.大きなスターラーバーを入れた2Lのプラスチック製反応容器の中で、脱イオン水(680mL)をセメントキルンダストの均質なスラリーと組み合わせると、1リットルあたり約318gのセメントキルンダストを含む反応混合物が得られた。
2.その反応混合物を、適切なpHレベル(pH12.41)に達するまで、250rpmで撹拌した。
3.反応混合物の中の可能な限り低い(スターラーバーを妨害しない)位置に設けたスパージャーを使用して、圧縮空気中15%のCO2を導入した(CO2:0.4scfh、圧縮空気:2.1scfh、合計:2.5scfh)。
4.反応容器にカバーをかけたが、ガスチューブとpHプローブのために僅かな隙間を残した。
5.圧縮空気中15%のCO2をその反応混合物に、一夜吹き込んだ。
6.(スパージャーを抜き出すことによって)CO2の吹き込みを停止し、反応容器を密閉して、その沈殿反応混合物を一夜250rpmで撹拌しておいた。
Example 3: Precipitation material procedure using cement kiln dust as source of divalent cations and proton scavenger Consumption 1. Cement kiln dust (318.01 g) was weighed into a 500 mL plastic reaction vessel.
2. Deionized water (319.21 g) was added to the reaction vessel so that the ratio of cement kiln dust to water was 1: 1.
3. The resulting mixture was stirred to a homogeneous slurry.
4). The reaction vessel was capped and sealed with tape.
5. The slurry was rotated for 18 hours.
B. Precipitation Combining deionized water (680 mL) with a homogeneous slurry of cement kiln dust in a 2 L plastic reaction vessel with a large stirrer bar gives a reaction mixture containing about 318 g cement kiln dust per liter. It was.
2. The reaction mixture was stirred at 250 rpm until the appropriate pH level (pH 12.41) was reached.
3. Using a sparger located as low as possible in the reaction mixture (not disturbing the stirrer bar), 15% CO2 in the compressed air was introduced (CO2: 0.4 scfh, compressed air: 2.1 scfh) , Total: 2.5 scfh).
4). The reaction vessel was covered but left a slight gap for the gas tube and pH probe.
5. 15% CO2 in compressed air was bubbled through the reaction mixture overnight.
6). The CO2 blowing was stopped (by withdrawing the sparger), the reaction vessel was sealed, and the precipitation reaction mixture was allowed to stir at 250 rpm overnight.

処理
1.一夜撹拌した後に測定した沈殿反応混合物のpHは、pH6.88であった。
2.撹拌を停止し、沈殿反応混合物の濾過を行った。
3.得られた沈殿物質を50℃で一夜かけて乾燥させた。
4.得られた上澄みを採取した。
Process 1. The pH of the precipitation reaction mixture measured after stirring overnight was pH 6.88.
2. Stirring was stopped and the precipitation reaction mixture was filtered.
3. The resulting precipitated material was dried at 50 ° C. overnight.
4). The resulting supernatant was collected.

分析
1.沈殿物質について、SEM、XRD、TGA、電量分析、および可溶性塩化物パーセントにより分析した。図6に、沈殿物質を、2,500倍に拡大したSEM画像を提供する。図7に、沈殿物質のXRDを提供する。図8に、沈殿物質のTGAを提供する。電量分析から、その沈殿物質には7.40%の炭素が含まれていることがわかった。沈殿物質中の可溶性塩化物パーセントは、2.916%の可溶性塩化物であることがわかった。
2.上澄みについて、アルカリ度および硬度を使用して分析した。
Analysis 1. The precipitated material was analyzed by SEM, XRD, TGA, coulometric analysis, and percent soluble chloride. FIG. 6 provides an SEM image of the precipitated material magnified 2,500 times. FIG. 7 provides an XRD of the precipitated material. FIG. 8 provides a TGA of the precipitated material. Coulometric analysis showed that the precipitated material contained 7.40% carbon. The percent soluble chloride in the precipitated material was found to be 2.916% soluble chloride.
2. The supernatant was analyzed using alkalinity and hardness.

Figure 2011524253
Figure 2011524253

実施例4:二価カチオンの供給源およびプロトン除去剤としてセメントキルンダストを使用した沈殿物質
手順
1.セメントキルンダスト(80g)を、1.5Lのプラスチック製反応容器の中に秤込んだ。
2.脱イオン水(1L)をその反応容器に加え、得られた混合物を250rpm(pH12.45)で撹拌した。
3.吸着カップを用いて反応混合物の底部に設けたスパージャーを使用して、圧縮空気中15%のCO2を導入した(CO2:0.3scfh、圧縮空気:2.0scfh、合計:2.3scfh)。
4.反応容器にカバーをかけたが、ガスとpHプローブのために僅かな隙間を残した。
5.pHを約4時間にわたってモニターし、記録した。
6.その沈殿反応混合物に十分なCO2(すなわち、XRFで測定したセメントキルンダスト中のCaO/MgOをベースとして約2倍当量)を添加した後で、CO2の吹き込みを停止し、その反応容器を密封し、その沈殿反応混合物を一夜250rpmで撹拌しておいた。
Example 4: Precipitation Material Procedure Using Cement Kiln Dust as Source of Divalent Cations and Proton Remover Cement kiln dust (80 g) was weighed into a 1.5 L plastic reaction vessel.
2. Deionized water (1 L) was added to the reaction vessel and the resulting mixture was stirred at 250 rpm (pH 12.45).
3. A sparger provided at the bottom of the reaction mixture using an adsorption cup was used to introduce 15% CO2 in compressed air (CO2: 0.3 scfh, compressed air: 2.0 scfh, total: 2.3 scfh).
4). The reaction vessel was covered but left a slight gap for the gas and pH probe.
5. The pH was monitored and recorded over about 4 hours.
6). After adding sufficient CO2 to the precipitation reaction mixture (ie, approximately 2 equivalents based on CaO / MgO in cement kiln dust as measured by XRF), CO2 blowing was stopped and the reaction vessel was sealed. The precipitation reaction mixture was allowed to stir at 250 rpm overnight.

サンプル処理
1.一夜撹拌した後で、その沈殿反応混合物のpHを測定した。
2.撹拌を停止し、沈殿反応混合物の濾過を行った。
3.得られた沈殿物質を40℃で一夜かけて乾燥させた。
4.得られた上澄みを採取した。
Sample processing After stirring overnight, the pH of the precipitation reaction mixture was measured.
2. Stirring was stopped and the precipitation reaction mixture was filtered.
3. The resulting precipitated material was dried at 40 ° C. overnight.
4). The resulting supernatant was collected.

分析
1.沈殿物質を、SEM、FT−IR、および電量分析により分析した。図9に、オーブン乾燥させた沈殿物質を、2,500倍に拡大したSEM画像を提供する。図10は、オーブン乾燥させた沈殿物質のFT−IRである。電量分析から、その沈殿物質には7.75%の炭素が含まれていることがわかった。
Analysis 1. The precipitated material was analyzed by SEM, FT-IR, and coulometric analysis. FIG. 9 provides an SEM image of the oven dried precipitate material magnified 2,500 times. FIG. 10 is an FT-IR of the oven dried precipitate material. Coulometric analysis showed that the precipitated material contained 7.75% carbon.

実施例5.沈殿物質および出発物質のδ13C値の測定
この実験においては、ボトル詰めの二酸化硫黄(SO2)ガスおよびボトル詰めの二酸化炭素(CO2)ガスおよび金属酸化物の廃棄物源としてのフライアッシュの混合物を使用して、炭酸塩含有沈殿物質を調製した。この手順は、密閉容器の中で実施した。
Example 5 FIG. Measurement of δ 13 C values of precipitated and starting materials In this experiment, a mixture of bottled sulfur dioxide (SO 2) gas and bottled carbon dioxide (CO 2) gas and fly ash as a waste source of metal oxides Was used to prepare a carbonate-containing precipitated material. This procedure was performed in a closed container.

出発物質は、市販のボトル詰めのSO2およびCO2ガス(SO2/CO2ガス、または「模擬煙道ガス」)、脱イオン水、および金属酸化物の廃棄物源としてのフライアッシュの混合物であった。   The starting material was a mixture of commercially bottled SO2 and CO2 gas (SO2 / CO2 gas, or "simulated flue gas"), deionized water, and fly ash as a source of metal oxide waste.

容器に脱イオン水を充満させた。消和した後のフライアッシュをその脱イオン水に加え、(アルカリ性の)pHと、CO2を大気中に放出することなく炭酸塩含有沈殿物質を沈殿させるのに適した二価カチオン濃度とを与えた。そのアルカリ性溶液から沈殿物質を沈殿させるのに適した速度と時間で、SO2/CO2ガスを吹き込んだ。反応成分が相互作用をするのに十分な時間のあいだ放置した後で、沈殿物質を残りの溶液(「沈殿反応混合物」)から分離すると、ウェットな沈殿物質と上澄みとが得られた。   The vessel was filled with deionized water. The dehydrated fly ash is added to the deionized water to give a (alkaline) pH and divalent cation concentration suitable for precipitating carbonate-containing precipitated material without releasing CO2 into the atmosphere. It was. SO2 / CO2 gas was blown at a rate and time suitable for precipitating the precipitated material from the alkaline solution. After leaving the reaction components for a sufficient amount of time to interact, the precipitated material was separated from the remaining solution (“precipitation reaction mixture”) to obtain a wet precipitated material and a supernatant.

プロセスの出発物質、沈殿物質、および上澄みのδ13C値を測定した。使用した分析システムは、Los Gatos Research製のもので、直接吸光光度法を使用して、2%〜20%の範囲のCO2の乾燥ガスについてのδ13Cおよび濃度データを与えるものであった。その測定器は、公知の同位体組成物を用いた標準の5%CO2ガスを使用して較正し、2M過塩素酸中で消化させたトラバーチンおよびIAEA大理石#20のサンプルから発生させたCO2を測定すると、文献記載の値から受容可能な測定誤差の範囲内であるような数値が得られた。CO2供給源のガスを、シリンジを使用してサンプリングした。そのCO2ガスを、ガス乾燥器(Perma Pure MD Gas Dryer、Model MD−110−48F−4、Nafion(登録商標)ポリマー製)の中を通過させてから、卓上型の市販の炭素同位元素分析システムの中に導入した。固形のサンプルはまず、加熱した過塩素酸(2MのHClO4)を用いて消化させた。CO2ガスが密閉した消化システムから発生し、次いでそのガス乾燥器の中を通過させた。そこから、ガスを捕集して、分析システムの中に注入して、δ13C値を得た。同様にして、上澄みも消化させてCO2ガスを発生させ、次いでそれを乾燥させてから、分析機器野中へ導入して、δ13Cデータを得た。 The δ 13 C values of the process starting material, the precipitated material, and the supernatant were measured. The analytical system used was from Los Gatos Research and used direct absorptiometry to give δ 13 C and concentration data for a CO 2 dry gas ranging from 2% to 20%. The instrument was calibrated using standard 5% CO2 gas with a known isotope composition, and CO2 generated from samples of travertine and IAEA marble # 20 digested in 2M perchloric acid. Measurements yielded numerical values that were within acceptable measurement error ranges from literature values. The CO2 source gas was sampled using a syringe. The CO 2 gas is passed through a gas dryer (Perma Pure MD Gas Dryer, Model MD-110-48F-4, made of Nafion® polymer), and then a desktop commercial carbon isotope analysis system Introduced in. The solid sample was first digested with heated perchloric acid (2M HClO4). CO2 gas was generated from the closed digestion system and then passed through the gas dryer. From there, gas was collected and injected into the analysis system to obtain a δ 13 C value. Similarly, the supernatant was also digested to generate CO2 gas, which was then dried and then introduced into the analytical instrument field to obtain δ 13 C data.

SO2/CO2ガス、金属酸化物の廃棄物源(すなわち、フライアッシュ)、炭酸塩含有沈殿物質、および上澄みの分析からの測定値を表5に示す。沈殿物質および上澄みにおけるδ13C値は、それぞれ、−15.88‰および−11.70‰である。反応のいずれの生成物のδ13C値も、SO2/CO2ガス(δ13C=−12.45‰)およびフライアッシュ(完全に燃焼されてガスになっていない幾分かの炭素を含む、δ13C=−17.46‰)が組み込まれていることを反映している。そのものが化石燃料の燃焼からの生成物である、フライアッシュは、使用したCO2よりもより大きなマイナスのδ13Cを有していたので、沈殿物質の総括的なδ13C値は、CO2そのものの値よりもよりマイナスが大きいことを反映している。この実施例は、炭酸塩含有組成物物質の中の炭素の本来的な供給源を確認するためにδ13C値を使用してもよいということを示している。 Measurements from analysis of SO2 / CO2 gas, metal oxide waste source (ie, fly ash), carbonate-containing precipitation material, and supernatant are shown in Table 5. The δ 13 C values in the precipitated material and the supernatant are -15.88 ‰ and -11.70 ‰, respectively. The δ 13 C value of any product of the reaction includes SO 2 / CO 2 gas (δ 13 C = -12.45 ‰) and fly ash (some carbon that is not completely burned to gas) (δ 13 C = −17.46 ‰) is incorporated. Since fly ash, which itself is a product from the combustion of fossil fuels, had a negative δ 13 C greater than the CO 2 used, the overall δ 13 C value of the precipitated material is CO 2 itself. This reflects that the negative value is larger than the value of. This example shows that the δ 13 C value may be used to identify the natural source of carbon in the carbonate-containing composition material.

Figure 2011524253
Figure 2011524253

実施例6.セメントの製造
A.セメント#1
1.原料物質の沈殿
1000mLのSanta Cruz Harborで採取した海水(pH=8.07、T=20.3℃)。海水に、1MのNaOHを滴下により添加。約pH10で、沈殿物の生成が開始した(反応混合物が濁ることから確認した)。NaOHの添加を続けても、pHは、pH約10.15よりも高くはならなかった。塩基の添加を停止すると、pHはより低いpH値に低下した。塩基を添加していくと、溶液が次第に濁ってきて、沈殿が進んでいることを示していた。約20分間後に、pHの低下が止まったので、塩基の添加を停止した。次いでその沈殿反応混合物を、Watman410の1μmフィルターを通して濾過し、濾液を凍結乾燥させた。
Example 6 Manufacturing of cement A. Cement # 1
1. Precipitation of raw material Seawater collected with 1000 mL Santa Cruz Harbor (pH = 8.07, T = 20.3 ° C.). Add 1M NaOH dropwise to seawater. At about pH 10, precipitate formation began (confirmed by the reaction mixture becoming cloudy). Even with the continued addition of NaOH, the pH did not rise above about pH 10.15. When the base addition was stopped, the pH dropped to a lower pH value. As the base was added, the solution gradually became cloudy, indicating that precipitation was progressing. After about 20 minutes, the pH drop stopped and the base addition was stopped. The precipitation reaction mixture was then filtered through a Watman 410 1 μm filter and the filtrate was lyophilized.

2.セメント
直前の記載に従って製造した凍結乾燥粉体を、フレッシュな蒸留水を滴下により添加することで水和させて、セメントペーストを形成させ、それを瑪瑙製の乳鉢および乳棒で約30秒間混合し、そのセメントペーストが、練り歯磨きの稠度になるようにした。そのペーストのpHを、pH試験紙を用いて測定すると、そのpHがpH11〜pH12の間であることが見出された。そのセメントペーストを成形して球とし、乳鉢の中に残し、(乳鉢と共に)適切なプラスチックバッグの中に1日間封入した。1日後には、そのセメントの球は、固くなり、乾燥させている間のスランプのために卵状の形状となっていた。
2. Cement The lyophilized powder produced according to the immediately preceding description is hydrated by the dropwise addition of fresh distilled water to form a cement paste, which is mixed for about 30 seconds with a smoked mortar and pestle, The cement paste had a toothpaste consistency. When the pH of the paste was measured using pH test paper, it was found that the pH was between pH 11 and pH 12. The cement paste was molded into spheres, left in a mortar, and sealed (with mortar) in a suitable plastic bag for 1 day. After one day, the cement spheres became hard and had an oval shape due to slumping while drying.

B.セメント#2
非晶質炭酸カルシウムマグネシウム(AMCC)、シリカフューム、バテライト、および水滑石(水酸化マグネシウム)からなるセメント粉体を、以下の質量比で配合した:3AMCC:5シリカフューム:7バテライト:0.2水滑石。
B. Cement # 2
Cement powder composed of amorphous calcium magnesium carbonate (AMCC), silica fume, vaterite, and water talc (magnesium hydroxide) was blended in the following mass ratio: 3AMCC: 5 silica fume: 7 vaterite: 0.2 water talc .

そのAMCCは、周囲温度で46,000ppmの塩度にまで濃縮された、海水脱塩プラントの副生物から沈殿させた。その濃縮された水性副生物に水酸化ナトリウムを添加して、pHが11を超えるようにして沈殿が開始されるまで加え、pHをpH11に維持できるように水酸化ナトリウムを添加することにより、AMCCの沈殿を起こさせた。そのAMCC沈殿物は、連続的に濾過をしてシステムから取り出し、凍結乾燥して貯蔵した。   The AMCC was precipitated from a by-product of a seawater desalination plant that was concentrated to a salinity of 46,000 ppm at ambient temperature. By adding sodium hydroxide to the concentrated aqueous by-product until the pH begins to precipitate above 11 and adding sodium hydroxide so that the pH can be maintained at pH 11, AMCC Caused precipitation. The AMCC precipitate was continuously filtered and removed from the system, lyophilized and stored.

シリカフュームは、商業的供給源から得た。   Silica fume was obtained from a commercial source.

バテライトは、温度約45℃で、2μmol/kgのLaCl3を用いて安定化させた海水から沈殿させた。脱塩装置で加工された海水は、取り入れた海水よりもすでに5〜10度温かかった。必要とされるならば、45℃にまでさらに加熱することを、バテライトを沈殿させるより前に、その海水をソーラーパネルの中を通過させることによって達成してもよい。   Vaterite was precipitated from seawater stabilized with 2 μmol / kg LaCl 3 at a temperature of about 45 ° C. The seawater processed by the desalinator was already 5-10 degrees warmer than the seawater taken. If required, further heating to 45 ° C. may be accomplished by passing the seawater through the solar panel prior to precipitating the vaterite.

水滑石もまた、商業的供給源から得た。   Water talc was also obtained from a commercial source.

水を上述の混合物に水:セメントの質量比が0.4:1.0(L/S=0.4)となるように添加して、アルカリ性のpHを有する、使い物になるペーストを形成させた。そのペーストは約1時間後には増粘し、2時間までに凝結して硬化セメントとなる。そのセメントでは、さらに数週間後には、その圧縮強度の90%以上が得られた。   Water is added to the above mixture so that the water: cement mass ratio is 0.4: 1.0 (L / S = 0.4) to form a useful paste having an alkaline pH. It was. The paste thickens after about 1 hour and sets by 2 hours to become a hardened cement. With that cement, more than 90% of its compressive strength was obtained after several weeks.

C.セメント#3
あられ石、非晶質炭酸カルシウムマグネシウム(AMCC)、およびフライアッシュからなるセメント粉体を、以下の質量比で配合した:4あられ石:3AMCC:3シリカフューム:0.4ベトニーズクレー(Betonies Clay)。
C. Cement # 3
Cement powder consisting of aragonite, amorphous calcium magnesium carbonate (AMCC), and fly ash was blended in the following mass ratios: 4 aragonite: 3AMCC: 3 silica fume: 0.4 Betonies Clay .

そのあられ石は、60℃で46,000ppmの塩度にまで濃縮された、海水脱塩プラントの副生物から沈殿させた。脱塩装置で加工された海水は、取り入れた海水よりもすでに5〜10度温かかった。必要とされるならば、60℃にまでさらに加熱することを、あられ石を沈殿させるより前に、その水をソーラーパネルの中を通過させることによって達成してもよい。その水に水酸化ナトリウムを添加して、pHが9を超えるようにして沈殿が開始されるまで加え、pHがpH9に維持できるように水酸化ナトリウムを添加することにより、その沈殿を起こさせた。そのあられ石の沈殿物は、連続的に濾過をしてシステムから取り出し、凍結乾燥して貯蔵した。   The aragonite was precipitated from a by-product of a seawater desalination plant that was concentrated to a salinity of 46,000 ppm at 60 ° C. The seawater processed by the desalinator was already 5-10 degrees warmer than the seawater taken. If required, further heating to 60 ° C. may be accomplished by passing the water through the solar panel before allowing the stones to settle. Sodium hydroxide was added to the water until the pH was above 9 until precipitation was initiated, and sodium hydroxide was added to maintain the pH at pH 9 to cause the precipitation. . The aragonite precipitate was removed from the system by continuous filtration, lyophilized and stored.

そのAMCCは、周囲温度で46,000ppmの塩度にまで濃縮された、海水脱塩プラントの副生物から沈殿させる。その水に水酸化ナトリウムを添加して、pHが11を超えるようにして沈殿が開始されるまで加え、pHをpH11に維持できるように水酸化ナトリウムを添加することにより、その沈殿を起こさせた。そのAMCC沈殿物は、連続的に濾過をしてシステムから取り出し、凍結乾燥して貯蔵した。   The AMCC is precipitated from a by-product of a seawater desalination plant that is concentrated to a salinity of 46,000 ppm at ambient temperature. Sodium hydroxide was added to the water and added until precipitation was initiated such that the pH exceeded 11, and the precipitation was caused by adding sodium hydroxide so that the pH could be maintained at pH 11. . The AMCC precipitate was continuously filtered and removed from the system, lyophilized and stored.

フライアッシュは、石炭専焼火力発電所供給源から得た。   Fly ash was obtained from a coal-fired thermal power plant source.

水を上述の混合物に水:セメントの質量比が0.25:1.0(L/S=0.25)となるように添加して、アルカリ性のpHを有する、使い物になるペーストを形成させた。そのペーストは約1時間後には増粘し、約2時間までに凝結して硬化セメントとなった。そのセメントでは、さらに数週間後には、その圧縮強度の約90%以上が得られた。   Water is added to the above mixture so that the water: cement mass ratio is 0.25: 1.0 (L / S = 0.25) to form a useful paste having an alkaline pH. It was. The paste thickened after about 1 hour and set to about hardened cement by about 2 hours. With the cement, more than about 90% of its compressive strength was obtained after several weeks.

実施例7:沈殿物質を含む水硬セメントモルタルの立方体の圧縮強度
水硬セメントモルタルの立方体を調製し、ASTM C109に従って圧縮強度の試験をした。下の表6に見られるように、水硬セメントモルタルの立方体を、100%OPC、80%OPC4−1+20%フライアッシュ、80%OPC4−1+20%PPT1、80%OPC4−1+20%PPT2、おおび50%OPC+50%PPT2の組成で調製したが、ここでPPT1およびPPT2は、実施例2において調製した沈殿物質である。OPCと沈殿物質のブレンド物は乾燥状態で混合し、その後で水と組み合わせた(w/c=0.50)。100%OPCもまた、水/セメントの比率が0.50で、水と組み合わせた。
Example 7: Compressive strength of hydraulic cement mortar cubes containing precipitated material Hydraulic cement mortar cubes were prepared and tested for compressive strength according to ASTM C109. As can be seen in Table 6 below, the cubes of hydraulic cement mortar were divided into 100% OPC, 80% OPC4-1 + 20% fly ash, 80% OPC4-1 + 1 + 20% PPT1, 80% OPC4-1 + 20% PPT2, and 50. Prepared with a composition of% OPC + 50% PPT2, where PPT1 and PPT2 are the precipitated materials prepared in Example 2. The blend of OPC and precipitated material was mixed dry and then combined with water (w / c = 0.50). 100% OPC was also combined with water with a water / cement ratio of 0.50.

Figure 2011524253
Figure 2011524253

表6に示したデータから明らかなように、沈殿物質を含む水硬セメントモルタルの立方体の圧縮強度は、一般的には、OPC単独の水硬セメントモルタルの立方体と同等か、またはそれより良好である。   As is evident from the data shown in Table 6, the compressive strength of hydraulic cement mortar cubes containing precipitated material is generally equal to or better than that of OPC alone hydraulic cement mortar cubes. is there.

実施例8:沈殿物質からの骨材の調製
Wabash油圧プレス(Model No.:75−24−2TRM;ca.1974)の鋼製金型をきれいにし、プラテンを予熱して、プラテン表面(金型キャビティおよびパンチを含む)を最低で1時間、90℃となるようにした。
Example 8: Preparation of Aggregate from Precipitated Material Clean the steel mold of a Wabash hydraulic press (Model No .: 75-24-2TRM; ca. 1974), preheat the platen, and platen surface (mold (Including cavity and punch) at 90 ° C. for a minimum of 1 hour.

実施例1からの沈殿物質のフィルターケーキのいくつかを、40℃で48時間かけて、シートパンの中でオーブン乾燥させ、次いで、ブレンダーの中で圧潰粉砕して、その粉砕物質がNo.8篩を通過するようにした。次いでその粉砕物質を、水と混合して、90〜95%が固形分で残りが添加した水(5〜10%)であるような混合物を得た。   Some of the precipitated material filter cakes from Example 1 were oven dried in a sheet pan at 40 ° C. for 48 hours and then crushed in a blender so that the crushed material was no. Passed 8 sieves. The ground material was then mixed with water to give a mixture where 90-95% was solids and the remainder added water (5-10%).

Wabashプレスの中の4インチ×8インチの金型に粉砕した沈殿物質の湿った混合物を充填し、その沈殿物質に64トン(4000psi)の圧力を約10秒間かけた。次いで圧力を開放し、金型を再び開けた。金型の側面に張り付いている沈殿物質を剥がして、金型の中心に移動させた。次いで、金型を再び閉じて、64トンの圧力を、合計して5分間かけた。次いで圧力を開放し、金型を再び開け、加圧した沈殿物質(今では骨材となっている)を金型から取り出し、環境条件下で冷却させた。場合によっては、その骨材を金型から110℃のオーブン中の乾燥ラックに移し、16時間乾燥させてから、環境条件下で冷却させた。   A 4 inch x 8 inch mold in a Wabash press was filled with the wet mixture of ground precipitate material and 64 tons (4000 psi) of pressure was applied to the precipitate material for about 10 seconds. The pressure was then released and the mold was reopened. The precipitated material stuck to the side of the mold was peeled off and moved to the center of the mold. The mold was then closed again and 64 tons of pressure was applied for a total of 5 minutes. The pressure was then released, the mold was reopened, and the pressurized precipitated material (now an aggregate) was removed from the mold and allowed to cool under environmental conditions. In some cases, the aggregate was transferred from the mold to a drying rack in a 110 ° C. oven, allowed to dry for 16 hours, and then allowed to cool under environmental conditions.

上述の発明を、明確な理解を与える目的で、図面と実施例の方法によりいくぶん詳しく説明してきたが、本発明の教示を考慮すれば、添付された特許請求項の精神および範囲から逸脱することなく、ある種の変更および修正を加えることが可能であることは、当業者には容易に明らかであろう。したがって、これまでの記述は、本発明の原理を単に説明しているだけのものである。当業者ならば、本明細書において明確に記述または明示されていなくても、本発明の原理を具体化し、本発明の精神および範囲に含まれている各種の組立を工夫することが可能であろうということは認識されるであろう。さらに、本明細書において引用されたすべての実施例および条件の記述は、主として、読者が、技術を進歩させるための本発明の原理および、本願発明者らの寄与によるコンセプトを理解するのを助けることを意図しており、そのような特定の引用した実施例および条件に限定されるものではないと受け取られたい。さらに、本発明の原理、態様、および実施態様、さらにはそれらの具体例を引用した、本明細書におけるすべての陳述は、それらの構造的および機能的両方の等価物を包含することを意図している。さらに、そのような等価物には、現在公知の等価物、ならびに将来開発されるであろう等価物すなわち、構造とは関わりなく、同一の機能を発揮する各種の開発された要素、の両方が含まれることが意図されている。したがって、本発明の範囲が、本明細書に明示され、記述された例示的な実施態様に限定されることは意図されていない。意図されているのは、以下の特許請求項が、本発明の範囲を定義していること、およびそれらの特許請求項の範囲内の方法および構造、ならびにそれらの等価物が、それによって網羅されていることである。   Although the foregoing invention has been described in some detail by way of illustration and example for purposes of clarity of understanding, it will depart from the spirit and scope of the appended claims in view of the teachings of the present invention. It will be readily apparent to those skilled in the art that certain changes and modifications can be made. Accordingly, the foregoing description is merely illustrative of the principles of the invention. Those skilled in the art will be able to embody the principles of the invention and devise various assemblies that fall within the spirit and scope of the invention, even if not explicitly described or explicitly described herein. It will be appreciated. In addition, all examples and condition descriptions cited herein primarily help the reader to understand the principles of the invention for advancing technology and the concepts contributed by the inventors. It is intended that this should be taken as illustrative and not limiting to such specific cited examples and conditions. Moreover, all statements herein reciting principles, aspects, and embodiments of the invention, as well as specific examples thereof, are intended to encompass both structural and functional equivalents thereof. ing. Further, such equivalents include both currently known equivalents as well as equivalents that will be developed in the future, i.e., various developed elements that perform the same function regardless of structure. It is intended to be included. Accordingly, it is not intended that the scope of the invention be limited to the exemplary embodiments that are explicitly described and described herein. It is intended that the following claims define the scope of the invention and that methods and structures within the scope of those claims and their equivalents are covered thereby. It is that.

Claims (79)

a)水溶液を、工業プロセスからの金属酸化物の供給源と接触させる工程;
b)前記水溶液に、工業プロセスからの二酸化炭素の供給源からの二酸化炭素をチャージする工程;および
c)前記水溶液を大気圧下の沈殿条件に置いて、炭酸塩含有沈殿物質を生成させる工程;
を含む、方法。
a) contacting the aqueous solution with a source of metal oxide from an industrial process;
b) charging the aqueous solution with carbon dioxide from a source of carbon dioxide from an industrial process; and c) subjecting the aqueous solution to precipitation conditions at atmospheric pressure to produce a carbonate-containing precipitation material;
Including a method.
前記金属酸化物の供給源と前記二酸化炭素の供給源とが、同一の工業プロセスからのものである、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the metal oxide source and the carbon dioxide source are from the same industrial process. 前記水溶液を前記金属酸化物の供給源と接触させることを、前記水溶液に二酸化炭素の供給源をチャージすることよりも前に行わせる、請求項2に記載の方法。   The method of claim 2, wherein contacting the aqueous solution with the metal oxide source is performed prior to charging the aqueous solution with a carbon dioxide source. 前記水溶液を前記金属酸化物の供給源と接触させることを、前記水溶液に二酸化炭素の供給源をチャージするのと同時に行わせる、請求項2に記載の方法。   The method of claim 2, wherein contacting the aqueous solution with the source of metal oxide is performed simultaneously with charging the aqueous solution with a source of carbon dioxide. 前記水溶液を前記金属酸化物の供給源と接触させることと、前記水溶液に二酸化炭素の供給源をチャージすることと、前記水溶液を沈殿条件に置くこととを、同時に行わせる、請求項2に記載の方法。   3. The method of claim 2, wherein contacting the aqueous solution with the metal oxide source, charging the aqueous solution with a carbon dioxide source, and placing the aqueous solution in precipitation conditions are performed simultaneously. the method of. 前記金属酸化物の供給源と前記二酸化炭素の供給源とが、前記同一の廃棄物流を供給源とする、請求項3〜5のいずれか1項に記載の方法。   The method according to claim 3, wherein the metal oxide supply source and the carbon dioxide supply source are supplied from the same waste stream. 前記廃棄物流れが、石炭専焼火力発電所からの煙道ガスである、請求項6に記載の方法。   The method of claim 6, wherein the waste stream is flue gas from a coal-fired power plant. 前記石炭専焼火力発電所が、褐炭専焼火力発電所である、請求項7に記載の方法。   The method according to claim 7, wherein the coal-fired power plant is a lignite-fired power plant. 前記廃棄物流れが、セメントプラントからのキルン排出物である、請求項6に記載の方法。   The method of claim 6, wherein the waste stream is kiln emissions from a cement plant. 前記金属酸化物の供給源が、フライアッシュである、請求項7に記載の方法。   The method of claim 7, wherein the source of metal oxide is fly ash. 前記金属酸化物の供給源が、セメントキルンダストである、請求項9に記載の方法。   The method of claim 9, wherein the source of metal oxide is cement kiln dust. 前記廃棄物流れに、SOx、NOx、水銀、またはそれらの各種組合せがさらに含まれる、請求項6に記載の方法。   The method of claim 6, wherein the waste stream further comprises SOx, NOx, mercury, or various combinations thereof. 前記金属酸化物の供給源が、沈殿物質を生成させるための二価カチオンをさらに与える、請求項2に記載の方法。   The method of claim 2, wherein the source of metal oxide further provides a divalent cation for generating a precipitated material. 前記金属酸化物の供給源と前記水溶液との両方に、前記沈殿物質を生成させるための二価カチオンが含まれる、請求項2に記載の方法。   The method of claim 2, wherein both the metal oxide source and the aqueous solution include divalent cations for generating the precipitated material. 前記金属酸化物の供給源が、フライアッシュまたはセメントキルンダストである、請求項14に記載の方法。   15. The method of claim 14, wherein the source of metal oxide is fly ash or cement kiln dust. 前記水溶液が、ブライン、海水、または淡水を含む、請求項15に記載の方法。   The method of claim 15, wherein the aqueous solution comprises brine, seawater, or fresh water. 前記二価カチオンが、Ca2+、Mg2+、またはそれらの組合せを含む、請求項16に記載の方法。 The method of claim 16, wherein the divalent cation comprises Ca 2+ , Mg 2+ , or a combination thereof. 前記金属酸化物の供給源が、前記沈殿物質を生成させるためのプロトン除去剤を与える、請求項2に記載の方法。   The method of claim 2, wherein the source of metal oxide provides a proton scavenger to produce the precipitated material. 前記金属酸化物の供給源が、前記水溶液中においてCaO、MgO、またはそれらの組合せを水和させて、プロトン除去剤を与える、請求項18に記載の方法。   The method of claim 18, wherein the source of metal oxide hydrates CaO, MgO, or a combination thereof in the aqueous solution to provide a proton scavenger. 前記金属酸化物の供給源が、シリカをさらに与える、請求項18に記載の方法。   The method of claim 18, wherein the source of metal oxide further provides silica. 前記金属酸化物の供給源が、アルミナをさらに与える、請求項18に記載の方法。   The method of claim 18, wherein the source of metal oxide further provides alumina. 前記金属酸化物の供給源が、酸化第二鉄をさらに与える、請求項18に記載の方法。   The method of claim 18, wherein the source of metal oxide further provides ferric oxide. ボーキサイト加工からの赤泥または褐泥が、プロトン除去剤をさらに与える、請求項18に記載の方法。   19. The method of claim 18, wherein the red mud or brown mud from bauxite processing further provides a proton scavenger. プロトン除去に影響する電気化学的方法が、沈殿物質の生成をさらに与える、請求項18に記載の方法。   19. The method of claim 18, wherein the electrochemical method affecting proton removal further provides for the formation of a precipitated material. 前記水溶液(それから前記沈殿物質が生成する)から前記沈殿物質を分離することをさらに含む、請求項2に記載の方法。   The method of claim 2, further comprising separating the precipitated material from the aqueous solution from which the precipitated material is produced. 前記沈殿物質が、CaCO3を含む、請求項25に記載の方法。   26. The method of claim 25, wherein the precipitated material comprises CaCO3. CaCO3に、方解石、あられ石、バテライト、またはそれらの組合せが含まれる、請求項26に記載の方法。   27. The method of claim 26, wherein the CaCO3 includes calcite, aragonite, vaterite, or combinations thereof. 前記沈殿物質が、MgCO3をさらに含む、請求項26に記載の方法。   27. The method of claim 26, wherein the precipitation material further comprises MgCO3. 前記CaCO3が、あられ石を含み、前記MgCO3がネスケホナイトを含む、請求項28に記載の方法。   29. The method of claim 28, wherein the CaCO3 comprises aragonite and the MgCO3 comprises neskehonite. 前記沈殿物質を加工して建築材料を形成させることをさらに含む、請求項25に記載の方法。   26. The method of claim 25, further comprising processing the precipitated material to form a building material. 前記建築材料が、水硬セメントである、請求項30に記載の方法。   32. The method of claim 30, wherein the building material is hydraulic cement. 前記建築材料が、ポゾランセメントである、請求項30に記載の方法。   32. The method of claim 30, wherein the building material is pozzolanic cement. 前記建築材料が、骨材である、請求項30に記載の方法。   32. The method of claim 30, wherein the building material is aggregate. a)水溶液を、二酸化炭素を含む廃棄物流れおよび金属酸化物を含む供給源と接触させる工程、および
b)前記水溶液を沈殿条件に置いて、炭酸塩含有沈殿物質を生成させる工程;
を含む、方法。
a) contacting the aqueous solution with a waste stream comprising carbon dioxide and a source comprising a metal oxide; and b) subjecting the aqueous solution to precipitation conditions to produce a carbonate-containing precipitated material;
Including a method.
前記廃棄物流れが、石炭専焼火力発電所からの煙道ガスである、請求項34に記載の方法。   35. The method of claim 34, wherein the waste stream is flue gas from a coal-fired power plant. 前記石炭専焼火力発電所が、褐炭専焼火力発電所である、請求項35に記載の方法。   36. The method of claim 35, wherein the coal-fired power plant is a lignite-fired power plant. 前記金属酸化物の供給源が、フライアッシュである、請求項35に記載の方法。   36. The method of claim 35, wherein the metal oxide source is fly ash. 前記廃棄物流れが、セメントプラントからのキルン排出物である、請求項34に記載の方法。   35. The method of claim 34, wherein the waste stream is kiln emissions from a cement plant. 前記金属酸化物の供給源が、セメントキルンダストである、請求項38に記載の方法。   40. The method of claim 38, wherein the metal oxide source is cement kiln dust. 前記廃棄物流れに、SOx、NOx、水銀、またはそれらの各種組合せがさらに含まれる、請求項35または38に記載の方法。   39. The method of claim 35 or 38, wherein the waste stream further comprises SOx, NOx, mercury, or various combinations thereof. 前記沈殿物質を生成させるための二価カチオンが、前記金属酸化物の供給源、前記水溶液、またはそれらの組合せにより与えられる、請求項40に記載の方法。   41. The method of claim 40, wherein a divalent cation for generating the precipitated material is provided by the source of the metal oxide, the aqueous solution, or a combination thereof. 前記水溶液が、ブライン、海水、または淡水を含む、請求項41に記載の方法。   42. The method of claim 41, wherein the aqueous solution comprises brine, seawater, or fresh water. 前記二価カチオンが、Ca2+、Mg2+、またはそれらの組合せを含む、請求項42に記載の方法。 43. The method of claim 42, wherein the divalent cation comprises Ca 2+ , Mg 2+ , or a combination thereof. 前記金属酸化物の供給源が、前記沈殿物質を生成させるためのプロトン除去剤をさらに与える、請求項41に記載の方法。   42. The method of claim 41, wherein the source of metal oxide further provides a proton scavenger to produce the precipitated material. 前記金属酸化物の供給源が、前記水溶液中においてCaO、MgO、またはそれらの組合せを水和させて、プロトン除去剤を与える、請求項44に記載の方法。   45. The method of claim 44, wherein the source of metal oxide hydrates CaO, MgO, or a combination thereof in the aqueous solution to provide a proton scavenger. 前記金属酸化物の供給源が、シリカをさらに与える、請求項34に記載の方法。   35. The method of claim 34, wherein the source of metal oxide further provides silica. 前記金属酸化物の供給源が、アルミナをさらに与える、請求項34に記載の方法。   35. The method of claim 34, wherein the source of metal oxide further provides alumina. 前記金属酸化物の供給源が、酸化第二鉄をさらに与える、請求項34に記載の方法。   35. The method of claim 34, wherein the source of metal oxide further provides ferric oxide. ボーキサイト加工からの赤泥または褐泥が、プロトン除去剤をさらに与える、請求項44に記載の方法。   45. The method of claim 44, wherein the red mud or brown mud from bauxite processing further provides a proton scavenger. プロトン除去に影響する電気化学的方法が、沈殿物質の生成をさらに与える、請求項44に記載の方法。   45. The method of claim 44, wherein the electrochemical method affecting proton removal further provides for the formation of a precipitated material. 前記沈殿物質が、CaCO3を含む、請求項34に記載の方法。   35. The method of claim 34, wherein the precipitated material comprises CaCO3. CaCO3に、方解石、あられ石、バテライト、またはそれらの組合せが含まれる、請求項51に記載の方法。   52. The method of claim 51, wherein the CaCO3 comprises calcite, aragonite, vaterite, or combinations thereof. 前記水溶液(それから前記沈殿物質が生成する)から前記沈殿物質を分離することをさらに含む、請求項34に記載の方法。   35. The method of claim 34, further comprising separating the precipitated material from the aqueous solution from which the precipitated material is produced. 前記沈殿物質を加工して建築材料を形成させることをさらに含む、請求項53に記載の方法。   54. The method of claim 53, further comprising processing the precipitated material to form a building material. 前記建築材料が、水硬セメントである、請求項54に記載の方法。   55. The method of claim 54, wherein the building material is hydraulic cement. 前記建築材料が、ポゾランセメントである、請求項54に記載の方法。   55. The method of claim 54, wherein the building material is pozzolanic cement. 前記建築材料が、骨材である、請求項54に記載の方法。   55. The method of claim 54, wherein the building material is aggregate. 合成炭酸カルシウムを含むシリカ質組成物であって、
前記炭酸カルシウムが、方解石、あられ石、およびバテライトから選択される少なくとも二つの形態で存在している、
組成物。
A siliceous composition comprising synthetic calcium carbonate,
The calcium carbonate is present in at least two forms selected from calcite, aragonite, and vaterite;
Composition.
前記炭酸カルシウムの少なくとも二つの形態が、方解石およびあられ石である、請求項58に記載の組成物。   59. The composition of claim 58, wherein the at least two forms of calcium carbonate are calcite and aragonite. 方解石とあられ石とが、20:1の比率で存在している、請求項59に記載の組成物。   60. The composition of claim 59, wherein calcite and aragonite are present in a ratio of 20: 1. 炭酸カルシウムとシリカとが、少なくとも1:2の炭酸塩対シリカの比率で存在している、請求項60に記載の組成物。   61. The composition of claim 60, wherein the calcium carbonate and silica are present in a carbonate to silica ratio of at least 1: 2. 前記シリカの75%が、粒子サイズが45ミクロン未満の非晶質シリカである、請求項60に記載の組成物。   61. The composition of claim 60, wherein 75% of the silica is amorphous silica having a particle size of less than 45 microns. シリカ粒子が、合成炭酸カルシウムまたは合成炭酸マグネシウムによって、全面的または部分的に封入されている、請求項60に記載の組成物。   61. The composition of claim 60, wherein the silica particles are fully or partially encapsulated with synthetic calcium carbonate or synthetic magnesium carbonate. 合成炭酸カルシウムおよび合成炭酸マグネシウムを含むシリカ質組成物であって、
前記炭酸カルシウムが、方解石、あられ石、およびバテライトから選択される少なくとも一つの形態で存在しており、そして
炭酸マグネシウムが、ネスケホナイト、マグネサイト、およびハイドロマグネサイトから選択される少なくとも一つの形態で存在している、
組成物。
A siliceous composition comprising synthetic calcium carbonate and synthetic magnesium carbonate,
The calcium carbonate is present in at least one form selected from calcite, aragonite, and vaterite, and the magnesium carbonate is present in at least one form selected from neskehonite, magnesite, and hydromagnesite is doing,
Composition.
前記炭酸カルシウムがあられ石として存在し、前記炭酸マグネシウムがネスケホナイトとして存在している、請求項64に記載の組成物。   65. The composition of claim 64, wherein the calcium carbonate is present as olivine and the magnesium carbonate is present as neskehonite. シリカが、前記シリカ質組成物の20%以下である、請求項65に記載の組成物。   66. The composition of claim 65, wherein silica is 20% or less of the siliceous composition. シリカが、前記シリカ質組成物の10%以下である、請求項65に記載の組成物。   66. The composition of claim 65, wherein silica is 10% or less of the siliceous composition. シリカ粒子が、合成炭酸カルシウムまたは合成炭酸マグネシウムによって、全面的または部分的に封入されている、請求項64に記載の組成物。   65. The composition of claim 64, wherein the silica particles are wholly or partially encapsulated with synthetic calcium carbonate or synthetic magnesium carbonate. a)金属酸化物の廃棄物源を消和させるために適合させた石灰消和機;
b)沈殿反応機;および
c)液固分離機;
を含み、
前記沈殿反応機が、前記石灰消和機と前記液固分離機との両方に操作可能に接続され、そしてさらに
前記システムが、1トン/日を超える量で炭酸塩含有沈殿物質を製造するように構成されている、
システム。
a) a lime sanitizer adapted to sanitize metal oxide waste sources;
b) a precipitation reactor; and c) a liquid-solid separator;
Including
The precipitation reactor is operatively connected to both the lime slaker and the liquid-solid separator, and further such that the system produces carbonate-containing precipitation material in an amount exceeding 1 ton / day. Configured to,
system.
前記システムが、10トン/日を超える量で炭酸塩含有沈殿物質を製造するように構成されている、請求項69に記載のシステム。   70. The system of claim 69, wherein the system is configured to produce carbonate-containing precipitated material in an amount greater than 10 tons / day. 前記システムが、100トン/日を超える量で炭酸塩含有沈殿物質を製造するように構成されている、請求項69に記載のシステム。   70. The system of claim 69, wherein the system is configured to produce carbonate-containing precipitated material in an amount greater than 100 tons / day. 前記システムが、1000トン/日を超える量で炭酸塩含有沈殿物質を製造するように構成されている、請求項69に記載のシステム。   70. The system of claim 69, wherein the system is configured to produce carbonate-containing precipitated material in an amount greater than 1000 tons / day. 前記システムが、10,000トン/日を超える量で炭酸塩含有沈殿物質を製造するように構成されている、請求項69に記載のシステム。   70. The system of claim 69, wherein the system is configured to produce carbonate-containing precipitated material in an amount greater than 10,000 tons / day. 前記石灰消和機が、スラリー滞留石灰消和機、ペースト石灰消和機、およびボールミル石灰消和機から選択される、請求項69に記載のシステム。   70. The system of claim 69, wherein the lime slaker is selected from a slurry dwell lime slaker, a paste lime slaker, and a ball mill lime slaker. 二酸化炭素の供給源をさらに含む、請求項69のいずれかのシステム。   70. The system of any of claims 69, further comprising a source of carbon dioxide. 前記二酸化炭素の供給源が、石炭専焼火力発電所またはセメントプラントからのものである、請求項65に記載のシステム。   66. The system of claim 65, wherein the source of carbon dioxide is from a coal-fired power plant or a cement plant. プロトン除去剤の供給源をさらに含む、請求項69のいずれかのシステム。   70. The system of any of claims 69, further comprising a source of proton scavenger. 二価カチオンの供給源をさらに含む、請求項69のいずれかのシステム。   70. The system of any of claims 69, further comprising a source of divalent cations. 前記液固分離機の固体生成物から建築材料を製造するように構成された、建築材料生成ユニットをさらに含む、請求項69のいずれかのシステム。   70. The system of any of claims 69, further comprising a building material generation unit configured to produce building material from the solid product of the liquid-solid separator.
JP2011514787A 2008-06-17 2009-06-17 Methods and systems for utilizing metal oxide waste sources Withdrawn JP2011524253A (en)

Applications Claiming Priority (21)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US7331908P 2008-06-17 2008-06-17
US61/073,319 2008-06-17
US7979008P 2008-07-10 2008-07-10
US61/079,790 2008-07-10
US8276608P 2008-07-22 2008-07-22
US61/082,766 2008-07-22
US8834008P 2008-08-12 2008-08-12
US61/088,340 2008-08-12
US8834708P 2008-08-13 2008-08-13
US61/088,347 2008-08-13
US10162608P 2008-09-30 2008-09-30
US61/101,626 2008-09-30
US12187208P 2008-12-11 2008-12-11
US61/121,872 2008-12-11
PCT/US2008/088246 WO2010074687A1 (en) 2008-12-23 2008-12-23 Low-energy electrochemical proton transfer system and method
PCT/US2008/088242 WO2010074686A1 (en) 2008-12-23 2008-12-23 Low-energy electrochemical hydroxide system and method
USPCT/US08/088246 2008-12-23
USPCT/US08/088242 2008-12-23
US12/344,019 2008-12-24
US12/344,019 US7887694B2 (en) 2007-12-28 2008-12-24 Methods of sequestering CO2
PCT/US2009/047711 WO2009155378A1 (en) 2008-06-17 2009-06-17 Methods and systems for utilizing waste sources of metal oxides

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2011524253A true JP2011524253A (en) 2011-09-01

Family

ID=43055308

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011514787A Withdrawn JP2011524253A (en) 2008-06-17 2009-06-17 Methods and systems for utilizing metal oxide waste sources

Country Status (7)

Country Link
EP (1) EP2207753A4 (en)
JP (1) JP2011524253A (en)
CN (1) CN101883736B (en)
AU (1) AU2009260036B2 (en)
BR (1) BRPI0915192A2 (en)
CA (1) CA2700715A1 (en)
WO (1) WO2009155378A1 (en)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012513944A (en) * 2007-12-28 2012-06-21 カレラ コーポレイション How to capture CO2
JP2013241513A (en) * 2012-05-18 2013-12-05 Teiisetto Kk Transparent infrared light-shielding film, transparent infrared light-shielding coating material and method for producing transparent infrared light-shielding coating material
JP2015510483A (en) * 2012-01-10 2015-04-09 オーバイト アルミナ インコーポレイテッドOrbite Aluminae Inc. Process to treat red mud
JP2015098431A (en) * 2013-08-29 2015-05-28 独立行政法人国立高等専門学校機構 High-purity silicate material comprising copper smelting slag as raw material and method of producing the same
JP2018508447A (en) * 2015-01-14 2018-03-29 アイメリーズ ユーエスエー,インコーポレーテッド Process for forming gypsum and magnesium carbonate by treatment of sulfur-containing fluids
JP2020158321A (en) * 2019-03-25 2020-10-01 住友大阪セメント株式会社 Method for producing cement raw material
KR102386741B1 (en) * 2021-09-30 2022-04-15 세움건설 주식회사 The system and method for manufacturing cement blocks capable of capturing carbon dioxide
KR20220157600A (en) * 2021-05-21 2022-11-29 세움건설 주식회사 CKD-based carbon dioxide storage cement manufacturing systems and methods
JP7470262B2 (en) 2022-03-28 2024-04-17 日本コンクリート工業株式会社 Carbon dioxide fixation device and carbon dioxide fixation method

Families Citing this family (60)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102600707B (en) 2006-03-10 2015-11-11 C-广思技术国际有限公司 Carbon dioxide separation materials and methods
EA200901435A1 (en) 2007-05-24 2010-06-30 Калера Корпорейшн HYDRAULIC CEMENTS CONTAINING COMPOSITIONS OF CARBONATE COMPOUNDS
US7993616B2 (en) 2007-09-19 2011-08-09 C-Quest Technologies LLC Methods and devices for reducing hazardous air pollutants
US20100239467A1 (en) 2008-06-17 2010-09-23 Brent Constantz Methods and systems for utilizing waste sources of metal oxides
US7993500B2 (en) 2008-07-16 2011-08-09 Calera Corporation Gas diffusion anode and CO2 cathode electrolyte system
KR20110038691A (en) 2008-07-16 2011-04-14 칼레라 코포레이션 Co2 utilization in electrochemical systems
WO2010039903A1 (en) 2008-09-30 2010-04-08 Calera Corporation Co2-sequestering formed building materials
US7815880B2 (en) 2008-09-30 2010-10-19 Calera Corporation Reduced-carbon footprint concrete compositions
US9061940B2 (en) 2008-09-30 2015-06-23 Calera Corporation Concrete compositions and methods
US8869477B2 (en) 2008-09-30 2014-10-28 Calera Corporation Formed building materials
US8501125B2 (en) * 2008-10-08 2013-08-06 Expansion Energy, Llc System and method of carbon capture and sequestration, environmental remediation, and metals recovery
US9133581B2 (en) 2008-10-31 2015-09-15 Calera Corporation Non-cementitious compositions comprising vaterite and methods thereof
WO2010093716A1 (en) 2009-02-10 2010-08-19 Calera Corporation Low-voltage alkaline production using hydrogen and electrocatlytic electrodes
CA2694959A1 (en) 2009-03-02 2010-09-02 Calera Corporation Gas stream multi-pollutants control systems and methods
WO2010104989A1 (en) 2009-03-10 2010-09-16 Calera Corporation Systems and methods for processing co2
MY161509A (en) * 2009-12-10 2017-04-28 Sca Hygiene Prod Ab Absorbent articles as carbon sinks
US8906156B2 (en) 2009-12-31 2014-12-09 Calera Corporation Cement and concrete with reinforced material
US8114214B2 (en) 2009-12-31 2012-02-14 Calera Corporation Methods and compositions using calcium carbonate
BR112013011349A2 (en) * 2010-11-09 2017-10-10 Digambar Pande Dhananjay system for adsorption and separation of suspended gas impurities from effluent gases and consequent product recovery
US8691175B2 (en) 2011-04-28 2014-04-08 Calera Corporation Calcium sulfate and CO2 sequestration
EP2702009A4 (en) 2011-04-28 2015-02-18 Calera Corp Methods and compositions using calcium carbonate and stabilizer
US9200375B2 (en) 2011-05-19 2015-12-01 Calera Corporation Systems and methods for preparation and separation of products
SA112330516B1 (en) 2011-05-19 2016-02-22 كاليرا كوربوريشن Electrochemical hydroxide systems and methods using metal oxidation
US8999057B2 (en) 2011-09-28 2015-04-07 Calera Corporation Cement and concrete with calcium aluminates
TWI466824B (en) * 2011-12-06 2015-01-01 Ind Tech Res Inst Method for reusing deactivated absorbent of carbon dioxide capture system and method for sequestrating carbon dioxide
US9714406B2 (en) 2012-09-04 2017-07-25 Blue Planet, Ltd. Carbon sequestration methods and systems, and compositions produced thereby
US20140370242A1 (en) 2013-03-15 2014-12-18 Blue Planet, Ltd. Highly reflective microcrystalline/amorphous materials, and methods for making and using the same
TWI633206B (en) 2013-07-31 2018-08-21 卡利拉股份有限公司 Electrochemical hydroxide systems and methods using metal oxidation
WO2015164589A1 (en) 2014-04-23 2015-10-29 Calera Corporation Methods and systems for utilizing carbide lime or slag
CA2946884C (en) * 2014-04-28 2022-08-02 Lixivia, Inc. Methods for producing alkaline earth carbonates
US10888836B2 (en) 2014-07-25 2021-01-12 Chemical and Metal Technologies LLC Extraction of target materials using CZTS sorbent
CN106574773B (en) * 2014-07-25 2019-11-01 化学和金属技术有限责任公司 The capture and collection device that discharge pollutants and its application method
US9957621B2 (en) 2014-09-15 2018-05-01 Calera Corporation Electrochemical systems and methods using metal halide to form products
WO2016077368A1 (en) 2014-11-10 2016-05-19 Calera Corporation Measurement of ion concentration in presence of organics
WO2016149365A1 (en) 2015-03-16 2016-09-22 Calera Corporation Ion exchange membranes, electrochemical systems, and methods
US10266954B2 (en) 2015-10-28 2019-04-23 Calera Corporation Electrochemical, halogenation, and oxyhalogenation systems and methods
US10236526B2 (en) 2016-02-25 2019-03-19 Calera Corporation On-line monitoring of process/system
WO2017189680A1 (en) 2016-04-26 2017-11-02 Calera Corporation Intermediate frame, electrochemical systems, and methods
CN106433850B (en) * 2016-09-21 2021-07-23 红河学院 Method for preparing cement kiln fuel by using aluminum electrolysis waste cathode
US10619254B2 (en) 2016-10-28 2020-04-14 Calera Corporation Electrochemical, chlorination, and oxychlorination systems and methods to form propylene oxide or ethylene oxide
CN107162034B (en) * 2017-06-28 2018-11-02 陕西煤业化工技术研究院有限责任公司 A kind of system and technique preparing nano-calcium carbonate and amino compound fertilizer using the coal chemical industry three wastes
WO2019060345A1 (en) 2017-09-19 2019-03-28 Calera Corporation Systems and methods using lanthanide halide
CN110097979B (en) * 2018-01-31 2022-11-18 中国辐射防护研究院 Graphite dust collecting device for ball bed high-temperature gas cooled reactor
US10590054B2 (en) 2018-05-30 2020-03-17 Calera Corporation Methods and systems to form propylene chlorohydrin from dichloropropane using Lewis acid
CN108543386A (en) * 2018-06-26 2018-09-18 贵阳铝镁设计研究院有限公司 A method of for purifying baking carbon product flue gas
CN109160516A (en) * 2018-08-20 2019-01-08 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 Using the method containing bittern water and solid waste joint trapping mineralization of carbon dioxide
CN108889251B (en) * 2018-08-20 2023-09-29 中国华能集团有限公司 Entrained-flow bed device and method for humidifying and mineralizing carbon dioxide
CN109126412B (en) * 2018-08-20 2022-01-14 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 Method for intensifying mineralization of carbon dioxide by using salt-containing wastewater
ES2947870T3 (en) * 2019-08-14 2023-08-23 Vecor Ip Holdings Ltd Process for the preparation of a granulated ceramic mix
CN110465177B (en) * 2019-09-27 2021-11-09 国家电投集团远达环保工程有限公司重庆科技分公司 Comprehensive utilization and treatment method for red mud
CN115443252A (en) 2020-02-25 2022-12-06 艾瑞莱克公司 Method and system for treating lime to form vaterite
CN111717928A (en) * 2020-04-24 2020-09-29 广西科学院 Method for preparing nano calcium carbonate by in-situ electrochemical precipitation technology
KR20230030619A (en) 2020-06-30 2023-03-06 아렐락, 인크. Methods and systems for forming vaterite from calcined limestone using an electric kiln
RU2744191C1 (en) * 2020-07-28 2021-03-03 Общество с ограниченной ответственностью "АЛЬФА-АЛЮМИНА" Complex for ash wastes processing
CN112557243B (en) * 2020-11-13 2021-11-19 瀚蓝绿电固废处理(佛山)有限公司 Method for analyzing selenium form in fly ash
US11717802B2 (en) 2021-03-04 2023-08-08 Energy And Environmental Research Center Foundation Methods of treating metal carbonate salts
US11858819B2 (en) 2021-03-04 2024-01-02 Energy And Environmental Research Center Foundation Methods of producing a syngas composition
CN117255710A (en) * 2021-04-14 2023-12-19 无碳化工控股有限责任公司 Methods and compositions for sequestering carbon dioxide
CN112973442B (en) * 2021-04-29 2021-08-03 东营金川水土环境工程有限公司 System and method for separating, converting and digesting carbon dioxide gas
CN114776073A (en) * 2022-05-06 2022-07-22 山东大学 Concrete microcrack grouting repair device based on industrial calcium-based solid waste and carbon dioxide tail gas and working method

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1243165B (en) * 1964-12-31 1967-06-29 Halomet Ag Process for obtaining pure metal chlorides
US3574530A (en) * 1967-10-02 1971-04-13 Pullman Inc Method of removing sulfur dioxide from waste gases
US4370307A (en) * 1980-02-29 1983-01-25 Martin Marietta Corporation Preparation of pure magnesian values
US5100633A (en) * 1985-11-07 1992-03-31 Passamaquoddy Technology Limited Partnership Method for scrubbing pollutants from an exhaust gas stream
US4931264A (en) * 1986-11-07 1990-06-05 Board Of Regents, The University Of Texas System Process for removing sulfur from sulfur-containing gases
US5037286A (en) * 1988-06-24 1991-08-06 Rolite, Inc. Incineration residue treatment apparatus
JPH07265688A (en) * 1994-03-31 1995-10-17 Agency Of Ind Science & Technol Method for fixing co2
US6071336A (en) * 1996-09-05 2000-06-06 Minerals Technologies Inc. Acicular calcite and aragonite calcium carbonate
US6623555B1 (en) * 2000-06-01 2003-09-23 Jukka P. Haverinen Composite precipitated calcium carbonate/silicon compound pigment and method of making same
US7100633B2 (en) * 2000-12-12 2006-09-05 Gabriel Lechuga Unitary pipe cover assembly for undersink pipes
WO2003086973A1 (en) * 2002-04-05 2003-10-23 Bertshell Pty Ltd Process and apparatus for use in preparing an aqueous magnesium bicarbonate solution
US7090868B2 (en) * 2002-09-13 2006-08-15 University Of Florida Materials and methods for drug delivery and uptake
US7947239B2 (en) * 2004-05-04 2011-05-24 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Carbon dioxide capture and mitigation of carbon dioxide emissions
WO2006008242A1 (en) * 2004-07-19 2006-01-26 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Process for producing caco3 or mgco3
JP4625294B2 (en) * 2004-09-09 2011-02-02 新日本製鐵株式会社 How to use carbon dioxide
JP2006075717A (en) * 2004-09-09 2006-03-23 Nippon Steel Corp Utilization method of carbon dioxide
US7727374B2 (en) * 2004-09-23 2010-06-01 Skyonic Corporation Removing carbon dioxide from waste streams through co-generation of carbonate and/or bicarbonate minerals
US20070217981A1 (en) * 2006-03-15 2007-09-20 Van Essendelft Dirk T Processes and systems for the sequestration of carbon dioxide utilizing effluent streams

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012513944A (en) * 2007-12-28 2012-06-21 カレラ コーポレイション How to capture CO2
JP2015510483A (en) * 2012-01-10 2015-04-09 オーバイト アルミナ インコーポレイテッドOrbite Aluminae Inc. Process to treat red mud
JP2013241513A (en) * 2012-05-18 2013-12-05 Teiisetto Kk Transparent infrared light-shielding film, transparent infrared light-shielding coating material and method for producing transparent infrared light-shielding coating material
JP2015098431A (en) * 2013-08-29 2015-05-28 独立行政法人国立高等専門学校機構 High-purity silicate material comprising copper smelting slag as raw material and method of producing the same
JP2018508447A (en) * 2015-01-14 2018-03-29 アイメリーズ ユーエスエー,インコーポレーテッド Process for forming gypsum and magnesium carbonate by treatment of sulfur-containing fluids
JP2020158321A (en) * 2019-03-25 2020-10-01 住友大阪セメント株式会社 Method for producing cement raw material
JP7167800B2 (en) 2019-03-25 2022-11-09 住友大阪セメント株式会社 Method for cleaning biomass combustion ash
KR20220157600A (en) * 2021-05-21 2022-11-29 세움건설 주식회사 CKD-based carbon dioxide storage cement manufacturing systems and methods
KR102638775B1 (en) 2021-05-21 2024-02-20 세움건설 주식회사 CKD-based carbon dioxide storage cement manufacturing systems and methods
KR102386741B1 (en) * 2021-09-30 2022-04-15 세움건설 주식회사 The system and method for manufacturing cement blocks capable of capturing carbon dioxide
JP7470262B2 (en) 2022-03-28 2024-04-17 日本コンクリート工業株式会社 Carbon dioxide fixation device and carbon dioxide fixation method

Also Published As

Publication number Publication date
CA2700715A1 (en) 2009-12-23
WO2009155378A1 (en) 2009-12-23
BRPI0915192A2 (en) 2019-04-16
AU2009260036B2 (en) 2013-10-24
AU2009260036A1 (en) 2009-12-23
EP2207753A4 (en) 2012-01-18
CN101883736A (en) 2010-11-10
CN101883736B (en) 2015-12-09
EP2207753A1 (en) 2010-07-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2011524253A (en) Methods and systems for utilizing metal oxide waste sources
US9260314B2 (en) Methods and systems for utilizing waste sources of metal oxides
US7754169B2 (en) Methods and systems for utilizing waste sources of metal oxides
US9061940B2 (en) Concrete compositions and methods
US7753618B2 (en) Rocks and aggregate, and methods of making and using the same
US20110277670A1 (en) Systems and methods for processing co2
US20100144521A1 (en) Rocks and Aggregate, and Methods of Making and Using the Same
US20120211421A1 (en) Systems and methods for processing co2
CA2670049C (en) Rocks and aggregate, and methods of making and using the same
WO2010132863A1 (en) Systems and methods for processing co2
JP2011527664A (en) Production of carbonate-containing compositions from metal-containing silicate materials
JP2012513944A (en) How to capture CO2
GB2461622A (en) Rocks and aggregate, and methods of making and using the same
JP7397085B2 (en) Carbonate aggregate compositions and methods for their manufacture and use
AU2010257401A1 (en) Processing CO2 utilizing a recirculating solution
EP3843876A1 (en) Geomass mediated carbon sequestration material production methods and systems for practicing the same
WO2013077892A2 (en) Concrete compositions and methods
TW201016599A (en) Methods and systems for utilizing waste sources of metal oxides
US20240116767A1 (en) Methods and Systems for Synthesizing Ammonia
WO2024081129A1 (en) Precipitated calcium carbonate (pcc) as feedstock in hydraulic cement production, and hydraulic cements produced therefrom
AU2009240866B1 (en) Rocks and aggregate, and methods of making and using the same
AU2009212868A1 (en) Rocks and aggregate, and methods of making and using the same

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20120904