JP2011527664A - Production of carbonate-containing compositions from metal-containing silicate materials - Google Patents

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セシリー ライアン,
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カスラ ファーサド,
シドニー オメロン,
フィル テゥート,
パウロ モンテイロ,
ゴードン イー. ジュニア ブラウン,
キャサリン ジェラミタ,
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Abstract

二酸化炭素源、二価カチオン含有溶液、およびプロトン除去剤源からのケイ素ベースの材料(例えば、ポゾラン材料)を含む炭酸塩含有組成物の製造方法が提供される。かかる方法で、二価カチオン含有溶液の二価カチオンは、含金属シリケート材料の温浸によって提供される。ケイ素ベースの材料をほとんどまたは全く含まない炭酸塩含有組成物の製造方法もまた提供される。かかる方法では、ケイ素ベースの材料(例えば、シリカ、未反応のまたは未温浸のシリケート、アルミノシリケートなど)が分離され、炭酸塩含有組成物とは別々に処理される。ケイ素ベースの材料と炭酸塩含有材料とは、ポゾラン材料を製造するために後段階でブレンドされ、ポゾラン材料はさらに処理され、例えば、ポルトランドセメントとブレンドされてもよい。A method for producing a carbonate-containing composition comprising a silicon-based material (eg, a pozzolanic material) from a carbon dioxide source, a divalent cation-containing solution, and a proton scavenger source is provided. In this way, the divalent cation of the divalent cation-containing solution is provided by digestion of the metal-containing silicate material. Also provided are methods of making carbonate-containing compositions that contain little or no silicon-based material. In such a method, a silicon-based material (eg, silica, unreacted or undigested silicate, aluminosilicate, etc.) is separated and treated separately from the carbonate-containing composition. The silicon-based material and the carbonate-containing material are blended at a later stage to produce a pozzolanic material, and the pozzolanic material may be further processed, eg, blended with Portland cement.

Description

関連出願の相互参照
本出願は、2008年7月10日出願の、米国仮特許出願第61/079,790号明細書の優先権を主張するものである。本出願はまた、それぞれが参照により本明細書に援用される、2009年6月17日出願の、米国特許出願第12/486,692号明細書および2008年12月24日出願の、米国特許出願第12/344,019号明細書の一部継続出願である。
This application claims priority to US Provisional Patent Application No. 61 / 079,790, filed Jul. 10, 2008. This application also includes US patent application Ser. No. 12 / 486,692 filed Jun. 17, 2009 and US Pat. Application filed Dec. 24, 2008, each of which is incorporated herein by reference. This is a continuation-in-part of application No. 12 / 344,019.

コンクリートは、世界で最も広く使用されるエンジニアリング材料である。コンクリートの現在の世界消費量は110億メートルトン/年であると推定される(Concrete、Microstructure、Properties and Materials(2006年、McGraw−Hill))。コンクリートは、その中に骨材の粒子または断片が埋め込まれた結合媒体の複合材料を意味する用語である。現在用いられているほとんどの建設コンクリートでは、結合媒体は、水硬性セメントと水との混合物から形成される。   Concrete is the most widely used engineering material in the world. The current global consumption of concrete is estimated to be 11 billion metric tons / year (Concrete, Microstructure, Properties and Materials (2006, McGraw-Hill)). Concrete is a term that refers to a composite material of a binding medium in which aggregate particles or fragments are embedded. In most construction concrete currently in use, the binding medium is formed from a mixture of hydraulic cement and water.

水硬性セメントは、水と組み合わせた後に固まる、および硬化する組成物である。硬化後に、水硬性セメントは、水中でさえ強度および安定性を保持する。この特性の重要な要件は、セメントの成分の水和から形成される水和物が水に本質的に不溶であることである。セメントは単独で用いられるか、または粗骨材および細骨材の両方の骨材と組み合わせて用いられてもよく、その場合に組成物は、それぞれ、コンクリートまたはモルタルと言われる。今日用いられるほとんどの水硬性セメントは、ポルトランドセメントをベースとしている。ポルトランドセメントは、二酸化炭素(CO)を放出し、主原料を新化合物へと化学的に化合させる高温プロセスで石灰石、ある種の粘土鉱物、および石膏から主として製造される。 Hydraulic cement is a composition that hardens and hardens after combination with water. After hardening, the hydraulic cement retains strength and stability even in water. An important requirement for this property is that the hydrate formed from the hydration of the components of the cement is essentially insoluble in water. The cement may be used alone or in combination with both coarse and fine aggregates, in which case the composition is referred to as concrete or mortar, respectively. Most hydraulic cements used today are based on Portland cement. Portland cement is produced primarily from limestone, certain clay minerals, and gypsum in a high temperature process that releases carbon dioxide (CO 2 ) and chemically combines the main raw materials into new compounds.

ポルトランドセメント製造および化石燃料ベースの発電(例えば、石炭火力発電所)などの他の工業プロセスからの二酸化炭素排出は、地球温暖化の現象に関与する。二酸化炭素および他の温室効果ガスの大気濃度上昇は、地表温度の上昇および急激な気候変動をもたらす大気内での熱のより大きい貯蔵を容易にする。加えて、大気中の二酸化炭素レベルの上昇は、二酸化炭素の溶解および炭酸の形成のために世界の海洋をさらに酸性化すると予期される。気候変動および海洋酸性化の影響は、タイムリーに取り扱われない場合には、経済的には高価となり、かつ、環境的には危険有害となる可能性が高い。様々な人為的プロセスからの二酸化炭素の隔離および回避は、気候変動のリスクを低減する可能性を提供する。   Carbon dioxide emissions from other industrial processes such as Portland cement production and fossil fuel-based power generation (eg, coal-fired power plants) are responsible for the phenomenon of global warming. Increasing the atmospheric concentration of carbon dioxide and other greenhouse gases facilitates greater storage of heat in the atmosphere resulting in increased surface temperature and rapid climate change. In addition, rising atmospheric carbon dioxide levels are expected to further acidify the world's oceans due to carbon dioxide dissolution and carbonation formation. The effects of climate change and ocean acidification are economically expensive and environmentally hazardous if not handled in a timely manner. Sequestration and avoidance of carbon dioxide from various anthropogenic processes offers the potential to reduce the risk of climate change.

本明細書に開示される本発明は、炭酸塩含有組成物を含金属シリケート材料から製造するための方法およびシステムによる二酸化炭素の隔離および回避を提供し、その組成物はコンクリートに使用されてもよい。   The invention disclosed herein provides carbon dioxide sequestration and avoidance by methods and systems for producing carbonate-containing compositions from metal-containing silicate materials, which compositions may be used in concrete. Good.

二価カチオンとSiOを含む材料とを生成するために含金属シリケート材料を水溶液で温浸する工程と;沈澱物を生成するために二価カチオンを溶解二酸化炭素と反応させる工程と;沈澱物を乾燥させる工程とを含む方法が提供される。かかる方法では、沈澱物を、一貫した粒度分布を有する微細粉末を形成するために乾燥させてもよい。本方法は、含金属シリケート材料を温浸する前に含金属シリケート材料を細かく砕く工程であって、含金属シリケート材料が岩石または鉱物を含み、さらに鉱物がオルトシリケート、イノシリケート、フィロシリケート、およびテクトシリケートを含む工程をさらに含んでもよい。オルトシリケート鉱物はかんらん石族鉱物を含み、フィロシリケート鉱物は蛇紋石族鉱物を含む。幾つかの実施形態では、含金属シリケート材料を温浸する工程は、二価カチオンとSiOを含む材料とを含む酸性溶液を生成するための酸での温浸を含む。酸は、HF、HCl、HBr、HI、HSO、HNO、HPO、クロム酸、HCO、酢酸、クエン酸、ギ酸、グルコン酸、乳酸、シュウ酸、酒石酸、アスコルビン酸、およびメルドラム酸からなる群から選択されてもよい。幾つかの実施形態では、酸はHClである。温浸後に、酸性溶液をプロトン除去剤と接触させてもよい。幾つかの実施形態では、酸性溶液はプロトン除去剤との接触によって塩基性溶液にされ、そのプロトン除去剤は、NaOH、KOH、Ca(OH)、およびMg(OH)からなる群から選択される水酸化物であってもよい。幾つかの実施形態では、水酸化物はNaOHである。幾つかの実施形態では、含金属シリケート材料を温浸する工程は、二価カチオンとSiOを含む材料とを含む塩基性溶液を生成するためのプロトン除去剤での温浸を含む。幾つかの実施形態では、温浸は、アルカリ土類金属カチオンを含む二価カチオンを提供する。幾つかの実施形態では、アルカリ土類金属カチオンは、Ca2+、Mg2+、またはそれらの組み合わせを含む。本方法は、沈澱物を単離する工程をさらに含んでもよい。幾つかの実施形態では、沈澱物は、液−固分離装置で塩基性溶液から単離され、その装置は連続、半回分、または回分プロセスで動作する。幾つかの実施形態では、沈澱物の単離は連続プロセスである。沈澱物をまた、微細粉末をもたらすために幾つかの実施形態では噴霧乾燥機で乾燥させてもよい。幾つかの実施形態では、微細粉末の少なくとも70%は所与の平均直径の±50ミクロンの範囲に入り、ここで所与の平均粒径は5〜500ミクロンである。幾つかの実施形態では、微細粉末の少なくとも70%は所与の平均直径の±50ミクロンの範囲に入り、ここで所与の平均粒径は50〜250ミクロンである。幾つかの実施形態では、微細粉末の少なくとも70%は所与の平均直径の±50ミクロンの範囲に入り、ここで所与の平均粒径は100〜200ミクロンである。沈澱物は幾つかの実施形態ではポゾラン材料を含んでもよいが;幾つかの実施形態では、本方法は、ポゾラン材料を沈澱物から製造する工程をさらに含む。そして、幾つかの実施形態では、本方法は、ポゾラン材料をセメントとブレンドする工程をさらに含む。 Digesting the metal-containing silicate material with an aqueous solution to produce a divalent cation and a material comprising SiO 2 ; reacting the divalent cation with dissolved carbon dioxide to produce a precipitate; And a step of drying. In such a method, the precipitate may be dried to form a fine powder with a consistent particle size distribution. The method is a step of comminuting the metal-containing silicate material prior to digestion of the metal-containing silicate material, wherein the metal-containing silicate material includes rocks or minerals, and the mineral is orthosilicate, inosilicate, phyllosilicate, and It may further include a step including tectosilicate. Orthosilicate minerals include olivine group minerals, and phyllosilicate minerals include serpentine group minerals. In some embodiments, digesting the metal-containing silicate material includes digestion with an acid to produce an acidic solution comprising a divalent cation and a material comprising SiO 2 . Acids are HF, HCl, HBr, HI, H 2 SO 4 , HNO 3 , H 3 PO 4 , chromic acid, H 2 CO 3 , acetic acid, citric acid, formic acid, gluconic acid, lactic acid, oxalic acid, tartaric acid, ascorbine It may be selected from the group consisting of acids and meldrum acids. In some embodiments, the acid is HCl. After digestion, the acidic solution may be contacted with a proton scavenger. In some embodiments, the acidic solution is made basic by contact with a proton scavenger, which proton scavenger is selected from the group consisting of NaOH, KOH, Ca (OH) 2 , and Mg (OH) 2. It may be a hydroxide. In some embodiments, the hydroxide is NaOH. In some embodiments, the step of digesting the material comprising metal silicates, including digestion with proton-removing agents to produce a basic solution containing a material containing a divalent cation and SiO 2. In some embodiments, digestion provides divalent cations including alkaline earth metal cations. In some embodiments, the alkaline earth metal cation comprises Ca 2+ , Mg 2+ , or a combination thereof. The method may further comprise the step of isolating the precipitate. In some embodiments, the precipitate is isolated from the basic solution in a liquid-solid separation apparatus, which operates in a continuous, semi-batch, or batch process. In some embodiments, the isolation of the precipitate is a continuous process. The precipitate may also be dried in a spray dryer in some embodiments to provide a fine powder. In some embodiments, at least 70% of the fine powder falls in the range of ± 50 microns of a given average diameter, where the given average particle size is 5 to 500 microns. In some embodiments, at least 70% of the fine powder falls in the range of ± 50 microns of a given average diameter, where the given average particle size is 50-250 microns. In some embodiments, at least 70% of the fine powder falls in the range of ± 50 microns of a given average diameter, where the given average particle size is 100-200 microns. The precipitate may include a pozzolanic material in some embodiments; however, in some embodiments, the method further includes producing a pozzolanic material from the precipitate. And in some embodiments, the method further comprises blending the pozzolanic material with cement.

二価カチオンとSiOを含む材料とを提供するために含金属シリケート材料を水溶液で温浸する工程と;SiOを含む材料を水溶液から分離する工程と;沈澱物を生成するために二価カチオンを溶解二酸化炭素と反応させる工程とを含む方法がまた提供される。本方法は、含金属シリケート材料を温浸する前に含金属シリケート材料を細かく砕く工程であって、含金属シリケート材料が岩石または鉱物を含み、さらに鉱物がオルトシリケート、イノシリケート、フィロシリケート、およびテクトシリケートを含む工程をさらに含んでもよい。オルトシリケート鉱物はかんらん石族鉱物を含み、フィロシリケート鉱物は蛇紋石族鉱物を含む。幾つかの実施形態では、含金属シリケート材料を温浸する工程は、二価カチオンとSiOを含む材料とを含む酸性溶液を生成するための酸での温浸を含む。酸は、HF、HCl、HBr、HI、HSO、HNO、HPO、クロム酸、HCO、酢酸、クエン酸、ギ酸、グルコン酸、乳酸、シュウ酸、酒石酸、アスコルビン酸、およびメルドラム酸からなる群から選択されてもよい。幾つかの実施形態では、酸はHClである。温浸後に、酸性溶液をプロトン除去剤と接触させる。幾つかの実施形態では、酸性溶液はプロトン除去剤との接触によって塩基性溶液にされ、そのプロトン除去剤は、NaOH、KOH、Ca(OH)、およびMg(OH)からなる群から選択される水酸化物であってもよい。幾つかの実施形態では、水酸化物はNaOHである。幾つかの実施形態では、含金属シリケート材料を温浸する工程は、二価カチオンとSiOを含む材料とを含む塩基性溶液を生成するためのプロトン除去剤での温浸を含む。幾つかの実施形態では、温浸は、アルカリ土類金属カチオンを含む二価カチオンを提供する。幾つかの実施形態では、アルカリ土類金属カチオンは、Ca2+、Mg2+、またはそれらの組み合わせを含む。SiOを含む材料を水溶液から分離する工程は、第1液−固分離装置での分離を含んでもよく、ここで第1液−固分離装置での分離は、連続、半回分、または回分プロセスである。本方法は、二価カチオンを溶解二酸化炭素と反応させた後に沈澱物を単離する工程をさらに含んでもよい。かかる方法では、沈澱物は、第2液−固分離装置で塩基性溶液から単離されてもよく、ここで第2液−固分離装置での沈澱物の単離は、連続、半回分、または回分プロセスである。幾つかの実施形態では、沈澱物の単離は連続プロセスである。分離されたSiOを含む材料と単離された沈澱物とはポゾラン材料を製造するために乾燥することなしに組み合わせられてもよい。分離されたSiOを含む材料または単離された沈澱物の1つをまた、ポゾラン材料を形成するために組み合わせる前に乾燥させてもよい。さらに、分離されたSiOを含む材料および単離された沈澱物のそれぞれを、ポゾラン材料を形成するために組み合わせる前に乾燥させてもよい。したがって、沈澱物、SiOを含む材料、または沈澱物およびSiOを含む材料の両方を噴霧乾燥材料を生成するために噴霧乾燥機で乾燥させてもよい。幾つかの実施形態では、噴霧乾燥材料の少なくとも70%は所与の平均粒径の±50ミクロンの範囲に入り、ここで所与の平均粒径は5〜500ミクロンである。幾つかの実施形態では、噴霧乾燥材料の少なくとも70%は所与の平均粒径の±50ミクロンの範囲に入り、ここで所与の平均粒径は50〜250ミクロンである。幾つかの実施形態では、噴霧乾燥材料の少なくとも70%は所与の平均粒径の±50ミクロンの範囲に入り、ここで所与の平均粒径は100〜200ミクロンである。本方法は、ポゾラン材料を火山灰、フライアッシュ、シリカヒューム、高反応性メタカオリン、または粉砕された顆粒の溶鉱炉スラグで強化する工程をさらに含んでもよい。方法は、ポゾラン材料をセメントとブレンドする工程をさらに含んでもよい。 Divalent to produce a precipitate; step and separating the material containing SiO 2 from the aqueous solution; step and digesting the material comprising metal silicates with an aqueous solution to provide a material comprising a divalent cation and SiO 2 Reacting cations with dissolved carbon dioxide is also provided. The method is a step of comminuting the metal-containing silicate material prior to digestion of the metal-containing silicate material, wherein the metal-containing silicate material includes rocks or minerals, and the mineral is orthosilicate, inosilicate, phyllosilicate, and It may further include a step including tectosilicate. Orthosilicate minerals include olivine group minerals, and phyllosilicate minerals include serpentine group minerals. In some embodiments, digesting the metal-containing silicate material includes digestion with an acid to produce an acidic solution comprising a divalent cation and a material comprising SiO 2 . Acids are HF, HCl, HBr, HI, H 2 SO 4 , HNO 3 , H 3 PO 4 , chromic acid, H 2 CO 3 , acetic acid, citric acid, formic acid, gluconic acid, lactic acid, oxalic acid, tartaric acid, ascorbine It may be selected from the group consisting of acids and meldrum acids. In some embodiments, the acid is HCl. After digestion, the acidic solution is contacted with a proton scavenger. In some embodiments, the acidic solution is made basic by contact with a proton scavenger, which proton scavenger is selected from the group consisting of NaOH, KOH, Ca (OH) 2 , and Mg (OH) 2. It may be a hydroxide. In some embodiments, the hydroxide is NaOH. In some embodiments, the step of digesting the material comprising metal silicates, including digestion with proton-removing agents to produce a basic solution containing a material containing a divalent cation and SiO 2. In some embodiments, digestion provides divalent cations including alkaline earth metal cations. In some embodiments, the alkaline earth metal cation comprises Ca 2+ , Mg 2+ , or a combination thereof. The step of separating the material comprising SiO 2 from the aqueous solution may include separation in a first liquid-solid separation device, wherein the separation in the first liquid-solid separation device is a continuous, semi-batch, or batch process. It is. The method may further comprise isolating the precipitate after reacting the divalent cation with dissolved carbon dioxide. In such a method, the precipitate may be isolated from the basic solution in a second liquid-solid separator, where the isolation of the precipitate in the second liquid-solid separator is continuous, semi-batch, Or a batch process. In some embodiments, the isolation of the precipitate is a continuous process. The material containing the separated SiO 2 and the isolated precipitate may be combined without drying to produce a pozzolanic material. One of the separated SiO 2 containing material or isolated precipitate may also be dried prior to combining to form a pozzolanic material. In addition, each of the separated SiO 2 containing material and the isolated precipitate may be dried before being combined to form a pozzolanic material. Thus, the precipitate may be dried in a spray drier to produce a material containing SiO 2, or precipitate and spray drying the material both materials including SiO 2,. In some embodiments, at least 70% of the spray-dried material falls within ± 50 microns of a given average particle size, where the given average particle size is between 5 and 500 microns. In some embodiments, at least 70% of the spray-dried material falls in the range of ± 50 microns of a given average particle size, where the given average particle size is 50-250 microns. In some embodiments, at least 70% of the spray-dried material falls in the range of ± 50 microns for a given average particle size, where the given average particle size is between 100 and 200 microns. The method may further comprise fortifying the pozzolanic material with volcanic ash, fly ash, silica fume, highly reactive metakaolin, or ground granulated blast furnace slag. The method may further comprise blending the pozzolanic material with the cement.

前述の方法のいずれかによって製造される組成物がまた提供される。合成炭酸塩、ケイ素ベースの材料、および合成鉄ベースの材料を含む組成物がまた提供される。合成炭酸塩は、アルチナイト、マグネサイト、ハイドロマグネサイト、ネスケホン石、およびランスフォルダイトからなる群から選択される炭酸マグネシウムを含んでもよい。幾つかの実施形態では、合成炭酸塩はネスケホン石を含む。組成物は、非晶質シリカなどのシリカを含む、35%以下のケイ素ベースの材料を含んでもよい。鉄ベースの材料は、塩化鉄または炭酸鉄を含んでもよい。合成炭酸塩は、方解石、アラゴナイト、およびバテライトからなる群から選択される炭酸カルシウムをさらに含んでもよい。幾つかの実施形態では、組成物はセメントをさらに含み、ここで組成物の80%以下がセメントからなり、組成物の55%以下がケイ素ベースの材料からなる。組成物の幾つかは建設資材を構成するが、幾つかは建設資材での使用に好適である。かかる建設資材には、セメント、骨材、セメント系材料、または補足セメント系材料が含まれるが、それらに限定されない。   Compositions made by any of the foregoing methods are also provided. Compositions comprising synthetic carbonates, silicon-based materials, and synthetic iron-based materials are also provided. The synthetic carbonate may include magnesium carbonate selected from the group consisting of alunite, magnesite, hydromagnesite, Neskehonite, and Lancefrite. In some embodiments, the synthetic carbonate comprises nesquehonite. The composition may comprise up to 35% silicon-based material, including silica, such as amorphous silica. The iron-based material may include iron chloride or iron carbonate. The synthetic carbonate may further include calcium carbonate selected from the group consisting of calcite, aragonite, and vaterite. In some embodiments, the composition further comprises cement, wherein 80% or less of the composition comprises cement and 55% or less of the composition comprises a silicon-based material. Some of the compositions constitute construction materials, but some are suitable for use in construction materials. Such construction materials include, but are not limited to, cement, aggregate, cementitious material, or supplemental cementitious material.

含金属シリケート材料を処理するための処理装置;沈澱物を沈澱させるための沈澱反応器;および沈澱物を沈澱反応混合物から分離するための液−固分離機を含むシステムであって、沈澱反応器が処理装置および液−固分離機の両方と操作可能なように接続されているシステムがまた提供される。かかるシステムでは、処理装置は、含金属シリケート材料を細かく砕くためのサイズ縮小ユニットであって、ボールミルまたはジェットミルを含むサイズ縮小ユニットを含む。処理装置は、含金属シリケート材料を温浸するための温浸器であって、縮小サイズを有する含金属シリケート材料を受け入れるために配置構成されている温浸器をさらに含んでもよい。温浸器は、酸源から酸、プロトン除去剤現からプロトン除去剤、またはそれらの組み合わせを受け入れるためにさらに配置構成されてもよい。かかるシステムの沈澱反応器は、温浸された含金属シリケート材料を受け入れるために配置構成されてもよい。加えて、沈澱反応器は、二酸化炭素の工業源から二酸化炭素を受け入れるためにさらに配置構成されてもよい。かかるシステムの液−固分離機は、沈澱反応器から沈澱反応混合物を受け入れるために配置構成されてもよい。液−固分離機は、沈澱物を沈澱反応混合物から分離するためにさらに配置構成されてもよい。本システムは、乾燥沈澱物を生成するための乾燥機をさらに含んでもよく、その乾燥機は、液−固分離機から沈澱物を含むスラリーを受け入れるために配置構成された噴霧乾燥機であってもよい。幾つかの実施形態では、噴霧乾燥機は、乾燥沈澱物の少なくとも70%が所与の平均粒径の±50ミクロンの範囲に入り、ここで所与の平均粒径が5〜500ミクロンである、乾燥沈澱物を生成するために配置構成される。幾つかの実施形態では、噴霧乾燥機は、乾燥沈澱物の少なくとも70%が所与の平均粒径の±50ミクロンの範囲に入り、ここで所与の平均粒径が50〜250ミクロンである、乾燥沈澱物を生成するために配置構成される。幾つかの実施形態では、噴霧乾燥機は、乾燥沈澱物の少なくとも70%が所与の平均直径の±50ミクロンの範囲に入り、ここで所与の平均粒径が100〜200ミクロンである、乾燥沈澱物を生成するために配置構成される。噴霧乾燥機はまた、石炭火力発電所からの煙道ガスを含む、工業的な二酸化炭素源からの廃熱を利用するためにさらに配置構成されてもよい。噴霧乾燥機は、熱減損した工業的な二酸化炭素源を沈澱反応器に提供するためにさらに配置構成されてもよい。   A system comprising: a processing apparatus for treating a metal-containing silicate material; a precipitation reactor for precipitating a precipitate; and a liquid-solid separator for separating the precipitate from the precipitation reaction mixture. Is also provided that is operably connected to both the processing unit and the liquid-solid separator. In such a system, the processing apparatus includes a size reduction unit for comminuting the metal-containing silicate material, including a ball mill or a jet mill. The processing apparatus may further include a digester for digesting the metal-containing silicate material, the digester being arranged to receive the metal-containing silicate material having a reduced size. The digester may be further arranged to accept an acid from the acid source, a proton remover from the proton source, or a combination thereof. The precipitation reactor of such a system may be configured to receive a digested metal-containing silicate material. In addition, the precipitation reactor may be further configured to accept carbon dioxide from an industrial source of carbon dioxide. The liquid-solid separator of such a system may be configured to accept the precipitation reaction mixture from the precipitation reactor. The liquid-solid separator may be further arranged to separate the precipitate from the precipitation reaction mixture. The system may further include a dryer for producing a dry precipitate, the dryer being a spray dryer configured to receive the slurry containing the precipitate from the liquid-solid separator. Also good. In some embodiments, the spray dryer is such that at least 70% of the dried precipitate falls within a range of ± 50 microns of a given average particle size, where the given average particle size is 5 to 500 microns. Arranged to produce a dry precipitate. In some embodiments, the spray dryer is such that at least 70% of the dried precipitate falls within ± 50 microns of a given average particle size, where the given average particle size is 50-250 microns. Arranged to produce a dry precipitate. In some embodiments, the spray dryer is such that at least 70% of the dried precipitate falls in the range of ± 50 microns of a given average diameter, where the given average particle size is 100-200 microns. Arranged to produce a dry precipitate. The spray dryer may also be further configured to utilize waste heat from industrial carbon dioxide sources, including flue gas from coal-fired power plants. The spray dryer may be further arranged to provide a heat depleted industrial carbon dioxide source to the precipitation reactor.

さらに、ポゾラン材料を製造するためのシステムおよび方法が提供される。本発明の態様は、SiOを含む炭酸塩含有沈澱物を二価カチオン含有溶液から沈澱させる工程と、得られた沈澱物からポゾラン材料を製造する工程とを含む。苦鉄質鉱物(例えば、かんらん石)を、二価カチオン含有溶液(例えば、海水)と接触させ、プロトン除去剤を二価カチオン含有溶液に添加することによって炭酸塩含有沈澱物を生成し、そしてSiOを含む得られた炭酸塩含有沈澱物からポゾラン材料を製造してもよい。SiOは、少なくとも部分的に非晶質であってもよく、様々な実施形態でゲルをまた含んでもよい。幾つかの実施形態では、二価カチオン含有溶液は、苦鉄質鉱物を二価カチオン含有溶液と接触させる前にまたは接触させながら、例えば、COを含むガス流れを、二価カチオン含有溶液中にバブリングさせることによって酸性化されてもよい。ガス流れは、煙道ガスなどの排ガスを含んでもよい。幾つかの実施形態では、排ガスは、二価カチオン含有溶液を酸性化するために使用される前に噴霧乾燥機で使用される。同じ噴霧乾燥機が炭酸塩含有沈澱物を乾燥させるために使用されてもよい。幾つかの実施形態では、本方法は、炭酸塩含有沈澱物を生成するために、鉄のような遷移金属などの、炭酸塩促進剤を二価カチオン含有溶液に添加する工程をさらに含む。炭酸塩含有沈澱物は、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウムマグネシウム、またはそれらの混合物を含んでもよい。ポゾラン材料の製造には、炭酸塩とSiOとを含む沈澱物の混合物の乾燥が含まれてもよい。 In addition, systems and methods for manufacturing pozzolanic materials are provided. Embodiments of the present invention include the steps of precipitating a carbonate-containing precipitate comprising SiO 2 from a divalent cation-containing solution and producing a pozzolanic material from the resulting precipitate. Contacting a mafic mineral (eg, olivine) with a divalent cation-containing solution (eg, seawater) and adding a proton scavenger to the divalent cation-containing solution to produce a carbonate-containing precipitate; A pozzolanic material may be produced from the resulting carbonate-containing precipitate containing SiO 2 . SiO 2 may be at least partially amorphous and may also include a gel in various embodiments. In some embodiments, the divalent cation-containing solution is, for example, a gas stream comprising CO 2 in the divalent cation-containing solution before or while contacting the mafic mineral with the divalent cation-containing solution. It may be acidified by bubbling. The gas stream may include exhaust gas such as flue gas. In some embodiments, the exhaust gas is used in a spray dryer before being used to acidify the divalent cation-containing solution. The same spray dryer may be used to dry the carbonate-containing precipitate. In some embodiments, the method further comprises adding a carbonate promoter, such as a transition metal such as iron, to the divalent cation-containing solution to produce a carbonate-containing precipitate. The carbonate containing precipitate may comprise calcium carbonate, magnesium carbonate, calcium magnesium carbonate, or a mixture thereof. Production of the pozzolanic material may include drying a mixture of precipitates comprising carbonate and SiO 2 .

ポゾラン材料の製造システムがまた提供され、そのシステムは、二価カチオン含有溶液をそのボトム部分へ受け入れるために配置構成される苦鉄質鉱物含有垂直カラム;プロトン除去剤源からプロトン除去剤と垂直カラムのトップ部分からの二価カチオン含有溶液とを受け入れるために配置構成される第1反応容器;第1反応容器から第1沈澱物を受け入れるために配置構成される第1液−固分離機、ならびに第1液−固分離機から第1沈澱物を受け入れるために配置構成される噴霧乾燥機を含んでもよい。反応容器は、幾つかの実施形態では、炭酸塩促進剤を受け入れるためにさらに配置構成されてもよい。噴霧乾燥機はまた、排ガスを受け入れるために配置構成されてもよく、垂直カラムは、噴霧乾燥機から排ガスを受け入れるために配置構成されてもよい。幾つかの実施形態では、第2液−固分離機が垂直カラムのトップ部分と第1反応容器との間で流体連結している。これらの実施形態の幾つかでは、システムは、第2液−固分離機から第2沈澱物を受け入れるために配置構成された沈澱物洗浄機をさらに含んでもよい。システムは、第1液−固分離機から二価カチオン含有溶液を受け入れるために配置構成された第2反応容器をさらに含んでもよく、これらの実施形態の幾つかでは、第2反応容器から第2沈澱物を受け入れるために配置構成された第2液−固分離機をさらに含んでもよい。   A system for producing a pozzolanic material is also provided, which system is configured to receive a divalent cation-containing solution into its bottom portion; a mafic mineral-containing vertical column; A first reaction vessel configured to receive a divalent cation-containing solution from a top portion of the first liquid-solid separator configured to receive a first precipitate from the first reaction vessel; and A spray dryer configured for receiving the first precipitate from the first liquid-solid separator may be included. The reaction vessel may be further configured to receive a carbonate promoter in some embodiments. The spray dryer may also be configured to receive exhaust gas and the vertical column may be configured to receive exhaust gas from the spray dryer. In some embodiments, a second liquid-solid separator is in fluid communication between the top portion of the vertical column and the first reaction vessel. In some of these embodiments, the system may further include a precipitate washer configured to receive the second precipitate from the second liquid-solid separator. The system may further include a second reaction vessel configured to receive the divalent cation-containing solution from the first liquid-solid separator, and in some of these embodiments, the second reaction vessel to the second reaction vessel. It may further include a second liquid-solid separator configured to receive the precipitate.

本発明の新規特徴は、添付のクレームに精密に示されている。本発明の特徴および利点のより良い理解は、本発明の原理が活用される、例示的な実施形態を示す以下の詳細な説明、および以下の添付図面を参照することによって得られるであろう:   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 sets forth illustrative embodiments, in which the principles of the invention are utilized, and the accompanying drawings of which:

含金属シリケート材料からの沈澱物の製造方法を例示する。A method for producing a precipitate from a metal-containing silicate material is illustrated. 本発明の実施形態による、ポゾラン材料の例示的な製造方法のフローチャート図を示す。FIG. 3 shows a flowchart diagram of an exemplary method for manufacturing a pozzolanic material, according to an embodiment of the present invention. 含金属シリケート材料から沈澱物を製造するために配置構成されるシステムを例示する。1 illustrates a system configured to produce a precipitate from a metal-containing silicate material. 本発明の実施形態による、ポゾラン材料の例示的な製造システムの略図を示す。1 shows a schematic diagram of an exemplary manufacturing system for pozzolanic material, according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態による、図2に示されるシステムへの任意の追加の略図を示す。FIG. 3 shows any additional schematics to the system shown in FIG. 2 according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態による、図2に示されるシステムへの任意の追加の略図を示す。FIG. 3 shows any additional schematics to the system shown in FIG. 2 according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態による、図2に示されるシステムへの任意の追加の略図を示す。FIG. 3 shows any additional schematics to the system shown in FIG. 2 according to an embodiment of the present invention. 棒状モルフォロジ(ネスケホン石)および非晶質シリカゲルを示す、2.5k(左)および4.0k倍率での実施例4の沈澱物のSEM画像を提供する。FIG. 4 provides an SEM image of the precipitate of Example 4 at 2.5k (left) and 4.0k magnification showing rod-like morphology (Neskehonite) and amorphous silica gel. 実施例4の沈澱物(トップ回折図)、岩塩(中間回折図)、およびネスケホン石(ボトム回折図)のXRD回折図を提供する。FIG. 4 provides XRD diffractograms for the precipitate of Example 4 (top diffractogram), rock salt (intermediate diffractogram), and Neskehonite (bottom diffractogram). 実施例4の沈澱物のTGAサーモグラムを提供する。2 provides a TGA thermogram of the precipitate of Example 4. タイプII/Vポルトランドセメントおよび実施例5の沈澱物とブレンドされたポルトランドセメントについての粒度分布のグラフを提供する。7 provides a graph of particle size distribution for Type II / V Portland cement and Portland cement blended with the precipitate of Example 5.

本発明がより詳細に記載される前に、本発明は記載される特定の実施形態に限定されず、したがって、勿論、変わってもよいことが理解されるべきである。本明細書に用いられる専門用語は特定の実施形態を記載するという目的のためであるにすぎず、本発明の範囲が添付のクレームによってのみ限定されるであろうから、限定的であることを意図されないこともまた理解されるべきである。   Before the present invention is described in more detail, it is to be understood that the present invention is not limited to the specific embodiments described and, of course, may vary. The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only, and is intended to be limiting as the scope of the invention will be limited only by the appended claims. It should also be understood that it is not intended.

値の範囲が提供される場合、文脈が違ったふうに明確に指示しない限り下限の1/10の単位まで、当該範囲の上限と下限との間の各介在値と当該記述範囲中の任意の他の記述値または介在値とは本発明内に包含されることが理解される。これらのより小さい範囲の上限および下限は、記述範囲中の任意の具体的に除外される限界に従って、より小さい範囲に独立して含められてもよく、本発明内にまた包含される。記述範囲が限界値の1つまたは両方を含む場合、それらの含まれる限界値のどちらかまたは両方を除外する範囲もまた本発明に含められる。   Where a range of values is provided, each intervening value between the upper and lower limits of the range, and any arbitrary value in the description range, unless otherwise explicitly indicated otherwise, up to 1 / 10th of the lower limit. It is understood that other descriptive values or intervening values are encompassed within the present invention. The upper and lower limits of these smaller ranges may be independently included in the smaller ranges according to any specifically excluded limits in the stated ranges and are also encompassed within the invention. Where the stated range includes one or both of the limit values, ranges excluding either or both of those included limit values are also included in the invention.

ある範囲は、用語「約」に先行される数値で本明細書では提示される。用語「約」は、それが先行する正確な数、ならびにこの用語が先行する数に近いまたは近似する数に文字通りの支持を提供するために本明細書では用いられる。ある数が具体的に列挙される数に近いまたは近似するかどうかを決定する際に、近いまたは近似の報われない数は、それが提示される文脈において、具体的に列挙される数の実質的な等価を提供する数であってもよい。   A range is presented herein with a numerical value preceding the term “about”. The term “about” is used herein to provide literal support for the exact number that it precedes, as well as the number that is near or close to the number that the term precedes. In determining whether a number is close or close to a specifically listed number, an unrewarded number of close or approximate is the substance of the specifically listed number in the context in which it is presented. It may be a number that provides general equivalence.

特に定義されない限り、本明細書に用いられる全ての技術および科学用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般に理解されるものと同じ意味を有する。本明細書に記載されるものに類似のまたは等価の任意の方法および材料をまた本発明の実施または試験に用いることができるが、代表的な例示的方法および材料が今記載される。   Unless defined otherwise, all 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, representative exemplary methods and materials are now described.

本明細書で言及される全ての刊行物、特許、および特許出願は、各個々の刊行物、特許、または特許出願が参照により援用されることを具体的におよび個々に示されているかのように同じ程度に参照により本明細書に援用される。さらに、各引用された刊行物、特許、または特許出願は、刊行物が引用される主題に関連して主題を開示し、記載するために参照により本明細書に援用される。いかなる刊行物の引用も出願日前のその開示についてであり、本明細書に記載される本発明が先行発明によるかかる公開に先行するための権利を与えられないことを認めるものと解釈されるべきではない。さらに、提供される公開の日付は、独立して確認される必要がある、実際の公開日とは異なる可能性がある。   All publications, patents, and patent applications mentioned in this specification are specifically and individually indicated as though each individual publication, patent, or patent application was incorporated by reference. Are incorporated herein by reference to the same extent. In addition, each cited publication, patent, or patent application is hereby incorporated by reference to disclose and describe the subject matter in relation to the subject matter for which the publication is cited. The citation of any publication is for its disclosure prior to the filing date and should not be construed as an admission that the invention described herein is not entitled to antedate such publication by the prior invention. Absent. Furthermore, the date of publication provided may be different from the actual publication date that needs to be independently verified.

本明細書でおよび添付のクレームで用いられるところでは、単数形「a」、「an」、および「the」は、文脈が違ったふうに明確に指示しない限り複数言及を含むことが指摘される。クレームはいかなる任意の要素も排除するために起草されている可能性があることがさらに指摘される。したがって、このステートメントは、クレーム要素の列挙に関連して「専ら」、「のみ」などのようなかかる排除的専門用語の使用、または「消極的」限定の使用のための先行詞として役立つことを意図される。   As used herein and in the appended claims, the singular forms “a”, “an”, and “the” are indicated to include a plurality of references unless the context clearly dictates otherwise. . It is further pointed out that the claims may have been drafted to exclude any optional element. Therefore, this statement should serve as an antecedent for the use of such exclusive terminology, such as “exclusive”, “only”, etc., or the use of “reactive” restrictions in connection with the enumeration of claim elements. Intended.

本開示を読んだ時に当業者に明らかであろうように、本明細書に記載されるおよび例示される個々の実施形態のそれぞれは、個別の構成要素と、本発明の範囲および精神から逸脱することなく他の幾つかの実施形態のいずれかの特徴から容易に分離されてもよいしまたはその特徴と組み合わせられてもよい特徴とを有する。いかなる列挙される方法も、論理的に可能である、列挙される事象の順番にまたは任意の他の順番に実施することができる。   As will be apparent to those skilled in the art upon reading this disclosure, each individual embodiment described and illustrated herein departs from the individual components and the scope and spirit of the present invention. Without having features that may be easily separated from or combined with features of any of several other embodiments. Any recited method can be performed in the order of events listed or in any other order that is logically possible.

本発明の組成物を製造するために使用される材料が、CO源、二価カチオン、ならびにプロトン除去剤(およびプロトン除去の達成方法)に特に留意して節で最初に記載される。本発明に使用されてもよい含金属シリケート材料および/または関連材料の記載もまた材料に関する節に提供される。材料(例えば、CO、二価カチオンなど)を本発明の組成物中へ組み込むことができる方法が次に記載される。その後、本発明のシステムが記載され、これに本発明の組成物、それらの組成物を含む製品、およびそれらの使用の記載が続く。主題は、読者の都合を考えて編成され、本発明の範囲を決して限定しない。例えば、特定の含金属シリケート材料が、含金属シリケート材料に関する節以外の節(例えば、方法に関する節)に開示されるまたは記載されるべきである場合、この特定の含金属シリケート材料は含金属シリケート材料開示の一部であることが理解されるべきである。同じ例を続けると、含金属シリケート材料に関する節は排他的ではないこと、ならびに追加の含金属シリケート材料が本発明の精神および範囲から逸脱することなく本発明に使用されてもよいことが理解されるべきでる。 The materials used to make the compositions of the present invention are first described in the section with particular attention to the CO 2 source, divalent cations, and proton scavengers (and how to achieve proton scavenging). A description of metal-containing silicate materials and / or related materials that may be used in the present invention is also provided in the Materials section. Described next are methods by which materials (eg, CO 2 , divalent cations, etc.) can be incorporated into the compositions of the present invention. Subsequently, the system of the present invention is described, followed by a description of the compositions of the present invention, products containing those compositions, and their use. The subject matter is organized for the convenience of the reader and in no way limits the scope of the invention. For example, if a particular metal-containing silicate material is to be disclosed or described in a section other than the section on metal-containing silicate materials (eg, the section on methods), this particular metal-containing silicate material is a metal-containing silicate. It should be understood that it is part of the material disclosure. Continuing the same example, it will be understood that the section on metal-containing silicate materials is not exclusive, and that additional metal-containing silicate materials may be used in the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention. Should.

材料
下でさらに詳細に記載されるように、本発明は、CO源、プロトン除去剤源(および/またはプロトン除去の達成方法)、ならびに沈澱物を生成するための二価カチオン源を利用する。含金属シリケート材料(例えば、かんらん石、蛇紋石、および下にさらに記載される材料)および/または関連材料は、完全にまたは部分的に、二価カチオン源を提供することができる。したがって、含金属シリケート材料が、本明細書に記載される組成物の製造のための唯一の二価カチオン源であってもよい。金属シリケートおよび/または関連材料はまた、本明細書に記載される組成物の製造のために補足の二価カチオン源と組み合わせて使用されてもよい。含金属シリケート材料(例えば、かんらん石、蛇紋石、および下にさらに記載される材料)および/または関連材料はまた、完全にまたは部分的に、プロトン除去剤源を提供することができる。したがって、含金属シリケート材料が、本明細書に記載される組成物の製造のための唯一のプロトン除去剤源であってもよい。金属シリケートおよび/または関連材料はまた、本明細書に記載される組成物の製造のために補足のプロトン除去剤源と組み合わせて使用されてもよい。幾つかの実施形態では、金属シリケートはプロトン除去剤源ではない。かかる実施形態では、本明細書に記載されるプロトン除去剤またはそれらのプロトン除去剤の組み合わせが、本明細書に記載される組成物の製造のためのプロトン除去剤源である。二酸化炭素源、補足の二価カチオン源、ならびに、そのプロトン除去源が補足源として提供されてもよい、プロトン除去源(およびプロトン除去の達成方法)が、二価カチオン源としての含金属シリケート材料に関連づけるために最初に記載されるであろう。含金属シリケート材料(例えば、かんらん石、蛇紋石など)が次に記載され、これに含金属シリケート材料が炭酸塩を含む組成物、シリカを含む組成物、またはそれらの組み合わせを生成するために使用される方法が続く。
Materials As described in further detail below, the present invention utilizes a CO 2 source, a proton scavenger source (and / or a method for achieving proton removal), and a divalent cation source to produce a precipitate. . Metallized silicate materials (eg, olivine, serpentine, and materials described further below) and / or related materials can provide a divalent cation source, either completely or partially. Thus, the metal-containing silicate material may be the only divalent cation source for the manufacture of the compositions described herein. Metal silicates and / or related materials may also be used in combination with a supplemental divalent cation source for the manufacture of the compositions described herein. Metal-containing silicate materials (eg, olivine, serpentine, and materials further described below) and / or related materials can also provide a proton scavenger source, either completely or partially. Thus, the metal-containing silicate material may be the only source of proton scavenger for the production of the compositions described herein. Metal silicates and / or related materials may also be used in combination with a supplemental proton scavenger source for the manufacture of the compositions described herein. In some embodiments, the metal silicate is not a proton scavenger source. In such embodiments, a proton scavenger described herein or a combination of those proton scavengers is a proton scavenger source for the manufacture of the compositions described herein. A source of carbon dioxide, a supplemental divalent cation source, and a proton removal source (and a method for achieving proton removal), the proton removal source of which may be provided as a supplemental source, is a metal-containing silicate material as a divalent cation source. Will be described first to relate to. Metal-containing silicate materials (eg, olivine, serpentine, etc.) are described next to produce a composition in which the metal-containing silicate material includes carbonate, silica, or a combination thereof. The method used continues.

二酸化炭素
本発明の方法は、ある容量の二価カチオンの水溶液をCO源と接触させ、次に得られた溶液を沈澱条件にかける工程を含む。本発明の方法は、水溶液を沈澱条件にかけながらある容量の二価カチオンの水溶液をCO源と接触させる工程をさらに含む。かなりの量の炭酸塩含有沈澱物を(例えば、海水から)沈澱させるのに十分な二酸化炭素が二価カチオン含有溶液中に存在してもよいが;追加の二酸化炭素が一般に使用される。CO源は任意の好都合なCO源であってもよい。CO源は、ガス、液体、固体(例えば、ドライアイス)、超臨界流体、または液体に溶解したCOであってもよい。幾つかの実施形態では、CO源はガス状CO源である。気体流は、実質的に純粋なCOであってもよいし、またはCOおよび1つ以上の追加のガスならびに/または灰および他の微粒子などの他の物質を含む多成分を含んでもよい。幾つかの実施形態では、ガス状CO源は、工業プラントからの排ガスなどの廃ガス流れ(すなわち、工業プラントの能動的プロセスの副生物)である。燃料燃焼または別の処理工程(セメント工場によるカ焼など)の副生物としてCOを生成する発電所、化学処理プラント、機械加工プラント、製油所、セメント工場、製鉄所、および他の工業プラントを含むが、それらに限定されない工業プラントの本質は、変わる可能性がある。
Carbon dioxide The method of the present invention comprises contacting a volume of an aqueous solution of a divalent cation with a CO 2 source and then subjecting the resulting solution to precipitation conditions. The method of the present invention further comprises contacting a volume of an aqueous solution of divalent cations with a CO 2 source while subjecting the aqueous solution to precipitation conditions. Although sufficient carbon dioxide may be present in the divalent cation-containing solution to precipitate a significant amount of carbonate-containing precipitate (eg, from seawater); additional carbon dioxide is generally used. The CO 2 source may be any convenient CO 2 source. The CO 2 source may be a gas, liquid, solid (eg, dry ice), supercritical fluid, or CO 2 dissolved in a liquid. In some embodiments, the CO 2 source is a gaseous CO 2 source. The gas stream may be substantially pure CO 2 or may include multiple components including CO 2 and one or more additional gases and / or other materials such as ash and other particulates. . In some embodiments, the gaseous CO 2 source is a waste gas stream, such as an exhaust gas from an industrial plant (ie, an by-product of an industrial plant active process). Power plants, chemical processing plants, machining plants, refineries, cement factories, steelworks, and other industrial plants that produce CO 2 as a byproduct of fuel combustion or another processing step (such as calcination by a cement plant) The nature of industrial plants, including but not limited to, can vary.

COを含む廃ガス流れには、還元性流れ(例えば、合成ガス、シフト合成ガス、天然ガス、水素など)および酸化性流れ(例えば、燃焼からの煙道ガス)の両方が含まれる。本発明にとって好都合である可能性がある特定の廃ガス流れには、酸素含有燃焼工業プラント煙道ガス(例えば、煙道ガスの前処理がほとんどないまたは全くない石炭または別の炭素ベースの燃料からの)、ターボチャージャー付きボイラー生成ガス、石炭ガス化生成ガス、シフト石炭ガス化生成ガス、嫌気性温浸器生成ガス、坑口天然ガス流れ、改質天然ガスまたはメタンハイドレートなどが含まれる。任意の好都合な源からの燃焼ガスが本発明の方法およびシステムに使用されてもよい。幾つかの実施形態では、発電所、セメント工場、および石炭処理プラントなどの工業プラントのポスト燃焼流出物煙突における燃焼ガスが使用される。 Waste gas streams containing CO 2 include both reducing streams (eg, synthesis gas, shift synthesis gas, natural gas, hydrogen, etc.) and oxidizing streams (eg, flue gas from combustion). Certain waste gas streams that may be advantageous for the present invention include oxygen-containing combustion industrial plant flue gas (eg, from coal or another carbon-based fuel with little or no flue gas pretreatment). ), Turbocharged boiler product gas, coal gasification product gas, shift coal gasification product gas, anaerobic digester product gas, wellhead natural gas stream, reformed natural gas or methane hydrate and the like. Combustion gases from any convenient source may be used in the methods and systems of the present invention. In some embodiments, combustion gases are used in post-combustion effluent chimneys of industrial plants such as power plants, cement factories, and coal processing plants.

このように、廃棄物流れは、様々な異なる種類の工業プラントから生成する可能性がある。本発明にとって好適な廃棄物流れには、化石燃料(例えば、石炭、石油、天然ガス)および天然起源の有機燃料鉱床(例えば、タールサンド、重質油、オイルシェールなど)の人為的な燃料製品を燃焼させる工業プラントによって生成する廃棄物流れが含まれる。幾つかの実施形態では、本発明のシステムおよび方法に好適な廃棄物流れは、粉炭発電所、超臨界石炭発電所、大量燃焼石炭発電所、流動床石炭発電所などの、石炭火力発電所から調達され;幾つかの実施形態では、廃棄物流れは、ガスもしくは油焚きボイラーおよび蒸気タービン発電所、ガスもしくは油焚きボイラー単純サイクルガスタービン発電所、またはガスもしくは油焚きボイラー複合サイクルガスタービン発電所から調達される。幾つかの実施形態では、合成ガス(すなわち、有機物質、例えば、石炭、バイオマスなどのガス化によって製造されるガス)を燃焼させる発電所によって生成する廃棄物流れが使用される。幾つかの実施形態では、統合ガス化複合発電(IGCC)プラントからの廃棄物流れが使用される。幾つかの実施形態では、Heat Recovery Steam Generator(熱回収蒸気発生器)(HRSG)プラントによって生成する廃棄物流れが本発明のシステムおよび方法に従って使用される。   Thus, waste streams can be generated from a variety of different types of industrial plants. Waste streams suitable for the present invention include anthropogenic fuel products of fossil fuels (eg, coal, petroleum, natural gas) and organic fuel deposits of natural origin (eg, tar sands, heavy oil, oil shale, etc.) A waste stream produced by an industrial plant that burns is included. In some embodiments, suitable waste streams for the systems and methods of the present invention are from 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 the like. In some embodiments, the waste stream is gas or oil fired boiler and steam turbine power plant, gas or oil fired boiler simple cycle gas turbine power plant, or gas or oil fired boiler combined cycle gas turbine power plant. Procured from. 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, a waste stream produced by a Heat Recovery Steam Generator (HRSG) plant is used in accordance with the systems and methods of the present invention.

セメント工場から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好適である。セメント工場廃棄物流れには、湿式法および乾式法プラントの両方からの廃棄物流れが含まれ、それらのプラントはシャフトキルンまたは回転キルンを用いてもよく、プレ−カ焼器を含んでもよい。これらの工業プラントはそれぞれ、単一燃料を燃やしてもよいし、または2つ以上の燃料を順次にもしくは同時に燃やしてもよい。製錬所および製油所などの他の工業プラントもまた、二酸化炭素を含む廃棄物流れの有用な源である。   Waste streams generated from cement factories are also suitable for the systems and methods of the present invention. Cement factory waste streams include waste streams from both wet and dry process plants, which may use shaft kilns or rotary kilns and may include pre-calciners. Each of these industrial plants may burn a single fuel or may burn two or more fuels sequentially or simultaneously. Other industrial plants such as smelters and refineries are also useful sources of waste streams containing carbon dioxide.

工業廃ガス流れは、非空気由来の主成分として二酸化炭素を含有してもよいし、または、とりわけ石炭火力発電所の場合には、窒素酸化物(NOx)、硫黄酸化物(SOx)、および1つ以上の追加ガスなどの追加成分を含有してもよい。追加ガスおよび他の成分には、CO、水銀および他の重金属、ならびにダスト粒子(例えば、カ焼および燃焼プロセスからの)が含まれてよい。ガス流れ中の追加成分にはまた、塩化水素およびフッ化水素などのハロゲン化物;フライアッシュ、ダスト、ならびにヒ素、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、およびバナジウムを含む金属などの粒子状物質;ならびに炭化水素、ダイオキシン、およびPAH化合物などの有機物が含まれてもよい。処理されてもよい好適なガス状廃棄物流れは、幾つかの実施形態では、200,000ppm〜2000ppm、例えば180,000ppm〜2000ppmを含む、または180,000ppm〜5000ppmを含む、また180,000ppm〜10,000ppmを含む、200,000ppm〜1000ppmなどの、200ppm〜1,000,000ppmの量で存在するCOを有する。廃棄物流れ、特に燃焼ガスの様々な廃棄物流れは、1つ以上の追加成分、例えば、水、NOx(モノ窒素酸化物:NOおよびNO)、SOx(モノ硫黄酸化物:SO、SOおよびSO)、VOC(揮発性有機化合物)、水銀などの重金属、ならびに粒子状物質(ガス中に懸濁された固体または液体の粒子)を含んでもよい。煙道ガス温度はまた変わってもよい。幾つかの実施形態では、煙道ガスの温度は、60℃〜700℃などの、および100℃〜400℃を含む、0℃〜2000℃である。 The industrial waste gas stream may contain carbon dioxide as a non-air derived major component, or in particular in the case of coal-fired power plants, nitrogen oxides (NOx), sulfur oxides (SOx), and It may contain additional components such as one or more additional gases. Additional gases and other components may include CO, mercury and other heavy metals, and dust particles (eg, from calcination and combustion processes). Additional components in the gas stream also include halides such as hydrogen chloride and hydrogen fluoride; fly ash, dust, and arsenic, beryllium, boron, cadmium, chromium, chromium VI, cobalt, lead, manganese, mercury, molybdenum, Particulate materials such as metals including selenium, strontium, thallium, and vanadium; and organics such as hydrocarbons, dioxins, and PAH compounds may be included. Suitable gaseous waste streams that may be treated include, in some embodiments, from 200,000 ppm to 2000 ppm, such as from 180,000 ppm to 2000 ppm, or from 180,000 ppm to 5000 ppm, and from 180,000 ppm to It has CO 2 present in an amount of 200 ppm to 1,000,000 ppm, such as 200,000 ppm to 1000 ppm, including 10,000 ppm. Waste stream, particularly various waste streams of the combustion gas, one or more additional ingredients, for example, water, NOx (mono nitrogen oxides: NO and NO 2), SOx (mono sulfur oxides: SO, SO 2 And SO 3 ), VOC (volatile organic compounds), heavy metals such as mercury, and particulate matter (solid or liquid particles suspended in a gas). The flue gas temperature may also vary. In some embodiments, the temperature of the flue gas is from 0 ° C to 2000 ° C, such as from 60 ° C to 700 ° C, and including from 100 ° C to 400 ° C.

幾つかの実施形態では、1つ以上の追加成分は、これらの追加成分を含む廃ガス流れを二価カチオン(例えば、Ca2+およびMg2+などのアルカリ土類金属イオン)を含む水溶液と接触させることによって形成される沈澱物中に沈澱するかまたは捕捉される。カルシウムおよびマグネシウムの硫酸塩および/または亜硫酸塩がSOx(例えば、SO)を含む廃ガス流れから生成する沈澱物(炭酸カルシウムおよび/または炭酸マグネシウムをさらに含む)中に沈澱してもよいしまたは捕捉されてもよい。マグネシウムおよびカルシウムは反応して、それぞれ、MgSO、CaSO、ならびに他のマグネシウム含有およびカルシウム含有化合物(例えば、亜硫酸塩)を形成し、煙道ガス脱硫(「FGD」)などの脱硫工程なしに煙道ガス流れから硫黄を効果的に除去する可能性がある。加えて、CaCO、MgCO、および関連化合物がCOの追加の放出なしに形成される可能性がある。二価カチオンの水溶液が高レベルの硫黄化合物(例えば、硫酸塩)を含有する場合には、この水溶液は、CaSO、MgSO、および関連化合物の形成後に、または形成に加えて、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ために利用可能であるようにカルシウムおよびマグネシウムに富んでもよい。幾つかの実施形態では、脱硫工程は、炭酸塩含有沈澱物の沈澱と同時に起こるように実施されてもよいし、または脱硫工程は、沈澱前に起こるように実施されてもよい。幾つかの実施形態では、多数の反応生成物(例えば、MgCO、CaCO、CaSO、前述の混合物など)は異なる段階で集められ、しかし一方で他の実施形態では、単一反応生成物(例えば、炭酸塩、硫酸塩などを含む沈澱物)が集められる。これらの実施形態での工程で、重金属(例えば、水銀、水銀塩、水銀含有化合物)などの、他の成分は、炭酸塩含有沈澱物中に捕捉されてもよいしまたは別々に沈澱してもよい。 In some embodiments, one or more additional components contact a waste gas stream containing these additional components with an aqueous solution containing divalent cations (eg, alkaline earth metal ions such as Ca 2+ and Mg 2+ ). Precipitated or trapped in the precipitate formed. Calcium and magnesium sulfate and / or sulfite may precipitate in a precipitate (further comprising calcium carbonate and / or magnesium carbonate) formed from a waste gas stream comprising SOx (eg, SO 2 ) or May be captured. Magnesium and calcium react to form MgSO 4 , CaSO 4 , and other magnesium- and calcium-containing compounds (eg, sulfites), respectively, without a desulfurization step such as flue gas desulfurization (“FGD”). It can effectively remove sulfur from the flue gas stream. In addition, CaCO 3 , MgCO 3 , and related compounds can be formed without additional release of CO 2 . If the aqueous solution of divalent cations contains high levels of sulfur compounds (eg, sulfate), the aqueous solution may be calcium and magnesium after or in addition to the formation of CaSO 4 , MgSO 4 , and related compounds. May be rich in calcium and magnesium so that can be used to form carbonate compounds. In some embodiments, the desulfurization step may be performed to occur simultaneously with the precipitation of the carbonate-containing precipitate, or the desulfurization step may be performed to occur prior to precipitation. In some embodiments, multiple reaction products (eg, MgCO 3 , CaCO 3 , CaSO 4 , mixtures described above, etc.) are collected at different stages, while in other embodiments, a single reaction product (E.g., precipitates containing carbonate, sulfate, etc.) are collected. In the process in these embodiments, other components, such as heavy metals (eg, mercury, mercury salts, mercury-containing compounds) may be trapped in the carbonate-containing precipitate or may be precipitated separately. Good.

工業プラントからのガス状廃棄物流れの一部(すなわち、全体ガス状廃棄物流れではない)が沈澱物を生成するために使用されてもよい。これらの実施形態では、沈澱物の沈澱に用いられるガス状廃棄物流れの一部は、ガス状廃棄物流れの60%以下などの、および50%以下を含む、75%以下であってもよい。さらに他の実施形態では、工業プラントによって生成した全体ガス状廃棄物流れが実質的に(例えば、80%以上)沈澱物の沈澱に用いられる。これらの実施形態では、発生源によって生成するガス状廃棄物流れ(例えば、煙道ガス)の、95%以上を含む、90%以上などの、80%以上、100%以下が沈澱物の沈澱のために用いられてもよい。   A portion of the gaseous waste stream from the industrial plant (ie, not the entire gaseous waste stream) may be used to produce a precipitate. In these embodiments, the portion of the gaseous waste stream used for sedimentation may be 75% or less, such as 60% or less, and including 50% or less of the gaseous waste stream. . In yet another embodiment, the entire gaseous waste stream produced by the industrial plant is used for substantially (eg, 80% or more) sedimentation. In these embodiments, 80% or more, 100% or less, such as 90% or more, including 95% or more, of the gaseous waste stream (eg, flue gas) produced by the source is sediment precipitation. May be used for

工業廃ガスは、比較的濃い燃焼ガス源を提供するが、本発明の方法およびシステムはまた、例えば、煙道ガスよりはるかに低い濃度の汚染物質を含有する、より低濃度の源(例えば、大気空気)から燃焼ガス成分を除去する工程にも適用できる。このように、幾つかの実施形態では、方法およびシステムは、安定な沈澱物を生成することによって大気空気中の汚染物質の濃度を低下させることを包含する。これらの場合には、大気空気の一部中の、汚染物質、例えば、COの濃度は、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%以上だけ低下させられてもよい。大気汚染物質のかかる低下は、本明細書に記載されるような収率で、またはより高いもしくはより低い収率で成し遂げることができ、一沈澱工程でまたは一連の沈澱工程で成し遂げることができる。 While industrial waste gas provides a relatively rich combustion gas source, the methods and systems of the present invention also include lower concentration sources (eg, containing much lower concentrations of pollutants than flue gas, for example). It can also be applied to a process for removing combustion gas components from atmospheric air). Thus, in some embodiments, the methods and systems include reducing the concentration of pollutants in atmospheric air by producing stable precipitates. In these cases, the concentration of contaminants such as CO 2 in a part of the atmospheric air is 10% or more, 20% or more, 30% or more, 40% or more, 50% or more, 60% or more, 70%. %, 80% or more, 90% or more, 95% or more, 99% or more, 99.9% or more, or 99.99% or more. Such reduction of air pollutants can be accomplished in yields as described herein, or in higher or lower yields, and can be accomplished in one precipitation step or in a series of precipitation steps.

二価カチオン
上に開示されたように、下のそれぞれの節に詳細に記載される、含金属シリケート材料(例えば、かんらん石、蛇紋石)は、本明細書に記載される組成物の製造のための唯一の二価カチオン源であってもよいが;含金属シリケート材料はまた、この節に記載されるような補足の二価カチオン源と組み合わせて使用されてもよい。
Divalent Cations As disclosed above, the metal-containing silicate materials (eg, olivine, serpentine), described in detail in the respective sections below, can be used to produce the compositions described herein. The metal-containing silicate material may also be used in combination with a supplemental divalent cation source as described in this section.

本発明の方法は、ある容量の二価カチオンの水溶液をCO源と接触させ、得られた溶液を沈澱条件にかける工程を含む。幾つかの実施形態では、水溶液を沈澱条件にかけながら、ある容量の二価カチオンの水溶液をCO源と接触させる。含金属シリケート材料から調達される二価カチオンに加えて、二価カチオンは、特定の場所での入手可能性に依存して多数の異なる二価カチオン源のいずれかに由来してもよい。かかる源には、工業廃棄物、海水、ブライン、硬水、鉱物(例えば、石灰、ペリクレース)、および任意の他の好適な源が含まれる。 The method of the present invention involves contacting a volume of an aqueous solution of a divalent cation with a CO 2 source and subjecting the resulting solution to precipitation conditions. In some embodiments, a volume of an aqueous solution of a divalent cation is contacted with a CO 2 source while subjecting the aqueous solution to precipitation conditions. In addition to the divalent cations procured from the metal-containing silicate material, the divalent cations may be derived from any of a number of different divalent cation sources depending on availability at a particular location. Such sources include industrial waste, seawater, brine, hard water, minerals (eg, lime, periclase), and any other suitable source.

幾つかの場所では、様々な工業プロセスからの工業廃棄物流れが、好都合な二価カチオン源(ならびに幾つかの場合には本方法に有用な他の材料、例えば、金属水酸化物)を提供する。かかる廃棄物流れには、採鉱廃棄物;化石燃料燃焼灰(例えば、フライアッシュ、ボトムアッシュ、ボイラースラグなどの燃焼灰);スラグ(例えば、鉄スラグ、リンスラグ);セメントキルン廃棄物;石油精製所/石油化学製油所廃棄物(例えば、油田およびメタン層ブライン);炭層廃棄物(例えば、ガス生産ブラインおよび炭層ブライン);紙処理廃棄物;水軟化廃棄物ブライン(例えば、イオン交換流出物);ケイ素処理廃棄物;農業廃棄物;金属仕上げ廃棄物;高pH繊維廃棄物;ならびに苛性スラッジが含まれるが、それらに限定されない。その開示がその全体を本明細書に援用される、2009年6月17日出願の、米国特許出願第12/486692号明細書にさらに記載されている、化石燃料燃焼灰、セメントキルンダスト、およびスラグ、集合的に金属酸化物の廃棄物源が、例えば、二価カチオンを本発明に提供するために含金属シリケート材料と組み合わせて使用されてもよい。   In some locations, industrial waste streams from various industrial processes provide a convenient divalent cation source (as well as other materials useful in the process in some cases, such as metal hydroxides). To do. Such waste streams include mining waste; fossil fuel combustion ash (eg, fly ash, bottom ash, boiler slag, etc.); slag (eg, iron slag, phosphorus slag); cement kiln waste; / Petrochemical refinery waste (eg oil fields and methane bed brine); coal bed waste (eg gas production brine and coal bed brine); paper processing waste; water softening waste brine (eg ion exchange effluent); Agricultural waste; metal finish waste; high pH fiber waste; as well as, but not limited to, caustic sludge. Fossil fuel combustion ash, cement kiln dust, and further described in US patent application Ser. No. 12 / 486,692, filed Jun. 17, 2009, the disclosure of which is incorporated herein in its entirety. Slag, a collective metal oxide waste source, may be used in combination with a metal-containing silicate material, for example, to provide divalent cations to the present invention.

幾つかの場所では、本発明のシステムおよび方法に使用するための好都合な二価カチオン源は、本発明が実施される特定の場所に依存して変わる可能性がある、水(例えば、海水または表層ブラインなどの二価カチオンを含む水溶液)である。使用されてもよい二価カチオンの好適な水溶液には、1つ以上の二価カチオン、例えば、Ca2+およびMg2+などのアルカリ土類金属カチオンを含む溶液が含まれる。幾つかの実施形態では、二価カチオンの水性源は、アルカリ土類金属カチオンを含む。幾つかの実施形態では、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。幾つかの実施形態では、二価カチオンの水溶液は、50〜50,000ppm、50〜40,000ppm、50〜20,000ppm、100〜10,000ppm、200〜5000ppm、または400〜1000ppmの範囲の量でカルシウムを含む。幾つかの実施形態では、二価カチオンの水溶液は、50〜40,000ppm、50〜20,000ppm、100〜10,000ppm、200〜10,000ppm、500〜5000ppm、または500〜2500ppmの範囲の量でマグネシウムを含む。Ca2+およびMg2+が両方とも存在する、幾つかの実施形態では、二価カチオンの水溶液中のCa2+対Mg2+の比(すなわち、Ca2+:Mg2+)は、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;1:500〜1:1000、またはそれらの範囲である。例えば、幾つかの実施形態では、二価カチオンの水溶液中のCa2+対Mg2+の比は、1:1〜1:10;1:5〜1:25;1:10〜1:50;1:25〜1:100;1:50〜1:500;または1:100〜1:1000である。幾つかの実施形態では、二価カチオンの水溶液中のMg2+対Ca2+の比(すなわち、Mg2+:Ca2+)は、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;1:500〜1:1000、またはそれらの範囲である。例えば、幾つかの実施形態では、二価カチオンの水溶液中のMg2+対Ca2+の比は、1:1〜1:10;1:5〜1:25;1:10〜1:50;1:25〜1:100;1:50〜1:500;または1:100〜1:1000である。 In some locations, a convenient divalent cation source for use in the systems and methods of the invention can vary depending on the particular location in which the invention is implemented, such as water (e.g., seawater or Aqueous solution containing divalent cations such as surface brine). Suitable aqueous solutions of divalent cations that may 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 source of divalent cations comprises an alkaline earth metal cation. In some embodiments, the alkaline earth metal cation includes calcium, magnesium, or a mixture thereof. In some embodiments, the aqueous solution of divalent cations is in an amount ranging from 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 1000 ppm. Contains calcium. In some embodiments, the aqueous solution of divalent cations is in an amount ranging from 50 to 40,000 ppm, 50 to 20,000 ppm, 100 to 10,000 ppm, 200 to 10,000 ppm, 500 to 5000 ppm, or 500 to 2500 ppm. Contains magnesium. In some embodiments where both Ca 2+ and Mg 2+ are present, the ratio of Ca 2+ to Mg 2+ in the aqueous solution of divalent cations (ie, Ca 2+ : Mg 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. 1: 150; 1: 150-1: 200; 1: 200-1: 250; 1: 250-1: 500; 1: 500-1: 1000, or a range thereof. For example, in some embodiments, the ratio of Ca 2+ to Mg 2+ in an aqueous solution of divalent cations is 1: 1 to 1:10; 1: 5 to 1:25; 1:10 to 1:50; : 25 to 1: 100; 1:50 to 1: 500; or 1: 100 to 1: 1000. In some embodiments, the ratio of Mg 2+ to Ca 2+ in the aqueous solution of divalent cations (ie, Mg 2+ : Ca 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: 200-1: 250; 1: 250-1: 500; 1: 500-1: 1000, or a range thereof. For example, in some embodiments, the ratio of Mg 2+ to Ca 2+ in an aqueous solution of divalent cations is 1: 1 to 1:10; 1: 5 to 1:25; 1:10 to 1:50; : 25 to 1: 100; 1:50 to 1: 500; or 1: 100 to 1: 1000.

二価カチオンの水溶液は、淡水、半塩水、海水、またはブライン(例えば、天然起源のブラインまたは地熱プラント廃水、脱塩プラント廃水などの人為的ブライン)、ならびに淡水のそれより大きい塩分濃度を有する他の塩類溶液に由来する二価カチオンを含んでもよく、それらのいずれも天然起源または人為的であってもよい。半塩水は、淡水より塩分たっぷりであるが、海水ほど塩を含まない水である。半塩水は、約0.5〜約35ppt(千部当たりの部)の範囲の塩分濃度を有する。海水は、海、海洋、または約35〜約50pptの範囲の塩分濃度を有する水の任意の他の塩類体からの水である。ブラインは、食塩で飽和されたまたはほぼ飽和された水である。ブラインは、約50ppt以上である塩分濃度を有する。幾つかの実施形態では、二価カチオンが由来する水源は、鉱物に富む(例えば、カルシウムに富むおよび/またはマグネシウムに富む)淡水源である。幾つかの実施形態では、二価カチオンが由来する水源は、海、海洋、湖、湿地、河口、潟、表層ブライン、海淵ブライン、アルカリ湖などから選択される天然起源の塩水源である。幾つかの実施形態では、二価カチオンが由来する水源は、地熱プラント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 include fresh water, hemi-saline water, sea water, or brine (eg, naturally occurring brine or artificial brine such as geothermal plant waste water, desalination plant waste water), as well as others having a salinity greater than that of fresh water May contain divalent cations derived from a salt solution of any of which may be of natural origin or artificial. Half salt water is more salty than fresh water, but it contains less salt than sea water. Half-saline has a salinity in the range of about 0.5 to about 35 ppt (parts per thousand). Seawater is water from the sea, ocean, or any other salt body of water having a salinity in the range of about 35 to about 50 ppt. Brine is water saturated or nearly saturated with salt. Brine has a salinity that is about 50 ppt or more. In some embodiments, the water source from which the divalent cation is derived is a mineral rich (eg, calcium rich and / or magnesium rich) fresh water source. In some embodiments, the water source from which the divalent cation is derived is a naturally occurring salt water source selected from the sea, ocean, lake, wetland, estuary, lagoon, surface brine, ridge brine, alkaline lake, and the like. In some embodiments, the water source from which the divalent cation is derived is an artificial brine selected from geothermal plant wastewater or desalted wastewater.

淡水は多くの場合、二価カチオン(例えば、Ca2+およびMg2+などのアルカリ土類金属のカチオン)の好都合な源である。鉱物を比較的含まない源から鉱物に比較的富む源の範囲の淡水源を含む、多数の好適な淡水源のいずれかが使用されてもよい。多数の硬水源、湖、または内海のいずれかを含む、鉱物に富む淡水源は天然起源であってもよい。アルカリ湖または内海(例えば、トルコ国のLake Van)などの幾つかの鉱物に富む淡水源はまた、pH修正剤源を提供する。鉱物に富む淡水源はまた人為的であってもよい。例えば、鉱物に乏しい(軟)水は、本明細書に記載される方法およびシステムに好適である鉱物に富む水を生成するために、アルカリ土類金属カチオン(例えば、Ca2+、Mg2+など)などの二価カチオン源と接触されられてもよい。二価カチオンまたはそれらの前駆体(例えば、塩、鉱物)が、任意の好都合なプロトコル(例えば、固体、懸濁液、または溶液の添加)を用いて淡水(または本明細書に記載される任意の他の種類の水)に添加されてもよい。幾つかの実施形態では、Ca2+およびMg2+から選択される二価カチオンが淡水に添加される。幾つかの実施形態では、NaおよびKから選択される一価カチオンが淡水に添加される。幾つかの実施形態では、Ca2+を含む淡水が燃焼灰(例えば、フライアッシュ、ボトムアッシュ、ボイラースラグ)、またはそれらの生成物もしくは処理形態と組み合わせられ、カルシウムおよびマグネシウムカチオンを含む溶液をもたらす。 Fresh water is often a convenient source of divalent cations (eg, alkaline earth metal cations such as Ca 2+ and Mg 2+ ). Any of a number of suitable freshwater sources may be used, including freshwater sources ranging from relatively mineral-free sources to sources that are relatively rich in minerals. Mineral-rich freshwater sources, including any of a number of hard water sources, lakes, or inland seas, may be of natural origin. Some mineral-rich freshwater sources such as alkaline lakes or inland seas (eg Lake Van, Turkey) also provide a source of pH modifiers. Mineral-rich freshwater sources may also be artificial. For example, mineral-poor (soft) water produces alkaline earth metal cations (eg, Ca 2+ , Mg 2+, etc.) to produce mineral-rich water that is suitable for the methods and systems described herein. May be contacted with a divalent cation source such as Divalent cations or their precursors (eg, salts, minerals) can be prepared using fresh water (or any of those described herein) using any convenient protocol (eg, addition of solids, suspensions, or solutions). Other types of water). 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, fresh water containing Ca 2+ is combined with combustion ash (eg, fly ash, bottom ash, boiler slag), or their product or treatment form, resulting in a solution containing calcium and magnesium cations.

幾つかの実施形態では、二価カチオンの水溶液は、燃焼ガス流れをまた提供しつつある工業プラントから得られてもよい。例えば、海水冷却工業プラントなどの、水冷工業プラントでは、冷却するために工業プラントによって使用された水は次に、沈澱物を生成するための水として使用されてもよい。必要ならば、水は、沈澱システムに入る前に冷却されてもよい。かかるアプローチは、例えば、ワンススルー冷却システムで用いられてもよい。例えば、都市または農業給水が、工業プラント用のワンススルー冷却システムとして用いられてもよい。工業プラントからの水は次に、沈澱物を生成するために用いられてもよく、ここで、アウトプット水は低下した硬度およびより高い純度を有する。必要ならば、かかるシステムは、安全対策(例えば、毒物の添加などの毒物混入を検出するための)を含むために修正されても、政府機関(例えば、Homeland Security(国土安全)または他の機関)と調和させられてもよい。追加の毒物混入または攻撃予防対策がかかる実施形態に用いられてもよい。   In some embodiments, an aqueous solution of divalent cations may be obtained from an industrial plant that is also providing a combustion gas stream. For example, in a water-cooled industrial plant, such as a seawater cooling industrial plant, the water used by the industrial plant to cool may then be used as water to produce a precipitate. If necessary, the water may be cooled before entering the precipitation system. Such an approach may be used, for example, in a once-through cooling system. For example, a city or agricultural water supply may be used as a once-through cooling system for an industrial plant. Water from an industrial plant may then be used to produce a precipitate, where the output water has a reduced hardness and higher purity. If necessary, such systems may be modified to include safety measures (eg, to detect toxic contamination such as the addition of toxicants), but may be governmental (eg, Homeland Security) or other agencies. ). Additional poisoning or attack prevention measures may be used in such embodiments.

プロトン除去剤および方法
含金属シリケート材料は、この節に記載されるように他のプロトン除去剤源(およびプロトン除去の達成方法)と組み合わせて使用されてもよい。
Proton scavengers and methods Metal-containing silicate materials may be used in combination with other proton scavenger sources (and how to achieve proton removal) as described in this section.

本発明の方法は、ある容量の二価カチオンの水溶液をCO源と接触させ(COを溶解させるために)、得られた溶液を沈澱条件にかける工程を含む。幾つかの実施形態では、水溶液を沈澱条件にかけながら、ある容量の二価カチオンの水溶液をCO源と接触させる(COを溶解させるために)。二価カチオンの水溶液へのCOの溶解は炭酸、重炭酸塩および炭酸塩の両方と平衡にある化学種を生成する。炭酸塩含有沈澱物を生成するために、プロトンが、平衡を炭酸塩に向けてシフトさせるために二価カチオン含有溶液中の様々な化学種(例えば、炭酸、重炭酸塩、ヒドロニウムなど)から除去される。プロトンが除去されるにつれて、より多くのCOが溶液に溶けていく。幾つかの実施形態では、プロトン除去剤および/または方法は、沈澱反応の一局面でCO吸収を高めるために二価カチオン含有水溶液をCOと接触させながら用いられ、ここでpHは一定のままであっても、増加しても、またはさらに低下してもよく、これに、炭酸塩含有沈澱物の速い沈澱をもたらすためにプロトンの速い除去(例えば、塩基の添加による)が続く。プロトンは、天然起源のプロトン除去剤の使用、微生物および菌類の使用、合成化学プロトン除去剤の使用、人造廃棄物流れの回収、ならびに電気化学的手段の使用を含むが、それらに限定されない、任意の好都合なアプローチによって様々な化学種(例えば、炭酸、重炭酸塩、ヒドロニウムなど)から除去されてもよい。 The method of the present invention comprises contacting a volume of an aqueous solution of a divalent cation with a CO 2 source (to dissolve CO 2 ) and subjecting the resulting solution to precipitation conditions. In some embodiments, a volume of an aqueous solution of a divalent cation is contacted with a source of CO 2 (to dissolve the CO 2) while subjecting the aqueous solution to precipitation conditions. Dissolution of CO 2 in an aqueous solution of a divalent cation produces a species that is in equilibrium with both carbonic acid, bicarbonate, and carbonate. Protons are removed from various species in divalent cation-containing solutions (eg, carbonate, bicarbonate, hydronium, etc.) to shift the equilibrium towards carbonate to produce carbonate-containing precipitates Is done. As the proton is removed, more CO 2 dissolves into the solution. In some embodiments, the proton scavenger and / or method is used while contacting the divalent cation-containing aqueous solution with CO 2 to enhance CO 2 absorption in one aspect of the precipitation reaction, where the pH is constant. It may remain, increase or decrease further, followed by rapid removal of protons (eg, by addition of base) to result in fast precipitation of the carbonate-containing precipitate. Protons are any, including but not limited to, use of naturally occurring proton scavengers, use of microorganisms and fungi, use of synthetic chemical proton scavengers, recovery of man-made waste streams, and use of electrochemical means May be removed from various chemical species (eg, carbonic acid, bicarbonate, hydronium, etc.) by this convenient approach.

天然起源のプロトン除去剤は、塩基性局所環境を生み出すまたは有する可能性があるより広い環境で見いだすことができる任意のプロトン除去剤を包含する。幾つかの実施形態は、溶液に添加すると塩基性環境を生み出す鉱物を含む天然起源のプロトン除去剤を提供する。かかる鉱物には、石灰(CaO);ペリクレース(MgO);水酸化鉄鉱物(例えば、針鉄鉱および褐鉄鉱);ならびに火山灰が含まれるが、それらに限定されない。かかる鉱物およびかかる鉱物を含む岩石の温浸方法が本明細書で提供される。幾つかの実施形態は、天然起源のプロトン除去剤として水の天然アルカリ性体を使用することを提供する。水の天然アルカリ性体の例には、表層水源(例えば、CaliforniaのMono Lakeなどのアルカリ湖)および地下水源(例えば塩基性帯水層)が挙げられるが、それらに限定されない。他の実施形態は、アフリカのGreat Rift ValleyのLake Natronに沿った地殻などの水の乾燥アルカリ性体からの鉱床の使用を提供する。幾つかの実施形態では、それらの正常な代謝で塩基性分子または溶液を分泌する有機体がプロトン除去剤として使用される。かかる有機体の例は、アルカリ性プロテアーゼを生産する菌類(例えば、9の最適pHの深海菌類Aspergillus ustus)ならびにアルカリ性分子を生成するバクテリア(例えば、光合成の副生物からpHを上げる、British ColumbiaのAtlin湿地からのLyngbya種などのシアノバクテリア)である。幾つかの実施形態では、有機体はプロトン除去剤を生成するために使用され、ここで有機体(例えば、尿素をアンモニアに加水分解する、Bacillus pasteurii)は混入物質(例えば、尿素)を代謝してプロトン除去剤またはプロトン除去剤(例えば、アンモニア、水酸化アンモニウム)を含む溶液を生成する。幾つかの実施形態では、有機体は、沈澱反応混合物とは別々に培養され、ここでプロトン除去剤またはプロトン除去剤を含む溶液は沈澱反応混合物への添加のために使用される。幾つかの実施形態では、天然起源のまたは製造された酵素が、沈澱物の沈澱を引き起こすためにプロトン除去剤と組み合わせて使用される。植物および動物によって生産される酵素である、炭酸脱水酵素は、水溶液での炭酸の重炭酸塩への変換を加速する。したがって、炭酸脱水酵素が沈澱物の沈澱を加速するために使用されてもよい。   Naturally-occurring proton scavengers include any proton scavenger that can be found in a wider environment that can create or have a basic local environment. Some embodiments provide a naturally occurring proton scavenger that includes minerals that when added to a solution create a basic environment. Such minerals include, but are not limited to, lime (CaO); periclase (MgO); iron hydroxide minerals (eg goethite and limonite); and volcanic ash. Provided herein are methods for digestion of such minerals and rocks containing such minerals. Some embodiments provide for using the natural alkaline form of water as a naturally occurring proton scavenger. Examples of natural alkaline bodies of water include, but are not limited to, surface water sources (eg, alkaline lakes such as California Lake Mono Lake) and groundwater sources (eg, basic aquifers). Other embodiments provide for the use of deposits from dry alkaline bodies of water, such as the crust along the Lake Natron of Great Lift Valley, Africa. In some embodiments, organisms that secrete basic molecules or solutions in their normal metabolism are used as proton scavengers. Examples of such organisms include fungi that produce alkaline proteases (eg, the deep-sea fungus Aspergillus ustus at an optimal pH of 9) as well as bacteria that produce alkaline molecules (eg, British Columbia's Atlin wetlands that raise pH from photosynthesis by-products). From Cybacteria such as Lyngbya species). In some embodiments, the organism is used to produce a proton scavenger, where the organism (eg, Bacillus pasturii that hydrolyzes urea to ammonia) metabolizes contaminants (eg, urea). To produce a solution containing a proton remover or proton remover (eg, ammonia, ammonium hydroxide). In some embodiments, the organism is cultured separately from the precipitation reaction mixture, wherein a proton scavenger or a solution containing the proton scavenger is used for addition to the precipitation reaction mixture. In some embodiments, naturally occurring or manufactured enzymes are used in combination with a proton scavenger to cause precipitation of the precipitate. Carbonic anhydrase, an enzyme produced by plants and animals, accelerates the conversion of carbonic acid to bicarbonate in aqueous solution. Thus, carbonic anhydrase may be used to accelerate precipitation of the precipitate.

プロトン除去を達成するための化学薬品は、大量に生産され、かつ、商業的に入手可能である合成化学薬品を一般に意味する。例えば、プロトンを除去するための化学薬品には、水酸化物、有機塩基、超塩基、酸化物、アンモニア、および炭酸塩が含まれるが、それらに限定されない。水酸化物には、例えば、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))、または水酸化マグネシウム(Mg(OH))を含む、溶液中で水酸化物アニオンを提供する化学種が含まれる。有機塩基は、メチルアミンなどの第一級アミン、ジイソプロピルアミンなどの第二級アミン、ジイソプロピルエチルアミンなどの第三級アミン、アニリンなどの芳香族アミン、ピリジン、イミダゾール、およびベンズイミダゾールなどの複素環式芳香族化合物、ならびにそれらの様々な形態を含む一般に窒素塩基である炭素含有分子である。幾つかの実施形態では、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、およびホスファゼンから選択される有機塩基が、沈澱物の沈澱のために様々な化学種(例えば、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ために使用される。幾つかの実施形態では、アンモニアが、二価カチオンの溶液および工業廃棄物流れから沈澱物を沈澱させるのに十分なレベルにpHを上げるために使用される。プロトン除去剤としての使用に好適な超塩基には、ナトリウムエトキシド、ナトリウムアミド(NaNH)、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)アミドが含まれる。例えば、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)を含む酸化物もまた、使用されてもよい好適なプロトン除去剤である。本発明での使用のための炭酸塩には、炭酸ナトリウムが含まれるが、それに限定されない。 Chemicals to achieve proton removal generally mean synthetic chemicals that are produced in large quantities and are commercially available. For example, chemicals for removing protons include, but are not limited to hydroxides, organic bases, superbases, oxides, ammonia, and carbonates. Hydroxides include, for example, sodium hydroxide (NaOH), potassium hydroxide (KOH), calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ), or magnesium hydroxide (Mg (OH) 2 ) in solution. Chemical species that provide hydroxide anions are included. Organic bases include primary amines such as methylamine, secondary amines such as diisopropylamine, tertiary amines such as diisopropylethylamine, aromatic amines such as aniline, heterocyclics such as pyridine, imidazole, and benzimidazole. Aromatic compounds, as well as carbon-containing molecules that are generally nitrogenous bases, including various forms thereof. In some embodiments, an organic base selected from pyridine, methylamine, imidazole, benzimidazole, histidine, and phosphazene is used for various species (e.g., carbonic acid, bicarbonate, hydronium) for precipitation of the precipitate. Etc.) used to remove protons. In some embodiments, ammonia is used to raise the pH to a level sufficient to precipitate the precipitate from divalent cation solutions and industrial waste streams. Superbases suitable for use as proton scavengers include sodium ethoxide, sodium amide (NaNH 2 ), sodium hydride (NaH), butyllithium, lithium diisopropylamide, lithium diethylamide, and lithium bis (trimethylsilyl) amide. included. For example, oxides including calcium oxide (CaO), magnesium oxide (MgO), strontium oxide (SrO), beryllium oxide (BeO), and barium oxide (BaO) are also suitable proton scavengers that may be used. is there. Carbonates for use in the present invention include, but are not limited to sodium carbonate.

興味のあるカチオンおよび他の好適な金属形態を含むことに加えて、様々な工業プロセスからの廃棄物流れがプロトン除去剤を提供することができる。かかる廃棄物流れには、採鉱廃棄物;化石燃料燃焼灰(例えば、フライアッシュ、ボトムアッシュ、ボイラースラグなどの燃焼灰);スラグ(例えば、鉄スラグ、リンスラグ);セメントキルン廃棄物;石油精製所/石油化学製油所廃棄物(例えば、油田およびメタン層ブライン);炭層廃棄物(例えば、ガス生産ブラインおよび炭層ブライン);紙処理廃棄物;水軟化廃棄物ブライン(例えば、イオン交換流出物);ケイ素処理廃棄物;農業廃棄物;金属仕上げ廃棄物;高pH繊維廃棄物;ならびに苛性スラッジが含まれるが、それらに限定されない。採鉱廃棄物には、地球からの金属または別の貴重なもしくは有用な鉱物の抽出からの任意の廃棄物が含まれる。幾つかの実施形態では、採鉱からの廃棄物がpHを修正するために使用され、ここでこの廃棄物は、Bayerアルミニウム抽出法からの赤泥;海水からのマグネシウム抽出からの廃棄物(例えば、Moss Landing、Californiaに見いだされるものなどのMg(OH));および浸出を含む採鉱プロセスからの廃棄物から選択される。例えば、赤泥が、その全体を参照により本明細書によって援用される、2009年3月18日出願の、米国仮特許出願第61/161369号明細書に記載されているようにpHを修正するために使用されてもよい。その開示がその全体を本明細書に援用される、2009年6月17日出願の、米国特許出願第12/486692号明細書にさらに記載されている、化石燃料燃焼灰、セメントキルンダスト、およびスラグ、集合的に金属酸化物の廃棄物源が、プロトン除去剤を本発明に提供するために単独でまたは他のプロトン除去剤と組み合わせて使用されてもよい。動物排泄物または過度の肥料使用のどちらかによる、農業廃棄物は、水酸化カリウム(KOH)もしくはアンモニア(NH)または両方を含有する可能性がある。したがって、農業廃棄物がプロトン除去剤として本発明の幾つかの実施形態で使用されてもよい。この農業廃棄物は多くの場合池に集められるが、それはまた帯水層へ浸透する可能性があり、帯水層でそれにアクセスし、使用することができる。 In addition to including cations of interest and other suitable metal forms, waste streams from various industrial processes can provide proton scavengers. Such waste streams include: mining waste; fossil fuel combustion ash (eg, fly ash, bottom ash, boiler slag, etc.); slag (eg, iron slag, phosphorus slag); cement kiln waste; / Petrochemical refinery waste (eg oil fields and methane bed brine); coal bed waste (eg gas production brine and coal bed brine); paper processing waste; water softening waste brine (eg ion exchange effluent); Agricultural waste; metal finish waste; high pH fiber waste; as well as, but not limited to, caustic sludge. Mining waste includes any waste from the extraction of metals or other valuable or useful minerals from the earth. In some embodiments, waste from mining is used to correct the pH, where the waste is red mud from Bayer aluminum extraction process; waste from magnesium extraction from seawater (eg, Moss Landing, Mg (OH) 2 ) such as that found in California; and waste from mining processes including leaching. For example, red mud modifies pH as described in US Provisional Patent Application No. 61 / 161,369, filed Mar. 18, 2009, which is hereby incorporated by reference in its entirety. May be used for Fossil fuel combustion ash, cement kiln dust, and further described in US patent application Ser. No. 12 / 486,692, filed Jun. 17, 2009, the disclosure of which is incorporated herein in its entirety. Slag, a collective metal oxide waste source, may be used alone or in combination with other proton scavengers to provide proton scavengers to the present invention. Agricultural waste, either from animal waste or excessive fertilizer use, can contain potassium hydroxide (KOH) or ammonia (NH 3 ) or both. Thus, agricultural waste may be used as a proton scavenger in some embodiments of the present invention. This agricultural waste is often collected in a pond, but it can also penetrate into the aquifer, where it can be accessed and used.

電気化学的方法は、溶質からのプロトンの除去(例えば、炭酸もしくは重炭酸塩の脱プロトン化)または溶媒からのプロトンの除去(例えば、ヒドロニウムもしくは水の脱プロトン化)のどちらかによって、溶液中で様々な化学種からプロトンを除去するための別の方法である。例えば、CO溶解からのプロトン生成が溶質分子からの電気化学的プロトン除去にマッチするかまたはそれを超える場合、溶媒の脱プロトン化が起こる可能性がある。幾つかの実施形態では、例えば、COが沈澱反応混合物かまたは沈澱反応混合物への前駆体溶液(すなわち、二価カチオンを含有しても含有しなくてもよい溶液)に溶解されるときに、低電圧の電気化学的方法がプロトンを除去するために用いられる。幾つかの実施形態では、二価カチオンを含有しない水溶液に溶解したCOが、炭酸、重炭酸塩、ヒドロニウム、またはCOの溶解から生じた任意の化学種もしくはそれらの組み合わせからプロトンを除去するために低電圧の電気化学的方法によって処理される。低電圧の電気化学的方法は、1.5、1.4、1.3、1.2、1.1V以下などの、1V以下などの、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以下などの、2、1.9、1.8、1.7、または1.6V以下の平均電圧で動作する。塩素ガスを発生させない低電圧の電気化学的方法は、本発明のシステムおよび方法での使用に好都合である。酸素ガスを発生させない、プロトンを除去するための低電圧の電気化学的方法はまた、本発明のシステムおよび方法での使用に好都合である。幾つかの実施形態では、低電圧の電気化学的方法は、陰極で水素ガスを発生させ、それを陽極に運び、陽極で水素ガスはプロトンに変換される。水素ガスを発生させない電気化学的方法もまた好都合である可能性がある。幾つかの場合には、プロトンを除去するための電気化学的方法は、いかなるガス状副生物も発生させない。プロトン除去を達成するための電気化学的方法は、それらのそれぞれがそれらの全体を参照により本明細書に援用される、2008年12月24日出願の、米国特許出願第12/344,019号明細書;2008年12月23日出願の、米国特許出願第12/375,632号明細書;2008年12月23日出願の、国際特許出願PCT/米国特許出願第08/088242号明細書;2009年1月28日出願の、国際特許出願PCT/米国特許出願第09/32301号明細書;および2009年6月24日出願の、国際特許出願PCT/米国特許出願第09/48511号明細書にさらに記載されている。 Electrochemical methods involve either removing protons from solutes (eg, deprotonation of carbonic acid or bicarbonate) or removing protons from solvents (eg, deprotonation of hydronium or water) in solution. Is another method for removing protons from various chemical species. For example, if proton production from CO 2 dissolved or exceeds it matches the electrochemical proton removal from solute molecules, there is a possibility that the deprotonation of the solvent occurs. In some embodiments, for example, when CO 2 is dissolved in the precipitation reaction mixture or a precursor solution to the precipitation reaction mixture (ie, a solution that may or may not contain divalent cations). A low voltage electrochemical method is used to remove protons. In some embodiments, CO 2 dissolved in an aqueous solution that does not contain divalent cations removes protons from any species or combination thereof resulting from dissolution of carbonic acid, bicarbonate, hydronium, or CO 2. In order to be processed by low voltage electrochemical methods. Low voltage electrochemical methods include 0.9V or less, 0.8V or less, 0.7V, such as 1V or less, such as 1.5, 1.4, 1.3, 1.2, 1.1V or less. Below, 2, 1.9, 1.8, 1.7, or less, such as 0.6 V or less, 0.5 V or less, 0.4 V or less, 0.3 V or less, 0.2 V or less, or 0.1 V or less Operates with an average voltage of 1.6V or less. Low voltage electrochemical methods that do not generate chlorine gas are advantageous for use in the systems and methods of the present invention. Low voltage electrochemical methods for removing protons that do not generate oxygen gas 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 and carries it to the anode where it is converted to protons. Electrochemical methods that do not generate hydrogen gas may also be advantageous. In some cases, electrochemical methods for removing protons do not generate any gaseous by-products. Electrochemical methods for achieving proton removal are described in US patent application Ser. No. 12 / 344,019, filed Dec. 24, 2008, each of which is hereby incorporated by reference in its entirety. Description: US Patent Application No. 12 / 375,632, filed December 23, 2008; International Patent Application PCT / US Application No. 08/088822, filed December 23, 2008; International Patent Application No. PCT / US Patent Application No. 09/32301, filed Jan. 28, 2009; and International Patent Application No. PCT / US Patent Application No. 09/48511, filed June 24, 2009. Are further described.

あるいはまた、電気化学的方法は、例えば、クロル−アルカリ法、またはそれの改良によって、苛性分子(例えば、水酸化物)を生成するために用いられてもよい。電極(すなわち、陰極および陽極)が、二価カチオン含有水溶液またはガス状廃棄物流れ充満(例えば、CO充満)溶液を含有する装置中に存在してもよく、膜などの、選択的障壁が電極を分離してもよい。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、収穫され、そして他の目的のために使用されてもよい副生物(例えば、水素)を生成する可能性がある。本発明のシステムおよび方法に用いられてもよい追加の電気化学的アプローチには、それらの開示が参照により本明細書に援用される、米国仮特許出願第61/081,299号明細書および同第61/091,729号明細書に記載されているものが含まれるが、それらに限定されない。 Alternatively, electrochemical methods may be used to generate caustic molecules (eg, hydroxides), for example, by the chlor-alkali method, or improvements thereof. Electrodes (ie, cathodes and anodes) may be present in devices containing divalent cation-containing aqueous solutions or gaseous waste stream full (eg, CO 2 full) solutions, and there are selective barriers such as membranes The electrodes may be separated. Electrochemical systems and methods for removing protons can produce by-products (eg, hydrogen) that may be harvested and used for other purposes. Additional electrochemical approaches that may be used in the systems and methods of the present invention include US Provisional Patent Application No. 61 / 081,299, the disclosures of which are hereby incorporated by reference. Although what is described in 61 / 091,729 specification is included, it is not limited to them.

含金属シリケート材料
上に開示されたように、下にさらに詳細に開示されるように、本発明は、CO源、プロトン除去剤源(および/またはプロトン除去の達成方法)、ならびに二価カチオン源を利用する。含金属シリケート材料(例えば、蛇紋石および枕貝の貝殻などの金属シリケート;金属シリケートを含む岩石)が二価カチオン(例えば、Ca2+、Mg2+)源、プロトン除去剤(例えば、CaOおよびMgOなどの金属酸化物;Ca(OH)およびMg(OH)などの金属水酸化物)源、または両方を提供してもよい。さらに、含金属シリケート材料は、本発明の組成物にシリカ含量を提供することができる。幾つかの実施形態では、含金属シリケート材料は、本明細書に記載される組成物の製造のための唯一の二価カチオン源を提供する。幾つかの実施形態では、含金属シリケート材料は、補足の二価カチオン源と組み合わせて使用される。同様に、幾つかの実施形態では、含金属シリケート材料は、本明細書に記載される組成物の製造のための唯一のプロトン除去剤源を提供する。幾つかの実施形態では、含金属シリケート材料は、補足のプロトン除去剤源と組み合わせて使用される。幾つかの実施形態では、含金属シリケート材料は、本明細書に記載される組成物の製造のための唯一の二価カチオン源およびプロトン除去剤源を提供する。例えば、幾つかの実施形態では、クリソタイルなどの蛇紋石鉱物が水酸化物源であってもよい。かかる実施形態では、含金属シリケート材料(例えば、蛇紋石)が温浸されてもまたは水に溶解されてもよい。最適の温浸または溶解を達成するために、含金属シリケート材料は、細かく砕かれてもおよび/または溶液で超音波処理されてもよい。含金属シリケート材料はまた、ある量の時間(例えば、日、月、年)溶液中に単にあってもよい。幾つかの実施形態では、含金属シリケート材料は、補足の二価カチオン源および補足のプロトン除去剤源と組み合わせて使用される。幾つかの実施形態では、本発明の組成物中に存在するシリカは、含金属シリケート材料、または含金属シリケート材料と補足のシリカ源(例えば、フライアッシュ、セメントキルンダスト、および/または他の人為的源)との組み合わせによって提供される。含金属シリケート材料が、単独でまたは他の二価カチオン源およびプロトン除去剤源と組み合わせて使用される方法は、下にさらに記載される。
Metal-containing silicate materials As disclosed above, as disclosed in further detail below, the present invention provides a source of CO 2, a source of proton scavenger (and / or a method for achieving proton removal), and a divalent cation. Use the source. Metal-containing silicate materials (eg, metal silicates such as serpentine and shellfish shells; rocks containing metal silicates) are sources of divalent cations (eg, Ca 2+ , Mg 2+ ), proton removing agents (eg, CaO and MgO) Metal oxides; metal hydroxides such as Ca (OH) 2 and Mg (OH) 2 ) sources, or both. Furthermore, the metal-containing silicate material can provide a silica content to the composition of the present invention. In some embodiments, the metal-containing silicate material provides the only divalent cation source for the production of the compositions described herein. In some embodiments, the metal-containing silicate material is used in combination with a supplemental divalent cation source. Similarly, in some embodiments, the metal-containing silicate material provides the only source of proton scavenger for the manufacture of the compositions described herein. In some embodiments, the metal-containing silicate material is used in combination with a supplemental proton remover source. In some embodiments, the metal-containing silicate material provides the only divalent cation source and proton remover source for the production of the compositions described herein. For example, in some embodiments, serpentine minerals such as chrysotile may be the hydroxide source. In such embodiments, the metal-containing silicate material (eg, serpentine) may be digested or dissolved in water. In order to achieve optimal digestion or dissolution, the metal-containing silicate material may be comminuted and / or sonicated with a solution. The metal-containing silicate material may also simply be in solution for a certain amount of time (eg, day, month, year). In some embodiments, the metal-containing silicate material is used in combination with a supplemental divalent cation source and a supplemental proton remover source. In some embodiments, the silica present in the composition of the present invention is a metallized silicate material, or a metallized silicate material and a supplemental silica source (eg, fly ash, cement kiln dust, and / or other artifacts). Source). Methods in which the metal-containing silicate material is used alone or in combination with other divalent cation sources and proton remover sources are further described below.

岩石、鉱物および/または準鉱物を含む天然起源の固体骨材、特に、処理(例えば、サイズ縮小、温浸)すると、Mg2+および/またはCa2+などの二価カチオンを提供するマグネシウムおよび/またはカルシウムを含む岩石(例えば、かんらん岩、玄武岩、斑れい岩、輝緑岩など)が本発明に好適であり、多くの場合に好都合である。岩石はまた、同様にうまく本発明の組成物にシリカ含量を提供することができる。高秩序の原子構造と独特の物理的特性との特徴的な組成を有する鉱物は、本発明に一般により好適である。岩石と同様に、マグネシウムおよび/またはカルシウムを含む鉱物は、処理するとMg2+および/またはCa2+などの二価カチオンを本発明に提供することができる。マグネシウムおよび/またはカルシウムを含む鉱物はまた、処理すると、本発明の組成物にシリカを提供する、シリケート(例えば、カルシウムシリケート、マグネシウムシリケート、アルミノシリケート、鉄所有シリケート、およびそれらの混合物などのケイ素と一緒に少なくとも1つの金属を含有する、金属シリケート)を提供することができ、それらの組成物はポゾラン特性を示す。幾つかの実施形態では、鉱物は、それらのシリカ提供含量のみのために処理される;すなわち、幾つかの実施形態では、(Ca2+および/またはMg2+などの二価カチオンをもたらす)カルシウムおよび/またはマグネシウムの低いまたは無視できる量の含金属シリケート材料は、シリカ提供含量のために処理される。岩石が本発明に使用されてもよいので、純粋なまたは不純な鉱物が本発明に好適であることが理解されるべきである。 Naturally occurring solid aggregates, including rocks, minerals and / or quasi-minerals, in particular magnesium and / or to provide divalent cations such as Mg 2+ and / or Ca 2+ upon processing (eg size reduction, digestion) Rocks containing calcium (eg, peridotite, basalt, gabbro, diorite, etc.) are suitable for the present invention and are often convenient. Rocks can also provide silica content to the compositions of the present invention as well. Minerals having a characteristic composition of highly ordered atomic structure and unique physical properties are generally more suitable for the present invention. Similar to rocks, minerals containing magnesium and / or calcium can be treated to provide divalent cations such as Mg 2+ and / or Ca 2+ to the present invention. Minerals containing magnesium and / or calcium can also be treated with silicon such as silicates (eg, calcium silicates, magnesium silicates, aluminosilicates, iron-owned silicates, and mixtures thereof) to provide silica to the compositions of the present invention. Metal silicates), which together contain at least one metal, their compositions exhibit pozzolanic properties. In some embodiments, minerals are treated only for their silica-providing content; that is, in some embodiments, calcium (which results in divalent cations such as Ca 2+ and / or Mg 2+ ) and A low or negligible amount of metal-containing silicate material with magnesium is treated for silica-providing content. It should be understood that pure or impure minerals are suitable for the present invention since rocks may be used in the present invention.

岩石、鉱物、および鉱物に富む粘土中に存在するものなどの天然起源の含金属シリケート材料を含めて、多数の異なる含金属シリケート材料が本発明での使用に好適である。本発明に使用されてもよい金属シリケートには、オルトシリケート、イノシリケート、フィロシリケート、およびテクトシリケートが含まれるが、それらに限定されない。オルトシリケートには、例えば、かんらん石族鉱物((Mg,Fe)SiO))が含まれ、ここでマグネシウムにより富むかんらん石鉱物(すなわち、鉄かんらん石(FeSiO)とは反対に苦土かんらん石(MgSiO)により近い)が一般に好ましい。イノシリケート(「鎖状シリケート」)には、例えば、輝石族鉱物(XY(Si,Al))(式中、Xは、カルシウム、ナトリウム、鉄(例えば、Fe2+)、またはマグネシウムのイオンを表し、Yは、クロム、アルミニウム、鉄(例えば、Fe3+、さらにFe2+)、マグネシウム、マンガン、スカンジウム、チタン、およびバナジウムなどの、より小さいサイズのイオンを表す)などの単一鎖イノシリケートが含まれ、ここでマグネシウムにより富む輝石族鉱物(例えば、フェロシライト(FeSi)とは反対にインスティチュート(MgSi)により近い)が一般に好ましい。単一鎖イノシリケートにはまた、例えば、本発明での使用にまた好適である、ウォラストナイト(CaSiO)、通常接触変成石灰石(commonly in contact−metamorphosed limestone)、および曹灰針石(NaCa(Si)(OH))などの、ピロキセノイド族鉱物が含まれる。二重鎖イノシリケートには、例えば、直閃石((Mg,Fe)Si22(OH))などの角閃石族鉱物が含まれる。フィロシリケート(すなわち、層状シリケート)には、例えば、蛇紋石族鉱物(例えば、アンチゴライト、クリソタイル、および/または蛇紋石((Mg,Fe)Si(OH))のリザーダイト多形)、フィロシリケート粘土鉱物(例えば、モンモリロナイト(Na,Ca)0.33(Al,Mg)(Si10)(OH)・nHOおよびタルクMgSi10(OH))、ならびに雲母族鉱物(例えば、黒雲母K(Mg,Fe)(AlSi10)(OH))が含まれる。(石英族鉱物を除いて)アルミノシリケートである、テクトシリケート(すなわち、骨格シリケート)は、例えば、曹灰長石((Na,Ca)(Si,Al)(Na:Ca2:3)および灰長石(CaAlSi)などの斜長石を含む。 A number of different metallized silicate materials are suitable for use in the present invention, including naturally occurring metallized silicate materials such as those present in rocks, minerals, and mineral rich clays. Metal silicates that may be used in the present invention include, but are not limited to, orthosilicates, inosilicates, phyllosilicates, and tectosilicates. Orthosilicates include, for example, olivine group minerals ((Mg, Fe) 2 SiO 4 ), where olivine minerals rich in magnesium (ie, iron olivine (Fe 2 SiO 4 )) and On the contrary, it is generally preferred to be dolomite (Mg 2 SiO 4 ). Inosilicates (“chain silicates”) include, for example, pyroxene group minerals (XY (Si, Al) 2 O 6 ), where X is calcium, sodium, iron (eg, Fe 2+ ), or magnesium. Represents an ion, and Y represents a single chain ion such as chromium, aluminum, iron (eg Fe 3+ , even Fe 2+ ), magnesium, manganese, scandium, titanium, and vanadium). Pyroxene-group minerals that include silicates and are rich in magnesium (eg, closer to the institute (Mg 2 Si 2 O 6 ) as opposed to ferrosilite (Fe 2 Si 2 O 6 )) are generally preferred. Single chain inosilicates also include, for example, wollastonite (CaSiO 3 ), commonly in contact-metamorphosed limestone, and sodium ash needle (NaCa 2 ), which are also suitable for use in the present invention. Pyroxenoid minerals such as (Si 3 O 8 ) (OH)) are included. The duplex Ino silicates, for example, include amphibole group minerals such as anthophyllite ((Mg, Fe) 7 Si 8 O 22 (OH) 2). Examples of phyllosilicates (ie, layered silicates) include serpentine group minerals (eg, antigolite, chrysotile, and / or serpentine ((Mg, Fe) 3 Si 2 O 5 (OH) 4 ) Form), phyllosilicate clay minerals (for example, montmorillonite (Na, Ca) 0.33 (Al, Mg) 2 (Si 4 O 10 ) (OH) 2 .nH 2 O and talc Mg 3 Si 4 O 10 (OH) 2 ), as well as mica group minerals such as biotite K (Mg, Fe) 3 (AlSi 3 O 10 ) (OH) 2 ). Tectosilicates (ie, skeletal silicates) that are aluminosilicates (excluding quartz group minerals) include, for example, sodium feldspar ((Na, Ca) (Si, Al) 4 O 8 (Na: Ca2: 3) and ash Includes plagioclase such as feldspar (CaAl 2 Si 2 O 8 ).

それぞれ、52%未満のSiOおよび45%未満のSiOを有する、苦鉄質および超苦鉄質鉱物(すなわち、時々マグネシウムシリケートと言われる、マグネシウムおよび鉄に富むシリケート含有鉱物)は、上に記載された金属シリケートの幾つかの小集団である。したがって、苦鉄質鉱物および超苦鉄質(すなわち、一般に>18%MgO、高いFe含有率、低いカリウム含有率)鉱物、ならびにそれらの生成物または処理形態がまた、本発明での使用に好適である。苦鉄質および超苦鉄質鉱物を含む、苦鉄質および超苦鉄質岩石(一般に>90%苦鉄質鉱物)は、同様にうまく本発明に好適である。かかる岩石には、輝岩、トロクトライト、ダナイト、かんらん岩、玄武岩、斑れい岩、輝緑岩、およびソープストンが含まれるが、それらに限定されない。一般的な造岩苦鉄質鉱物には、かんらん石、輝石、角閃石、黒雲母が含まれる。かなりの量のかんらん石および蛇紋石所有岩石が、特に超苦鉄質錯体で、および大きい蛇紋岩体で世界中に存在する。蛇紋石は、クロム、マンガン、コバルトおよびニッケルなどの少量の元素を有する、豊富な天然起源の鉱物である。したがって、蛇紋石は、蛇紋石族に属する20+変種のいずれかを意味してもよい。かんらん石は、苦土かんらん石(Fo)(MgSiO)から鉄かんらん石(Fa)(FeSiO)に及ぶ、天然起源のマグネシウム−鉄シリケート((Mg,Fe)SiO)である。したがって、かんらん石は、例えば、Fo70Fa30(式中、下付き文字は、苦土かんらん石(Fo)対鉄かんらん石(Fa)のモル比を示す)であってもよい。一般に、苦土かんらん石により富むかんらん石が好ましい。構造のせいで、かんらん石族にはまた、モンティセライト(CaMgSiO)およびキルシュステイナイト(kirschsteinite)(CaFeSiO)が含まれる。ウォラストナイトは、本発明にまた好都合である天然起源のカルシウムシリケートである。 Mafic and ultramafic minerals (ie, magnesium and iron rich silicate-containing minerals, sometimes referred to as magnesium silicates), each having less than 52% SiO 2 and less than 45% SiO 2 are Some subpopulations of the described metal silicates. Accordingly, mafic and ultramafic (ie, generally> 18% MgO, high Fe content, low potassium content) minerals, and their products or treatment forms are also suitable for use in the present invention. It is. Mafic and ultramafic rocks (generally> 90% mafic minerals), including mafic and ultramafic minerals, are equally well suited for the present invention. Such rocks include, but are not limited to, pyroxene, troctolite, dunite, peridotite, basalt, gabbro, diorite, and soapstone. Common rock-forming mafic minerals include olivine, pyroxene, amphibole and biotite. A significant amount of olivine and serpentine-bearing rocks are present all over the world, especially in ultramafic complexes and in large serpentine bodies. Serpentine is an abundant natural source mineral with small amounts of elements such as chromium, manganese, cobalt and nickel. Thus, serpentine may mean any of 20+ variants belonging to the serpentine family. Olivines are naturally occurring magnesium-iron silicates ((Mg, Fe) 2 SiO 4 ) ranging from mafic olivine (Fo) (MgSiO 4 ) to iron olivine (Fa) (Fe 2 SiO 4 ). ). Thus, the olivine may be, for example, Fo 70 Fa 30 (where the subscript indicates the molar ratio of bituminous olivine (Fo) to iron olivine (Fa)). In general, olivines richer in bitter olivine are preferred. Due to the structure, the olivine group also includes Monticerite (CaMgSiO 4 ) and Kirschsteinite (CaFeSiO 4 ). Wollastonite is a naturally occurring calcium silicate that is also convenient for the present invention.

システムおよび方法
二酸化炭素源、二価カチオン含有溶液、およびプロトン除去剤源からのシリカを含む炭酸塩含有組成物の製造方法が提供される。シリカをほとんどまたは全く含まない炭酸塩含有組成物の製造方法もまた提供される。かかる方法では、ケイ素ベースの材料(例えば、シリカ、未反応のまたは未温浸のシリケートなど)が本方法の早期時点で分離され、炭酸塩含有組成物とは別々に処理されてもよい。ケイ素ベースの材料と炭酸塩含有材料とは、特定の比の成分の組成物を生成するために後の段階でブレンドされてもよい。シリカを含む炭酸塩組成物はさらに処理され、例えば、ポルトランドセメントとブレンドされてもよい。
Systems and Methods A method for producing a carbonate-containing composition comprising silica from a carbon dioxide source, a divalent cation-containing solution, and a proton remover source is provided. Also provided are methods of making carbonate-containing compositions that contain little or no silica. In such methods, silicon-based materials (eg, silica, unreacted or undigested silicates, etc.) may be separated at an early point in the method and processed separately from the carbonate-containing composition. The silicon-based material and the carbonate-containing material may be blended at a later stage to produce a specific ratio of component compositions. The carbonate composition comprising silica may be further processed and blended with, for example, Portland cement.

図1は、炭酸塩含有沈澱物(690、255)を、含金属シリケート材料(240)から製造することができる一般順序の工程を例示し、それらの工程は以下の段落でさらに詳細に議論される。初期の含金属シリケート材料の粒度は、破砕、粉砕、および篩い分けの組み合わせを用いて、工程610でのように先ずサイズ縮小され(すなわち、細かく砕かれ)てもよく、そのプロセスは、一貫した粒度の含金属シリケート材料を生成するために繰り返し行われてもよい。細かく砕かれた含金属シリケート材料は次に、工程620でのように水溶液に懸濁されてもよく、その溶液は一般に、本発明の沈澱物になるであろう二価カチオンの一部を含む。下に記載されるように、懸濁液中の細かく砕かれた含金属シリケート材料の濃度は、1〜1280g/Lのどこにあってもよい。細かく砕かれた含金属シリケート材料の懸濁後に、含金属シリケート材料は工程630でのように温浸される。含金属シリケート材料の溶解を含むが、それに限定されない、含金属シリケート材料の温浸は、任意の所望の程度まで行われてもよい。したがって、温浸条件(例えば、温度、撹拌の方法(もしあれば)、時間など)は、下に記載されるように変わってもよい。温浸は、例えば、周囲条件(すなわち、室温および圧力)下に行われてもよい。含金属シリケート材料の温浸後に、得られた温浸混合物は、シリカおよび/または未温浸のケイ素ベースの材料を除去するために濾過工程(640)で任意選択的に濾過されてもよい。シリカおよび温浸の他のケイ素ベースの生成物の濃度は二価カチオンの濃度より速い速度で高くなる可能性があるので、二価カチオンの抽出を最適化するためにシリカおよび他のケイ素ベースの生成物を濾過することが有利である可能性がある。沈澱物が次に、温浸された含金属シリケート材料または二価カチオンと、濾過の程度に依存して、シリカおよび/または他のケイ素ベースの材料とを含む、それの水溶液から沈澱工程(650)で生成されてもよい。本明細書に追加して詳細に記載されるように、沈澱物の沈澱は、COと、溶液が既に塩基性ではない場合には、1つ以上のプロトン除去剤との導入(またはプロトン除去の達成方法)をさらに含む。沈澱物は、形成すると、下にさらに詳細に記載されるように液−固分離機を含む、分離工程(660)で沈澱反応混合物から次に分離される。分離後に、沈澱物は、例えば、可溶性の塩化物、硫酸塩、硝酸塩などを除去するためにリンス工程(670)で任意選択的にリンスされてもよい。分離工程660で新たに分離されようとリンス工程670でのように新たにリンスされようと、沈澱物を乾燥させてもよい。乾燥工程680は、沈澱物のスラリーが噴霧乾燥機へ供給され、一貫したサイズに乾燥され、乾燥沈澱物690を生成するように沈澱物を再構成することを含んでもよく、その沈澱物はポゾラン材料255であってもよい。 FIG. 1 illustrates a general sequence of steps in which a carbonate-containing precipitate (690, 255) can be produced from a metal-containing silicate material (240), which steps are discussed in further detail in the following paragraphs. The The particle size of the initial metallized silicate material may be first reduced in size (ie, finely crushed) as in step 610 using a combination of crushing, crushing, and sieving, and the process is consistent It may be repeated to produce a particle size metallized silicate material. The comminuted metal-containing silicate material may then be suspended in an aqueous solution as in step 620, which solution generally contains a portion of the divalent cation that will result in the precipitate of the present invention. . As described below, the concentration of the finely divided metal-containing silicate material in the suspension can be anywhere from 1-1280 g / L. After suspension of the finely divided metal-containing silicate material, the metal-containing silicate material is digested as in step 630. The digestion of the metal-containing silicate material, including but not limited to dissolution of the metal-containing silicate material, may be performed to any desired degree. Accordingly, digestion conditions (eg, temperature, agitation method (if any), time, etc.) may vary as described below. The digestion may be performed, for example, under ambient conditions (ie, room temperature and pressure). After digestion of the metal-containing silicate material, the resulting digestion mixture may optionally be filtered in a filtration step (640) to remove silica and / or undigested silicon-based material. Since the concentration of silica and other silicon-based products of digestion can increase at a faster rate than the concentration of divalent cations, silica and other silicon-based products can be used to optimize divalent cation extraction. It may be advantageous to filter the product. The precipitate is then precipitated from an aqueous solution thereof containing a digested metal-containing silicate material or divalent cation and silica and / or other silicon-based material, depending on the degree of filtration (650 ). As described in detail further herein, the precipitation of the precipitate is the introduction (or proton removal) of CO 2 and, if the solution is not already basic, one or more proton removal agents. The method of achieving the above. Once formed, the precipitate is then separated from the precipitation reaction mixture in a separation step (660), including a liquid-solid separator as described in more detail below. After separation, the precipitate may optionally be rinsed in a rinse step (670) to remove, for example, soluble chlorides, sulfates, nitrates, and the like. The precipitate may be dried whether freshly separated in the separation step 660 or freshly rinsed as in the rinse step 670. The drying step 680 may include reconstitution of the precipitate so that a slurry of the precipitate is fed to a spray dryer and dried to a consistent size to produce a dry precipitate 690, which precipitate is pozzolanic. Material 255 may be used.

一般に、含金属シリケート材料(例えば、金属シリケート鉱物を含む岩石)は、広範囲の初期粒度を有する。したがって、出発含金属シリケート材料を細かく砕くことが望ましく、その細砕は、任意の好適な装置または装置の組み合わせで達成されてもよい。出発含金属シリケート材料のサイズ縮小は、破砕から始めてもよい。破砕された含金属シリケート材料は次に、粉砕によってより小さい粒度に縮小されてもよい。粉砕は、ジェットミルまたはボールミルなどのミルの使用を含んでもよい。粉砕された含金属シリケート材料は次に、特定のサイズ分布範囲内の含金属シリケート材料を選択するために(例えば、篩い、サイクロンなどによって)その後に選別されてもよい。特定のサイズ分布範囲外になる選別された含金属シリケート材料は、グラインダーに戻され、さらに粉砕されてもよい。特定のサイズ分布範囲に入る選別された含金属シリケート材料は、直接使用されても(すなわち、シリケート材料の温浸に進められても)または、任意選択的に、繰り返しプロセスでのさらなる処理に通されてもよい。幾つかの実施形態では、含金属シリケート材料の粒度は、10,000ミクロン未満、1000ミクロン未満、750ミクロン未満、500ミクロン未満、400ミクロン未満、300ミクロン未満、200ミクロン未満、100ミクロン未満、75ミクロン未満、50ミクロン未満、25ミクロン未満、または10ミクロン未満の平均直径まで縮小されてもよい。スクリーン選択含金属シリケート材料のさらなる処理は、磁鉄鉱(Fe)などの磁性材料を分離するための磁気分離、引き続き任意の熱処理を含んでもよい。 In general, metal-containing silicate materials (eg, rocks containing metal silicate minerals) have a wide range of initial particle sizes. Thus, it is desirable to comminute the starting metal-containing silicate material, which may be accomplished with any suitable device or combination of devices. The size reduction of the starting metal-containing silicate material may begin with crushing. The crushed metal-containing silicate material may then be reduced to a smaller particle size by grinding. Milling may include the use of a mill such as a jet mill or a ball mill. The ground metallized silicate material may then be screened (eg, by sieving, cyclone, etc.) to select a metallized silicate material within a specific size distribution range. The sorted metal-containing silicate material that falls outside the specified size distribution range may be returned to the grinder and further crushed. Selected metal-containing silicate materials that fall within a specific size distribution range can be used directly (ie, proceeded to digestion of the silicate material) or, optionally, are subject to further processing in an iterative process. May be. In some embodiments, the metal-containing silicate material has a particle size of less than 10,000 microns, less than 1000 microns, less than 750 microns, less than 500 microns, less than 400 microns, less than 300 microns, less than 200 microns, less than 100 microns, 75 It may be reduced to an average diameter of less than micron, less than 50 microns, less than 25 microns, or less than 10 microns. Further processing of the screen-selective metal-containing silicate material may include magnetic separation to separate magnetic material such as magnetite (Fe 3 O 4 ) followed by optional heat treatment.

金属シリケート(例えば、かんらん石および蛇紋石などの苦鉄質および超苦鉄質鉱物;ウォラストナイト)および/または関連材料の温浸は、本発明での使用のための二価カチオン、ケイ素ベースの材料、および、幾つかの実施形態では、プロトン除去剤を提供する、任意の好都合なプロトコルを用いて達成されてもよい。含金属シリケート材料の温浸は、水(例えば、脱イオン水、蒸留水)または、淡水、半塩水、海水、もしくはブライン(天然起源のまたは人為的なブライン)などの二価カチオン含有水溶液などの溶媒中で起こってもよい。天然起源であろうとアントロポイド源からであろうと、水溶液は一般に、本発明での使用のための二価カチオンの少なくとも一部を含む。さらに、水溶液は酸性または塩基性であってもよく、それへの暴露は、含金属シリケート材料の温浸を加速する可能性がある。温浸はまた、(上に記載された)粒子サイズ縮小による、ならびに、例えば、超音波技法(例えば、慣性キャビテーション)の使用によるなど、表面積を増やすことによって加速されてもよい。含金属シリケート材料を、ケイ素含有材料を含むスラリーを生成するために回分、半回分、および連続プロセスを含む、様々なプロセスで二価カチオン含有溶液と接触させてもよい。例えば、苦鉄質鉱物は、タンク中で二価カチオン含有溶液と混合されてもよく、その溶液は撹拌されてもまたは別のやり方でかき混ぜられてもよい。ある期間後に、スラリーはタンクから抜き出され、タンクは、新鮮な含金属シリケート材料と二価カチオン含有溶液とを再装入される。幾つかの実施形態では、反応は、連続フロープロセスで1つ以上の連続の撹拌タンク反応器で起こってもよい。幾つかの実施形態では、含金属シリケート材料は、充填カラム内に配置され、二価カチオン含有溶液が配置された含金属シリケート材料中に浸透させられる。幾つかの実施形態では、二価カチオンとケイ素含有材料とを含むスラリーは、含金属シリケート材料を充填されている、垂直カラムのトップから連続的に抜き出される。   Digestion of metal silicates (eg, mafic and ultramafic minerals such as olivine and serpentine; wollastonite) and / or related materials is a divalent cation, silicon for use in the present invention. The base material, and in some embodiments, may be achieved using any convenient protocol that provides a proton scavenger. Digestion of metal-containing silicate materials can include water (eg, deionized water, distilled water) or divalent cation-containing aqueous solutions such as fresh water, half-salt water, sea water, or brine (natural or artificial brine). It may occur in a solvent. Aqueous solutions, whether of natural origin or from an anthropoid source, generally contain at least a portion of divalent cations for use in the present invention. Further, the aqueous solution may be acidic or basic, and exposure to it may accelerate the digestion of the metal-containing silicate material. Digestion may also be accelerated by increasing the surface area, such as by particle size reduction (described above), as well as, for example, by using ultrasonic techniques (eg, inertial cavitation). The metal-containing silicate material may be contacted with the divalent cation-containing solution in a variety of processes, including batch, semi-batch, and continuous processes to produce a slurry containing silicon-containing material. For example, the mafic mineral may be mixed with a divalent cation-containing solution in a tank, and the solution may be agitated or otherwise agitated. After a period of time, the slurry is withdrawn from the tank and the tank is recharged with fresh metal-containing silicate material and divalent cation-containing solution. In some embodiments, the reaction may occur in one or more continuous stirred tank reactors in a continuous flow process. In some embodiments, the metal-containing silicate material is placed in a packed column and infiltrated into the metal-containing silicate material where the divalent cation-containing solution is placed. In some embodiments, a slurry comprising a divalent cation and a silicon-containing material is continuously withdrawn from the top of a vertical column that is filled with a metal-containing silicate material.

幾つかの実施形態では、含金属シリケート材料は、完全にまたは部分的に、プロトン除去剤源を提供する。したがって、含金属シリケート材料は、本明細書に記載される組成物の製造のための唯一のプロトン除去剤源であってもよい。含金属シリケート材料はまた、本明細書に記載される組成物の製造のための補足のプロトン除去剤源と組み合わせて使用されてもよい。上記のように、含金属シリケート材料の温浸は、水または淡水、半塩水、海水、もしくはブラインなどの水溶液などの溶媒中で起こってもよい。天然起源であろうと人為的な源からであろうと、水溶液は一般に、本発明での使用のための少なくとも幾らかの二価カチオンを含み、塩基性であってもよい。かかる水溶液中の含金属シリケート材料の温浸は、追加の二価カチオンおよび/またはプロトン除去剤を水溶液に提供する。   In some embodiments, the metal-containing silicate material provides a source of proton scavenger completely or partially. Thus, the metal-containing silicate material may be the only source of proton scavenger for the production of the compositions described herein. The metal-containing silicate material may also be used in combination with a supplemental proton scavenger source for the production of the compositions described herein. As noted above, digestion of the metal-containing silicate material may occur in a solvent such as water or an aqueous solution such as fresh water, half-salt water, sea water or brine. Aqueous solutions, whether natural or artificial, generally contain at least some divalent cations for use in the present invention and may be basic. Such digestion of the metal-containing silicate material in an aqueous solution provides additional divalent cations and / or proton scavengers to the aqueous solution.

幾つかの実施形態では、含金属シリケート材料は、完全にまたは部分的に、本発明のポゾラン材料にシリカ源を提供する。したがって、含金属シリケート材料は、本明細書に記載される組成物の製造のための唯一のシリカ源であってもよい。含金属シリケート材料はまた、本明細書に記載される組成物の製造のために補足のシリカ源と組み合わせて使用されてもよい。含金属シリケート材料の温浸は、水または水溶液などの溶媒中で起こってもよく、その後、未温浸の含金属シリケート材料および/または不溶性のケイ素ベースの材料(例えば、過剰のシリカ)は除去されてもよい。未温浸の含金属シリケート材料および/または不溶性のケイ素ベースの材料(例えば、過剰のシリカ)は後で廃棄されても、または、幾つかの実施形態では、炭酸塩含有沈澱物と組み合わせられてもよく、その材料は既に(十分なシリカが温浸中に溶解したという条件で)ポゾラン材料であることができる。炭酸塩含有沈澱物中の非晶質シリカの量に依存して、火山灰、フライアッシュ、シリカヒューム、高反応性メタカオリン、および粉砕された顆粒の溶鉱炉スラグを含むが、それらに限定されない、他のケイ質生成物が組み込まれてもよい。   In some embodiments, the metal-containing silicate material provides a silica source to the pozzolanic material of the present invention, in whole or in part. Thus, the metal-containing silicate material may be the sole silica source for the production of the compositions described herein. The metal-containing silicate material may also be used in combination with a supplemental silica source for the manufacture of the compositions described herein. Digestion of the metal-containing silicate material may occur in a solvent such as water or an aqueous solution, after which the undigested metal-containing silicate material and / or insoluble silicon-based material (eg, excess silica) is removed. May be. The undigested metal-containing silicate material and / or insoluble silicon-based material (eg, excess silica) may later be discarded or, in some embodiments, combined with a carbonate-containing precipitate. Alternatively, the material can already be a pozzolanic material (provided sufficient silica was dissolved during digestion). Depending on the amount of amorphous silica in the carbonate-containing precipitate, other, including but not limited to, volcanic ash, fly ash, silica fume, highly reactive metakaolin, and ground granulated blast furnace slag A siliceous product may be incorporated.

温浸のための含金属シリケート材料の濃度は、水または水溶液(例えば、淡水、半塩水、海水、もしくはブライン)中、1〜10g/L、10〜20g/L、20〜30g/L、30〜40g/L、40〜80g/L、80〜160g/L、160〜320g/L、320〜640g/L、640〜1280g/L、またはそれらの範囲であってもよい。例えば、幾つかの実施形態では、温浸のための含金属シリケート材料の濃度は、1〜40g/L、10〜80g/L、20〜160g/L、40〜320g/L、80〜640g/L、または160〜1280g/Lであってもよい。温度は、含金属シリケート材料温浸を最適化するために調節されてもよい。幾つかの実施形態では、含金属シリケート材料は、室温(約70°F)〜220°Fで温浸される。幾つかの実施形態では、含金属シリケート材料は、70〜100°F、100〜220°F、120〜220°F、140〜220°F、160〜220°F、100〜200°F、100〜180°F、100〜160°F、および100〜140°Fから選択される1つ以上の温度範囲内で温浸される。補助加熱が温度を高めるために必要とされる場合には、例えば、煙道ガスからの廃熱が使用されてもよい。他の外部熱源(例えば、温水)が同様にうまく使用されてもよい。温浸時間はまた、含金属シリケート材料温浸を最適化するために調節されてもよい。幾つかの実施形態では、含金属シリケート材料は、1時間〜200時間温浸される。幾つかの実施形態では、含金属シリケート材料は、1時間〜2時間、2時間〜4時間、4時間〜6時間、6時間〜8時間、8時間〜10時間、10時間〜20時間、20時間〜40時間、40時間〜60時間、60時間〜80時間、80時間〜100時間、100時間〜150時間、150時間〜200時間、またはそれらの範囲内で温浸される。例えば、幾つかの実施形態では、含金属シリケート材料は、1〜10時間、2〜20時間、4〜80時間、10〜150時間、または150時間超温浸される。含金属シリケート材料温浸は、温浸反応速度を加速するキレートを含めることによってさらに最適化されてもよい。本発明に使用されてもよいキレートの例には、酢酸、アスコルビン酸、クエン酸、ジカルボキシメチルグルタミン酸、リンゴ酸、シュウ酸、リン酸、およびコハク酸などの酸;アミノ酸;フェリクロム、デスフェリオキサミンB、デスフェリオキサミンE、フサリニンC、オルニバクチン、エンテロバクチン、バシリバクチン、ビブリオバクチン、アゾトバクチン、ピオベルジン、およびイエルシニアバクチンなどの親鉄剤;EDTA;EGTA;EDDS;ならびにNTAが挙げられるが、それらに限定されない。   The concentration of the metal-containing silicate material for digestion is 1 to 10 g / L, 10 to 20 g / L, 20 to 30 g / L, 30 in water or an aqueous solution (for example, fresh water, half salt water, sea water, or brine). It may be -40 g / L, 40-80 g / L, 80-160 g / L, 160-320 g / L, 320-640 g / L, 640-1280 g / L, or a range thereof. For example, in some embodiments, the concentration of the metal-containing silicate material for digestion is 1-40 g / L, 10-80 g / L, 20-160 g / L, 40-320 g / L, 80-640 g / L. L or 160-1280 g / L may be sufficient. The temperature may be adjusted to optimize metal-containing silicate material digestion. In some embodiments, the metal-containing silicate material is digested at room temperature (about 70 ° F.) to 220 ° F. In some embodiments, the metal-containing silicate material is 70-100 ° F., 100-220 ° F., 120-220 ° F., 140-220 ° F., 160-220 ° F., 100-200 ° F., 100 It is digested within one or more temperature ranges selected from ˜180 ° F., 100-160 ° F., and 100-140 ° F. Where auxiliary heating is required to increase the temperature, for example, waste heat from flue gas may be used. Other external heat sources (eg hot water) may be used as well. The digestion time may also be adjusted to optimize the digestion of the metal-containing silicate material. In some embodiments, the metal-containing silicate material is digested for 1 hour to 200 hours. In some embodiments, the metal-containing silicate material is 1 hour to 2 hours, 2 hours to 4 hours, 4 hours to 6 hours, 6 hours to 8 hours, 8 hours to 10 hours, 10 hours to 20 hours, 20 hours, It is digested for a period of time to 40 hours, 40 hours to 60 hours, 60 hours to 80 hours, 80 hours to 100 hours, 100 hours to 150 hours, 150 hours to 200 hours, or a range thereof. For example, in some embodiments, the metal-containing silicate material is ultra-digested for 1-10 hours, 2-20 hours, 4-80 hours, 10-150 hours, or 150 hours. Metal-containing silicate material digestion may be further optimized by including chelates that accelerate the digestion reaction rate. Examples of chelates that may be used in the present invention include acids such as acetic acid, ascorbic acid, citric acid, dicarboxymethyl glutamic acid, malic acid, oxalic acid, phosphoric acid, and succinic acid; amino acids; ferrichrome, desferri Ironophiles such as oxamine B, desferrioxamine E, fusarinin C, ornivacactin, enterobactin, basilibactin, vibriobactin, azotobactin, piovertine, and yercinia bactin; EDTA; EGTA; EDDS; and NTA However, it is not limited to them.

幾つかの実施形態では、金属水酸化物(例えば、Mg(OH)、Ca(OH))などのプロトン除去剤は、水性アルカリ水酸化物(例えば、NaOH)または任意の他の好適な苛性物質での1つ以上の含金属シリケート材料(例えば、かんらん石および蛇紋石)の温浸によって使用のために利用可能にされてもよい。任意の好適な濃度の水性アルカリ水酸化物または他の苛性物質が、高濃度および非常に希薄な溶液を含む、含金属シリケート材料を分解するために使用されてもよい。溶液中のアルカリ水酸化物(例えば、NaOH)の(重量による)濃度は、例えば、30%〜80%および70%〜20%水であってもよい。幾つかの実施形態では、含金属シリケート材料および/または他の岩石および鉱物の温浸は、あるpH範囲にわたって達成され、そのpH範囲には、pH6.9〜pH7.5、pH7.5〜pH8.0、pH8.0〜pH8.5、pH8.5〜pH9.0、pH9.0〜pH9.5、pH9.5〜pH10.0、pH10.0〜pH10.5、pH10.5〜pH11.0、pH11.0〜pH11.5、pH11.5〜pH12.0、pH12.0〜pH12.5、pH12.5〜pH13.0、pH13.0〜pH13.5、およびpH13.5〜pH14.0が含まれる。例えば、幾つかの実施形態では、含金属シリケート材料の温浸は、pH6.9〜pH8.0、pH6.9〜pH9.0、pH8.0〜pH10.0、pH8.0〜pH11.0、pH8.0〜pH12.0、またはpH9.0〜pH14.0で達成される。例えば、かんらん石は、pH7.0〜pH9.0の範囲のpHの水溶液中で温浸されてもよく、このpHは、プロトン除去剤の溶解によって生じる。シリカの溶解性はより高いpHで増加するので、かかる金属シリケート温浸から生じた本発明のポゾラン材料は、比例してより多くのケイ素ベースの材料(例えば、シリカ)を有する可能性がある。加えて、得られたポゾラン材料は、非晶質シリカの増加量のためにより反応性である可能性がある。有利には、水性アルカリ金属水酸化物で温浸された含金属シリケート材料は、沈澱物を生成するために直接使用されてもよい。加えて、沈澱反応混合物からの塩基有価物は回収され、追加の含金属シリケート材料などを温浸するための再使用されてもよい。 In some embodiments, the proton scavenger such as a metal hydroxide (eg, Mg (OH) 2 , Ca (OH) 2 ) is an aqueous alkaline hydroxide (eg, NaOH) or any other suitable It may be made available for use by digestion of one or more metal-containing silicate materials (eg, olivine and serpentine) with caustic. Any suitable concentration of aqueous alkaline hydroxide or other caustic may be used to decompose the metal-containing silicate material, including high concentrations and very dilute solutions. The concentration (by weight) of alkali hydroxide (e.g. NaOH) in the solution may be, for example, 30% -80% and 70% -20% water. In some embodiments, digestion of metal-containing silicate materials and / or other rocks and minerals is achieved over a pH range that includes pH 6.9 to pH 7.5, pH 7.5 to pH 8 0.0, pH 8.0 to pH 8.5, pH 8.5 to pH 9.0, pH 9.0 to pH 9.5, pH 9.5 to pH 10.0, pH 10.0 to pH 10.5, pH 10.5 to pH 11.0 PH 11.0 to pH 11.5, pH 11.5 to pH 12.0, pH 12.0 to pH 12.5, pH 12.5 to pH 13.0, pH 13.0 to pH 13.5, and pH 13.5 to pH 14.0. included. For example, in some embodiments, the digestion of the metal-containing silicate material is pH 6.9-pH 8.0, pH 6.9-pH 9.0, pH 8.0-pH 10.0, pH 8.0-pH 11.0, It is achieved at pH 8.0 to pH 12.0, or pH 9.0 to pH 14.0. For example, olivine may be digested in an aqueous solution with a pH ranging from 7.0 to 9.0, which is caused by dissolution of the proton scavenger. Since the solubility of silica increases at higher pH, the pozzolanic materials of the present invention resulting from such metal silicate digestion may have proportionately more silicon-based materials (eg, silica). In addition, the resulting pozzolanic material may be more reactive due to the increased amount of amorphous silica. Advantageously, the metal-containing silicate material digested with aqueous alkali metal hydroxide may be used directly to produce a precipitate. In addition, the valuable base from the precipitation reaction mixture may be recovered and reused to digest additional metal-containing silicate materials and the like.

含金属シリケート材料(例えば、カンラン石などのマグネシウムシリケート)および/または興味のある金属種を含む他の岩石および鉱物はまた、例えば、二価カチオン(例えば、Mg2+、Ca2+)とケイ素ベースの材料(例えば、シリカ、未反応または未温浸のシリケートなど)とを含むスラリーを生成するために酸性水溶液(例えば、それらのそれぞれが任意選択的に電気化学的プロセスからである、HCl(水性)、HSO(水性))中で温浸されてもよい。含金属シリケート材料(例えば、かんらん石)および/または興味のある他の岩石および鉱物の温浸は、SiOを含むスラリーを生成するために酸性溶液との接触によって達成されてもよい。二価カチオンの水溶液は、受け入れられるほど十分に酸性であってもよく、かかる実施形態では、水溶液は、さらなるpH調整なしに使用されてもよいが;幾つかの実施形態では、二価カチオンの水溶液は、塩基性であるかまたは受け入れられるほど十分に酸性ではないのどちらかである。かかる実施形態では、二価カチオン含有水溶液、または含金属シリケート材料の温浸のための任意の溶媒もしくは溶液は、酸性化されてもよい。酸性化は、HF、HCl、HBr、HI、HSO、HNO、HPO、クロム酸、HCO、酢酸、クエン酸、ギ酸、グルコン酸、乳酸、シュウ酸、酒石酸、アスコルビン酸、およびメルドラム酸を含むが、それらに限定されない、ガス、液体(水溶液を含む)、または固体形態の弱酸もしくは強酸のどちらかとの接触によって達成されてもよい。例えば、幾つかの実施形態では、含金属シリケート材料は、電気化学プロセスからである水性HClで酸性にされた酸性水溶液中で温浸される。かかる実施形態では、電気化学プロセスは、本明細書に記載されるような低電圧電気化学プロセスである。幾つかの実施形態では、含金属シリケート材料および/または他の岩石および鉱物は、COおよび廃ガス(例えば、石炭火力発電所からの煙道ガスなどの化石燃料の燃焼からの燃焼ガス)の他の成分の追加のために酸性になった水溶液中で温浸される。酸性溶液は、含金属シリケート材料の温浸を加速するために酸性化された、海水であってもよく、ここで酸性化は、ガス状COを海水中にバブリングすることによって提供され、炭酸で飽和された海水を生成する。幾つかの実施形態では、含金属シリケート材料および/または他の岩石および鉱物の温浸は、あるpH範囲にわたって達成され、そのpH範囲には、pH7.1〜pH6.5、pH6.5〜pH6.0、pH6.0〜pH5.5、pH5.5〜pH5.0、pH5.0〜pH4.5、pH4.5〜pH4.0、pH4.0〜pH3.5、pH3.5〜pH3.0、pH3.0〜pH2.5、pH2.5〜pH2.0、pH2.0〜pH1.5、pH1.5〜pH1.0、pH1.0〜pH0.5、およびpH0.5〜pH0.0が含まれる。例えば、幾つかの実施形態では、含金属シリケート材料の温浸は、pH7.1〜pH6.0、pH7.1〜pH5.0、pH6.0〜pH4.0、pH6.0〜pH3.0、pH6.0〜pH2.0、またはpH5.0〜pH0.0で達成される。例えば、かんらん石は、pH4.8〜pH7.0の範囲のpH、水溶液へのCOの溶解から生じるpHを有する水溶液で温浸されてもよい。プロトン除去剤は、SiO含有スラリーにまたはSiO(および他のケイ素ベースの材料)が除去された後に残る得られた溶液(例えば、Ca2+およびMg2+を含む)にのどちらかに、その次の工程で添加される。プロトン除去剤の添加は、十分な場合、炭酸塩(例えば、CaCO、MgCO)を含む沈澱物の沈澱を引き起こすことができる。当業者は、水性炭酸の添加または含金属シリケート材料の懸濁液中へのCOのバブリングなどのある種の酸性化方法が炭酸イオンを提供し、それがその後炭酸塩含有沈澱物として沈澱する可能性があることを十分理解するであろう。さらに、当業者は、温浸のための適切な酸、引き続く得られた酸性溶液の中和のための適切なプロトン除去剤の選択が、沈澱物および最終製品に有益であるイオン性化学種を導入できることを十分理解するであろう。適切な酸およびプロトン除去剤の選択はまた、さもなければ、他の方法(例えば、NaClを沈澱物から除去するための、リンス)を用いて成し遂げることが必要であろう、ある種のイオン性化学種の形成を回避することができる。 Metal-containing silicate materials (eg, magnesium silicates such as olivine) and / or other rocks and minerals containing metal species of interest are also eg based on divalent cations (eg Mg 2+ , Ca 2+ ) and silicon-based Aqueous aqueous solutions (eg, HCl (aqueous), each of which is optionally from an electrochemical process) to produce a slurry comprising material (eg, silica, unreacted or undigested silicate, etc.) , H 2 SO 4 (aqueous)). Digestion of metal-containing silicate materials (eg, olivine) and / or other rocks and minerals of interest may be achieved by contact with an acidic solution to produce a slurry containing SiO 2 . An aqueous solution of a divalent cation may be sufficiently acidic to be acceptable, and in such embodiments, the aqueous solution may be used without further pH adjustment; in some embodiments, The aqueous solution is either basic or not sufficiently acidic to be acceptable. In such embodiments, the divalent cation-containing aqueous solution or any solvent or solution for digestion of the metal-containing silicate material may be acidified. Acidification includes HF, HCl, HBr, HI, H 2 SO 4 , HNO 3 , H 3 PO 4 , chromic acid, H 2 CO 3 , acetic acid, citric acid, formic acid, gluconic acid, lactic acid, oxalic acid, tartaric acid, It may be achieved by contact with either a weak or strong acid in gas, liquid (including aqueous solution), or solid form, including but not limited to ascorbic acid and meldrum acid. For example, in some embodiments, the metal-containing silicate material is digested in an acidic aqueous solution acidified with aqueous HCl that is from an electrochemical process. In such embodiments, the electrochemical process is a low voltage electrochemical process as described herein. In some embodiments, the metal-containing silicate material and / or other rocks and minerals of CO 2 and waste gases (eg, combustion gases from the combustion of fossil fuels such as flue gas from coal-fired power plants). It is digested in an aqueous solution that has become acidic for the addition of other ingredients. The acidic solution was acidified to accelerate the digestion of material comprising metal silicates, may be sea water, wherein acidification is provided by bubbling gaseous CO 2 in seawater, carbonate To produce seawater saturated with. In some embodiments, digestion of metal-containing silicate materials and / or other rocks and minerals is achieved over a pH range that includes pH 7.1 to pH 6.5, pH 6.5 to pH 6 0.0, pH 6.0 to pH 5.5, pH 5.5 to pH 5.0, pH 5.0 to pH 4.5, pH 4.5 to pH 4.0, pH 4.0 to pH 3.5, pH 3.5 to pH 3.0 PH 3.0 to pH 2.5, pH 2.5 to pH 2.0, pH 2.0 to pH 1.5, pH 1.5 to pH 1.0, pH 1.0 to pH 0.5, and pH 0.5 to pH 0.0. included. For example, in some embodiments, the digestion of the metal-containing silicate material is pH 7.1 to pH 6.0, pH 7.1 to pH 5.0, pH 6.0 to pH 4.0, pH 6.0 to pH 3.0, It is achieved at pH 6.0 to pH 2.0, or pH 5.0 to pH 0.0. For example, olivine may be digested with an aqueous solution having a pH ranging from pH 4.8 to pH 7.0, a pH resulting from dissolution of CO 2 in the aqueous solution. The proton scavenger is either in the SiO 2 containing slurry or in the resulting solution (eg, containing Ca 2+ and Mg 2+ ) that remains after the SiO 2 (and other silicon-based materials) are removed. It is added in the next step. Addition of a proton scavenger, if sufficient, can cause precipitation of precipitates containing carbonate (eg, CaCO 3 , MgCO 3 ). Those skilled in the art will recognize that certain acidification methods, such as the addition of aqueous carbonic acid or bubbling CO 2 into a suspension of metal-containing silicate material, provide carbonate ions, which then precipitate as a carbonate-containing precipitate. You will fully understand that it is possible. In addition, those skilled in the art will recognize that the selection of a suitable acid for digestion, followed by a suitable proton scavenger for neutralization of the resulting acidic solution, may be useful for precipitates and final products. You will fully understand that it can be implemented. Selection of suitable acid and proton scavengers is also a certain ionicity that would otherwise need to be achieved using other methods (eg, rinsing to remove NaCl from the precipitate). The formation of chemical species can be avoided.

二価カチオン(例えば、Ca2+およびMg2+などのアルカリ土類金属カチオン)と、任意選択的に、SiOとを含む水溶液を、二価カチオン含有溶液が沈澱条件(すなわち、例えば、pHに基づく1つ以上の材料の沈澱を可能にする条件)にかけられる前の、かけられる間の、またはかけられた後の任意の時点でCO源と接触させてもよい。したがって、幾つかの実施形態では、二価カチオンの水溶液を、この水溶液を、炭酸塩と、任意選択的に、SiOとを含む沈澱物の形成に有利に働く沈澱条件にかける前にCO源と接触させる。幾つかの実施形態では、二価カチオンの水溶液を、この水溶液を沈澱物の形成に有利に働く沈澱条件にかけながらCO源と接触させる。幾つかの実施形態では、二価カチオンの水溶液を、この水溶液を沈澱物の形成に有利に働く沈澱条件にかける前におよびかけながらCO源と接触させる。幾つかの実施形態では、二価カチオンの水溶液を、この水溶液を沈澱物の形成に有利に働く沈澱条件にかけた後にCO源と接触させる。例えば、幾つかの実施形態では、二価カチオンの水溶液を、スラリーを生成するためにプロトン除去剤と接触させ、そのスラリーはその後小滴生成システムによって、その中に通されつつあるCO含有ガスを含む水平の接触チャンバーに導入される。例えば、その内容が参照により本明細書に援用される、2009年7月7日出願の、米国仮特許出願第61/223,657号明細書を参照されたい。幾つかの実施形態では、二価カチオンの水溶液を、その水溶液を沈澱物の形成に有利に働く沈澱条件にかける前に、かける間に、またはかけた後にCO源と接触させる。幾つかの実施形態では、二価カチオン含有水溶液を2回以上循環させてもよく、ここで沈澱の第1サイクルは炭酸塩(例えば、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム)とケイ素ベースの材料とを主として除去し、追加の二価カチオンが添加されてもよいアルカリ性溶液を残し、ここで追加の二価カチオンは、追加の含金属シリケート材料の温浸による二価カチオンを含めて、本明細書に開示される任意の二価カチオン源から添加されてもよい。二酸化炭素は、二価カチオンを含むリサイクル溶液と接触させられるとき、炭酸塩と、任意選択的に、SiOとを含む、追加の沈澱物の沈澱を可能にする。これらの実施形態では、沈澱の第1サイクル後の水溶液を、二価カチオンが添加される前に、添加される間に、および/または添加された後にCO源と接触させてもよいことは十分理解されるであろう。幾つかの実施形態では、二価カチオンを全く持たないか低濃度の二価カチオンを有する水溶液をCOと接触させる。これらの実施形態では、水溶液はリサイクルされても新たに導入されてもよい。したがって、COの添加および含金属シリケート材料の温浸の順番は変わってもよい。例えば、それらのそれぞれが二価カチオン、SiO、または両方を提供する、蛇紋石、かんらん石、またはウォラストナイトなどの含金属シリケート材料は、例えば、ブライン、海水、または淡水に添加されてもよく、これにCOの添加が続く。別の例では、COは、例えば、ブライン、海水、または淡水に添加されてもよく、これに含金属シリケート材料の添加が続く。 An aqueous solution comprising divalent cations (eg, alkaline earth metal cations such as Ca 2+ and Mg 2+ ), and optionally SiO 2 , the divalent cation-containing solution is precipitating conditions (ie, eg, based on pH The CO 2 source may be contacted at any point before, during, or after being subjected to conditions that allow for the precipitation of one or more materials. Thus, in some embodiments, an aqueous solution of divalent cations, and the aqueous solution, and carbonates, optionally, CO 2 before subjecting to favor precipitation conditions for the formation of precipitate and a SiO 2 Contact with source. In some embodiments, an aqueous solution of a divalent cation is contacted with a source of CO 2 while subjecting the aqueous solution to precipitation conditions that favor the formation of a precipitate. In some embodiments, the aqueous solution of divalent cations is contacted with your appeal while CO 2 source before subjecting to precipitation conditions favoring the formation of the aqueous solution precipitates. In some embodiments, an aqueous solution of a divalent cation is contacted with a CO 2 source after subjecting the aqueous solution to precipitation conditions that favor the formation of a precipitate. For example, in some embodiments, an aqueous solution of a divalent cation is contacted with a proton scavenger to produce a slurry, which is then passed through a droplet generation system through a CO 2 containing gas. Is introduced into a horizontal contact chamber containing See, for example, US Provisional Patent Application No. 61 / 223,657, filed July 7, 2009, the contents of which are incorporated herein by reference. In some embodiments, an aqueous solution of a divalent cation is contacted with a CO 2 source before, during, or after subjecting the aqueous solution to precipitation conditions that favor the formation of a precipitate. In some embodiments, the divalent cation-containing aqueous solution may be circulated more than once, where the first cycle of precipitation primarily removes carbonate (eg, calcium carbonate, magnesium carbonate) and silicon-based material. Leaving an alkaline solution to which additional divalent cations may be added, where additional divalent cations are disclosed herein, including divalent cations from digestion of additional metal-containing silicate materials. May be added from any divalent cation source. Carbon dioxide, when brought into contact with the recycled solution containing a divalent cation, and carbonates, optionally, and a SiO 2, to allow precipitation of additional precipitate. In these embodiments, it is possible that the aqueous solution after the first cycle of precipitation may be contacted with the CO 2 source before, during and / or after the divalent cation is added. It will be fully understood. In some embodiments, contacting the aqueous solution with a divalent cation of low concentration or not have any divalent cation and CO 2. In these embodiments, the aqueous solution may be recycled or newly introduced. Therefore, the order of CO 2 addition and digestion of the metal-containing silicate material may vary. For example, metal-containing silicate materials such as serpentine, olivine, or wollastonite, each of which provides a divalent cation, SiO 2 , or both, can be added to, for example, brine, seawater, or fresh water Well, this is followed by the addition of CO 2 . In another example, CO 2 may be added to, for example, brine, sea water, or fresh water, followed by the addition of a metal-containing silicate material.

(SiOを任意選択的に含む)二価カチオン含有水溶液を、任意の好都合なプロトコルを用いてCO源と接触させてもよい。COがガスである場合、興味のある接触プロトコルには、直接接触プロトコル(例えば、COガスを水溶液中にバブリンスさせること)、並行接触方法(すなわち、一方向に流れる気相流れと液相流れとの間の接触)、向流方法(すなわち、逆方向に流れる気相流れと液相流れとの間の接触)などが含まれるが、それらに限定されない。したがって、接触は、好都合であり得るところでは、注入器、バブラー、流体Venturi反応器、スパージャー、ガスフィルター、スプレー、トレイ、または充填カラム反応器などの使用によって成し遂げることができる。幾つかの実施形態では、気−液接触は、フラットジェットノズルで溶液の液体シートを形成することによって成し遂げられ、ここでCOガスおよび液体シートは向流、並流、もしくはクロス流方向に、または任意の他の好適なやり方で移動する。例えば、それらのそれぞれがその全体を参照により本明細書によって援用される、2009年3月10日出願の、米国仮特許出願第61/158,992号明細書、および2009年5月14日出願の、米国仮特許出願第61/178,475号明細書を参照されたい。幾つかの実施形態では、気−液接触は、接触が沈澱反応混合物前駆体の小滴とCO源との間で最適化されるように沈澱反応混合物の前駆体を噴霧することによって成し遂げられる。幾つかの実施形態では、気−液接触は、100ミクロン以下などの、500ミクロン以下の平均直径を有する溶液の液体小滴を、COガス源と接触させることによって成し遂げられる。例えば、その全体を参照により本明細書によって援用される、2009年7月7日出願の、米国仮特許出願第61/223,657号明細書を参照されたい。幾つかの実施形態では、触媒が、反応を平衡の方へ加速することによって溶液への二酸化炭素の溶解を加速させるために使用され;この触媒は、二塩化亜鉛もしくはカドミウムなどの無機物質、または酵素(例えば、炭酸脱水酵素)などの有機物質であってもよい。 A divalent cation-containing aqueous solution (optionally comprising SiO 2 ) may be contacted with the CO 2 source using any convenient protocol. When CO 2 is a gas, contact protocols of interest include direct contact protocols (eg, bubbling CO 2 gas into an aqueous solution), parallel contact methods (ie, unidirectional gas phase flow and liquid phase Contact between the flow), counter-current methods (ie, contact between the vapor and liquid phases flowing in opposite directions) and the like. Thus, contact can be accomplished by use of an injector, bubbler, fluid Venturi reactor, sparger, gas filter, spray, tray, or packed column reactor where convenient. In some embodiments, gas-liquid contact is accomplished by forming a liquid sheet of solution with a flat jet nozzle, where the CO 2 gas and liquid sheet are in a countercurrent, cocurrent, or crossflow direction, Or move in any other suitable way. For example, US Provisional Patent Application No. 61 / 158,992, filed March 10, 2009, and each filed May 14, 2009, each of which is incorporated herein by reference in its entirety. U.S. Provisional Patent Application No. 61 / 178,475. In some embodiments, the gas-liquid contact is accomplished by spraying the precipitation reaction mixture precursor such that the contact is optimized between the precipitation reaction mixture precursor droplets and the CO 2 source. . In some embodiments, the gas - liquid contact, such as 100 microns or less, the liquid droplets of a solution having an average diameter of less 500 microns, is accomplished by contacting the CO 2 gas source. See, for example, US Provisional Patent Application No. 61 / 223,657, filed July 7, 2009, which is hereby incorporated by reference in its entirety. In some embodiments, a catalyst is used to accelerate the dissolution of carbon dioxide into the solution by accelerating the reaction towards equilibrium; the catalyst is an inorganic material such as zinc dichloride or cadmium, or It may be an organic substance such as an enzyme (for example, carbonic anhydrase).

本発明の方法では、上記の通り生成されるある容量のCO充満溶液は、炭酸塩含有沈澱物と上澄み液(すなわち、沈澱物の沈澱後に上方に残される沈澱反応混合物の一部)とを生成するのに十分な炭酸塩化合物沈澱条件にかけられる。任意の好都合な沈澱条件が用いられてもよく、その条件は、CO充満沈澱反応混合物からの(任意選択的にSiOと共に)炭酸塩含有沈澱物の生成をもたらす。沈澱条件には、所望の沈澱物を生成するためにCO充満沈澱反応混合物の物理的環境を調節するものが含まれる。例えば、CO充満沈澱反応混合物の温度は、所望の炭酸塩含有沈澱物、またはその成分(例えば、CaSO、例えば、燃焼ガス中の硫黄含有ガスから、または海水からの硫酸塩から生じる硫酸塩)の沈澱が起こる点まで上げられてもよい。かかる実施形態では、CO充満沈澱反応混合物の温度は、20℃から50℃になどの、および25℃から45℃にを含めて、5℃から70℃の値に上げられてもよい。所与のセットの沈澱条件は0℃〜100℃の範囲の温度を有するが、この温度は、所望の沈澱物を生成するためにある種の実施形態では上げられてもよい。ある種の実施形態では、沈澱反応混合物の温度は、低いまたはゼロの二酸化炭素排出源(例えば、太陽エネルギー源、風力エネルギー源、水力発電エネルギー源、二酸化炭素エミッター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上げられる。幾つかの実施形態では、沈澱反応混合物の温度は、石炭または他の燃料燃焼からの煙道ガスからの熱を利用して上げられてもよい。圧力がまた修正されてもよい。幾つかの実施形態では、所与のセットの沈澱条件についての圧力は、標準大気圧(約1バール)〜約50バールである。幾つかの実施形態では、所与のセットの沈澱物についての圧力は、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。幾つかの実施形態では、沈澱物の沈澱は、周囲条件(すなわち、標準大気温度および圧力)下に行われる。CO充満沈澱反応混合物のpHはまた、所望の炭酸塩含有沈澱物の沈澱に好適な量まで上げられてもよい。かかる実施形態では、CO充満沈澱反応混合物のpHは、沈澱のためにアルカリ性レベルに上げられ、ここでは炭酸塩が重炭酸塩より有利である。pHは、pH11以上を含めて、pH10以上などの、pH9以上に上げられてもよい。例えば、フライアッシュなどのプロトン除去剤源が沈澱反応混合物またはそれの前駆体のpHを上げるために使用されるとき、pHは約pH12.5以上であってもよい。 In the method of the present invention, a volume of CO 2 -filled solution produced as described above comprises a carbonate-containing precipitate and a supernatant (ie, a portion of the precipitation reaction mixture that remains above after precipitation of the precipitate). Sufficient carbonate compound precipitation conditions are applied to form. Any convenient precipitation conditions may be used that result in the formation of a carbonate-containing precipitate (optionally with SiO 2 ) from the CO 2 -filled precipitation reaction mixture. Precipitation conditions include those that adjust the physical environment of the CO 2 filled precipitation reaction mixture to produce the desired precipitate. For example, the temperature of the CO 2 -filled precipitation reaction mixture may be the desired carbonate-containing precipitate, or a component thereof (eg, sulfate resulting from CaSO 4 , eg, a sulfur-containing gas in the combustion gas, or sulfate from seawater. ) To the point where precipitation occurs. In such embodiments, the temperature of the CO 2 full precipitation reaction mixture may be raised to a value of 5 ° C. to 70 ° C., such as from 20 ° C. to 50 ° C., and including from 25 ° C. to 45 ° C. Although a given set of precipitation conditions has a temperature in the range of 0 ° C. to 100 ° C., this temperature may be raised in certain embodiments to produce the desired precipitate. In certain embodiments, the temperature of the precipitation reaction mixture is low or zero carbon dioxide emission sources (eg, solar energy source, wind energy source, hydropower energy source, waste heat from flue gas of carbon dioxide emitter, etc. ) Using the energy generated from. In some embodiments, the temperature of the precipitation reaction mixture may be increased utilizing heat from flue gas from coal or other fuel combustion. The pressure may also be modified. In some embodiments, the pressure for a given set of precipitation conditions is from standard atmospheric pressure (about 1 bar) to about 50 bar. In some embodiments, the pressure for a given set of precipitates 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 40-50 bar. In some embodiments, precipitation of the precipitate is performed under ambient conditions (ie, standard atmospheric temperature and pressure). The pH of the CO 2 full precipitation reaction mixture may also be raised to an amount suitable for precipitation of the desired carbonate-containing precipitate. In such embodiments, the pH of the CO 2 filled precipitation reaction mixture is raised to an alkaline level for precipitation, where carbonate is advantageous over bicarbonate. The pH may be raised to pH 9 or higher, such as pH 10 or higher, including pH 11 or higher. For example, when a proton scavenger source such as fly ash is used to raise the pH of the precipitation reaction mixture or its precursor, the pH may be about pH 12.5 or higher.

したがって、所望の沈澱物を沈澱反応混合物から生成するためのあるセットの沈澱条件には、上記のように、温度およびpH、ならびに、幾つかの場合には、溶液中の添加物およびイオン性化学種の濃度が含まれてもよい。沈澱条件にはまた、混合速度、超音波かき混ぜなどのかき混ぜの形態、および種結晶、触媒、膜、または基質の存在などの因子が含まれてもよい。幾つかの実施形態では、沈澱条件には、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いずれかのサイクリングもしくは変更が含まれる。(開始[例えば、含金属シリケート材料の温浸]から終わり[例えば、沈澱物の乾燥または沈澱物からのポゾラン材料の形成]まで)本発明に従って炭酸塩含有沈澱物を製造するために用いられるプロトコルは、回分、半回分、または連続プロトコルであってもよい。沈澱条件が半回分または回分システムに比べて連続フローシステムでは所与の沈澱物を製造するために異なってもよいことは十分理解されるであろう。   Thus, a set of precipitation conditions to produce the desired precipitate from the precipitation reaction mixture includes temperature and pH, and in some cases, additives and ionic chemistry in solution, as described above. Species concentration may be included. Precipitation conditions may also include factors such as mixing speed, form of agitation such as ultrasonic agitation, and the presence of seed crystals, catalysts, membranes, or substrates. In some embodiments, precipitation conditions include supersaturation conditions, temperature, pH, and / or concentration gradients, or cycling or changing any of these parameters. (From start [e.g. digestion of metal-containing silicate material] to end [e.g. drying of precipitate or formation of pozzolanic material from precipitate]) protocol used to produce carbonate-containing precipitates according to the present invention May be a batch, semi-batch, or continuous protocol. It will be appreciated that the precipitation conditions may be different to produce a given precipitate in a continuous flow system compared to a semi-batch or batch system.

炭酸塩含有沈澱物は、沈澱反応混合物からの生成後に、分離沈澱物(例えば、ウェットケーキ)と上澄み液とを生成するために反応混合物から分離される。本発明による沈澱物はSiOを含有してもよいが;ケイ素ベースの材料が含金属シリケート材料の温浸後に分離される場合、沈澱物は非常に少ないSiOを含有するかまたはSiOを全く含有しない。沈澱物は、沈澱後および分離(例えば、乾燥によって)前にある期間上澄み液中に貯蔵されてもよい。例えば、沈澱物は、20℃〜25℃などの、1℃〜40℃の範囲の温度で、1〜10日以上などの、1〜1000日以上の範囲の期間上澄み液中に貯蔵されてもよい。沈澱反応混合物からの沈澱物の分離は、排水(例えば、沈澱物の重力沈降、引き続く排水)、デカンテーション、濾過(例えば、重力濾過、真空濾過、強制空気を使用する濾過)、遠心分離、圧搾、またはそれらの任意の組み合わせを含む、多数の好都合なアプローチのいずれかを用いて達成される。沈澱物からのバルク水の分離は、沈澱物のウェットケーキ、または脱水沈澱物を生成する。参照により本明細書に援用される、2009年4月16日出願の、米国特許出願第61/170086号明細書に詳述されているように、Epuramat’s Extrem−Separator(「ExSep」)液−固分離機、Xerox PARCのスパイラル濃縮機、またはEpuramat’s ExSepもしくはXerox PARCのスパイラル濃縮機のどちらかの改良品などの液−固分離機の使用は、沈澱反応混合物からの沈澱物の分離を提供する。 The carbonate-containing precipitate is separated from the reaction mixture after formation from the precipitation reaction mixture to produce a separate precipitate (eg, wet cake) and a supernatant. The precipitate according to the invention may contain SiO 2 ; if the silicon-based material is separated after digestion of the metal-containing silicate material, the precipitate contains very little SiO 2 or contains SiO 2 Does not contain at all. The precipitate may be stored in the supernatant for a period of time after precipitation and before separation (eg, by drying). For example, the precipitate may be stored in the supernatant at a temperature in the range of 1 ° C. to 40 ° C., such as 20 ° C. to 25 ° C., for a period in the range of 1 to 1000 days or more, such as 1 to 10 days or more. Good. Separation of the precipitate from the precipitation reaction mixture can be drained (eg, gravity sedimentation of the precipitate, subsequent drainage), decantation, filtration (eg, gravity filtration, vacuum filtration, filtration using forced air), centrifugation, squeezing , Or any combination thereof, is achieved using any of a number of convenient approaches. Separation of bulk water from the precipitate produces a wet cake of the precipitate, or a dehydrated precipitate. Epuramat's Extreme-Separator ("ExSep") solution, as detailed in U.S. Patent Application No. 61/170086, filed Apr. 16, 2009, incorporated herein by reference. -Use of liquid-solid separators such as solid separators, Xerox PARC spiral concentrators, or improvements of either Euramat's ExSep or Xerox PARC spiral concentrators; separation of precipitates from the precipitation reaction mixture I will provide a.

幾つかの実施形態では、得られた脱水沈澱物を次に、製品(例えば、セメント、ポゾランセメント、または貯蔵安定性のCO隔離生成物)を製造するために乾燥させる。乾燥は沈澱物を空気乾燥することによって達成されてもよい。沈澱物を空気乾燥させる場合、空気乾燥は、−70℃〜120℃の範囲の温度であってもよい。ある種の実施形態では、乾燥は凍結乾燥(freeze−drying)(すなわち、凍結乾燥(lyophilization))によって達成され、沈澱物は凍結され、周囲圧力が下げられ、沈澱物中の凍結水をガスへ直接昇華させるために十分な熱が加えられる。さらに別の実施形態では、沈澱物は、沈澱物を乾燥させるために噴霧乾燥され、ここで沈澱物を含有する液体は、それを熱ガス(例えば、発電所からのガス状廃棄物流れ)中に供給することによって乾燥され、そしてここで、液体供給物は、噴霧器を通して主乾燥室へポンプ送液され、熱ガスが噴霧器方向に並流または向流として通される。特定の乾燥プロトコルに依存して、乾燥ステーション(下により詳細に記載される)は、濾過要素、凍結乾燥構造物、噴霧乾燥構造物などの使用を可能にするために配置構成されてもよい。ある種の実施形態では、発電所または類似の運転からの廃熱が、適切なときに乾燥工程を行うために使用されてもよい。例えば、幾つかの実施形態では、骨材は、高温(例えば、発電所廃熱からの)、圧力、またはそれらの組み合わせの使用によって製造される。 In some embodiments, the resulting dehydrated precipitate is then dried to produce a product (eg, cement, pozzolanic cement, or storage stable CO 2 sequestered product). Drying may be accomplished by air drying the precipitate. When the precipitate is air dried, the air drying may be at a temperature in the range of -70 ° C to 120 ° C. In certain embodiments, drying is accomplished by freeze-drying (ie, lyophilization), the precipitate is frozen, the ambient pressure is reduced, and the frozen water in the precipitate is gasified. Sufficient heat is applied to sublimate directly. In yet another embodiment, the precipitate is spray dried to dry the precipitate, where the liquid containing the precipitate is converted into hot gas (eg, gaseous waste stream from a power plant). And the liquid feed is then pumped through the nebulizer to the main drying chamber and the hot gas is passed in cocurrent or countercurrent to the nebulizer. Depending on the particular drying protocol, the drying station (described in more detail below) may be arranged to allow the use of filtration elements, lyophilized structures, spray-dried structures, and the like. In certain embodiments, waste heat from a power plant or similar operation may be used to perform the drying process when appropriate. For example, in some embodiments, the aggregate is manufactured through the use of high temperatures (eg, from power plant waste heat), pressure, or combinations thereof.

上澄み液からの沈澱物の分離後に、分離された沈澱物は所望通りさらに処理されてもよいが;沈澱物は長期貯蔵のための場所に単に輸送され、COを効果的に隔離することができる。例えば、炭酸塩含有沈澱物は輸送され、長期貯蔵サイトに、例えば、地上に(貯蔵安定性CO隔離物質として)、地下に、深海などに収納されてもよい。 After separation of the precipitate from the supernatant, the separated precipitate may be further processed as desired; the precipitate may simply be transported to a place for long-term storage, effectively sequestering CO 2. it can. For example, carbonate-containing precipitates may be transported and stored at long-term storage sites, for example, on the ground (as storage-stable CO 2 sequestering material), underground, deep seas, and the like.

沈澱プロセスの得られた上澄み液、または沈澱物のスラリーはまた所望の通り処理されてもよい。例えば、上澄み液またはスラリーは、二価カチオン含有水溶液源(例えば、海洋)にまたは別の場所に戻されてもよい。幾つかの実施形態では、上澄み液は、追加のCOを隔離するために、上記の通り、CO源と接触されられてもよい。例えば、上澄み液が海洋に移されることになる実施形態では、上澄み液を、上澄み液中に存在する炭酸塩イオンの濃度を上げるのに十分なやり方でCOのガス状廃棄物源と接触させてもよい。上記の通り、接触は、任意の好都合なプロトコルを用いて行われてもよい。幾つかの実施形態では、上澄み液はアルカリ性pHを有し、CO源との接触は、pHをpH5〜9、pH6〜8.5、またはpH7.5〜8.2の範囲に下げるのに十分なやり方で実施される。 The resulting supernatant of the precipitation process, or the slurry of the precipitate, may also be treated as desired. For example, the supernatant or slurry may be returned to a divalent cation-containing aqueous solution source (eg, the ocean) or elsewhere. In some embodiments, the supernatant may be contacted with a CO 2 source as described above to sequester additional CO 2 . For example, in an embodiment where the supernatant is to be transferred to the ocean, the supernatant is contacted with a gaseous waste source of CO 2 in a manner sufficient to increase the concentration of carbonate ions present in the supernatant. May be. As described above, the contacting may be performed using any convenient protocol. In some embodiments, the supernatant has an alkaline pH, and contact with the CO 2 source reduces the pH to a range of pH 5-9, pH 6-8.5, or pH 7.5-8.2. Implemented in a sufficient manner.

幾つかの実施形態では、二価カチオンとSiOを含む材料とを生成するために含金属シリケート材料を水溶液で温浸する工程と、沈澱物を生成するために二価カチオンを溶解二酸化炭素と反応させる工程とを含む方法が提供される。幾つかの実施形態では、本方法は、液−固分離機で沈澱物を上澄み液から分離する工程、沈澱物を乾燥させる工程、建設資材を製造するために沈澱物を処理する工程、またはそれらの組み合わせをさらに含む。したがって、幾つかの実施形態では、本方法は、液−固分離機で沈澱物を上澄み液から分離するさらに含む。かかる実施形態では、液−固分離機は、Epuramat’s Extrem−Separator(「ExSep」)液−固分離機などの邪魔板を含む液−固分離機から選択される。例えば、幾つかの実施形態では、沈澱物は、反応混合物を邪魔板に当てて流すことによって沈澱反応混合物から分離され、邪魔板に当たって上澄み液は向きをそらし、沈澱物の粒子から分離し、それはコレクターで集められる。幾つかの実施形態では、液−固分離機は、Xerox PARCのスパイラル濃縮機などのスパイラル濃縮機を含む液−固分離機から選択される。例えば、幾つかの実施形態では、沈澱物は、沈澱物の粒子を上澄み液から分離するスパイラルチャネルに反応混合物を流すことおよび沈澱物をスパイラルチャネル出口のアレーで集めることによって沈澱反応混合物から分離される。幾つかの実施形態では、本方法は、沈澱物を乾燥させる工程をさらに含む。かかる実施形態では、沈澱物は、一貫した粒度を有する微細粉末を形成するために乾燥されてもよい(すなわち、沈澱物は比較的狭い粒度分布を有する)。沈澱物は、本明細書でさらに記載されるように、1:1000〜1000:1の範囲のCa2+対Mg2+を有してもよい。MgCOを含む沈澱物は、マグネサイト、バリントナイト、ネスケホン石、ランスフォルダイト、非晶質炭酸マグネシウム、アルチナイト、ハイドロマグネサイト、またはそれらの組み合わせを含む可能性がある。CaCOを含む沈澱物は、方解石、アラゴナイト、バテライト、アイカイト、非晶質炭酸カルシウム、モノハイドロカルサイト、またはそれらの組み合わせを含む可能性がある。幾つかの実施形態では、本方法は、建設資材を製造するために沈澱物を処理する工程をさらに含む。かかる実施形態では、建設資材は、骨材、セメント、セメント系材料、補足セメント系材料、またはポゾランである。 In some embodiments, digesting the metal-containing silicate material with an aqueous solution to produce a divalent cation and a material comprising SiO 2 , and dissolving the divalent cation with dissolved carbon dioxide to produce a precipitate. And a step of reacting is provided. In some embodiments, the method includes separating the precipitate from the supernatant with a liquid-solid separator, drying the precipitate, treating the precipitate to produce construction material, or Furthermore, the combination of is included. Thus, in some embodiments, the method further comprises separating the precipitate from the supernatant with a liquid-solid separator. In such embodiments, the liquid-solid separator is selected from liquid-solid separators that include baffle plates such as an Epuramat's Extreme-Separator ("ExSep") liquid-solid separator. For example, in some embodiments, the precipitate is separated from the precipitation reaction mixture by flowing the reaction mixture against the baffle, and the supernatant liquid deflects and separates from the precipitate particles upon striking the baffle. Collected by collectors. In some embodiments, the liquid-solid separator is selected from a liquid-solid separator including a spiral concentrator, such as a Xerox PARC spiral concentrator. For example, in some embodiments, the precipitate is separated from the precipitation reaction mixture by flowing the reaction mixture through a spiral channel that separates the particles of the precipitate from the supernatant and collecting the precipitate at an array at the outlet of the spiral channel. The In some embodiments, the method further comprises the step of drying the precipitate. In such embodiments, the precipitate may be dried to form a fine powder with a consistent particle size (ie, the precipitate has a relatively narrow particle size distribution). The precipitate may have Ca 2+ vs. Mg 2+ in the range of 1: 1000 to 1000: 1 as further described herein. Precipitates containing MgCO 3 can include magnesite, ballonite, Neskehonite, Lance frightite, amorphous magnesium carbonate, altinite, hydromagnesite, or combinations thereof. Precipitates containing CaCO 3 can include calcite, aragonite, vaterite, icite, amorphous calcium carbonate, monohydrocalcite, or combinations thereof. In some embodiments, the method further includes treating the precipitate to produce construction material. In such embodiments, the construction material is aggregate, cement, cementitious material, supplemental cementitious material, or pozzolanic.

図2は、炭酸塩とSiOとを含む沈澱物の製造方法(100)の実施形態を提供し、その沈澱物はポゾラン材料として使用されてもよい。方法(100)は、苦鉄質鉱物を酸性二価カチオン含有溶液と接触させる工程(110)、次に、苦鉄質鉱物と接触させるために使用された酸性二価カチオン含有溶液にプロトン除去剤を添加することによって炭酸塩とSiOとを含む沈澱物を形成する工程(120)を含む。さらに、方法100は、ポゾラン材料を、炭酸塩とSiOとを含む沈澱物から製造する工程(130)を含む。 FIG. 2 provides an embodiment of a method (100) for producing a precipitate comprising carbonate and SiO 2 , which may be used as a pozzolanic material. The method (100) comprises a step (110) of contacting a mafic mineral with an acidic divalent cation-containing solution, and then a proton remover to the acidic divalent cation-containing solution used to contact the mafic mineral. Forming a precipitate containing carbonate and SiO 2 by adding (120). Further, method 100, a pozzolanic material, comprising a step (130) to produce a precipitate containing a carbonate and a SiO 2.

上記の通り、含金属シリケート材料(例えば、金属シリケート鉱物を含む岩石)は、広範囲の初期粒度を有する。したがって、この例では、苦鉄質鉱物である、含金属シリケート出発原料を細かく砕くことが望ましい。苦鉄質鉱物の破砕、粉砕、選別、引き続く選別された苦鉄質材料の任意の磁気分離および分離された苦鉄質の任意の熱処理(例えば、煙道ガスからの廃熱)が、化学的処理(例えば、化学的温浸)前にサイズ縮小のために用いられてもよい。幾つかの実施形態では、工程110に使用される苦鉄質鉱物は、酸性二価カチオン含有溶液との反応性を高めるために500μm未満の粒度を有するか、またはその粒度に縮小される。工程110では、苦鉄質鉱物を酸性二価カチオン含有溶液と接触させることによってSiOを含むスラリーが形成される。苦鉄質鉱物は、上記の通り、マグネシウムと鉄とを含む金属シリケートであり、その鉱物には、かんらん石および蛇紋石が含まれるが、それらに限定されない。工程110に使用される苦鉄質鉱物は、かかる苦鉄質鉱物の混合物であってもよい。工程110に使用される苦鉄質鉱物はまた、例えば、苦鉄質岩石(例えば、玄武岩)と組み合わせて使用されてもよい。さらに、工程110に使用される苦鉄質鉱物は、その全体を参照により本明細書に援用される、2009年6月17日出願の、米国特許出願第12/486692号明細書に記載されているように燃焼灰、セメントキルンダスト、および/またはスラグなどの工業プロセスの廃棄物と一緒に使用されてもよい。 As described above, metal-containing silicate materials (eg, rocks containing metal silicate minerals) have a wide range of initial particle sizes. Therefore, in this example, it is desirable to finely break the metal-containing silicate starting material, which is a mafic mineral. Crushing, grinding, sorting of mafic minerals, optional magnetic separation of the sorted mafic material, and optional heat treatment of the separated mafic material (eg, waste heat from flue gas), chemical It may be used for size reduction prior to processing (eg, chemical digestion). In some embodiments, the mafic mineral used in step 110 has a particle size of less than 500 μm or is reduced to that particle size to increase reactivity with the acidic divalent cation-containing solution. In step 110, a slurry comprising SiO 2 is formed by contacting the mafic mineral with an acidic divalent cation-containing solution. The mafic mineral is a metal silicate containing magnesium and iron as described above, and the mineral includes olivine and serpentine, but is not limited thereto. The mafic mineral used in step 110 may be a mixture of such mafic minerals. The mafic mineral used in step 110 may also be used in combination with, for example, mafic rock (eg, basalt). Further, the mafic mineral used in step 110 is described in US patent application Ser. No. 12 / 486,692, filed Jun. 17, 2009, which is incorporated herein by reference in its entirety. As well as industrial process waste such as combustion ash, cement kiln dust, and / or slag.

幾つかの実施形態では、苦鉄質鉱物を、溶液が酸性化されながら二価カチオン含有溶液と接触させるが、他の場合には、二価カチオン含有溶液は、苦鉄質鉱物をこの溶液と接触させる前に酸性化される。例えば、COを含むガス流れが二価カチオン含有溶液と同じカラムの端で注入されながら、苦鉄質鉱物で充填されたカラムを、二価カチオン含有溶液と接触させてもよい。同様に、酸性溶液(例えば、HCl(水性))が二価カチオン含有溶液と同じカラムの端で注入されてもよい(CO注入ありまたはなしで)。あるいはまた、二価カチオン含有溶液を、二価カチオン含有溶液を苦鉄質鉱物と接触させる前にCOを含むガス流れと接触させてもよい。同様に、固体形態のまたは溶液の酸は、苦鉄質鉱物を二価カチオン含有溶液と接触させる前に、二価カチオン含有溶液と混合されてもよい。二価カチオン含有溶液の酸性化は、二価カチオン含有溶液と苦鉄質鉱物との接触前または接触中のどちらかに同様に達成されてもよく、ここで、かかる接触はタンクまたは他の反応容器内で行われる。 In some embodiments, the mafic mineral is contacted with the divalent cation-containing solution while the solution is acidified, but in other cases, the divalent cation-containing solution includes the mafic mineral with this solution. Acidified prior to contact. For example, a column filled with mafic mineral may be contacted with the divalent cation-containing solution while a gas stream comprising CO 2 is injected at the end of the same column as the divalent cation-containing solution. Similarly, an acidic solution (eg, HCl (aqueous)) may be injected at the end of the same column as the divalent cation-containing solution (with or without CO 2 injection). Alternatively, the divalent cation-containing solution may be contacted with a gas stream comprising CO 2 before contacting the divalent cation-containing solution with the mafic mineral. Similarly, the solid form or solution acid may be mixed with the divalent cation-containing solution prior to contacting the mafic mineral with the divalent cation-containing solution. Acidification of the divalent cation-containing solution may be similarly accomplished either before or during contact between the divalent cation-containing solution and the mafic mineral, where such contact may be in a tank or other reaction. Performed in a container.

苦鉄質鉱物の温浸から生じたシリカは、例えば、コロイド状懸濁液(例えば、スラリー)またはゲルとして存在してもよい。シリカは、部分的に非晶質であっても完全に非晶質であってもよい。幾つかの実施形態では、苦鉄質鉱物の温浸から生じたシリカは、部分的に非晶質であってもよい。幾つかの実施形態では、苦鉄質鉱物の温浸から生じたシリカは、完全に非晶質であってもよい。シリカは、メタケイ酸(HSiO)、オルトケイ酸(HSiO)、ジケイ酸(HSi)、および/またはピロケイ酸(HSi)などの化学種を含む、ケイ酸またはそれの共役塩基として存在してもよい。HSiO、HSiO、HSiOなどのケイ素化学種がまた存在してもよい。シリカに加えて、二価カチオン含有溶液と苦鉄質鉱物との接触によって生成するスラリーは、シリケート、炭酸塩、ならびにマグネシウム、アルミニウム、および鉄カチオンなどの元の苦鉄質鉱物中に存在する様々なカチオンに富む可能性がある。元の苦鉄質鉱物および苦鉄質鉱物の多形の小さい粒子がまた存在してもよい。 Silica resulting from digestion of mafic minerals may exist, for example, as a colloidal suspension (eg, slurry) or gel. Silica may be partially amorphous or completely amorphous. In some embodiments, the silica resulting from digestion of the mafic mineral may be partially amorphous. In some embodiments, the silica resulting from digestion of the mafic mineral may be completely amorphous. Silica includes chemical species such as metasilicic acid (H 2 SiO 3 ), orthosilicic acid (H 4 SiO 4 ), disilicic acid (H 2 Si 2 O 5 ), and / or pyrosilicic acid (H 6 Si 2 O 7 ). It may be present as silicic acid or its conjugate base. Silicon species such as H 3 SiO 3 , H 2 SiO 3 , H 4 SiO 3 may also be present. In addition to silica, slurries produced by contact of divalent cation-containing solutions with mafic minerals can be found in silicates, carbonates, and various existing mafic minerals such as magnesium, aluminum, and iron cations. Potentially rich in cations. Small particles of the original mafic mineral and mafic mineral polymorphs may also be present.

幾つかの実施形態では、苦鉄質鉱物の温浸によって工程110で生成したスラリーは、ケイ素ベースの材料を二価カチオン含有溶液から分離するために処理される。かかる実施形態では、シリカの最高濃度は、例えば、マグネシウムなどの二価カチオンの最高濃度の前に達成される可能性があるので、ケイ素ベースの材料を分離することが望ましいかもしれない。かかる分離は、例えば、凝集させるおよび/または別のやり方でケイ素ベースの材料を沈降タンクで沈降させることによって達成されてもよい。分離はまた、例えば、ハイドロサイクロンでの遠心分離などの液−固分離技法によって達成されてもよい。   In some embodiments, the slurry produced in step 110 by digestion of the mafic mineral is treated to separate the silicon-based material from the divalent cation-containing solution. In such embodiments, it may be desirable to separate the silicon-based material since the highest concentration of silica may be achieved before the highest concentration of divalent cations such as, for example, magnesium. Such separation may be accomplished, for example, by agglomerating and / or otherwise sedimenting the silicon-based material in a sedimentation tank. Separation may also be accomplished by liquid-solid separation techniques such as, for example, centrifugation in a hydrocyclone.

沈澱物は、沈澱反応混合物(SiOありまたはなし)のpHを、炭酸塩(例えば、MgCO、CaCO)を含む沈澱物の沈澱のために十分なレベルまで上げることによって工程120で形成される。幾つかの実施形態では、沈澱反応混合物は、SiOなどのケイ素ベースの材料を依然として含む。したがって、工程120で形成される沈澱物は、ケイ素ベースの材料だけでなく炭酸塩も含む。幾つかの実施形態では、ケイ素ベースの材料は、工程110での苦鉄質鉱物温浸後に除去される。かかる実施形態では、工程120で形成される沈澱物は、ケイ素ベースの材料がほとんどまたは全くない炭酸塩を含む。どちらの事象でも、プロトン除去剤は、沈澱物の沈澱を引き起こすのに十分なレベルまでpHを上げるために二価カチオンを含む酸性溶液に添加される。プロトン除去剤は固体、溶液中の固体、または液体であってもよい。固体プロトン除去剤には、例えば、KOHまたはNaOHなどの水酸化物が含まれる。かかる水酸化物はまた、溶液(例えば、KOH(水性)、NaOH(水性))で使用されてもよい。上記の通り、プロトン除去剤は、苦鉄質鉱物(例えば、かんらん石、蛇紋石)、燃焼灰(例えば.、フライアッシュ、ボトムアッシュ、ボイラースラグ)、またはスラグ(例えば、鉄スラグ、リンスラグ)をさらに含んでもよく、ここで燃焼灰およびスラグは、その開示がその全体を参照により本明細書に援用される、2008年6月17日出願の、米国仮特許出願第61/073,319号明細書にさらに記載されている。幾つかの実施形態では、工程110に使用される苦鉄質鉱物はまた、工程120でプロトン除去剤として添加される。二価カチオン含有溶液のpHは、工程120でpH7〜pH12、pH7〜pH10、pH7〜pH9、またはpH7〜pH8に上げられてもよい。幾つかの実施形態では、二価カチオン含有溶液のpHは、pH9以上、pH10以上、pH11以上、pH12以上、またはpH14などの、pH13以上に上げられる。幾つかの実施形態では、プロトン除去剤を二価カチオン含有溶液に添加する工程(120)は、苦鉄質鉱物の溶解工程(110)に使用された反応容器とは別の反応容器を使用して行われる。幾つかの実施形態では、工程110および120の両方が同じ反応容器を使用して順次実施される。あるいはまた、プロトンは、本明細書でさらに記載されるような、低電圧電気化学的プロセスなどの電気化学的プロセスによって除去される。電解プロセスがまた、沈澱反応混合物のpHを沈澱物の沈澱のために十分なレベルまで上げるために用いられてもよい。Castner−Kellnerプロセス、隔膜電解槽プロセス、および膜電解槽プロセスを含む、異なる電解プロセスが用いられてもよい。電解生成物の副産物(例えば、H、ナトリウム金属)が集められ、他の目的のために用いられてもよい。プロトン除去剤の組み合わせが使用されるとき、プロトン除去剤は任意の順番で使用されてもよい。例えば、二価カチオン含有溶液は、プロトン除去剤を添加する前に既に塩基性であってもよいし(例えば、海水)、またはプロトン除去剤を含む塩基性溶液は、追加のプロトン除去剤の添加によってさらに塩基性にされてもよい。これらの実施形態のいずれでも、下により詳細に記載されるように、COはプロトン除去剤の前にまたは後に添加される。 A precipitate is formed in step 120 by raising the pH of the precipitation reaction mixture (with or without SiO 2 ) to a level sufficient for precipitation of a precipitate containing carbonate (eg, MgCO 3 , CaCO 3 ). The In some embodiments, the precipitation reaction mixture, still containing the silicon-based material such as SiO 2. Thus, the precipitate formed in step 120 includes not only silicon-based materials, but also carbonates. In some embodiments, the silicon-based material is removed after the mafic mineral digestion at step 110. In such embodiments, the precipitate formed in step 120 includes carbonates with little or no silicon-based material. In either event, the proton scavenger is added to an acidic solution containing divalent cations to raise the pH to a level sufficient to cause precipitation of the precipitate. The proton scavenger may be a solid, a solid in solution, or a liquid. Solid proton scavengers include, for example, hydroxides such as KOH or NaOH. Such hydroxides may also be used in solution (eg, KOH (aqueous), NaOH (aqueous)). As described above, the proton remover can be a mafic mineral (eg, olivine, serpentine), combustion ash (eg, fly ash, bottom ash, boiler slag), or slag (eg, iron slag, phosphorus slag). Where the combustion ash and slag are US Provisional Patent Application No. 61 / 073,319, filed Jun. 17, 2008, the disclosure of which is hereby incorporated by reference in its entirety. It is further described in the specification. In some embodiments, the mafic mineral used in step 110 is also added as a proton scavenger in step 120. The pH of the divalent cation-containing solution may be raised to pH 7 to pH 12, pH 7 to pH 10, pH 7 to pH 9, or pH 7 to pH 8 in step 120. In some embodiments, the pH of the divalent cation-containing solution is raised to pH 13 or higher, such as pH 9 or higher, pH 10 or higher, pH 11 or higher, pH 12 or higher, or pH 14. In some embodiments, the step (120) of adding a proton scavenger to the divalent cation-containing solution uses a reaction vessel that is separate from the reaction vessel used in the mafic mineral dissolution step (110). Done. In some embodiments, both steps 110 and 120 are performed sequentially using the same reaction vessel. Alternatively, the protons are removed by an electrochemical process, such as a low voltage electrochemical process, as further described herein. An electrolysis process may also be used to raise the pH of the precipitation reaction mixture to a level sufficient for precipitation of the precipitate. Different electrolysis processes may be used, including a Castner-Kellner process, a diaphragm cell process, and a membrane cell process. Electroproduct by-products (eg, H 2 , sodium metal) may be collected and used for other purposes. When a combination of proton scavengers is used, the proton scavengers may be used in any order. For example, a divalent cation-containing solution may already be basic (eg, seawater) before adding a proton scavenger, or a basic solution containing a proton scavenger may be added with an additional proton scavenger. May be further made basic. In any of these embodiments, CO 2 is added before or after the proton scavenger, as described in more detail below.

下でさらに詳細に議論されるように、沈澱物は、幾つかの鉱物相、例えば、炭酸マグネシウムと一緒に炭酸カルシウムを含む沈澱物をもたらすように適合させられた共沈澱プロセスから生じる異なる鉱物相を含む可能性がある。沈澱プロセスはまた、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウムマグネシウム(例えば、苦灰石)、またはフェロ−カルボ−アルミノシリケートを含むが、それらに限定されない単一鉱物相を含む沈澱物をもたらすように適合させられてもよい。異なる炭酸塩鉱物は順々に沈澱させられてもよい。例えば、炭酸カルシウムを含む沈澱物は、第1セットの沈澱条件下に一反応器で沈澱させられ、炭酸マグネシウムを含む沈澱物は第2セットの沈澱条件下に第2反応器で沈澱させられてもよい。別の非限定的な例では、炭酸マグネシウムを含む沈澱物は、炭酸カルシウムを含む沈澱物の沈澱の前に沈澱させられてもよい。幾つかの実施形態では、沈澱は、1つ以上の水酸化物相(例えば、Ca(OH)、Mg(OH))を含む沈澱物を生成するように適合させられる。沈澱は、存在する炭酸塩相および水酸化物相のいずれもが完全にまたは部分的に非晶質である沈澱物を生成するために配置構成されてもよい。 As discussed in more detail below, the precipitate is a different mineral phase resulting from several mineral phases, for example coprecipitation processes adapted to yield a precipitate comprising calcium carbonate along with magnesium carbonate. May be included. The precipitation process is also adapted to result in a precipitate comprising a single mineral phase including but not limited to calcium carbonate, magnesium carbonate, calcium magnesium carbonate (eg, dolomite), or ferro-carbo-aluminosilicate. May be allowed. Different carbonate minerals may be precipitated sequentially. For example, a precipitate containing calcium carbonate is precipitated in one reactor under a first set of precipitation conditions, and a precipitate containing magnesium carbonate is precipitated in a second reactor under a second set of precipitation conditions. Also good. In another non-limiting example, a precipitate comprising magnesium carbonate may be precipitated prior to precipitation of a precipitate comprising calcium carbonate. In some embodiments, the precipitate is adapted to produce a precipitate that includes one or more hydroxide phases (eg, Ca (OH) 2 , Mg (OH) 2 ). The precipitate may be arranged to produce a precipitate in which both the carbonate and hydroxide phases present are completely or partially amorphous.

工程120は、炭酸塩促進剤を沈澱反応混合物に添加することを任意選択的に含む。炭酸塩促進剤の例には、鉄、コバルト、ニッケル、マンガン、亜鉛、クロム、銅、バリウム、金、白金、または銀などの低濃度の遷移金属が挙げられる。十分な量での沈澱反応混合物への鉄(例えば、塩化鉄)の添加は、沈澱反応混合物中の鉄の濃度を百万部当たり約0.001部(ppm)〜約500ppmの範囲内に上げる可能性がある。例えば、鉄は、水酸化マグネシウムの形成よりも炭酸マグネシウムの形成を促進するために有用である。用語「促進剤」が本明細書で用いられるが、鉄は、水酸化物沈澱の速度を抑制するほどには炭酸塩沈澱の速度を増加させない可能性があることは十分理解されるであろう。炭酸塩促進剤は、プロトン除去剤(またはプロトン除去剤の組み合わせ)を添加する前、または沈澱の開始前もしくは完了前の任意の時点のどちらかに沈澱反応混合物に添加されてもよい。   Step 120 optionally includes adding a carbonate promoter to the precipitation reaction mixture. Examples of carbonate promoters include low concentrations of transition metals such as iron, cobalt, nickel, manganese, zinc, chromium, copper, barium, gold, platinum, or silver. Addition of iron (eg, iron chloride) to the precipitation reaction mixture in a sufficient amount increases the concentration of iron in the precipitation reaction mixture to within the range of about 0.001 parts per million (ppm) to about 500 ppm. there is a possibility. For example, iron is useful for promoting the formation of magnesium carbonate rather than the formation of magnesium hydroxide. Although the term “accelerator” is used herein, it will be appreciated that iron may not increase the rate of carbonate precipitation to such an extent that it suppresses the rate of hydroxide precipitation. . The carbonate promoter may be added to the precipitation reaction mixture either before the proton scavenger (or combination of proton scavengers) is added, or at any time before the start or completion of the precipitation.

工程120は、追加の反応体を沈澱反応混合物に添加することを任意選択的に含んでもよい。例えば、追加の酸およびプロトン除去剤がpHを所望の範囲に安定化させるために添加されてもよい。適切な酸およびプロトン除去剤の選択は、Ca2+およびMg2+などの補足の二価カチオンの追加をもたらす可能性がある。加えて、適切な酸およびプロトン除去剤の選択は、炭酸塩含有沈澱物の収率を増加させるのに役立つ、CO 2−などの補足のアニオンの追加をもたらす可能性がある。幾つかの実施形態では、ニッケルなどの遷移金属触媒が、沈澱プロセス中により大きい粒子の形成を誘導するために工程120に添加される。幾つかの実施形態では、pHは、沈澱反応混合物へのCOのバブリングおよびプロトン除去剤(例えば、水酸化カリウム(KOH)または水酸化ナトリウム(NaOH)などの可溶性の水酸化物化合物)の添加を繰り返して、pH7とpH10.5との間を循環される。 Step 120 may optionally include adding additional reactants to the precipitation reaction mixture. For example, additional acid and proton scavengers may be added to stabilize the pH to the desired range. Selection of appropriate acid and proton scavengers may result in the addition of supplemental divalent cations such as Ca 2+ and Mg 2+ . In addition, the selection of appropriate acid and proton scavengers can result in the addition of supplemental anions such as CO 3 2− that help to increase the yield of carbonate-containing precipitates. In some embodiments, a transition metal catalyst such as nickel is added to step 120 to induce the formation of larger particles during the precipitation process. In some embodiments, the pH is adjusted by bubbling CO 2 into the precipitation reaction mixture and adding a proton scavenger (eg, a soluble hydroxide compound such as potassium hydroxide (KOH) or sodium hydroxide (NaOH)). Is cycled between pH 7 and pH 10.5.

幾つかの実施形態では、炭酸塩含有沈澱物を含む沈澱反応混合物は、炭酸塩含有沈澱物を沈澱反応混合物から分離して上澄み液を残すための工程で処理され、その上澄み液は未使用の二価カチオンを含む可能性がある。かかる液−固分離は、例えば、沈澱物を凝集させることおよび/または沈降タンクで沈降させることによって成し遂げられてもよい。液−固分離はまた、遠心分離などの液−固分離技法によって達成されてもよい。含金属シリケート材料の温浸からのケイ素ベースの材料が二価カチオン含有溶液から分離されない(すなわち、工程140が行われない)実施形態では、沈澱物はケイ素ベースの材料と炭酸塩(例えば、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム)との混合物をもたらす。工程120はまた、この沈澱混合物(すなわち、ケイ素−および炭酸塩−含有沈澱物)を沈澱反応混合物から分離することを含んでもよい。   In some embodiments, the precipitation reaction mixture comprising a carbonate-containing precipitate is treated with a step for separating the carbonate-containing precipitate from the precipitation reaction mixture, leaving a supernatant, the supernatant being unused. May contain divalent cations. Such liquid-solid separation may be accomplished, for example, by agglomerating the precipitate and / or settling in a settling tank. Liquid-solid separation may also be achieved by liquid-solid separation techniques such as centrifugation. In embodiments where the silicon-based material from the digestion of the metal-containing silicate material is not separated from the divalent cation-containing solution (ie, step 140 is not performed), the precipitate is formed from the silicon-based material and carbonate (eg, carbonate Resulting in a mixture with magnesium, calcium carbonate). Step 120 may also include separating the precipitation mixture (ie, silicon- and carbonate-containing precipitates) from the precipitation reaction mixture.

工程130では、ポゾラン材料が、図2の方法に従って製造された物質から製造される。幾つかの実施形態では、SiOおよび炭酸塩の両方を含む沈澱物をポゾラン材料を形成するために一緒に乾燥させる。幾つかの実施形態では、ケイ素ベースの材料が二価カチオン含有溶液から分離される場合(任意の工程140)、ケイ素ベースの材料および炭酸塩含有沈澱物は別々に乾燥され、次にポゾラン材料を形成するために混合される。幾つかの実施形態では、ケイ素ベースの材料と炭酸塩含有沈澱物とは、どちらか1つの材料、または両方が湿っているときに混合される。かかる実施形態では、その後の湿式混合材料を次に、ポゾラン材料を製造するために乾燥させる。材料(例えば、ケイ素ベースの材料、炭酸塩含有沈澱物、ケイ素−および炭酸塩−含有沈澱物、湿式混合ポゾラン材料)のどれもが乾燥前に任意選択的に水で洗浄されてもよいことは十分理解されるであろう。 In step 130, a pozzolanic material is produced from the material produced according to the method of FIG. In some embodiments, a precipitate comprising both SiO 2 and carbonate is dried together to form a pozzolanic material. In some embodiments, when the silicon-based material is separated from the divalent cation-containing solution (optional step 140), the silicon-based material and the carbonate-containing precipitate are dried separately, then the pozzolanic material is Mixed to form. In some embodiments, the silicon-based material and the carbonate-containing precipitate are mixed when either one material or both are wet. In such embodiments, the subsequent wet blend material is then dried to produce a pozzolanic material. That any of the materials (eg, silicon-based materials, carbonate-containing precipitates, silicon- and carbonate-containing precipitates, wet-mixed pozzolanic materials) may optionally be washed with water before drying. It will be fully understood.

様々な材料(例えば、沈澱物、湿式混合ポゾラン材料)の一乾燥方法は、噴霧乾燥である。幾つかの実施形態では、排ガス源(例えば、石炭火力発電所からの煙道ガス)からの廃熱が、沈澱物またはケイ素ベースの材料を噴霧乾燥するために使用される。幾つかの実施形態では、同じ排ガス源からのCOが、二価カチオン含有溶液を酸性化するためにその後使用される(例えば、工程110でのように)。高温で沈澱システムに入る排ガスからの廃熱は、例えば、その開示がその全体を参照により本明細書に援用される、2008年5月29日出願の、米国仮特許出願第61/057,173号明細書に記載されているように、噴霧乾燥中に有利に回収されてもよい。噴霧乾燥材料は、球形のまたは低いアスペクト比形状の粒子を有してもよく、幾つかの実施形態では、粒子の少なくとも90%が、約0.01m/g〜約20m/gの表面積で、約0.5μm超および約100μm未満であるようなサイズにされる。幾つかの実施形態では、乾燥粒子は、少なくとも75%が10μm〜40μmまたは20μm〜30μmであり、0.75〜3.0m/gまたは0.9〜2.0m/gなどの、約0.5〜5m/gの表面積を有するようなサイズにされる。 One drying method for various materials (eg, precipitates, wet mixed pozzolanic materials) is spray drying. In some embodiments, waste heat from an exhaust gas source (eg, flue gas from a coal-fired power plant) is used to spray dry precipitates or silicon-based materials. In some embodiments, CO 2 from the same exhaust gas source is then used to acidify the divalent cation-containing solution (eg, as in step 110). Waste heat from exhaust gas entering the precipitation system at elevated temperatures can be obtained, for example, from US Provisional Patent Application No. 61 / 057,173, filed May 29, 2008, the disclosure of which is hereby incorporated by reference in its entirety. As described in the specification, it may be advantageously recovered during spray drying. Spray-dried material may have spherical particles or low aspect ratio shape, in some embodiments, at least 90% of the particles have a surface area of about 0.01 m 2 / g to about 20 m 2 / g And sized to be greater than about 0.5 μm and less than about 100 μm. In some embodiments, the dry particles are at least 75% 10 μm to 40 μm or 20 μm to 30 μm, such as about 0.75 to 3.0 m 2 / g or 0.9 to 2.0 m 2 / g. It is sized to have a surface area of 0.5-5 m 2 / g.

幾つかの実施形態では、ポゾラン材料は、その後の使用の前に精製される(すなわち、処理される)。精製は、様々な異なる精製プロトコルのいずれかを含んでもよい。幾つかの実施形態では、ポゾラン材料は、所望の物理的特性(例えば、粒度、表面積など)の製品を得るために機械的精製(例えば、粉砕、ミリング)にかけられる。幾つかの実施形態では、ポゾラン材料は、水硬性セメント(例えば、補足セメント系材料、砂、骨材など)と組み合わせられる。幾つかの実施形態では、1つ以上の成分が、最終製品(例えば、コンクリートまたはモルタル)を生成するためにポゾラン材料に添加され(例えば、ポゾラン材料がセメントとして用いられることになっている場合)、ここでこれらの成分には、砂、骨材、および補足セメント系材料が含まれるが、それらに限定されない。   In some embodiments, the pozzolanic material is purified (ie, processed) prior to subsequent use. Purification may include any of a variety of different purification protocols. In some embodiments, the pozzolanic material is subjected to mechanical refining (eg, grinding, milling) to obtain a product with the desired physical properties (eg, particle size, surface area, etc.). In some embodiments, the pozzolanic material is combined with a hydraulic cement (eg, supplemental cementitious material, sand, aggregate, etc.). In some embodiments, one or more ingredients are added to the pozzolanic material to produce a final product (eg, concrete or mortar) (eg, when the pozzolanic material is to be used as a cement). Here, these components include, but are not limited to, sand, aggregate, and supplemental cementitious materials.

幾つかの実施形態では、本明細書に開示される方法によって製造されたポゾラン材料は、建設資材として用いられる。建設資材として用いられるために、ポゾラン材料は、建設資材としての使用のために処理されても、または建物(例えば、商業用、住居用)および/またはインフラストラクチャー(例えば、道路、橋、堤防、ダムなど)用の既存の建設資材での使用のために処理されてもよい。建設資材は、かかる建物およびインフラストラクチャーの構造成分または非構造成分の構成要素であってもよい。ポゾラン材料を建設資材としてまたは建設資材中に使用することの追加の利益は、本方法に用いられるCO(例えば、ガス状廃棄物流れから得られるCO)が構築環境に効果的に隔離されることである。幾つかの実施形態では、本発明の沈澱システムは、同一場所設置が建設資材へのポゾラン材料の処理を容易にするように建材工場と同じ場所に設置されてもよい。 In some embodiments, the pozzolanic material produced by the methods disclosed herein is used as a construction material. To be used as construction materials, pozzolanic materials can be processed for use as construction materials, or buildings (eg, commercial, residential) and / or infrastructure (eg, roads, bridges, embankments, May be processed for use with existing construction materials (such as dams). Construction materials may be structural or non-structural components of such buildings and infrastructure. An additional benefit of using pozzolanic materials as or in construction materials is that the CO 2 used in the method (eg, CO 2 obtained from a gaseous waste stream) is effectively sequestered in the construction environment. Is Rukoto. In some embodiments, the precipitation system of the present invention may be installed at the same location as the building material plant so that the same location installation facilitates the processing of pozzolanic material into construction materials.

幾つかの実施形態では、ポゾラン材料は骨材を製造するために利用される。かかる骨材、それらの製造方法、および骨材の使用は、その開示がその全体を参照により本明細書に援用される、2008年5月29日出願の、同時係属米国特許出願第12/475,378号明細書に記載されている。   In some embodiments, the pozzolanic material is utilized to produce aggregate. Such aggregates, methods for their production, and use of aggregates are described in co-pending US patent application Ser. No. 12/475, filed May 29, 2008, the disclosure of which is incorporated herein by reference in its entirety. , 378.

図3は、上に開示されたような様々な方法を行うための例示的なシステム(700)を例示する。未処理の含金属シリケート材料(240)を受け入れる、金属シリケート処理装置710は、含金属シリケート材料のサイズを縮小するためのサイズ縮小ユニットと細かく砕かれた含金属シリケート材料を温浸するための温浸器とを含む。このサイズ縮小ユニットは、破砕、粉砕のための(例えば、ボールミル、ジェットミルなど)、および細かく砕かれた含金属シリケート材料をその後の温浸のために選択するための(例えば、篩によって、サイクロンによってなど)多数の異なる装置のいずれかを含んでもよい。温浸器は、含金属シリケート材料の温浸に有用であり得る任意の他の材料であって、水およびpH修正剤(例えば、酸、プロトン除去剤など)を含むが、それらに限定されない他の材料と一緒に、細かく砕かれた含金属シリケート材料を受け入れるために配置構成される。この処理装置は、シリカおよび/またはケイ素ベースの材料を温浸された含金属シリケート材料から除去するために配置構成される、フィルターをさらに含んでもよい。金属シリケート処理装置(710)と操作可能なように接続されている、沈澱反応容器(210)は、温浸された含金属シリケート材料、またはそれのスラリーもしくは水溶液を受け入れるために配置構成される。加えて、沈澱反応容器(210)は、CO(例えば、COを含む工業廃棄物源からの熱いまたは冷却されたCO)と、本発明の沈澱物またはポゾラン材料を製造するのに有用である可能性がある、任意の他の試薬(例えば、酸、プロトン除去剤、促進剤)とを受け入れるために配置構成される。沈澱反応容器は、沈澱反応条件を調節するおよび制御するためにさらに配置構成されてもよい。例えば、沈澱反応容器は、温度プローブおよび加熱素子を有してもよく、それらの両方とも、沈澱反応混合物の温度を制御するために使用することができる。図3に示されるように、液−固分離機(215)が沈澱反応容器(210)と操作可能なように接続され、沈澱反応容器から沈澱反応混合物を受け入れるために配置構成される。液−固分離機は、沈澱反応混合物を2つの流れに分離するためにさらに配置構成され、それらの流れは上澄み液および沈澱物を含む。得られた沈澱物は、元の沈澱反応混合物より沈澱物に富む比較的湿った固体またはスラリーであってもよく、それらのどちらかが、濃縮された沈澱物を受け入れるために配置構成された乾燥機(720)に任意選択的に提供されてもよい。COの工業廃棄物源からの廃熱を受け入れてもよい、乾燥機(例えば、噴霧乾燥機220)が乾燥された沈澱物またはポゾラン材料を生成した。 FIG. 3 illustrates an example system (700) for performing various methods as disclosed above. The metal silicate processing device 710, which receives the untreated metal-containing silicate material (240), has a size reduction unit for reducing the size of the metal-containing silicate material and a temperature for digesting the finely crushed metal-containing silicate material. Including a dipping device. This size reduction unit is for crushing, crushing (eg ball mill, jet mill etc.) and for selecting a finely divided metal-containing silicate material for subsequent digestion (eg by means of a sieve, a cyclone) May include any of a number of different devices. A digester is any other material that may be useful for digestion of metal-containing silicate materials, including but not limited to water and pH modifiers (eg, acids, proton scavengers, etc.) Together with the other material, arranged to receive the finely divided metal-containing silicate material. The processing apparatus may further include a filter configured to remove silica and / or silicon-based material from the digested metal-containing silicate material. A precipitation reaction vessel (210) operatively connected to the metal silicate processor (710) is configured to receive the digested metal-containing silicate material, or a slurry or aqueous solution thereof. In addition, the precipitation reaction vessel (210), CO 2 (e.g., CO CO 2 that is hot or cool from industrial waste source comprising 2) and, useful for preparing the precipitate or pozzolanic material of the present invention Configured to accept any other reagent (eg, acid, proton scavenger, accelerator) that may be The precipitation reaction vessel may be further arranged to adjust and control the precipitation reaction conditions. For example, the precipitation reaction vessel may have a temperature probe and a heating element, both of which can be used to control the temperature of the precipitation reaction mixture. As shown in FIG. 3, a liquid-solid separator (215) is operably connected to the precipitation reaction vessel (210) and is configured to receive the precipitation reaction mixture from the precipitation reaction vessel. The liquid-solid separator is further arranged to separate the precipitation reaction mixture into two streams, the streams comprising the supernatant and the precipitate. The resulting precipitate may be a relatively damp solid or slurry that is richer in precipitate than the original precipitation reaction mixture, either of which is a dry configured to accept the concentrated precipitate. A machine (720) may optionally be provided. A dryer (eg, spray dryer 220) that may accept waste heat from an industrial waste source of CO 2 produced a dried precipitate or pozzolanic material.

図4はまた、上に開示された様々な方法を行うための例示的なシステム(200)を例示する。システム200は、垂直カラム(205)、反応容器(210)、液−固分離機(215)、および噴霧乾燥機(220)を含む。システム(200)はまた、排ガス源(225)、二価カチオン含有溶液源(230)、およびプロトン除去剤源(235)を含む。   FIG. 4 also illustrates an exemplary system (200) for performing the various methods disclosed above. System 200 includes a vertical column (205), a reaction vessel (210), a liquid-solid separator (215), and a spray dryer (220). The system (200) also includes an exhaust gas source (225), a divalent cation-containing solution source (230), and a proton remover source (235).

垂直カラム205は、示される通り、含金属シリケート材料(240)で充填されてもよい。幾つかの実施形態では、含金属シリケート材料(240)は、約500μm以下の粒度を有する。幾つかの実施形態では、含金属シリケート材料(240)は、垂直カラム(205)のおおよそボトム1/4を占める。垂直カラム(205)は、そのボトムに、二価カチオン含有溶液を受け入れるための液体入口(245)と、排ガス源(225)から直接に、または示されるような噴霧乾燥機(220)からのどちらかから排ガスを受け入れるためのガス入口(250)とを含む。図4に示されていないが、垂直カラム205と入口245および250とが、垂直カラム(205)の運転を監視し、制御するために必要に応じてバルブ、流量計、温度プローブ、およびpHプローブなどのデバイスを含んでもよいことは十分理解されるであろう。同様に、垂直カラム205は、幾つかの実施形態では機械的かき混ぜのために任意選択的に改造される。   The vertical column 205 may be filled with a metal-containing silicate material (240) as shown. In some embodiments, the metal-containing silicate material (240) has a particle size of about 500 μm or less. In some embodiments, the metal-containing silicate material (240) occupies approximately the bottom quarter of the vertical column (205). The vertical column (205) has at its bottom either a liquid inlet (245) for receiving a divalent cation-containing solution and either directly from the exhaust gas source (225) or from the spray dryer (220) as shown. And a gas inlet (250) for receiving exhaust gas therefrom. Although not shown in FIG. 4, the vertical column 205 and inlets 245 and 250 are valves, flow meters, temperature probes, and pH probes as needed to monitor and control the operation of the vertical column (205). It will be appreciated that other devices may be included. Similarly, the vertical column 205 is optionally modified for mechanical agitation in some embodiments.

垂直カラムのボトムは、二価カチオン含有溶液とCOを含む排ガスとが垂直カラム205のボトムに入り、混ざる(炭酸を形成し、pHを下げる)ように(示されるように)配置構成されてもよい。幾つかの実施形態では、垂直カラム(205)は、二価カチオン含有溶液とCO含有排ガスとを最初に受け入れる混合ユニット(示されていない)であって、二価カチオン含有溶液が含金属シリケート材料240と遭遇する前に二価カチオン含有溶液を酸性化するために役立つ混合ユニットをさらに含む。混合ユニットは垂直カラム(205)のボトムと一体になっていてもよいし、またはそれはそれとは切り離されていてもよい。特定の配置(すなわち、一体であるかまたは切り離されているか)にかかわらず、混合ユニットは、酸性化された二価カチオン含有溶液が含金属シリケート材料240を通って浸透し、含金属シリケート材料(240)の一部を温浸して(より小さいおよび/または未反応の含金属シリケート材料を任意選択的に含む)ケイ素ベースの材料スラリーを形成することができるように垂直カラムに操作可能なように取り付けられる。垂直カラム205は、ケイ素ベースの材料スラリーを、元の二価カチオン含有水溶液と同じ流れ方向に垂直カラム205を通って上方に移動させるために改造される。垂直カラム205は、排ガスをガス抜きさせるために、およびスラリーをカラムのトップから出るようにするためにさらに改造される。 The bottom of the vertical column is arranged (as shown) so that the divalent cation-containing solution and the exhaust gas containing CO 2 enter the bottom of the vertical column 205 and mix (form carbonic acid and lower the pH). Also good. In some embodiments, a vertical column (205), the divalent cation-containing solution and a CO 2 containing exhaust gas and the first accept mixing unit (not shown), the divalent cation-containing solution comprising metal silicates It further includes a mixing unit that serves to acidify the divalent cation-containing solution prior to encountering the material 240. The mixing unit may be integral with the bottom of the vertical column (205) or it may be disconnected from it. Regardless of the particular arrangement (ie, integral or disconnected), the mixing unit allows the acidified divalent cation-containing solution to permeate through the metal-containing silicate material 240 and the metal-containing silicate material ( 240) can be digested to form a silicon-based material slurry (optionally including smaller and / or unreacted metal-containing silicate material) to be operable in a vertical column It is attached. The vertical column 205 is modified to move the silicon-based material slurry up through the vertical column 205 in the same flow direction as the original divalent cation-containing aqueous solution. The vertical column 205 is further modified to degas the exhaust gas and to allow the slurry to exit the top of the column.

垂直カラム205からガス抜きされる排ガスは、排ガス源(225)から受け入れられたままの排ガス中に当初存在したCOガスの少なくとも幾らかが減損している。CO減損排ガスは、大気中へ直接放出されても、他の残った成分を除去するためにさらに処理されても、または本方法の別の部分で使用されるために回収されてもよい。幾つかの実施形態では、垂直カラム205からガス抜きされる排ガスは、1つ以上の重金属、重金属化合物、粒子状物質、硫黄化合物(例えば、SOx)、窒素化合物(例えば、NOx)などの濃度だけでなくCO濃度に関しても減損している。 The exhaust gas degassed from the vertical column 205 is depleted of at least some of the CO 2 gas originally present in the exhaust gas as received from the exhaust gas source (225). The CO 2 depleted exhaust gas may be released directly into the atmosphere, further processed to remove other remaining components, or recovered for use in another part of the method. In some embodiments, the exhaust gas vented from the vertical column 205 is only in a concentration of one or more heavy metals, heavy metal compounds, particulate matter, sulfur compounds (eg, SOx), nitrogen compounds (eg, NOx), etc. In addition, the CO 2 concentration is also impaired.

十分な量の含金属シリケート材料(240)が温浸された後、垂直カラム205中の残った含金属シリケート材料(240)は、新鮮な含金属シリケート材料240と置き換えられる。温浸されるべき含金属シリケート材料240の新鮮な装入を提供することに加えて、含金属シリケート材料(240)の置き換えはまた、不溶性混入物質が垂直カラム(205)から除去されることを可能にする。幾つかの実施形態では、除去されない不溶性物質は、得られた沈澱物へ、そして究極的にはフィラーとしてポゾラン材料またはセメントに取り込まれる可能性がある。さらに、含金属シリケート材料240が温浸され、粒度が小さくなるので、上昇する二価カチオン含有溶液は、垂直カラム(205)の充填床部分から粒子を持ち上げる傾向がある。このように、完全な温浸の時点の前に含金属シリケート材料(240)を置き換えることは、この問題に同様にうまく対処する。システム(200)の連続運転を可能にするために、多数の垂直カラム(205)が並列に用いられてもよく、ここで二価カチオン含有溶液および排ガス流れは、幾つかの垂直カラム(205)が補充のために操業中止され、そして他の垂直カラム(205)がオンラインに戻されるように、1つの垂直カラム(205)から別のものへと切り替えられる。   After a sufficient amount of metallized silicate material (240) has been digested, the remaining metallized silicate material (240) in vertical column 205 is replaced with fresh metallized silicate material 240. In addition to providing a fresh charge of the metal-containing silicate material 240 to be digested, the replacement of the metal-containing silicate material (240) also ensures that insoluble contaminants are removed from the vertical column (205). enable. In some embodiments, insoluble material that is not removed can be incorporated into the resulting precipitate and ultimately as a filler into pozzolanic material or cement. Furthermore, as the metallized silicate material 240 is digested and the particle size is reduced, the rising divalent cation-containing solution tends to lift the particles from the packed bed portion of the vertical column (205). Thus, replacing the metal-containing silicate material (240) before the point of complete digestion addresses this problem equally well. A number of vertical columns (205) may be used in parallel to allow continuous operation of the system (200), where the divalent cation-containing solution and the exhaust gas stream are connected to several vertical columns (205). Is suspended for replenishment and switched from one vertical column (205) to another so that the other vertical column (205) is brought back online.

図4に例示されるように、垂直カラム(205)で生成したスラリーは次に、反応容器210に移される。スラリーは、例えば、パイプラインによって移されてもよい。プロトン除去剤源235からのプロトン除去剤が、スラリーのpHを上げて炭酸塩(例えば、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム)を含む沈澱物を生成するために反応容器(210)中のスラリーに添加される。沈澱物は、幾つかの実施形態では反応容器(210)のボトム上にケイ素ベースの材料と一緒に沈降する傾向があろう。プロトン除去剤が溶液にある、幾つかの実施形態では、プロトン除去剤の溶液は、反応容器(210)へポンプ送液されてもよい。固体形態のプロトン除去剤は、例えば、コンベヤベルトによって添加されてもよい。図4には示されていないが、反応容器(210)は反応容器(210)の運転を監視し、制御するために必要に応じてバルブ、流量計、かき混ぜ機、ミキサー、温度プローブ、およびpHプローブなどのデバイスを含んでもよいことは十分理解されるであろう。図4にはまた、ガス(例えば、二酸化炭素、HCl)であってもよい酸または、例えば、溶液での酸(例えば、HCO(水性)、HCl(水性))の任意の酸源は示されていない。酸は反応容器(210)内のpHを平衡させるために用いられてもよい。 As illustrated in FIG. 4, the slurry produced in the vertical column (205) is then transferred to the reaction vessel 210. The slurry may be transferred by, for example, a pipeline. Proton remover from proton remover source 235 is added to the slurry in reaction vessel (210) to raise the pH of the slurry to produce a precipitate containing carbonate (eg, calcium carbonate, magnesium carbonate). . The precipitate will tend to settle with the silicon-based material on the bottom of the reaction vessel (210) in some embodiments. In some embodiments where the proton scavenger is in solution, the proton scavenger solution may be pumped to the reaction vessel (210). The solid form proton scavenger may be added, for example, by a conveyor belt. Although not shown in FIG. 4, the reaction vessel (210) is equipped with valves, flow meters, agitators, mixers, temperature probes, and pH as needed to monitor and control the operation of the reaction vessel (210). It will be appreciated that devices such as probes may be included. Also shown in FIG. 4 is any acid source that may be a gas (eg, carbon dioxide, HCl) or an acid in solution (eg, H 2 CO 3 (aqueous), HCl (aqueous)). Is not shown. The acid may be used to equilibrate the pH in the reaction vessel (210).

幾つかの実施形態では、ケイ素ベースの材料と炭酸塩とを含む沈澱物が反応容器(210)から抜き出された後で、沈澱物は、液−固分離機(215)で沈澱反応混合物から分離される。例示的な液−固分離機(215)には、ハイドロサイクロンが含まれる。液−固分離機(215)によって除去される液体(すなわち、上澄み液)は、廃棄処分されても、または逆浸透水精製用のインプットとしてを含む、他の工業プロセスのために使用されてもよい。   In some embodiments, after the precipitate comprising silicon-based material and carbonate has been withdrawn from the reaction vessel (210), the precipitate is removed from the precipitation reaction mixture in a liquid-solid separator (215). To be separated. An exemplary liquid-solid separator (215) includes a hydrocyclone. The liquid removed by the liquid-solid separator (215) (ie, the supernatant liquid) can be disposed of or used for other industrial processes, including as an input for reverse osmosis water purification. Good.

図4に例示されるように、噴霧乾燥機220は、煙道ガス源(225)から熱排ガスを受け入れ、液−固分離機(215)からのケイ素ベースの材料と炭酸塩(例えば、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム)とを含む沈澱物は、エネルギー効率を最適化する、噴霧乾燥機220で乾燥されてもよい。煙道ガス源からの廃熱を使って噴霧乾燥機で乾燥された沈澱物は、制御された粒度、アスペクト比、密度、および表面積の微細粉末を形成し、その粉末はポゾラン粉末255として使用されてもよい。排ガスの熱が噴霧乾燥機220で沈澱物を乾燥させることに寄与しながら、排ガスはそれによってまた冷却される。有利には、排ガスの廃熱の使用は、噴霧乾燥前に空気またはある他のガスを加熱する必要性を低減するかまたは未然に回避することができる。冷却された排ガスを垂直カラム(205)に導くことができるために、噴霧乾燥機220は、噴霧乾燥機(220)を出た排ガスが収容されるように密封室(示されていない)内に配置されてもよい。   As illustrated in FIG. 4, the spray dryer 220 receives hot exhaust gas from a flue gas source (225), and silicon-based material and carbonates (eg, calcium carbonate) from a liquid-solid separator (215). , Magnesium carbonate) may be dried in a spray dryer 220, which optimizes energy efficiency. The precipitate dried in the spray dryer using waste heat from the flue gas source forms a fine powder with controlled particle size, aspect ratio, density and surface area, which powder is used as pozzolanic powder 255 May be. While the heat of the exhaust gas contributes to drying the precipitate in the spray dryer 220, the exhaust gas is thereby also cooled. Advantageously, the use of exhaust gas waste heat can reduce or obviate the need to heat air or some other gas prior to spray drying. In order to allow the cooled exhaust gas to be directed to the vertical column (205), the spray dryer 220 is placed in a sealed chamber (not shown) so that the exhaust gas leaving the spray dryer (220) is accommodated. It may be arranged.

排ガス源(225)は、幾つかの実施形態では、化石燃料火力発電所、製油所、または例えば、その開示がその全体を参照により本明細書に援用される、2008年5月29日出願の、米国仮特許出願第61/057,173号明細書に記載されているような、大気レベルのCOに対して高い濃度のCOの排ガスを排出する、ある他の工業プロセスであってもよい。幾つかの実施形態では、かかる排ガスは燃焼反応によって生成し、それ故排ガスは燃焼反応からの余熱を有する。排ガス源(225)からの距離が広大である場合、または排ガスがさもなければ噴霧乾燥の目的のために十分に熱くない場合には、ガス加熱装置(示されていない)が、排ガスの温度を上昇させるために排ガス源(225)と噴霧乾燥機(220)との間に置かれてもよい。燃焼によって生成した酸化性排ガスに加えて、排ガス源(225)は、還元性ガスがCOを含む限り、合成ガス、シフト合成ガス、天然ガス、水素などの還元性ガス源と置き換えられてもよいことは十分理解されるであろう。他の好適な多成分気体流には、ターボチャージャー付きボイラー生成ガス、石炭ガス化生成ガス、シフト石炭ガス化生成ガス、嫌気性温浸器生成ガス、坑口天然ガス流れ、改質天然ガスまたはメタンハイドレートなどが含まれる。 The exhaust gas source (225) is, in some embodiments, a fossil fuel-fired power plant, a refinery, or, for example, filed May 29, 2008, the disclosure of which is hereby incorporated by reference in its entirety. Even other industrial processes that emit exhaust gases with high concentrations of CO 2 relative to atmospheric CO 2 , such as described in US Provisional Patent Application No. 61 / 057,173. Good. In some embodiments, such exhaust gas is produced by a combustion reaction, and therefore the exhaust gas has residual heat from the combustion reaction. If the distance from the exhaust gas source (225) is vast, or if the exhaust gas is otherwise not hot enough for spray drying purposes, a gas heating device (not shown) will adjust the temperature of the exhaust gas. It may be placed between the exhaust gas source (225) and the spray dryer (220) for raising. In addition to the oxidizing exhaust gas generated by combustion, the exhaust gas source (225) may be replaced with a reducing gas source such as synthesis gas, shifted synthesis gas, natural gas, hydrogen, etc., as long as the reducing gas contains CO 2. The good will be well understood. Other suitable multi-component gas streams include turbocharged boiler product gas, coal gasification product gas, shift coal gasification product gas, anaerobic digester product gas, wellhead natural gas stream, reformed natural gas or methane Includes hydrates.

二価カチオン含有溶液源(230)は、幾つかの実施形態では、海水、ブライン、または上述のようなある他の二価カチオン含有溶液で満たされていてもよい貯蔵タンクであってもよい。貯蔵タンクは、二価カチオン含有溶液が垂直カラム(205)へ導入される前に、沈泥、砂、小さな岩石、および他の粒子状物質などの混入物質を二価カチオン含有溶液から沈降させてもよい。フィルターがまた用いられてもよい。   The divalent cation-containing solution source (230) may in some embodiments be a storage tank that may be filled with seawater, brine, or some other divalent cation-containing solution as described above. The storage tank allows contaminants such as silt, sand, small rocks, and other particulate matter to settle out of the divalent cation containing solution before the divalent cation containing solution is introduced into the vertical column (205). Also good. A filter may also be used.

図5は、炭酸塩促進剤を反応容器(210)に添加するために用いられてもよい任意の促進剤源(310)を示す。上に議論されたように、例示的な炭酸塩促進剤には、鉄、コバルト、ニッケル、マンガン、亜鉛、クロム、銅、バリウム、金、白金、または銀などの低濃度の遷移金属が含まれるが、それらに限定されない。促進剤源(310)は、反応容器(210)への炭酸塩促進剤の制御放出のための調整器(示されていない)を含んでもよい。フィードバックシステム(示されていない)が、反応容器(210)中の炭酸塩促進剤の濃度を監視し、それに応じて調整器を調節するために使用されてもよい。   FIG. 5 shows an optional source of promoter (310) that may be used to add carbonate promoter to reaction vessel (210). As discussed above, exemplary carbonate promoters include low concentrations of transition metals such as iron, cobalt, nickel, manganese, zinc, chromium, copper, barium, gold, platinum, or silver. However, it is not limited to them. Accelerator source (310) may include a regulator (not shown) for controlled release of carbonate promoter into reaction vessel (210). A feedback system (not shown) may be used to monitor the concentration of carbonate promoter in the reaction vessel (210) and adjust the regulator accordingly.

図6は、垂直カラム(205)と反応容器(210)との間に配置された任意の液−固分離機(410)を示す。液−固分離機(410)は、垂直カラムからスラリーを受け入れ、ケイ素ベースの材料(例えば、シリカ、未反応または未温浸のシリケートなど)を二価カチオン含有溶液から分離し、二価カチオン含有溶液を反応容器(210)に導く。液−固分離機(410)から取り出されるケイ素ベースの材料は、時々ウェットケーキと言われる。図6にはまた、ケイ素ベースの材料を洗浄するための洗浄機420が示され、その洗浄機は、洗浄水と液−固分離機(410)からのケイ素ベースの材料とを受け入れる。洗浄機(420)は可溶性塩を除去して洗浄されたケイ素ベースの材料と使用済み洗浄水とを生成する。洗浄機(420)から取り出されたケイ素ベースの材料は次に、微細なケイ素ベースの粉末を生成するために乾燥されてもよい。幾つかの実施形態では、液−固分離機(410)と洗浄機(420)とは単一ユニットへ組み合わせられる。洗浄機(420)が噴霧乾燥機(220)の前に、液−固分離機(215)から炭酸塩とケイ素ベースの材料とを含む沈澱物を受け入れ、そして洗浄するためにシステム(200)中にまた含められてもよいことは十分理解されるであろう。   FIG. 6 shows an optional liquid-solid separator (410) placed between the vertical column (205) and the reaction vessel (210). The liquid-solid separator (410) receives the slurry from the vertical column and separates the silicon-based material (eg, silica, unreacted or undigested silicate, etc.) from the divalent cation-containing solution and contains the divalent cation. The solution is led to the reaction vessel (210). The silicon-based material that is removed from the liquid-solid separator (410) is sometimes referred to as a wet cake. Also shown in FIG. 6 is a washer 420 for cleaning silicon-based material, which receives the wash water and silicon-based material from the liquid-solid separator (410). The washer (420) removes soluble salts to produce a cleaned silicon-based material and used wash water. The silicon-based material removed from the washer (420) may then be dried to produce a fine silicon-based powder. In some embodiments, the liquid-solid separator (410) and the washer (420) are combined into a single unit. In the system (200) for the washer (420) to receive and wash the precipitate comprising carbonate and silicon-based material from the liquid-solid separator (215) before the spray dryer (220). It will be appreciated that it may also be included.

図7は、第2反応容器(510)が液−固分離機(215)からの上澄み液とプロトン除去剤源(235)からの追加のプロトン除去剤とを受け入れるシステム200を例示する。この実施形態では、反応容器(210)中の条件は、第1炭酸塩含有沈澱物を生成するために制御され、その沈澱物は液−固分離機(215)で沈澱反応混合物から分離される。液−固分離機(215)からの上澄み液は、第2炭酸塩含有沈澱物を形成させるために、例えば、プロトン除去剤源(235)からのさらなるプロトン除去剤の添加によってより塩基性にされる。第2沈澱物は次に、第2液−固分離機(520)で沈澱反応混合物から分離される。第1および第2炭酸塩含有沈澱物は、図6でのように、別々に洗浄され、次に2つの微細粉末を生成するために別々に噴霧乾燥されてもよい。これらの粉末は次に、ポゾラン材料を製造するためにケイ素ベースの材料の粉末と混合されてもよい(図6)。幾つかの実施形態では、第1炭酸塩含有沈澱物は炭酸カルシウムを含み、第2炭酸塩含有沈澱物は炭酸マグネシウムを含むが、他の実施形態では、第1炭酸塩含有沈澱物は炭酸マグネシウムを含み、第2炭酸塩含有沈澱物は炭酸カルシウムを含む。   FIG. 7 illustrates a system 200 in which the second reaction vessel (510) receives supernatant from the liquid-solid separator (215) and additional proton remover from the proton remover source (235). In this embodiment, the conditions in the reaction vessel (210) are controlled to produce a first carbonate-containing precipitate that is separated from the precipitation reaction mixture with a liquid-solid separator (215). . The supernatant from the liquid-solid separator (215) is made more basic, for example by adding further proton scavengers from the proton scavenger source (235) to form a second carbonate-containing precipitate. The The second precipitate is then separated from the precipitation reaction mixture in a second liquid-solid separator (520). The first and second carbonate-containing precipitates may be washed separately, as in FIG. 6, and then spray dried separately to produce two fine powders. These powders may then be mixed with a powder of silicon-based material to produce a pozzolanic material (FIG. 6). In some embodiments, the first carbonate-containing precipitate comprises calcium carbonate and the second carbonate-containing precipitate comprises magnesium carbonate, while in other embodiments, the first carbonate-containing precipitate is magnesium carbonate. And the second carbonate-containing precipitate contains calcium carbonate.

炭酸塩促進剤が図5に例示される反応容器(210、510)のどちらかかまたは両方に添加されてもよいことは十分理解されるであろう。炭酸塩促進剤が反応容器(210、510)の両方に添加される場合、異なる炭酸塩促進剤が使用されてもよいし、または異なる濃度の同じ炭酸塩促進剤が使用されてもよい。さらに、図7は、第2反応容器(510)を、反応容器210が役目を果たすように同じプロトン除去剤源(235)からプロトン除去剤を受け入れるものとして示しているが、幾つかの実施形態では、第2反応容器(510)は、第2プロトン除去剤源から異なるプロトン除去剤を受け入れる。もっとさらに、幾つかの実施形態では、第2反応容器(510)に受け入れられる上澄み液は、第2炭酸塩含有沈澱物を生成するために、さらに塩基性よりもむしろ、さらに酸性にされる。上記の通り、酸性化は、COを含むガス流れとの接触によってかまたは酸性溶液もしくは可溶性固体酸の添加によって達成されてもよい。さらに、反応容器(210、510)で異なるpHレベルを維持することおよび異なる炭酸塩促進剤を使用することに加えて、またはそれらに代えて、温度、圧力、ある種の種結晶の存在などの他の条件が、2つの反応容器(210、510)で異なる炭酸塩含有沈澱物を形成させるために変えられてもよい。 It will be appreciated that a carbonate promoter may be added to either or both of the reaction vessels (210, 510) illustrated in FIG. If carbonate promoters are added to both reaction vessels (210, 510), different carbonate promoters may be used, or different concentrations of the same carbonate promoter may be used. Further, FIG. 7 shows the second reaction vessel (510) as receiving a proton remover from the same proton remover source (235) as the reaction vessel 210 serves, although in some embodiments The second reaction vessel (510) then receives a different proton remover from the second proton remover source. Still further, in some embodiments, the supernatant received in the second reaction vessel (510) is made more acidic rather than more basic to produce a second carbonate-containing precipitate. As mentioned above, acidification may be achieved by contact with a gas stream comprising CO 2 or by addition of an acidic solution or a soluble solid acid. Furthermore, in addition to or in place of maintaining different pH levels in the reaction vessels (210, 510) and using different carbonate promoters, such as temperature, pressure, the presence of certain seed crystals, etc. Other conditions may be varied to form different carbonate-containing precipitates in the two reaction vessels (210, 510).

組成物および最終製品
本発明の沈澱物は、幾つかの炭酸塩および/または共沈澱から生じた幾つかの炭酸塩鉱物相を含んでもよく、ここで沈澱物は、例えば、炭酸マグネシウム(例えば、ネスケホン石)と一緒に炭酸カルシウム(例えば、方解石)を含んでもよい。沈澱物はまた、炭酸カルシウム(例えば、方解石)、炭酸マグネシウム(例えば、ネスケホン石)、炭酸カルシウムマグネシウム(例えば、苦灰石)、またはフェロ−カルボ−アルミノシリケートを含むが、それらに限定されない単一鉱物相での単一炭酸塩を含んでもよい。異なる炭酸塩は順々に沈澱する可能性があるので、沈澱物は、それが得られる条件に依存して、一炭酸塩および/または一鉱物相に比較的富む(例えば、90%〜95%)もしくは実質的に富む(例えば、95%〜99.9%)可能性があるか、または沈澱物は、ある量の他の炭酸塩および/または他の鉱物相を含んでもよく、ここで所望の鉱物相は沈澱物の50〜90%である。幾つかの実施形態では、沈澱物は、炭酸塩に加えて1つ以上の水酸化物(例えば、Ca(OH)、Mg(OH))を含む可能性があることは十分理解されるであろう。沈澱物中に存在する炭酸塩または水酸化物のいずれも完全にまたは部分的に非晶質であってもよいこともまた十分理解されるであろう。幾つかの実施形態では、炭酸塩および/または水酸化物は完全に非晶質である。
Compositions and Final Products The precipitates of the present invention may contain several carbonates and / or several carbonate mineral phases resulting from coprecipitation, where the precipitate is, for example, magnesium carbonate (eg, Calcium carbonate (eg, calcite) may be included together with (Neskehon stone). Precipitates also include, but are not limited to, calcium carbonate (eg, calcite), magnesium carbonate (eg, Neskehonite), calcium carbonate (eg, dolomite), or ferro-carbo-aluminosilicate. Single carbonates in the mineral phase may be included. Since different carbonates can precipitate in sequence, the precipitate is relatively rich in monocarbonate and / or monomineral phase (eg, 90% -95% depending on the conditions from which it is obtained). ) Or substantially enriched (e.g., 95% to 99.9%), or the precipitate may contain an amount of other carbonates and / or other mineral phases, where desired The mineral phase is 50-90% of the precipitate. It is well understood that in some embodiments, the precipitate may include one or more hydroxides (eg, Ca (OH) 2 , Mg (OH) 2 ) in addition to the carbonate. Will. It will also be appreciated that any carbonate or hydroxide present in the precipitate may be completely or partially amorphous. In some embodiments, the carbonate and / or hydroxide is completely amorphous.

多くの異なる炭素含有塩および化合物が出発原料の多様性のために可能であるが、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、またはそれらの組み合わせを含む沈澱物が特に有用である。幾つかの実施形態では、沈澱物は、カルシウムおよびマグネシウムの両方を含む炭酸塩鉱物である、苦灰石(CaMg(CO)、プロトドロマイト、ハント石(CaMg(CO)、および/またはセルギーバイト(CaMg11(CO13・HO)を含む。幾つかの実施形態では、沈澱物は、方解石、アラゴナイト、バテライト、またはそれらの組み合わせから選択される1つ以上の相での炭酸カルシウムを含む。幾つかの実施形態では、沈澱物は、アイカイト(CaCO・6HO)、非晶質炭酸カルシウム(CaCO・nHO)、モノハイドロカルサイト(CaCO・HO)、またはそれらの組み合わせから選択される炭酸カルシウムの水和形を含む。幾つかの実施形態では、沈澱物は、水和水を持たない、炭酸マグネシウムを含む。幾つかの実施形態では、沈澱物は、1、2、3、4、または4超の水和水から選択される異なる水和水の数のいずれかを有する、炭酸マグネシウムを含む。幾つかの実施形態では、沈澱物は、炭酸マグネシウム相が水和水の数の点で異なる、1、2、3、4、または4超の異なる炭酸マグネシウム相を含む。例えば、沈澱物は、マグネサイト(MgCO)、バリントナイト(MgCO・2HO)、ネスケホン石(MgCO・3HO)、ランスフォルダイト(MgCO・5HO)、および非晶質の炭酸マグネシウムを含む可能性がある。幾つかの実施形態では、沈澱物は、アルチナイト(MgCO・Mg(OH)・3HO)、ハイドロマグネサイト(Mg(CO(OH)・3HO)、またはそれらの組み合わせなどの、水酸化物および水和水を含む炭酸マグネシウムを含む。したがって、沈澱物は、本明細書にリストされる水和の様々な状態の全てまたは幾らかで、カルシウム、マグネシウムの炭酸塩、またはそれらの組み合わせの炭酸塩を含んでもよい。沈澱速度はまた、最も速い沈澱速度が溶液を所望の相でシードすることによって達成される状態で、沈澱物の本質に影響を及ぼす可能性がある。シーディングなしでは、速い沈澱は、例えば、沈澱反応混合物のpHを急激に上げることによって達成されてもよく、それはより多い非晶質構成要素をもたらす。さらに、pHが高ければ高いほど、沈澱はより速く、その沈澱はより非晶質の沈澱物をもたらす。 Although many different carbon-containing salts and compounds are possible due to the variety of starting materials, precipitates containing magnesium carbonate, calcium carbonate, or combinations thereof are particularly useful. In some embodiments, the precipitate is a carbonate mineral that includes both calcium and magnesium, dolomite (CaMg (CO 3 ) 2 ), protodolomite, huntite (CaMg 3 (CO 3 ) 4 ). , And / or Sergeybite (Ca 2 Mg 11 (CO 3 ) 13 .H 2 O). In some embodiments, the precipitate comprises calcium carbonate in one or more phases selected from calcite, aragonite, vaterite, or combinations thereof. In some embodiments, precipitation material, Aikaito (CaCO 3 · 6H 2 O) , amorphous calcium carbonate (CaCO 3 · nH 2 O) , monohydrocalcite (CaCO 3 · H 2 O) , or their A hydrated form of calcium carbonate selected from the combination of: In some embodiments, the precipitate comprises magnesium carbonate without water of hydration. In some embodiments, the precipitate comprises magnesium carbonate having any of a number of different hydration waters selected from 1, 2, 3, 4, or more than four hydration waters. In some embodiments, the precipitate comprises 1, 2, 3, 4, or more than 4 different magnesium carbonate phases, where the magnesium carbonate phase differs in the number of hydration waters. For example, precipitation material, magnesite (MgCO 3), Barintonaito (MgCO 3 · 2H 2 O) , nesquehonite (MgCO 3 · 3H 2 O) , Lance folder site (MgCO 3 · 5H 2 O) , and amorphous May contain high quality magnesium carbonate. In some embodiments, the precipitate is altinite (MgCO 3 .Mg (OH) 2 .3H 2 O), hydromagnesite (Mg 5 (CO 3 ) 4 (OH) 2 .3H 2 O), or Includes magnesium carbonate including hydroxide and hydrated water, such as combinations thereof. Thus, the precipitate may include carbonates of calcium, magnesium, or combinations thereof in all or some of the various states of hydration listed herein. The precipitation rate can also affect the nature of the precipitate, with the fastest precipitation rate being achieved by seeding the solution with the desired phase. Without seeding, fast precipitation may be achieved, for example, by rapidly raising the pH of the precipitation reaction mixture, which results in more amorphous components. Furthermore, the higher the pH, the faster the precipitation and the precipitation results in a more amorphous precipitate.

主要イオン比を沈澱の間ずっと調節すると、沈澱物の本質に影響を及ぼす可能性がある。主要イオン比は、多形形成にかなりの影響を及ぼす。例えば、水中のマグネシウム:カルシウム比が増加するにつれて、アラゴナイトが、低マグネシウム方解石よりも沈澱物中の炭酸カルシウムの主要多形になる。低いマグネシウム:カルシウム比では、低マグネシウム方解石が主要多形になる。幾つかの実施形態では、Ca2+およびMg2+が両方とも存在する場合、沈澱物中のCa2+対Mg2+の比(すなわち、Ca2+:Mg2+)は、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;1:500〜1:1000、またはそれらの範囲である。例えば、幾つかの実施形態では、沈澱物中のCa2+対Mg2+の比は、1:1〜1:10;1:5〜1:25;1:10〜1:50;1:25〜1:100;1:50〜1:500;または1:100〜1:1000である。幾つかの実施形態では、沈澱物中のCa2+対Mg2+の比(すなわち、Ca2+:Mg2+)は、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;1:500〜1:1000、またはそれらの範囲である。例えば、幾つかの実施形態では、沈澱物中のCa2+対Mg2+の比は、1:1〜1:10;1:5〜1:25;1:10〜1:50;1:25〜1:100;1:50〜1:500;または1:100〜1:1000である。 Adjusting the major ion ratio throughout precipitation can affect the nature of the precipitate. The major ion ratio has a considerable effect on polymorph formation. For example, as the magnesium: calcium ratio in water increases, aragonite becomes the major polymorph of calcium carbonate in the precipitate rather than low magnesium calcite. At low magnesium: calcium ratios, low magnesium calcite becomes the major polymorph. In some embodiments, when both Ca 2+ and Mg 2+ are present, the ratio of Ca 2+ to Mg 2+ in the precipitate (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: 150-1: 200; 1: 200-1: 250; 1: 250-1: 500; 1: 500-1: 1000, or a range thereof. For example, in some embodiments, the ratio of Ca 2+ to Mg 2+ in the precipitate is from 1: 1 to 1:10; 1: 5 to 1:25; 1:10 to 1:50; 1: 100; 1:50 to 1: 500; or 1: 100 to 1: 1000. In some embodiments, the ratio of Ca 2+ to Mg 2+ in the precipitate (ie, Ca 2+ : Mg 2+ ) is 1: 1 to 1: 2.5; 1: 2.5 to 1: 5; 1 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 ~ 1: 250; 1: 250-1: 500; 1: 500-1: 1000, or a range thereof. For example, in some embodiments, the ratio of Ca 2+ to Mg 2+ in the precipitate is from 1: 1 to 1:10; 1: 5 to 1:25; 1:10 to 1:50; 1: 100; 1:50 to 1: 500; or 1: 100 to 1: 1000.

工業的COに由来する1つ以上の合成炭酸塩を含む、沈澱物は、工業的CO(化石燃料の燃焼からの)が由来する化石燃料(例えば、石炭、石油、天然ガス、または煙道ガス)の相対的な炭素同位体組成(δ13C)を反映している。‰(パーミル)の単位での相対的な炭素同位体組成(δ13C)値は、化石的矢石の基準(PDB基準)に対する、炭素の2つの安定な同位体、すなわち12Cおよび13Cの濃度の比の尺度である。
δ13C‰=[(13C/12サンプル13C/12PDB基準)/(13C/12PDB基準)]×1000
The precipitate, which contains one or more synthetic carbonates derived from industrial CO 2 , is a fossil fuel (eg, coal, oil, natural gas, or smoke) from which industrial CO 2 (from combustion of fossil fuels) is derived. It reflects the relative carbon isotope composition (δ 13 C) of the road gas. The relative carbon isotope composition (δ 13 C) value in units of ‰ (permil) is the value of the two stable isotopes of carbon, the 12 C and 13 C, relative to the fossilized aragonite standard (PDB standard). It is a measure of concentration ratio.
δ 13 C ‰ = [( 13 C / 12 C sample13 C / 12 C PDB standard ) / ( 13 C / 12 C PDB standard )] × 1000

したがって、合成炭酸塩含有沈澱物のδ13Cは、COガス源についてのフィンガープリントとして役立つ。δ13C値は源(すなわち、化石燃料源)ごとに変わる可能性があるが、本発明の組成物についてのδ13C値は一般に、しかし必ずしもではなく、−9‰〜−35‰の範囲である。幾つかの実施形態では、合成炭酸塩含有沈澱物についてのδ13C値は、−1‰〜−50‰、−5‰〜−40‰、−5‰〜−35‰、−7‰〜−40‰、−7‰〜−35‰、−9‰〜−40‰、または−9‰〜−35‰である。幾つかの実施形態では、合成炭酸塩含有沈澱物についてのδ13C値は、−3‰、−5‰、−6‰、−7‰、−8‰、−9‰、−10‰、−11‰、−12‰、−13‰、−14‰、−15‰、−16‰、−17‰、−18‰、−19‰、−20‰、−21‰、−22‰、−23‰、−24‰、−25‰、−26‰、−27‰、−28‰、−29‰、−30‰、−31‰、−32‰、−33‰、−34‰、−35‰、−36‰、−37‰、−38‰、−39‰、−40‰、−41‰、−42‰、−43‰、−44‰、または−45‰未満(すなわち、よりマイナス)であり、ここでδ13C値がよりマイナスであればあるほど、合成炭酸塩含有組成物は12Cにより富む。任意の好適な方法、質量分析法または軸外統合キャビティアウトプット分光分析法(off−axis integrated−cavity output spectroscopy)(軸外ICOS)を含むが、それらに限定されない方法が、δ13C値を測定するために用いられてもよい。 Thus, δ 13 C of the synthetic carbonate-containing precipitate serves as a fingerprint for the CO 2 gas source. Although the δ 13 C value can vary from source to source (ie, fossil fuel source), the δ 13 C value for the compositions of the present invention is generally but not necessarily in the range of -9 ‰ to -35 ‰. It is. In some embodiments, the δ 13 C values for the synthetic carbonate-containing precipitates are −1 ‰ to −50 ‰, −5 ‰ to −40 ‰, −5 ‰ to −35 ‰, −7 ‰ to − 40 ‰, -7 ‰ to -35 ‰, -9 ‰ to -40 ‰, or -9 ‰ to -35 ‰. In some embodiments, the δ 13 C value for the synthetic carbonate-containing precipitate is −3 ‰, −5 ‰, −6 ‰, −7 ‰, −8 ‰, −9 ‰, −10 ‰, − 11 ‰, -12 ‰, -13 ‰, -14 ‰, -15 ‰, -16 ‰, -17 ‰, -18 ‰, -19 ‰, -20 ‰, -21 ‰, -22 ‰, -23 ‰ , -24 ‰, -25 ‰, -26 ‰, -27 ‰, -28 ‰, -29 ‰, -30 ‰, -31 ‰, -32 ‰, -33 ‰, -34 ‰, -35 ‰,- Less than 36 ‰, -37 ‰, -38 ‰, -39 ‰, -40 ‰, -41 ‰, -42 ‰, -43 ‰, -44 ‰, or -45 ‰ (ie more negative) The more negative the δ 13 C value, the richer the synthetic carbonate-containing composition is 12 C. Any suitable method, including, but not limited to, mass spectrometry or off-axis integrated-cavity output spectroscopy (off-axis ICOS) may be used to obtain a δ 13 C value. It may be used to measure.

沈澱反応のマグネシウム−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、および他のものを含む化合物および物質もまた、本発明の方法およびシステムで沈澱物内に製造され、組み込まれる可能性がある。沈澱物におけるかかる化合物の沈澱は、本方法から生じた沈澱物を含むセメントの反応性を変えるために、または硬化したセメントおよびそれらから製造されたコンクリートの特性を変えるために望ましい可能性がある。含金属シリケート材料は、非晶質シリカ、非晶質アルミノシリケート、結晶性シリカ、カルシウムシリケート、カルシウムアルミナシリケートなどの、1つ以上の成分を含有する炭酸塩含有沈澱物を生成するために、これらの成分の1つの源として沈澱反応混合物に添加される。幾つかの実施形態では、沈澱物は、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;1:15〜1:20、またはそれらの範囲の炭酸塩:シリカ比で炭酸塩(例えば、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム)とシリカとを含む。例えば、幾つかの実施形態では、沈澱物は、1:1〜1:5、1:5〜1:10、または1:5〜1:20の炭酸塩:シリカ比で炭酸塩とシリカとを含む。幾つかの実施形態では、沈澱物は、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;1:15〜1:20、またはそれらの範囲のシリカ:炭酸塩比でシリカと炭酸塩(例えば、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム)とを含む。例えば、幾つかの実施形態では、沈澱物は、1:1〜1:5、1:5〜1:10、または1:5〜1:20のシリカ:炭酸塩比でシリカと炭酸塩とを含む。一般に、本発明の方法によって製造された沈澱物は、ケイ素ベースの材料と少なくとも1つの炭酸塩相との混合物を含む。一般に、反応速度が速ければ速いほど、シリカが沈澱反応混合物中に存在するという条件で(すなわち、含金属シリケート材料の温浸後にシリカが除去されなかったという条件で)、より多くのシリカが炭酸塩含有沈澱物に組み込まれる。   In addition to the magnesium- and calcium-containing products of the precipitation reaction, compounds and materials including silicon, aluminum, iron, and others can also be produced and incorporated into the precipitate with the methods and systems of the present invention. There is sex. Precipitation of such compounds in the precipitate may be desirable to alter the reactivity of the cement containing the precipitate resulting from the process or to change the properties of the hardened cement and the concrete made therefrom. Metal-containing silicate materials are used to produce carbonate-containing precipitates containing one or more components such as amorphous silica, amorphous aluminosilicate, crystalline silica, calcium silicate, calcium alumina silicate, etc. Is added to the precipitation reaction mixture as one source of the components. In some embodiments, the precipitate is from 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; 1:15 to 1:20, or carbonates (eg, calcium carbonate, magnesium carbonate) in a carbonate: silica ratio in these ranges. Including silica. For example, in some embodiments, the precipitate comprises carbonate and silica in a carbonate: silica ratio of 1: 1 to 1: 5, 1: 5 to 1:10, or 1: 5 to 1:20. Including. In some embodiments, the precipitate is from 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; 1:15 to 1:20, or a range of silica: carbonate ratios of silica and carbonate (eg, calcium carbonate, magnesium carbonate) ). For example, in some embodiments, the precipitate comprises silica and carbonate at a silica: carbonate ratio of 1: 1 to 1: 5, 1: 5 to 1:10, or 1: 5 to 1:20. Including. In general, the precipitate produced by the method of the present invention comprises a mixture of a silicon-based material and at least one carbonate phase. In general, the faster the reaction rate, the more silica will be carbonated, provided that silica is present in the precipitation reaction mixture (ie, the silica was not removed after digestion of the metal-containing silicate material). Incorporated into the salt-containing precipitate.

沈澱物(単に乾燥された沈澱物であってもよい)は貯蔵安定性形態にあることができ、長期間、例えば、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100,000,000年以上でさえ、たとえあったとしても、顕著な分解なしに露出条件下に(すなわち、大気に開かれて)地上で貯蔵される可能性がある。沈澱物の貯蔵安定性形態は、通常の雨水pH下に地上で貯蔵される間たとえあったとしてもほとんど分解を受けないので、製品からのCOガス放出の観点から測定されるように、たとえあったとしても分解の量は5%/年を超えないであろうし、ある実施形態では1%/年を超えないであろう。沈澱物の地上貯蔵安定性形態は、様々な異なる環境条件下に、例えば−100℃〜600℃の範囲の温度および0〜100%の範囲の湿度で安定であり、ここでこれらの条件は穏やか、風の強いまたは嵐であってもよい。沈澱物中の化合物が上に明記された安定性を有することが知られている天然起源の化合物(例えば、石灰石)と類似のまたは同じものであることを測定するために好適である、物理的試験方法および化学的試験方法を含む多数の好適な方法のいずれかが、沈澱物の安定性を試験するために用いられてもよい。 The precipitate (which may simply be a dried precipitate) can be in a storage stable form, for a long period of time, 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, if any, exposed without noticeable degradation It may be stored on the ground under conditions (ie open to the atmosphere). The storage-stable form of the precipitate is subject to little degradation, if any, while stored on the ground under normal rainwater pH, so as measured in terms of CO 2 gas emissions from the product, If any, the amount of degradation will not exceed 5% / year, and in some embodiments will not exceed 1% / year. The above-ground stable form of the precipitate is stable under a variety of different environmental conditions, for example at temperatures ranging from -100 ° C to 600 ° C and humidity ranging from 0 to 100%, where these conditions are mild May be windy or stormy. Physically suitable for determining that a compound in a precipitate is similar or identical to a naturally occurring compound known to have the stability specified above (eg, limestone) Any of a number of suitable methods, including test methods and chemical test methods, may be used to test the stability of the precipitate.

長期間(例えば、地質時代スケール)にわたって安定である形態でCOを隔離するために役立つ、炭酸塩含有沈澱物は、上記の通り、長期間貯蔵される可能性がある。沈澱物は、炭酸塩対シリカのある一定の比を達成することが必要とされる場合、ポゾラン材料を形成するためにケイ素ベースの材料(例えば、含金属シリケート材料温浸後の分離されたケイ素ベースの材料;商業的に入手可能なSiOなどからの)とまた混合されてもよい。本発明のポゾラン材料は、水酸化カルシウム(Ca(OH))などのアルカリと組み合わせられたときに、カルシウムシリケートおよび他のセメント系材料を形成することによってセメント質特性を示すケイ質またはアルミノケイ質材料である。火山灰、フライアッシュ、シリカヒューム、高反応性メタカオリン、および粉砕された顆粒の溶鉱炉スラグなどのSiO含有材料が、本発明のポゾラン材料を強化するために使用されてもよい。幾つかの実施形態では、本発明のポゾラン材料は、0.5%〜1.0%、1.0%〜2.0%、2.0%〜4.0%、4.0%〜6.0%、6.0%〜8.0%、8.0%〜10.0%、10.0%〜15.0%、15.0%〜20.0%、20.0%〜30.0%、30.0%〜40.0%、40.0%〜50.0%、またはそれらのオーバーラップする範囲のSiO含有材料で強化される。 Carbonate-containing precipitates that serve to sequester CO 2 in a form that is stable over a long period of time (eg, geologic age scale) can be stored for a long period of time as described above. If the precipitate is required to achieve a certain ratio of carbonate to silica, a silicon-based material (eg, isolated silicon after digestion with a metal-containing silicate material) to form a pozzolanic material. It may also be mixed with a base material (such as commercially available SiO 2 ). The pozzolanic material of the present invention, when combined with an alkali such as calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ), exhibits siliceous or aluminosilicic properties that show cementitious properties by forming calcium silicates and other cementitious materials. Material. SiO 2 -containing materials such as volcanic ash, fly ash, silica fume, highly reactive metakaolin, and ground granulated blast furnace slag may be used to strengthen the pozzolanic material of the present invention. In some embodiments, the pozzolanic material of the present invention is 0.5% to 1.0%, 1.0% to 2.0%, 2.0% to 4.0%, 4.0% to 6%. 0.0%, 6.0% to 8.0%, 8.0% to 10.0%, 10.0% to 15.0%, 15.0% to 20.0%, 20.0% to 30 .0%, 30.0% 40.0%, is enhanced 40.0% to 50.0%, or SiO 2 containing material in the range of their overlap.

噴霧乾燥材料(例えば、沈澱物、ケイ素ベースの材料、ポゾラン材料など)は、噴霧乾燥されたおかげで、一貫した粒度を有することができる(すなわち、噴霧乾燥材料は、比較的狭い粒度分布を有することができる)。したがって、幾つかの実施形態では、噴霧乾燥材料の少なくとも50%、60%、70%、80%、90%、95%、97%、または99%が、所与の平均粒径の±10ミクロン、±20ミクロン、±30ミクロン、±40ミクロン、±50ミクロン、±75ミクロン、±100ミクロン、または±250ミクロンの範囲に入る。幾つかの実施形態では、所与の平均粒径は5〜500ミクロンである。幾つかの実施形態では、所与の平均粒径は50〜250ミクロンである。幾つかの実施形態では、所与の平均粒径は100〜200ミクロンである。例えば、幾つかの実施形態では、噴霧乾燥材料の少なくとも70%は所与の平均粒径の±50ミクロンの範囲に入り、ここで所与の平均粒径は、50〜250ミクロン、または100〜200ミクロンなどの、5〜500ミクロンである。   Spray dried materials (eg, precipitates, silicon-based materials, pozzolanic materials, etc.) can have a consistent particle size thanks to spray drying (ie, spray dried materials have a relatively narrow particle size distribution). be able to). Thus, in some embodiments, at least 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95%, 97%, or 99% of the spray-dried material is ± 10 microns of a given average particle size , ± 20 microns, ± 30 microns, ± 40 microns, ± 50 microns, ± 75 microns, ± 100 microns, or ± 250 microns. In some embodiments, the given average particle size is 5 to 500 microns. In some embodiments, the given average particle size is 50 to 250 microns. In some embodiments, the given average particle size is between 100 and 200 microns. For example, in some embodiments, at least 70% of the spray-dried material falls in the range of ± 50 microns of a given average particle size, where the given average particle size is 50-250 microns, or 100- 5 to 500 microns, such as 200 microns.

一般に、ポゾラン材料は、普通のポルトランドセメントより低いセメント質特性を有するが、水酸化カルシウムのような石灰に富む媒体の存在下では、それは、後期強度(>28日)に関してより良好なセメント質特性を示す。ポゾラン反応は、セメント水和中に起こる反応の残りより遅い可能性があり、こうして本発明のポゾラン材料を含むコンクリートの短期強度は、純セメント系材料で製造されたコンクリートほど高くない可能性がある。強度のこの表示メカニズムは、通常7日後に徐々の強化特性を示す、二次セメント系相(より低いC/S比のカルシウムシリケート水和物)を形成するためのシリケートと石灰との反応である。強度成長の程度は究極的には、ポゾラン材料の化学組成に依存する。(任意選択的に添加されるシリカおよび/またはアルミナで)ケイ素ベースの材料、特に非晶質のケイ素ベースの材料の組成を増やすと、より良好なポゾラン反応および強度を一般に生成する。シリカヒュームおよび高反応性メタカオリンなどの、高反応性ポゾランは、本発明の沈澱物を含むコンクリートが強度を獲得する速度を増加させる「早強」コンクリートを生成することができる。   In general, pozzolanic materials have lower cementitious properties than ordinary Portland cement, but in the presence of a lime rich medium such as calcium hydroxide, it has better cementitious properties with respect to late strength (> 28 days) Indicates. The pozzolanic reaction may be slower than the rest of the reaction that occurs during cement hydration, and thus the short-term strength of concrete containing the pozzolanic material of the present invention may not be as high as concrete made with pure cementitious materials. . This indication mechanism of strength is the reaction of silicate and lime to form a secondary cementitious phase (lower calcium silicate hydrate with a lower C / S ratio), usually showing gradual strengthening properties after 7 days. . The degree of strength growth ultimately depends on the chemical composition of the pozzolanic material. Increasing the composition of silicon-based materials, particularly amorphous silicon-based materials (with optionally added silica and / or alumina) generally produces better pozzolanic reactions and strengths. Highly reactive pozzolans, such as silica fume and highly reactive metakaolin, can produce “early strong” concrete that increases the rate at which the concrete containing the precipitate of the present invention gains strength.

シリケートとアルミノシリケートとを含む沈澱物は、細分されたケイ質および/またはアルミノケイ質材料(例えば、ケイ素ベースの材料)の存在のおかげでポゾラン材料としてセメントおよびコンクリート工業で容易に用いられる可能性がある。ケイ質および/またはアルミノケイ質沈澱物は、ポルトランドセメントとブレンドされても、またはコンクリート混合物で直接鉱物混合剤として添加されてもよい。幾つかの実施形態では、ポゾラン材料は、得られた水和生成物(例えば、コンクリート)の凝固時間、硬化、および長期安定性を完全なものにする(上記のような)比でカルシウムとマグネシウムとを含む。炭酸塩の結晶性、沈澱物中の塩化物、硫酸塩、アルカリなどの濃度は、ポルトランドセメントとより良好に接触するために制御されてもよい。幾つかの実施形態では、沈澱物は、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ミクロン未満の粒度(例えば、最長寸法で)を有するシリカを含む。幾つかの実施形態では、ケイ質沈澱物は、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ミクロン未満の粒度を有するアルミノシリカを含む。幾つかの実施形態では、ケイ質沈澱物は、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45ミクロン未満の粒度(例えば、最大寸法で)を有するシリカとアルミノシリカとの混合物を含む。   Precipitates containing silicates and aluminosilicates can easily be used in the cement and concrete industry as pozzolanic materials thanks to the presence of finely divided siliceous and / or aluminosilicate materials (eg silicon-based materials) is there. The siliceous and / or aluminosilicic precipitates may be blended with Portland cement or added directly as a mineral admixture in the concrete mixture. In some embodiments, the pozzolanic material is calcium and magnesium in a ratio (as described above) that completes the setting time, setting, and long-term stability of the resulting hydration product (eg, concrete). Including. The carbonate crystallinity, the concentration of chloride, sulfate, alkali, etc. in the precipitate may be controlled for better contact with Portland cement. In some embodiments, the precipitate is 10-20%, 20-30%, 30-40%, 40-50%, 50-60%, 60-70%, 70-80%, 80-80% of silica. 90%, 90-95%, 95-98%, 98-99%, 99-99.9% include silica having a particle size (e.g., in the longest dimension) of less than 45 microns. In some embodiments, the siliceous precipitate is 10-20%, 20-30%, 30-40%, 40-50%, 50-60%, 60-70%, 70-80% of the aluminosilica. 80-90%, 90-95%, 95-98%, 98-99%, 99-99.9% include aluminosilica having a particle size of less than 45 microns. In some embodiments, the siliceous precipitate is 10-20%, 20-30%, 30-40%, 40-50%, 50-60%, 60-70%, 70-80% of the mixture, 80-90%, 90-95%, 95-98%, 98-99%, 99-99.9% include a mixture of silica and aluminosilica having a particle size (e.g., at the largest dimension) of less than 45 microns .

本明細書に開示される方法によって製造されるポゾラン材料は、建設資材として用いられてもよく、その材料は建設資材としての使用のために処理されても、または建物(例えば、商業用、住居用)および/またはインフラストラクチャー(例えば、舗装道路、道路、橋、陸橋、壁、堤防、ダムなど)用の既存の建設資材での使用のために処理されてもよい。建設資材は、任意の構造物、土台をさらに含む構造物、駐車場、家、オフィスビル、商業事務所、公共建築、および支持構造物(例えば、門用フーチング、フェンスおよびポール)に組み込まれてもよく、構築環境の一部と考えられる。建設資材は、かかる構造物の構造成分または非構造成分の構成要素であることができる。ポゾラン材料を建設資材としてまたは建設資材中に使用することの追加の利益は、本方法に用いられるCO(例えば、ガス状廃棄物流れから得られるCO)が構築環境に効果的に隔離されることである。 The pozzolanic material produced by the methods disclosed herein may be used as a construction material, which may be processed for use as a construction material or a building (eg, commercial, residential) And / or for use with existing construction materials for infrastructure (eg paved roads, roads, bridges, overpasses, walls, dikes, dams, etc.). Construction materials are incorporated into any structures, structures that further include foundations, parking lots, houses, office buildings, commercial offices, public buildings, and support structures (eg, gate footings, fences and poles) Well, it is considered part of the construction environment. Construction materials can be structural or non-structural components of such structures. An additional benefit of using pozzolanic materials as or in construction materials is that the CO 2 used in the method (eg, CO 2 obtained from a gaseous waste stream) is effectively sequestered in the construction environment. Is Rukoto.

幾つかの実施形態では、本発明のポゾラン材料は、水と結合した後に凝固し、硬化する、水硬性セメント(例えば、普通のポルトランドセメント)の成分として用いられる。沈澱物をセメントおよび水と結合させることによって製造される生成物の凝固および硬化は、水との反応時にセメントから形成される水和物であって、本質的に水に不溶性である水和物の生成の結果起こる。かかる水硬性セメント、それらの製造および使用方法は、その出願の開示が参照により本明細書に援用される、2008年5月23日出願の、同時係属米国特許出願第12/126,776号明細書に記載されている。幾つかの実施形態では、セメントとブレンドされるポゾラン材料は、重量により0.5%〜1.0%、1.0%〜2.0%、2.0%〜4.0%、4.0%〜6.0%、6.0%〜8.0%、8.0%〜10.0%、10.0%〜15.0%、15.0%〜20.0%、20.0%〜30.0%、30.0%〜40.0%、40.0%〜50.0%、50%〜60%、またはそれらの範囲のポゾラン材料である。例えば、幾つかの実施形態では、セメントとブレンドされるポゾラン材料は、重量により0.5%〜2.0%、1.0%〜4.0%、2.0%〜8.0%、4.0%〜15.0%、8.0%〜30.0%、または15.0%〜60.0%のポゾラン材料である。   In some embodiments, the pozzolanic material of the present invention is used as a component of a hydraulic cement (eg, ordinary Portland cement) that solidifies and hardens after being combined with water. Solidification and hardening of the product produced by combining the precipitate with cement and water is a hydrate formed from cement upon reaction with water and is essentially insoluble in water Occurs as a result of the generation of Such hydraulic cements, methods for their production and use are described in co-pending US patent application Ser. No. 12 / 126,776, filed May 23, 2008, the disclosure of which application is incorporated herein by reference. It is described in the book. In some embodiments, the pozzolanic material blended with the cement is 0.5% to 1.0%, 1.0% to 2.0%, 2.0% to 4.0% by weight, 4. 0% to 6.0%, 6.0% to 8.0%, 8.0% to 10.0%, 10.0% to 15.0%, 15.0% to 20.0%, 20. 0 to 30.0%, 30.0% to 40.0%, 40.0% to 50.0%, 50% to 60%, or a range of pozzolanic materials. For example, in some embodiments, the pozzolanic material blended with the cement is 0.5% to 2.0%, 1.0% to 4.0%, 2.0% to 8.0% by weight, 4.0% to 15.0%, 8.0% to 30.0%, or 15.0% to 60.0% pozzolanic material.

幾つかの実施形態では、ポゾラン材料は、他のセメント系材料とブレンドされるかまたは混合剤または骨材としてセメントに混ぜ込まれる。本発明のモルタルは、建設ブロック(例えば、煉瓦)を一緒に結び付けるのにおよび建設ブロック間の隙間を充填するのに用途がある。本発明のモルタルはまた、既存の構造物を修理するために(例えば、元のモルタルが損なわれたまたは腐食した部分を取り替えるために)使用されてもよい。   In some embodiments, the pozzolanic material is blended with other cementitious materials or mixed into the cement as a mixture or aggregate. The mortar of the present invention has applications for tying construction blocks (eg, bricks) together and filling gaps between construction blocks. The mortar of the present invention may also be used to repair an existing structure (eg, to replace a damaged or corroded portion of the original mortar).

幾つかの実施形態では、ポゾラン材料は骨材を製造するために利用されてもよい。幾つかの実施形態では、骨材は、圧締およびその後の破砕によって沈澱物から製造される。幾つかの実施形態では、骨材は、押出および得られた押出材料の破砕によって沈澱物から製造される。かかる骨材、それらの製造および使用方法は、その開示がその全体を参照により本明細書に援用される、2009年5月29日出願の、同時係属米国特許出願第12/475378号明細書に記載されている。   In some embodiments, the pozzolanic material may be utilized to produce aggregate. In some embodiments, the aggregate is made from the precipitate by pressing and subsequent crushing. In some embodiments, the aggregate is made from the precipitate by extrusion and crushing the resulting extruded material. Such aggregates, their method of manufacture and use are described in co-pending US patent application Ser. No. 12 / 475,378, filed May 29, 2009, the disclosure of which is hereby incorporated by reference in its entirety. Are listed.

以下の実施例は、本発明を行い、利用する方法の完全な開示および説明を当業者に提供するために提示され、本発明の範囲を限定することを意図されない。使用される数字(例えば、量、温度など)に関して正確さを確保するために努力されたが、幾らかの実験誤差および偏差は考えられるべきである。特に明記しない限り、部は重量部であり、分子量は重量平均分子量であり、温度は度摂氏(℃)であり、圧力は大気圧かまたはその近くである。   The following examples are presented to provide one of ordinary skill in the art with a complete disclosure and description of how to make and use the invention and are not intended to limit the scope of the invention. Efforts have been made to ensure accuracy with respect to numbers used (eg amounts, temperature, etc.) but some experimental errors and deviations should be accounted for. Unless indicated otherwise, parts are parts by weight, molecular weight is weight average molecular weight, temperature is in degrees Celsius (° C.), and pressure is at or near atmospheric.

実施例1.分析機器および方法
電量分析:液体および固体の炭素含有サンプルを2.0Nの過塩素酸(HClO)で酸性化してキャリアガス流れへ二酸化炭素を放出し、その後pH3.0の3%w/v硝酸銀でガス洗浄して無機炭素電量計(UIC Inc、モデルCM5015)による分析前にいかなる放出硫黄ガスも除去した。セメント、フライアッシュ、および海水のサンプルを、サンプルの温浸を支援するために加熱ブロックで過塩素酸の添加後に加熱する。
Example 1. Analytical instruments and methods Coulometric analysis: Acidification of liquid and solid carbon-containing samples with 2.0 N perchloric acid (HClO 4 ) to release carbon dioxide into the carrier gas stream, followed by 3% w / v at pH 3.0 Any released sulfur gas was removed by gas scrubbing with silver nitrate before analysis with an inorganic carbon coulometer (UIC Inc, model CM5015). Cement, fly ash, and seawater samples are heated after the addition of perchloric acid in a heating block to assist in digestion of the samples.

Brunauer−Emmett−Teller(「BET」)比表面積:比表面積(SSA)測定は、二窒素での表面吸収によった(BET法)。乾燥サンプルのSSAは、サンプルをFlowprepTM 060サンプル脱ガスシステムで調製した後Micromeritics TristarTM II 3020 Specific Surface Area and Porosity Analyzerで測定した。簡潔に言えば、サンプル調製は、おおよそ1.0gの乾燥サンプルを、残留水蒸気および他の吸着体をサンプル表面から除去するために二窒素ガスの流れに曝しながら、高温で脱ガスすることを含んだ。サンプルホルダー中のパージガスをその後排気し、一連の増加する圧力(吸着フィルム厚さに関連して)で二窒素ガスに曝される前にサンプルを冷却した。表面が覆われた後、サンプルホルダー中の圧力の体系的な低下によって二窒素を粒子の表面から放出した。脱着したガスを測定し、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 with dinitrogen (BET method). The SSA of the dried samples was measured with a Micromeritics Tristar II 3020 Specific Surface Area and Possitivity Analyzer after the samples were prepared with a Flowprep 060 sample degassing system. Briefly, sample preparation involves degassing approximately 1.0 g of a dry sample at an elevated temperature while exposed to a stream of dinitrogen gas to remove residual water vapor and other adsorbents from the sample surface. It is. The purge gas in the sample holder was then evacuated and the sample was cooled before being exposed to dinitrogen gas at a series of increasing pressures (relative to the adsorption film thickness). After the surface was covered, dinitrogen was released from the surface of the particles by a systematic drop in pressure in the sample holder. The desorbed gas was measured and converted to a total surface area measurement value.

粒度分析(「PSA」):粒度分析および粒度分布は、静的光散乱を用いて測定した。乾燥粒子をイソプロピルアルコール中に懸濁させ、二波長/レーザー構成でのHoriba Particle Size Distribution Analyzer(モデルLA−950V2)を使用して分析した。Mie散乱理論を用いて、0.1mmから1000mmまで、サイズ画分の関数として粒子の母集団を計算した。   Particle size analysis (“PSA”): Particle size analysis and particle size distribution were measured using static light scattering. Dry 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, a population of particles was calculated from 0.1 mm to 1000 mm as a function of size fraction.

粉末X線回折(「XRD」):粉末X線回折は、結晶相を特定し、異なる特定可能なサンプル相の質量分率を推定するためにRigaku MiniflexTM(リガク)で行った。乾燥した固体サンプルを微細粉末へ手動粉砕し、サンプルホルダーに装填した。X線源は、30kVおよび15mAで作動する、銅陽極(Cu kα)であった。X線スキャンは、2°2θ/分のスキャン速度、および0.01°2θ/ステップのステップサイズで、5〜90°2θにわたって行った。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JadeTM(バージョン9、Materials Data Inc.(MDI))を用いてRietveld精密化によって解析した。 Powder X-ray diffraction (“XRD”): Powder X-ray diffraction was performed on a Rigaku Miniflex (Rigaku) to identify crystalline phases and estimate the mass fraction of different identifiable sample phases. The dried solid sample was manually ground into a fine powder and loaded into a sample holder. The X-ray source was a copper anode (Cu kα) operating at 30 kV and 15 mA. X-ray scanning was performed over 5-90 ° 2θ at a scan rate of 2 ° 2θ / min and a step size of 0.01 ° 2θ / step. X-ray diffraction profiles were analyzed by Rietveld refinement using X-ray diffraction pattern analysis software Jade (version 9, Materials Data Inc. (MDI)).

フーリエ変換赤外(「FT−IR」)分光分析法:FT−IR分析は、Smart Diffuse Reflectanceモジュールを備えたNicolet 380で行った。全サンプルを3.5±0.5mgまで秤量し、0.5gのKBrと一緒に手動粉砕し、その後プレスし、FTIRへ挿入する前に5分間窒素パージを浴びせた。スペクトルを範囲400〜4000cm−1で記録した。 Fourier Transform Infrared (“FT-IR”) Spectroscopy: FT-IR analysis was performed on a Nicolet 380 equipped with a Smart Diffuse Reflectance module. All samples were weighed to 3.5 ± 0.5 mg, manually ground with 0.5 g KBr, then pressed and purged with nitrogen for 5 minutes before being inserted into the FTIR. The spectrum was recorded in the range 400-4000 cm −1 .

走査電子顕微鏡法(「SEM」):SEMは、30〜65Paの作動圧力で15kVの一定加速電圧、および単一BSE半導体検出器を用いて日立TM−1000タングステンフィラメント卓上顕微鏡を使用して行った。固体サンプルは、炭素ベースの接着剤を使用してステージに固定し;湿ったサンプルは、分析前にグラファイトステージへ真空乾燥させた。EDS分析は、Oxford Instruments SwiftED−TMシステムを使用して行い、そのためのセンサーは、165eVのエネルギー分解能で11Na〜92Uの検出範囲を有する。 Scanning Electron Microscopy (“SEM”): SEM was performed using a Hitachi TM-1000 tungsten filament tabletop microscope with a constant acceleration voltage of 15 kV at an operating pressure of 30-65 Pa, and a single BSE semiconductor detector. . The solid sample was secured to the stage using a carbon-based adhesive; the wet sample was vacuum dried to a graphite stage prior to analysis. EDS analysis is performed using the Oxford Instruments SwitchED-TM system, for which the sensor has a detection range of 11 Na to 92 U with an energy resolution of 165 eV.

可溶性塩化物:塩化物濃度は、100〜200ppm増分で測定される1リットル溶液当たり300〜6000mg塩化物の試験範囲を有する、Chloride QuanTab(登録商標)Test Strips(製品No.2751340)で測定した。   Soluble Chloride: Chloride concentration was measured with a Chloride QuanTab® Test Strips (Product No. 2751340) with a test range of 300-6000 mg chloride per liter solution measured in 100-200 ppm increments.

X線蛍光(「XRF」):固体粉末サンプルのXRF分析は、銀陽極X線源およびPeltier冷却Si(Li)X線検出器を備えた、Thermo Scientific ARL QUANT’X Energy−Dispersive XRF分光計を使用して行った。サンプルを、アルミニウムサンプルコップを使用して31mmペレットへプレスした。各サンプルについて、3つの異なるスペクトルを集め、それぞれを特異的元素の分析のために調整した:全て真空条件下に、第1番目は4kVでX線フィルターを全く使用せず、第2番目は18kVで薄い銀フィルターを使用し、第3番目は30kVで厚い銀フィルターを使用した。スペクトルを、認定基準物質での較正から得られるFundamental Parameters(基本パラメーター)解析法を用いて、WinTraceソフトウェアを用いて解析した。   X-ray fluorescence ("XRF"): XRF analysis of a solid powder sample was performed using a Thermo Scientific ARL QUANT'X Energy-Dispersive XRF spectrometer equipped with a silver anode X-ray source and a Peltier cooled Si (Li) X-ray detector. Done using. The sample was pressed into 31 mm pellets using an aluminum sample cup. For each sample, three different spectra were collected, each adjusted for specific elemental analysis: all under vacuum conditions, the first using 4 kV and no X-ray filter, the second 18 kV. A thin silver filter was used, and the third was a 30 kV thick silver filter. The spectra were analyzed using WinTrace software using Fundamental Parameters (basic parameters) analysis method obtained from calibration with certified reference materials.

熱重量分析(「TGA」):固体粉末サンプルのTGA分析は、同時TGA/DSC(示差走査熱量測定法)のTA Instruments SDT Q600で行った。アルミナ坩堝中の、サンプルを、20℃/分の一定ランプ速度で室温から1000℃まで加熱される炉中に入れた。温度にわたる減量プロファイルを、Universal Analysisソフトウェアを用いて解析した。   Thermogravimetric analysis ("TGA"): TGA analysis of solid powder samples was performed on a TA Instruments SDT Q600 with simultaneous TGA / DSC (Differential Scanning Calorimetry). Samples in an alumina crucible were placed in a furnace heated from room temperature to 1000 ° C. at a constant ramp rate of 20 ° C./min. Weight loss profiles over temperature were analyzed using Universal Analysis software.

実施例2:かんらん石の温浸
要旨:かんらん石を酸で温浸した。
Example 2: Digestion of Olivine Summary: Olivine was digested with acid.

含金属シリケート材料:54.3μmの平均粒度を有する、かんらん石は、Olivine Corp(Bellingham,WA)から入手した。ジェットミルを使用してかんらん石の画分を5.82μmの平均粒度に縮小した。   Metallic silicate material: Olivine having an average particle size of 54.3 μm was obtained from Oliveline Corp (Bellingham, WA). The olivine fraction was reduced to an average particle size of 5.82 μm using a jet mill.

方法:かんらん石の温浸は、かんらん石を10%HCl(水性)に(5.54gのかんらん石(54.3μm)を419.37gの10%HClに)撹拌しながら入れることによって室温(20〜23℃)で達成した。水性マグネシウムの濃度を電位差EDTA滴定によって測定する前にかんらん石を4日間浸出させた。   Method: Olivine digestion is carried out by stirring olivine into 10% HCl (aqueous) (5.54 g olivine (54.3 μm) into 419.37 g 10% HCl) with stirring. Achieved at room temperature (20-23 ° C.). Olivine was leached for 4 days before measuring the concentration of aqueous magnesium by potentiometric EDTA titration.

結果および観察:Mg2+の濃度は、カルシウムイオン選択的電極を使ったEDTA滴定による実験で測定した。かんらん石についての実験は、4日間の浸出後に0.1564MのMg2+濃度をもたらした。 Results and Observation: The concentration of Mg 2+ was measured by an experiment by EDTA titration using a calcium ion selective electrode. Experiments on olivine resulted in a Mg 2+ concentration of 0.1564 M after 4 days of leaching.

実施例3.蛇紋石の温浸
要旨:蛇紋石を酸で温浸した。
Example 3 Serpentine digestion Abstract: Serpentine was digested with acid.

含金属シリケート材料:蛇紋石は、KC Mining(King City,CA)から入手した。   Metal-containing silicate material: Serpentine was obtained from KC Mining (King City, CA).

方法:蛇紋石の温浸は、蛇紋石を10%HCl(水性)に(5.03gの蛇紋石を415.32gの10%HClに)撹拌しながら入れることによって室温(20〜23℃)で達成した。水性マグネシウムの濃度を電位差EDTA滴定によって測定する前に蛇紋石を4日間浸出させた。   Method: Serpentine digestion is performed at room temperature (20-23 ° C.) by stirring the serpentine into 10% HCl (aqueous) (5.03 g serpentine into 415.32 g 10% HCl) with stirring. Achieved. The serpentine was leached for 4 days before measuring the concentration of aqueous magnesium by potentiometric EDTA titration.

結果および観察:Mg2+の濃度は、カルシウムイオン選択的電極を使ったEDTA滴定による実験で測定した。蛇紋石についての実験は、4日間の浸出後に0.1123MのMg2+濃度をもたらした。 Results and Observation: The concentration of Mg 2+ was measured by an experiment by EDTA titration using a calcium ion selective electrode. Experiments on serpentine resulted in a Mg 2+ concentration of 0.1123 M after 4 days of leaching.

実施例4.かんらん石からの沈澱物の製造
要旨:炭酸塩含有沈澱物を、原材料としてかんらん石を使用して製造した。かんらん石を酸で温浸した。沈澱物の沈澱は、二酸化炭素を注入すること、およびプロトン除去剤を含金属シリケート材料浸出液(例えば、かんらん石浸出液)に添加することを含んだ。かんらん石浸出液から製造された沈澱物のキャラクタリゼーションは、固体生成物が未同定の非晶質ケイ素含有化合物と一緒に、主としてネスケホン石(77%)であることを示した。マイナー成分は岩塩および未同定鉄塩であった。
Example 4 Manufacture of precipitates from olivine Summary: A carbonate-containing precipitate was prepared using olivine as a raw material. Olivine was digested with acid. Precipitation of the precipitate involved injecting carbon dioxide and adding a proton scavenger to the metal-containing silicate material leachate (eg, olivine leachate). Characterization of the precipitate produced from the olivine leachate showed that the solid product was predominantly Neskehonite (77%), along with unidentified amorphous silicon-containing compounds. Minor components were rock salt and unidentified iron salt.

含金属シリケート材料:54.3μmの平均粒度を有する、かんらん石は、Olivine Corp(Bellingham,WA)から入手した。ジェットミルを使用してかんらん石の画分を5.82μmの平均粒度に縮小した。   Metallic silicate material: Olivine having an average particle size of 54.3 μm was obtained from Oliveline Corp (Bellingham, WA). The olivine fraction was reduced to an average particle size of 5.82 μm using a jet mill.

方法:含金属シリケート材料を10%HCl(水性)に(10.01gのジットミルにかけられたかんらん石を475.66gの10%HClに)撹拌しながら入れることによってかんらん石を50℃の温度で温浸した。サンプルを定期的に採取して水性マグネシウムの濃度を測定した。撹拌を10時間維持し、その後混合物を室温で追加の9時間放置した。混合物を熱い間に真空濾過し、得られた濾液(404.52g)を室温まで放冷した。   Method: The olivine is brought to a temperature of 50 ° C. by stirring the metal-containing silicate material into 10% HCl (aqueous) (10.01 g of olivine in Jitt mill into 475.66 g of 10% HCl). We digested with. Samples were taken periodically to determine the concentration of aqueous magnesium. Stirring was maintained for 10 hours, after which the mixture was left at room temperature for an additional 9 hours. The mixture was vacuum filtered while hot, and the resulting filtrate (404.52 g) was allowed to cool to room temperature.

濾液を1時間にわたって中和し、その後100%COを、マグネシウム含有溶液の全体にわたって激しくスパージングした。撹拌しながら、15.01gのNaOH(固体)、引き続き追加の5.23gのNaOH(水性)(50%w/w)を添加し、炭酸塩含有沈澱物を生成した。沈澱反応混合物の最終pHはpH8.9であった。沈澱反応混合物スラリーを真空濾過し、得られたフィルターケーキをオーブン中50℃で17時間乾燥させた。 The filtrate was neutralized for 1 hour, after which 100% CO 2 was vigorously sparged throughout the magnesium-containing solution. While stirring, 15.01 g NaOH (solid) was added followed by an additional 5.23 g NaOH (aq) (50% w / w) to produce a carbonate-containing precipitate. The final pH of the precipitation reaction mixture was pH 8.9. The precipitated reaction mixture slurry was vacuum filtered and the resulting filter cake was dried in an oven at 50 ° C. for 17 hours.

乾燥沈澱物を、結晶相の同定についてXRD、モルフォロジの観察についてSEM、元素分析についてEDSおよびXRF、ならびにパーセント重量無機炭素の測定について炭素電量分析でキャラクリゼーションした。   The dried precipitate was characterized by XRD for crystal phase identification, SEM for morphology observation, EDS and XRF for elemental analysis, and carbon coulometric analysis for percent weight inorganic carbon measurements.

結果および観察:Mg2+の濃度は、カルシウムイオン選択的電極を使ったEDTA滴定による浸出実験で測定した。ジットミルにかけられ、50℃で一晩浸出された、かんらん石の浸出液サンプルは、0.2491MのMg2+濃度を有した。 Results and observation: The concentration of Mg 2+ was measured in a leaching experiment by EDTA titration using a calcium ion selective electrode. An olivine leachate sample that had been subjected to a Jitt mill and leached overnight at 50 ° C. had a Mg 2+ concentration of 0.2491 M.

沈澱物は、鉄塩の存在を示唆する、19.26gの粗い、黄−緑の色合いの淡灰色粉末をもたらした。沈澱物は砕くことがかなり容易であった。SEM(図8)は、主として薄い結晶性ロッドおよび非晶質シリカゲルからなる混合物を明らかにした。EDS測定は、Mg、Si、Fe、Na、およびClの存在を示した。   The precipitate yielded 19.26 g of a coarse, yellow-green shade of light gray powder, suggesting the presence of iron salts. The precipitate was fairly easy to break up. SEM (Figure 8) revealed a mixture consisting primarily of thin crystalline rods and amorphous silica gel. EDS measurements showed the presence of Mg, Si, Fe, Na, and Cl.

XRD(図9)は、沈澱物中に存在する結晶相がネスケホン石(MgCO・3HO)および岩塩(NaCl)であることを示した。非晶質内容物がまた存在し、ネスケホン石および岩塩に加えて、EDS分析での他の元素の存在と矛盾しない相が存在することを示唆した。 XRD (FIG. 9) showed that the crystalline phases present in the precipitate were Neskehonite (MgCO 3 .3H 2 O) and rock salt (NaCl). Amorphous content was also present, suggesting that in addition to Neskehonite and rock salt, there was a phase consistent with the presence of other elements in EDS analysis.

炭素電量分析は、生成物が、17.0%COであると計算される、4.65%(±0.06)無機炭素であることを示した。熱重量分析(TGA、図10)は、COがネスケホン石から放出される範囲であると以前に測定された、275℃〜575℃での17.1%減量を測定した。XRD同定と、TGAおよび電量分析結果が互いに一致している(1%未満の差)こととを考えると、生成物が76.6%ネスケホン石からなると計算された。 Carbon coulometric analysis showed that the product was 4.65% (± 0.06) inorganic carbon, calculated to be 17.0% CO 2 . Thermogravimetric analysis (TGA, FIG. 10) measured a 17.1% weight loss from 275 ° C. to 575 ° C., previously measured as the range where CO 2 was released from Neskehonite. Given the XRD identification and the TGA and coulometric results are consistent with each other (less than 1% difference), the product was calculated to be 76.6% Neskehonite.

沈澱物はまた、非晶質シリカ(SiO)、ケイ酸(HSiO)の熱分解生成物であると思われる、ケイ素ベースの材料を含有した。 The precipitate also contained a silicon-based material that appeared to be a thermal decomposition product of amorphous silica (SiO 2 ), silicic acid (H 4 SiO 4 ).

Figure 2011527664
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実施例5:かんらん石からの沈澱物の製造
A.沈澱物の製造
要旨:かんらん石を、炭酸の溶液中で温浸した。塩基としてKOHおよび触媒としてFeClを使用すると、温浸かんらん石を含む沈澱物が沈澱した。
Example 5: Preparation of precipitate from olivine Preparation of the precipitate Summary: Olivine was digested in a solution of carbonic acid. Using KOH as the base and FeCl 3 as the catalyst precipitated a precipitate containing digested olivine.

Figure 2011527664
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Figure 2011527664
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B.ブレンドセメントの製造
この実験のために使用されるポルトランドセメントおよび沈澱物のBET比表面積(「SSA」)を表2に示す。粒度分布は、凝集粒子を解離させるための前超音波処理の2分後に測定した。沈澱物は、それが混合されるポルトランドセメントのSSAよりはるかに高いSSAを有した。
B. Blend Cement Production The BET specific surface area (“SSA”) of the Portland cement and precipitate used for this experiment is shown in Table 2. The particle size distribution was measured 2 minutes after the presonication to dissociate the aggregated particles. The precipitate had a much higher SSA than that of the Portland cement with which it was mixed.

Figure 2011527664
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沈澱物(2つの異なるブレンドにおいて、5%および20%)を、モルタルを混合する直前におおよそ2分間手動でポルトランドセメントとブレンドした。水:セメント比は、5%置換レベルについては110%±5%の流動性クライテリアを満たした(流動性=114%)。水:セメント比は、20%置換レベルについては許容最大流動性値を超える0.58に調整した(流動性=121%)。   The precipitate (5% and 20% in the two different blends) was manually blended with Portland cement for approximately 2 minutes just prior to mixing the mortar. The water: cement ratio met the fluidity criteria of 110% ± 5% for the 5% substitution level (fluidity = 114%). The water: cement ratio was adjusted to 0.58 above the maximum allowable fluidity value for the 20% substitution level (fluidity = 121%).

ASTM C511貯蔵条件への変更:立方体を、プラスチックシートでカバーされた湿ったタオル下で24時間硬化させた(98%の推定相対湿度)。   Change to ASTM C511 storage conditions: Cube was cured for 24 hours under wet towel covered with plastic sheet (98% estimated relative humidity).

C.結果
圧縮強度成長は、ASTM C109に従って測定した。2インチ側面のモルタル立方体を圧縮試験のために使用した。5%および20%沈澱物の置換レベルを並のポルトランドタイプII/Vセメントモルタルと、および20%フライアッシュFによって置換されたポルトランドタイプII/Vセメントと比較した。
C. Results Compressive strength growth was measured according to ASTM C109. A 2 inch side mortar cube was used for compression testing. The replacement levels of 5% and 20% precipitate were compared with normal Portland Type II / V cement mortar and with Portland Type II / V cement replaced by 20% Fly Ash F.

Figure 2011527664
Figure 2011527664

実施例6:沈澱物および出発原料についてのδ13C値の測定
本実験では、沈澱物および出発原料についてのδ13C値を測定する。炭酸塩含有沈澱物を、瓶詰めの二酸化硫黄(SO)ガスと瓶詰めの二酸化炭素(CO)ガスとの混合物および二価カチオンの代理源としてのフライアッシュおよびシリカを使用して製造した。手順を密閉容器で行った。
Example 6: Measurement of δ 13 C value for precipitate and starting material In this experiment, the δ 13 C value for precipitate and starting material is measured. A carbonate-containing precipitate was prepared using a mixture of bottled sulfur dioxide (SO 2 ) gas and bottled carbon dioxide (CO 2 ) gas and fly ash and silica as a surrogate source of divalent cations. The procedure was performed in a sealed container.

出発原料は、商業的に入手可能な瓶詰めのSOガスとCOガスとの混合物(SO/COガスまたは「模擬煙道ガス」)、脱イオン水、およびフライアッシュであった。 The starting materials were commercially available bottled SO 2 and CO 2 gas mixtures (SO 2 / CO 2 gas or “simulated flue gas”), deionized water, and fly ash.

容器を脱イオン水で満たした。フライアッシュを消和後に脱イオン水に添加し、pH(アルカリ性)と、COを大気中へ放出することなく炭酸塩含有沈澱物の沈澱に好適な二価カチオン濃度とを提供した。沈澱物をアルカリ性溶液から沈澱させるのに好適な速度および時間でSO/COガスをスパージングした。反応の成分の相互作用のために十分な時間を見越し、その後沈澱物を残りの溶液(「沈澱反応混合物」)から分離し、湿った沈澱物および上澄み液をもたらした。 The vessel was filled with deionized water. Fly ash was subtracted and added to deionized water to provide pH (alkaline) and a divalent cation concentration suitable for precipitation of carbonate-containing precipitates without releasing CO 2 into the atmosphere. SO 2 / CO 2 gas was sparged at a rate and for a time suitable to precipitate the precipitate from the alkaline solution. Allowed enough time for interaction of the components of the reaction, after which the precipitate was separated from the remaining solution ("precipitation reaction mixture"), resulting in a wet precipitate and supernatant.

プロセス出発原料、沈澱物、および上澄み液についてのδ13C値を測定した。使用した分析システムはLos Gatos Researchによって製造されたものであり、2%〜20%CO範囲の乾燥ガスについてδ13Cおよび濃度データを提供するために直接吸収分光分析法を用いる。この機器は、既知同位体組成の標準5%COガスを使用して較正され、トラバーチンと2M過塩素酸中で温浸されたIAEA大理石#20とのサンプルから放出されたCOの測定は、文献に見いだされる値の許容し得る測定誤差内にある値をもたらした。CO源ガスを、注射器を使用してサンプリングした。COガスをガス乾燥機(Nafion(登録商標)ポリマー製のPerma Pure MD Gas Dryer,Model MD−110−48F−4)に、次に卓上型の商業的に入手可能な炭素同位体分析システムに通した。固体サンプルを先ず、加熱された過塩素酸(2M HClO)で温浸した。COガスが密閉温浸システムから放出され、次にガス乾燥機に入った。そこから、ガスを集め、δ13Cデータをもたらす、分析システムへ注入した。同様に、上澄み液を温浸してCOを放出させ、それを次に乾燥させ、δ13Cデータをもたらす分析機器に通した。 Δ 13 C values for the process starting material, the precipitate, and the supernatant were measured. The analytical system used was manufactured by Los Gatos Research and uses direct absorption spectroscopy to provide δ 13 C and concentration data for dry gases ranging from 2% to 20% CO 2 . The instrument was calibrated using standard 5% CO 2 gas of known isotopic composition and the measurement of CO 2 released from samples of travertine and IAEA marble # 20 digested in 2M perchloric acid was Yielded values that were within acceptable measurement errors of the values found in the literature. The CO 2 source gas was sampled using a syringe. CO 2 gas is supplied to a gas dryer (Perma Pure MD Gas Dryer, Model MD-110-48F-4 made of Nafion® polymer) and then to a tabletop commercially available carbon isotope analysis system. I passed. The solid sample was first digested with heated perchloric acid (2M HClO 4 ). CO 2 gas was released from the closed digestion system and then entered the gas dryer. From there, the gas was collected and injected into an analytical system that yielded δ 13 C data. Similarly, the supernatant was digested to release CO 2 , which was then dried and passed through an analytical instrument that provided δ 13 C data.

SO/COガス、金属シリケート代理物(すなわち、フライアッシュ)、炭酸塩含有沈澱物、および上澄み液の分析からの測定値を表4にリストする。沈澱物および上澄み液についてのδ13C値は、それぞれ、−15.88‰および−11.70‰である。反応の両生成物のδ13C値は、SO/COガス(δ13C=−12.45‰)およびガスに完全には燃焼しなかった幾らかの炭素を含むフライアッシュ(δ13C=−17.46‰)の組み込みを反映している。フライアッシュ、化石燃料燃焼の生成物それ自体が使用されたCOより負のδ13Cを有したので、沈澱物の全体δ13C値は、COそれ自体のそれよりもっと負であることによってそのことを反映している。本実施例は、δ13C値が炭酸塩含有複合材料中の炭素の主要源を確認するために使用できることを例示する。 Measurements from analysis of SO 2 / CO 2 gas, metal silicate surrogate (ie, fly ash), carbonate-containing precipitate, and supernatant are listed in Table 4. The δ 13 C values for the precipitate and the supernatant are -15.88 ‰ and -11.70 ‰, respectively. The δ 13 C values for both products of the reaction are SO 2 / CO 2 gas (δ 13 C = -12.45 ‰) and fly ash containing some carbon that did not completely burn into the gas (δ 13 C = -17.46 ‰) is reflected. The product of fly ash, fossil fuel combustion itself had a δ 13 C that was more negative than the CO 2 used, so the overall δ 13 C value of the precipitate should be more negative than that of CO 2 itself. It reflects that. This example illustrates that the δ 13 C value can be used to identify the main source of carbon in carbonate-containing composites.

Figure 2011527664
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先行発明は理解を明確にする目的のための例示および実施例によって多少詳細に記載されてきたが、添付のクレーム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がそれに行われてもよいことは、本発明の教示を考慮すると当業者には容易に明らかであるはずである。したがって、先行事項は本発明の原理を例示するにすぎない。本明細書に明確に記載されないかまたは示されないが、本発明の原理を具体化する、かつ、その精神および範囲内に含められる、様々なアレンジを当業者が考案できることは十分理解されるであろう。さらに、本明細書に列挙される全ての実施例および条件付き言語は、本発明の原理および当該技術分野の推進に本発明者が寄与する概念を読者が理解するのを支援することを主に意図され、かかる具体的に列挙された実施例および条件に限定されないと解釈されるべきである。さらに、本発明の原理、態様、および実施形態を列挙する本明細書での全てのステートメントならびにそれの具体的な実施例は、それの構造上および機能上の両方の等価物を包含することが意図される。さらに、かかる等価物には、現在公知の等価物と、将来開発される等価物、すなわち、構造にかかわらず、同じ機能を果たす、開発された任意の要素との両方が含まれることが意図される。本発明の範囲は、それ故、本明細書に示され、記載される例示的な実施形態に限定されることを意図されない。以下のクレームが本発明の範囲を明確にすること、ならびにこれらのクレームの範囲内の方法および構造物とそれらの等価物とがそれによってカバーされることが意図される。   Although the prior invention has been described in some detail by way of illustration and example for purposes of clarity of understanding, certain changes and modifications may be made thereto without departing from the spirit and scope of the appended claims. The good should be readily apparent to those skilled in the art in view of the teachings of the present invention. Accordingly, the preceding merely illustrates the principles of the invention. It is well understood that those skilled in the art can devise various arrangements which are not explicitly described or shown herein, but which embody the principles of the invention and are included within the spirit and scope thereof. Let's go. Further, all examples and conditional languages listed herein are primarily intended to assist the reader in understanding the principles of the present invention and the concepts that the inventor contributes to the advancement of the art. It is intended and should not be construed as limited to such specifically recited 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. Intended. In addition, such equivalents are intended to include both currently known equivalents and equivalents developed in the future, i.e., any element developed that performs the same function regardless of structure. The The scope of the invention is therefore not intended to be limited to the exemplary embodiments shown and described herein. It is intended that the following claims clarify the scope of the invention and that the methods and structures within these claims and their equivalents are covered thereby.

Claims (93)

a)二価カチオンとSiOを含む材料とを生成するために含金属シリケート材料を水溶液で温浸する工程と;
b)沈澱物を生成するために前記二価カチオンを溶解二酸化炭素と反応させる工程と;
c)前記沈澱物を乾燥させる工程と
を含む方法。
a) digesting the metal-containing silicate material with an aqueous solution to produce a divalent cation and a material comprising SiO 2 ;
b) reacting the divalent cation with dissolved carbon dioxide to form a precipitate;
c) drying the precipitate.
前記沈澱物を、一貫した粒度分布を有する微細粉末を形成するために乾燥させる、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the precipitate is dried to form a fine powder having a consistent particle size distribution. 前記含金属シリケート材料を温浸する前に前記含金属シリケート材料を細かく砕く工程をさらに含む、請求項2に記載の方法。   The method of claim 2, further comprising the step of comminuting the metal-containing silicate material before digesting the metal-containing silicate material. 前記含金属シリケート材料が岩石または鉱物を含む、請求項3に記載の方法。   The method of claim 3, wherein the metal-containing silicate material comprises rock or mineral. 前記含金属シリケート材料がオルトシリケート;イノシリケート;フィロシリケート;およびテクトシリケートからなる群から選択される鉱物を含む、請求項4に記載の方法。   The method of claim 4, wherein the metallized silicate material comprises a mineral selected from the group consisting of orthosilicates; inosilicates; phyllosilicates; and tectosilicates. 前記オルトシリケートがかんらん石族鉱物を含む、請求項5に記載の方法。   6. The method of claim 5, wherein the orthosilicate comprises an olivine group mineral. 前記フィロシリケートが蛇紋石族鉱物を含む、請求項5に記載の方法。   The method of claim 5, wherein the phyllosilicate comprises a serpentine group mineral. 前記含金属シリケート材料を温浸する工程が、前記二価カチオンとSiOを含む前記材料とを含む酸性溶液を生成するための酸での温浸を含む、請求項5に記載の方法。 The material comprising metal silicates the digestion to step, comprising said digestion of a divalent cation and the acid to produce an acidic solution comprising said material containing SiO 2, Process according to claim 5. 前記酸が、HF、HCl、HBr、HI、HSO、HNO、HPO、クロム酸、HCO、酢酸、クエン酸、ギ酸、グルコン酸、乳酸、シュウ酸、酒石酸、アスコルビン酸、およびメルドラム酸からなる群から選択される、請求項8に記載の方法。 The acid is HF, HCl, HBr, HI, H 2 SO 4 , HNO 3 , H 3 PO 4 , chromic acid, H 2 CO 3 , acetic acid, citric acid, formic acid, gluconic acid, lactic acid, oxalic acid, tartaric acid, 9. The method of claim 8, selected from the group consisting of ascorbic acid and meldrum acid. 前記酸がHClである、請求項9に記載の方法。   The method of claim 9, wherein the acid is HCl. 前記酸性溶液を温浸後にプロトン除去剤と接触させる、請求項8に記載の方法。   9. The method of claim 8, wherein the acidic solution is contacted with a proton scavenger after digestion. 前記酸性溶液が前記プロトン除去剤との接触によって塩基性溶液にされる、請求項11に記載の方法。   The method of claim 11, wherein the acidic solution is made into a basic solution by contact with the proton scavenger. 前記プロトン除去剤が、NaOH、KOH、Ca(OH)、およびMg(OH)からなる群から選択される水酸化物を含む、請求項12に記載の方法。 The method of claim 12, wherein the proton scavenger comprises a hydroxide selected from the group consisting of NaOH, KOH, Ca (OH) 2 , and Mg (OH) 2 . 前記水酸化物がNaOHである、請求項13に記載の方法。   The method of claim 13, wherein the hydroxide is NaOH. 前記含金属シリケート材料を温浸する工程が、前記二価カチオンとSiOを含む前記材料とを含む塩基性溶液を生成するためのプロトン除去剤での温浸を含む、請求項5に記載の方法。 A step of digesting said material comprising metal silicates is, the including digestion with proton-removing agents to produce a basic solution containing said material comprising a divalent cation and SiO 2, according to claim 5 Method. 前記二価カチオンがアルカリ土類金属カチオンを含む、請求項12または15に記載の方法。   16. The method of claim 12 or 15, wherein the divalent cation comprises an alkaline earth metal cation. 前記アルカリ土類金属カチオンがCa2+、Mg2+、またはそれらの組み合わせを含む、請求項16に記載の方法。 The method of claim 16, wherein the alkaline earth metal cation comprises Ca 2+ , Mg 2+ , or a combination thereof. 前記沈澱物を単離する工程をさらに含む、請求項17に記載の方法。   The method of claim 17, further comprising isolating the precipitate. 前記沈澱物が、液−固分離装置によって前記塩基性溶液から単離される、請求項18に記載の方法。   The method of claim 18, wherein the precipitate is isolated from the basic solution by a liquid-solid separator. 前記液−固分離装置による前記沈澱物の単離が連続、半回分、または回分プロセスである、請求項19に記載の方法。   20. A method according to claim 19, wherein the isolation of the precipitate by the liquid-solid separator is a continuous, semi-batch or batch process. 前記沈澱物の単離が連続プロセスである、請求項20に記載の方法。   21. The method of claim 20, wherein the isolation of the precipitate is a continuous process. 前記沈澱物を噴霧乾燥機によって乾燥させる、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the precipitate is dried by a spray dryer. 前記微細粉末の少なくとも70%が所与の平均直径の±50ミクロンの範囲に入り、前記所与の平均粒径が50〜500ミクロンである、請求項2に記載の方法。   The method of claim 2, wherein at least 70% of the fine powder falls within a range of ± 50 microns of a given average diameter, and the given average particle size is 50-500 microns. 前記微細粉末の少なくとも70%が所与の平均直径の±50ミクロンの範囲に入り、前記所与の平均粒径が50〜250ミクロンである、請求項23に記載の方法。   24. The method of claim 23, wherein at least 70% of the fine powder falls within a range of ± 50 microns of a given average diameter and the given average particle size is 50-250 microns. 前記微細粉末の少なくとも70%が所与の平均直径の±50ミクロンの範囲に入り、前記所与の平均粒径が100〜200ミクロンである、請求項24に記載の方法。   25. The method of claim 24, wherein at least 70% of the fine powder falls within a range of ± 50 microns of a given average diameter, and the given average particle size is from 100 to 200 microns. 前記沈澱物がポゾラン材料を含む、請求項23に記載の方法。   24. The method of claim 23, wherein the precipitate comprises a pozzolanic material. ポゾラン材料を前記沈澱物から製造する工程をさらに含む、請求項23に記載の方法。   24. The method of claim 23, further comprising producing a pozzolanic material from the precipitate. 前記ポゾラン材料をセメントとブレンドする工程をさらに含む、請求項26または27に記載の方法。   28. The method of claim 26 or 27, further comprising blending the pozzolanic material with cement. a)二価カチオンとSiOを含む材料とを提供するために含金属シリケート材料を水溶液で温浸する工程と;
b)SiOを含む前記材料を前記水溶液から分離する工程と;
c)沈澱物を生成するために前記二価カチオンを溶解二酸化炭素と反応させる工程と
を含む方法。
a) digesting the metal-containing silicate material with an aqueous solution to provide a material comprising a divalent cation and SiO 2 ;
b) separating the material comprising SiO 2 from the aqueous solution;
c) reacting the divalent cation with dissolved carbon dioxide to form a precipitate.
前記含金属シリケート材料を温浸する前に前記含金属シリケート材料を細かく砕く工程をさらに含む、請求項29に記載の方法。   30. The method of claim 29, further comprising crushing the metallized silicate material prior to digesting the metallized silicate material. 前記含金属シリケート材料が岩石または鉱物を含む、請求項30に記載の方法。   32. The method of claim 30, wherein the metal-containing silicate material comprises rock or mineral. 前記含金属シリケート材料がオルトシリケート;イノシリケート;フィロシリケート;およびテクトシリケートからなる群から選択される鉱物を含む、請求項31に記載の方法。   32. The method of claim 31, wherein the metal-containing silicate material comprises a mineral selected from the group consisting of orthosilicates; inosilicates; phyllosilicates; and tectosilicates. 前記オルトシリケートがかんらん石族鉱物を含む、請求項32に記載の方法。   35. The method of claim 32, wherein the orthosilicate comprises an olivine group mineral. 前記フィロシリケートが蛇紋石族鉱物を含む、請求項32に記載の方法。   33. The method of claim 32, wherein the phyllosilicate comprises a serpentine group mineral. 前記含金属シリケート材料を温浸する工程が、前記二価カチオンとSiOを含む前記材料とを含む酸性溶液を生成するための酸での温浸を含む、請求項32に記載の方法。 The material comprising metal silicates the digestion to step comprises digestion with acid to produce an acidic solution containing said material comprising said divalent cation and SiO 2, The method of claim 32. 前記酸が、HF、HCl、HBr、HI、HSO、HNO、HPO、クロム酸、HCO、酢酸、クエン酸、ギ酸、グルコン酸、乳酸、シュウ酸、酒石酸、アスコルビン酸、およびメルドラム酸からなる群から選択される、請求項35に記載の方法。 The acid is HF, HCl, HBr, HI, H 2 SO 4 , HNO 3 , H 3 PO 4 , chromic acid, H 2 CO 3 , acetic acid, citric acid, formic acid, gluconic acid, lactic acid, oxalic acid, tartaric acid, 36. The method of claim 35, selected from the group consisting of ascorbic acid and meldrum acid. 前記酸がHClである、請求項36に記載の方法。   37. The method of claim 36, wherein the acid is HCl. 前記酸性溶液を温浸後にプロトン除去剤と接触させる、請求項35に記載の方法。   36. The method of claim 35, wherein the acidic solution is contacted with a proton scavenger after digestion. 前記酸性溶液が前記プロトン除去剤との接触によって塩基性溶液にされる、請求項38に記載の方法。   40. The method of claim 38, wherein the acidic solution is made into a basic solution by contact with the proton scavenger. 前記プロトン除去剤が、NaOH、KOH、Ca(OH)、およびMg(OH)からなる群から選択される水酸化物を含む、請求項39に記載の方法。 40. The method of claim 39, wherein the proton scavenger comprises a hydroxide selected from the group consisting of NaOH, KOH, Ca (OH) 2 , and Mg (OH) 2 . 前記水酸化物がNaOHである、請求項40に記載の方法。   41. The method of claim 40, wherein the hydroxide is NaOH. 前記含金属シリケート材料を温浸する工程が、前記二価カチオンとSiOを含む前記材料とを含む塩基性溶液を生成するためのプロトン除去剤での温浸を含む、請求項32に記載の方法。 The material comprising metal silicates the digestion to step, comprising said digestion of a divalent cation and proton-removing agents to produce a basic solution containing the material containing SiO 2, according to claim 32 Method. 前記二価カチオンがアルカリ土類金属カチオンを含む、請求項39または42に記載の方法。   43. The method of claim 39 or 42, wherein the divalent cation comprises an alkaline earth metal cation. 前記アルカリ土類金属カチオンがCa2+、Mg2+、またはそれらの組み合わせを含む、請求項43に記載の方法。 44. The method of claim 43, wherein the alkaline earth metal cation comprises Ca 2+ , Mg 2+ , or a combination thereof. SiOを含む前記材料を前記水溶液から分離する工程が、第1液−固分離装置による分離を含む、請求項44に記載の方法。 Separating said material comprising SiO 2 from the aqueous solution, the first solution - containing separated by solid separating device, The method of claim 44. 前記第1液−固分離装置による分離が連続、半回分、または回分プロセスである、請求項45に記載の方法。   46. The method of claim 45, wherein the separation by the first liquid-solid separation device is a continuous, semi-batch, or batch process. 前記二価カチオンを溶解二酸化炭素と反応させた後に前記沈澱物を単離する工程をさらに含む、請求項46に記載の方法。   48. The method of claim 46, further comprising isolating the precipitate after reacting the divalent cation with dissolved carbon dioxide. 前記沈澱物が、第2液−固分離装置によって前記塩基性溶液から単離される、請求項47に記載の方法。   48. The method of claim 47, wherein the precipitate is isolated from the basic solution by a second liquid-solid separator. 前記第2液−固分離装置による前記沈澱物の単離が連続、半回分、または回分プロセスである、請求項48に記載の方法。   49. The method of claim 48, wherein the isolation of the precipitate by the second liquid-solid separation device is a continuous, semi-batch, or batch process. 前記沈澱物の単離が連続プロセスである、請求項49に記載の方法。   50. The method of claim 49, wherein the isolation of the precipitate is a continuous process. 分離されたSiOを含む材料と単離された沈澱物とがポゾラン材料を製造するために乾燥することなしに組み合わせられる、請求項50に記載の方法。 A precipitate was separated material and a single containing the separated SiO 2 are combined without drying to produce a pozzolanic material, The method of claim 50. 分離されたSiOを含む材料または単離された沈澱物を、ポゾラン材料を形成するために組み合わせる前に乾燥させる、請求項50に記載の方法。 Materials or isolated precipitate containing the separated SiO 2, and dried prior to combining to form a pozzolanic material, The method of claim 50. 分離されたSiOを含む材料および単離された沈澱物のそれぞれを、ポゾラン材料を形成するために組み合わせる前に乾燥させる、請求項50に記載の方法。 Each separated material and isolated precipitate containing SiO 2, and dried prior to combining to form a pozzolanic material, The method of claim 50. 前記沈澱物、SiOを含む前記材料、または前記沈澱物およびSiOを含む前記材料の両方を、噴霧乾燥材料を生成するために噴霧乾燥機で乾燥させる、請求項52または53に記載の方法。 The precipitate, the material containing SiO 2, or both of the precipitate and the material containing SiO 2, and dried in a spray drier to produce a spray-dried material, according to claim 52 or 53 method . 前記噴霧乾燥材料の少なくとも70%が所与の平均粒径の±50ミクロンの範囲に入り、前記所与の平均粒径が5〜500ミクロンである、請求項54に記載の方法。   55. The method of claim 54, wherein at least 70% of the spray-dried material falls within a range of ± 50 microns of a given average particle size, and the given average particle size is between 5 and 500 microns. 前記噴霧乾燥材料の少なくとも70%が所与の平均粒径の±50ミクロンの範囲に入り、前記所与の平均粒径が50〜250ミクロンである、請求項55に記載の方法。   56. The method of claim 55, wherein at least 70% of the spray-dried material falls within ± 50 microns of a given average particle size, and the given average particle size is 50-250 microns. 前記噴霧乾燥材料の少なくとも70%が所与の平均粒径の±50ミクロンの範囲に入り、前記所与の平均粒径が100〜200ミクロンである、請求項56に記載の方法。   57. The method of claim 56, wherein at least 70% of the spray dried material falls within a range of ± 50 microns of a given average particle size, and the given average particle size is between 100 and 200 microns. 前記ポゾラン材料を火山灰、フライアッシュ、シリカヒューム、高反応性メタカオリン、または粉砕された顆粒の溶鉱炉スラグで強化する工程をさらに含む、請求項55に記載の方法。   56. The method of claim 55, further comprising fortifying the pozzolanic material with volcanic ash, fly ash, silica fume, highly reactive metakaolin, or ground granulated blast furnace slag. 前記ポゾラン材料をセメントとブレンドする工程をさらに含む、請求項51〜53のいずれか一項に記載の方法。   54. A method according to any one of claims 51 to 53, further comprising blending the pozzolanic material with cement. 請求項1または29に記載の方法によって製造される組成物。   30. A composition produced by the method of claim 1 or 29. 合成炭酸塩、ケイ素ベースの材料、および合成鉄ベースの材料を含む組成物。   A composition comprising a synthetic carbonate, a silicon-based material, and a synthetic iron-based material. 前記合成炭酸塩が、アルチナイト、マグネサイト、ハイドロマグネサイト、ネスケホン石、およびランスフォルダイトからなる群から選択される炭酸マグネシウムを含む、請求項61に記載の組成物。   62. The composition of claim 61, wherein the synthetic carbonate comprises magnesium carbonate selected from the group consisting of alunite, magnesite, hydromagnesite, neskehonite, and lance frite. 前記合成炭酸塩がネスケホン石を含む、請求項62に記載の組成物。   64. The composition of claim 62, wherein the synthetic carbonate comprises nesquehonite. 35%以下のケイ素ベースの材料を含む、請求項62に記載の組成物。   64. The composition of claim 62, comprising no more than 35% silicon-based material. 前記ケイ素ベースの材料がシリカを含む、請求項64に記載の組成物。   65. The composition of claim 64, wherein the silicon-based material comprises silica. 前記シリカが非晶質シリカを含む、請求項65に記載の組成物。   66. The composition of claim 65, wherein the silica comprises amorphous silica. 前記合成鉄ベースの材料が塩化鉄または炭酸鉄を含む、請求項65に記載の組成物。   66. The composition of claim 65, wherein the synthetic iron-based material comprises iron chloride or iron carbonate. 前記合成炭酸塩が、方解石、アラゴナイト、およびバテライトからなる群から選択される炭酸カルシウムをさらに含む、請求項62に記載の組成物。   64. The composition of claim 62, wherein the synthetic carbonate further comprises calcium carbonate selected from the group consisting of calcite, aragonite, and vaterite. セメントをさらに含む、請求項61に記載の組成物。   62. The composition of claim 61, further comprising cement. 前記組成物の80%以下がセメントからなる、請求項69に記載の組成物。   70. The composition of claim 69, wherein 80% or less of the composition comprises cement. 前記組成物の55%以下がケイ素ベースの材料からなる、請求項69に記載の組成物。   70. The composition of claim 69, wherein 55% or less of the composition comprises a silicon-based material. 建設資材中での使用に好適である、請求項61に記載の組成物。   62. The composition of claim 61, suitable for use in construction materials. 建設資材を構成する、請求項61に記載の組成物。   62. The composition of claim 61, comprising a construction material. 前記建設資材がセメント、骨材、セメント系材料、または補足セメント系材料を含む、請求項72または73に記載の組成物。   74. The composition of claim 72 or 73, wherein the construction material comprises cement, aggregate, cementitious material, or supplementary cementitious material. a)含金属シリケート材料を処理するための処理装置と;
b)沈澱物を沈澱させるための沈澱反応器と;
c)前記沈澱物を沈澱反応混合物から分離するための液−固分離機と
を含むシステムであって、
前記沈澱反応器が、前記処理装置および前記液−固分離機の両方と操作可能なように接続されているシステム。
a) a processing apparatus for processing the metal-containing silicate material;
b) a precipitation reactor for precipitating the precipitate;
c) a system comprising a liquid-solid separator for separating the precipitate from the precipitation reaction mixture,
A system in which the precipitation reactor is operatively connected to both the processing unit and the liquid-solid separator.
前記処理装置が、前記含金属シリケート材料を細かく砕くためのサイズ縮小ユニットを含む、請求項75に記載のシステム。   76. The system of claim 75, wherein the processing apparatus includes a size reduction unit for comminuting the metal-containing silicate material. 前記サイズ縮小ユニットがボールミルまたはジェットミルを含む、請求項76に記載のシステム。   77. The system of claim 76, wherein the size reduction unit comprises a ball mill or a jet mill. 前記処理装置が、前記含金属シリケート材料を温浸するための温浸器をさらに含む、請求項76に記載のシステム。   77. The system of claim 76, wherein the processing apparatus further comprises a digester for digesting the metal-containing silicate material. 前記温浸器が、前記含金属シリケート材料を受け入れるために配置構成され、前記材料が縮小サイズを有する、請求項78に記載のシステム。   79. The system of claim 78, wherein the digester is configured to receive the metal-containing silicate material, and the material has a reduced size. 前記温浸器が、酸源から酸、プロトン除去剤源からプロトン除去剤、またはそれらの組み合わせを受け入れるためにさらに配置構成される、請求項79に記載のシステム。   80. The system of claim 79, wherein the digester is further configured to receive an acid from an acid source, a proton remover from a proton remover source, or a combination thereof. 前記沈澱反応器が、温浸された含金属シリケート材料を受け入れるために配置構成される、請求項80に記載のシステム。   81. The system of claim 80, wherein the precipitation reactor is configured to receive a digested metal-containing silicate material. 前記沈澱反応器が、工業的な二酸化炭素源から二酸化炭素を受け入れるためにさらに配置構成される、請求項81に記載のシステム。   82. The system of claim 81, wherein the precipitation reactor is further configured to receive carbon dioxide from an industrial carbon dioxide source. 前記液−固分離機が前記沈澱反応器から沈澱反応混合物を受け入れるために配置構成される、請求項82に記載のシステム。   83. The system of claim 82, wherein the liquid-solid separator is configured to receive a precipitation reaction mixture from the precipitation reactor. 前記液−固分離機が前記沈澱物を前記沈澱反応混合物から分離するためにさらに配置構成される、請求項83に記載のシステム。   84. The system of claim 83, wherein the liquid-solid separator is further configured to separate the precipitate from the precipitation reaction mixture. 乾燥沈澱物を生成するための乾燥機をさらに含む、請求項75に記載のシステム。   76. The system of claim 75, further comprising a dryer for producing a dry precipitate. 前記乾燥機が噴霧乾燥機を含む、請求項85に記載のシステム。   The system of claim 85, wherein the dryer comprises a spray dryer. 前記噴霧乾燥機が、前記液−固分離機から沈澱物を含むスラリーを受け入れるために配置構成される、請求項86に記載のシステム。   90. The system of claim 86, wherein the spray dryer is configured to receive a slurry containing precipitate from the liquid-solid separator. 前記噴霧乾燥機が乾燥沈澱物を生成するために配置構成され、前記乾燥沈澱物の少なくとも70%が所与の平均粒径の±50ミクロンの範囲に入り、前記所与の平均粒径が5〜500ミクロンである、請求項87に記載のシステム。   The spray dryer is arranged to produce a dry precipitate, wherein at least 70% of the dry precipitate falls within ± 50 microns of a given average particle size, and the given average particle size is 5 90. The system of claim 87, which is -500 microns. 前記噴霧乾燥機が乾燥沈澱物を生成するために配置構成され、前記乾燥沈澱物の少なくとも70%が所与の平均粒径の±50ミクロンの範囲に入り、前記所与の平均粒径が50〜250ミクロンである、請求項88に記載のシステム。   The spray dryer is arranged to produce a dry precipitate, wherein at least 70% of the dry precipitate falls within ± 50 microns of a given average particle size, and the given average particle size is 50 90. The system of claim 88, which is -250 microns. 前記噴霧乾燥機が乾燥沈澱物を生成するために配置構成され、前記乾燥沈澱物の少なくとも70%が所与の平均粒径の±50ミクロンの範囲に入り、前記所与の平均粒径が100〜200ミクロンである、請求項89に記載のシステム。   The spray dryer is arranged to produce a dry precipitate, wherein at least 70% of the dry precipitate falls within ± 50 microns of a given average particle size, and the given average particle size is 100 90. The system of claim 89, wherein the system is -200 microns. 前記噴霧乾燥機が、工業的な二酸化炭素源からの廃熱を利用するためにさらに配置構成される、請求項87に記載のシステム。   90. The system of claim 87, wherein the spray dryer is further configured to utilize waste heat from an industrial carbon dioxide source. 前記工業的な二酸化炭素源が石炭火力発電所からの煙道ガスを含む、請求項91に記載のシステム。   92. The system of claim 91, wherein the industrial carbon dioxide source comprises flue gas from a coal fired power plant. 前記噴霧乾燥機が、熱減損した工業的な二酸化炭素源を前記沈澱反応器に提供するためにさらに配置構成される、請求項86に記載のシステム。   87. The system of claim 86, wherein the spray dryer is further configured to provide a heat depleted industrial carbon dioxide source to the precipitation reactor.
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