KR20110061546A - 금속 실리케이트를 포함하는 물질로부터 탄산염 함유 조성물을 제조하는 방법 - Google Patents

금속 실리케이트를 포함하는 물질로부터 탄산염 함유 조성물을 제조하는 방법 Download PDF

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로렌스 클로딕
세실리 리얀
미구엘 페르난데즈
카스라 파사드
시드니 오멜론
필 투엣
파울로 몬테이로
쥬니어 고든 이. 브라운
캐서린 게라미타
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Abstract

이산화탄소 공급원, 2가 양이온 함유 용액, 및 양자 제거제의 공급원으로부터 실리콘계 물질(예, 포졸란 물질)을 포함하는 탄산염 함유 조성물을 생산하는 방법이 제공된다. 이러한 방법에서, 2가 양이온 함유 용액의 2가 양이온은 금속 실리케이트를 포함하는 물질의 소화에 의하여 제공된다. 또한, 실리콘계 물질을 거의 포함하지 않는 또는 전혀 포함하지 않는 탄산염 함유 조성물을 생산하는 방법이 제공된다. 이러한 방법에서, 실리콘계 물질(예, 실리카, 반응되지 않은 또는 소화되지 않은 실리케이트, 알루미노실리케이트 등)을 탄산염 함유 조성물로부터 분리하고 개별로 가공할 수 있다. 실리콘계 물질 및 탄산염 함유 물질을 후반 단계에서 배합하여, 더 가공되어 예를 들면 포틀랜드 시멘트와 배합될 수 있는, 포졸란 물질을 생산할 수 있다.

Description

금속 실리케이트를 포함하는 물질로부터 탄산염 함유 조성물을 제조하는 방법{PRODUCTION OF CARBONATE-CONTAINING COMPOSITIONS FROM MATERIAL COMPRISING METAL SILICATES}
상호 참조
본 출원은 2008년 7월 10일 출원된 미국 가특허 출원 제 61/079,790호의 이익을 주장한다. 또한, 본 출원은 2009년 6월 17일 출원된 미국 특허 출원 제 12/486,692호와 2008년 12월 24일 출원된 미국 특허 출원 제 12/344,019호의 부분 계속 출원이고, 상기 출원은 각각 본 명세서에 참조로 포함되어 있다.
콘크리트는 세계에서 가장 널리 이용되는 공학 물질이다. 현재 콘크리트의 세계적인 소비는 매년 110억 미터 톤으로 추정된다{Concrete, Microstructure, Properties and Materials (2006, McGraw-Hill)}. 콘크리트는 그 내부에 박힌 골재 입자 또는 단편을 갖는 결합 매질의 복합 물질을 지칭하는 용어이다. 현재 이용되는 대부분의 건축 콘크리트에 있어서, 결합 매질은 수경 시멘트와 물의 혼합물로부터 형성된다.
수경 시멘트는 물과 혼합한 후에 응결되고 경화되는 조성물이다. 경화 후, 수경 시멘트는 심지어 물에서도 강도와 안정성을 유지한다. 이러한 특징을 위한 주요한 요건은 시멘트의 구성 성분의 수화(hydration)로부터 형성된 수화물이 필수적으로 물에서 불용성이어야 한다는 것이다. 시멘트는 그 자체로, 또는 굵은 골재 및 잔 골재 모두와 혼합하여 이용될 수 있는데, 이 경우 상기 조성물은 각각 콘크리트 또는 모르타르로 지칭될 수 있다. 오늘날 이용되는 대부분의 수경 시멘트는 포틀랜드 시멘트(Portland cement)에 기반한다. 포틀랜드 시멘트는, 이산화탄소(CO2)를 날려 보내고 주요 성분들을 새로운 화합물로 화학적으로 결합시키는 고온 공정에서, 주로 석회석, 소정 점토 광물 및 석고로부터 만들어진다.
포틀랜드 시멘트 생산, 및 화석 연료계 전력 생산(예, 석탄 화력 발전 시설)과 같은 다른 산업 공정으로 인한 이산화탄소의 방출은 지구 온난화 현상의 원인이 된다. 이산화탄소 및 다른 온실 가스들의 대기 농도의 증가는 대기 내에 더 많은 열을 쉽게 저장하여 상승된 표면 온도 및 빠른 기후 변화를 초래할 것으로 추정된다. 또한, 대기 내의 이산화탄소 수준의 증가는 이산화탄소의 용해 및 탄산의 형성으로 인하여 세계 해양을 더 산성화하는 것으로 추정된다. 기후 변화 및 해양 산성화의 영향은 제때에 처리되지 않으면, 경제적으로 비용이 많이 들고 환경적으로 위험할 것이다. 다양한 인위적 공정에서 이산화탄소를 제거하고 방지하는 것은 기후 변화의 위험을 줄일 수 있는 가능성을 제공한다.
본원에 개시된 발명은, 금속 실리케이트를 포함하는 물질로부터 탄산염 함유 조성물을 생산하는 방법 및 시스템을 통해 이산화탄소를 제거하고 방지하기 위한 것이고, 상기 조성물은 콘크리트에 사용될 수 있다.
금속 실리케이트를 포함하는 물질을 수용액으로 소화하여 2가 양이온, 및 SiO2를 포함하는 물질을 생산하는 단계; 상기 2가 양이온을 용존 이산화탄소(dissolved carbon dioxide)와 반응시켜 침전 물질을 생산하는 단계; 및 상기 침전 물질을 건조하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다. 이러한 방법에서, 상기 침전 물질을 건조하여 일정한 입자 크기 분포를 갖는 미세한 분말을 형성할 수 있다. 상기 방법은, 상기 금속 실리케이트를 포함하는 상기 물질을 소화하기 전에 상기 금속 실리케이트를 포함하는 상기 물질을 분쇄하는 단계를 더 포함할 수 있는데, 여기에서 상기 금속 실리케이트를 포함하는 상기 물질은 암석 또는 광물을 포함하며, 나아가 여기에서 상기 광물은 오소실리케이트(orthosilicate), 이노실리케이트(inosilicate), 필로실리케이트(phyllosilicate) 및 텍토실리케이트(tectosilicate)를 포함한다. 오소실리케이트 광물은 감람석류 광물을 포함하며, 필로실리케이트 광물은 사문석류 광물을 포함한다. 일부 실시예에서, 상기 금속 실리케이트를 포함하는 상기 물질을 소화하는 것은, 산을 이용하여 소화하여 2가 양이온, 및 SiO2를 포함하는 물질을 포함하는 산성 용액을 생산하는 것을 포함한다. 상기 산은 HF, HCl, HBr, HI, H2SO4, HNO3, H3PO4, 크롬산, H2CO3, 아세트산, 시트르산, 포름산, 글루콘산, 락트산, 옥살산, 타르타르산, 아스코르브산 및 멜드럼산으로 구성되는 그룹에서 선택할 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 산은 HCl이다. 소화 후에, 상기 산성 용액을 양자 제거제와 접촉시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 산성 용액을 양자 제거제와의 접촉에 의하여 염기성 용액으로 만드는데, 상기 양자 제거제는 NaOH, KOH, Ca(OH)2, 및 Mg(OH)2으로 구성되는 그룹에서 선택된 수산화물일 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 수산화물은 NaOH이다. 일부 실시예에서, 상기 금속 실리케이트를 포함하는 상기 물질을 소화하는 것은 양자 제거제를 이용하여 소화하여 상기 2가 양이온, 및 SiO2를 포함하는 물질을 포함하는 염기성 용액을 생산하는 것을 포함한다. 일부 실시예에서, 소화는 알칼리 토금속 양이온을 포함하는 2가 양이온을 제공한다. 일부 실시예에서, 상기 알칼리 토금속 양이온은 Ca2 +, Mg2 +, 또는 이들의 조합을 포함한다. 상기 방법은 상기 침전 물질을 분리하는 단계를 더 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 침전 물질을 액체-고체 분리 장치를 이용하여 상기 염기성 용액으로부터 분리하는데, 상기 장치는 연속(continuous), 세미배치(semi-batch), 또는 배치(batch) 공정으로 작동한다. 일부 실시예에서, 상기 침전 물질의 분리는 연속 공정이다. 또한, 상기 침전 물질을 스프레이 건조기(spray dryer)로 건조하여 일부 실시예에서는 미세한 분말을 형성할 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 미세한 분말의 적어도 70%는 주어진 평균 직경의 ±50 미크론 이내에 포함되는데, 상기 주어진 평균 입자 직경은 5 미크론과 500 미크론 사이에 있다. 일부 실시예에서, 상기 미세한 분말의 적어도 70%는 주어진 평균 직경의 ±50 미크론 이내에 포함되는데, 상기 주어진 평균 입자 직경은 50 미크론과 250 미크론 사이에 있다. 일부 실시예에서, 상기 미세한 분말의 적어도 70%는 주어진 평균 직경의 ±50 미크론 이내에 포함되는데, 상기 주어진 평균 입자 직경은 100 미크론과 200 미크론 사이에 있다. 일부 실시예에서 상기 침전 물질은 포졸란 물질(pozzolanic material)을 포함할 수 있으나, 일부 실시예에서 상기 방법은 상기 침전 물질로부터 포졸란 물질을 생산하는 단계를 더 포함한다. 그리고, 일부 실시예에서, 상기 방법은 상기 포졸란 물질을 시멘트와 배합하는 단계를 더 포함한다.
또한, 금속 실리케이트를 포함하는 물질을 수용액으로 소화하여 2가 양이온, 및 SiO2를 포함하는 물질을 제공하는 단계; 상기 SiO2를 포함하는 물질을 상기 수용액으로부터 분리하는 단계; 및 상기 2가 양이온을 용존 이산화탄소와 반응시켜 침전 물질을 생산하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다. 상기 방법은, 상기 금속 실리케이트를 포함하는 상기 물질을 소화하기 전에 상기 금속 실리케이트를 포함하는 상기 물질을 분쇄하는 단계를 더 포함할 수 있는데, 여기에서 상기 금속 실리케이트를 포함하는 상기 물질은 암석 또는 광물을 포함하며, 나아가 여기에서 상기 광물은 오소실리케이트, 이노실리케이트, 필로실리케이트 및 텍토실리케이트를 포함한다. 오소실리케이트 광물은 감람석류 광물을 포함하며, 필로실리케이트 광물은 사문석류 광물을 포함한다. 일부 실시예에서, 상기 금속 실리케이트를 포함하는 상기 물질을 소화하는 것은 산을 이용하여 소화하여 2가 양이온, 및 SiO2를 포함하는 물질을 포함하는 산성 용액을 생산하는 것을 포함한다. 상기 산은 HF, HCl, HBr, HI, H2SO4, HNO3, H3PO4, 크롬산, H2CO3, 아세트산, 시트르산, 포름산, 글루콘산, 락트산, 옥살산, 타르타르산, 아스코르브산 및 멜드럼산으로 구성되는 그룹에서 선택할 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 산은 HCl이다. 소화 후에, 상기 산성 용액을 양자 제거제와 접촉시킨다. 일부 실시예에서, 상기 산성 용액을 양자 제거제와의 접촉에 의하여 염기성 용액으로 만들며, 상기 양자 제거제는 NaOH, KOH, Ca(OH)2, 및 Mg(OH)2으로 구성되는 그룹에서 선택된 수산화물일 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 수산화물은 NaOH이다. 일부 실시예에서, 상기 금속 실리케이트를 포함하는 상기 물질을 소화하는 것은, 상기 양자 제거제를 이용하여 소화하여 상기 2가 양이온, 및 SiO2를 포함하는 물질을 포함하는 염기성 용액을 생산하는 것을 포함한다. 일부 실시예에서, 소화는 알칼리 토금속 양이온을 포함하는 2가 양이온을 제공한다. 일부 실시예에서, 상기 알칼리 토금속 양이온은 Ca2 +, Mg2 +, 또는 이들의 조합을 포함한다. 상기 SiO2를 포함하는 물질을 상기 수용액으로부터 분리하는 것은, 제 1 액체-고체 분리 장치를 이용한 분리를 포함할 수 있는데, 여기에서 상기 제 1 액체-고체 분리 장치를 이용한 분리는 연속, 세미배치, 또는 배치 공정이다. 상기 방법은, 상기 2가 양이온을 용존 이산화탄소와 반응시킨 후에 상기 침전 물질을 분리하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이러한 방법에서, 침전 물질을 제 2 액체-고체 분리 장치를 이용하여 상기 염기성 용액으로부터 분리할 수 있는데, 상기 제 2 액체-고체 분리 장치를 이용한 상기 침전 물질의 분리는 연속, 세미배치, 또는 배치 공정이다. 일부 실시예에서, 상기 침전 물질의 분리는 연속 공정이다. 분리된 SiO2를 포함하는 물질과 분리된 침전 물질을 건조 없이 결합시켜 포졸란 물질을 생산할 수 있다. 또한 분리된 SiO2를 포함하는 물질과 분리된 침전 물질 중 하나를 포졸란 물질을 형성하기 위해 결합하기 전에 건조할 수 있다. 나아가, 분리된 SiO2를 포함하는 물질과 분리된 침전 물질 각각을 포졸란 물질을 형성하기 위해 결합하기 전에 건조할 수 있다. 이와 같이, 상기 침전 물질, 상기 SiO2를 포함하는 물질, 또는 상기 침전 물질과 상기 SiO2를 포함하는 물질 둘 다를 스프레이 건조기로 건조하여 스프레이 건조 물질(spray-dried material)을 생산할 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 스프레이 건조 물질의 적어도 70%는 주어진 평균 입자 직경의 ±50 미크론 이내에 포함되며, 여기에서 상기 주어진 평균 입자 직경은 5 미크론과 500 미크론 사이에 있다. 일부 실시예에서, 상기 스프레이 건조 물질의 적어도 70%는 주어진 평균 입자 직경의 ±50 미크론 이내에 포함되며, 여기에서 상기 주어진 평균 입자 직경은 50 미크론과 250 미크론 사이에 있다. 일부 실시예에서, 상기 스프레이 건조 물질의 적어도 70%는 주어진 평균 입자 직경의 ±50 미크론 이내에 포함되며, 여기에서 상기 주어진 평균 입자 직경은 100 미크론과 200 미크론 사이에 있다. 상기 방법은 상기 포졸란 물질을 화산재, 비산회, 실리카퓸(silica fume), 고반응성 메타카올린(high reactivity metakaolin), 또는 고로슬래그미분말(ground granulated blast furnace slag)로 강화하는 단계를 더 포함할 수 있다. 방법들은 상기 포졸란 물질을 시멘트와 배합하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 언급한 방법 중 임의의 것에 의하여 생산되는 조성물이 제공된다. 또한, 합성 탄산염, 실리콘계 물질, 및 합성 철계 물질을 포함하는 조성물이 제공된다. 상기 합성 탄산염은 아티나이트(artinite), 마그네사이트(magnesite), 하이드로마그네사이트(hydromagnesite), 네스퀘호나이트(nesquehonite) 및 랜스포어다이트(lansfordite)로 구성되는 그룹에서 선택되는 탄산 마그네슘을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 합성 탄산염은 네스퀘호나이트를 포함한다. 상기 조성물은 실리콘계 물질을 35%까지 포함할 수 있는데, 여기에서 상기 실리콘계 물질은 비정질 실리카와 같은 실리카를 포함한다. 상기 철계 물질은 염화철 또는 탄산철을 포함할 수 있다. 상기 합성 탄산염은 칼사이트(calcite), 아라고나이트(aragonite) 및 배터라이트(vaterite)로 구성되는 그룹에서 선택되는 탄산 칼슘을 추가로 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 조성물은 시멘트를 추가로 포함하는데, 상기 조성물의 80% 이하는 시멘트를 포함하며, 상기 조성물의 55% 이하는 실리콘계 물질을 포함한다. 조성물의 일부는 건축 물질을 포함하며, 반면에 일부는 건축 물질의 이용에 적합하다. 이러한 건축 물질은 시멘트, 골재, 시멘트 물질, 또는 보충적 시멘트 물질을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
또한, 금속 실리케이트를 포함하는 물질을 가공하기 위한 처리기; 침전 물질을 침전시키기 위한 침전 반응기; 및 상기 침전 물질을 침전 반응 혼합물로부터 분리하기 위한 액체-고체 분리기를 포함하는 시스템이 제공되며, 여기에서 상기 침전 반응기는 상기 처리기와 상기 고체-액체 분리기 둘 다에 기능적으로 연결되어 있다. 이러한 시스템에서, 상기 처리기는 상기 금속 실리케이트를 포함하는 상기 물질을 분쇄하기 위한 크기 감소 유닛(size-reduction unit)을 포함하는데, 여기에서 상기 크기 감소 유닛은 볼 밀(ball mill) 또는 제트 밀(jet mill)을 포함한다. 상기 처리기는 상기 금속 실리케이트를 포함하는 상기 물질을 소화하기 위한 소화기(digester)를 추가로 포함할 수 있는데, 여기에서 상기 소화기는 상기 금속 실리케이트를 포함하는 상기 물질을 받도록 구성되고, 여기에서 상기 물질은 감소된 크기를 갖는다. 상기 소화기는 산 공급원으로부터 산을, 양자 제거제 공급원으로부터 양자 제거제를, 또는 이들의 조합을 받도록 추가로 구성될 수 있다. 이러한 시스템의 상기 침전 반응기는 금속 실리케이트를 포함하는 소화된 물질을 받도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 침전 반응기는 이산화탄소의 산업적 공급원으로부터 이산화탄소를 받도록 추가로 구성될 수 있다. 이러한 시스템의 상기 액체-고체 분리기는 상기 침전 반응기로부터 침전 반응 혼합물을 받도록 구성될 수 있다. 상기 액체-고체 분리기는 상기 침전 반응 혼합물로부터 상기 침전 물질을 분리하도록 추가로 구성될 수 있다. 상기 시스템은 건조된 침전 물질을 생산하기 위한 건조기를 추가로 포함할 수 있는데, 상기 건조기는 상기 액체-고체 분리기로부터 침전 물질을 포함하는 슬러리를 받도록 구성되는 스프레이 건조기일 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 스프레이 건조기는 건조된 침전 물질을 생산하도록 구성되며, 상기 건조된 침전 물질의 적어도 70%는 주어진 평균 입자 직경의 ±50 미크론 이내에 포함되는데, 여기에서 상기 주어진 평균 입자 직경은 5 미크론과 500 미크론 사이에 있다. 일부 실시예에서, 상기 스프레이 건조기는 건조된 침전 물질을 생산하도록 구성되며, 여기에서 상기 건조된 침전 물질의 적어도 70%는 주어진 평균 입자 직경의 ±50 미크론 이내에 포함되는데, 상기 주어진 평균 입자 직경은 50 미크론과 250 미크론 사이에 있다. 일부 실시예에서, 상기 스프레이 건조기는 건조된 침전 물질을 생산하도록 구성되며, 상기 건조된 침전 물질의 적어도 70%는 주어진 평균 입자 직경의 ±50 미크론 이내에 포함되는데, 여기에서 상기 주어진 평균 입자 직경은 100 미크론과 200 미크론 사이에 있다. 또한 상기 스프레이 건조기는 이산화탄소의 산업적 공급원으로부터의 폐열을 이용하도록 추가로 구성될 수 있으며, 상기 이산화탄소의 산업적 공급원은 석탄 화력 전력 시설로부터의 연도 가스(flue gas)를 포함한다. 상기 스프레이 건조기는 상기 침전 반응기에 이산화탄소의 열 고갈 산업적 공급원(heat-depleted industrial source)을 제공하도록 추가로 구성될 수 있다.
또한, 포졸란 물질을 생산하기 위한 시스템 및 방법이 제공된다. 본 발명의 양태는 2가 양이온 함유 용액으로부터 SiO2를 포함하는 탄산염 함유 침전 물질을 침전시키고, 상기 결과의 침전 물질로부터 포졸란 물질을 생산하는 것을 포함한다. 고철질 광물(mafic mineral)(예, 감람석)을 2가 양이온 함유 용액(예, 해수)와 접촉시켜, 양자 제거제를 2가 양이온 함유 용액에 첨가함으로써 탄산염 함유 침전 물질을 생산하고, 그 결과의 SiO2를 포함하는 탄산염 함유 침전 물질로부터 포졸란 물질을 생산할 수 있다. 상기 SiO2는 적어도 부분적으로 비정질일 수 있으며, 또한 다양한 실시예에서 겔을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 예컨대, CO2를 포함하는 가스 스트림을 2가 양이온 함유 용액으로 버블링함으로써, 고철질 광물을 2가 양이온 함유 용액에 접촉시키기 전에 또는 그 동안에, 2가 양이온 함유 용액을 산성화할 수 있다. 상기 가스 스트림은 연도 가스와 같은 배기 가스를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 배기 가스를 상기 2가 양이온 함유 용액을 산성화하는 데에 사용하기 전에 스프레이 건조기에 의하여 이용된다. 동일한 스프레이 건조기가 탄산염 함유 침전 물질을 건조하는 데에 이용될 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 방법은 철 같은 전이 금속과 같은 탄산염 촉진제를 2가 양이온 함유 용액에 첨가하여 탄산염 함유 침전 물질을 생산하는 것을 추가로 포함한다. 상기 탄산염 함유 침전 물질은 탄산 칼슘, 탄산 마그네슘, 탄산 칼슘 마그네슘, 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 포졸란 물질을 생산하는 것은 탄산염 및 SiO2를 포함하는 침전 물질의 혼합물을 건조하는 것을 포함할 수 있다.
또한, 포졸란 물질을 생산하기 위한 시스템이 제공되며, 상기 시스템은 2가 양이온 함유 용액을 자신의 하부 부분 안으로 받도록 구성되는 고철질 광물 함유 수직 컬럼; 상기 수직 컬럼의 상부 부분에서 양자 제거제의 공급원으로부터의 양자 제거제 및 2가 양이온 함유 용액을 받도록 구성되는 제 1 반응 용기; 상기 제 1 반응 용기로부터 제 1 침전 물질을 받도록 구성되는 제 1 액체-고체 분리기; 및 상기 제 1 액체-고체 분리기로부터 상기 제 1 침전 물질을 받도록 구성되는 스프레이 건조기를 포함할 수 있다. 일부 구체에예서, 상기 반응 용기는 탄산염 촉진제를 받도록 추가로 구성될 수 있다. 또한 상기 스프레이 건조기는 배기 가스를 받도록 구성될 수 있으며, 상기 수직 컬럼은 상기 스프레이 건조기로부터 배기 가스를 받도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 제 2 액체-고체 분리기는 상기 수직 컬럼의 상부 부분과 상기 제 1 반응 용기 사이에서 유체 연결(fluid communication) 상태에 있다. 일부 실시예에서, 상기 시스템은 상기 제 2 액체-고체 분리기로부터 제 2 침전 물질을 받도록 구성되는 침전 물질 세척기를 추가로 포함할 수 있다. 상기 시스템은 상기 제 1 액체-고체 분리기로부터 상기 2가 양이온 함유 용액을 받도록 구성되는 제 2 반응 용기를 추가로 포함할 수 있으며, 일부 실시예에서는, 상기 제 2 반응 용기로부터 제 2 침전 물질을 받도록 구성되는 제 2 액체-고체 분리기를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명은, 금속 실리케이트를 포함하는 물질로부터 탄산염 함유 조성물을 제조하는 방법을 제공하는 효과를 갖는다.
본 발명의 신규한 특징은 특히 첨부된 청구범위와 함께 기재되어 있다. 본 발명의 원리가 활용되는 예시적인 실시예를 제시하는 다음의 상세한 설명 및 그의 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 특징 및 장점을 더 잘 이해할 것이다.
도 1은, 금속 실리케이트를 포함하는 물질로부터 침전 물질을 생산하기 위한 방법을 예시하는 도면.
도 2는, 본 발명의 실시예에 따라, 포졸란 물질을 생산하기 위한 예시적인 방법의 플로우차트 표현을 도시하는 도면.
도 3은, 금속 실리케이트를 포함하는 물질로부터 침전 물질을 생산하도록 구성된 시스템을 예시하는 도면.
도 4는, 본 발명의 실시예에 따라, 포졸란 물질을 생산하기 위한 예시적인 시스템의 개략적인 표현을 도시하는 도면.
도 5는, 본 발명의 실시예에 따라, 도 2에 나타낸 시스템에 대한 선택적인 부가물의 개략적인 표현을 도시하는 도면.
도 6은, 본 발명의 실시예에 따라, 도 2에 나타낸 시스템에 대한 선택적인 부가물의 개략적인 표현을 도시하는 도면.
도 7은, 본 발명의 실시예에 따라, 도 2에 나타낸 시스템에 대한 선택적인 부가물의 개략적인 표현을 도시하는 도면.
도 8은, 2.5k(좌) 및 4.0k 배율로 예 4의 침전 물질의 SEM 이미지를 제공하는 것으로, 막대 형태(네스퀘호나이트)와 비정질 실리카 겔을 도시하는 도면.
도 9는, 예 4의 침전 물질(상부 회절패턴), 할라이트(중간 회절패턴) 및 네스퀘호나이트(하부 회절패턴)의 XRD 회절 패턴을 제공하는 도면.
도 10은, 예 4의 침전 물질의 TGA 온도기록도를 제공하는 도면.
도 11은, 타입 II/V 포틀랜드 시멘트 및 예 5의 침전 물질과 배합된 포틀랜드 시멘트에서 입자 크기 분포의 그래프를 제공하는 도면.
본 발명을 더 상세히 기술하기 전에, 본 발명은, 물론 다양화할 수 있는 바와 같이, 기술된 특정 실시예에 한정되지 않는다는 것을 알아야 한다. 또한, 본 발명의 범주는 첨부된 청구범위에 의해서만 한정될 것이기 때문에, 본원에서 이용되는 용어들은 단지 특정 실시예를 기술하기 위한 것이고, 이에 제한되지 않음을 알아야 한다.
수치 범위가 제공되는 경우, 각 사이 값, 문맥이 명백하게 다르게 지시하지 않으면 하한 단위의 1/10까지, 그 범위의 상한과 하한 사이 및 임의의 다른 언급된 또는 그 언급된 범위 내의 사이 값은 본 발명 내에 포함되는 것으로 알아야 한다. 이들 더 작은 범위의 상한 및 하한은 독립적으로 상기 더 작은 범위에 포함될 수 있고, 또한 본 발명 내에 포함되며, 상기 언급된 범위에 특별히 배제된 한계치가 된다. 또한 상기 언급된 범위가 한 쪽 또는 양쪽 한계치를 포함하는 경우, 그 포함된 한계치의 한 쪽 또는 양쪽을 배제한 범위가 본 발명에 포함된다.
용어 "약"이 앞에 있는 수치를 갖는 소정 범위가 본원에서 제시된다. 본원에서 용어 “약”은 그 앞의 정확한 수는 물론이고 그 용어 앞의 수에 가깝거나 근접한 수를 글자 그대로 뒷받침하기 위해 이용된다. 수가 명시적으로 언급된 수에 가깝거나 근접한 지를 결정함에 있어서, 상기 가깝거나 근접하는 명시되지 않은 수는 그것이 제시되는 문맥에서 상기 명시적으로 언급된 수와 실질적으로 동등한 것을 제공할 수 있는 수일 수 있다.
달리 정의되지 않는 한, 본원에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당해 분야의 통상적인 기술자가 통상적으로 이해하는 것과 동일한 의미를 갖는다. 또한 본원에서 기술된 것들과 유사하거나 동등한 임의 방법 및 물질은 본 발명의 실시 또는 테스트에 이용될 수도 있지만, 지금은 대표적으로 설명된 방법 및 물질들을 설명한다.
본 명세서에서 언급된 모든 공보, 특허 및 특허 출원들은, 각 개별 공보, 특허 또는 특허 출원이 참조로서 포함된다고 특별하게 그리고 개별적으로 나타내는 것과 동일한 정도로 참조로서 본원에 포함된다. 나아가, 각각의 언급된 공보, 특허 또는 특허 출원은 참조로서 본원에 포함되어, 상기 공보를 언급한 것과 관련한 주요한 사항을 공지하거나 기술한다. 임의 공보에 대한 언급은 출원일 이전에 공개된 것이며, 본원에 기술된 본 발명이 선행 발명에 의하여 이러한 공보보다 선행한다는 권한을 부여하지 않는다는 승인으로 해석하지 않아야 한다. 또한, 제공되는 공보의 날짜는 실질적인 공개 날짜와 상이할 수 있는데, 이것은 별도로 확인할 필요가 있을 수 있다.
본원 및 첨부된 청구범위에 사용된 바와 같이, “단수형”은 문맥이 명시적으로 다르게 지시하지 않는다면 복수 개념을 포함한다는 것을 주의한다. 또한, 청구범위는 임의의 선택적 요소를 배제하도록 작성될 수 있다는 것을 주의한다. 이와 같이, 이러한 언급은, 청구 요소들의 언급과 관련하여 "오로지", "단지" 및 이와 유사한 것과 같은 독점적 용어의 사용, 또는 "부정적(negative)" 제한의 사용을 위한 선례적 기초를 제공하는 것으로 의도된다.
본 공보를 읽을 때 당업자에게 명백할 것이지만, 본원에 기술되고 설명된 개별 실시예들 각각은 본 발명의 범주 또는 정신을 벗어나지 않고 임의의 다른 몇 가지 실시예들의 특징과는 쉽게 분리되거나 결합될 수 있는 분명한 성분 및 특징을 갖는다. 임의의 언급된 방법은 언급된 사건들의 순서로 또는 이론적으로 가능한 임의의 다른 순서로 실시될 수 있다.
본 발명의 조성물을 생산하는 데에 이용되는 물질은 CO2, 2가 양이온 및 양자 제거제의 공급원(및 양자 제거를 이루는 방법)에 특정 관심을 둔 부분에서 처음 기술되어 있다. 또한 본 발명에 이용될 수 있는 금속 실리케이트 및/또는 관련 물질을 포함하는 물질에 대한 기술이 물질에 대한 부분에 제공되어 있다. 물질(예, CO2, 2가 양이온 등)이 본 발명의 조성물에 혼입될 수 있게 하는 방법이 다음에 기술되어 있다. 그 뒤에, 본 발명의 시스템이 기술되어 있고, 이어서 본 발명의 조성물, 그 조성물을 포함하는 생성물 및 이의 이용이 기술되어 있다. 주요한 사항은 독자의 편의에 따라 체계화되어 있으며, 이것은 본 발명의 범주에 제한을 주지 않는다. 예를 들어, 금속 실리케이트를 포함하는 특정 물질이 금속 실리케이트를 포함하는 물질에 대한 부분 이외의 부분(예, 방법에 대한 부분)에 공지되거나 기술되어 있다면, 금속 실리케이트를 포함하는 특정 물질은 금속 실리케이트를 포함하는 물질 공지의 일부인 것을 이해하여야 한다. 동일한 예에 계속해서, 금속 실리케이트를 포함하는 물질에 대한 부분이 총망라한 것은 아니며 금속 실리케이트를 포함하는 부가 물질이 본 발명의 정신 및 범주를 벗어나지 않고 본 발명에 사용될 수 있음을 알아야 한다.
물질
하기에 더 상세히 기술된 바와 같이, 본 발명은 CO2의 공급원, 양자 제거제의 공급원(및/또는 양자 제거를 이루는 방법), 및 2가 양이온의 공급원을 이용하여 침전 물질을 생산한다. 금속 실리케이트{예, 감람석(olivine), 사문석(serpentine) 및 하기에 추가로 기술되는 물질} 및/또는 관련 물질을 포함하는 물질은 2가 양이온의 공급원을 완전히 또는 부분적으로 제공할 수 있다. 이와 같이, 금속 실리케이트를 포함하는 물질은 본원에서 기술된 조성물을 제조하기 위한 2가 양이온의 유일한 공급원일 수 있다. 또한 금속 실리케이트 및/또는 관련 물질이 본원에서 기술되는 조성물을 제조하기 위한 2가 양이온의 보충적 공급원과 결합하여 사용될 수 있다. 금속 실리케이트(예, 감람석, 사문석 및 하기에 추가로 기술되는 물질) 및/또는 관련 물질을 포함하는 물질은 양자 제거제의 공급원을 완전히 또는 부분적으로 제공할 수 있다. 이와 같이, 금속 실리케이트를 포함하는 물질은 본원에서 기술된 조성물을 제조하기 위한 양자 제거제의 유일한 공급원일 수 있다. 또한 금속 실리케이트 및/또는 관련 물질이 본원에서 기술되는 조성물을 제조하기 위한 양자 제거제의 부가 공급원과 결합하여 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 금속 실리케이트는 양자 제거제의 공급원이 아니다. 이러한 실시예에서, 본원에서 기술된 양자 제거제 또는 이러한 양자 제거제의 조합은 본원에서 기술된 조성물을 제조하기 위한 양자 제거제의 공급원이 된다. 이산화탄소 공급원, 보충적 2가 양이온 공급원, 및 보충적 공급원으로서 제공될 수 있는 양자 제거 공급원(및 양자 제거를 이루는 방법)은, 2가 양이온의 공급원으로서 금속 실리케이트를 포함하는 물질에 정보를 주기 위하여 우선 기술될 것이다. 다음에 금속 실리케이트(예, 감람석, 사문석 등)를 포함하는 물질이 기술될 것이고, 이어서 금속 실리케이트를 포함하는 물질이 탄산염을 포함하는 조성물, 실리카를 포함하는 조성물, 또는 이들의 조합을 생산하는 데에 이용되는 방법이 기술될 것이다.
이산화탄소
본 발명의 방법은 소정 부피의 2가 양이온의 수용액을 CO2공급원과 접촉시킨 다음, 그 결과의 용액에 침전 조건을 가하는 것을 포함한다. 본 발명의 방법은, 소정 부피의 2가 양이온의 수용액에 침전 조건을 가하면서 상기 수용액을 CO2 공급원과 접촉시키는 것을 추가로 포함한다. 2가 양이온 함유 용액에 이산화탄소가 충분히 있어서 상당량의 탄산염 함유 침전 물질(예, 바닷물로부터)을 침전시킬 수 있으나, 부가적인 이산화탄소가 일반적으로 사용된다. CO2 공급원은 임의의 편리한 CO2 공급원일 수 있다. CO2 공급원은 기체, 액체, 고체(예, 드라이아이스), 초임계 유체, 또는 액체 내에 용해된 CO2 일 수 있다. 일부 실시예에서, CO2 공급원은 기체 CO2 공급원일 수 있다. 가스 스트림(stream)은 실질적으로는 순수한 CO2일 수 있거나, CO2 및 하나 이상의 부가적인 가스, 및/또는 재 및 다른 미립자와 같은 기타 물질을 포함하는 다중 성분을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 기체 CO2 공급원은 산업 시설로부터의 배기 가스와 같은 폐기 가스 스트림(즉, 산업 시설의 활성 공정의 부산물)이다. 산업 시설의 성질은 변할 수 있으며, 상기 산업 시설은 발전 시설, 화학 공정 시설, 기계 공정 시설, 정제 공장, 시멘트 시설, 철강 시설, 및 연료 소비 또는 (시멘트 시설에 의한 소성과 같은) 다른 공정 단계의 부산물로서 CO2를 생산하는 기타 산업 시설을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
CO2를 포함하는 폐기 가스 스트림은 환원하는 상태 스트림(condition stream)(예, 합성가스, 이동 합성가스(shifted syngas), 천연 가스, 수소 등) 및 산화하는 상태 스트림(예, 연소로 인한 연도 가스) 둘 다를 포함한다. 본 발명에 편리할 수 있는 특정 폐기 가스 스트림은 산소 함유 연소 산업 시설 연도 가스(예, 연도 가스의 전처리를 거의 하지 않거나 전혀 하지 않은 석탄 또는 다른 탄소계 연료), 터보 충전형 보일러 생성물 가스(turbo charged boiler product gas), 석탄 기화 생성물 가스(coal gasification product gas), 이동 석탄 기화 생성물 가스(shifted coal gasification product gas), 혐기성 소화 생성물 가스(anaerobic digester product gas), 웰헤드 천연 가스 스트림(wellhead natural gas stream), 개질 천연 가스 또는 메탄 수화물 등을 포함한다. 임의의 편리한 공급원으로부터의 연소 가스는 본 발명의 방법 및 시스템에서 이용될 수 있다. 일부 실시예에서, 발전 시설, 시멘트 시설 및 석탄 공정 시설과 같은 산업 시설의 후연소 폐수 더미 내의 연소 가스가 이용된다.
따라서, 폐기 스트림은 여러 가지 상이한 타입의 다양한 산업 시설에서 생산될 수 있다. 본 발명에 적합한 폐기 스트림은 화석 연료{예, 석탄, 석유(oil), 천연 가스}를 연소하는 산업 시설에 의하여 생산되는 폐기 스트림 및 천연 유기 연료 침전물{예, 타르 샌드(tar sands), 중유, 셰일유(oil shale) 등}의 인공적인 연료 생성물을 포함한다. 일부 실시예에서, 본 발명의 시스템 및 방법에 적합한 폐기 스트림은, 미분탄 발전 시설(pulverized coal power plant), 초임계탄 발전 시설(supercritical coal power plant), 질량 연소탄 발전 시설(mass burn coal power plant), 유동층탄 발전 시설(fluidized bed coal power plant)과 같은, 석탄 화력 발전 시설에서 얻으며, 일부 실시예에서, 폐기 스트림은 가스 또는 기름 연소 보일러 및 스트림 터빈 발전 시설, 가스 또는 기름 연소 보일러 단순 사이클 가스 터빈 발전 시설, 또는 가스 또는 기름 연소 보일러 복합 사이클 가스 터빈 발전 시설로부터 얻는다. 일부 실시예에서, 합성가스(즉, 유기 물질, 예를 들면 석탄, 바이오매스 등의 가스화에 의하여 생산되는 가스)를 연소하는 발전 시설에 의하여 생산되는 폐기 가스가 이용된다. 일부 실시예에서, 통합 가스화 복합 사이클(integrated gasification combined cycle, IGCC) 시설로부터의 폐기 스트림이 이용된다. 일부 실시예에서, 폐열 회수 보일러(Heat Recovery Steam Generator, HRSG) 시설에 의해 생산되는 폐기 스트림이 본 발명의 시스템 및 방법에 따라 이용된다.
또한, 시멘트 시설에 의해 생산되는 폐기 스트림이 본 발명의 시스템 및 방법에 적합할 수 있다. 시멘트 시설 폐기 스트림은 습식 공정 시설 및 건식 공정 시설 둘 다로부터의 폐기 스트림을 포함하는데, 상기 시설들은 선 가마(shaft kiln) 또는 회전 가마(rotary kiln)가 이용될 수 있으며, 전소성로(pre-calciner)를 포함할 수 있다. 이러한 산업 시설들은 각각 단일 연료를 연소하거나, 둘 이상의 연료를 연속적으로 또는 동시에 연소할 수 있다. 또한, 용광로 및 정제소와 같은 기타 산업 시설들이 이산화탄소를 포함하는 폐기 스트림의 유용한 공급원이다.
산업 폐기 가스 스트림은 일차 비공기 유도 성분(primary non-air derived component)으로서 이산화탄소를 포함하거나, 특히 석탄 화력 발전 시설의 경우에는, 산화질소(NOx), 산화황(SOx)과 같은 부가 성분 및 하나 이상의 부가 가스를 포함할 수 있다. 부가 가스 및 기타 성분은 CO, 수은 및 기타 중금속, 및 먼지 입자(예, 소성 및 연소 공정으로부터)를 포함할 수 있다. 또한 가스 스트림 내의 부가 성분은 염화 수소 및 불화 수소와 같은 할로겐화물; 비산회, 먼지, 그리고 비소, 베릴륨, 붕소, 카드뮴, 크롬, 크롬 VI, 코발트, 납, 망간, 수은, 몰리브덴, 셀레늄, 스트론튬, 탈륨, 및 바나듐을 포함하는 금속과 같은 미세 입자 물질; 및 탄화수소, 다이옥신 및 PAH 화합물과 같은 유기물을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 처리될 수 있는 적합한 가스 폐기 스트림은, 200,000ppm 내지 2000ppm, 예를 들면 180,000ppm 내지 2000ppm, 또는 180,000ppm 내지 5000ppm을 포함하는, 또한 180,000ppm 내지 10,000ppm도 포함하는, 200,000ppm 내지 1000ppm과 같은, 200ppm 내지 1,000,000ppm의 양으로 존재하는 CO2를 갖는다. 폐기 스트림, 특히 연소 가스의 다양한 폐기 스트림은, 하나 이상의 부가 성분, 예를 들어, 물, NOx(일질소산화물: NO 및 NO2), SOx(일황산화물: SO, SO2 및SO3), VOC(휘발성 유기 화합물, volatile organic compound), 수은과 같은 중금속, 및 입자성 물질(가스 내에 현탁된 고체 또는 액체의 미립자)를 포함할 수 있다. 또한 연도 가스 온도는 변할 수 있다. 일부 실시예에서, 연도 가스의 온도는, 60℃ 내지 700℃와 같은, 그리고 100℃ 내지 400℃를 포함하는, 0℃ 내지 2000℃이다.
일부 실시예에서, 하나 이상의 부가 성분은, 이 부가 성분을 포함하는 폐기 가스 스트림을 2가 양이온(예, Ca2 + 및 Mg2 +와 같은 알칼리 토금속 이온)을 포함하는 수용액에 접촉시킴으로써 형성된 침전 물질 내에 침전시키거나 포획한다. 칼슘 및 마그네슘의 황산염 및/또는 아황산염은, SOx(예, SO2)을 포함하는 폐기 가스 스트림으로부터 생산된 침전 물질(추가로 칼슘 및/또는 마그네슘 탄산염을 포함) 내에 침전시키거나 포획할 수 있다. 마그네슘 및 칼슘은 반응하여 각각 MgSO4, CaSO4는 물론이고, 기타 마그네슘 함유 화합물 및 칼슘 함유 화합물(예, 아황산염)을 생산할 수 있으며, 연도 가스 탈황(flue gas desulfurization, “FGD”)과 같은 탈황 단계 없이 연도 가스 스트림에서 황을 효과적으로 제거한다. 또한, CaCO3, MgCO3, 및 관련 화합물은 CO2의 추가적인 방출 없이 형성될 수 있다. 2가 양이온의 수용액이 높은 수준의 황 화합물(예, 황산염)을 함유하는 경우, 상기 수용액을 칼슘 및 마그네슘과 함께 농축하여, CaSO4, MgSO4 및 관련 화합물의 형성 후에, 또는 이에 더하여, 칼슘 및 마그네슘이 탄산염 화합물을 형성할 수 있게 한다. 일부 실시예에서, 탈황 단계를 탄산염 함유 침전 물질의 침전과 동시에 일어나게 하거나, 또는 탈황 단계를 침전 전에 일어나게 할 수 있다. 일부 실시예에서, 다중 반응 생성물(예, MgCO3, CaCO3, CaSO4, 앞서 말한 것들의 혼합물 등)을 상이한 단계에서 수집하며, 반면에 다른 실시예에서는 단일 반응 생성물(예, 탄산염, 황산염 등을 포함하는 침전 물질)을 수집한다. 이들 실시예에서의 단계에서, 중금속(예, 수은, 수은 염, 수은 함유 화합물)과 같은 기타 성분은, 탄산염 함유 침전 물질 내에 포획할 수 있거나 별도로 침전시킬 수 있다.
산업 시설로부터의 가스 폐기 스트림의 일부(즉, 전체 가스 폐기 스트림이 아님)가 침전 물질을 생산하기 위하여 이용될 수 있다. 이 실시예에서, 침전 물질의 침전에 이용되는 가스 폐기 스트림의 비율은, 가스 폐기 스트림의 50% 이하를 포함하는, 60% 이하와 같은 75% 이하일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 실질적으로(예, 80% 이상) 산업 시설에 의하여 생산된 전체 가스 폐기 스트림이 침전 물질의 침전에 이용된다. 이 실시예에서, 상기 공급원에 의하여 생성된 가스 폐기 스트림(예, 연도 가스)의 95% 이상, 100%까지를 포함하는, 90% 이상과 같은, 80% 이상이 침전 물질의 침전에 이용될 수 있다.
산업 폐기 가스가 상대적으로 농축된 연소 가스 공급원을 제공할 지라도, 본 발명의 방법 및 시스템은, 예를 들어 연도 가스보다 훨씬 낮은 농도의 오염물을 함유한 덜 농축된 공급원(예, 대기 공기)으로부터 연소 가스 성분을 제거하는 데에 또한 적용될 수 있다. 따라서, 일부 실시예에서, 방법 및 시스템은 안정한 침전 물질을 생산함으로써 대기 공기 내의 오염물의 농도를 감소시키는 것을 포함한다. 이들 경우에 있어서, 대기 공기의 일부에서, 오염물, 예컨대, CO2의 농도는 10% 이상, 20% 이상, 30% 이상, 40% 이상, 50% 이상, 60% 이상, 70% 이상, 80% 이상, 90% 이상, 95% 이상, 99% 이상, 99.9% 이상, 또는 99.99% 만큼 감소될 수 있다. 대기 오염물의 이러한 감소를 본원에서 기술된 바와 같은 수율, 또는 더 높거나 낮은 수율로 달성할 수 있으며, 한 번의 침전 단계에서 또는 일련의 침전 단계에서 달성할 수 있다.
2가 양이온
상술된 바와 같이, 하기 각각의 부분에서 상세히 기술되는, 금속 실리케이트(예, 감람석, 사문석)를 포함하는 물질은 본원에서 기술되는 조성물의 제조를 위하여 2가 양이온의 유일한 공급원일 수 있으나, 금속 실리케이트를 포함하는 물질 또한 이 부분에서 기술되는 바와 같은 2가 양이온의 보충적 공급원과 조합하여 이용될 수 있다.
본 발명의 방법은 소정 부피의 2가 양이온의 수용액을 CO2의 공급원과 접촉시키고 그 결과의 용액에 침전 조건을 가하는 것을 포함한다. 일부 실시예에서, 소정 부피의 2가 양이온의 수용액에 침전 조건을 가하면서 상기 수용액을 CO2 공급원과 접촉시킨다. 금속 실리케이트를 포함하는 물질로부터의 2가 양이온 공급원에 더하여, 2가 양이온은 특정 위치에서의 유용성에 따라 임의의 많은 상이한 2가 양이온 공급원으로부터 올 수 있다. 이러한 공급원은 산업 폐기물, 해수, 염수, 중수, 광물{예, 석회, 페리클레스(periclase)}, 및 임의의 기타 적합한 공급원을 포함한다.
일부 위치에서, 다양한 산업 공정으로부터의 산업 폐기 스트림은 2가 양이온의 편리한 공급원(뿐만 아니라 일부 경우에서는 공정에 유용한 기타 물질, 예컨대, 금속 수산화물)을 제공한다. 이러한 폐기 스트림은 광산 폐기물; 화석 연료 연소 재(예, 비산회, 바닥재, 보일러 슬래그(boiler slag)와 같은 연소 재); 슬래그(예, 철 슬래그, 인 슬래그); 시멘트 가마 폐기물; 정유/석유화학 정유 폐기물(예, 석유 분야 및 메탄층 염수); 석탄층 폐기물(예, 가스 생산 염수 및 석탄층 염수); 종이 가공 폐기물; 수질 연화 폐기물 염수(예, 이온 교환 유출물); 실리콘 가공 폐기물; 농업 폐기물; 금속 마감 폐기물; 높은 pH 섬유 폐기물; 및 가성 슬러지를 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 공지 내용 전체가 본원에 포함되어 있는, 2009년 6월 17일에 출원된 미국 특허 출원 제 12/486692호에 추가로 기술된, 화석 연료 연소 재, 시멘트 가마 폐기물, 및 슬래그, 금속 산화물의 총칭 폐기물 공급원은, 금속 실리케이트를 포함하는 물질과 조합하여 이용되어, 예를 들어, 본 발명의 2가 양이온을 제공할 수 있다.
일부 위치에서, 본 발명의 시스템 및 방법에 사용되는 2가 양이온의 편리한 공급원은 물(예, 해수 또는 표면 염수와 같은 2가 양이온을 포함하는 수용액)이며, 이것은 본 발명이 실시되는 특정 위치에 따라 변할 수 있다. 사용될 수 있는 적합한 2가 양이온의 수용액은 하나 이상의 2가 양이온, 예컨대 Ca2 + 및 Mg2+와 같은 알칼리 토금속 양이온을 포함하는 용액을 포함한다. 일부 실시예에서, 2가 양이온의 수성 공급원은 알칼리 토금속 양이온을 포함한다. 일부 실시예에서, 알칼리 토금속 양이온은 칼슘, 마그네슘 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 일부 실시예에서, 2가 양이온의 수용액은, 50 내지 50,000ppm, 50 내지 40,000ppm, 50 내지 20,000ppm, 100 내지 10,000ppm, 200 내지 5000ppm, 또는 400 내지 1000ppm의 범위의 양으로 칼슘을 포함한다. 일부 실시예에서, 2가 양이온의 수용액은, 50 내지 40,000ppm, 50 내지 20,000ppm, 100 내지 10,000ppm, 200 내지 10,000ppm, 500 내지 5,000ppm, 또는 500 내지 2500ppm의 범위의 양으로 마그네슘을 포함한다. 일부 실시예에서, Ca2 + 및 Mg2 +가 모두 존재하는 경우에, 2가 양이온의 수용액 내의 Ca2 + 대 Mg2 +의 비율(즉, Ca2 +:Mg2 +)은 1:1과 1:2.5 사이; 1:2.5와 1:5 사이; 1:5와 1:10 사이; 1:10과 1:25 사이; 1:25와 1:50 사이; 1:50과 1:100 사이; 1:100과 1:150 사이; 1:150과 1:200 사이; 1:200과 1:250 사이; 1:250과 1:500 사이; 1:500과 1:1000 사이, 또는 이들의 범위이다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 2가 양이온의 수용액 내의 Ca2 + 대 Mg2 +의 비율은 1:1과 1:10 사이; 1:5와 1:25 사이; 1:10과 1:50 사이; 1:25와 1:100 사이; 1:50과 1:500 사이; 또는 1:100과 1:1000 사이이다. 일부 실시예에서, 2가 양이온의 수용액 내의 Mg2 + 대 Ca2 +의 비율(즉, Mg2 +:Ca2 +)은 1:1과 1:2.5 사이; 1:2.5와 1:5 사이; 1:5와 1:10 사이; 1:10과 1:25 사이; 1:25와 1:50 사이; 1:50과 1:100 사이; 1:100과 1:150 사이; 1:150과 1:200 사이; 1:200과 1:250 사이; 1:250과 1:500 사이; 1:500과 1:1000 사이, 또는 이들의 범위이다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 2가 양이온의 수용액 내의 Mg2 + 대 Ca2 +의 비율은 1:1과 1:10 사이; 1:5와 1:25 사이; 1:10과 1:50 사이; 1:25와 1:100 사이; 1:50과 1:500 사이; 또는 1:100과 1:1000 사이이다.
2가 양이온의 수용액은 담수, 간수, 해수 또는 염수(예, 천연 염수 또는, 지열 시설 폐수, 담수 시설 폐수와 같은 인공적인 염수)는 물론이고, 담수의 것보다 더 큰 염도를 갖는 기타 소금물을 포함하며, 이들 중 임의의 것은 자연적으로 발생하거나 인공적일 수 있다. 간수는 담수보다 소금기가 있는 물이지만, 해수만큼 소금기가 있지는 않다. 간수는 약 0.5 내지 약 35ppt(parts per thousand) 범위의 염도를 갖는다. 해수는 바다, 해양 또는 약 35 내지 약 50ppt 범위의 염도를 갖는 임의의 다른 소금물이다. 염수는 염분으로 포화되거나 또는 거의 포화되어 있는 물이다. 염수는 약 50ppt 이상의 염도를 갖는다. 일부 실시예에서, 2가 양이온이 유도되는 물 공급원은 광물이 풍부한(예, 칼슘이 풍부한 및/또는 마그네슘이 풍부한) 담수 공급원이다. 일부 실시예에서, 2가 양이온이 유도되는 물 공급원은 바다, 해양, 호수, 늪, 하구, 석호, 표면 염수, 깊은 염수, 알칼리 호수, 내륙 바다 등에서 선택되는 천연 소금물 공급원이다. 일부 실시예에서, 2가 양이온이 유도되는 물 공급원은 지열 시설 폐수 또는 탈염 폐수로부터 선택되는 인공적인 염수이다.
담수는 종종 2가 양이온(Ca2 + 및 Mg2 +와 같은 알칼리 토금속의 양이온)의 편리한 공급원이다. 상대적으로 광물이 없는 공급원에서부터 상대적으로 광물이 풍부한 공급원에 이르는 범위의 담수 공급원을 포함하는, 임의의 많은 적합한 담수 공급원이 이용될 수 있다. 임의의 많은 중수 공급원, 호수, 또는 내륙 바다를 포함하는, 광물이 풍부한 담수 공급원은 자연적으로 발생할 수 있다. 또한 알칼리 호수 또는 내륙 바다(예, 터키의 Van 호수)와 같은 일부 광물이 풍부한 담수 공급원은 pH 조절제의 공급원을 제공한다. 또한 광물이 풍부한 담수 공급원은 인공적일 수 있다. 예를 들어, 광물이 빈약한 물(연수)을 알칼리 토금속 양이온(Ca2 +, Mg2 + 등)과 같은 2가 양이온의 공급원과 접촉시켜 본원에서 기술된 방법 및 시스템에 적합한 광물이 풍부한 물을 생산할 수 있다. 그의 2가 양이온 또는 전구체(예, 염분, 광물)가 임의의 편리한 프로토콜(예, 고체, 현탁액, 또는 용액의 첨가)을 이용하여 담수(또는 본원에서 기술된 임의의 다른 타입의 물)에 첨가할 수 있다. 일부 실시예에서, Ca2 + 및 Mg2 +으로부터 선택된 2가 양이온을 담수에 첨가한다. 일부 실시예에서, Na+ 및 K+으로부터 선택된 1가 양이온을 담수에 첨가한다. 일부 실시예에서, Ca2 +을 포함하는 담수를 연소 재(예, 비산회, 바닥재, 보일러 슬래그), 또는 그의 생성물 또는 가공된 형태와 결합시켜, 칼슘 양이온 및 마그네슘 양이온을 포함하는 용액을 생산한다.
일부 실시예에서, 2가 양이온의 수용액을 연소 가스 스트림도 제공하는 산업 시설로부터 얻을 수 있다. 예를 들어, 해수 냉각 산업 시설과 같은 수 냉각 산업 시설(water-cooled industrial plant)에서, 냉각을 위하여 산업 시설에서 사용했던 물을 이어서 침전 물질을 생산하기 위한 물로서 사용할 수 있다. 원한다면, 침전 시스템에 들어가기 전에 상기 물을 냉각할 수 있다. 이러한 접근법은, 예를 들어, 일회 냉각 시스템(once-through cooling system)과 함께 이용할 수 있다. 예를 들어, 도시 또는 농촌 상수도를 산업 시설용 일회 냉각 시스템으로서 이용할 수 있다. 이 때 산업 시설로부터의 물을 침전 물질을 생산하는 데에 이용할 수 있는데, 여기에서 배출수는 감소된 경도와 더 큰 순도를 갖는다. 원한다면, 이러한 시스템을 보안 장치(예, 독의 첨가와 같은 변조(tampering)을 검출하기 위하여)를 포함하도록 변경하거나, 정부 기관{예, 국토 안보부(Homeland Security) 또는 다른 기관}이 함께 편성할 수 있다. 추가 변조 또는 공격 안전장치가 이러한 실시예에서 이용될 수 있다.
양자 제거제와 방법
금속 실리케이트를 포함하는 물질은 이 부분에서 기술된 바와 같은 양자 제거제(및 양자 제거를 이루는 방법)의 기타 공급원과 조합하여 이용될 수 있다.
본 발명의 방법은 소정 부피의 2가 양이온의 수용액을 CO2 공급원과 접촉시키고(CO2를 용해하기 위함) 그 결과의 용액에 침전 조건을 가하는 것을 포함한다. 일부 실시예에서, 소정 부피의 2가 양이온의 수용액에 침전 조건을 가하는 동안 상기 수용액을 CO2 공급원과 접촉시킨다(CO2 용해하기 위함). CO2를 2가 양이온의 수용액에 용해하면 탄산, 즉 중탄산염과 탄산염 둘 다와 평형을 이루는 종(species)을 생산한다. 탄산염 함유 침전 물질(carbonate-containing precipitation material)을 생산하기 위하여, 2가 양이온 함유 용액 내의 다양한 종{예, 탄산, 중탄산염, 히드로늄(hydronium) 등}에서 양자를 제거하여 탄산염으로 평형을 이동한다. 양자가 제거됨에 따라, 더 많은 CO2가 용액으로 간다. 일부 실시예에서, 2가 양이온 함유 수용액을 CO2와 접촉시켜 침전 반응의 한 상태에서 CO2 흡수를 증가시키는 동안 양자 제거제 및/또는 방법을 이용하는데, 여기에서 pH는 계속 일정하게 있거나, 증가하거나, 심지어 감소할 수 있으며, 이어서 양자를 신속하게 제거하여(예, 염기의 첨가에 의하여) 탄산염 함유 침전 물질의 급속한 침전을 일으킨다. 천연 양자 제거제의 이용, 미생물 및 균류의 이용, 합성 화학적 양자 제거제의 이용, 인공 폐기 스트림의 회수, 및 전기화학적 수단의 이용을 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 편리한 접근법에 의하여, 다양한 종(예, 탄산, 중탄산염, 히드로늄 등)으로부터 양자를 제거할 수 있다.
자연 발생하는 양자 제거제는 염기성 국부 환경(basic local environment)을 만들거나 가질 수 있는 더 넓은 환경에서 발견될 수 있는 임의의 양자 제거제를 포함한다. 일부 실시예는, 용액 첨가시 염기성 환경을 만드는 광물을 포함하는, 천연 양자 제거제를 제공한다. 이러한 광물은 석회(CaO), 페리클레이스(periclase, MgO), 수산화 철 광물{예, 침철석(goethite) 및 갈철석(limonite)} 및 화산재를 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 이러한 광물 및 이러한 광물을 포함하는 암석을 소화하는 방법이 본원에 제공된다. 일부 실시예는 천연 양자 제거제로서 천연 알칼리 수역(body of water)을 이용하는 것을 제공한다. 천연 알칼리 수역의 예는, 표면수 공급원(예, 캘리포니아의 Mono 호수와 같은 알칼리 호수) 및 지하수 공급원(예, 염기성 대수층(basic aquifer))을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 다른 실시예는 아프리카의 Great Rift 계곡의 Natron 호수를 따라 있는 층(crust)과 같은 건조된 알칼리 수역으로부터의 침착물(deposit)을 이용하는 것을 제공한다. 일부 실시예에서, 통상적인 물질 대사로 염기성 분자 또는 용액을 배출하는 유기체가 양성 제거제로서 사용된다. 이러한 유기체의 예는 알칼리성 프로테아제(protease)를 생산하는 균류(예, 최적 pH 9를 갖는 심해 균류 Aspergillus ustus) 및 알칼리성 분자를 만들어내는 박테리아(예, British Columbia의 Atlin wetland에서의 Lyngbya sp.와 같은 시아노박테리아, 이것은 광합성의 부산물로부터 pH를 증가시킴)이다. 일부 실시예에서, 유기체는 양자 제거제를 생산하는 데에 이용되는데, 여기에서 유기체(예, Bacillus pasteurii, 요소를 암모니아로 가수분해함)는 오염물(예, 요소)을 대사하여 양자 제거제 또는 양자 제거제를 포함하는 용액(예, 암모니아, 수산화 암모늄)을 생산한다. 일부 실시예에서, 유기체는 침전 반응 혼합물과 별도로 배양되는데, 여기에서 양자 제거제 또는 양자 제거제를 포함하는 용액이 상기 침전 반응 혼합물로의 첨가에 이용된다. 일부 실시예에서, 천연 효소 또는 제조 효소가 양자 제거제와 조합하여 사용되어 침전 물질의 침전을 일으킨다. 식물 및 동물에 의하여 생산되는 효소인 탄산탈수효소는 수용액에서 탄산에서 중탄산염으로의 변형을 가속화한다. 이와 같이, 탄산탈수효소는 침전 물질의 침전을 가속화하는 데에 사용될 수 있다.
양자 제거를 이루기 위한 화학제는 대량으로 생산되고 상업적으로 입수가능한 합성 화학제를 일반적으로 나타낸다. 예를 들어, 양자를 제거하기 위한 화학제는 수산화물, 유기 염기, 슈퍼 염기(super base), 산화물, 암모니아 및 탄산염을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 수산화물은 용액에 수산화 음이온을 제공하는 화학 종을 포함하는데, 이것은, 예를 들어, 수산화 나트륨(NaOH), 수산화 칼륨(KOH), 수산화 칼슘(Ca(OH)2), 또는 수산화 마그네슘(Mg(OH)2)을 포함한다. 유기 염기는 메틸 아민과 같은 1차 아민, 디이소프로필아민과 같은 2차 아민, 디이소프로필에틸아민과 같은 3차 아민, 아닐린과 같은 방향족 아민, 피리딘, 이미다졸 및 벤즈이미다졸과 같은 헤테로방향족, 및 이들의 다양한 형태를 포함하는 일반적인 질소성 염기(nitrogenous base)인 탄소 함유 분자이다. 일부 실시예에서, 피리딘, 메틸아민, 이미다졸, 벤즈이미다졸, 히스티딘 및 포파젠(phophazene)으로부터 선택되는 유기 염기는 침전 물질의 침전을 위하여 다양한 종(예, 탄산, 중탄산염, 히드로늄 등)으로부터 양자를 제거하는 데에 이용된다. 일부 실시예에서, 암모니아는 2가 양이온의 용액 및 산업 폐기물 스트림으로부터 침전 물질을 침전시키기 위한 충분한 수준으로 pH를 상승시키는 데에 이용된다. 양자 제거제로서 이용하는 데에 적합한 슈퍼 염기는 에톡시화 나트륨(sodium ethoxide), 나트륨아미드(sodium amide, NaNH2), 수소화나트륨(sodium hydride, NaH), 부틸리튬(butyl lithium), 리튬 디이소프로필아미드(lithium diisopropylamide), 리튬 디에틸아미드(lithium diethylamide) 및 리튬 비스(트리메틸실릴)아미드(lithium bis(trimethylsilyl)amide)를 포함한다. 또한, 예를 들어, 산화 칼슘(CaO), 산화 마그네슘(MgO), 산화 스트론튬(SrO), 산화 베릴륨(BeO) 및 산화 바륨(BaO)을 포함하는 산화물은 이용될 수 있는 적합한 양자 제거제이다. 본 발명의 이용을 위한 탄산염은, 탄산 나트륨을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
해당 양이온 및 기타 적합한 금속 형태를 포함하는 것에 더하여, 다양한 산업 공정으로부터의 폐기 스트림이 양자 제거제를 제공할 수 있다. 이러한 폐기 스트림은 광산 폐기물; 화석 연료 연소 재(예, 비산회, 바닥재, 보일러 슬래그와 같은 연소 재); 슬래그(예, 철 슬래그, 인 슬래그); 시멘트 가마 폐기물; 정유/석유화학 정유 폐기물(예, 석유 분야 및 메탄층 염수); 석탄층 폐기물(예, 가스 생산 염수 및 석탄층 염수); 종이 가공 폐기물; 수질 연화 폐기물 염수(예, 이온 교환 유출물); 실리콘 공정 폐기물; 농업 폐기물; 금속 마감 폐기물; 높은 pH 섬유 폐기물; 및 가성 슬러지를 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 광산 폐기물은 땅에서 금속 또는 다른 희귀하거나 유용한 광물을 추출하는 것으로부터 오는 임의의 폐기물을 포함한다. 일부 실시예에서, 채광으로부터의 폐기물은 pH를 변경하는 데에 이용되는데, 여기에서 상기 폐기물은 Bayer 알루미늄 추출 공정으로부터의 적토; 해수로부터의 마그네슘 추출로부터의 폐기물(예, 캘리포니아, Moss Landing에서 발견한 것과 같은 Mg(OH)2); 및 침출을 포함한 채광으로부터의 폐기물에서 선택된다. 예를 들어, 전체 내용이 참조로서 본원에 포함되어 있는, 2009년 3월 18일에 출원된 미국 가특허 출원 제 61/161369호에 기술된 바와 같이, 적토는 pH를 변경하는 데에 이용될 수 있다. 공지 내용 전체가 참조로서 본원에 포함되어 있는, 2009년 6월 17일에 출원된 미국 특허 출원 제 12/486692호에 추가로 기술된 바와 같이, 화석 연료 연소 재, 시멘트 가마 먼지, 및 슬래그, 즉 금속 산화물의 총체적인 폐기물 공급원은 단독으로 또는 기타 양자 제거제와 조합하여 사용되어 본 발명을 위한 양자 제거제를 제공할 수 있다. 동물 폐기물 또는 과도한 비료 사용을 통한 농업 폐기물은 수산화 칼륨(KOH) 또는 암모니아(NH3) 또는 둘 다를 포함할 수 있다. 이와 같이, 농업 폐기물은 본 발명의 일부 실시예에서 양자 제거제로서 이용될 수 있다. 이 농업 폐기물은 종종 연못에서 수거되지만, 또한 그것에 접근하여 사용할 수 있는 곳인 대수층으로 내려가 스며들 수 있다.
전기화학적 방법은 용질로부터 양자를 제거하거나(예, 탄산 또는 중탄산염의 탈양자화), 용매로부터 양자를 제거함(예, 히드로늄 또는 물의 탈양자화)으로써, 용액 내의 다양한 종으로부터 양자를 제거하는 또 다른 수단이다. 예를 들어, CO2 용해로 인한 양자 생산이 용질 분자로부터의 전기화학적 양자 제거에 맞거나 이를 넘는다면, 용매의 탈양자화가 일어날 수 있다. 일부 실시예에서, 예를 들어, CO2를 침전 반응 혼합물 또는 침전 반응 혼합물의 전구체 용액(즉, 2가 양이온을 함유할 수 있거나 함유하지 않을 수 있는 용액)에 용해할 때, 저전압 전기화학적 방법이 이용되어 양자를 제거할 수 있다. 일부 실시예에서, 2가 양이온을 함유하지 않는 수용액에 용해된 CO2를 저전압 전기화학적 방법에 의하여 처리하여, CO2의 용해로 인하여, 탄산, 중탄산염, 히드로늄 또는 이들의 임의의 종 또는 조합으로부터 양자를 제거한다. 저전압 전기화학적 방법은, 1.5V, 1.4V, 1.3V, 1.2V, 1.1V 또는 그 이하와 같은, 1V 이하와 같은, 0.9V 이하, 0.8V 이하, 0.7V 이하, 0.6V 이하, 0.5V 이하, 0.4V 이하, 0.3V 이하, 0.2V 이하, 또는 0.1V 이하와 같은, 2V, 1.9V, 1.8V, 1.7V, 또는 1.6V 또는 그 이하의 평균 전압에서 동작한다. 염소 가스를 생성하지 않는 저전압 전기화학적 방법은 본 발명의 시스템 및 방법에 이용하기에 편리하다. 또한 산소 가스를 생성하지 않는 양자를 제거하기 위한 저전압 전기화학적 방법은 본 발명의 시스템 및 방법에 이용하기에 편리하다. 일부 실시예에서, 저전압 전기화학적 방법은 음극에서 수소 가스를 생성하고, 그것을, 수소 가스가 양자로 전환되는 양극으로 운송한다. 또한 수소 가스를 생성하지 않는 전기화학적 방법이 편리할 수 있다. 일부 경우에, 양자를 제거하기 위한 전기화학적 방법은 임의의 가스 부산물을 생성하지 않는다. 양자 제거를 이루기 위한 전기화학적 방법은, 2008년 12월 24일에 출원된 미국 특허 출원 제 12/344,019호, 2008년 12월 23일에 출원된 미국 특허 출원 제 12/375,632호, 2008년 12월 23일에 출원된 국제 특허 출원 제PCT/US08/088242호, 2009년 1월 28일에 출원된 국제 특허 출원 제PCT/US09/32301호, 및 2009년 6월 24일에 출원된 국제 특허 출원 제PCT/US09/48511호에 추가로 기술되어 있는데, 이들 각각은 그 전체 내용이 참조로서 본원에 포함되어 있다.
대안적으로, 전기화학적 방법은, 예를 들어, 염소-알칼리 공정(chlor-alkali process) 또는 이의 변형을 통하여, 가성 분자(예, 수산화물)를 생산하는 데에 이용될 수 있다. 전극(예, 음극 및 양극)은 2가 양이온 함유 수용액 또는 가스 폐기 스트림 충전(예, CO2 충전) 용액을 포함한 장치에 존재할 수 있으며, 막(membrane)과 같은 선택적인 장벽이 전극들을 떼어 놓을 수 있다. 양자를 제거하기 위한 전기화학적 시스템 및 방법은, 기타 목적을 위하여 채취하고 이용할 수 있는 부산물(예, 수소)을 생산할 수 있다. 본 발명의 시스템 및 방법에 이용될 수 있는 추가적인 전기화학적 접근법은, 공지 내용이 참조로서 본원에 포함되어 있는, US 제 61/081,299호 및 US 제 61/091,729호에 기술되는 것들을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
금속 실리케이트를 포함하는 물질
상기에, 그리고 하기에 더 상세히 공지된 바와 같이, 본 발명은 CO2 공급원, 양자 제거제 공급원(및/또는 양자 제거를 이루는 방법) 및 2가 양이온 공급원을 이용한다. 금속 실리케이트(예, 사문석 및 감람석과 같은 금속 실리케이트; 금속 실리케이트를 포함하는 암석)를 포함하는 물질은 2가 양이온(예, Ca2 +, Mg2+)의 공급원, 양자 제거제{예, CaO 및 MgO와 같은 금속 산화물; Ca(OH)2 및 Mg(OH)2와 같은 금속 수산화물}의 공급원, 또는 둘 다를 제공할 수 있다. 또한, 금속 실리케이트를 포함하는 물질은 본 발명의 조성물에 실리카 내용물을 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, 금속 실리케이트를 포함하는 물질은 본원에 기술된 조성물의 제조를 위한 2가 양이온의 유일한 공급원을 제공한다. 일부 실시예에서, 금속 실리케이트를 포함하는 물질은 2가 양이온의 보충적 공급원과 조합하여 이용된다. 마찬가지로, 일부 실시예에서, 금속 실리케이트를 포함하는 물질은 본원에서 기술된 조성물의 제조를 위한 양자 제거제의 유일한 공급원을 제공한다. 일부 실시예에서, 금속 실리케이트를 포함하는 물질은 양자 제거제의 보충적 공급원과 조합하여 이용된다. 일부 실시예에서, 금속 실리케이트를 포함하는 물질은 본원에 기술된 조성물의 제조를 위한 2가 양이온 및 양자 제거제의 유일한 공급원을 제공한다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 크리소타일(chrysotile)과 같은 사문석 광물은 수산화물의 공급원일 수 있다. 이러한 실시예에서, 금속 실리케이트(예, 사문석)를 포함하는 물질은 물에서 소화되거나 용해될 수 있다. 적정 소화 또는 용해를 이루기 위하여, 상기 금속 실리케이트를 포함하는 물질을 용액에 분쇄 및/또는 초음파 처리할 수 있다. 또한 금속 실리케이트를 포함하는 물질을 소정 양의 시간(예, 일, 월, 년) 동안 용액에 둘 수 있다. 일부 실시예에서, 금속 실리케이트를 포함하는 물질은 2가 양이온의 보충적 공급원 및 양자 제거제의 보충적 공급원과 조합하여 이용된다. 일부 구체에예서, 본 발명의 조성물에 존재하는 실리카는, 금속 실리케이트를 포함하는 물질, 또는 금속 실리케이트를 포함하는 물질과 실리카의 보충적 공급원(예, 비산회, 시멘트 가마 먼지, 및/또는 기타 인공적 공급원)의 조합에 의하여 제공된다. 금속 실리케이트를 포함하는 물질을 단독으로 또는 2가 양이온 및 양자 제거제의 기타 공급원과 조합하여 이용하는 방법이 하기에서 추가로 기술되어 있다.
암석, 즉 광물 및/또는 광물로이드(mineraloid)를 포함하는 천연 고체 골재는 본 발명, 특히, 가공시(예, 크기 감소, 소화), Mg2 + 및/또는 Ca2 +와 같은 2가 양이온을 제공하는 마그네슘 및/또는 칼슘을 포함하는 암석(예, 감람암, 현무암, 반려암, 휘록암 등)에 적합하고 종종 편리하다. 또한 암석은 본 발명의 조성물에 실리카 내용물을 제공할 수 있다. 고도로 정렬된 원자 구조 및 뚜렷한 물리적 성질을 갖는 특징적인 조성물을 갖는 광물은 본 발명에 일반적으로 더 적합할 수 있다. 암석에 관하여, 마그네슘 및/또는 칼슘을 포함하는 광물은 가공시 본 발명을 위한 Mg2 + 및/또는 Ca2 +와 같은 2가 양이온을 제공할 수 있다. 또한 마그네슘 및/또는 칼슘을 포함하는 광물은, 가공시 본 발명의 조성물에 실리카를 제공하는 실리케이트(예, 칼슘 실리케이트, 마그네슘 실리케이트, 알루미노실리케이트, 철 함유 실리케이트, 및 이들의 혼합물과 같이, 실리콘과 함께 하는 적어도 하나의 금속을 함유한, 금속 실리케이트)를 제공할 수 있으며, 상기 조성물은 포졸란 성질을 나타낸다. 일부 실시예에서, 광물은 그의 실리카 제공 내용물(silica-providing content)을 위하여 단독으로 가공되며, 즉, 일부 실시예에서, 낮은 양 또는 무시할 만한 양의 칼슘 및/또는 마그네슘(Ca2 + 및/또는 Mg2 +와 같은 2가 양이온을 생성함)을 갖는 금속 실리케이트를 포함하는 물질이 실리카 제공 내용물을 위하여 가공된다. 암석을 본 발명에 이용할 수 있으므로, 순수한 또는 불순한 광물이 본 발명에 적합할 수 있다는 것을 알아야 한다.
금속 실리케이트를 포함하는 많은 상이한 물질이 본 발명에 이용하는 데에 적합하며, 이것은 암석, 광물, 및 광물이 풍부한 점토(mineral-rich clay)에 존재하는 것들과 같은 금속 실리케이트를 포함하는 천연 물질을 포함한다. 본 발명에 이용될 수 있는 금속 실리케이트는 오소실리케이트(orthosilicate), 이노실리케이트(inosilicate), 필로실리케이트(phyllosilicate) 및 텍토실리케이트(tectosilicate)를 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 오소실리케이트는 감람석류 광물((Mg,Fe)2SiO4)을 포함하는데, 여기에서 마그네슘이 더 풍부한 감람석 광물(즉, 철감람석(Fe2SiO4)보다는 고토감람석(Mg2SiO4)에 더 가까움)이 일반적으로 선호된다. 이노실리케이트(“사슬 실리케이트”)는, 예를 들어, 휘석류 광물(XY(Si,Al)2O6)과 같은 단일 사슬 이노실리케이트를 포함하며, 여기서 X는 칼슘, 나트륨, 철(예, Fe2 +), 또는 마그네슘을 나타내며, Y는 크롬, 알루미늄, 철(예, Fe3 +, 심지어 Fe2 +), 마그네슘, 망간, 스칸듐, 티타늄 및 바나듐과 같은 더 작은 크기의 이온을 나타내며, 여기에서 마그네슘이 더 풍부한 휘석류 광물(예, 페로실라이트(ferrosilite, Fe2Si2O6)보다는 엔스터타이트(enstatite, Mg2Si2O6)에 더 가까움)이 일반적으로 선호된다. 또한 단일 사슬 이노실리케이트는, 예를 들어, 접촉 변성 석회석(contact-metamorphosed limestone) 내에서 흔한 규회석(CaSiO3), 및 펙토라이트(pectolite, NaCa2(Si3O8)(OH))와 같은 피록세노이드(pyroxenoid)류 광물을 포함할 수 있는데, 이것들 또한 본 발명의 이용에 적합하다. 이중 사슬 이노실리케이트는, 예를 들어, 안토필라이트(anthophyllite, (Mg,Fe)7Si8O22(OH)2)와 같은 각섬석류 광물을 포함한다. 필로실리케이트(즉, 박판 실리케이트(sheet silicate))는 예를 들어, 사문석류 광물(예, 사문석(Mg,Fe)3Si2O5(OH)4)의 안티고라이트(antigorite), 크리소타일(chrysotile), 및/또는 리잘다이트(lizardite) 다형체), 필로실리케이트 점토 광물(예, 몬모릴로나이트(montmorillonite, (Na,Ca)0.33(Al,Mg)2(Si4O10)(OH)2·nH2O) 및 탈크(talc, Mg3Si4O10(OH)2)), 및 운모류 광물(예, 바이오타이트(biotite, K(Mg,Fe)3(AlSi3O10)(OH)2)을 포함한다. 알루미노실리케이트(석영류 광물을 제외함)인 텍토실리케이트(즉, 구조물 실리케이트(framework silicates))는, 예를 들어, 라브라도라이트(labradorite, (Na,Ca)(Si,Al)4O8 (Na:Ca 2:3)) 및 아놀타이트(anorthite, CaAl2Si2O8)와 같은 사장석 장석(plagioclase feldspars)을 포함한다.
각각, 52% 미만의 SiO2와 45% 미만의 SiO2를 갖는 고철질 및 초고철질 광물(ultramafic mineral)(즉, 마그네슘과 철이 풍부한 실리케이트 함유 광물(silicate-containing mineral), 때때로 마그네슘 실리케이트로 지칭됨)은 상기에서 기술된 일부 금속 실리케이트의 부분 집합이다. 이와 같이, 고철질 광물 및 초고철질(즉, 일반적으로는 > 18% MgO, 고 Fe 함량, 저 칼륨 함량) 광물, 및 이들의 생성물 또는 가공된 형태는 또한 본 발명의 이용에 적합하다. 고철질 및 초고철질 광물을 포함하는 고철칠 및 초고철질 암석(일반적으로 > 90% 고철질 광물)도 본 발명에 적합한다. 이러한 암석은 휘암(pyroxenite), 트록톨라이트(troctolite), 두나이트(dunite), 감람암(peridotite), 현무암(basalt), 반려암(gabbro), 휘록암(diabase) 및 동석(soapstone)을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 통상적인 암석 형성 고철질 광물은 감람석, 휘석, 각섬석, 흑운모를 포함한다. 상당한 질량의 감람석 함유 암석 및 사문석 함유 암석은 세계 도처에, 특히 초고철질 복합물에 그리고 거대 사문석 물체에 존재한다. 사문석은 크롬, 망간, 코발트 및 니켈과 같은 미량 원소를 갖는 풍부한 천연 광물이다. 이와 같이, 사문석은 사문석류에 속하는 임의의 20+ 변형체를 지칭할 수 있다. 감람석은 천연 마그네슘-철 실리케이트((Mg,Fe)2SiO4)인데, 이것은 고토감람석(Fo)(MgSiO4)부터 철감람석(Fa)(Fe2SiO4)까지의 범위를 갖는다. 이와 같이, 감람석은, 예를 들어, Fo70Fa30일 수 있는데, 여기서 아래 첨자는 고토감람석(Fo) 대 철감람석(Fa)의 몰 비율을 나타낸다. 일반적으로 고토감람석이 풍부한 감람석이 선호된다. 구조 때문에, 감람석류 또한 몬티셀라이트(monticellite, CaMgSiO4) 및 킬스스테이나이트(kirschsteinite, CaFeSiO4)를 포함한다. 규회석은 본 발명에도 편리한 천연 칼슘 실리케이트이다.
시스템과 방법
이산화탄소의 공급원, 2가 양이온 함유 용액, 및 양자 제거제의 공급원으로부터 실리카를 포함하는 탄산염 함유 조성물을 생산하는 방법이 제공된다. 또한, 실리카를 거의 포함하지 않거나 전혀 포함하지 않는 탄산염 함유 조성물을 생산하는 방법이 제공된다. 이러한 방법에서, 실리콘계 물질(예, 실리카, 비반응성 또는 비소화성 실리케이트 등)을 본 방법의 초반부에 분리하고 탄산염 함유 조성물과는 별도 가공할 수 있다. 실리콘계 물질 및 탄산염 함유 물질을 나중 단계에서 배합하여 특정 비율의 성분을 갖는 조성물을 생산할 수 있다. 탄산염-실리카를 포함하는 조성물을 추가로 가공하고, 예를 들어, 포틀랜드 시멘트와 배합할 수 있다.
도 1은 탄산염 함유 침전 물질(690, 255)을 금속 실리케이트를 포함하는 물질(240)로부터 제조할 수 있는 단계들의 일반적인 순서를 보여 주며, 상기 단계들은 다음 단락들에서 더 상세히 검토된다. 단계 610에서, 금속 실리케이트를 포함하는 초기 물질의 입자 크기를, 우선, 파쇄(crushing), 그라인딩(grinding) 및 체질(sieving)의 조합을 이용하여, 감소시키는데(즉 분쇄함), 이 공정들을 반복적으로 실시하여 균일한 입자 크기의 금속 실리케이트를 포함하는 물질을 생산할 수 있다. 이어서, 단계 620에서, 금속 실리케이트를 포함하는 분쇄된 물질을 수용액에 현탁할 수 있는데, 상기 용액은 일반적으로 결국 본 발명의 침전 물질이 될 2가 양이온의 일부를 포함한다. 하기에 기술된 바와 같이, 현탁액 내의 금속 실리케이트를 포함하는 분쇄 물질의 농도는 어느 곳에서든지 1 내지 1280g/L일 수 있다. 금속 실리케이트를 포함하는 분쇄된 물질을 현탁한 후에, 단계 630에서, 금속 실리케이트를 포함하는 물질을 소화한다. 금속 실리케이트를 포함하는 물질의 용해를 포함하지만 이에 제한되지 않는, 금속 실리케이트를 포함하는 물질의 소화를 원하는 정도로 실시할 수 있다. 이와 같이, 소화 조건(예, 온도, 교반 모드(있다면), 시간 등)은 하기에 기술된 바와 같이 변화할 수 있다. 예를 들어, 소화를 주위 조건(즉, 실내 온도 및 실내 압력) 하에서 실시할 수 있다. 금속 실리케이트를 포함하는 물질을 소화한 후에, 선택적으로는, 그 결과의 소화 혼합물을 여과 단계(640)에서 여과하여 실리카 및/또는 비소화된 실리콘계 물질을 제거할 수 있다. 실리카 및 기타 실리콘계 소화 생성물의 농도가 2가 양이온의 농도보다 더 빠른 속도로 증가할 수 있으므로, 실리카 및 기타 실리콘계 생성물을 여과하여 2가 양이온의 추출을 최적화하는 것이 유리하다. 이어서 침전 단계(650)에서 침전 물질을 금속 실리케이트를 포함하는 소화된 물질 또는 그의 수용액으로부터 생산하는데, 이것은 2가 양이온을 포함할 수 있으며, 여과의 정도에 따라, 실리카 및/또는 기타 실리콘계 물질을 포함할 수 있다. 본원에서 추가로 상세히 기술된 바와 같이, 침전 물질의 침전은 CO2를 도입하는 것을 추가로 포함하며, 용액이 이미 염기성이 아니라면, 하나 이상의 양자 제거제(또는 양자 제거를 이루는 방법)를 포함한다. 이어서, 하기에서 더 상세히 기술되는 액체-고체 분리기를 포함할 수 있는 분리 단계(660)에서, 침전 물질을, 형성시, 침전 반응 혼합물로부터 분리할 수 있다. 분리 후에, 선택적으로는 세정 단계(670)에서 침전 물질을 세정하여, 예를 들어, 가용성 염화물, 황산염, 질화물, 및/또는 등등을 제거할 수 있다. 분리 단계(660)에서 새롭게 분리되었든지 세정 단계(670)에서 산뜻하게 세정되었든지, 침전 물질을 건조할 수 있다. 건조 단계(680)는 침전 물질을 재구성하여 침전 물질의 슬러리가 스프레이 건조기로 공급되어 균일한 크기로 건조할 수 있게 하여, 건조된 침전 물질(690)을 생산하는 것을 포함하는데, 상기 침전 물질은 포졸란 물질(255)일 수 있다.
일반적으로, 금속 실리케이트를 포함하는 물질(예, 금속 실리케이트 광물을 포함하는 암석)은 넓은 범위의 초기 입자 크기를 갖는다. 이와 같이, 금속 실리케이트를 포함하는 출발 물질(starting material)을 분쇄하는 것이 바람직한데, 상기 분쇄는 임의의 적합한 장치 또는 장치들의 조합을 이용하여 수행할 수 있다. 금속 실리케이트를 포함하는 출발 물질의 크기 감소는 파쇄로 시작할 수 있다. 이어서 금속 실리케이트를 포함하는 파쇄된 물질을 그라인딩에 의하여 더 작은 입자 크기로 감소시킬 수 있다. 그라인딩은 제트 밀(jet mill) 또는 볼 밀(ball mill)과 같은 밀의 이용을 포함한다. 이어서 금속 실리케이트를 포함하는 그라인딩된 물질을 이후에 스크리닝하여(예, 체질, 사이클론(cyclone) 등에 의하여), 특정 크기 분포 범위 내의 금속 실리케이트를 포함하는 물질을 선택할 수 있다. 특정 크기 분포 범위를 벗어나는 금속 실리케이트를 포함하는 스크리닝된 물질을 그라인더(grinder)로 다시 통과시키게 하여 추가로 그라인딩한다. 특정 크기 분포 내에 있는 금속 실리케이트를 포함하는 스크리닝된 물질을 바로 이용하거나(즉, 실리케이트 물질의 소화를 진행시킴), 또는 선택적으로 반복적인 공정으로 가공하게 한다. 일부 실시예에서, 금속 실리케이트를 포함하는 물질의 입자 크기를, 10,000 미만, 1000 미만, 750 미만, 500 미만, 400 미만, 300 미만, 200 미만, 100 미만, 75 미만, 50 미만, 25 미만, 또는 10 미만 미크론의 평균 직경으로 감소시킬 수 있다. 금속 실리케이트를 포함하는 스크리닝되고 선택된 물질(screen-selected material)의 추가적인 가공은 자철석(Fe3O4)과 같은 자석 물질을 분리하기 위한 자기 분리(magnetic separation), 이어서 선택적인 열 처리를 포함할 수 있다.
금속 실리케이트의 소화(예, 감람석 및 사문석과 같은 고철질 및 초고철질 광물; 규회석) 및/또는 관련 물질의 소화를 임의의 편리한 프로토콜을 이용하여 수행할 수 있는데, 여기에서 프로토콜은 2가 양이온, 실리콘계 물질, 및 일부 실시예에서는, 본 발명에 이용되는 양자 제거제를 제공한다. 금속 실리케이트를 포함하는 물질의 소화는 물(예, 탈이온수, 증류수)과 같은 용매, 또는 담수, 간수, 해수 또는 염수와 같은 2가 양이온 함유 수용액(천연 또는 인공적인 염수)에서 일어날 수 있다. 수용액은, 천연이든지 인공적인 공급원으로부터이든지, 일반적으로 본 발명과 함께 이용되기 위하여 2가 양이온의 적어도 일부를 포함한다. 또한, 수용액은 산성 또는 염기성일 수 있으며, 이것에 노출되면 금속 실리케이트를 포함하는 물질의 소화를 가속화할 수 있다. 또한 입자 크기 감소(상기에서 기술됨)와 같은 표면적을 증가시키는 것에 의하는 것은 물론, 예를 들어 초음파 기술(예. 관성 공동화(inertial cavitation))을 이용하는 것에 의하여 소화를 가속화할 수 있다. 금속 실리케이트를 포함하는 물질을, 배치, 세미 배치 및 연속 공정을 포함하는 다양한 공정으로, 2가 양이온 함유 용액과 접촉시켜 실리콘 함유 물질을 포함하는 슬러리를 생산할 수 있다. 예를 들어, 고철질 광물을 탱크 내의 2가 양이온 함유 용액과 혼합할 수 있는데, 상기 용액을 교반하거나 그렇지 않다면 휘저을 수 있다. 그 후, 슬러리를 탱크에서 배출하고, 상기 탱크를 금속 실리케이트을 포함하는 신선한 물질 및 2가 양이온 함유 용액으로 재충전시킨다. 일부 실시예에서, 상기 반응은 하나 이상의 연속 교반 탱크 반응기에서 연속 흐름 공정으로 일어날 수 있다. 일부 실시예에서, 금속 실리케이트를 포함하는 물질을 충진된 컬럼(packed column) 내에 배치하고 2가 양이온 함유 용액을 금속 실리케이트를 포함하는 배치된 물질 사이로 스며들게 한다. 일부 실시예에서, 2가 양이온 및 실리콘 함유 물질을 포함하는 슬러리를 수직 컬럼의 윗 부분으로부터 계속해서 배출하는데, 여기서 수직 컬럼은 금속 실리케이트를 포함하는 물질로 충진되어 있다.
일부 실시예에서, 금속 실리케이트를 포함하는 물질은, 전체적으로 또는 부분적으로, 양자 제거제의 공급원을 제공한다. 이와 같이, 금속 실리케이트를 포함하는 물질은 본원에서 기술된 조성물의 제조를 위한 양자 제거제의 유일한 공급원일 수 있다. 또한 금속 실리케이트를 포함하는 물질은 본원에 기술된 조성물의 제조를 위한 양자 제거제의 보충적 공급원과 조합하여 이용될 수 있다. 상기와 같이, 금속 실리케이트를 포함하는 물질의 소화는 물과 같은 용매, 또는 담수, 간수, 해수 또는 염수와 같은 수용액에서 일어날 수 있다. 수용액은, 천연이든지 인공적인 공급원으로부터이든지, 일반적으로 본 발명과 함께 이용되기 위하여 적어도 일부 2가 양이온을 포함하며, 염기성일 수 있다. 이러한 수용액에서의 금속 실리케이트를 포함하는 물질의 소화는 부가적인 2가 양이온 및/또는 양자 제거제를 갖는 수용액을 제공한다.
일부 실시예에서, 금속 실리케이트를 포함하는 물질은, 전체적으로 또는 부분적으로, 본 발명의 포졸란 물질을 위한 실리카의 공급원을 제공한다. 이와 같이, 금속 실리케이트를 포함하는 물질은 본원에서 기술된 조성물의 제조를 위한 실리카의 유일한 공급원일 수 있다. 또한 금속 실리케이트를 포함하는 물질은 본원에서 기술된 조성물의 제조를 위한 실리카의 보충적 공급원과 조합하여 이용될 수 있다. 금속 실리케이트를 포함하는 물질의 소화는 물 또는 수용액과 같은 용매에서 일어날 수 있는데, 그 후에, 금속 실리케이트를 포함하는 비소화된 물질 및/또는 불용성 실리콘계 물질(예, 여분의 실리카)을 제거할 수 있다. 금속 실리케이트를 포함하는 비소화된 물질 및/또는 불용성 실리콘계 물질(예, 여분의 실리카)을 나중에 버리거나, 일부 실시예에서는, 이미 포졸란 물질일 수 있는 탄산염 함유 침전 물질(소화 동안에 충분한 실리카가 용해한다면)과 결합시킬 수 있다. 탄산염 함유 침전 물질 내의 비정질 실리카의 양에 따라, 화산재, 비산회, 실리카퓸, 고반응성 메타카올린(high reactivity metakaolin), 및 고로슬래그미분말(ground granulated blast furnace slag)을 포함하지만 이에 제한되지 않는 기타 실리케이트 생성물(siliceous products)을 혼입시킬 수 있다.
소화를 위한 금속 실리케이트를 포함하는 물질의 농도는, 물 또는 수용액(예, 담수, 간수, 해수, 또는 염수)에서, 1과 10g/L 사이, 10과 20g/L 사이, 20과 30g/L 사이, 30과 40g/L 사이, 40과 80g/L 사이, 80과 160g/L 사이, 160과 320g/L 사이, 320과 640g/L 사이, 640과 1280g/L 사이, 또는 이들의 범위일 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 소화를 위한 금속 실리케이트를 포함하는 물질의 농도는, 1과 40g/L 사이, 10과 80g/L 사이, 20과 160g/L 사이, 40과 320g/L 사이, 80과 640g/L 사이, 또는 160과 1280g/L 사이일 수 있다. 온도를 조정하여 금속 실리케이트를 포함하는 물질의 소화를 최적화할 수 있다. 일부 실시예에서, 금속 실리케이트를 포함하는 물질을 실온(약 70℉) 내지 220℉ 사이에서 소화한다. 일부 실시예에서, 금속 실리케이트를 포함하는 물질을, 70~100℉, 100~220℉, 120~220℉, 140~220℉, 160~220℉, 100~200℉, 100~180℉, 100~160℉, 및 100~140℉로부터 선택된 하나 이상의 온도 범위 이내에서 소화할 수 있다. 온도를 높이기 위하여 보조열이 필요하다면, 예를 들어, 연도 가스로부터의 폐열을 이용할 수 있다. 열의 기타 외부 공급원(예, 열수)도 이용할 수 있다. 또한 금속 실리케이트를 포함하는 물질의 소화를 최적화하기 위하여 소화 시간을 조정할 수 있다. 일부 실시예에서, 금속 실리케이트를 포함하는 물질을 1시간과 200시간 사이에서 소화한다. 일부 실시예에서, 금속 실리케이트를 포함하는 물질을, 1시간과 2시간 사이, 2시간과 4시간 사이, 4시간과 6시간 사이, 6시간과 8시간 사이, 8시간과 10시간 사이, 10시간과 20시간 사이, 20시간과 40시간 사이, 40시간과 60시간 사이, 60시간과 80시간 사이, 80시간과 100시간 사이, 100시간과 150시간 사이, 150시간과 200시간 사이, 또는 이들의 범위 내에서 소화한다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 금속 실리케이트를 포함하는 물질을, 1시간과 10시간 사이, 2시간과 20시간 사이, 4시간과 80시간 사이, 10시간과 150시간 사이, 또는 150시간 초과해서 소화한다. 소화 동력학(digestion kinetics)을 가속화하는 킬레이트를 포함함으로써 금속 실리케이트를 포함하는 물질의 소화를 추가로 최적화할 수 있다. 본 발명에 이용될 수 있는 킬레이트의 예는, 아세트산, 아스코르브산, 시트르산, 디카르복시메틸글루탐산(dicarboxymethylglutamic acid), 말산(malic acid), 옥살산, 인산 및 숙신산과 같은 산; 아미노산; 페리크롬(ferrichrome), 데스페리옥사민(desferrioxamine) B, 데스페리옥사민 E, 푸사리닌(fusarinine) C, 오르니박틴(ornibactin), 엔테로박틴(enterobactin), 바실리박틴(bacillibactin), 비브리오박틴(vibriobactin), 아조토박틴(azotobactin), 피오베르딘(pyoverdine) 및 예르시니아박틴(yersiniabactin)과 같은 사이드로포어(siderophore); EDTA; EGTA; EDDS; 및 NTA를 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
일부 실시예에서, 금속 실리케이트(예, 감람석 및 사문석)를 포함하는 하나 이상의 물질을 수성 알칼리 수산화물(예, NaOH) 또는 임의의 기타 적합한 가성 물질로 소화함으로써, 금속 수산화물{예, Mg(OH)2, Ca(OH)2}과 같은 양자 제거제를 이용 가능하게 할 수 있다. 고도로 농축되고 매우 희석된 용액을 포함하는, 임의의 적합한 농도의 수성 알칼리 수산화물 또는 기타 가성 물질을 금속 실리케이트를 포함하는 물질을 분해하는 데에 이용할 수 있다. 용액 내의 알칼리 수산화물(예, NaOH)의 농도(중량당)는, 예를 들어, 30% 내지 80%, 및 70% 내지 20% 물일 수 있다. 일부 실시예에서, 금속 실리케이트를 포함하는 물질 및/또는 기타 암석 및 광물의 소화는 소정 pH 범위를 넘어서 수행되는데, 상기 pH 범위는 pH 6.9 내지 pH 7.5, pH 7.5 내지 pH 8.0, pH 8.0 내지 pH 8.5, pH 8.5 내지 pH 9.0, pH 9.0 내지 pH 9.5, pH 9.5 내지 pH 10.0, pH 10.0 내지 pH 10.5, pH 10.5 내지 pH 11.0, pH 11.0 내지 pH 11.5, pH 11.5 내지 pH 12.0, pH 12.0 내지 pH 12.5, pH 12.5 내지 pH 13.0, pH 13.0 내지 pH 13.5, 및 pH 13.5 내지 pH 14.0을 포함한다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 금속 실리케이트를 포함하는 물질의 소화는 pH 6.9와 pH 8.0 사이, pH 6.9와 pH 9.0 사이, pH 8.0과 pH 10.0 사이, pH 8.0과 pH 11.0 사이, pH 8.0과 pH 12.0 사이, 또는 pH 9.0과 pH 14.0 사이에서 이루어진다. 예를 들어, 감람석은 pH 7.0과 pH 9.0 사이의 범위에 있는 pH를 갖는 수용액에서 소화할 수 있는데, 상기 pH는 양자 제거제의 용해로 인한 것이다. 실리카의 용해도는 높은 pH에서 증가하므로, 그런 금속 실리케이트 소화로 인한 본 발명의 포졸란 물질은 비례적으로 더 많은 실리콘계 물질(예, 실리카)을 가질 수 있다. 또한, 결과의 포졸란 물질은 비정질 실리카의 양의 증가로 인하여 더 반응적일 수 있다. 유리하게도, 수성 알칼리 수산화물로 소화된 금속 실리케이트를 포함하는 물질은 침전 물질을 직접 생산하는 데에 이용될 수 있다. 또한, 침전 반응 혼합물로부터 염기 값은 회복되고 재이용되어 금속 실리케이트 등등을 포함하는 부가적인 물질을 소화할 수 있다.
또한, 금속 실리케이트(예, 감람석과 같은 마그네슘 실리케이트)를 포함하는 물질 및/또는 해당 금속 종을 포함하는 기타 암석 및 광물은 산성 수용액(예, HCl(aq), H2SO4(aq), 이들 각각은 선택적으로는 전기화학 공정에서 나옴)에서 소화되어, 예를 들어, 2가 양이온(예, Mg2 +, Ca2 +) 및 실리콘계 물질(예, 실리카, 비반응되거나 비소화된 실리케이트 등)을 포함하는 슬러리를 생산할 수 있다. 금속 실리케이트(예, 감람석)를 포함하는 물질 및/또는 해당 기타 암석 및 광물을 산성 용액과의 접촉에 의하여 소화하여 SiO2를 포함하는 슬러리를 생산할 수 있다. 2가 양이온의 수용액은 충분히 산성일 수 있으며, 이러한 실시예에서, 수용액은 추가적인 pH 조정 없이 이용될 수 있으나, 일부 실시예에서는, 2가 양이온의 수용액은 염기성이거나 충분히 산성이 아니다. 이러한 실시예에서, 2가 양이온 함유 수용액, 또는 금속 실리케이트를 포함하는 물질의 소화를 위한 임의의 용매 또는 용액을 산성화할 수 있다. HF, HCl, HBr, HI, H2SO4, HNO3, H3PO4, 크롬산, H2CO3, 아세트산, 시트르산, 포름산, 글루콘산, 락트산, 옥살산, 타르타르산, 아스코르브산, 및 멜드럼산을 포함하지만 이에 제한되지 않는 약산 또는 강산의 기체, 액체(수용액을 포함함) 또는 고체 형태와의 접촉에 의하여 산성화를 이룰 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 금속 실리케이트를 포함하는 물질을 수성 HCl을 갖는 산성으로 만들어진 산성 수용액에서 소화하는데, 여기에서 수성 HCl은 전기화학적 공정으로부터 온다. 이러한 실시예에서, 전기화학적 공정은 본원에 기술된 바와 같이 저전압 전기화학적 공정이다. 일부 실시예에서, 금속 실리케이트를 포함하는 물질 및/또는 기타 암석 및 광물을, CO2 및 폐가스의 기타 성분(예, 석탄 화력 전력 시설로부터의 연도 가스와 같은 화석 연료를 연소하는 것으로부터 오는 연소 가스)의 첨가로 인하여 산성이 되는 수용액에서 소화한다. 산성 용액은 금속 실리케이트를 포함하는 물질의 소화를 가속화하기 위하여 산성화된 해수일 수 있으며, 상기 산성화는 해수에 기체 CO2를 버블링(bubbling)하여 탄산으로 포화된 해수를 생산함으로써 제공된다. 일부 실시예에서, 금속 실리케이트를 포함하는 물질 및/또는 기타 암석 및 광물의 소화는 소정 pH 범위를 넘어서 이루어질 수 있는데, 상기 pH 범위는 pH 7.1 내지 pH 6.5, pH 6.5 내지 pH 6.0, pH 6.0 내지 pH 5.5, pH 5.5 내지 pH 5.0, pH 5.0 내지 pH 4.5, pH 4.5 내지 pH 4.0, pH 4.0 내지 pH 3.5, pH 3.5 내지 pH 3.0, pH 3.0 내지 pH 2.5, pH 2.5 내지 pH 2.0, pH 2.0 내지 pH 1.5, pH 1.5 내지 pH 1.0, pH 1.0 내지 pH 0.5, 및 pH 0.5 내지 pH 0.0을 포함한다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 금속 실리케이트를 포함하는 물질의 소화는 pH 7.1과 pH 6.0 사이, pH 7.1과 pH 5.0 사이, pH 6.0과 pH 4.0 사이, pH 6.0과 pH 3.0 사이, pH 6.0과 pH 2.0 사이, 또는 pH 5.0과 pH 0.0 사이에서 이루어진다. 예를 들어, 감람석은 pH 4.8과 pH 7.0 사이의 범위에 있는 pH를 갖는 수용액에서 소화할 수 있는데, 상기 pH는 수용액에서의 CO2의 용해로 인한 것이다. 후속 단계에서 양자 제거제를, SiO2 함유 슬러리 또는 SiO2(및 기타 실리콘계 물질)를 제거한 후 남은 결과 용액(예, Ca2 + 및 Mg2 +을 포함함)에 첨가한다. 양자 제거제의 첨가는, 충분하다면, 탄산염(예, CaCO3, MgCO3)을 포함하는 침전 물질의 침전을 야기할 수 있다. 수성 탄산을 첨가하거나 금속 실리케이트를 포함하는 물질의 현탁액에 CO2를 버블링하는 것과 같은 소정의 산성화 방법은, 후에 탄산염 함유 침전 물질로서 침전될 수 있는 탄산염 이온을 제공한다는 것을 기술자는 이해할 것이다. 더욱이, 소화를 위한 적절한 산에 이어서 결과의 산성 용액의 중화를 위한 적절한 양자 제거제의 선택은 침전 물질 및 최종 생성물에 유익한 이온 종을 도입할 수 있다는 것을 기술자는 이해할 것이다. 또한 적절한 산 및 양자 제거제의 선택은, 기타 수단(예, 침전 물질로부터 NaCl를 제거하기 위한 세정)을 이용하여 유지할 필요가 없는 소정의 이온 종의 형성을 막을 수 있다.
2가 양이온(Ca2 + 및 Mg2 +과 같은 알칼리 토금속 이온) 및 선택적으로는 SiO2를 포함하는 수용액을, 2가 양이온 함유 용액에 침전 조건(즉, 예를 들어, pH에 기반하는 하나 이상의 물질의 침전을 허용하기 위한 조건)을 가하기 전에, 그 동안에, 또는 그 후에, 임의의 시간에 CO2의 공급원에 접촉시킬 수 있다. 따라서, 일부 실시예에서, 탄산염, 및 선택적으로는 SiO2를 포함하는 침전 물질의 형성에 유리한 침전 조건을 2가 양이온의 수용액에 가하기 전에, 상기 수용액을 CO2의 공급원과 접촉시킨다. 일부 실시예에서, 침전 물질의 형성에 유리한 침전 조건을 2가 양이온의 수용액에 주면서 상기 수용액을 CO2의 공급원에 접촉시킨다. 일부 실시예에서, 침전 물질의 형성에 유리한 침전 조건을 2가 양이온의 수용액에 가하기 전에 그리고 그러는 동안 상기 수용액을 CO2의 공급원에 접촉시킨다. 일부 실시예에서, 침전 물질의 형성에 유리한 침전 조건을 2가 양이온의 수용액에 가한 후에 상기 수용액을 CO2의 공급원에 접촉시킨다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 2가 양이온의 수용액을 양자 제거제와 접촉시켜 슬러리를 형성하는데, 이후에 상기 슬러리를, 그것이 통과하게 되는 CO2 함유 가스를 포함하는 수평 접촉 챔버(horizontal contacting chamber)에 액적 생산 시스템에 의하여 도입한다. 예를 들어, 그 내용이 참조로서 본원에 포함되어 있는, 2009년 7월 7일에 출원된 미국 가특허 출원 제 61/223,657호를 참조. 일부 실시예에서, 침전 물질의 형성에 유리한 침전 조건을 2가 양이온의 수용액을 가하기 전에, 그 동안에, 또는 그 후에, 상기 용액을 CO2의 공급원에 접촉시킨다. 일부 실시예에서, 2가 양이온 함유 수용액을 두 번 이상 순환시킬 수 있는데, 여기에서 제 1 침전 순환은 주로 탄산염(예, 탄산 칼슘, 탄산 마그네슘) 및 실리콘계 물질을 제거하고, 부가적인 2가 양이온이 첨가될 수 있는 알칼리 용액을 남기며, 여기에서 금속 실리케이트를 포함하는 부가적인 물질의 소화에 의한 2가 양이온을 포함하는, 부가적인 2가 양이온을 본원에서 공지된 임의의 2가 양이온으로부터 첨가할 수 있다. 이산화탄소는, 2가 양이온을 포함하는 재순환된 용액과 접촉될 때, 부가적인 침전 물질의 침전을 허용하는데, 여기에서 침전 물질은 탄산염, 그리고 선택적으로는 SiO2를 포함한다. 이 실시예에서, 2가 양이온을 첨가하기 전에, 그 동안, 및/또는 그 후에, 제 1의 침전 순환 이후의 수용액을 CO2와 접촉시킬 수 있다는 것을 알 것이다. 일부 실시예에서, 2가 양이온을 가지지 않거나 저농도의 2가 양이온을 갖는 수용액을 CO2 공급원과 접촉시킬 수 있다. 이 실시예에서, 상기 수용액을 재순환시키거나 새로 도입할 수 있다. 이와 같이, CO2를 첨가하는 것과 금속 실리케이트를 포함하는 물질을 소화하는 것에 대한 순서는 변할 수 있다. 예를 들어, 각각이 2가 양이온, SiO2, 또는 둘 다를 제공할 수 있는, 사문석, 감람석 또는 규회석과 같은 금속 실리케이트를를 포함하는 물질을, 예를 들어, 염수, 해수, 또는 담수에 첨가하고, 이어서 CO2를 첨가할 수 있다. 또 다른 실시예에서, CO2를, 예를 들면 염수, 해수 또는 담수에 첨가하고, 이어서 금속 실리케이트를 포함하는 물질을 첨가할 수 있다.
2가 양이온 함유 수용액(선택적으로는 SiO2를 포함함)을 임의의 편리한 프로토콜을 이용하여 CO2 공급원과 접촉시킬 수 있다. CO2 가 기체인 경우, 해당 접촉 프로토콜은, 직접 접촉 프로토콜(예, 수용액을 통하여 CO2 가스를 버블링함), 연속 접촉 수단(즉, 일방향으로 흐르는 가스 스트림과 액체 상태 스트림 사이의 접촉), 역류 수단(즉, 반대로 흐르는 가스 스트림과 액체 상태 스트림 사이의 접촉) 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 이와 같이, 편리한 대로, 주입기(infuser), 버블러(bubbler), 유동 벤츄리 반응기(fluidic Venturi reactor), 스퍼저(sparger), 가스 필터(gas filter), 스프레이(spray), 트레이(tray), 또는 충진된 컬럼 반응기(packed column reactor) 등을 이용하여, 접촉을 이룰 수 있다. 일부 실시예에서, 기체-액체 접촉은, 평평한 젯 노즐(jet nozzle)을 사용하여 용액의 액체 박편을 형성함으로써 이루며, 여기에서 CO2 기체 및 액체 박편은 역류, 병류(co-current) 또는 횡류(crosscurrent) 방향, 또는 임의의 기타 적합한 방식으로 이동한다. 예를 들어, 각각의 내용 그 전체가 참조로서 본원에 포함되어 있는, 2009년 3월 10일에 출원된 미국 가특허 출원 제 61/158,992호, 2009년 5월 14일에 출원된 미국 가특허 출원 제 61/178,475호를 참조. 일부 실시예에서, 기체-액체 접촉을, 전구체를 침전 반응 혼합물에 분무하여 침전 반응 혼합물 전구체의 액적과 CO2의 공급원 사이에서 접촉이 최적화하도록 함으로써 달성한다. 일부 실시예에서, 100 미크론 이하와 같은, 500 미크론 이하의 평균 직경을 갖는 용액의 액적을 CO2 기체 공급원과 접촉시킴으로써, 기체-액체 접촉을 달성한다. 예를 들어, 전체 내용이 참조로서 본원에 포함되어 있는, 2009년 7월 7일에 출원된 미국 가특허 출원 제 61/223,657호를 참조. 일부 실시예에서, 반응을 평형을 향하여 가속화함으로써, 이산화탄소를 용액에 용해하는 것을 가속화하기 위하여 촉매를 이용하며, 이염화 아연(zinc dichloride) 또는 카드뮴과 같은 무기 물질, 또는 효소(예, 탄산 탈수효소(carbonic anhydrase))와 같은 유기 물질일 수 있다.
본 발명의 방법에서, 탄산염 함유 침전 물질 및 상청액(즉, 침전 물질의 침전 후에 남겨진 침전 반응 혼합물의 일부)을 생산하는 데에 충분한 탄산염 화합물 침전 조건을 상기에서 기술된 바와 같이 생산된 소정 부피의 CO2 충진 용액(CO2-charged solution)에 준다. 임의의 편리한 침전 조건을 이용할 수 있는데, 상기 조건은 CO2 충진 침전 반응 혼합물로부터 탄산염 함유 침전 물질(선택적으로는 SiO2를 가짐)을 생산한다. 침전 조건은 원하는 침전 물질을 생산하기 위하여 CO2 충진 침전 반응 혼합물의 물리적 환경을 조절하는 것들을 포함한다. 예를 들어, CO2 충진 침전 반응 혼합물의 온도를 원하는 탄산염 함유 침전 물질 또는 이의 성분(예, CaSO4(s), 예를 들어, 연소 가스 내의 황 함유 가스로부터 생기는 황산염, 또는 해수로부터의 황산염)의 침전이 일어나는 점까지 올릴 수 있다. 이러한 실시예에서, CO2 충진 침전 반응 혼합물의 온도를, 25℃ 내지 45℃를 포함하는, 20℃ 내지 50℃와 같은, 5℃ 내지 70℃의 값으로 올릴 수 있다. 주어진 침전 조건 세트(set)가 0℃ 내지 100℃ 범위의 온도를 갖는 한, 소정 실시예에서 온도를 올려서 원하는 침전 물질을 생산할 수 있다. 소정 실시예에서, 낮은 또는 0의 이산화탄소 방출 공급원(즉, 태양 에너지 공급원, 바람 에너지 공급원, 수소전기 에너지 공급원, 이산화탄소 방출 장치의 연도 가스로부터의 폐열 등)으로부터 생성되는 에너지를 이용하여 침전 반응 혼합물의 온도를 올린다. 일부 실시예에서, 석탄 또는 기타 연료 연소로 인한 연도 가스로부터의 열을 이용하여, 침전 반응 혼합물의 온도를 올릴 수 있다. 또한 압력도 변경할 수 있다. 일부 실시예에서, 주어진 침전 조건 세트에서의 압력은 정상 대기 압력(약 1 bar) 내지 약 50bar이다. 일부 실시예에서, 주어진 침전 조건 세트에서의 압력은 1~2.5bar, 1~5bar, 1~10bar, 10~50bar, 20~50bar, 30~50bar, 또는 40~50bar이다. 일부 실시예에서, 침전 물질의 침전을 주위 조건(즉, 정상 대기 온도 및 압력) 하에서 실시한다. 또한 CO2 충진 침전 반응 혼합물의 pH를 원하는 탄산염 함유 침전 물질의 침전에 적합한 양으로 올릴 수 있다. 이러한 실시예에서, CO2 충진 침전 반응 혼합물의 pH를 침전을 위한 알칼리 수준으로 올리는데, 이 때, 탄산염은 중탄산염보다 유리하다. pH는 pH 11 이상을 포함하는 pH 10 이상과 같은, pH 9 이상으로 올릴 수 있다. 예를 들어, 비산회와 같은 양자 제거제 공급원을 이용하여 침전 반응 혼합물 또는 이의 전구체의 pH를 올릴 때, 상기 pH는 약 pH 12.5 이상일 수 있다.
따라서, 침전 반응 혼합물로부터 원하는 침전 물질을 생산하기 위한 침전 조건 세트는, 상기와 같이, 온도와 pH는 물론이고, 일부 경우에는, 용액 내의 첨가제 및 이온 종의 농도를 포함할 수 있다. 또한 침전 조건은 혼합 비율, 초음파 교반과 같은 교반의 형태, 및 시드 결정(seed crystal), 촉매, 막 또는 기질의 존재와 같은 인자를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 침전 조건은 과포화 조건, 온도, pH, 및/또는 농도 구배, 또는 임의의 이러한 매개인자들을 순화하거나 변화시키는 것을 포함한다. 본 발명에 따른 탄산염 함유 침전 물질을 제조하는 데에 이용되는 프로토콜(시작[예, 금속 실리케이트를 포함하는 물질의 소화]부터 마무리[예, 침전 물질을 건조하거나 침전 물질을 포졸란 물질로 형성함]까지)은 배치, 세미배치, 또는 연속 프로토콜일 수 있다. 세미배치 또는 배치 시스템에 비하여 연속 흐름 시스템에서는, 주어진 침전 물질을 생산하기 위한 침전 조건들이 상이할 수 있다는 것을 알 것이다.
침전 반응 혼합물로부터의 생산에 이어서, 탄산염 함유 침전 물질을 상기 반응 혼합물에서 분리하여 분리된 침전 물질(예, 젖은 케이크(cake))과 상청액을 생산한다. 본 발명에 따른 침전 물질은 SiO2를 함유할 수 있으나, 금속 실리케이트를 포함하는 물질의 소화 후에 실리콘계 물질을 분리한다면, 상기 침전은 SiO2를 아주 거의 함유하지 않거나 전혀 함유하지 않을 수 있다. 침전에 이어서 그리고 분리(예, 건조에 의함) 전에, 침전 물질을 소정 시간 동안 상청액 내에 저장할 수 있다. 예를 들어, 20℃ 내지 25℃와 같은, 1℃ 내지 40℃ 범위의 온도에서, 1 내지 10일 이상과 같은, 1 내지 1000일 이상의 범위 기간 동안에 침전 물질을 상청액 내에 저장할 수 있다. 배수(draining)(예, 침전 물질의 중력 침강에 이어서 배수), 디캔팅(decanting), 여과(예, 중력 여과, 진공 여과, 강제 공기를 이용한 여과), 원심 분리, 가압, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는, 임의의 많은 편리한 접근법을 이용하여, 침전 반응 혼합물에서 침전 물질을 분리한다. 침전 물질에서 대량의 물을 분리하여 침전 물질의 젖은 케이크, 또는 탈수된 침전 물질을 생산한다. 내용이 참조로서 본원에 포함되어 있는, 2009년 4월 16일에 출원된 US 제 61/170086호에 상세히 기술된 바와 같이, Epuramat의 Extrem-Separator (“ExSep”) 액체-고체 분리기, Xerox PARC의 나선형 농축기, 또는 Epuramat의 ExSep 혹은 Xerox PARC의 나선형 농축기의 변형체와 같은 액체-고체 분리기를 이용하여 침전 반응 혼합물에서 침전 물질을 분리한다.
일부 실시예에서, 이어서 결과의 탈수된 침전 물질을 건조하여 생성물(예, 시멘트, 포졸란 시멘트, 또는 저장 안정성 CO2 봉쇄 생성물(storage-stable CO2-sequestering product))을 건조한다. 건조는 침전 물질을 공기 건조함(air-drying)으로써 이룬다. 침전 물질을 공기 건조하는 경우, 공기 건조는 -70℃ 내지 120℃ 범위의 온도에서 실시할 수 있다. 소정 실시예에서, 건조는 동결하여 건조함(freeze-drying)(즉, 동결건조)으로써 이루는데, 여기에서 침전 물질을 동결하고, 주변 압력을 감소시키고, 충분한 열을 가하여 침전 물질 내의 동결된 물이 가스 내로 직접 승화하도록 한다. 또 다른 실시예에서, 침전 물질을 건조하기 위하여 침전 물질을 분무 건조(spray-drying)하는데, 여기에서 침전 물질을 함유하는 액체를 뜨거운 가스(예, 전력 시설로부터의 가스 폐기 스트림)를 통하여 공급함으로써 상기 액체를 건조하며, 여기에서 액체 원료를 분무기를 통하여 주 건조 챔버로 펌핑하고 뜨거운 가스를 분무기 방향에 병행류 또는 역류로 통과시킨다. 특정 건조 프로토콜에 의존하여, 건조 스테이션(station)(하기에 더 상세히 기술됨)을 여과 소자, 동결 건조 구조, 분무 건조 구조 등의 이용을 허용하도록 구성할 수 있다. 소정 실시예에서, 적절한 경우, 전력 시설 또는 유사한 가동 시설로부터의 폐열이 건조 단계를 실행하는 데에 이용될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 상승된 온도(예, 전력 시설 폐열에 의함), 압력 또는 이들의 조합의 이용에 의하여 골재를 생산한다.
상청액에서 침전 물질을 분리하고 나서, 상기 분리된 침전 물질을 원하는 대로 추가적으로 가공할 수 있으나, 침전 물질을 간단히 장기간 저장을 위한 장소로 운반하여, 효과적으로 CO2를 봉쇄할 수 있다. 예를 들어, 탄산염 함유 침전 물질을 장기간 저장 장소, 예를 들어, 지면(저장 안정성 CO2 봉쇄 물질로서) 위에, 지면 아래에, 깊은 해양 내에 등에 운반하여 둘 수 있다.
또한, 침전 공정의 결과 상청액, 또는 침전 물질의 슬러리를 원하는 대로 가공할 수 있다. 예를 들어, 상청액 또는 슬러리를 2가 양이온 함유 수용액의 공급원(예, 해양) 또는 다른 장소로 돌려 보낼 수 있다. 일부 실시예에서, 상기에 기술된 바와 같이, 상기 상청액을 CO2의 공급원과 접촉시켜 부가적인 CO2를 봉쇄할 수 있다. 예를 들어, 상청액을 해양으로 운반하는 일부 실시예에서, 상청액에 존재하는 탄산 이온의 농도를 증가시키기에 충분한 방식으로 상청액을 CO2의 가스 폐기물 공급원과 접촉시킬 수 있다. 상기에 기술된 바와 같이, 접촉은 임의의 편리한 프로토콜을 이용하여 실시할 수 있다. 일부 실시예에서, 상청액은 알칼리 pH를 가지며, pH 5와 9 사이, pH 6과 8.5 사이, 또는 pH 7.5와 8.2 사이의 범위로 pH를 감소시키기에 충분한 방식으로 CO2 공급원과의 접촉을 실시한다.
일부 실시예에서, 금속 실리케이트를 포함하는 물질을 수용액으로 소화하여 2가 양이온, 및 SiO2를 포함하는 물질을 생산하고, 2가 양이온을 용존 이산화탄소와 반응시켜 침전 물질을 생산하는 것을 포함하는 방법이 제공된다. 일부 실시예에서, 상기 방법은, 액체-고체 분리기를 이용하여 침전 물질을 상청액에서 분리하고, 상기 침전 물질을 건조하고, 상기 침전 물질을 가공하여 건축 물질 또는 이의 조합을 생산하는 것을 추가로 포함한다. 이와 같이, 일부 실시예에서, 상기 방법은 액체-고체 분리기를 이용하여 상청액에서 침전 물질을 분리하는 것을 더 포함한다. 이러한 실시예에서, 액체-고체 분리기는 Epuramat의 Extrem-Separator (“ExSep”) 액체-고체 분리기와 같이, 배플(baffle)을 포함하는 액체-고체 분리기에서 선택된다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 상청액이 수집기(collector)에 수집된 침전 물질의 입자들을 편향시키고 이들로부터 분리되는, 배플(baffle)에 거슬러 반응 혼합물을 흘려 보냄으로써, 침전 물질을 침전 반응 혼합물로부터 분리한다. 일부 실시예에서, 액체-고체 분리기는 Xerox PARC의 나선형 농축기와 같은 나선형 농축기를 포함하는 액체-고체 분리기에서 선택된다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 반응 혼합물을 상청액으로부터 침전 물질의 나선형 채널 분리 입자들 내로 흘려 보내고 상기 침전 물질을 일련의 나선형 채널 배출구에 수집함으로써, 침전 물질을 침전 반응 혼합물에서 분리한다. 일부 실시예에서, 상기 방법은 침전 물질을 건조하는 것을 추가로 포함한다. 이러한 실시예에서, 침전 물질을 건조하여 균일한 입자 크기를 갖는 미세한 분말을 형성할 수 있다(즉, 침전 물질은 상대적으로 좁은 입자 크기 분포를 가질 수 있음). 본원에서 더 기술되는 바와 같이, 침전 물질은 1:1000 내지 1000:1 범위의 Ca2 + 대 Mg2 +를 가질 수 있다. MgCO3을 포함하는 침전 물질은 마그네사이트(magnesite), 바링토나이트(barringtonite), 네스퀘호나이트(nesquehonite), 랜스포어다이트(lansfordite), 비정질 탄산 마그네슘, 알티나이트(artinite), 하이드로마그네사이트(hydromagnesite), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. CaCO3를 포함하는 침전 물질은 칼사이트(calcite), 아라고나이트(aragonite), 바테라이트(vaterite), 이카이트(ikaite), 비정질 탄산 칼슘, 모노하이드로칼사이트(monohydrocalcite) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 방법은 침전 물질을 가공하여 건축 물질을 생산하는 것을 추가로 포함한다. 이러한 실시예에서, 건축 물질은 골재, 시멘트, 시멘트 물질, 보충적 시멘트 물질 또는 포졸란이다.
도 2는 탄산염 및 SiO2를 포함하는 침전 물질을 생산하는 방법(100)에 대한 실시예를 제공하는데, 상기 물질은 포졸란 물질로서 이용될 수 있다. 상기 방법(100)은 고철질 광물을 산성 2가 양이온 함유 용액과 접촉시키는 단계(110), 이어서 고철질 광물을 접촉하는데 이용되는 산성 2가 양이온 함유 용액에 양자 제거제를 첨가함으로써 탄산염 및 SiO2를 포함하는 침전 물질을 형성하는 단계(120)를 포함한다. 추가적으로, 상기 방법(100)은 탄산염 및 SiO2를 포함하는 침전 물질로부터 포졸란 물질을 생산하는 단계(130)를 포함한다.
상기와 같이, 금속 실리케이트를 포함하는 물질(예, 금속 실리케이트 광물을 포함하는 암석)은 넓은 범위의 초기 입자 크기를 갖는다. 이와 같이, 이 예에서, 고철질 광물인, 금속 실리케이트를 포함하는 출발 물질을 분쇄하는 것이 바람직하다. 고철질 광물의 파쇄, 그라인딩, 스크리닝, 이어서 선택적으로는 스크리닝된 고철질 물질의 자기적 분리, 및 선택적으로는 분리된 고철질의 열처리(연도 가스로부터의 폐열)를, 화학 처리(예, 화학적 소화) 이전에 크기 감소를 위하여, 이용할 수 있다. 일부 실시예에서, 단계 110에 사용된 고철질 광물은, 산성 2가 양이온 함유 용액과의 반응성을 증가시키기 위하여, 500㎛ 미만의 입자 크기를 가지거나 그 크기로 감소된다. 단계 110에서, 고철질 광물을 산성 2가 양이온 함유 용액과 접촉시킴으로써, SiO2를 포함하는 슬러리를 형성한다. 상기에 기술된 바와 같이, 고철질 광물은 마그네슘과 철을 포함하는 금속 실리케이트이며, 상기 광물은 감람석과 사문석을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 단계 110에서 사용된 고철질 광물은 이러한 고철질 광물의 혼합물일 수 있다. 또한 단계 110에서 사용된 고철질 광물은, 예를 들어, 고철질 암석(예, 현무암)과 조합하여 이용될 수 있다. 나아가, 단계 110에서 사용된 고철질 광물은, 그의 전체 내용이 참조로서 본원에 포함되어 있는, 2009년 6월 17일에 출원된 미국 특허 출원 제 12/486692호에 기술된, 연소 재, 시멘트 가마 먼지, 및/또는, 슬래그와 같은 산업 공정의 폐기 생성물과 함께 이용될 수 있다.
일부 실시예에서, 2가 양이온 함유 용액을 산성화하는 동안에 고철질 광물을 상기 용액에 접촉시키고, 반면에 다른 경우에는, 고철질 광물을 2가 양이온 함유 용액에 접촉하게 하기 전에 상기 용액을 산성화한다. 예를 들어, 2가 양이온 함유 용액으로서 고철질 광물로 충진된 컬럼의 동일한 끝단에 CO2를 포함하는 가스 스트림을 주입하는 동안 상기 컬럼을 2가 양이온 함유 용액에 접촉시킬 수 있다. 유사하게, 산성 용액(예, HCl(aq))을 2가 양이온 함유 용액(CO2를 주입하거나 주입하지 않음)으로서 컬럼의 동일한 끝단에 주입할 수 있다. 대안적으로, 2가 양이온 함유 용액을 고철질 광물에 접촉하게 하기 전에 2가 양이온 함유 용액을 CO2를 포함하는 가스 스트림에 접촉시킬 수 있다. 마찬가지로, 고철질 광물을 2가 양이온 함유 용액과 접촉하게 하기 전에, 고체 형태의 또는 용액 내의 산성을 2가 양이온 함유 용액과 혼합할 수 있다. 2가 양이온 함유 용액의 산성화를, 2가 양이온 함유 용액과 고철질 광물 사이의 접촉 전에 또는 그 동안에, 유사하게 달성할 수 있는데, 이러한 접촉은 탱크 또는 기타 반응 용기 내에서 이루어진다.
고철질 광물의 소화로 인한 실리카는, 예를 들어, 콜로이드 현탁액(예, 슬러리) 또는 젤로서 존재할 수 있다. 실리카는 부분적으로 비정질이거나 완전히 비정질일 수 있다. 일부 실시예에서, 고철질 광물의 소화로 인한 실리카는 부분적으로 비정질일 수 있다. 일부 실시예에서, 고철질 광물의 소화로 인한 실리카는 완전히 비정질일 수 있다. 메타실릭산(metasilicic acid, H2SiO3), 오토실릭산(orthosilicic acid, H4SiO4), 디실릭산(disilicic acid, H2Si2O5), 및/또는 피로실릭산(pyrosilicic acid, H6Si2O7)과 같은 종을 포함하는 실리카는, 실리카산 또는 이의 짝염기로서 존재한다. 또한, H3SiO3, H2SiO3, H4SiO3 등과 같은 실리콘 종이 존재할 수 있다. 실리카에 더하여, 2가 양이온 함유 용액과 고철질 광물의 접촉에 의하여 생산된 슬러리는 실리케이트, 탄산염, 그리고 마그네슘, 알루미늄 및 철의 양이온과 같은 원래의 고철질 광물에 존재하는 다양한 양이온이 풍부할 수 있다. 또한 원래의 고철질 광물의 작은 입자 및 고철질 광물의 다형체가 존재할 수 있다.
일부 실시예에서, 고철질 광물의 소화에 의한 단계 110에서 생산된 슬러리를 가공하여 2가 양이온 함유 용액에서 실리콘계 물질을 분리한다. 이러한 실시예에서, 실리카의 최대 농도를, 예를 들어, 마그네슘과 같은 2가 양이온의 최대 농도 전에 달성할 수 있기 때문에 실리콘계 물질을 분리하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 실리콘계 물질을 응집하거나 및/또는 상기 응결 탱크(settling tank)에서 응결하게 함으로써, 이러한 분리를 달성할 수 있다. 또한, 예를 들어 하이드로 사이클론(hydro cyclone)을 이용한 원심분리와 같은 액체-고체 분리 기술에 의하여 분리를 달성할 수 있다.
단계 120에서, 침전 반응 혼합물(SiO2를 함유하거나 함유하지 않음)의 pH를 탄산염(예, MgCO3, CaCO3)을 포함하는 침전 물질을 침전시키기에 충분한 수준으로 올림으로써, 침전 물질을 형성한다. 일부 실시예에서, 침전 반응 혼합물은 여전히 SiO2와 같은 실리콘계 물질을 포함한다. 이와 같이, 단계 120에서 형성된 침전 물질은 탄산염은 물론이고 실리콘계 물질을 포함한다. 일부 실시예에서, 단계 110에서의 고철질 광물 소화 후에 실리콘계 물질을 제거한다. 이러한 실시예에서, 단계 120에서 형성된 침전 물질은 실리콘계 물질이 거의 없거나 전혀 없는 탄산염을 포함한다. 어떤 경우이든, 양자 제거제를 2가 양이온을 포함하는 산성 용액에 첨가하여 pH를 침전 물질의 침전을 일으키는 데에 충분한 수준으로 증가시킨다. 양자 제거제는 고체, 용액 내의 고체, 또는 액체일 수 있다. 고체 양자 제거제는, 예를 들어, KOH 또는 NaOH와 같은 수산화물을 포함한다. 또한 이러한 수산화물은 용액(예, KOH(aq), NaOH(aq))에 이용될 수 있다. 상기와 같이, 양자 제거제는 고철질 광물(예, 감람석, 사문석), 연소 재(예, 비산회, 바닥재, 보일러 슬래그) 또는 슬래그(예, 철 슬래그, 인 슬래그)를 더 포함할 수 있으며, 여기에서 연소 재와 슬래그는, 그 전체 내용이 참조로서 본원에 포함되어 있는, 2008년 6월 17일에 출원된 미국 가특허 출원 제 61/073,319호에 추가로 기술되어 있다. 일부 실시예에서, 단계 110에서 이용된 고철질 광물은 또한 단계 120에서 양자 제거제로서 첨가된다. 2가 양이온 함유 용액의 pH를 단계 120에서 pH 7과 pH 12 사이, pH 7과 pH 10 사이, pH 7과 pH 9 사이, 또는 pH 7과 pH 8 사이까지 올릴 수 있다. 일부 실시예에서, 2가 양이온 함유 용액의 pH를, pH 14와 같은, pH 9 이상, pH 10 이상, pH 11 이상, pH 12 이상, 또는 pH 13 이상으로 올린다. 일부 실시예에서, 2가 양이온 함유 용액에 양이온 제거제를 첨가하는 단계(120)를, 고철질 광물을 용해하는 단계(110)에서 이용된 반응 용기와는 별도의 반응 용기를 이용하여 실시할 수 있다. 일부 실시예에서, 단계 110과 120 둘 다를 동일한 반응 용기를 이용하여 연속해서 실시한다. 대안적으로, 본원에서 추가로 기술된 바와 같이, 저전압 전기화학적 공정과 같은 전기화학적 공정에 의하여 양자를 제거한다. 또한, 침전 반응 혼합물의 pH를 침전 물질을 침전시키기에 충분한 수준으로 올리는 데에 전기분해 공정이 이용될 수 있다. Castner-Kellner 공정, 격막 세포 공정(diaphragm cell process), 및 막 세포 공정(membrane cell process)을 포함하는 상이한 전기분해 공정이 이용될 수 있다. 전기분해 생성물의 부산물(예, H2, 금속 나트륨)을 회수하여 다른 목적을 위하여 이용할 수 있다. 양자 제거제의 조합을 이용할 때, 양자 제거제를 임의의 순서대로 이용할 수 있다. 예를 들어, 양자 제거제를 첨가하기 전에 2가 양이온 함유 용액은 이미 염기성일 수 있거나(예, 해수), 양자 제거제를 포함하는 염기성 용액을 부가적인 양자 제거제의 첨가에 의하여 더 염기성화할 수 있다. 이러한 임의의 실시예에서, 하기에 더 상세히 기술된 바와 같이, CO2를 양자 제거제 전에, 또는 후에 첨가한다.
하기에 더 상세히 검토되는 바와 같이, 침전 물질은 여러 가지 광물 상태를 포함할 수 있으며, 상이한 광물 상태는, 예를 들어 탄산 마그네슘과 함께 탄산 칼슘을 포함하는 침전 물질을 형성하는 데에 적합한 공동침전 공정에서 온다. 또한 침전 공정은, 탄산 칼슘, 탄산 마그네슘, 탄산 칼슘 마그네슘(예, 백운석), 또는 페로-카르보-알루미노실리케이트(ferro-carbo-aluminosilicate)를 포함하지만 이에 제한되지 않는 단일 광물 상태를 포함하는 침전 물질을 형성하는 데에 적합할 수 있다. 상이한 탄산 광물을 연속적으로 침전시킬 수 있다. 예를 들어, 탄산 칼슘을 포함하는 침전 물질을 제 1 세트의 침전 조건 하에서 하나의 반응기에서 침전시킬 수 있으며, 탄산 마그네슘을 포함하는 침전 물질을 제 2 세트의 침전 조건 하에서 제 2 반응기에 침전시킬 수 있다. 다른 비제한된 예에서, 탄산 칼슘을 포함하는 침전 물질을 침전하기 전에, 탄산 마그네슘을 포함하는 침전 물질을 침전시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 침전은 하나 이상의 수산화물 상태(예, Ca(OH)2, Mg(OH)2)를 포함하는 침전 물질을 생산하는 데에 적합하다. 존재하는 임의의 탄산염 상태 및 수산화물 상태는 완전히 또는 부분적으로 비정질이 되는 침전 물질을 생산하도록, 침전을 구성할 수 있다.
단계 120은 선택적으로는, 탄산염 촉진제(carbonate promoter)를 침전 반응 혼합물에 첨가하는 것을 포함한다. 탄산염 촉진제의 예는, 철, 코발트, 니켈, 망간, 아연, 크롬, 구리, 바륨, 금, 백금, 또는 은과 같은, 저농도의 전이 금속을 포함한다. 침전 반응 혼합물에 철(예, 염화철)을 충분한 양으로 첨가하면 침전 반응 혼합물 내의 철의 농도를 약 0.001ppm(part per million) 내지 500ppm 범위 내로 올릴 수 있다. 예를 들어, 철은 수산화 마그네슘의 형성보다 탄산 마그네슘의 형성을 촉진하는 데에 유용하다. 용어 “촉진제”가 본원에서 사용되는 동안, 철은 탄산염 침전의 속도를 증가시키기보다는 수산화물 침전의 속도를 저해할 수 있음을 알 것이다. 양자 제거제(또는 양자 제거제들의 조합)를 첨가하기 전에, 또는 침전의 시작 혹은 완료 전 어느 때에나, 탄산염 촉진제를 침전 반응 혼합물에 첨가할 수 있다.
단계 120은 선택적으로는 부가적인 반응물을 침전 반응 혼합물에 첨가하는 것을 포함한다. 예를 들어, 부가적인 산 및 양자 제거제를 첨가하여 pH를 원하는 범위로 안정화시킬 수 있다. 산 및 양자 제거제를 적절하게 선택하면, Ca2 + 및 Mg2 +와 같은 보충적 2가 양이온을 첨가할 수 있다. 또한, 산 및 양자 제거제를 적절하게 선택하면, 탄산염 함유 침전 물질의 수율을 증가시킬 수 있는, CO3 2-와 같은 보충적 음이온을 첨가할 수 있다. 일부 실시예에서, 니켈과 같은 전이 금속 촉매는 단계 120에서 첨가되어 침전 공정 동안에 더 큰 입자의 형성을 유도한다. 일부 실시예에서, 침전 반응 혼합물 내로 CO2를 버블링하는 것과 양자 제거제(예, 수산화 칼륨(KOH) 또는 수산화 나트륨(NaOH)과 같은 가용성 수산화 화합물)을 첨가하는 것을 교대로 하면서, pH를 pH 7과 pH 10.5 사이에서 순환시킨다.
일부 실시예에서, 탄산염 함유 침전 물질을 포함하는 침전 반응 혼합물을, 침전 반응 혼합물에서 탄산염 함유 침전 물질을 분리하여 상청액을 남겨 두는 단계에서 가공하는데, 상기 상청액은 사용되지 않는 2가 양이온을 포함할 수 있다. 예를 들어, 침전 물질을 응집하거나 및/또는 응결 탱크에서 응결하게 함으로써, 이러한 액체-고체 분리를 달성할 수 있다. 또한, 원심분리와 같은 액체-고체 분리 기술에 의하여 액체-고체 분리를 달성할 수 있다. 금속 실리케이트를 포함하는 물질의 소화로부터의 실리콘계 물질을 2가 양이온 함유 용액에서 분리하지 않는 실시예(즉, 단계 140을 실시하지 않음)에서, 침전 물질은 실리콘계 물질과 탄산염(예, 탄산 마그네슘, 탄산 칼슘)의 혼합물을 만든다. 또한, 단계 120은 이러한 침전 혼합물(즉, 실리콘-탄산염 함유 침전 물질)을 침전 반응 혼합물에서 분리하는 것을 포함할 수 있다.
단계 130에서, 도 2에서의 방법에 따라 생산된 물질로부터 포졸란 물질을 생산한다. 일부 실시예에서, SiO2와 탄산염 모두를 포함하는 침전 물질을 함께 건조하여 포졸란 물질을 형성한다. 일부 실시예에서, 실리콘계 물질을 2가 양이온 함유 용액으로부터 분리할 경우(선택적인 단계 140), 실리콘계 물질 및 탄산염 함유 침전 물질을 별도로 건조한 후 혼합하여 포졸란 물질을 형성한다. 일부 실시예에서, 실리콘계 물질 및 탄산염 함유 침전 물질 중 하나 또는 둘 다가 젖어 있을 때, 두 물질을 혼합한다. 이러한 실시예에서, 이어서, 이후의 젖은 혼합 물질을 건조하여 포졸란 물질을 생산한다. 선택적으로는, 임의의 상기 물질(예, 실리콘계 물질, 탄산염 함유 침전 물질, 실리콘-탄산염 함유 침전 물질, 젖은 혼합 포졸란 물질)을 건조 전에 물로 세척한다.
여러 물질(예, 침전 물질, 젖은 혼합 포졸란 물질)을 건조하기 위한 하나의 방법이 스프레이 건조이다. 일부 실시예에서, 연소 가스 공급원(예, 석탄 화력 전력 시설로부터의 연도 가스)으로부터의 폐열은 스프레이 건조 침전 물질 또는 실리콘계 물질에 이용된다. 일부 실시예에서, 동일한 연소 가스 공급원으로부터의 CO2 는 이후에 2가 양이온 함유 용액(예, 단계 110에서)을 산성화하는 데에 이용된다. 예를 들어, 그 전체 내용이 참조로서 본원에 포함되어 있는, 2008년 5월 29일에 출원된 미국 가특허 출원 제 61/057,173호에 기술된 바와 같이, 상승된 온도에서 침전 시스템에 들어가는 연소 가스로부터의 폐열은 유리하게는 스프레이 건조 동안에 회수할 있다. 스프레이로 건조된 물질은 구형 모양 또는 낮은 종횡비 모양을 갖는 입자를 가질 수 있으며, 일부 실시예에서는, 입자의 적어도 90%가 약 0.5㎛ 초과 약 100㎛ 미만이고, 약 0.01 m2/g 내지 약 20 m2/g 사이의 표면적을 갖도록 하는 크기를 갖는다. 일부 실시예에서, 건조된 입자는 적어도 75%가 10㎛와 40㎛ 사이 또는 20㎛와 30㎛ 사이의 크기를 갖고, 0.75 내지 3.0m2/g 또는 0.9 내지 2.0m2/g과 같은, 약 0.5 내지 5m2/g의 표면적을 갖는다.
일부 실시예에서, 포졸란 물질은 이후에 사용하기 전에 정제한다(즉, 가공한다). 정제는 임의의 다양한 상이한 정제 프로토콜을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 원하는 물리적 성질(예, 입자 크기, 표면적 등)을 갖는 생성물을 얻기 위하여, 포졸란 물질을 기계적 정제(예, 그라인딩, 밀링)로 처리한다. 일부 실시예에서, 포졸란 물질을 수경 시멘트(예, 보충적인 시멘트 물질, 모래, 골재 등)와 결합시킨다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 성분을 포졸란 물질에 첨가하여(예, 포졸란 물질을 시멘트로서 이용하려 하는 경우) 최종 생성물(예, 콘크리트 또는 모르타르)을 생산하는데, 여기에서 상기 성분은 모래, 골재 및 보충적인 시멘트 물질을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
일부 실시예에서, 본원에 공지된 방법에 의하여 생산된 포졸란 물질을 건출 물질로서 이용한다. 포졸란 물질을 건축 물질로서 이용하기 위하여, 포졸란 물질을 건축 물질로서 이용하도록 가공하거나 빌딩(예, 상업용, 거주용) 및/또는 인프라(예, 도로, 교량, 제방, 댐 등등)를 위한 기존의 건축 물질에 이용되도록 가공할 수 있다. 건축 물질은 이러한 빌딩 및 인프라의 구조적 또는 비구조적 성분의 구성원이 될 수 있다. 포졸란 물질을 건축 물질로서 또는 건축 물질에 이용하는 추가 이점은, 공정 중에 이용된 CO2(예, 가스 폐기 스트림으로부터 얻는 CO2)를 건축 환경에서 효과적으로 봉쇄한다는 것이다. 일부 실시예에서, 본 발명의 침전 시스템은 건축 자재 공장과 공동으로 위치하여, 상기 공동 위치로 인하여 포졸란 물질을 건축 물질로 쉽게 가공하게 한다.
일부 실시예에서, 포졸란 물질을 골재를 생산하는 데에 활용한다. 이러한 골재, 그것의 제조 방법, 및 골재의 이용은, 그 공지 내용 전체가 참조로서 본원에 포함되어 있는, 2008년 5월 29일에 출원된 동시 계류중인 미국 특허 출원 제 12/475,378호에 기술되어 있다.
도 3은 상기에 공지된 다양한 방법을 실시하기 위한 예시적인 시스템(700)을 설명한다. 금속 실리케이트(240)을 포함하는 비가공된 물질을 받은 금속 실리케이트 처리기(processor)(710)는, 금속 실리케이트를 포함하는 물질의 크기를 줄이는 크기 감소 유닛(size-reduction unit) 및 금속 실리케이트를 포함하는 분쇄된 물질을 소화하는 소화기(digester)를 포함한다. 크기 감소 유닛은, 이후의 소화를 위하여, 금속 실리케이트를 포함하는 분쇄된 물질을 파쇄하고, 그라인딩(예, 볼 밀, 제트 밀 등)하고, 선택하기 위한 많은 수의 임의의 많은 상이한 장치를 포함할 수 있다. 소화기는 금속 실리케이트를 포함하는 물질의 소화에 유용할 수 있는 임의의 기타 물질과 함께 금속 실리케이트를 포함하는 분쇄된 물질을 받도록 구성되어 있으며, 상기 기타 물질은 물 및 pH 조정제(예, 산, 양자 제거제 등)를 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 처리기는 필터를 추가로 포함할 수 있는데, 여기에서 필터는 금속 실리케이트를 포함하는 소화된 물질로부터 실리카 및/또는 실리콘계 물질을 제거하도록 구성되어 있다. 금속 실리케이트 처리기(710)에 기능적으로 연결되어 있는 침전 반응 용기(210)는, 금속 실리케이트를 포함하는 소화된 물질, 또는 슬러리 혹은 그의 수용액을 받도록 구성되어 있다. 또한, 침전 반응 용기(210)는 CO2(예, CO2를 포함하는 산업 폐기물 공급원으로부터의 뜨겁거나 냉각된 CO2) 및 임의의 기타 제제(예, 산, 양자 제거제, 촉진제)를 받도록 구성되어 있으며, 이것은 본 발명의 침전 물질 또는 포졸란 물질을 생산하는 데에 유용할 수 있다. 침전 반응 용기는 침전 반응 조건을 조정하고 제어하도록 추가로 구성될 수 있다. 예를 들어, 침전 반응 용기는 온도 탐침 및 열 소자(heating element)를 가질 수 있는데, 이 둘은 침전 반응 혼합물의 온도를 제어하는 데에 이용될 수 있다. 액체-고체 분리기(215)는, 도 3에 보인 바와 같이, 침전 반응 용기(210)에 기능적으로 연결되어 있으며, 침전 반응 용기로부터 침전 반응 혼합물을 받도록 구성되어 있다. 액체-고체 분리기는 침전 반응 혼합물을 두 개의 스트림으로 분리하도록 구성되어 있으며, 상기 스트림들은 상청액 및 침전 물질을 포함한다. 결과의 침전 물질은 원래의 침전 반응 혼합물에 비하여 침전 물질이 더 풍부한 상대적으로 촉촉한 고체 또는 슬러리일 수 있으며, 선택적으로는 이들 중 어느 하나가 농축된 침전 물질을 받도록 구성되는 건조기(720)에 제공될 수 있다. CO2의 산업 폐기물 공급원으로부터의 폐열을 받을 수 있는 건조기(예, 스프레이 건조기(220))는, 건조된 침전 물질 또는 포졸란 물질을 생산하였다.
또한, 도 4는 상기에 공지된 다양한 방법을 실시하기 위한 예시적인 시스템(200)을 보여 준다. 시스템(200)은 수직 컬럼(205), 반응 용기(210), 액체-고체 분리기(215) 및 스프레이 건조기(220)를 포함한다. 또한 시스템(200)은 배기 가스 공급원(225), 2가 양이온 함유 용액의 공급원(230), 양자 제거제의 공급원(235)을 포함한다.
도시된 바와 같이, 수직 컬럼(205)을 금속 실리케이트을 포함하는 물질(240)로 충진할 수 있다. 일부 실시예에서, 금속 실리케이트를 포함하는 물질(240)은 약 500㎛ 이하의 입자 크기를 갖는다. 일부 실시예에서, 금속 실리케이트를 포함하는 물질(240)은 수직 컬럼(205)의 대략 하부의 1/4을 차지한다. 도시된 바와 같이, 수직 컬럼(205)은, 그의 하부에서, 2가 양이온 함유 용액을 받기 위한 액체 입구(245) 및 배기 가스 공급원(225)으로부터, 또는 스프레이 건조기(220)로부터 배기 가스를 직접 받기 위한 가스 입구(250)를 포함한다. 도 4에 도시되지는 않지만, 수직 컬럼(205) 및 입구들(245, 250)은, 수직 컬럼(205)의 기능을 감시하고 제어하는 데에 필요한 밸브, 유량계, 온도 탐침 및 pH 탐침과 같은 장치들을 포함할 수 있다. 마찬가지로, 일부 실시예에서, 선택적으로는, 수직 컬럼(205)은 기계적 교반에 적합하다.
수직 컬럼의 하부는, 2가 양이온 함유 용액 및 CO2를 포함하는 배기 가스가 수직 컬럼(205)의 하부에 들어가서 혼합(탄산을 형성하고 pH를 낮춤)하도록, 구성될 수 있다(보인 바와 같음). 일부 실시예에서, 수직 컬럼(205)은 2가 양이온 함유 용액 및 CO2 함유 배기 가스를 처음에 받는 혼합 유닛(보이지 않음)을 추가로 포함하는데, 여기에서 혼합 유닛은, 2가 양이온 함유 용액이 금속 실리케이트를 포함하는 물질(240)을 만나기 전에, 2가 양이온 함유 용액을 산성화하도록 한다. 혼합 유닛은 수직 컬럼(205)의 하부와 일체로 형성되거나 분리될 수 있다. 특정 구성(즉, 일체 또는 분리)에 관계없이, 혼합 유닛은 수직 컬럼에 기능적으로 부착되어 있어서, 2가 양이온 함유 용액이 금속 실리케이트를 함유하는 물질(240)로 스며들어 금속 실리케이트를 포함하는 물질(240)의 일부를 소화하여 실리콘계 물질 슬러리(선택적으로는 금속 실리케이트를 포함하는 더 소형의 및/또는 비반응된 물질)를 형성하도록 한다. 수직 컬럼(205)은 실리콘계 물질 슬러리가 수직 컬럼(205)을 통하여 원래의 2가 양이온 함유 수용액과는 동일한 흐름 방향으로 상승하게 하는 데에 적합하다. 수직 컬럼(205)은 추가적으로 컬럼의 상부를 배기 가스가 새어 나오도록 하거나 슬러리가 나오도록 하는 데에 적합하다.
수직 컬럼(205)으로부터 나온 배기 가스는, 배기 가스의 공급원(225)으로부터 받은 배기 가스에 처음에 존재했던 CO2 가스의 적어도 일부가 감소되어 있다. 상기 CO2가 감소된 배기 가스(CO2-depleted exhaust gas)는 대기 중으로 직접 내보내거나, 기타 남아있는 구성 성분을 제거하기 위하여 추가로 가공하거나, 공정의 다른 부분에 이용되기 위하여 회수할 수 있다. 일부 실시예에서, 수직 컬럼(205)으로부터 새어 나온 배기 가스는, CO2 농도에 관한 것은 물론이고, 중금속, 중금속 화합물, 특정 물질, 황 화합물(예, Sox), 질소 화합물(예, NOx) 등 중 하나 이상의 농도가 감소되어 있다.
충분한 양의 금속 실리케이트를 포함하는 물질(240)을 소화한 후에, 수직 컬럼(205) 내의 잔여 금속 실리케이트를 포함하는 물질(240)을 금속 실리케이트를 포함하는 새로운 물질(240)로 교체한다. 소화될 금속 실리케이트를 포함하는 물질(240)을 새롭게 충전하는 것에 더하여, 또한 금속 실리케이트를 포함한 물질(240)을 교환하는 것은, 불용성 오염물질이 수직 컬럼(205)에서 제거되게 한다. 일부 실시예에서, 제거되지 않는 불용성 물질은 결과의 침전 물질, 및 궁극적으로는 포졸란 물질 또는 시멘트에 필터로서 혼입될 수 있다. 또한, 금속 실리케이트를 포함하는 물질(240)이 소화되고 입자 크기가 감소함에 따라, 상승하는 2가 양이온 함유 용액은 입자를 수직 컬럼(205)의 충진된 층 부분(bed portion) 밖으로 올려 내보내려는 경향이 있다. 따라서, 소화의 완료점 전에 금속 실리케이트를 포함하는 물질(240)을 교환하는 것도 이러한 문제를 해결한다. 시스템(200)의 연속 기능을 위하여, 일부 수직 컬럼들(205)을 보충을 위하여 꺼내고 다른 수직 컬럼들(205)을 온라인으로 돌려 보내면서 2가 양이온 함유 용액 및 배기 가스 스트림을 하나의 수직 컬럼(205)에서 또 다른 수직 컬럼(205)으로 변경하는 경우, 많은 수의 수직 컬럼(205)을 동시에 이용할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 수직 컬럼(205)에서 생산된 슬러리를 다음에 반응 용기(210)로 옮긴다. 예를 들어, 슬러리를 파이프라인으로 옮길 수 있다. 양자 제거제 공급원(235)으로부터 양자 제거제를 반응 용기(210) 내의 슬러리에 첨가하여 슬러리의 pH를 올려서 탄산염(예, 탄산 칼슘, 탄산 마그네슘)을 포함하는 침전 물질을 생산한다. 일부 실시예에서 침전 물질은 반응 용기(210)의 바닥 위에서 실리콘계 물질과 응결하려는 경향이 있을 것이다. 일부 실시예에서, 양자 제거제가 용액 내에 있는 경우, 양자 제거제의 용액을 반응 용기(210) 내로 펌핑할 수 있다. 고체 형태의 양자 제거제를, 예컨대 컨베이어에 의하여 첨가할 수 있다. 도 4에 도시되어 있지는 않지만, 반응 용기(210)는 반응 용기(210)의 기능을 감시하고 제어하는 데에 필요한 밸브, 유량계, 교반기, 혼합기, 온도 탐침 및 pH 탐침과 같은 장치를 포함할 수 있다. 또한, 예컨대, 기체(예, 이산화탄소, HCl)일 수 있는 산, 또는 용액(예, H2CO3(aq), HCl(aq)) 내의 산에 대한 선택적인 공급원이 도 4에 도시되어 있지 않는다. 반응 용기(210) 내에서 pH의 균형을 맞추기 위하여 산을 이용할 수 있다.
일부 실시예에서, 실리콘계 물질 및 탄산염을 포함하는 침전 물질을 반응 용기(210)에서 꺼낸 후에, 액체-고체 분리기(215)를 사용하여 상기 침전 물질을 침전 반응 혼합물에서 분리한다. 예시적인 액체-고체 분리기(215)는 하이드로사이클론을 포함한다. 액체-고체 분리기(215)에 의하여 제거되는 액체(즉, 상청액)를 버리거나, 역삼투압 정수용 투입을 포함하는 기타 산업 공정에 이용할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 스프레이 건조기(220)는 연도 가스 공급원(225)으로부터의 뜨거운 배기 가스를 받으며, 액체-고체 분리기(215)로부터의 실리콘계 물질 및 탄산염(예, 탄산 칼슘, 탄산 마그네슘)을 포함하는 침전 물질을, 에너지 효율을 최적화하면서, 스프레이 건조기(220) 내에서 건조할 수 있다. 연도 가스 공급원으로부터의 폐열을 이용하여 스프레이 건조기(220) 내에서 건조된 침전 물질은, 제어된 입자 크기, 종횡비, 밀도 및 표면적을 갖는 미세한 분말을 형성하는데, 상기 분말은 포졸란 분말(255)로서 이용될 수 있다. 배기 가스의 열은 스프레이 건조기(220) 내에서 침전 물질을 건조하는 것에 기여하므로, 그것에 의하여 배기 가스는 또한 냉각된다. 유리하게는, 배기 가스의 폐열을 이용하면, 스프레이 건조 전에 공기 또는 일부 기타 가스를 가열할 필요를 줄이거나 심지어는 피할 수 있다. 냉각된 배기 가스를 수직 컬럼(205)으로 유도할 수 있게 하기 위하여, 스프레이 건조기(220)를 밀봉된 챔버(도시되지 않음) 내에 배치하여 스프레이 건조기(220)에서 나오는 배기 가스를 가두게 할 수 있다.
예를 들어, 공지 내용 전체가 참조로서 본원에 포함되어 있는, 2008년 5월 29일에 출원된 미국 가특허 출원 제 61/057,173호에 기술되어 있는 바와 같이, 일부 실시예에서 배기 가스 공급원(225)은 화석 연료 화력 발전 시설, 정제 공장, 또는 대기의 CO2 수준에 비하여 상승된 CO2 농도를 갖는 배기 가스를 방출하는 일부 기타 산업 공정일 수 있다. 일부 실시예에서, 이러한 배기 가스는 연소 반응에 의하여 생산되며 따라서 상기 배기 가스는 연소 반응으로부터의 잔열을 수송한다. 배기 가스 공급원(225)으로부터의 거리가 광범위하다면, 또는 배기 가스가 스프레이 건조의 목적을 위하여 충분히 뜨겁지 않다면, 가스 가열 유닛(보이지 않음)을 배기 가스 공급원(225)과 스프레이 건조기(220) 사이에 배치하여 배기 가스의 온도를 올릴 수 있다. 연소에 의하여 생산된 배기 가스를 산화하는 것에 더하여, 환원 가스가 CO2를 포함하는 한, 배기 가스 공급원(225)은, 합성 가스, 이동 합성 가스, 천연 가스, 수소 등과 같은 환원 가스의 공급원으로 대체될 수 있음을 알 것이다. 기타 적합한 다중 성분 가스 스트림은 터보 충전형 보일러 제품 가스, 석탄 기화 생성물 가스, 이동 석탄 기화 생성물 가스, 혐기성 소화기 생성물 가스, 웰헤드 천연 가스 스트림, 개질 천연 가스 또는 메탄 수화물 등을 포함한다.
일부 실시예에서, 2가 양이온 함유 용액의 공급원(230)은 해수, 염수, 또는 상기에 언급된 바와 같이 일부 기타 2가 양이온 함유 용액으로 충진될 수 있는 홀딩 탱크(holding tank)일 수 있다. 홀딩 탱크는, 2가 양이온 함유 용액을 수직 컬럼(205)에 도입하기 전에, 미사(silt), 모래, 작은 암석 및 기타 입자 물질과 같은 오염물질을 2가 양이온 함유 용액의 밖으로 응결시키게 할 수 있다. 또한 필터를 이용할 수 있다.
도 3은 탄산염 촉진제(promoter)를 반응 용기(210)에 첨가하는 데에 이용할 수 있는 선택적인 촉진제 공급원(310)을 보여 준다. 상기에 검토된 바와 같이, 예시적인 탄산염 촉진제는, 철, 코발트, 니켈, 망간, 아연, 크롬, 구리, 바륨, 금, 백금, 또는 은과 같은 저농도의 전이 금속을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 촉진제 공급원(310)은 탄산염 촉진제를 반응 용기(210) 내로 방출하는 것을 제어하기 위한 조절제(보이지 않음)를 포함할 수 있다. 피드백 시스템(도시되지 않음)은 반응 용기(210) 내에서 탄산염 촉진제의 농도를 감시하는데 이용될 수 있으며, 따라서 조절제를 조정할 수 있다.
도 6은 수직 컬럼(205)과 반응 용기(210) 사이에 배치되는 선택적인 액체-고체 분리기(410)를 보여 준다. 액체-고체 분리기(410)는 수직 컬럼으로부터 슬러리를 받고, 2가 양이온 함유 용액으로부터 실리콘계 물질(예, 실리카, 비반응된 또는 비소화된 실리케이트 등)을 분리하고, 2가 양이온 함유 용액을 반응 용기(210)로 유도한다. 액체-고체 분리기(410)로부터 제거되는 실리콘계 물질은 종종 습식 케이크(wet cake)로 지칭된다. 실리콘계 물질을 세척하기 위한 세척기(420)가 또한 도 6에 도시되어 있는데, 상기 세척기는 액체-고체 분리기(410)로부터 세척수 및 실리콘계 물질을 받는다. 세척기(420)는 가용성 염을 제거하여 세척된 실리콘계 물질 및 사용된 세척수를 생산한다. 이어서 세척기(420)로부터 제거된 실리콘계 물질을 건조하여 미세한 실리콘계 분말을 생산할 수 있다. 일부 실시예에서, 액체-고체 분리기(410) 및 세척기(420)는 단일 유닛과 결합되어 있다. 세척기(420)가 또한 본 시스템(200)에 포함되어 있어서, 탄산염을 포함하는 침전 물질 및 실리콘계 물질을 스프레이 건조기(220) 전에 액체-고체 분리기(215)로부터 받아서 세척할 수 있음을 알 것이다.
도 7은 제 2 반응 용기(510)가 액체-고체 분리기(215)로부터 상청액을 그리고 양자 제거제 공급원(235)으로부터 부가적인 양자 제거제를 받는 시스템(200)을 보여 준다. 이 실시예에서, 반응 용기(210) 내의 조건을 제어하여 제 1 탄산염 함유 침전 물질을 생성하는데, 상기 물질을 액체-고체 분리기(215) 내의 침전 반응 혼합물로부터 제거한다. 액체-고체 분리기(215)로부터의 상청액은, 예를 들어, 양자 제거제 공급원(235)으로부터의 추가적으로 양자 제거제를 첨가하여 제 2 탄산염 함유 침전 물질을 형성하도록 하게 함으로써, 더 염기성으로 만들어진다. 이어서 제 2 액체-고체 분리기(520)에서 제 2 침전 물질을 침전 반응 혼합물로부터 분리한다. 도 6에서와 같이, 제 1 및 제 2 탄산염 함유 침전 물질을 개별적으로 세척하고, 이어서 개별적으로 스프레이 건조하여 두 미세한 분말을 만들 수 있다. 이어서 이들 분말을 실리콘계 물질의 분말과 혼합하여(도 6) 포졸란 물질을 생산한다. 일부 실시예에서, 제 1 탄산염 함유 침전 물질은 탄산 칼슘을 포함하며 제 2 탄산염 함유 침전 물질은 탄산 마그네슘을 포함하고, 이에 반하여, 기타 실시예에서는, 제 1 탄산염 함유 침전 물질은 탄산 마그네슘을 포함하며 제 2 탄산염 함유 물질은 탄산 칼슘을 포함한다.
탄산염 촉진제는 도 5에 보인 반응 용기들(210, 510) 중 어느 하나 또는 둘 다에 첨가할 수 있음을 알 것이다. 탄산염 촉진제를 두 반응 용기(210, 510)에 첨가하는 경우, 상이한 탄산염 촉진제를 사용하거나, 상이한 농도의 동일한 탄산염 촉진제를 사용할 수 있다. 나아가, 도 7은 반응 용기(210)와 같이 양자 제거제의 동일한 공급원(235)으로부터 양자 제거제를 받는 제 2 반응 용기(510)를 보여 주지만, 일부 실시예에서, 제 2 반응 용기(510)는 양자 제거제의 제 2 공급원으로부터 상이한 양자 제거제를 받는다. 더 나아가, 일부 실시예에서, 제 2 반응 용기(510) 내에서 받은 상청액은 더 염기적인 것이라기보다는 더 산성적인 것으로 만들어져서 제 2 탄산염 함유 침전 물질을 생산한다. 상기와 같이, CO2를 포함하는 가스 스트림과의 접촉에 의하여, 또는 산성 용액 또는 가용성 고체 산의 첨가에 의하여, 산성화를 달성할 수 있다. 더욱이, 반응 용기들(210, 510) 내에서 상이한 pH 수준을 유지하고 상이한 탄산염 촉진제를 사용하는 것에 더하거나, 이에 대안적으로, 온도, 압력, 소정 씨드 결정의 존재 등과 같은 기타 조건을 변화시켜 두 반응 용기(210, 510)에 상이한 탄산염 함유 침전 물질을 형성하게 할 수 있다.
조성물과 최종 생성물
본 발명의 침전 물질은 공동 침전으로 인한 몇몇의 탄산염 및/또는 몇몇의 탄산 광물 상태를 포함할 수 있는데, 여기에서 침전 물질은, 예를 들어, 탄산 마그네슘(예, 네스퀘호나이트(nesquehonite))과 함께 탄산 칼슘(예, 칼사이트(calcite))를 포함할 수 있다. 또한 침전 물질은, 탄산 칼슘(예, 칼사이트), 탄산 마그네슘(예, 네스퀘호나이트), 탄산 칼슘 마그네슘(예, 돌로마이트(dolomite)), 또는 페로-카르보-알루미노실리케이트를 포함하지만 이에 제한되지 않는 단일 광물 상태의 단일 탄산염을 포함할 수 있다. 상이한 탄산염을 연속해서 침전시킬 수 있으므로, 침전 물질은, 그것을 얻은 조건에 따라, 하나의 탄산염 상태 및/또는 하나의 광물 상태가 상대적으로 풍부(예, 90% 내지 95%)하거나 실질적으로 풍부(예, 95% 내지 99.9%)할 수 있으며, 또는 침전 물질은 소정 양의 기타 탄산염 및/또는 기타 광물 상태(또는 상태들)를 포함할 수 있는데, 여기에서 원하는 광물 상태는 침전 물질의 50~90%이다. 일부 실시예에서, 침전 물질은 탄산염에 더하여 하나 이상의 수산화물(예, Ca(OH)2, Mg(OH)2)을 포함할 수 있음을 알 것이다. 또한 침전 물질에 존재하는 임의의 탄산염 또는 수산화물이 완전히 또는 부분적으로 비정질일 수 있음을 알 것이다. 일부 실시예에서, 탄산염 및/또는 수산화물은 완전히 비정질이다.
출발 물질의 다양성으로 인하여 많은 상이한 탄소 함유 염 및 화합물이 가능하지만, 탄산 마그네슘, 탄산 칼슘, 또는 이들의 조합을 포함하는 침전 물질이 특히 유용한다. 일부 실시예에서, 침전 물질은, 칼슘 및 마그네슘 둘 다를 포함하는 탄산염 광물인, 돌로마이트(CaMg(CO3)2), 프로토돌로마이트(protodolomite), 훈타이트(huntite, CaMg3(CO3)4), 및/또는 세르기바이트(sergeevite, Ca2Mg11(CO3)13ㆍH2O)를 포함한다. 일부 실시예에서, 침전 물질은 칼사이트, 아라고나이트, 바테라이트, 또는 이들의 조합으로부터 선택되는 하나 이상의 상태의 탄산 칼슘을 포함한다. 일부 실시예에서, 침전 물질은 이카이트(ikaite, CaCO3ㆍ6H2O), 비정질 탄산 칼슘(CaCO3ㆍnH2O), 모노하이드로칼사이트(monohydrocalcite, CaCO3ㆍH2O), 또는 이들의 조합으로부터 선택된 탄산 칼슘의 수화된 형태를 포함한다. 일부 실시예에서, 침전 물질은 탄산 마그네슘을 포함하는데, 여기에서 탄산 마그네슘은 수화수(water of hydration)를 가지지 않는다. 일부 실시예에서, 침전 물질은 탄산 마그네슘을 포함하는데, 여기에서 탄산 마그네슘은 1, 2, 3, 4 또는 5 이상의 수화수로부터 선택된 임의의 많은 상이한 수화수를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 침전 물질은 1, 2, 3, 4 또는 5 이상의 상이한 탄산 마그네슘 상태들을 포함하는데, 여기에서 탄산 마그네슘 상태들은 수화수의 수에 있어서 상이하다. 예를 들어, 침전 물질은 마그네사이트(magnesite, MgCO3), 바링토나이트(barringtonite, MgCO3ㆍ2H2O), 네스퀘호나이트(nesquehonite, MgCO3ㆍ3H2O), 랜스포어다이트(lansfordite, MgCO3ㆍ5H2O), 및 비정질 탄산 마그네슘을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 침전 물질은, 수산화물, 및 아르티나이트{artinite, MgCO3ㆍMg(OH)2ㆍ3H2O}, 하이드로마그네사이트{hydromagnesite, Mg5(CO3)4(OH)2ㆍ3H2O}, 또는 이들의 조합과 같은 수화수를 포함하는, 탄산 마그네슘을 포함한다. 이와 같이, 침전 물질은 본원에 열거된 수화의 다양한 상태 모두 또는 일부로 칼슘, 마그네슘, 또는 이들의 조합의 탄산염을 포함할 수 있다. 또한, 침전 속도는, 원하는 상태를 갖는 용액을 씨딩함으로써 얻은 가장 빠른 침전 속도를 갖는 침전 물질의 성질에 영향을 줄 수 있다. 씨딩이 없다면, 예를 들어, 침전 반응 혼합물의 pH를 빠르게 증가시킴으로써 빠른 침전을 달성할 수 있으며, 그 결과 더 비정질인 구성원을 만든다. 더욱이, pH가 높을수록 침전은 더욱 빨라지는데, 상기 침전은 더 비정질인 침전 물질을 만든다.
침전 동안 주 이온 비율을 조정하여 침전 물질의 성질에 영향을 줄 수 있다. 주 이온 비율은 다형체 형성에 상당한 영향을 준다. 예를 들어, 물에서의 마그네슘:칼슘 비율이 증가할수록, 아라고나이트는 저(low) 마그네슘 칼사이트보다 침전 물질에 있어서 탄산 칼슘의 주요한 다형제가 된다. 저 마그네슘:칼슘 비율에서, 저 마그네슘 칼사이트는 주요한 다형체가 된다. 일부 실시예에서, Ca2+와 Mg2 +가 둘 다 존재하는 경우, 침전 물질 내의 Ca2 + 대 Mg2 +(즉, Ca2 +:Mg2 +)의 비율은, 1:1과 1:2.5 사이; 1:2.5와 1:5 사이; 1:5와 1:10 사이; 1:10과 1:25 사이; 1:25와1:50 사이; 1:50과 1:100 사이; 1:100과 1:150 사이; 1:150과 1:200 사이; 1:200과 1:250 사이; 1:250과 1:500 사이; 1:500과 1:1000 사이, 또는 이들의 범위이다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 침전 물질 내의 Ca2 + 대 Mg2+의 비율은, 1:1과 1:10 사이; 1:5와 1:25 사이; 1:10과 1:50 사이; 1:25와 1:100 사이; 1:50과 1:500 사이; 또는 1:100과 1:1000 사이이다. 일부 실시예에서, 침전 물질 내의 Mg2 + 대 Ca2 +(즉, Mg2 +:Ca2 +)의 비율은, 1:1과 1:2.5 사이; 1:2.5와 1:5 사이; 1:5와 1:10 사이; 1:10과 1:25 사이; 1:25와1:50 사이; 1:50과 1:100 사이; 1:100과 1:150 사이; 1:150과 1:200 사이; 1:200과 1:250 사이; 1:250과 1:500 사이; 1:500과 1:1000 사이, 또는 이들의 범위이다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 침전 물질 내의 Mg2 + 대 Ca2 +의 비율은, 1:1과 1:10 사이; 1:5와 1:25 사이; 1:10과 1:50 사이; 1:25와 1:100 사이; 1:50과 1:500 사이; 또는 1:100과 1:1000 사이이다.
산업적 CO2로부터 유도된 하나 이상의 합성 탄산염을 포함하는 침전 물질은, 산업적 CO2(화석 연료의 연소로부터)를 유도하는 화석 연료(예, 석탄, 석유, 천연 가스 또는 연도 가스)의 상대적인 탄소 동위원소 조성물(δ13C)을 반영한다. ‰{천분률(per mille)} 단위를 갖는 상대적인 탄소 동위원소 조성물(δ13C) 값은, 화석화된 벨렘나이트(belemnite)의 기준{PDB 표준(PDB standard)}에 상대적으로, 두 개의 안정한 탄소 동위원소, 즉 12C 및 13C의 농도의 비율을 측정한 것이다.
δ13C ‰ = [(13C/12C샘플 - 13C/12CPDB 표준) / (13C/12CPDB 기준)] × 1000
이와 같이, 합성 탄산염 함유 침전 물질의 δ13C 값은 CO2 가스 공급원을 위한 핑거프린트(fingerprint)로 기능한다. δ13C 값은 공급원(즉, 화석 연료 공급원) 마다 다를 수 있으나, 본 발명의 조성물의 δ13C 값은 반드시 그런 것은 아니지만, 일반적으로 -9‰과 -35‰ 사이의 범위를 갖는다. 일부 실시예에서, 합성 탄산염 함유 침전 물질의 δ13C 값은, -1‰과 -50‰ 사이, -5‰과 -40‰ 사이, -5‰과 -35‰ 사이, -7‰과 -40‰ 사이, -7‰과 -35‰ 사이, -9‰과 -40‰ 사이, 또는 -9‰과 -35‰ 사이이다. 일부 실시예에서, 합성 탄산염 함유 침전 물질의 δ13C 값은, -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‰, 또는 -45‰ 미만(즉, 더 음의 값을 가짐)이며, 여기에서 δ13C 값이 더 음의 값을 가질수록, 합성 탄산염 함유 조성물은 12C가 더 풍부하다. 임의의 적합한 방법이 δ13C 값을 측정하는 데에 이용될 수 있으며, 상기 방법은 질량 분석법(mass spectrometry) 또는 오프축 통합 캐비티 출력 분광법(off-axis integrated-cavity output spectroscopy, off-axis ICOS)을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
침전 반응의 마그네슘 함유 생성물 및 칼슘 함유 생성물 외에, 본 발명의 방법 및 시스템을 이용하여 실리콘, 알루미늄, 철 및 기타를 포함하는 화합물 및 물질을 또한 제조하여 침전 물질 내에 혼입시킬 수 있다. 침전 물질 내의 이러한 화합물의 침전은, 공정으로 인하여 침전된 물질을 포함하는 시멘트의 반응성을 변경하거나 그것들로부터 만들어진 경화된 시멘트 및 콘크리트의 성질을 바꾸게 한다. 금속 실리케이트를 포함하는 물질을 이들 성분의 하나의 공급원으로서의 침전 반응 혼합물에 첨가하여, 비정질 실리카, 비정질 알루미노실리케이트, 결정질 실리카, 칼슘 실리케이트, 칼슘 알루미나 실리케이트 등과 같은 하나 이상의 성분을 함유하는, 탄산염 함유 침전 물질을 생산한다. 일부 실시예에서, 침전 물질은, 1:1과 1:1.5 사이; 1:1.5와 1:2 사이; 1:2와 1:2.5 사이; 1:2.5와 1:3 사이; 1:3과 1:3.5 사이; 1:3.5와 1:4 사이; 1:4와 1:4.5 사이; 1:4.5와 1:5 사이; 1:5와 1:7.5 사이; 1:7.5와 1:10 사이; 1:10과 1:15 사이; 1:15와 1:20 사이, 또는 이들의 범위의 탄산염:실리카 비율로 탄산염(예, 탄산 칼슘, 탄산 마그네슘) 및 실리카를 포함한다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 침전 물질은, 1:1과 1:5 사이, 1:5와 1:10 사이, 또는 1:5와 1:20 사이의 탄산염:실리카 비율로 탄산염 및 실리카를 포함한다. 일부 실시예에서, 침전 물질은, 1:1과 1:1.5 사이; 1:1.5와 1:2 사이; 1:2와 1:2.5 사이; 1:2.5와 1:3 사이; 1:3과 1:3.5 사이; 1:3.5와 1:4 사이; 1:4와 1:4.5 사이; 1:4.5와 1:5 사이; 1:5와 1:7.5 사이; 1:7.5와 1:10 사이; 1:10과 1:15 사이; 1:15와 1:20 사이, 또는 이들의 범위의 실리카:탄산염 비율로 실리카 및 탄산염(예, 탄산 칼슘, 탄산 마그네슘)을 포함한다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 침전 물질은, 1:1과 1:5 사이, 1:5와 1:10 사이, 또는 1:5와 1:20 사이의 실리카:탄산염 비율로 실리카 및 탄산염을 포함한다. 일반적으로, 본 발명의 방법에 의하여 생산된 침전 물질은 실리콘계 물질과 적어도 하나의 탄산염 상태의 혼합물을 포함한다. 일반적으로, 실리카가 침전 반응 혼합물에 존재한다면(즉, 금속 실리케이트를 포함하는 물질의 소화 후에 실리카가 제거되지 않는다면), 반응 속도가 더 빠를수록, 더 많은 실리카가 탄산염 함유 침전 물질 내에 혼입된다.
침전 물질은 저장 안정성 형태(storage-stable form)(침전 물질을 단순히 건조할 수 있음)로 있을 수 있으며, 연장 기간의 중요한 열화가 있다 하더라도 거의 없이, 예컨대, 1년 이상, 5년 이상, 10년 이상, 25년 이상, 50년 이상, 100년 이상, 250년 이상, 1000년 이상, 10,000년 이상, 1,000,000년 이상, 또는 심지어 100,000,000년 이상, 노출된 조건(즉, 대기에 개방됨) 하에서 지표 위에서 저장할 수 있다. 정상 강우 pH 하에서 지표 상에 저장되는 동안 침전 물질의 저장 안정성 형태는, 있다 하더라도 거의 열화되지 않기 않기 때문에, 생성물로부터의 CO2 가스 방출에 의하여 측정되는 열화의 양이, 있다 하더라도, 매년 5%를 초과하지 않을 것이며, 소정 실시예에서는 매년 1%를 초과하지 않을 것이다. 여러 가지 상이한 환경 조건, 예컨대, 상태가 고요하거나, 바람이 불거나 폭퐁이 일어나는 경우 -100℃ 내지 600℃ 범위의 온도 및 0 내지 100% 범위의 습도 하에서, 침전 물질의 지표 상의 저장 안정성 형태는 안정적이다. 물리적 테스트 방법 및 화학적 테스트 방법을 포함하는 임의의 많은 적합한 방법들이 침전 물질의 안정성을 테스트하는 데에 이용될 수 있는데, 여기에서 상기 방법은 침전 물질 내의 화합물이, 상기 특성화된 안정성을 갖는 것으로 알려진 천연 화합물(예, 석회석)과 유사하거나 동일하다는 것을 결정하는 데에 적합하다.
상술된 바와 같이, 연장 기간{예, 지질학상 시간 척도(geologic time scale)}을 넘어서 안정한 형태로 CO2를 봉쇄하는 탄산염 함유 침전 물질을, 연장 기간 동안 저장할 수 있다. 또한 탄산염 대 실리카의 소정 비율을 달성할 필요가 있다면, 침전 물질을 실리콘계 물질(예, 금속 실리케이트를 포함하는 물질의 소화 후 분리된 실리콘계 물질; 상업적으로 구입할 수 있는 SiO2; 등등으로부터)과 혼합하여 포졸란 물질을 형성할 수 있다. 본 발명의 포졸란 물질은, 수산화 칼슘(Ca(OH)2)과 같은 알칼리와 결합할 때, 칼슘 실리케이트 및 기타 시멘트 물질을 형성함으로써 시멘트 성질을 나타내는, 실리카질(siliceous) 또는 알루미노실리카질(aluminosiliceous) 물질이다. 화산재, 비산회, 실리카퓸, 고반응성 메타카올린, 및 고로슬래그미분말 등과 같은 SiO2 함유 물질은 본 발명의 포졸란 물질을 강화하는 데에 이용될 수 있다. 일부 실시예에서, 본 발명의 포졸란 물질을, 0.5% 내지 1.0%, 1.0% 내지 2.0%, 2.0% 내지 4.0%, 4.0% 내지 6.0%, 6.0% 내지 8.0%, 8.0% 내지 10.0%, 10.0% 내지 15.0%, 15.0% 내지 20.0%, 20.0% 내지 30.0%, 30.0% 내지 40.0%, 40.0% 내지 50.0%, 또는 이의 중첩 범위의 SiO2 함유 물질로 강화한다.
스프레이 건조되는 것에 의하여 형성된 스프레이 건조 물질(spray-dried material)(예, 침전 물질, 실리콘계 물질, 포졸란 물질 등)은, 균일한 입자 크기를 가질 수 있다(즉, 스프레이 건조 물질은 상대적으로 좁은 입자 크기 분포를 가질 수 있음). 이와 같이, 일부 실시예에서, 스프레이 건조 물질의 적어도 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95%, 97%, 또는 99%는, 주어진 평균 입자 직경의 ±10 미크론, ±20 미크론, ±30 미크론, ±40 미크론, ±50 미크론, ±75 미크론, ±100 미크론, 또는 ±250 미크론 내에 있다. 일부 실시예에서, 주어진 평균 입자 직경은 5와 500 미크론 사이에 있다. 일부 실시예에서, 주어진 평균 입자 직경은 50과 250 미크론 사이에 있다. 일부 실시예에서, 주어진 평균 입자 직경은 100과 200 미크론 사이에 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 스프레이 건조 물질의 적어도 70%는 주어진 평균 입자 직경의 ±50 미크론 내에 있는데, 여기에서 주어진 평균 입자 직경은, 50과 250 미크론 사이 또는 100과 200 미크론 사이와 같은, 5와 500 미크론 사이에 있다.
일반적으로, 포졸란 물질은 보통의 포틀랜드 시멘트보다 낮은 시멘트질 성질을 가지나, 수산화 칼슘과 같이 석회가 풍부한 매질(lime-rich media)이 있을 때에, 후기 강도(later day strength)( > 28일)에 대하여 더 좋은 시멘트질 성질을 나타낸다. 포졸란 반응은 시멘트 수화의 동안에 일어나는 반응의 나머지보다 더 느릴 수 있으며, 따라서 본 발명의 포졸란 물질을 포함하는 콘크리트의 단기간 강도는 순수한 시멘트질 물질로 만들어진 콘트리트만큼 높지 않을 수 있다. 강도 표시에 대한 메커니즘은 실리케이트가 석회와 반응하여 2차 시멘트질 상태(저 C/S 비율을 갖는 칼슘 실리케이트 수화물)를 형성하는 것인데, 이것은 보통 7일 후에 점진적으로 강해지는 성질을 보여 준다. 강도 발전의 정도는 궁극적으로 포졸란 물질의 화학적 조성에 달려 있다. 실리콘계 물질(선택적으로는 실리카 및/또는 알루미나가 첨가됨), 특히 비정질 실리콘계 물질의 조성을 증가시키면, 일반적으로 더 좋은 포졸란 반응 및 강도를 생산한다. 실리카퓸 및 고반응성 메타카올린과 같은 고반응성 포졸란은, 본 발명의 침전 물질을 포함하는 콘크리트가 강도를 얻는 속도를 증가시키는 “높은 초기 강도(high early strength)” 콘크리트를 생산할 수 있다.
실리케이트와 알루미노실리케이트를 포함하는 침전 물질은, 정밀하게 나뉜 실리카질 및/또는 알루미노실리카질 물질(예, 실리콘계 물질)의 존재에 의하여, 포졸란 물질로서 시멘트 및 콘크리트 산업에서 쉽게 이용될 수 있다. 실리카질 및/또는 알루미노실리카질 침전 물질은 포틀랜드 시멘트와 배합하거나, 직접 광물 혼화재로서 콘크리트 혼합물에 첨가할 수 있다. 일부 실시예에서, 포졸란 물질은, 결과의 수화 생성물(예, 콘크리트)의 응결 시간, 경화(stiffening) 및 장기간 안정성을 완전하게 하는 비율(상기와 같음)로 칼슘 및 마그네슘을 포함한다. 탄산염의 결정성, 침전 물질 내의 염화물, 황산염, 알칼리 등의 농도를 제어하여 포틀랜드 시멘트와의 상호작용을 개선할 수 있다. 일부 실시예에서, 침전 물질은 실리카의 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%가 45 미크론 미만의 입자 크기(예, 가장 긴 치수에서)를 갖는 실리카를 포함한다. 일부 실시예에서, 실리카질 침전 물질은 알루미노실리카의 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%가 45 미크론 미만의 입자 크기를 갖는 알루미노실리카를 포함한다. 일부 실시예에서, 실리카질 침전 물질은 혼합물의 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%가 45 미크론 미만의 입자 크기(예, 가장 큰 치수에서)를 갖는 실리카 및 알루미노실리카의 혼합물을 포함한다.
본원에 기재된 방법에 의하여 생산된 포졸란 물질은 건축 물질로서 이용될 수 있는데, 상기 물질을 건축 물질로서 이용하도록 가공하거나 빌딩(예, 상업용, 거주용 등) 및/또는 인프라(예, 포장, 도로, 교량, 고가도로, 벽, 제방, 댐 등등)을 위한 기존의 건축 물질에 이용되도록 가공할 수 있다. 건축 물질은 임의의 구조에 포함될 수 있는데, 건물 토대, 주차장 구조물, 건물, 오피스 빌딩, 상업 사무소, 정부 건물 및 지원 구조물(예, 출입문, 울타리 및 기둥을 위한 디딤대)을 추가로 포함하는 구조물은 건축 환경의 일부로 간주된다. 건축 물질은 이러한 구조물의 구조적 또는 비구조적 성분의 구성원일 수 있다. 포졸란 물질을 건축 물질로서 이용하는 추가 이점은 공정 중에 이용된 CO2(예, 가스 폐기 스트림으로부터 얻는 CO2)를 건축 환경에서 효과적으로 봉쇄한다는 것이다.
일부 실시예에서, 본 발명의 포졸란 물질은, 물과 결합한 후에 응결되고 경화되는 수경 시멘트(예, 보통 포틀랜드 시멘트)의 성분으로서 이용된다. 침전 물질을 시멘트 및 물과 결합시킴으로써 생산된 생성물의 응결 및 경화는, 물과의 반응 즉시 시멘트로부터 형성되는 수화물의 생산으로 인한 것인데, 여기에서 수화물은 본질적으로 물에서 불용성이다. 이러한 수경 시멘트, 그의 제조 및 이용에 대한 방법은, 출원의 공지 내용이 참조로서 본원에 포함되어 있는, 2008년 5월 23일에 출원된, 공동 계류 중인 미국 특허 출원 제 12/126,776호에 기술되어 있다. 일부 실시예에서, 시멘트와 배합된 포졸란 물질은, 0.5%와 1.0% 사이, 1.0%와 2.0% 사이, 2.0%와 4.0% 사이, 4.0%와 6.0% 사이, 6.0%와 8.0% 사이, 8.0%와 10.0% 사이, 10.0%와 15.0% 사이, 15.0%와 20.0% 사이, 20.0%와 30.0% 사이, 30.0%와 40.0% 사이, 40.0%와 50.0% 사이, 50%와 60% 사이, 또는 이들 범위의 중량당 포졸란 물질을 갖는다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 시멘트와 배합된 포졸란 물질은 0.5%와 2.0% 사이, 1.0%와 4.0% 사이, 2.0%와 8.0% 사이, 4.0%와 15.0% 사이, 8.0%와 30.0% 사이, 또는 15.0%와 60.0% 사이의 중량당 포졸란 물질을 갖는다.
일부 실시예에서, 포졸란 물질은 기타 시멘트질 물질과 배합하거나 혼화재 또는 골재로서 시멘트와 혼합한다. 본 발명의 모르타르는 건축 블록들(예, 벽돌들)을 함께 결합시키고 건축 블록들 사이의 갭을 채우는 데에 이용된다. 또한 본 발명의 모르타르는, 기타 용도들 중에서, 기존의 구조를 고정(예, 원래의 모르타르가 손상되거나 침식되는 부분을 교체함)하는 데에 이용될 수 있다.
일부 실시예에서, 포졸란 물질은 골재를 생산하는 데에 활용될 수 있다. 일부 실시예에서, 가압 및 이후의 파쇄에 의하여 골재를 침전 물질로부터 생산한다. 일부 실시예에서, 압출에 의하여 그리고 결과의 압출된 물질을 파괴함으로써, 골재를 침전 물질로부터 생산한다. 이러한 골재, 그의 제조 및 이용에 대한 방법은, 공지 내용 전체가 참조로서 본원에 포함되어 있는, 2009년 5월 29일에 출원된, 공동 계류 중인 미국 특허 출원 제 12/475378호에 기술되어 있다.
다음 예는 당업자에게 본 발명의 제조법과 이용법에 대한 완전한 공지 및 기술을 제공하기 위해 제시되며, 본 발명의 범주를 한정하려고 의도되지 않는다. 사용된 수치(예, 양, 온도 등등)에 관하여 정확성을 확보하려는 노력을 하였으나, 일부 실험적 오차 및 편차를 고려해야 할 것이다. 다른 언급이 없는 한, 부(part)는 중량부이고, 분자량은 중량 평균 분자량이며, 온도는 섭씨(℃)이고, 압력은 대기압 또는 이에 근접한 것이다.
예
예 1. 분석 기구와 방법
전량분석( Coulometry ): 샘플을 함유한 액체 및 고체 탄소를 2.0N 과염소산(HClO4)으로 산성화하여 이산화탄소 가스를 캐리어 가스 스트림으로 발생시키고, 이후에 pH 3.0에서 3% w/v 질산 은으로 스크러빙(scrubbing)하여, 무기 탄소 전량계(UIC사, 모델 CM5015)에 의한 분석 전에, 임의의 발생된 황 가스를 제거하였다. 시멘트, 비산회 및 해수의 샘플들을, 과염소산을 첨가한 후에, 가열된 블록을 이용하여 가열하여 샘플의 소화를 보조한다.
Brunauer - Emmett - Teller (“ BET ”) 비표면적: 비표면적(Specific surface area, SSA) 측정은 이질소(dinitrogen)를 이용한 표면 흡수에 의한 것이었다(BET 방법). Flowprep™ 060 샘플 탈가스 시스템(sample degas system)을 이용하여 샘플을 제조한 후에, Micromeritics Tristar™ II 3020 비표면적 및 공극 분석기(Specific Surface Area and Porosity Analyzer)를 이용하여 건조 샘플의 SSA를 측정하였다. 간단히 하면, 샘플 제조는, 이질소가스의 스트림에 노출하여 잔여 수증기, 및 샘플 표면으로부터의 기타 흡수물을 제거하는 동안, 상승된 온도에서 대략 1.0g의 건조 샘플을 탈가스하는 것을 포함하였다. 이후에 샘플 홀더(holder) 내의 퍼지 가스를 비우고, 일련의 증가하는 압력에서(흡수 필름 두께와 관련됨) 이질소 가스에 노출되기 전에 샘플을 냉각하였다. 표면을 덮은 후에, 샘플 홀더 내의 압력의 체계적인 감소에 의하여 이질소를 입자의 표면으로부터 방출하였다. 제거된 가스를 측정하고 총 표면적 측정값으로 바꾸었다.
입자 크기 분석( Particle Size Analysis , “ PSA ”): 정적 광 산란(static light scattering)을 이용하여 입자 크기 분석 및 분포를 측정하였다. 건조 입자를 이소프로필 알코올에 현탁하고, 이중 파장/레이저 구성의 Horiba Particle Size Distribution Analyzer(모델 LA-950V2)를 이용하여 분석하였다. Mie 분산 이론을 이용하여 0.1mm 내지 1000mm의 크기 분율(fration)의 함수로서의 입자군(population of particle)을 계산하였다.
분말 X선 회절 (X- ray Diffraction , “ XRD ”): 분말 X선 회절을 Rigaku Miniflex™ (Rigaku)로 실시하여 결정질 상태를 식별하고 상이한 식별가능한 샘플 상태들의 질량 분율을 추정하였다. 건조한 고체 샘플을 미세한 분말로 핸드 그라인딩하고 샘플 홀더 상에 놓았다. X선 공급원은, 30kV 및 15mA에서 전력이 공급되는 구리 양극(Cu kα)이었다. 분당 2°2θ의 스캔 속도 및 스텝당 0.01°2θ의 스텝 크기로, X선 스캔을 5~90°2θ로 실시하였다. X선 회절 패턴 분석 소프트웨어 Jade™(버전 9, Materials Data사(MDI))를 이용하여 Rietveld 정제에 의하여 X선 회절 프로파일을 분석하였다.
푸리에 변환 적외선( Fourier Transform Infrared , “ FT - IR ”) 분광법: Smart Diffuse Reflectance 모듈이 장착된 Nicolet 380 상에서 FT-IR 분석을 실시하였다. 모든 샘플은 3.5±0.5 mg의 중량을 가졌으며, 0.5g KBr로 핸드 그라인딩하고 이후에, 5분 질소 퍼지 동안 FTIR에 삽입하기 전에 가압하고 평평하게 하였다. 400~4000cm-1 범위로 스펙트럼을 기록하였다.
주사 전자 현미경 검사( Scanning Electron Microscopy , “ SEM ”): 30~65 Pa의 작동 압력에서의 15kV의 고정 가속 전압(fixed acceleration voltage) 및 단일 BSE 반도체 탐지기를 이용하여 Hitachi TM-1000 텅스텐 필라멘트 테이블탑 현미경(tungsten filament tabletop microscope)을 이용하여 SEM을 실시하였다. 탄소계 접착제를 이용하여 고체 샘플을 스테이지에 고정하였고; 젖은 샘플을 분석 전에 흑연 스테이지로 진공 건조하였다. 센서가 165eV의 에너지 분해능으로 11Na-92U의 탐지 범위를 갖는 Oxford Instruments SwiftED-TM 시스템을 이용하여 EDS 분석을 실시하였다.
가용 염화물: 100~200ppm 증분으로 측정되는 리터 용액당 300~6000 mg 염화물의 테스트 범위를 가지는, Chloride QuanTab® Test Strips(제품 번호 2751340)으로 염화물 농도를 결정하였다.
X선 형광법 (X- ray Fluorescence , “ XRF ”): 은 양극 X선 공급원 및 Peltier 냉각 Si(Li) X선 탐지기가 장착된, Thermo Scientific ARL QUANT'X Energy-Dispersive XRF 분광계를 이용하여 고체 분말 샘플의 XRF 분석을 실시하였다. 알루미늄 샘플 컵을 이용하여 상기 샘플을 31mm 펠릿(pellet)이 되도록 가압하였다. 각 샘플에서, 세 개의 상이한 스펙트럼을 모았으며, 그 각각을 특정 원소의 분석을 위하여 조정하였고, 모두 진공 조건 하에서, 첫 번째는 4kV에서 X선 필터를 이용하지 않고, 두 번째는 18kV에서 얇은 은 필터를 이용하고, 세 번째는 30kV에서 두꺼운 은 필터를 이용하였다. 인증 표준 물질과의 교정으로부터 얻은 기본 매개변수(Fundamental Parameters) 분석 방법을 이용하여, WinTrace 소프트웨어를 이용하여 스펙트럼을 분석하였다.
열중량 분석( Thermogravimetric Analysis , “ TGA ”): 동시 TGA/DSC(시차주사열량계, Differential Scanning Calorimetry)를 갖는 TA Instruments SDT Q600으로 고체 분말 샘플의 TGA 분석을 실시하였다. 알루미나 도가니에서, 분당 20℃의 일정한 상승 속도로 실온에서 1000℃까지 가열된 노 안으로 샘플을 두었다. 온도에 따른 중량 손실 프로파일을 Universal Analysis 소프트웨어를 이용하여 분석하였다.
예 2: 감람석의 소화
요약: 감람석을 산으로 소화하였다.
금속 실리케이트 함유 물질: 54.3㎛의 평균 입자 크기를 갖는 감람석을 Olivine사(벨링햄, WA)에서 구하였다. 제트 밀을 사용하여 감람석의 단편을 5.82㎛의 평균 입자 크기로 감소시켰다.
방법: 감람석을 10% HCl(aq)에서 교반함{419.37g 10% HCl에서 5.54g의 감람석(54.3㎛)}으로써, 감람석의 소화를 실온(20~23℃)에서 달성하였다. 전위차 EDTA 적정(potentiometric EDTA titration)에 의하여 수성 마그네슘의 농도를 측정하기 전에 감람석을 4일 동안 침출시켰다.
결과와 관찰: 칼슘 이온 선택 전극을 사용하여 EDTA 적정에 의하여 Mg2 +의 농도를 실험에서 결정하였다. 감람석에 대한 실험은 4일의 침출 후에 0.1564M의 Mg2+ 농도를 내었다.
예 3. 사문석의 소화
요약: 사문석을 산으로 소화하였다.
금속 실리케이트 함유 물질: 사문석을 KC Mining(King City, CA)에서 구하였다.
방법: 사문석을 10% HCl(aq)에서 교반함(415.32g 10% HCl에서 5.03g의 사문석)으로써, 사문석의 소화를 실온(20~23℃)에서 달성하였다. 전위차 EDTA 적정에 의하여 수성 마그네슘의 농도를 측정하기 전에 사문석을 4일 동안 침출시켰다.
결과와 관찰: 칼슘 이온 선택 전극을 사용하여 EDTA 적정에 의하여 Mg2 +의 농도를 실험에서 결정하였다. 사문석에 대한 실험은 4일의 침출 후에 0.1123M의 Mg2+ 농도를 보여 주었다.
예 4. 감람석으로부터 침전 물질의 제조
요약: 원료로서 감람석을 이용하여 탄산염 함유 침전 물질을 제조하였다. 감람석을 산으로 소화하였다. 침전 물질의 침전은 이산화탄소를 주입하는 것과 양자 제거제를 금속 실리케이트 침출액(예, 감람석 침출액)을 포함하는 물질에 첨가하는 것을 포함하였다. 감람석 침출액으로부터 제조된 침전 물질의 특성화는, 확인되지 않은(unidentified) 비정질 실리콘 함유 화합물과 함께, 주로 네스퀘호나이트(77%)이었던 고체 생성물을 나타내었다. 소수 구성원은 할라이트(halite) 및 확인되지 않은 철 염이었다.
금속 실리케이트 함유 물질: 54.3㎛의 평균 입자 크기를 갖는 감람석을 Olivine사(벨링햄, WA)에서 구하였다. 제트 밀을 사용하여 감람석의 단편을 5.82㎛의 평균 입자 크기로 감소시켰다.
방법: 금속 실리케이트를 포함하는 물질을 10% HCl(aq)에서 교반함(475.66g 10% HCl에서 10.01g의 제트 밀로 처리한 감람석(jet milled olivine))으로써, 감람석을 50℃의 온도에서 소화하였다. 수성 마그네슘의 농도를 측정하기 위하여 샘플을 주기적으로 취하였다. 교반을 10시간 동안 유지하고, 그 이후에 혼합물을 실온에서 추가적으로 9시간 동안 두었다. 뜨거운 동안 혼합물을 진공 여과하고, 그 결과의 여과물(404.52 g)을 실온으로 냉각하게 하였다.
여과물을 1시간 넘게 중화하고, 그 이후에 100% CO2를 마그네슘 함유 용액 전체에 두껍게 살포하였다. 교반하면서, 15.01g의 NaOH(s)를 첨가하고 이어서 5.23g의 NaOH(aq)(50% w/w)를 첨가하여, 탄산염 함유 침전 물질을 생산하였다. 침전 반응 혼합물의 최종 pH는 pH 8.9이었다. 침전 반응 혼합물 슬러리를 진공 여과하고, 그 결과의 필터 케이크를 50℃ 오븐에서 17시간 동안 건조하였다.
결정질 상태의 확인을 위하여는 XRD에 의하여, 형태 관찰을 위하여는 SEM에 의하여, 원소 분석을 위하여는 EDS 및 XRF에 의하여, 그리고 퍼센트 중량 무기 탄소의 결정을 위하여는 탄소 전량계에 의하여, 건조된 침전 물질을 특성화하였다.
결과와 관찰: 칼슘 이온 선택 전극을 사용하여 EDTA 적정에 의하여 Mg2 +의 농도를 침출 실험에서 결정하였다. 제트 밀링하고 50℃에서 밤새 침출시켰던 감람석의 침출 샘플은 0.2491M의 Mg2 + 농도를 가졌다.
침전 물질은 19.26g의 황록색의 색조를 지닌, 거친 밝은 회색의 분말을 만들었으며, 이것은 철 염의 존재를 나타내는 것이었다. 침전 물질은 파쇄되기가 매우 쉬웠다. SEM(도 8)은 얇은 결정질 막대 및 비정질 실리카 겔로 주로 구성된 혼합물을 보여 주었다. EDS 측정은 Mg, Si, Fe, Na 및 Cl의 존재를 알려 주었다.
XRD(도 9)는 침전 물질 내에 존재하는 결정질 상태가 네스퀘호나이트(MgCO3ㆍ3H2O) 및 할라이트(NaCl)이었음을 알려 주었다. 또한, 네스퀘호나이트 및 할라이트 외에, EDS 분석에서 다른 원소의 존재와 부합하는 상태가 있음을 제공하는, 비정질 내용물이 존재하였다.
탄소 전량계는, 생성물이, 17.0% CO2로 계산되는 4.65%(±0.06) 무기 탄소이었음을 알려 주었다. 열중량 분석(TGA, 도 10)은, CO2가 네스퀘호나이트로부터 발생되는 범위인 것으로 미리 판단되는, 275℃와 575℃ 사이에서의 17.1% 중량 손실을 결정하였다. XRD 표시, 그리고 TGA와 전량계 결과가 서로 일치하였음(<1% 차이)을 통하여, 생성물이 76.6% 네스퀘호나이트로 구성되어 있음을 계산하였다.
또한, 침전 물질은, 비정질 실리카(SiO2), 즉 실릭산(H4SiO4)의 열 분해 생성물인 것으로 보이는 실리콘계 물질을 함유하였다.
표 1: 침전 물질에 대한 XRF 데이터
예 5: 감람석으로부터 침전 물질의 제조
A. 침전 물질의 제조
요약: 감람석을 탄산의 용액에서 소화하였다. 염기로 KOH를 그리고 촉매로 FeCl3를 사용하여, 소화된 감람석을 포함하는 침전 물질을 침전시켰다.
재료: 8℃ 및 pH=7.87의 379L의 UCSC 해수
병에 담은 가스 CO2
1L의 NaOH 2M 용액
1.5g의 FeCl3 (4ppm)
380.3g의 280 메쉬 감람석
프로토콜: 5.5의 pH를 이룰 때까지 해수에 CO2를 버블링하고, 그 후에 추가적으로 5분 동안 더 버블링하였다. 감람석을 용액에 첨가하고, CO2 버블링을 추가 30분 동안 계속하였다. CO2의 흐름을 정지시키고, 2ppm의 FeCl3을 상기 용액에 첨가하였다. 8.0의 pH를 이룰 때까지 충분한 NaOH를 첨가하고 나서, 추가적으로 2ppm의 FeCl3를 첨가하였다. 9.2의 pH를 이룰 때까지 추가적으로 NaOH를 첨가하였다. 현탁액을 남겨 두어 밤새 응결시켰다. 원심분리에 의하여 침전 물질을 농축하고, 110℃에서 오븐 건조하였다. 수율: 816.08g(2.15gm/L의 해수)
분석: XRD 분석은 침전 물질 내의 아라고나이트(aragonite), 포스테라이트(fosterite) 및 실질적인 비정질 상태의 존재를 알려 준다.
B. 배합된 시멘트의 제조
이 실험에서 사용된 포틀랜드 시멘트 및 침전 물질의 BET 비표면적(specific surface area, “SSA”)이 표 2에 주어져 있다. 응집된 입자를 분해하기 위한 2분의 전초음파(pre-sonicifation) 처리 후에 입자 크기 분포를 결정하였다. 침전 물질은, 그것이 혼합된 포틀랜드 시멘트의 SSA보다 훨씬 높은 SSA를 가졌다.
Figure pct00002
표 2: BET 비표면적
침전 물질(5% 및 20%, 두 상이한 배합물에서)을, 모르타르와 혼합하기 직전에 대략 2분 동안 수작업으로 포틀랜드 시멘트와 배합하였다. 물:시멘트 비율은 5% 교체 수준(유동=114%)에서 110%±5%의 유동 기준(flow criterion)을 만족시켰다. 물:시멘트 비율을 허용된 최대 유동값(유동=121%)을 넘는 20% 교체 수준에서 0.58로 조정하였다.
ASTM C511 저장 조건으로 변화: 플라스틱 박편(98%의 상대 습도를 추정함)으로 덮힌 24시간 동안의 젖은 타월 하에서 정육면체를 경화하였다.
C. 결과
ASTM C109에 따라 압축 강도 발전을 결정하였다. 2” 변의 모르타르 정육면체를 압축 테스트에 이용하였다. 5% 및 20% 침전 물질의 교체 수준을 순수한 포틀랜드 타입 II/V 시멘트 모르타르 및 20% 비산회 F에 의하여 치환된 포틀랜드 타입 II/V 시멘트와 비교하였다.
표 3: 예 5에 대한 시멘트의 특징 기술
예 6: 침전 물질 및 출발 물질의 δ 13 C 값 측정
이 실험에서, 침전 물질 및 출발 물질의 δ13C값을 측정하였다. 병에 담은 이산화황(SO2) 가스와 병에 담은 이산화탄소(CO2) 가스의 혼합물, 및 2가 양이온 및 실리카의 대용 공급원으로서 비산회를 이용하여, 탄산염 함유 침전 물질을 제조하였다. 닫힌 용기에서 과정을 실시하였다.
출발 물질은 상업적으로 구입 가능한 병에 담은 SO2 및 CO2 가스(SO2/CO2 가스 또는 “모의 연도 가스(simulated flue gas)”), 탈이온수 및 비산회의 혼합물이었다.
용기를 탈이온수로 충진하였다. 비화 작용(slaking) 후에 비산회를 탈이온수에 첨가하여, CO2를 대기로 방출하지 않고서 탄산염 함유 침전 물질의 침전에 적합한 pH(알칼리성) 및 2가 양이온 농도를 제공하였다. 알칼리 용액으로부터 침전 물질을 침전시키는 데에 적합한 속도 및 시간으로 SO2/CO2 가스를 살포하였다. 반응의 성분들의 상호 작용을 하도록 충분한 시간을 두었으며, 그 후에 침전 물질을 남아 있는 용액(침전 반응 혼합물)에서 분리하여, 젖은 침전 물질 및 상청액을 만들었다.
공정 출발 물질, 침전 물질 및 상청액의 δ13C 값을 측정하였다. 사용된 분석 시스템은 Los Gatos Research에서 제조한 것이었고, 직접 흡수 분광법을 이용하여 2% 내지 20% CO2 범위의 건조 가스의 δ13C 및 농도 데이터를 제공하였다. 공지된 동원원소 조성물을 갖는 표준 5% CO2를 이용하여 기구를 보정하였으며, 2M 과염소산에서 소화된 트라벨타인(travertine) 샘플 및 IAEA 대리석 #20 샘플로부터 발생한 CO2의 측정값은, 문헌에서 발견된 값들의 허용 가능한 측정 오차 내에 있는 값을 내었다. 주사기를 이용하여 CO2 공급원 가스를 샘플링하였다. CO2 가스를 가스 건조기(Perma Pure MD Gas Dryer, Nafion® 중합체로 제조된 모델 MD-110-48F-4)를 통과시킨 후, 벤치-탑(bench-top) 상업적으로 구입 가능한 탄소 동원원소 분석 시스템 내로 통과시켰다. 가열된 과염소산(2M HClO4)으로 고체 샘플을 우선 소화하였다. CO2 가스를 닫힌 소화 시스템에서 발생시키고, 이어서 가스 건조기 내로 통과시켰다. 거기에서, 가스를 회수하고 분석 시스템 내로 주입하여, δ13C 데이터를 얻었다. 유사하게, 상청액을 소화하여 CO2 가스를 생성하고, 이어서 이것을 건조하고 분석 기구를 통과시켜 δ13C 데이터를 얻었다.
SO2/CO2 가스, 금속 실리케이트 대용(즉, 비산회), 탄산염 함유 침전 물질 및 상청액의 분석으로부터 나오는 측정값이 표 4에 열거되어 있다. 침전 물질 및 상청액의 δ13C 값은, 각각, -15.88‰ 및 -11.70‰이었다. 두 반응 생성물의 δ13C 값은, SO2/CO2 가스(δ13C = -12.45‰), 및 가스로 완전히 연소되지 않은 일부 탄소를 포함하는 비산회(δ13C = -17.46‰)의 혼입을 반영한다. 그 자체가 화석 연료 연소의 생성물인, 비산회는 사용된 CO2보다 더 음의 δ13C를 가졌기 때문에, 침전 물질의 전체 δ13C 값은 CO2 그 자체의 것보다 더 음을 갖는 것을 반영한다. 이 예는 δ13C 값이 탄산염 함유 조성물 물질 내의 주요한 탄소 공급원을 확인하는 데에 이용될 수 있음을 보여 준다.
Figure pct00004
표 4: 예 5의 출발 물질과 생성물에 대한 값(δ13C)
상기 발명은 이해를 명확하게 하기 위한 목적으로 설명과 예를 통해 어느 정도 상세하게 기술되어 있지만, 첨부된 청구범위의 정신 또는 범주를 벗어나지 않고서 소정의 변화 및 변경이 이루어질 수 있다는 것이 본 발명의 교시에 있어서 당업자에게 아주 명백해야 한다. 따라서, 선행 내용은 본 발명의 원리만을 단순히 설명한다. 본원에서 명시적으로 기술하거나 보여주지 않았지만, 당업자는 본 발명의 원리를 구체화시키는 다양한 구성을 고안할 수 있고, 이는 본 발명의 영감 및 범주 내에 포함된다는 것을 알 것이다. 또한, 본원에 언급된 모든 예와 조건 용어는 원칙적으로 독자가 본 발명의 원리를 이해하는 데에 도움을 주고자 하는 것이며, 발명자에 의하여 형성된 개념은 이러한 특별히 언급된 예와 조건에 한정되지 않는 것으로 간주되어야 한다. 또한, 본 발명의 원리, 양태 및 실시예는 물론이고 그의 특정한 예를 열거한 본원의 모든 내용은 구조적 및 이의 기능적 등가물도 포함하는 것으로 의도된다. 추가로, 이러한 등가물은 현재 공지된 등가물 및 앞으로 개발될 등가물, 즉, 구조와 무관하게 동일한 기능을 하는 개발될 임의 요소들을 포함한다. 따라서, 본 발명의 범주는 본원에 보이고 기술되는 예시적인 실시예에 한정되는 것으로 의도되지 않는다. 다음의 청구범위는 본 발명의 범주를 정의하고 이들 청구범위 내의 방법 및 구조와 그것들의 등가물을 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (93)

  1. 방법에 있어서,
    a) 금속 실리케이트를 포함하는 물질을 수용액으로 소화하여 2가 양이온, 및 SiO2를 포함하는 물질을 제조하는 단계와,
    b) 상기 2가 양이온을 용존 이산화탄소(dissolved carbon dioxide)와 반응시켜 침전 물질을 제조하는 단계와,
    c) 상기 침전 물질을 건조하는 단계를
    포함하는, 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 침전 물질은 건조되어 일정한 입자 크기 분포를 갖는 미세한 분말을 형성하는, 방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 금속 실리케이트를 포함하는 상기 물질을 소화하기 전에 상기 금속 실리케이트를 포함하는 상기 물질을 분쇄하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 금속 실리케이트를 포함하는 물질은 암석 또는 광물을 포함하는, 방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 금속 실리케이트를 포함하는 물질은 오소실리케이트(orthosilicate), 이노실리케이트(inosilicate), 필로실리케이트(phyllosilicate) 및 텍토실리케이트(tectosilicate)로 구성되는 그룹에서 선택되는 광물을 포함하는, 방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 오소실리케이트는 감람석류 광물을 포함하는, 방법.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 필로실리케이트는 사문석류 광물을 포함하는, 방법.
  8. 제 5항에 있어서, 상기 금속 실리케이트를 포함하는 상기 물질을 소화하는 것은 산을 이용하여 소화하여 2가 양이온, 및 SiO2를 포함하는 물질을 포함하는 산성 용액을 생산하는 것을 포함하는, 방법.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 산은 HF, HCl, HBr, HI, H2SO4, HNO3, H3PO4, 크롬산, H2CO3, 아세트산, 시트르산, 포름산, 글루콘산, 락트산, 옥살산, 타르타르산, 아스코르브산 및 멜드럼산으로 구성되는 그룹에서 선택되는, 방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 산은 HCl인, 방법.
  11. 제 8항에 있어서, 소화 후에 상기 산성 용액을 양자 제거제와 접촉시키는, 방법.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 산성 용액을 양자 제거제와 접촉하여 염기성 용액으로 만드는, 방법.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 양자 제거제는 NaOH, KOH, Ca(OH)2, 및 Mg(OH)2로 구성되는 그룹에서 선택된 수산화물을 포함하는, 방법.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 수산화물은 NaOH인, 방법.
  15. 제 5항에 있어서, 상기 금속 실리케이트를 포함하는 상기 물질을 소화하는 것은 양자 제거제를 이용하여 소화하여 상기 2가 양이온, 및 SiO2를 포함하는 물질을 포함하는 염기성 용액을 생산하는 것을 포함하는, 방법.
  16. 제 12항 또는 제 15항에 있어서, 상기 2가 양이온은 알칼리 토금속 양이온을 포함하는, 방법.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 알칼리 토금속 양이온은 Ca2 +, Mg2 +, 또는 이들의 조합을 포함하는, 방법.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 침전 물질을 분리하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  19. 제 18항에 있어서, 상기 침전 물질을 액체-고체 분리 장치를 이용하여 상기 염기성 용액으로부터 분리하는, 방법.
  20. 제 19항에 있어서, 상기 액체-고체 분리 장치를 이용한 상기 침전 물질의 분리는 연속(continuous), 세미배치(semi-batch), 또는 배치(batch) 공정인, 방법.
  21. 제 20항에 있어서, 상기 침전 물질의 분리는 연속 공정인, 방법.
  22. 제 1항에 있어서, 상기 침전 물질은 스프레이 건조기(spray dryer)로 건조되는, 방법.
  23. 제 2항에 있어서, 상기 미세한 분말의 적어도 70%는 주어진 평균 직경의 ±50 미크론 이내에 포함되고, 상기 주어진 평균 입자 직경은 5 미크론과 500 미크론 사이에 있는, 방법.
  24. 제 23항에 있어서, 상기 미세한 분말의 적어도 70%는 주어진 평균 직경의 ±50 미크론 이내에 포함되고, 상기 주어진 평균 입자 직경은 50 미크론과 250 미크론 사이에 있는, 방법.
  25. 제 24항에 있어서, 상기 미세한 분말의 적어도 70%는 주어진 평균 직경의 ±50 미크론 이내에 포함되고, 상기 주어진 평균 입자 직경은 100 미크론과 200 미크론 사이에 있는, 방법.
  26. 제 23항에 있어서, 상기 침전 물질은 포졸란 물질(pozzolanic material)을 포함하는, 방법.
  27. 제 23항에 있어서, 상기 침전 물질로부터 포졸란 물질을 생산하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  28. 제 26항 또는 제 27항에 있어서, 상기 포졸란 물질을 시멘트와 배합하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  29. 방법에 있어서,
    a) 금속 실리케이트를 포함하는 물질을 수용액으로 소화하여 2가 양이온, 및 SiO2를 포함하는 물질을 제공하는 단계와,
    b) 상기 SiO2를 포함하는 물질을 상기 수용액으로부터 분리하는 단계와,
    c) 상기 2가 양이온을 용존 이산화탄소와 반응시켜 침전 물질을 생산하는 단계를
    포함하는, 방법.
  30. 제 29항에 있어서, 상기 금속 실리케이트를 포함하는 물질을 소화하기 전에 상기 금속 실리케이트를 포함하는 상기 물질을 분쇄하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  31. 제 30항에 있어서, 상기 금속 실리케이트를 포함하는 물질은 암석 또는 광물을 포함하는, 방법.
  32. 제 31항에 있어서, 상기 금속 실리케이트를 포함하는 물질은 오소실리케이트, 이노실리케이트, 필로실리케이트 및 텍토실리케이트로 구성되는 그룹에서 선택되는 광물을 포함하는, 방법.
  33. 제 32항에 있어서, 상기 오소실리케이트는 감람석류 광물을 포함하는, 방법.
  34. 제 32항에 있어서, 상기 필로실리케이트는 사문석류 광물을 포함하는, 방법.
  35. 제 32항에 있어서, 상기 금속 실리케이트를 포함하는 물질을 소화하는 것은 산을 이용하여 소화하여 2가 양이온, 및 SiO2를 포함하는 물질을 포함하는 산성 용액을 생산하는 것을 포함하는, 방법.
  36. 제 35항에 있어서, 상기 산은 HF, HCl, HBr, HI, H2SO4, HNO3, H3PO4, 크롬산, H2CO3, 아세트산, 시트르산, 포름산, 글루콘산, 락트산, 옥살산, 타르타르산, 아스코르브산 및 멜드럼산으로 구성되는 그룹에서 선택되는, 방법.
  37. 제 36항에 있어서, 상기 산은 HCl인, 방법.
  38. 제 35항에 있어서, 소화 후에 상기 산성 용액을 양자 제거제와 접촉시키는, 방법.
  39. 제 38항에 있어서, 상기 산성 용액을 양자 제거제와 접촉하여 염기성 용액으로 만드는, 방법.
  40. 제 39항에 있어서, 상기 양자 제거제는 NaOH, KOH, Ca(OH)2, 및 Mg(OH)2로 구성되는 그룹에서 선택된 수산화물을 포함하는, 방법.
  41. 제 40항에 있어서, 상기 수산화물은 NaOH인, 방법.
  42. 제 32항에 있어서, 상기 금속 실리케이트를 포함하는 물질을 소화하는 것은 상기 양자 제거제를 이용하여 소화하여 상기 2가 양이온, 및 SiO2를 포함하는 물질을 포함하는 염기성 용액을 생산하는 것을 포함하는, 방법.
  43. 제 39항 또는 제 42항에 있어서, 상기 2가 양이온은 알칼리 토금속 양이온을 포함하는, 방법.
  44. 제 43항에 있어서, 상기 알칼리 토금속 양이온은 Ca2 +, Mg2 +, 또는 이들의 조합을 포함하는, 방법.
  45. 제 44항에 있어서, 상기 SiO2를 포함하는 물질을 상기 수용액으로부터 분리하는 것은 제 1 액체-고체 분리 장치를 이용한 분리를 포함하는, 방법.
  46. 제 45항에 있어서, 상기 제 1 액체-고체 분리 장치를 이용한 분리는 연속, 세미배치, 또는 배치 공정인, 방법.
  47. 제 46항에 있어서, 상기 2가 양이온을 용존 이산화탄소와 반응시킨 후 상기 침전 물질을 분리하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  48. 제 47항에 있어서, 상기 침전 물질을 제 2 액체-고체 분리 장치를 이용하여 상기 염기성 용액으로부터 분리하는, 방법.
  49. 제 48항에 있어서, 상기 제 2 액체-고체 분리 장치를 이용한 상기 침전 물질의 분리는 연속, 세미배치, 또는 배치 공정인, 방법.
  50. 제 49항에 있어서, 상기 침전 물질의 분리는 연속 공정인, 방법.
  51. 제 50항에 있어서, 상기 분리된 SiO2를 포함하는 물질과 상기 분리된 침전 물질을 건조 없이 결합시켜 포졸란 물질을 생산하는, 방법.
  52. 제 50항에 있어서, 포졸란 물질을 생산하기 위해 결합하기 전에 SiO2를 포함하는 분리된 물질 또는 분리된 침전 물질 중 하나를 건조하는, 방법.
  53. 제 50항에 있어서, 포졸란 물질을 생산하기 위해 결합하기 전에 SiO2를 포함하는 분리된 물질과 분리된 침전 물질 각각을 건조하는, 방법.
  54. 제 52항 또는 제 53항에 있어서, 상기 침전 물질, SiO2를 포함하는 물질, 또는 상기 침전 물질과 상기 SiO2를 포함하는 물질 둘 다를 스프레이 건조기로 건조하여 스프레이 건조 물질(spray-dried material)을 생산하는, 방법.
  55. 제 54항에 있어서, 상기 스프레이 건조 물질의 적어도 70%는 주어진 평균 입자 직경의 ±50 미크론 이내에 포함되고, 상기 주어진 평균 입자 직경은 5 미크론과 500 미크론 사이에 있는, 방법.
  56. 제 55항에 있어서, 상기 스프레이 건조 물질의 적어도 70%는 주어진 평균 입자 직경의 ±50 미크론 이내에 포함되고, 상기 주어진 평균 입자 직경은 50 미크론과 250 미크론 사이에 있는, 방법.
  57. 제 56항에 있어서, 상기 스프레이 건조 물질의 적어도 70%는 주어진 평균 입자 직경의 ±50 미크론 이내에 포함되고, 상기 주어진 평균 입자 직경은 100 미크론과 200 미크론 사이에 있는, 방법.
  58. 제 55항에 있어서, 상기 포졸란 물질을 화산재, 비산회(fly ash), 실리카 퓸(silica fume), 고반응성 메타카올린(high reactivity metakaolin), 또는 고로슬래그미분말(ground granulated blast furnace slag)로 강화하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  59. 제 51항 내지 제 53항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 포졸란 물질을 시멘트와 배합하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  60. 제 1항 또는 제 29항의 방법에 의하여 생산되는, 조성물.
  61. 합성 탄산염, 실리콘계 물질, 및 합성 철계 물질을 포함하는 조성물.
  62. 제 61항에 있어서, 상기 합성 탄산염은 아티나이트(artinite), 마그네사이트(magnesite), 하이드로마그네사이트(hydromagnesite), 네스퀘호나이트(nesquehonite) 및 랜스포어다이트(lansfordite)로 구성되는 그룹에서 선택되는 탄산 마그네슘을 포함하는, 조성물.
  63. 제 62항에 있어서, 상기 합성 탄산염은 네스퀘호나이트를 포함하는, 조성물.
  64. 제 62항에 있어서, 상기 조성물은 실리콘계 물질을 35%까지 포함하는, 조성물.
  65. 제 64항에 있어서, 상기 실리콘계 물질은 실리카를 포함하는, 조성물.
  66. 제 65항에 있어서, 상기 실리카는 비정질 실리카를 포함하는, 조성물.
  67. 제 65항에 있어서, 상기 합성 철계 물질은 염화철 또는 탄산철을 포함하는, 조성물.
  68. 제 62항에 있어서, 상기 합성 탄산염은 칼사이트(calcite), 아라고나이트(aragonite) 및 배터라이트(vaterite)로 구성되는 그룹에서 선택되는 탄산 칼슘을 추가로 포함하는, 조성물.
  69. 제 61항에 있어서, 시멘트를 추가로 포함하는, 조성물.
  70. 제 69항에 있어서, 상기 조성물의 80% 이하가 시멘트를 포함하는, 조성물.
  71. 제 69항에 있어서, 상기 조성물의 55% 이하가 실리콘계 물질을 포함하는, 조성물.
  72. 제 61항에 있어서, 상기 조성물은 건축 물질에 이용하는 데에 적합한, 조성물.
  73. 제 61항에 있어서, 상기 조성물은 건축 물질을 포함하는, 조성물.
  74. 제 72항 또는 제 73항에 있어서, 상기 건축 물질은 시멘트, 골재, 시멘트 물질, 또는 보충적 시멘트 물질을 포함하는, 조성물.
  75. 시스템에 있어서,
    a) 금속 실리케이트를 포함하는 물질을 가공하기 위한 처리기와,
    b) 침전 물질을 침전시키기 위한 침전 반응기와,
    c) 상기 침전 물질을 침전 반응 혼합물로부터 분리하기 위한 액체-고체 분리기를
    포함하고,
    상기 침전 반응기는 상기 처리기와 상기 액체-고체 분리기 둘 다에 기능적으로 연결되어 있는, 시스템.
  76. 제 75항에 있어서, 상기 처리기는 상기 메탈 실리케이트를 포함하는 상기 물질을 분쇄하기 위한 크기 감소 유닛(size-reduction unit)을 포함하는, 시스템.
  77. 제 76항에 있어서, 상기 크기 감소 유닛은 볼 밀(ball mill) 또는 제트 밀(jet mill)을 포함하는, 시스템.
  78. 제 76항에 있어서, 상기 처리기는 상기 금속 실리케이트를 포함하는 물질을 소화하기 위한 소화기(digester)를 추가로 포함하는, 시스템.
  79. 제 78항에 있어서, 상기 소화기는 상기 금속 실리케이트를 포함하는 물질을 수용하도록 구성되고, 상기 물질은 감소된 크기를 갖는, 시스템.
  80. 제 79항에 있어서, 상기 소화기는 산 공급원으로부터 산을, 양자 제거제 공급원으로부터 양자 제거제를, 또는 이들의 조합을 수용하도록 추가 구성되는, 시스템.
  81. 제 80항에 있어서, 상기 침전 반응기는 금속 실리케이트를 포함하는 소화된 물질을 수용하도록 구성된, 시스템.
  82. 제 81항에 있어서, 상기 침전 반응기는 이산화탄소의 산업적 공급원으로부터 이산화탄소를 수용하도록 추가 구성된, 시스템.
  83. 제 82항에 있어서, 상기 액체-고체 분리기는 상기 침전 반응기로부터 침전 반응 혼합물을 수용하도록 구성된, 시스템.
  84. 제 83항에 있어서, 상기 액체-고체 분리기는 상기 침전 반응 혼합물로부터 상기 침전 물질을 분리하도록 구성된, 시스템.
  85. 제 75항에 있어서, 건조된 침전 물질을 생산하기 위한 건조기를 추가로 포함하는, 시스템.
  86. 제 85항에 있어서, 상기 건조기는 스프레이 건조기를 포함하는, 시스템.
  87. 제 86항에 있어서, 상기 스프레이 건조기는 상기 액체-고체 분리기로부터 침전 물질을 포함하는 슬러리를 수용하도록 구성되는, 시스템.
  88. 제 87항에 있어서, 상기 스프레이 건조기는 건조된 침전 물질을 생산하도록 구성되고, 상기 건조된 침전 물질의 적어도 70%는 주어진 평균 입자 직경의 ±50 미크론 이내에 포함되며, 상기 주어진 평균 입자 직경은 5 미크론과 500 미크론 사이에 있는, 시스템.
  89. 제 88항에 있어서, 상기 스프레이 건조기는 건조된 침전 물질을 생산하도록 구성되고, 상기 건조된 침전 물질의 적어도 70%는 주어진 평균 입자 직경의 ±50 미크론 이내에 포함되며, 상기 주어진 평균 입자 직경은 50 미크론과 250 미크론 사이에 있는, 시스템.
  90. 제 89항에 있어서, 상기 스프레이 건조기는 건조된 침전 물질을 생산하도록 구성되고, 상기 건조된 침전 물질의 적어도 70%는 주어진 평균 입자 직경의 ±50 미크론 이내에 포함되며, 상기 주어진 평균 입자 직경은 100 미크론과 200 미크론 사이에 있는 시스템.
  91. 제 87항에 있어서, 상기 스프레이 건조기는 이산화탄소의 산업적 공급원으로부터의 폐열을 이용하도록 추가 구성된, 시스템.
  92. 제 91항에 있어서, 상기 이산화탄소의 산업적 공급원은 석탄 화력 전력 시설로부터의 연도 가스를 포함하는, 시스템.
  93. 제 86항에 있어서, 상기 스프레이 건조기는 상기 침전 반응기에 이산화탄소의 열 고갈 산업적 공급원(heat-depleted industrial source)을 제공하도록 추가 구성된, 시스템.
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WOPCT/US2008/088246 2008-12-23
PCT/US2008/088242 WO2010074686A1 (en) 2008-12-23 2008-12-23 Low-energy electrochemical hydroxide system and method
US12/344,019 2008-12-24
US12/344,019 US7887694B2 (en) 2007-12-28 2008-12-24 Methods of sequestering CO2
US12/486,692 US7754169B2 (en) 2007-12-28 2009-06-17 Methods and systems for utilizing waste sources of metal oxides
US12/486,692 2009-06-17

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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101443261B1 (ko) * 2012-12-24 2014-09-19 한국과학기술원 이산화탄소를 탄산화시키는데 사용하기 위한 아미노기를 포함하는 금속 필로실리케이트 및 그를 이용하여 이산화탄소를 탄산화시키는 방법
KR101522317B1 (ko) * 2013-01-16 2015-05-21 한국과학기술원 이산화탄소의 탄산화 및 탈이온화 장치
US9051189B2 (en) 2011-09-28 2015-06-09 Hyundai Motor Company System and method for carbon dioxide solidification
KR20160000287A (ko) * 2014-06-24 2016-01-04 한국과학기술원 아미노기를 포함하는 금속 필로실리케이트가 고정된 고체 기판을 이용하여 이산화탄소를 탄산화시키는 방법
KR101870619B1 (ko) * 2017-02-14 2018-06-25 한국지질자원연구원 철강슬래그로부터 칼슘 및 실리콘 화합물 제조방법
KR20200108063A (ko) * 2018-03-30 2020-09-16 한국해양대학교 산학협력단 해수의 간접탄산화를 이용한 고순도 배터라이트형 및 칼사이트형 탄산칼슘의 제조방법
KR20230036724A (ko) * 2021-09-08 2023-03-15 연세대학교 산학협력단 아민계 흡수제를 이용한 탄산마그네슘의 제조방법

Families Citing this family (68)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102600707B (zh) 2006-03-10 2015-11-11 C-广思技术国际有限公司 二氧化碳分离材料和方法
EA200901435A1 (ru) 2007-05-24 2010-06-30 Калера Корпорейшн Гидравлические цементы, содержащие композиции карбонатных соединений
BRPI0812797A2 (pt) 2007-06-28 2014-12-02 Calera Corp Sistemas e métodos de dessalinização que incluem a precipitação de compostos de carbonato
US7753618B2 (en) 2007-06-28 2010-07-13 Calera Corporation Rocks and aggregate, and methods of making and using the same
US7993616B2 (en) 2007-09-19 2011-08-09 C-Quest Technologies LLC Methods and devices for reducing hazardous air pollutants
US7754169B2 (en) 2007-12-28 2010-07-13 Calera Corporation Methods and systems for utilizing waste sources of metal oxides
US7749476B2 (en) 2007-12-28 2010-07-06 Calera Corporation Production of carbonate-containing compositions from material comprising metal silicates
JP2012513944A (ja) 2007-12-28 2012-06-21 カレラ コーポレイション Ｃｏ２を捕捉する方法
US20100239467A1 (en) 2008-06-17 2010-09-23 Brent Constantz Methods and systems for utilizing waste sources of metal oxides
KR20110038691A (ko) 2008-07-16 2011-04-14 칼레라 코포레이션 전기화학 시스템에서 ｃｏ２를 사용하는 방법
EP2212033A4 (en) 2008-07-16 2013-04-24 Calera Corp FOUR-CELL ELECTROCHEMICAL LOW-ENERGY SYSTEM WITH CARBON DIOXIDE GAS
US7993500B2 (en) 2008-07-16 2011-08-09 Calera Corporation Gas diffusion anode and CO2 cathode electrolyte system
CA2700644A1 (en) 2008-09-11 2010-03-18 Calera Corporation Co2 commodity trading system and method
WO2010039903A1 (en) 2008-09-30 2010-04-08 Calera Corporation Co2-sequestering formed building materials
US8869477B2 (en) 2008-09-30 2014-10-28 Calera Corporation Formed building materials
US9061940B2 (en) 2008-09-30 2015-06-23 Calera Corporation Concrete compositions and methods
US7815880B2 (en) 2008-09-30 2010-10-19 Calera Corporation Reduced-carbon footprint concrete compositions
US7939336B2 (en) 2008-09-30 2011-05-10 Calera Corporation Compositions and methods using substances containing carbon
US9133581B2 (en) 2008-10-31 2015-09-15 Calera Corporation Non-cementitious compositions comprising vaterite and methods thereof
WO2010093716A1 (en) 2009-02-10 2010-08-19 Calera Corporation Low-voltage alkaline production using hydrogen and electrocatlytic electrodes
CA2694959A1 (en) 2009-03-02 2010-09-02 Calera Corporation Gas stream multi-pollutants control systems and methods
WO2010104989A1 (en) 2009-03-10 2010-09-16 Calera Corporation Systems and methods for processing co2
US7993511B2 (en) 2009-07-15 2011-08-09 Calera Corporation Electrochemical production of an alkaline solution using CO2
US8114214B2 (en) 2009-12-31 2012-02-14 Calera Corporation Methods and compositions using calcium carbonate
US8906156B2 (en) 2009-12-31 2014-12-09 Calera Corporation Cement and concrete with reinforced material
NL2004851C2 (nl) * 2010-06-08 2011-12-12 Rijnsburger Holding B V Werkwijze voor het omzetten van metaalhoudende silicaatmineralen tot siliciumverbindingen en metaalverbindingen.
GB201014577D0 (en) 2010-09-02 2010-10-13 Novacem Ltd Binder composition
WO2012028418A1 (en) 2010-09-02 2012-03-08 Novacem Limited Integrated process for producing compositions containing magnesium
US8691175B2 (en) 2011-04-28 2014-04-08 Calera Corporation Calcium sulfate and CO2 sequestration
EP2702009A4 (en) 2011-04-28 2015-02-18 Calera Corp METHODS AND COMPOSITIONS USING CALCIUM CARBONATE AND STABILIZER
SA112330516B1 (ar) 2011-05-19 2016-02-22 كاليرا كوربوريشن انظمة وطرق هيدروكسيد كهروكيميائية مستخدمة لأكسدة المعدن
US9200375B2 (en) 2011-05-19 2015-12-01 Calera Corporation Systems and methods for preparation and separation of products
EA028903B1 (ru) * 2011-06-09 2018-01-31 Ратджерс, Те Стейт Юниверсити Оф Нью Джерси Синтетические составы, способы их производства и применение
CN102247753A (zh) * 2011-07-19 2011-11-23 南京大学 一种利用水镁石封存烟气中二氧化碳的工艺流程
US8999057B2 (en) 2011-09-28 2015-04-07 Calera Corporation Cement and concrete with calcium aluminates
US9714406B2 (en) 2012-09-04 2017-07-25 Blue Planet, Ltd. Carbon sequestration methods and systems, and compositions produced thereby
US20140370242A1 (en) 2013-03-15 2014-12-18 Blue Planet, Ltd. Highly reflective microcrystalline/amorphous materials, and methods for making and using the same
TWI633206B (zh) 2013-07-31 2018-08-21 卡利拉股份有限公司 使用金屬氧化物之電化學氫氧化物系統及方法
WO2015164589A1 (en) 2014-04-23 2015-10-29 Calera Corporation Methods and systems for utilizing carbide lime or slag
US9957621B2 (en) 2014-09-15 2018-05-01 Calera Corporation Electrochemical systems and methods using metal halide to form products
WO2016077368A1 (en) 2014-11-10 2016-05-19 Calera Corporation Measurement of ion concentration in presence of organics
US10399862B2 (en) * 2015-01-14 2019-09-03 Imerys Usa, Inc. Process for treating a sulfurous fluid to form gypsum and magnesium carbonate
WO2016149365A1 (en) 2015-03-16 2016-09-22 Calera Corporation Ion exchange membranes, electrochemical systems, and methods
US10266954B2 (en) 2015-10-28 2019-04-23 Calera Corporation Electrochemical, halogenation, and oxyhalogenation systems and methods
TWI618577B (zh) * 2016-02-01 2018-03-21 新綠科學股份有限公司 金屬碳酸鹽之製造方法及其所用之觸媒
US10236526B2 (en) 2016-02-25 2019-03-19 Calera Corporation On-line monitoring of process/system
WO2017189680A1 (en) 2016-04-26 2017-11-02 Calera Corporation Intermediate frame, electrochemical systems, and methods
CN106390703A (zh) * 2016-05-26 2017-02-15 河北工程大学 无线传感器网络及赤泥控制燃煤脱硫的系统
US11247940B2 (en) 2016-10-26 2022-02-15 The Regents Of The University Of California Efficient integration of manufacturing of upcycled concrete product into power plants
EP3532445A4 (en) * 2016-10-26 2020-06-17 The Regents of The University of California EFFICIENT INTEGRATION OF THE PRODUCTION OF AN UPCYCLING CONCRETE PRODUCT IN POWER PLANTS
US10619254B2 (en) 2016-10-28 2020-04-14 Calera Corporation Electrochemical, chlorination, and oxychlorination systems and methods to form propylene oxide or ethylene oxide
CN106757119B (zh) * 2016-12-09 2019-02-26 大连理工大学 一种用于实现co2捕获与矿化封存的电化学系统
WO2019006352A1 (en) 2017-06-30 2019-01-03 The Regents Of The University Of California CO2 MINERALIZATION IN PRODUTED AND INDUSTRIAL EFFLUENT WATER BY PH CHANGE CARBONATION
AU2018318087A1 (en) 2017-08-14 2020-03-05 Construction Research & Technology Gmbh Mitigation of alkali-silica reaction in concrete using readily-soluble chemical additives
WO2019060345A1 (en) 2017-09-19 2019-03-28 Calera Corporation SYSTEMS AND METHODS USING LANTHANIDE HALIDE
US10590054B2 (en) 2018-05-30 2020-03-17 Calera Corporation Methods and systems to form propylene chlorohydrin from dichloropropane using Lewis acid
US11384029B2 (en) 2019-03-18 2022-07-12 The Regents Of The University Of California Formulations and processing of cementitious components to meet target strength and CO2 uptake criteria
EP3766834A1 (en) * 2019-07-18 2021-01-20 SCW Systems B.V. Process for converting hydrocarbons to products
CN115443252A (zh) 2020-02-25 2022-12-06 艾瑞莱克公司 用于处理石灰以形成球霰石的方法和系统
JP2021191732A (ja) * 2020-06-05 2021-12-16 三菱マテリアル株式会社 セメント製造排ガスからの有価物製造方法
KR20230030619A (ko) 2020-06-30 2023-03-06 아렐락, 인크. 전기 가마를 이용하여 하소된 석회석으로부터 바테라이트를 형성하기 위한 방법들 및 시스템들
US11717802B2 (en) 2021-03-04 2023-08-08 Energy And Environmental Research Center Foundation Methods of treating metal carbonate salts
US11858819B2 (en) 2021-03-04 2024-01-02 Energy And Environmental Research Center Foundation Methods of producing a syngas composition
ES2932562B2 (es) 2021-07-13 2023-09-25 Primlab Global S L Composicion mineral con propiedades antimicrobianas para la mineralizacion de co2 y la oxidaccion de compuestos volatiles
NO347535B1 (en) * 2022-02-15 2023-12-18 Restone As Cement Replacement Mixture
WO2023200905A1 (en) * 2022-04-12 2023-10-19 Carbonbuilt Process for production of hydraulic-carbonating binder systems through mechanochemical activation of minerals
CN115069086A (zh) * 2022-06-14 2022-09-20 西南石油大学 一种可控加快玄武岩固碳速率的方法
NO20220808A1 (en) * 2022-07-19 2024-01-22 Restone As Activation of filler in concrete

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2626885C2 (de) * 1976-06-16 1978-05-03 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V., 8000 Muenchen Verfahren zum Aufschluß von Alkali-Erdalkali-silicathaltigem Material zur Gewinnung von Alkalisilicat- oder Alkalicarbonatlösungen und Stoffen mit großer spezifischer Oberfläche
AU592408B2 (en) * 1986-01-07 1990-01-11 Ausmintec Corp. Limited Magnesium cement
US5009869A (en) * 1987-12-28 1991-04-23 Electrocinerator Technologies, Inc. Methods for purification of air
US5246551A (en) * 1992-02-11 1993-09-21 Chemetics International Company Ltd. Electrochemical methods for production of alkali metal hydroxides without the co-production of chlorine
US20040213705A1 (en) * 2003-04-23 2004-10-28 Blencoe James G. Carbonation of metal silicates for long-term CO2 sequestration
US7604787B2 (en) * 2003-05-02 2009-10-20 The Penn State Research Foundation Process for sequestering carbon dioxide and sulfur dioxide
US7727374B2 (en) * 2004-09-23 2010-06-01 Skyonic Corporation Removing carbon dioxide from waste streams through co-generation of carbonate and/or bicarbonate minerals
WO2007060149A1 (en) * 2005-11-23 2007-05-31 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. A process for sequestration of carbon dioxide by mineral carbonation

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9051189B2 (en) 2011-09-28 2015-06-09 Hyundai Motor Company System and method for carbon dioxide solidification
KR101443261B1 (ko) * 2012-12-24 2014-09-19 한국과학기술원 이산화탄소를 탄산화시키는데 사용하기 위한 아미노기를 포함하는 금속 필로실리케이트 및 그를 이용하여 이산화탄소를 탄산화시키는 방법
KR101522317B1 (ko) * 2013-01-16 2015-05-21 한국과학기술원 이산화탄소의 탄산화 및 탈이온화 장치
KR20160000287A (ko) * 2014-06-24 2016-01-04 한국과학기술원 아미노기를 포함하는 금속 필로실리케이트가 고정된 고체 기판을 이용하여 이산화탄소를 탄산화시키는 방법
KR101870619B1 (ko) * 2017-02-14 2018-06-25 한국지질자원연구원 철강슬래그로부터 칼슘 및 실리콘 화합물 제조방법
KR20200108063A (ko) * 2018-03-30 2020-09-16 한국해양대학교 산학협력단 해수의 간접탄산화를 이용한 고순도 배터라이트형 및 칼사이트형 탄산칼슘의 제조방법
KR20230036724A (ko) * 2021-09-08 2023-03-15 연세대학교 산학협력단 아민계 흡수제를 이용한 탄산마그네슘의 제조방법

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