KR20220058908A - 칼슘 보유 암석 및 광물로부터 칼슘 산화물 또는 일반 포틀랜드 시멘트를 제조하는 방법 - Google Patents

칼슘 보유 암석 및 광물로부터 칼슘 산화물 또는 일반 포틀랜드 시멘트를 제조하는 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20220058908A
KR20220058908A KR1020227008064A KR20227008064A KR20220058908A KR 20220058908 A KR20220058908 A KR 20220058908A KR 1020227008064 A KR1020227008064 A KR 1020227008064A KR 20227008064 A KR20227008064 A KR 20227008064A KR 20220058908 A KR20220058908 A KR 20220058908A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
calcium
acid
calcium salt
forming
aqueous
Prior art date
Application number
KR1020227008064A
Other languages
English (en)
Inventor
코디 이. 핀케
휴고 에프. 린드리
Original Assignee
캘리포니아 인스티튜트 오브 테크놀로지
브림스톤 에너지 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 캘리포니아 인스티튜트 오브 테크놀로지, 브림스톤 에너지 인코포레이티드 filed Critical 캘리포니아 인스티튜트 오브 테크놀로지
Publication of KR20220058908A publication Critical patent/KR20220058908A/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B7/00—Hydraulic cements
    • C04B7/36—Manufacture of hydraulic cements in general
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2/00—Lime, magnesia or dolomite
    • C04B2/10—Preheating, burning calcining or cooling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B17/00—Sulfur; Compounds thereof
    • C01B17/69—Sulfur trioxide; Sulfuric acid
    • C01B17/74—Preparation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
    • C01F7/00—Compounds of aluminium
    • C01F7/48—Halides, with or without other cations besides aluminium
    • C01F7/56—Chlorides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B11/00—Calcium sulfate cements
    • C04B11/005—Preparing or treating the raw materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B11/00—Calcium sulfate cements
    • C04B11/28—Mixtures thereof with other inorganic cementitious materials
    • C04B11/30—Mixtures thereof with other inorganic cementitious materials with hydraulic cements, e.g. Portland cements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2/00—Lime, magnesia or dolomite
    • C04B2/005—Lime, magnesia or dolomite obtained from an industrial by-product
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B22/00—Use of inorganic materials as active ingredients for mortars, concrete or artificial stone, e.g. accelerators, shrinkage compensating agents
    • C04B22/06—Oxides, Hydroxides
    • C04B22/062—Oxides, Hydroxides of the alkali or alkaline-earth metals
    • C04B22/064—Oxides, Hydroxides of the alkali or alkaline-earth metals of the alkaline-earth metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
    • C04B28/04—Portland cements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/14—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing calcium sulfate cements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B40/00—Processes, in general, for influencing or modifying the properties of mortars, concrete or artificial stone compositions, e.g. their setting or hardening ability
    • C04B40/0028—Aspects relating to the mixing step of the mortar preparation
    • C04B40/0039—Premixtures of ingredients
    • C04B40/0046—Premixtures of ingredients characterised by their processing, e.g. sequence of mixing the ingredients when preparing the premixtures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B7/00—Hydraulic cements
    • C04B7/02—Portland cement
    • C04B7/04—Portland cement using raw materials containing gypsum, i.e. processes of the Mueller-Kuehne type
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B7/00—Hydraulic cements
    • C04B7/14—Cements containing slag
    • C04B7/147—Metallurgical slag
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B7/00—Hydraulic cements
    • C04B7/24—Cements from oil shales, residues or waste other than slag
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B7/00—Hydraulic cements
    • C04B7/24—Cements from oil shales, residues or waste other than slag
    • C04B7/246—Cements from oil shales, residues or waste other than slag from waste building materials, e.g. waste asbestos-cement products, demolition waste
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B7/00—Hydraulic cements
    • C04B7/24—Cements from oil shales, residues or waste other than slag
    • C04B7/26—Cements from oil shales, residues or waste other than slag from raw materials containing flue dust, i.e. fly ash
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B7/00—Hydraulic cements
    • C04B7/36—Manufacture of hydraulic cements in general
    • C04B7/38—Preparing or treating the raw materials individually or as batches, e.g. mixing with fuel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B7/00—Hydraulic cements
    • C04B7/36—Manufacture of hydraulic cements in general
    • C04B7/38—Preparing or treating the raw materials individually or as batches, e.g. mixing with fuel
    • C04B7/42—Active ingredients added before, or during, the burning process
    • C04B7/421—Inorganic materials
    • C04B7/422—Elements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B7/00—Hydraulic cements
    • C04B7/36—Manufacture of hydraulic cements in general
    • C04B7/38—Preparing or treating the raw materials individually or as batches, e.g. mixing with fuel
    • C04B7/42—Active ingredients added before, or during, the burning process
    • C04B7/421—Inorganic materials
    • C04B7/424—Oxides, Hydroxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/22—Inorganic acids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C1/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of solutions
    • C25C1/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of solutions or iron group metals, refractory metals or manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G49/00—Compounds of iron
    • C01G49/14—Sulfates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C1/00—Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon
    • C07C1/32—Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon starting from compounds containing hetero-atoms other than or in addition to oxygen or halogen
    • C07C1/325—Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon starting from compounds containing hetero-atoms other than or in addition to oxygen or halogen the hetero-atom being a metal atom
    • C07C1/328—Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon starting from compounds containing hetero-atoms other than or in addition to oxygen or halogen the hetero-atom being a metal atom the hetero-atom being an alkali metal atom
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/10—Production of cement, e.g. improving or optimising the production methods; Cement grinding
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/40—Production or processing of lime, e.g. limestone regeneration of lime in pulp and sugar mills

Abstract

본 발명의 양태는 시멘트 물질을 생산하는 방법으로서, 칼슘-보유 출발 물질을 제1 산과 반응시켜 수성 제1 칼슘 염을 생성시키는 제1 반응 단계; 수성 제1 칼슘 염을 제2 산과 반응시켜 고체 제2 칼슘 염을 생성시키는 제2 반응 단계로서, 제2 산이 제1 산과 상이하고, 제2 칼슘 염이 제1 칼슘 염과 상이한 단계; 및 제2 칼슘 염을 열 처리하여 제1 시멘트 물질을 생성시키는 열 처리 단계를 포함하는, 방법을 포함한다. 바람직하게는, 반드시 그러한 것은 아니지만, 제2 반응 단계 동안, 제1 칼슘 염과 제2 산 사이의 반응으로 제1 산이 재생성된다.

Description

칼슘 보유 암석 및 광물로부터 칼슘 산화물 또는 일반 포틀랜드 시멘트를 제조하는 방법
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2019년 8월 13일에 출원된 미국 가출원 제62/886,137호, 2019년 10월 10일에 출원된 미국 가출원 제62/913,620호, 2019년 11월 7일에 출원된 미국 가출원 제62/932,200호, 및 2020년 5월 4일에 출원된 미국 가출원 제63/019,916호의 이익 및 우선권을 주장하고, 이들 각각은 이와 부합되지 않는 것이 없는 한 그 전체가 인용에 의해 본원에 포함된다.
발명의 배경
일반 포틀랜드 시멘트를 포함하여 시멘트 물질을 생산하는 기술은 상당한 난제, 비효율성, 및/또는 결점에 직면해 있다. 예를 들어, 시멘트를 생산하는 통상적인 공정은 에너지 집약적이며, 환경-분해 부산물, 예컨대, CO2 및/또는 SO2를 생성시키고, 제한된 범위의 공급원료, 주로 단순한 칼슘-기반 물질, 예컨대, 탄산 칼슘(석회석) 또는 채광 칼슘 설페이트(석고)만을 사용한다. 본 출원은 당 분야에서 이들 및 다른 난제들을 해결한다.
발명의 개요
다음 이점 또는 특징의 임의의 조합을 갖는 시멘트 물질을 생산하는 방법이 본원에 제공된다: 일부 구현예가 순 에너지 중립적이거나 심지어 순 에너지 생성적인 종래 접근법보다 덜 에너지 집약적이고, SO2 및/또는 CO2를 함유하지 않는 순 반응을 특징으로 하는 특정 시약을 재생성하고, 특정 부산물을 재순환시키고, CO2의 생성을 포함하지 않고, 더 복합적인 물질을 포함하여 더 광범위한 공급원료 물질을 활용할 수 있고, 부가-가치 부산물을 생성시키고, 및/또는 복합 시멘트 물질을 생성함.
본원에는 2-산 접근법을 이용하여 시멘트 물질을 생산하기 위한 방법으로서, 물질이 2 개의 상이한 산 및/또는 2 개의 상이한 산 반응 단계로 반응되는 방법이 포함된다. 이들 접근법의 이점은 상기 언급된 이점 및 특징의 전부 또는 대부분을 포함한다. 예를 들어, 본원에 개시된 2-산 접근법은 Ca뿐만 아니라 Si, Al, 및 기타 종과 같은 기타 금속(준금속 포함) 원소를 갖는 것들을 포함하여 복합적인 칼슘-보유 물질을 분해하고, 심지어 또한 시약 산을 재생성하면서 이들 비-Ca 금속으로부터 부가-가치 부산물을 형성시키는 능력을 제공한다. 유의하게는, 이들 방법은 또한 CO2 생성이 없을 수 있고, SO2를 시약 산으로 변환시킴을 포함할 수 있고, 이에 의해 시멘트 제조에 대한 CaSO4 기반 접근법에서 SO2 배출을 없애거나 상당히 감소시킬 수 있다.
본 발명의 양태는 시멘트 물질을 생산하는 방법으로서, 칼슘-보유 출발 물질을 제1 산과 반응시켜 수성 제1 칼슘 염을 생성시키는 제1 반응 단계; 수성 제1 칼슘 염을 제2 산과 반응시켜 고체 제2 칼슘 염을 생성시키는 제2 반응 단계로서, 제2 산이 제1 산과 상이하고, 제2 칼슘 염이 제1 칼슘 염과 상이한 단계; 및 하나 이상의 칼슘 염을 열 처리하여 제1 시멘트 물질을 생성시키는 열 처리 단계를 포함하는, 방법을 포함한다. 바람직하게는, 반드시 그러한 것은 아니지만, 하나 이상의 칼슘 염은 제2 칼슘 염이다. 바람직하게는, 반드시 그러한 것은 아니지만, 제2 반응 단계 동안, 제1 칼슘 염과 제2 산 사이의 반응으로 제1 산이 재생성된다. 바람직하게는, 반드시 그러한 것은 아니지만, 방법은 산-형성 가스 생성물을 함유하지 않는 순 반응을 특징으로 한다. 바람직하게는, 반드시 그러한 것은 아니지만, 방법은 90 건조 중량% 순도 이상의 순도를 특징으로 하는 고체 제2 칼슘 염을 형성시킴을 포함한다. 바람직하게는, 반드시 그러한 것은 아니지만, 본원에 개시된 임의의 방법은 제1 반응 단계 후 및 제2 반응 단계 전에 제1 분리 단계를 포함하고; 제1 분리 단계는 제1 고체 분획으로부터 제1 수성 분획을 분리함을 포함하고; 제1 수성 분획은 수성 제1 칼슘 염을 포함하고, 제1 고체 분획은 제1 반응 단계 동안 형성된 하나 이상의 고체 부산물을 포함한다. 바람직하게는, 반드시 그러한 것은 아니지만, 본원에 개시된 임의의 방법은 제2 반응 단계 후 및 열 처리 단계 전에 제2 분리 단계를 포함하고; 제2 분리 단계는 제2 수성 분획으로부터 제2 고체 분획을 분리함을 포함하고; 제2 고체 분획은 고체 제2 칼슘 염을 포함하고, 제2 수성 분획은 제2 반응 단계 동안 형성된 하나 이상의 수성 부산물을 포함한다. 바람직하게는, 고체 분획은 제2 칼슘 염인 적어도 90 중량%의 건조 질량을 특징으로 한다.
바람직하게는, 반드시 그러한 것은 아니지만, 본원에 개시된 임의의 방법은 제2 산 재생성 단계를 포함하고; 여기서 제2 산 재생성 단계는 열 처리 단계의 하나 이상의 기체 생성물을 제2 산으로 변환시킴을 포함한다. 임의로, 제2 산 재생성 단계는 식 FX1A: SO2 + ½O2 + H2O → H2SO4(FX1A)에 따라 수행되는 비-전기화학적 공정이고, 상기 식에서 FX1A의 SO2는 열 처리 단계의 기체 생성물이고, FX1A에서 발생된 H2SO4는 제2 반응 단계 동안 제2 산의 적어도 한 분획으로서 사용된다. 임의로, 제2 산 재생성 단계는 식 FX1B: SO2 + H2O → H2SO3(FX1B)에 따라 수행되는 비-전기화학적 공정이고, 상기 식에서 FX1B의 SO2는 열 처리 단계의 기체 생성물이고, FX1B에서 발생된 H2SO3는 제2 반응 단계 동안 제2 산의 적어도 한 분획으로서 사용된다. 임의로, 제2 산 재생성 단계는 (i) 이산화황을 황산으로 전기화학적으로 산화시키고, (ii) 환원 반응을 통해 수소 기체를 형성시킴을 포함하고; 여기서 제2 산 재생성 단계는 식 FX2: SO2 + 2H2O → H2SO4 + H2 (FX2)에 따라 수행되고; 상기 식에서 FX2의 SO2는 열 처리 단계의 기체 생성물이고, FX2에서 발생된 H2SO4는 제2 반응 단계 동안 제2 산의 적어도 한 분획으로서 사용된다. 임의로, 열 처리 단계는 제2 산 재생성의 결과로 형성된 수소 기체를 산화시킴으로써 발생된 에너지를 사용함을 포함한다. 예를 들어, 상기 방법을 통해 생성된 수소 기체는 전기 화학적 단계를, 예컨대, 연료 전지 또는 터빈을 통해 전력을 공급하는 데 사용될 수 있다. 임의로, 이산화황을 전기화학적으로 산화시키는 것은 제2 산 재생성 단계의 결과로서 발생된 에너지를 사용함을 포함한다. H2SO4가 MgCl2와 CaCl2 둘 모두를 함유하는 용액에 첨가될 때, CaSO4만이 침전될 것이라는 점이 주지된다. H2SO3가 MgCl2 및 CaCl2의 용액에 첨가되는 경우, MgSO3와 CaSO3 둘 모두가 침전될 것이다. 고려할 점은 현재, 칼슘-보유 출발 물질이 바람직하게는 저-Mg 함량을 가져서 침전되는 Mg 물질의 양을 최소화하도록 시멘트에 Mg를 갖는 것에 대하여 규제가 있다는 점이다.
임의로, 제2 반응 단계 동안, 제1 칼슘 염과 제2 산 사이의 반응은 식 FX3: CaCl2(aq) + H2SO4 -> CaSO4(s) + 2HC (FX3)에 따라 제1 산을 재생성하고; 상기 식에서, 제1 칼슘 염은 CaCl2이고; 제1 산은 HCl이고; 제2 산은 H2SO4이고; 제2 칼슘 염은 CaSO4이다.
칼슘-보유 출발 물질은 Ca를 포함한다. 칼슘-보유 출발 물질은 원소 Ca를 포함하는 화학적 조성을 갖는다. 바람직하게는, 칼슘-보유 출발 물질은 원소 Ca를 포함하는 화학적 조성을 갖고, 상기 칼슘-보유 출발 물질 중 Ca의 중량 퍼센트 및/또는 몰 퍼센트는 적어도 0.001%, 바람직하게는 적어도 0.01%, 바람직하게는 적어도 0.1%, 더욱 바람직하게는 적어도 1%, 더욱 더 바람직하게는 적어도 5%, 더더욱 바람직하게는 적어도 10%, 및 또한 더욱 바람직하게는 적어도 20%이다. 임의로, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 칼슘-보유 출발 물질은 원소 Ca를 포함하는 화학적 조성을 갖고, 여기서 상기 칼슘-보유 출발 물질 중 Ca의 중량 퍼센트 및/또는 몰 퍼센트는 1% 내지 80%, 임의로 1% 내지 60%, 임의로 1% 내지 55%, 임의로 1% 내지 50%의 범위로부터 선택된다. 임의로, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 칼슘-보유 출발 물질은 Ca를 포함하는 조성을 갖는 적어도 하나의 다원성 금속 산화물 물질 및 Al, Si, Fe, Mn, 및 Mg로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 기타 금속 원소를 포함한다. 임의로, 적어도 하나의 다원성 금속 산화물의 조성은 55 중량% 이하의 Ca를 포함한다. 임의로, 적어도 하나의 다원성 금속 산화물의 조성은 60 중량% 이하의 Ca를 포함한다. 임의로, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 적어도 하나의 다원성 금속 산화물 물질은 적어도 하나의 천연 암석 또는 광물이다. 임의로, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 적어도 하나의 천연 암석 또는 광물은 현무암(basalt), 화성 애피타이트(igneous appetite), 울라스토나이트(wollastonite), 아노더사이트(anorthosite), 몬모릴로나이트(montmorillonite), 벤토나이트(bentonite), 칼슘-함유 장석(calcium-containing feldspar), 아노타이트(anorthite), 디옵사이드(diopside), 피록센(pyroxene), 피록세나이트(pyroxenite), 마푸라이트(mafurite), 카마푸라이트(kamafurite), 클리노피록센(clinopyroxene), 콜레모나이트(colemonite), 그로설라(grossular), 오가이트(augite), 피조나이트(pigeonite), 마르가라이트(margarite), 칼슘 서펜틴(calcium serpentine), 가넷(garnet), 쉘라이트(scheilite), 스카른(skarn), 석회석(limestone), 천연 석고(natural gypsum), 애피타이트(appetite), 플루오르애피타이트(fluorapatite), 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 임의로, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 칼슘-보유 출발 물질은 시멘트, 콘크리트, 포틀랜드 시멘트, 플라이 애시, 슬래그, 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 칼슘-보유 출발 물질이 CaCO3를 포함하는 경우, 방법 중에 CO2가 발생될 수 있다. 그러나, CO2가 발생되는 경우, CO2는 고농도이고, 저장되고/거나 활용될 수 있다.
임의로, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 제1 산은 염산(HCl)을 포함한다. 임의로, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 제1 산은 염산이다. 임의로, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 제2 산은 황산(H2SO4) 및/또는 아황산(H2OSO3)을 포함한다. 임의로, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 제2 산은 황산 및/또는 아황산이다. 임의로, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 제2 산은 황산이다. 임의로, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 제2 산은 아황산이다. 임의로, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 수성 제1 칼슘 염은 칼슘 클로라이드(CaCl2)이다. 임의로, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 고체 제2 칼슘 염은 칼슘 설페이트(CaSO4) 및/또는 칼슘 설파이트(CaSO3)이다. 임의로, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 고체 제2 칼슘 염은 칼슘 설페이트이다. 임의로, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 고체 제2 칼슘 염은 칼슘 설파이트(CaSO3)이다. 바람직하게는, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 제1 시멘트 물질은 CaO를 포함한다. 임의로, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 제1 시멘트 물질은 칼슘 옥사이드(CaO)이다. 임의로, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 제1 시멘트 물질은 칼슘 옥사이드(CaO) 또는 포틀랜드 시멘트 클링커이다. 임의로, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 제1 시멘트 물질은 포틀랜드 시멘트 클링커이다. 임의로, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 산-형성 가스 생성물은 SO2 및/또는 CO2이다. 임의로, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 산-형성 가스 생성물은 SO2이다. 임의로, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 산-형성 가스 생성물은 CO2이다.
바람직하게는, 반드시 그러한 것은 아니지만, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 제1 반응 단계는 칼슘-보유 출발 물질을 염산과 반응시켜 적어도 수성 칼슘 클로라이드, 수성 알루미늄 클로라이드, 및 고체 실리카를 형성시킴을 포함한다. 바람직하게는, 반드시 그러한 것은 아니지만, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 제1 분리 단계는 고체 실리카를 포함하는 제1 고체 분획으로부터 수성 칼슘 클로라이드 및 수성 알루미늄 클로라이드를 포함하는 제1 수성 분획을 분리함을 포함한다. 바람직하게는, 반드시 그러한 것은 아니지만, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 제2 반응 단계는 적어도 수성 칼슘 클로라이드, 수성 알루미늄 클로라이드, 및 황산을 반응시켜 적어도 고체 칼슘 설페이트, 수성 알루미늄 설페이트, 및 염산을 형성시킴을 포함한다. 바람직하게는, 반드시 그러한 것은 아니지만, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 열 처리 단계는 칼슘 설페이트를 가열하여 칼슘 산화물을 형성시킴을 포함한다.
바람직하게는, 반드시 그러한 것은 아니지만, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 제1 반응 단계는 칼슘-보유 출발 물질을 염산과 반응시켜 적어도 수성 칼슘 클로라이드, 수성 알루미늄 클로라이드, 수성 아이언 클로라이드, 수성 마그네슘 클로라이드, 및 고체 실리카를 형성시킴을 포함한다. 바람직하게는, 반드시 그러한 것은 아니지만, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 제1 분리 단계는 고체 실리카를 포함하는 제1 고체 분획으로부터 수성 칼슘 클로라이드 및 수성 알루미늄 클로라이드를 포함하는 제1 수성 분획을 분리함을 포함한다. 바람직하게는, 반드시 그러한 것은 아니지만, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 제2 반응 단계는 적어도 수성 칼슘 클로라이드, 및 황산을 반응시켜 적어도 고체 칼슘 설페이트, 고체 칼슘 설페이트, 및 염산을 형성시킴을 포함한다. 바람직하게는, 반드시 그러한 것은 아니지만, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 열 처리 단계는 칼슘 설페이트를 가열하여 칼슘 옥사이드를 형성시킴을 포함한다.
임의로, 본원에 개시된 임의의 방법은 이온 교환 단계를 포함하고; 여기서, 이온 교환 단계는 하나 이상의 하이드록실 음이온에 대하여 제1 칼슘 염 및/또는 제2 칼슘 염의 하나 이상의 음이온을 교환하여 제3 칼슘 염을 형성시킴을 포함한다. 임의로, 이온 교환 단계는 제1 칼슘 염 및/또는 제2 칼슘 염을 킬레이팅제와 반응시켜 칼슘-킬레이터 화합물을 형성시키고, 칼슘-킬레이터 화합물을 염기와 반응시켜 제3 칼슘 염을 형성시킴을 포함한다. 임의로, 이온 교환 단계는 제1 칼슘 염 및/또는 제2 칼슘 염을 염기와 반응시켜 제3 칼슘 염을 형성시킴을 포함한다. 임의로, 이온 교환 단계는 이온 교환 막을 사용하여 하나 이상의 하이드록실 음이온에 대하여 제1 칼슘 염 및/또는 제2 칼슘 염의 하나 이상의 음이온의 교환을 수행하여 제3 칼슘 염을 형성시킴을 포함한다. 임의로, 열 처리 단계의 하나 이상의 칼슘 염은 제3 칼슘 염이다. 임의로, 제3 칼슘 염은 Ca(OH)2이다. 임의로, 본원에 개시된 임의의 방법은 킬레이팅제를 재생성시키는 단계를 포함하고, 킬레이팅제를 재생성시키는 단계는 제3 칼슘 염을 생성함을 포함한다. 임의로, 본원에 개시된 임의의 방법은 제3 칼슘 염으로부터 제1 시멘트 물질을 형성시키는 단계를 포함한다. 임의로, 제3 칼슘 염으로부터 제1 시멘트 물질을 형성시키는 단계는 제3 칼슘 염을 탈수시키거나 직접적으로 칼슘-킬레이터 화합물로부터 제1 시멘트 물질을 임의로 염기를 통해 방출시킴을 포함한다. 예를 들어, CaO는 킬레이팅제 또는 염기를 사용하여 CaCl2, CaSO3, 또는 CaSO4를 반응시킴으로써 형성될 수 있다. 예를 들어, 그 후에 킬레이팅제 또는 염기는 CaO로 탈수될 수 있는 Ca(OH)2를 방출하는 방식으로 재생성될 수 있거나, CaO가 직접적으로 킬레이터로부터 방출될 수 있다. 예를 들어, CaSO4가 침전되는 경우, 킬레이팅제, 예컨대, EDTA는 CaSO4와 반응하여 Ca-EDTA를 제조할 수 있다. 예를 들어, 염기, 예컨대, NaOH가 이후 사용되어 직접적으로 Ca(OH)2를 생성시키고 EDTA를 재생성할 수 있다.
바람직하게는, 반드시 그러한 것은 아니지만, 본원에 개시된 임의의 방법은 복합 시멘트 물질을 형성시키는 단계를 포함하고; 여기서, (i) 열 처리 단계는 복합 시멘트 물질을 형성시키는 단계를 포함하고, 제1 시멘트 물질은 복합 시멘트 물질이거나, (ii) 복합 물질을 형성시키는 단계는 열 처리 단계 동안 제1 시멘트 물질을 사용하여 수행된다. 예를 들어, 복합 물질을 형성시키는 단계가 열 처리 단계 동안 형성된 제1 시멘트 물질을 사용하여 수행되는 경우, 복합 물질의 형성은 제1 시멘트 물질(예를 들어, CaO)의 형성과 동시에 발생할 수 있거나, 후속적으로 제1 시멘트 물질(예를 들어, CaO)의 형성 후에 발생할 수 있다. 임의로, 본원에 개시된 임의의 방법은 복합 시멘트 물질을 형성시키는 단계를 포함하고; 여기서, 열 처리 단계는 복합 시멘트 물질을 형성시키는 단계를 포함하고, 제1 시멘트 물질은 복합 시멘트 물질이다. 임의로, 본원에 개시된 임의의 방법은 복합 시멘트 물질을 형성시키는 단계를 포함하고; 여기서, 복합 물질을 형성시키는 단계는 열 처리 단계 동안 형성된 제1 시멘트 물질을 사용하여 수행된다. 임의로, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 복합 시멘트 물질을 형성시키는 단계는 하나 이상의 첨가제와 함께 제2 칼슘 염 및/또는 제1 시멘트 물질을 가열함을 포함한다. 임의로, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 복합 시멘트 물질을 형성시키는 단계는 하나 이상의 첨가제와 함께 제2 칼슘 염을 가열함을 포함한다. 임의로, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 복합 시멘트 물질을 형성시키는 단계는 하나 이상의 첨가제와 함께 제1 시멘트 물질을 가열함을 포함한다. 임의로, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 복합 시멘트 물질을 형성시키는 단계는 열 처리 단계와 동시에 수행된다. 임의로, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 열 처리 단계 후에 수행된다. 임의로, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 복합 시멘트 물질은 포틀랜드 시멘트 클링커이다. 임의로, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 복합 시멘트 물질은 일반 포틀랜드 시멘트이고/이거나 제1 시멘트 물질은 칼슘 옥사이드이다. 임의로, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 제1 시멘트 물질은 칼슘 옥사이드이다. 임의로, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 복합 시멘트 물질은 일반 포틀랜드 시멘트이다. 임의로, 본원에 개시된 임의의 방법은 칼슘-보유 출발 물질로부터 하나 이상의 첨가제를 형성시킴을 포함한다. 임의로, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 하나 이상의 첨가제는 제1 반응 단계의 하나 이상의 부산물이고/이거나 제1 반응 단계의 하나 이상의 부산물로부터 형성되고/되거나 제2 반응 단계의 하나 이상의 부산물이고/이거나 제2 반응 단계의 하나 이상의 부산물로부터 형성된다. 임의로, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 하나 이상의 첨가제는 제1 반응 단계의 하나 이상의 부산물이고/이거나 제1 반응 단계의 하나 이상의 부산물로부터 형성된다. 임의로, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 하나 이상의 첨가제는 제2 반응 단계의 하나 이상의 부산물이고/이거나 제2 반응 단계의 하나 이상의 부산물로부터 형성된다. 임의로, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 하나 이상의 첨가제는 제1 반응 단계의 하나 이상의 부산물이다. 임의로, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 하나 이상의 첨가제는 제2 반응 단계의 하나 이상의 부산물이다. 임의로, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 하나 이상의 첨가제는 제1 반응 단계의 하나 이상의 부산물이고/이거나 제2 반응 단계의 하나 이상의 부산물이다. 임의로, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 하나 이상의 첨가제의 조합된 화학적 조성은 Al 및 Si를 포함한다. 임의로, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 하나 이상의 첨가제는 적어도 Al2O3 및 SiO2이다.
본원에 개시된 방법의 이점은 부가-가치 부산물이 형성될 수 있다는 것이다. 예를 들어, 출발 물질로서 단순한 칼슘 공급원, 예컨대, 석회석 또는 석고를 사용하는 대신, Ca 및 Si, 및 임의로 기타 금속, 예컨대, Al, Mg, 및/또는 Fe를 포함하는 복합 광물을 사용할 수 있다. 예를 들어, 본원에 개시된 방법은 시멘트 생성물을 오염시키는 원치 않는 원소가 되는 대신에, 이들 추가 원소를 갖는 가치 있는 생성물, Al의 산화물, Mg의 산화물, 및/또는 Fe의 산화물을 형성시키고 단리하는 단계를 포함할 수 있다. 이들 단계는 상당한 추가 작업 비용에 기여하지 않는다.
바람직하게는, 반드시 그러한 것은 아니지만, 본원에 개시된 임의의 방법은 칼슘-보유 출발 물질로부터 실리카-흄 등급 실리카, 나노-실리카, 및/또는 마이크로-실리카를 형성시키고 단리함을 포함한다. 바람직하게는, 반드시 그러한 것은 아니지만, 본원에 개시된 임의의 방법은 칼슘-보유 출발 물질로부터 알루미나를 형성시키고 단리함을 포함한다.
바람직하게는, 반드시 그러한 것은 아니지만, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 제1 반응 단계는 칼슘-보유 출발 물질을 염산과 반응시켜 적어도 수성 알루미늄 클로라이드를 형성시킴을 포함하고, 여기서 방법은 추가로 염산의 존재에서 알루미늄 클로라이드를 침전시키고; 임의로 침전된 알루미늄 클로라이드를 황산과 반응시켜 고체 알루미늄 설페이트를 형성시키고; 알루미늄 설페이트 및/또는 알루미늄 클로라이드를 가열하여 알루미나를 형성시킴을 포함한다. 바람직하게는, 반드시 그러한 것은 아니지만, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 염산은 이들 단계에서 재생성된다. 바람직하게는, 반드시 그러한 것은 아니지만, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 침전된 알루미늄 클로라이드의 반응으로 염산이 형성된다. 바람직하게는, 반드시 그러한 것은 아니지만, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 염산은 이들 단계에서 재생성된다. 바람직하게는, 반드시 그러한 것은 아니지만, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 제2 반응 단계는 침전된 알루미늄 클로라이드를 반응시키는 단계를 포함한다. 임의로, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 열 처리 단계는 알루미늄 설페이트를 가열하는 단계를 포함한다. 임의로, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 열 처리 단계는 알루미늄 클로라이드를 가열하는 단계를 포함한다.
임의로, 본원에 개시된 임의의 방법은 칼슘-보유 출발 물질로부터 아이언 옥사이드를 형성시키고 단리함을 포함한다. 임의로, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 아이언 옥사이드를 형성시키고 단리하는 것은 제2 반응 단계 동안 부산물로서 형성된 수성 아이언 설페이트 및/또는 아이언 클로라이드 및 임의로 적어도 하나의 기타 금속 마그네슘 설페이트 염 및/또는 클로라이드 염을 갖는 수용액을 형성시키고(여기서, 수용액은 칼슘 염을 함유하지 않고, 알루미늄 염을 함유하지 않음); 수용액을 건조시켜 고체 아이언 설페이트 및/또는 고체 아이언 클로라이드 및 임의로 적어도 하나의 기타 금속 설페이트 염을 형성시키고; 고체 아이언 설페이트 및 임의로 적어도 하나의 기타 금속 설페이트 염을 가열하여 수불용성 아이언 옥사이드를 형성시키고; 임의로, 적어도 하나의 기타 금속 설페이트 염을 용해시켜 수불용성 아이언 옥사이드를 단리함을 포함한다.
임의로, 본원에 개시된 임의의 방법은 칼슘-보유 출발 물질로부터 아이언 옥사이드를 형성시키고 단리함을 포함한다. 임의로, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 아이언 옥사이드를 형성시키고 단리하는 것은 제2 반응 단계 동안 부산물로서 형성된 수성 아이언 설페이트 또는 아이언 클로라이드 및 임의로 적어도 하나의 기타 금속 마그네슘 설페이트 또는 클로라이드 염을 갖는 수용액을 형성시키고(여기서, 수용액은 칼슘 염을 함유하지 않고, 알루미늄 염을 함유하지 않음); SO2를 사용하여 MgSO3를 침전시키고; 고체 마그네슘 염으로부터 수성 아이언 염을 분리하고; 수용액을 건조시켜 고체 아이언 설페이트 또는 클로라이드 및 임의로 적어도 하나의 기타 금속 설페이트 염을 형성시키고; 고체 아이언 설페이트 및 임의로 적어도 하나의 기타 금속 설페이트 염을 가열하여 수불용성 아이언 옥사이드를 형성시키고; 임의로, 적어도 하나의 기타 금속 설페이트 염을 용해시켜 수불용성 아이언 옥사이드를 단리함을 포함한다.
임의로, 아이언 클로라이드, 아이언 설페이트, 알루미늄 클로라이드, 및/또는 알루미늄 설페이트, 및/또는 임의의 기타 아이언 및/또는 알루미늄 염이 생성, 판매 및/또는 전기화학적 전략과 조합하여 알루미늄 클로라이드, 설페이트, 및/또는 기타 염으로부터 철 및 알루미늄 금속을 생성시킨다. 예를 들어, 알루미늄 클로라이드는 단리될 수 있고, 알루미늄은 염소 기체를 공동-생성시키면서 알루미늄 클로라이드로부터 전해채취(electrowinning)될 수 있다. 이러한 염소 기체는 이후 수소, 아마도 황산과 수소의 공동발생으로부터의 수소와 반응하여 HCl을 재생성할 수 있다. 또 다른 예는 철이 아이언 설페이트로부터 전해채취되어 황산을 재생성할 수 있는 것이다.
본원에 개시된 방법은 하나 이상의 산-형성 반응을 포함할 수 있다. 산-형성 반응은 방법의 상이한 반응에서 소비되는 산을 재생성하는 반응일 수 있다. 산-형성 반응은 산이 소비되는 (제1 및/또는 제2) 반응 단계에 산을 공급하는 반응일 수 있다. 예를 들어, 산을 소비하여 칼슘 염을 형성시키는 반응 단계에 산을 공급하는 대신, 상기 산을 형성시키는 시약이 상기 반응 단계에 공급되어 상기 반응 단계가 산을 형성시키는 것과 각각의 산 소비(또는, 염 형성) 반응 둘 모두를 포함하게 된다.
바람직하게는, 반드시 그러한 것은 아니지만, 본원에 개시된 임의의 방법은 제1 산을 형성시키는 단계를 포함하고; 여기서, (i) 제1 반응 단계는 제1 산을 형성시키는 단계를 포함하고, 제1 산을 형성시키는 단계는 제1 반응 단계와 동시에 발생되거나, (ii) 제1 산을 형성시키는 단계는 제1 반응 단계와 별개로 수행된다. 임의로, 본원에 개시된 임의의 방법은 제1 산을 형성시키는 단계를 포함하고; 여기서, 제1 반응 단계는 제1 산을 형성시키는 단계를 포함하고, 제1 산을 형성시키는 단계는 제1 반응 단계와 동시에 발생된다. 임의로, 본원에 개시된 임의의 방법은 제1 산을 형성시키는 단계를 포함하고; 여기서, 제1 산을 형성시키는 단계는 제1 반응 단계와 별개로 수행된다.
바람직하게는, 반드시 그러한 것은 아니지만, 본원에 개시된 임의의 방법은 제2 산을 형성시키는 단계를 포함하고; 여기서, (i) 제2 반응 단계는 제2 산을 형성시키는 단계를 포함하고, 제2 산을 형성시키는 단계는 제2 반응 단계와 동시에 발생되거나, (ii) 제2 산을 형성시키는 단계는 제2 반응 단계와 별개로 수행된다. 임의로, 본원에 개시된 임의의 방법은 제2 산을 형성시키는 단계를 포함하고; 여기서, 제2 반응 단계는 제2 산을 형성시키는 단계를 포함하고, 제2 산을 형성시키는 단계는 제2 반응 단계와 동시에 일어난다. 임의로, 본원에 개시된 임의의 방법은 제2 산을 형성시키는 단계를 포함하고; 여기서, 제2 산을 형성시키는 단계는 제2 반응 단계와 별개로 수행된다. 임의로, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 제2 산을 형성시키는 단계는 SO2를 물과 반응시켜 H2SO3 및/또는 H2SO4를 형성시킴을 포함하고; 여기서, 제2 산은 H2SO3 및/또는 H2SO4이다. 임의로, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 제2 산은 H2SO3 및/또는 H2SO4이고, 여기서 제2 칼슘 염은 각각 CaSO3 및/또는 CaSO4이다.
임의로, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 제1 산 및/또는 제2 산은 벌크 산이다. 임의로, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 제1 산은 벌크 산이다. 임의로, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 제2 산은 벌크 산이다.
임의로, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 제1 산을 형성시키는 단계는 물 전기분해를 통해 pH 구배를 형성시킴을 포함하고; 여기서, 제1 산은 물 전기분해를 통해 형성된다. 임의로, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 제2 산을 형성시키는 단계는 물 전기분해를 통해 pH 구배를 형성시킴을 포함하고; 여기서, 제2 산은 물 전기분해를 통해 형성된다.
임의로, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 식 FX1A에 따른 제2 산 재생성 단계는 400℃ 내지 1800℃의 범위로부터 선택된 온도에서 수행된다. 임의로, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 식 FX1A에 따른 제2 산 재생성 단계는 400℃ 내지 600℃의 범위로부터 선택된 온도에서 수행된다. 임의로, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 식 FX1A에 따른 제2 산 재생성 단계는 400℃ 내지 600℃의 범위로부터 선택된 온도에서 수행되고, 발열성이며, 촉매의 존재에서 수행된다. 임의로, 촉매는 바나듐 옥사이드를 포함한다. 임의로, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 방법은 생성된 시멘트 물질(예를 들어, 생성된 제1 시멘트 물질 또는 생성된 복합 시멘트 물질, 예컨대, OPC)의 메트릭 톤 당 -2 내지 +2 GJ의 범위로부터 선택된 순 에너지를 특징으로 한다. 임의로, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 방법은 -10 내지 +10 GJ/t, 임의로 -5 내지 +5 GJ/t, 임의로 -5 내지 +4 GJ/t, 임의로 -5 내지 +3 GJ/t, 임의로 -5 내지 +2 GJ/t, 임의로 -5 내지 +1 GJ/t, 임의로 -5 내지 +0.5 GJ/t, 임의로 -5 내지 +0.2 GJ/t, 임의로 -5 내지 +0.1 GJ/t, 임의로 -5 내지 0 GJ/t, 임의로 -2 내지 1 GJ/t, 임의로 -2 내지 -1.5 GJ/t, 임의로 -2 내지 +1.0 GJ/t, 임의로 -2 내지 +0.5 GJ/t, 임의로 -2 내지 +0.3 GJ/t, 임의로 -2 내지 +0.2 GJ/t, 임의로 -2 내지 +0.1 GJ/t, 임의로 -2 내지 +0 GJ/t의 범위로부터 선택된 순 에너지를 특징으로 한다. 임의로, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 제1 반응 단계는 발열성이다. 임의로, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 제2 산 재생성 단계는 발열성이다. 임의로, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 제1 반응 단계는 적어도 50℃의 온도에서 수행된다. 임의로, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 제1 반응 단계는 80℃ 내지 100℃, 바람직하게는 90±5℃의 범위로부터 선택된 온도에서 수행된다. 임의로, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 열 처리 단계는 1100℃ 내지 1800℃의 범위로부터 선택된 온도에서 수행된다. 임의로, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 열 처리 단계는 화학적 환원제의 존재에서 제2 칼슘 염을 열 처리함을 포함하고, 800℃ 내지 1200℃의 범위로부터 선택된 온도에서 수행된다. 임의로, 화학적 환원제는 물, 탄소(또는 탄소, 수소 기체, 메탄, 기체, 또는 이들의 임의의 조합물의 동소체 또는 동소체들의 조합물)이다. 임의로, 화학적 환원제는 물, 탄소(또는 탄소, 메탄, 기체, 또는 이들의 임의의 조합물의 동소체 또는 동소체들의 조합물)이다. 임의로, 열 처리 단계는 식 FX4A, FX4B, FX4C, 및 FX4D: CaSO4 + H2O → CaO + H2SO4 (FX4A); CaSO4 + 2C → CaS + 2CO2 (FX4B); CaSO4 + CH4 → CaS + CO2 + 2H2O (FX4C); CaS + 3CaSO4 → 4CaO (FX4D) 중 어느 하나 또는 조합에 따라 수행될 수 있다.
본원에 개시된 임의의 방법는 회분식 공정, 플러그 플로우 공정, 반연속식 공정, 단계식 공정, 연속식 공정, 또는 이들의 임의의 조합으로 수행될 수 있다. 본원에 개시된 임의의 방법의 임의의 단계는 회분식 공정, 플러그 플로우 공정, 반연속식 공정, 단계식 공정, 연속식 공정, 또는 이들의 임의의 조합으로 수행될 수 있다.
본원에 개시된 발명의 추가의 양태는 환원성 열 분해를 통해 시멘트 물질을 생산하는 방법으로서, 칼슘-보유 물질을 화학적 환원 기체와 반응시켜 메탄 및 시멘트 물질을 생성시키는 단계를 포함하는, 방법을 포함한다. 바람직하게는, 반드시 그러한 것은 아니지만, 환원성 열 분해를 통해 시멘트 물질을 생산하는 임의의 방법에서, 칼슘-보유 물질은 CaCO3, CaSO4, CaS, 칼슘 염, 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 바람직하게는, 반드시 그러한 것은 아니지만, 환원성 열 분해를 통해 시멘트 물질을 생산하는 임의의 방법에서, 칼슘-보유 물질은 CaCO3, CaSO4, CaS, 또는 이들의 임의의 조합물이다. 바람직하게는, 반드시 그러한 것은 아니지만, 환원성 열 분해를 통해 시멘트 물질을 생산하는 임의의 방법에서, 칼슘-보유 물질은 CaCO3이다. 바람직하게는, 반드시 그러한 것은 아니지만, 환원성 열 분해를 통해 시멘트 물질을 생산하는 임의의 방법에서, 칼슘-보유 물질은 CaCO3를 포함한다. 바람직하게는, 반드시 그러한 것은 아니지만, 환원성 열 분해를 통해 시멘트 물질을 생산하는 임의의 방법에서, 화학적 환원 기체는 수소 기체 또는 수소 기체, 예컨대, 형성 가스를 포함하는 기체이다. 바람직하게는, 반드시 그러한 것은 아니지만, 환원성 열 분해를 통해 시멘트 물질을 생산하는 임의의 방법에서, 시멘트 물질은 CaO를 포함한다. 바람직하게는, 반드시 그러한 것은 아니지만, 환원성 열 분해를 통해 시멘트 물질을 생산하는 임의의 방법에서, 시멘트 물질은 CaO이다. 바람직하게는, 반드시 그러한 것은 아니지만, 환원성 열 분해를 통해 시멘트 물질을 생산하는 임의의 방법에서, 화학적 환원 기체와 반응하는 칼슘-보유 물질의 몰비는 1:4 또는 1:2이다. 임의로, 환원성 열 분해를 통해 시멘트 물질을 생산하는 임의의 방법에서, 반응은 물의 존재에서 수행된다. 임의로, 환원성 열 분해를 통해 시멘트 물질을 생산하는 임의의 방법에서, 반응은 물의 부재에서 수행된다. 임의로, 환원성 열 분해를 통해 시멘트 물질을 생산하는 임의의 방법에서, CaCO3가 수소 가스와 반응하는 몰비는 반응 단계 동안 1:4의 몰비이다. 임의로, 환원성 열 분해를 통해 시멘트 물질을 생산하는 임의의 방법에서, CaCO3가 수소 가스와 반응하는 몰비는 반응 단계 동안 1:2의 몰비이다. 일반적으로, 1:4 몰비에 따른 반응은 더 많은 H2가 생성되어야 하지만 더 낮은 온도가 이용될 수 있으므로 더 낮은 에너지이지만 높은 OpEx이다. 일반적으로, 1:2 몰비에 따른 반응은 더 높은 에너지이지만 더 낮은 OpEx를 갖는다. 임의로, 환원성 열 분해를 통해 시멘트 물질을 생산하는 임의의 방법에서, 반응 단계 동안 산소 기체, 물, 또는 산소 기체와 물의 조합물이 생성된다. 임의로, 환원성 열 분해를 통해 시멘트 물질을 생산하는 임의의 방법은 메탄을 분해하여 수소 기체 및 하나 이상의 탄소 물질을 생성시키는 단계를 포함한다. 임의로, 환원성 열 분해를 통해 시멘트 물질을 생산하는 임의의 방법에서, 방법은 CO2를 형성시키는 것을 포함하지 않는다. 임의로, 환원성 열 분해를 통해 시멘트 물질을 생산하는 임의의 방법에서, 반응 단계는 720 kJ/mol 이하의 하한 가열 값(LHV) 및 800 kJ/mol 이하의 상한 가열 값(HHV)을 특징으로 한다. 임의로, 환원성 열 분해를 통해 시멘트 물질을 생산하는 임의의 방법에서, 반응 단계는 적어도 700℃의 온도에서 수행된다.
본원에 개시된 발명의 추가의 양태는 단일-산 접근법에 따라 시멘트 물질을 생산하는 방법으로서, 단지 하나의 산 또는 단지 하나의 산 반응 단계만이 필요한, 방법을 포함한다. 일 양태에서, 시멘트 물질을 생산하는 방법은 칼슘-보유 출발 물질을 제1 산과 반응시켜 수성 제1 칼슘 염을 포함하는 제1 수성 분획 및 하나 이상의 고체 부산물을 포함하는 제1 고체 분획을 생성시키는 제1 반응 단계로서, 칼슘-보유 출발 물질이 적어도 Ca 및 Si를 포함하는 복수의 금속 원소를 포함하는 화학적 조성을 갖고, 하나 이상의 고체 부산물이 규소 염을 포함하는 단계; 제1 고체 분획으로부터 제1 수성 분획을 분리하는 제1 분리 단계; 및 제1 칼슘 염을 처리하여 제1 시멘트 물질을 생성시키는 처리 단계를 포함한다. 임의로, 처리 단계는 물의 존재에서 제1 칼슘 염을 열 처리(또는, 열 분해)하여 제1 시멘트 물질을 생성시킴을 포함한다. 임의로, 제1 칼슘 염을 열 처리(또는, 열 분해)하는 것은 제1 산을 재생성한다. 임의로, 처리 단계는 이온 교환 단계를 포함하고; 여기서, 이온 교환 단계는 하나 이상의 하이드록실 음이온에 대하여 제1 칼슘 염의 하나 이상의 음이온을 교환하여 제3 칼슘 염을 형성시킴을 포함한다. 임의로, 이온 교환 단계는 제1 칼슘 염을 킬레이팅제와 반응시켜 칼슘-킬레이터 화합물을 형성시키고, 칼슘-킬레이터 화합물을 염기와 반응시켜 제3 칼슘 염을 형성시킴을 포함한다. 임의로, 이온 교환 단계는 제1 칼슘 염을 염기와 반응시켜 제3 칼슘 염을 형성시킴을 포함한다. 임의로, 이온 교환 단계는 이온 교환 막을 사용하여 하이드록실 음이온에 대하여 제1 칼슘 염의 하나 이상의 음이온의 교환을 수행하여 제3 칼슘 염을 형성시킴을 포함한다. 바람직하게는, 제3 칼슘 염은 Ca(OH)2이다. 임의로, 처리 단계는 제3 칼슘 염을 열 처리(또는, 열 분해)하여 제1 시멘트 물질을 생성시킴을 포함한다. 임의로, 염기는 하이드록사이드 화합물이다. 임의로, 제1 칼슘 염은 CaCl2이다. 임의로, 예를 들어, 처리 단계는 식: CaCl2 + O2 -> CaO + Cl2 + 1/2O2에 따라 공기의 존재에서 CaCl2를 열 분해함을 포함한다. 임의로, 예를 들어, 처리 단계는 식: CaCl2 + H2O -> CaO + 2HCl에 따라 물의 존재에서 CaCl2를 열 처리함을 포함한다. 임의로, 예를 들어, 처리 단계는 이온 교환 막을 이용하여 OH 이온에 대하여 Cl 이온을 교환함으로써 Ca(OH)2를 형성시키는 이온 교환을 포함한다. 임의로, 처리 단계는 Ca(OH)2를 탈수시켜 제1 시멘트 물질을 생성시킴을 추가로 포함한다. 임의로, 예를 들어, 처리 단계는 제1 칼슘 염을 킬레이팅제와 반응시켜 칼슘-킬레이터 화합물을 형성시킴을 포함한다. 임의로, 예를 들어, 처리 단계는 염기, 예컨대, NaOH, Mg(OH)2, 또는 MgCl(OH)를 제1 칼슘 염, 예컨대, CaCl2와 반응시켜 Ca(OH)2를 형성시킴을 포함한다. 임의로, 예를 들어, 처리 단계는 Ca(OH)2를 열 분해하여 제1 시멘트 물질을 제조함을 추가로 포함한다. 제1 시멘트 물질은 임의로 CaO이거나 임의로 CaO를 포함한다. 임의로, 제1 산은 하이드로젠 클로라이드이다. 임의로, 하나 이상의 고체 부산물은 SiO2를 포함한다. 임의로, 적어도 하나의 다원성 금속 산화물 물질은 적어도 하나의 천연 암석 또는 광물이다.
임의로, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 제1 칼슘 염 및/또는 제2 칼슘 염은 Ca(OH)2가 아니거나, Ca(OH)2 이외의 염을 포함한다. 임의로, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 제1 반응 단계는 전기화학적 단계가 아니다. 임의로, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 제2 반응 단계는 전기화학적 단계가 아니다. 임의로, 본원에 개시된 임의의 방법에서, 칼슘-보유 출발 물질은 CaCO3가 아니거나, CaCO3 이외의 물질을 포함한다.
임의의 특정한 이론에 한정되는 것으로 의도치 않고, 본원에 개시된 디바이스 및 방법에 관한 기반 원리들의 의견 또는 이해에 관하여 여기에 논의될 수 있다. 임의의 기계학적 설명 또는 가설의 궁극적인 정확함에 관계 없이, 본 발명의 구현예가 그럼에도 불구하고 작용되고 유용할 수 있다는 것이 인식된다.
도 1a는 온도에 대한 메탄의 부분 압력으로 관로에서의 메탄 생산을 보여주는 플롯이다. 0.3 lpm의 형성 가스(5% H2, 95% N2) 유량.
도 2a는 시간에 대한 메탄의 몰로 관로에서의 메탄 생산을 보여주는 플롯이다. 0.3 lpm의 형성 가스(5% H2, 95% N2) 유량.
도 3은 순수한 CaO가 생성되는 것으로 보이는 것을 예시하는 환원 환경에서 CaCO3를 반응시켜 수득된 생성물의 XPS 패턴이다.
화합물 및 명명에 관한 진술
일반적으로, 본원에서 사용되는 용어들 및 어구들은 당업자에게 알려진 표준 텍스트들, 저널 레퍼런스들 및 문맥들을 참조함으로써 발견될 수 있는 당업계에서 인정되는 의미를 갖는다. 하기 정의들은 본 발명의 문맥에서 이들의 특정 사용을 명확하게 하기 위해 제공된다.
용어 "열 변환" 및 "열 변환시키는"은 열 활성화 또는 열-구동 공정을 통해 제1 화학 종을 제2 화학 종으로 변환시키는 것을 지칭하며, 이는 또한 열화학 공정으로 지칭될 수 있다. 화학 종의 열 변환을 위한 예시적인 공정은 연소이지만, 열 변환 공정이 반드시 이로 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 황의 이산화황으로의 열 변환은 황 버너 시스템을 통한 황의 연소를 포함할 수 있다. 종의 열 산화는 종의 열 변환의 한 형태이다. 예를 들어, 황의 이산화황으로의 열 변환은 황의 이산화황으로의 열 산화로 지칭될 수 있다. 일부 구현예에서, 열 변환은 촉매에 의해 보조될 수 있다. 일부 구현예에서, 열 변환은 촉매를 필요로 하지 않거나, 촉매 없이 수행된다. 열 산화와 전기화학적 산화는 상이한 공정으로서, 열 산화가 열적으로(열 또는 연소를 통해) 구동되거나 활성화되고, 전기화학적 산화가 전기 화학적으로(예를 들어, 임의로 전기화학적 촉매의 도움으로, 전기 에너지를 인가하거나 인출함으로써) 구동되는 공정이라는 점이 주지되어야 한다 용어 "열 처리"는 하나 이상의 물질(예컨대, 칼슘 염, 예컨대, CaSO4)을 하나 이상의 물질이 열 변환되거나, 열 분해될 수 있도록, 또는 그렇지 않으면 또 다른 물질(예컨대, 시멘트 물질, 예컨대, CaO)로 열-유도 화학적 변화를 겪도록 가열, 바람직하게는 실온 초과의 열로 열 처리하거나 열에 노출시키는 것을 지칭한다. 예를 들어, 칼슘 설페이트(석고)는 부산물 예컨대, SO2 및 산소의 형성과 함께 칼슘 옥사이드(CaO)로 열 변환/분해될 수 있다. 열 처리는 또한 복수의 물질, 예컨대, 칼슘, 알루미늄, 및 규소를 포함하는 복수의 물질이 복합 시멘트 물질, 예컨대, 일반 포틀랜드 시멘트(OPC)로 변환되거나 달리 형성시키게 할 수 있다.
용어 "칼슘-보유 출발 물질"은 화학적 조성이 Ca를 포함하는 하나 이상의 물질을 지칭한다. 칼슘-보유 출발 물질은 화학적 조성이 원소 Ca, 예컨대, Ca 양이온 형태의 원소 Ca를 이온성 물질, 예컨대, 다원성 금속 산화물 물질의 일부로서 포함하는 광물과 같은 단일 물질일 수 있다. 칼슘-보유 출발 물질은 복수의 물질, 예컨대, 하나 이상의 암석, 광물, 및/또는 산업적으로 처리된 물질일 수 있으며, 여기서 상기 복수의 물질의 조합물의 화학적 조성은 이온성 물질, 예컨대, 다원성 금속 산화물 물질의 원소 Ca, 예컨대, Ca 양이온 형태의 원소 Ca를 포함한다. 칼슘-보유 출발 물질이 복수의 물질인 경우, 상기 복수의 물질 중 어느 하나 또는 임의의 조합물은 상기 복수의 물질의 조합물(이와 함께 칼슘-보유 출발 물질임)과의 화학적 조성이 원소 Ca를 포함하도록 원소 Ca를 포함하는 화학적 조성을 가질 수 있다. 바람직하게는, 원소 Ca를 포함하는 화학적 조성을 갖는 칼슘-보유 출발 물질은 상기 칼슘-보유 출발 물질 중 Ca의 중량 퍼센트 및/또는 몰 퍼센트가 적어도 0.001%, 바람직하게는 적어도 0.01%, 바람직하게는 적어도 0.1%, 더욱 바람직하게는 적어도 1%, 더욱 더 바람직하게는 적어도 5%, 더더욱 바람직하게는 적어도 10%, 및 또한 더욱 바람직하게는 적어도 20%임을 지칭한다. 다른 한 편으로, 본원에 개시된 방법은 적어도 각 상대이온과 함께 Ca가 단리될 수 있기 때문에 화학적 조성이 60% 미만, 55% 미만, 50% 미만, 45% 미만, 40% 미만, 및 20% 미만과 같은 낮은 중량 퍼센트 및/또는 몰 퍼센트를 갖는 칼슘-보유 출발 물질과 상용성이다.
일반적으로, 원소 X(여기서, "X"는 원소 주기율표의 원소임)를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학적 조성을 갖는 물질 또는 종은 상기 물질 또는 종 중 X의 중량 퍼센트 및/또는 몰 퍼센트가 적어도 0.001%, 바람직하게는 적어도 0.01%, 더욱 바람직하게는 적어도 0.1%, 및 더더욱 바람직하게는 적어도 1%임을 지칭한다.
용어 "칼슘 염"은 화학적 조성이 원소 Ca, 예를 들어, Ca 양이온 형태의 원소 Ca를 포함하는 염을 지칭한다. 염은 적어도 부분적으로 이온 결합을 통해 서로 회합된 이온성 종을 포함하는 화합물이다. 예를 들어, CaSO4 및 CaCl2는 칼슘 염이며, 여기서 Ca는 양이온이고, SO4 및 Cl은 각각 음이온이다.
재생성 단계는 상기 종 또는 물질에서 소비(예를 들어, 화학적 변화를 통해 또 다른 종 또는 물질로 변환됨)되는 상이한 단계의 생성물을 사용하여 종 또는 물질을 생산하기 위한 공정의 단계를 지칭한다. 예를 들어, (A + B -> C + D)를 특징으로 하는 반응은 종 A 및 B를 소비하여 종 C 및 D를 형성시킨다. (C + E -> A + F)를 특징으로 하는 반응은 종 A를 소비한 반응의 생성물(종 C)을 사용하여 종 A를 재생성하기 위한 재생성 반응으로 지칭될 수 있다.
용어 "고체 분획"은 고체(들)와 액체(들)의 혼합물에 존재하는 고체 종을 지칭한다. 용어 "액체 분획"은 고체(들)와 액체(들)의 혼합물에서 액체 종 또는 액체 종에 용해된 종을 지칭한다. 예를 들어, 고체 분획은 화학적 반응의 고체 생성물을 가질 수 있고, 액체 분획은 화학적 반응의 액체 및 용해된 생성물을 가질 수 있다. 각각의 고체 분획 및 액체 분획은 임의로 미반응된 시약을 포함할 수 있다. 액체 분획은 용매(들) 및 상기 용매(들)에 용해된 이온을 포함할 수 있다.
하나 이상의 물질, 예컨대, 고체 분획의 "건조 질량"은 물을 함유하지 않는, 임의로 임의의 액체 종을 함유하지 않는 하나 이상의 물질의 질량을 지칭한다.
용어 "금속 산화물"은 일반적으로 화학적 조성이 하나 이상의 금속 원소 및 원소 O를 포함하는 물질을 지칭한다. 임의로, 금속 산화물 물질은 이온성 물질이거나 화학적 결합의 적어도 한 분획이 이온성 결합을 특징으로 하는 적어도 부분적 이온성 물질이다. 금속 원소는 원소 주기율표의 임의의 금속 원소 또는 준금속 원소이다. 일반적으로, 준금속 원소는 B, Si, Ge, As, Se, Sb, Te, Po, 및 At로 이루어진 군으로부터 선택된다.
용어 "천연 암석 또는 광물"은 지각에서 자연적으로 발견되고 이로부터 추출된 하나 이상의 물질을 지칭한다. 천연 암석 및 광물은 현무암, 화성 애피타이트, 울라스토나이트, 아노더사이트, 몬모릴로나이트, 벤토나이트, 칼슘-함유 장석, 아노타이트, 디옵사이드, 피록센, 피록세나이트, 마푸라이트, 카마푸라이트, 클리노피록센, 콜레모나이트, 그로설라, 오가이트, 피조나이트, 마르가라이트, 칼슘 서펜틴, 가넷, 쉘라이트, 스카른, 석회석, 천연 석고, 애피타이트, 플루오르애피타이트, 및 이들의 임의의 조합물을 포함하지만, 이로 제한되지 않는다. 대조적으로, 시멘트, 콘크리트, 포틀랜드 시멘트, 플라이 애시, 및 슬래그는 산업적으로 유래된 물질로 지칭될 수 있는 천연 암석 또는 광물이 아니다.
용어 "벌크 산"은 주어진 공정 또는 이의 단계에 의해 요구되는 바와 같이 존재하고 기능하기 위해 에너지(예컨대, 전기 에너지)의 연속 투입 및/또는 전극 표면과의 전자의 교환을 필요로 하지 않는 산 또는 산 용액을 지칭한다. 대조적으로, 불균질 또는 국부적 산성 용액, 예컨대, 전극 부근에 있고 전극과 용액 사이의 전자 교환의 결과로 그리고 실질적으로 그 동안에만 형성된 하이드로늄 이온 또는 양성자의 불균질 또는 국부적 산성 용액은 벌크 산이 아니다. 예를 들어, 벌크 산은 물 전기 분해 동안 전극에서 형성된 pH 구배에 상응하는 불균질 또는 국부적 또는 산성 용액이 아니다. 특정 구현예에서, 용어 "벌크 산"은 전기 에너지 투입의 부재 하에 적어도 10 초, 바람직하게는 적어도 1 분의 시간 규모에서 열역학적, 화학적, 및/또는 운동학적 안정성을 나타내는 산 또는 산 용액을 지칭한다. 특정 구현예에서, 용어 "벌크 산"은 전기 에너지 투입의 부재 하에 적어도 1 초의 시간 규모 및 적어도 10 cm, 바람직하게는 벌크 물질의 표면으로부터 적어도 10 cm의 길이 규모에 대한 열역학적, 화학적, 및/또는 운동학적 안정성을 나타내거나 나타낼 수 있는 산 또는 산 용액을 지칭한다.
용어 "전기화학적 전지"는 전기 화학을 수행하는 디바이스 및/또는 디바이스 구성요소를 지칭한다. 전기화학은 화학적 에너지의 전기 에너지로의 또는 전기 에너지의 화학적 에너지로의 변환을 지칭한다. 화학적 에너지는 화학적 변화 또는 화학적 반응에 상응할 수 있다. 따라서, 전기화학은 전기 에너지를 발생시키는 화학적 변화(예를 들어, 하나 이상의 화학 종에서 하나 이상의 다른 종으로의 화학적 반응) 및/또는 화학적 변화로 변환되거나 이를 유도하는 데 사용되는 전기 에너지를 지칭할 수 있다. 전기 에너지는 전기 회로에서 전류와 전위의 조합에 상응하는 전위 에너지를 지칭한다. 전기화학적 전지는 둘 이상의 전극(예를 들어, 양극 및 음극; 예를 들어, 캐소드 및 애노드) 및 하나 이상의 전해질을 갖는다. 전해질은 산화되는 종 및 전기화학적 전지의 충전 또는 방전 동안 환원되는 종을 포함할 수 있다. 전극에서 발생하는 반응, 예컨대, 화학적 종의 흡착 및 탈착 또는 예컨대 산화 또는 환원 반응은 전기화학적 전지에서 전하 전달 과정에 기여한다. 전기화학적 전지는 전해질 전지, 예컨대, 전해조 및 연료 전지를 포함하지만, 이로 제한되지 않는다. 전기화학적 산화는, 예를 들어, 양극에서 발생할 수 있고, 전기화학적 환원은, 예를 들어, 음극에서 발생할 수 있다. 전기화학적 산화는 전기화학적 전지와 관련하여 발생하는 전기 에너지의 전달(예를 들어, 산화 반응을 유도하는 전기 에너지 투입)을 동반하는 화학적 산화 반응을 지칭한다. 유사하게, 전기화학적 환원은 전기화학적 전지와 관련하여 발생하는 전기 에너지의 전달을 동반하는 화학적 환원 반응을 지칭한다. 예를 들어, 충전 중에 전기화학적으로 산화된 화학 종은 방전 중에 전기화학적으로 환원될 수 있으며, 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 용어 "전기화학적으로" 또는 "전기화학적"은 이의 일부로서 화학적 에너지가 전기 에너지로 변환되거나 전기 에너지가 화학적 에너지로 변환되는 반응, 공정 또는 이의 단계를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 생성물은 반응물(들)의 생성물로의 화학적 변환이 진행되는 것을 돕기 위해 전기 에너지가 제공될 때 생성물이 전기화학적으로 형성될 수 있다. 용어 "비-전기화학적"은 전기화학을 포함하지 않고/않거나 수행하기 위해 전기 화학을 필요로 하지 않는 반응 또는 공정을 지칭한다.
반응 단계는 하나 이상의 화학 종이 또 다른 하나 이상의 화학 종으로의 화학적 변화(예컨대, 서로 화학적 반응을 통해)를 겪는 것을 특징으로 하는 화학적 반응이 일어나는 공정 단계를 지칭한다.
용어 "원소 황"은 결정질, 다결정질, 및/또는 비정질 황을 포함하여, 황의 동소체, 이로 제한되지는 않지만, 예컨대, S7, S8, S6, S12, 및 S18 중 어느 하나 또는 이들의 조합을 지칭한다.
"RHE"는 일반적으로 가역적 수소 전극으로 지칭되는 기준 전극을 지칭한다. "SCE"는 일반적으로 포화 칼로멜 전극으로 지칭되는 기준 전극을 지칭한다.
용어 "초기 작동 시간"은 전지의 맨 처음/초기 작동 또는 "켜짐"으로부터 시작하여 전지가 작동하는 동안의 시간을 지칭한다. 전지 또는 시스템이 작동되지 않는(즉, 여기서 전기화학적 환원 또는 산화가 발생하지 않거나, 전기 에너지 투입 또는 생산이 발생하지 않는) 시간은 작동 결정의 초기 시간에 포함되지 않는다.
일부 구현예에서, 용어 "수성"은 용액의 다른 종, 또는 용질이 실질적으로 물에 의해 용매화되도록 용매가 물인 용액을 지칭한다. 일부 구현예에서, 용어 "수성"은 일반적으로 물을 포함하는 용액을 지칭할 수 있다. 임의로, 반드시 그러한 것은 아니지만, 수용액 또는 수성 용매는 5 부피% 이하의 비-수성 용매 및/또는 용질 종을 포함한다.
용어 "농업용수 개량"은 농업용수를 변화시키거나 농업용수에 용질과 같은 임의의 물질을 첨가하는 것을 지칭한다. 예를 들어, 황산을 포함하는 용액과 같은 황산을 농업용수에 첨가함으로써 농업용수가 산성화된다. 농업용수는 농업 용도, 관개용으로 사용되는 물을 지칭한다. 용어 "토양 개량"은 토양을 변화시키거나 토양에 임의의 물질을 첨가하는 것을 지칭한다. 예를 들어, 황산을 포함하는 용액과 같은 황산을 토양에 첨가함으로써 토양이 산성화된다.
용어 "시멘트"는 유압식, 비-유압식, 또는 유압식과 비-유압식 둘 모두의 시멘트 물질을 지칭한다. 예시적인 시멘트는 포틀랜드 시멘트이지만, 이로 제한되지 않는다. 일반적으로, 시멘트는 바인더 물질, 예를 들어, 미세한 골재 입자(예컨대, 조적을 위한 모르타르 생산용) 또는 모래 및 자갈(콘크리트 생산용)과 혼합될 수 있는 바인더 물질이다. 특정 구현예에 따르면, 시멘트는 칼슘 옥사이드를 포함한다. 시멘트는 임의로 특정 실리케이트(들), SiO2, 특정 산화물(들), Fe2O3, 특정 알루미네이트(들), Al2O3, 벨라이트, 알라이트, 트리칼슘 알루미네이트, 브라운밀러라이트를 포함하지만, 이로 제한되지 않는 하나 이상의 물질을 추가로 포함할 수 있다. "시멘트 물질"은 시멘트의 구성 요소이거나 구성 요소일 수 있는 물질을 지칭한다. 바람직하게는, 시멘트 물질은 Ca 또는 CaO를 포함하는 화학적 조성을 갖는다. 예를 들어, CaO는 시멘트 물질이다. 예를 들어, 시멘트질 물질은 시멘트 물질이다. 복합 시멘트 물질은 적어도 하나의 시멘트 물질 및 임의로 하나 이상의 첨가제를 포함하여 복수의 물질들을 포함할 수 있다. 예시적인 복합 시멘트 물질은 포틀랜드 시멘트 클링커 및 포틀랜드 시멘트, 예컨대, 일반 포틀랜드 시멘트(OPC)이지만, 이로 제한되지 않는다.
용어 "실질적으로"는 20% 이내, 임의로 10% 이내, 임의로 5% 이내, 임의로 1% 이내, 또는 임의의 기준 성질 또는 조건과 등가의 성질 또는 조건을 지칭한다. 용어 "실질적으로 동일한", "실질적으로 등가의" 또는 "실질적으로 변하지 않은"은 성질 또는 조건을 기술하는 기준 값과 함께 사용될 때 20% 이내, 임의로 10% 이내, 임의로 5% 이내, 임의로 1% 이내, 임의로 0.1% 이내, 또는 임의로 제공된 기준 값 또는 조건과 등가의 값 또는 조건을 지칭한다. 예를 들어, 실질적으로 500 mV인(또는, 실질적으로 500mV와 등가의) 전압은 20% 이내, 임의로 10% 이내, 임의로 5% 이내, 임의로 1% 이내, 또는 임의로 500 mV와 같다. 용어 "실질적으로 더 큰"은 성질 또는 조건을 기술하는 기준 값 또는 조건과 함께 사용될 때, 제공된 기준 값 또는 조건보다 적어도 2%, 임의로 적어도 5%, 임의로 적어도 10%, 또는 임의로 적어도 20% 더 큰 값을 지칭한다. 예를 들어, 전압이 500 mV보다 적어도 20% 더 큰, 임의로 적어도 10% 더 큰, 임의로 적어도 5% 더 큰, 또는 임의로 적어도 1% 더 큰 경우, 전압은 실질적으로 500 mV보다 크다. 용어 "실질적으로 더 적은"은 성질 또는 조건을 기술하는 기준 값 또는 조건과 함께 사용될 때, 제공된 기준 값보다 적어도 2%, 임의로 적어도 5%, 임의로 적어도 10%, 또는 임의로 적어도 20% 더 적은 값 또는 조건을 지칭한다. 예를 들어, 전압이 500 mV보다 적어도 20% 더 적은, 임의로 적어도 10% 더 적은, 임의로 적어도 5% 더 적은, 또는 임의로 적어도 1% 더 적은 경우, 전압은 실질적으로 500 mV보다 적다.
또한, 추가의 유용한 용어, 설명 및 구현예를 포함할 수 있는 미국 특허 공개 제2019/0376191호(Finke; 미국 출원 제16/415,275호)는 본원과 이와 부합되지 않는 것이 없는 한 인용에 의해 본원에 포함된다.
일 구현예에서, 합금 또는 합금의 전구체와 같은 본 발명의 조성물 또는 화합물은 단리되거나 실질적으로 정제된다. 일 구현예에서, 단리되거나 정제된 화합물은 관련 기술 분야에서 이해되는 바와 같이 적어도 부분적으로 단리되거나 실질적으로 정제된다. 일 구현예에서, 본 발명의 실질적으로 정제된 조성물, 화합물 또는 포뮬레이션은 95%, 임의로 일부 적용에 대해 99%, 임의로 일부 적용에 대해 99.9%, 임의로 일부 적용에 대해 99.99%, 및 임의로 일부 적용에 대해, 99.999% 순수한 화학적 순도를 갖는다.
발명의 상세한 설명
이하의 설명에서, 본 발명의 디바이스, 디바이스 구성 요소 및 방법의 다수의 특정 세부 사항은 본 발명의 정확한 본질에 대한 철저한 설명을 제공하기 위해 제시된다. 그러나, 본 발명이 이들 특정 세부 사항 없이도 실시될 수 있음이 당업자에게 명백할 것이다.
본 발명은 하기 비-제한적인 실시예에 의해 추가로 이해될 수 있다
실시예 1: 칼슘 보유 암석 및 광물로부터 칼슘 옥사이드 또는 일반 포틀랜드 시멘트의 제조 공정
통상적인 시멘트는 CaCO3를 CaO로 열 분해 한 다음 Al2Si2O5(OH)4, Fe2O3, 및 CaSO4를 포함하는 다른 물질과 이를 혼합함으로써 제조된다. 열 분해는 ~900C에서 발생하고, 최종 OPC 생산은 ~1450C에서 발생한다. 시멘트 제조에 필요한 대부분의 에너지 및 CO2 방출은 석회석의 열 분해에서 이루어진다:
CaCO3 → CaO + CO2 ΔH = 178 (비자발적) (FX5).
통상적인 시멘트는 2.7-6 GJ/톤 OPC를 필요로 하며 OPC(일반 포틀랜드 시멘트) 톤 당 0.7 내지 1.3 톤의 CO2를 생성시킨다. 정상적인 시멘트 공정은 많은 양의 CO2를 방출하고 많은 에너지를 사용한다.
본 개시에는 임의의 칼슘-보유 암석 또는 광물들로부터 CaO를 생산하는 공정이 포함된다. 자연적으로, 산(예를 들어, H2CO3 또는 H2SO4)은 칼슘 보유 광물을 풍화시켜 전형적으로 CaCO3 또는 CaSO4를 생성시킨다. 일반적인 풍화 경향은 하기와 같다:
H2CO3 + CaAl2Si2O8 + H2O → CaCO3 + Al2Si2O5(OH)4 (FX6);
또는
H2SO4 + CaAl2Si2O8 + H2O→ CaSO4 + Al2Si2O5(OH)4 (FX7).
자연적으로, 이들 산은 매우 희석되며, 전형적으로 이러한 풍화는 오랜 기간(수주에서 수십 년)에 걸쳐 발생한다. 풍화는 칼슘 보유 광물 또는 암석에서 발생할 수 있다. 일반적인 예는 울라스토나이트, 아노더 사이트, Ca-벤토나이트, 몬모릴로나이트, 플라지오클레이스(plagioclase) 및 현무암이다. 모든 고철질 및 초고철질 암석을 포함하는 모든 칼슘 보유 암석이 가능하다.
본원에 개시된 방법은 산(예를 들어, H2SO4, HF, HCl, H2CO3) 또는 산과 칼슘 보유 암석 또는 광물(예를 들어, 아노더사이트, 몬모릴로나이트, 울라스토나이트)의 조합물을 사용하여 칼슘 염(예를 들어, CaSO4, CaF2, CaCl2, CaCO3)을 생성시킬 수 있다. 따라서, 그 후에, 이러한 염을 수화시키거나 열 분해하여 CaO를 생성시키는 것이 가능하다. 또한, 칼슘 염 및 부산물을 일반 포틀랜드 시멘트 또는 칼슘 설포알루미네이트 시멘트를 포함하는 시멘트질 물질로 열 분해하기 위한 출발 물질의 정확한 비율을 달성하는 것이 가능할 수 있다. 산의 강도, 농도, 또는 품질 및 채광 칼슘-보유 암석의 입도는 칼슘-보유 출발 물질로부터 칼슘 염의 제거 속도를 변화시킬 수 있으며, 상이한 산 농도 및 분쇄된 암석 크기가 이러한 공정의 상이한 버전에 최적일 수 있다.
본원에 개시된 공정의 이점은 이들이 CO2를 함유하지 않으며 에너지 중립적일 수 있다는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어:
H2SO4 + CaAl2Si2O8 + H2O→ CaSO4 + Al2Si2O5(OH)4 (FX8);
CaSO4 → CaO + SO2 + ½O2 (FX9);
SO2 + H2O + ½O2 → H2SO4 (FX10);
순: CaAl2Si2O8 + 2H2O → CaO + Al2Si2O5(OH)4 (FX11);
ΔH = ~0
이 공정은 또한 H2와 H2SO4의 전기화학적 열병합이 사용되는 경우 깨끗한 수소를 제조하는 데 사용될 수 있다:
H2SO4 + CaAl2Si2O8 + H2O→ CaSO4 + Al2Si2O5(OH)4 (FX12);
CaSO4 → CaO + SO2 + ½O2 (FX13);
SO2 + 2H2O → H2 + H2SO4 (FX14);
순: CaAl2Si2O8 + 2H2O → CaO + Al2Si2O5(OH)4 + ½O2 + H2 (FX15);
ΔH = 50 (약간 상승)
실시예 2: 석회석의 환원성 열 분해로 석회 또는 시멘트 제조
석회는 지구상에서 가장 많이 소비되는 인간이 제조한 물질인 시멘트의 주성분일뿐만 아니라 상품 화학물질로서 바로 사용된다. 석회는 현재 공기 분위기에서 석회의 열 분해를 통해 생성된다(FX16).
CaCO3 → CO2 + CaO (FX16);
상기 반응의 이러한 분해의 열은 178 kJ/mol이다.
본 발명에는 수소로의 환원성 열 분해를 통해 석회석으로부터 시멘트를 생산하는 공정이 포함된다. 공정의 제1 단계는 하기 반응을 따를 수 있다:
CaCO3 + 4H2 → CH4 + 2H2O (FX17A);
또는
CaCO3 + 2H2 → CH4 + O2 (FX17B);
반응 가스의 물 함량은 반응이 FX17A, FX17B, 또는 이 둘 모두에 따라 진행되는 지의 여부에 영향을 미친다. CaCO3는 H2와 반응하여 CaO + CH4 + O2 또는 CaO + CH4 + 2H2O를 생성할 수 있다. H2O가 형성되는 경우, 4 개의 H2가 소비된다. O2가 형성되는 경우, 단지 2 개의 H2가 소비된다. 이 반응은, 예를 들어, 물 분위기가 있는 경우에만 2 개의 H2를 소비하도록 구동될 수 있다.
반응은 여기서 중단될 수 있거나, 제2 단계가 메탄 열분해로 수소, 또는 하기 화학적 반응을 수반하는 임의의 메탄을 재생성할 수 있다:
CH4 → 2H2 + C (FX18);
이러한 반응의 한 가지 이점은 CO2 대신 고체 탄소가 제조될 수 있어서 대기의 오염이 없을 것이라는 점이다. 반응 FX17A의 또 다른 이점은 에너지 요구가 석회석(13.1 kJ/mol)의 전형적인 열 분해보다 낮다는 점이다. 반응 FX17B의 이점은 메탄 열분해로부터 필요한 수소 100%가 재생성될 수 있다는 점이다.
특정 구현예에서, 반응 FX17A는, 예를 들어, H2, H2/N2 분위기 또는 임의의 다른 연소 시 700C 초과의 환원 조건 하에 발생한다. 반응 FX17B는 물 분위기 하에 H2와 700C 초과에서 발생할 수 있다. 예를 들어, 2.011 g의 CaCO3 분말을 관로에 넣고 이를 분당 7C에서 가열하였다. 예를 들어, 분당 0.3 리터(lpm)로 형성 가스를 유동시켰다. 예를 들어, 노의 뒤쪽에 기체 분석기를 부착하여 메탄 농도를 측정하였다. 도 1 및 2에서 데이터가 확인된다. XPS에 의해서 생성된 열 분해로 >99%의 석회가 수득되는 것으로 결정되었다(도 3).
이들 곡선 하에서 적분함으로써 ~100%의 탈탄소화가 달성된 것으로 결정되었다.
실시예 3: 석고 및 시멘트 물질의 생산
예시적인 양태 1: 산-형성 가스(예를 들어, SO2 및 CO2)의 순 생산 없이 임의의 칼슘 함유 출발 물질로부터 일반 포틀랜드 시멘트(OPC)의 생산. 칼슘 함유 출발 물질의 예는 현무암, 화성 애피타이트, 울라스토나이트, 슬래그, 플라이 애시, 아노더사이트, 몬모릴로나이트, 벤토나이트, 칼슘-함유 장석, 아노타이트, 디옵사이드, 피록센, 피록세나이트, 마푸라이트, 카마푸라이트, 클리노피록센, 콜레모나이트, 그로설라, 오가이트, 피조나이트, 마르가라이트, 칼슘 서펜틴, 가넷, 쉘라이트, OPC, 콘크리트, 질량 기준 임의의 Ca 또는 Cao를 갖는 임의의 암석, 특히, >5%, >10%, 또는 >15% CaO를 갖는 암석, 임의의 스카른, 석회석, 석고, 애피타이트, 또는 플루오르애피타이트를 포함한다.
특정 구현예에서, 먼저 상기 칼슘 함유 암석으로부터 >90% 순수한 합성 석고를 생성시킨 다음(청구항 제2항의 세부 사항), 이러한 석고를 열분해하여 CaO를 생성시키고, 이어서 이를 적절한 비율의 다른 물질과 혼합함으로써 OPC를 형성시킴으로써 이를 수행하였다. 생성된 SO2를 이어서 황산으로 재형성시켰고(접촉 공정을 통해 또는 황 탈분극화 전해기를 통해), 이는 이후 재순환되어 합성 석고를 생성시킬 수 있다. 일반적인 화학은 하기와 같다:
1. CaAl2Si2O8 + H2SO4 -> CaSO4 (>90 건조 중량% 순수) + Al2O3 + SiO2 (FX19);
2. CaSO4 + 열 -> CaO + 1/2O2 + SO2 (FX20);
3. CaO + xAl2O3 + ySiO2 -> OPC (FX21);
4. SO2 + 1/2O2 + H2O -> H2SO4 (FX22);
일반 포틀랜드 시멘트(OPC)는 산업에서 오늘날 오로지 석회석(주로 CaCO3)로만 제조된다. OPC의 생산은 먼저 CaCO3를 열 분해함으로써 CaO를 생성시키고(예를 들어, CaCO3+ 열 -> CaO + CO2), 이어서 CaO를 실리카 및 알루미나로 가열하여 질량 기준 ~60%의 CaO인 OPC를 형성시키는 것을 수반한다. 시멘트 제조로부터의 CO2 생성은 전 세계 CO2 배출량의 > 5%를 차지한다.
석회석 이외에도 OPC는 또한 석고(CaSO4)로부터 제조될 수 있다. 채광 석고(CaSO4)는 OPC를 생산하기 위한 일부 방법에 의해 사용될 수 있다. 이러한 공정에서 CaSO4는 열 분해되어 CaO를 생성시킨다(예를 들어, CaSO4 + 열 → CaO + 1/2O2+ SO2). 이러한 공정은 또한 탄소 또는 수열 환원으로 달성될 수 있으며, 이러한 경우 CaSO4를 환원제(예를 들어, 석탄)와 반응시켜 CaS를 생성시킨 다음 CaS를 CaSO4와 함께 열분해시켜 CaO를 제조한다. 이러한 공정은 뮐러-퀴네(Mueller-Kuehne) 공정으로 알려져 있다. SO2는 대기 중으로 방출될 수 없고 SO2에 대한 전 세계 수요가 OPC에 대한 수요보다 훨씬 더 낮기 때문에 이러한 공정 중 어느 것도 오늘날 상업적으로 실행되지 않는다.
OPC는 "인산석고"(인산 및 석고를 제조하도록 인산염 암석을 H2SO4와 반응시킴으로써 생성된 CaSO4)로부터 생산될 수 있다. 비료 산업은 황산을 인산 암(주로 Ca5(PO4)3OH)과 반응시켜 인산을 제조함으로써 폐 CaSO4를 생산한다. 이러한 합성 석고는 상기 공정에서와 같이 열분해되어 CaO 및 이후 OPC를 제조할 수 있다.
본원에 개시된 방법은 통상적인 방법에 비해 OPC가 제조될 수 있는 출발 물질을 상당히 확장시킨다.
예시적인 양태 2: 임의의 칼슘 함유 암석으로부터 >90% 순도의 CaSO4 생산. 예를 들어, HCl을 먼저 암석과 반응시켜 칼슘 클로라이드를 용해시키고, 90 건조 중량%가 넘는 순도로 SiO2 및 기타 부산물을 침전시켰다. 예를 들어, 그 후에 물에 용해되지 않는 일반적인 설페이트 염(MgSO4, Al2(SO4)3, Fe2(SO4)3) 중 유일한 설페이트 염이기 때문에 CaSO4를 선택적으로 침전시키는 황산과 용해된 용액을 반응시켰다. 이에 의해 또한 HCl가 재생성되었다. 샘플 화학은 하기와 같다:
1. CaAl2Si2O8 + 8HCl -> CaCl2(aq) + 2AlCl3(aq) + SiO2(s) (FX23);
2. 고체 및 수성 분획의 분리 (FX24);
3. CaCl2(aq) + 2AlCl3(aq) + 4H2SO4 -> CaSO4(s) + Al2(SO4)3(aq) + 8HCl (FX25).
본원에 개시된 방법은 >90 건조 중량% 순도의 CaSO4의 생산을 포함하는데, 이는 공정을 비용이 덜 들고, 덜 복잡하며, OPC의 정확한 생산을 위해 필요한 재료 비율을 더 제어 가능하게 만든다.
90 건조 중량%의 칼슘 설페이트는 또한 황산을 석회석(CaCO3) 및 포스페이트 암석(Ca5(PO4)3OH 또는 Ca5(PO4)3F)과 반응시킨 부산물로서 생성될 수 있다. 이들 반응의 생성물은 수용성(HF, H2PO4), 액체(H2O) 또는 기체(CO2)였다.
유리하게는, 본원에 개시된 방법에 의해서 부산물이 황산에 용해되지 않더라도 임의의 암석으로부터 고순도 합성 석고가 수득될 수 있다.
실시예 4: 가치 있는 부산물의 생성
예시적인 양태 3: 임의의 칼슘 함유 암석으로부터의 알루미나 생산. 이는 먼저 HCl로 침출한 다음 HCl로 침출 용액을 포화시킴으로써 수행될 수 있으며, 높은 HCl 농도는 AlCl3가 침전되게 한다. 그 후에, AlCl3는 H2SO4와 혼합되어 Al2(SO4)3를 생성시키고 HCl을 재생성할 수 있다. Al2(SO4)3는 열 분해되어 Al2O3를 생성시키고 SO2를 생성함으로써 황산을 재생성할 수 있다. 예시적인 화학은 하기와 같다:
1. CaAl2Si2O8 + 8HCl -> CaCl2(aq) + 2AlCl3(aq) + SiO2(s) (FX26);
2. AlCl3(aq) + HCl(aq) -> AlCl3(s) + HCl(aq) (FX27);
3. 2AlCl3(s) + H2SO4 -> Al2(SO4)3 (FX28);
4. Al2(SO4)3 + 열 -> 3SO2 + Al2O3 + 3/2O2 (FX29);
5. SO2 + 1/2O2 + H2O -> H2SO4 (FX30).
예시적인 양태 4: 임의의 칼슘 함유 암석으로부터의 아이언 옥사이드 생산. Al, Ca, 및 Si가 상술된 공정을 통해 제거되면, 수성 아이언 설페이트 및 마그네슘 설페이트만이 용액에 남는다. 물이 증발되고 염이 500 내지 700C로 상승하면, 아이언 설페이트는 불용성 아이언 옥사이드로 분해되고, 나머지 마그네슘 설페이트는 물에 용해되어 아이언 옥사이드만을 남길 수 있다.
예시적인 양태 5: 칼슘-함유 암석으로부터의 흄 실리카를 포함한 보충 시멘트질 물질 생산. 본원의 공정의 부수적인 이점은 실리카를 제외한 모든 것을 용해시키기 때문에 모든 입도가 매우 작아서 합성 실리카 흄을 제조할 수 있다는 점이다.
부가-가치 부산물의 생산은 본원에 개시된 방법의 중요한 이점이다. "제1 반응" 단계, 또는 칼슘-보유 출발 물질과 제1 산의 반응에 상응하는 침출 단계(들)의 예상치 못한 부가적 이점은 Al2O3, SiO2, 실리카-흄 등급 실리카, Fe2O3, 및 MgO를 포함하는 수많은 부산물이 생성될 수 있다는 점이다. 이들 생성물은 또한 화학적 분리가 이용되기 때문에 고도로 순수할 수 있다. 특정 구현예에 따라, 본원에 개시된 바와 같이, 알루미늄 침전을 위한 HCl 농도의 사용은 알루미늄 함유 암석으로부터 AlCl3를 제조하는 데 이용될 수 있는데, 이는 보다 높은 열 분해 효율 및 가치 있는 HCl의 재생성의 이점을 갖는다.
본원에 개시된 방법은 이들 생성물을 제조할 수 있는 출발 물질을 확장시키고, 다수 경우에 통상적인 공정보다 더 우수한 공정 효율, 생성물 순도 및 품질을 달성할 수 있다는 이점을 포함한다.
인용 및 변형예에 의한 포함에 관한 진술
본 출원 전반에 걸쳐 모든 참고문헌, 예를 들어, 공고 또는 등록 특허 또는 등가물; 특허 출원 공개 문헌; 및 비특허 문헌 서류 또는 다른 원자료를 포함하는 특허 문헌은, 각 참고문헌이 본 출원에서의 개시물과 적어도 부분적으로 부합하지 않는 것이 없는 한 인용에 의해 개별적으로 포함되는 것과 같이, 그 전체가 인용에 의해 본원에 포함된다(예를 들어, 부분적으로 부합하지 않는 참고문헌은 참고문헌의 부분적으로 부합하지 않는 부분을 제외하고 인용에 의해 포함된다).
본원에서 이용된 용어들 및 표현들은 제한이 아닌 설명의 용어들로서 사용되고, 이러한 용어들 및 표현들의 사용에서, 도시되고 기술된 특징들의 임의의 등가물들을 배제하려는 의도는 없고, 다양한 변경물들이 본 청구항들의 범위 내에서 가능하다는 것이 인식된다. 따라서, 본 발명이 바람직한 구현예들, 예시적인 구현예들 및 옵션의 특징들에 의해 구체적으로 개시되어 있지만, 본원에 개시된 개념들의 변형물 및 변경물이 당업자에 의해 재분류될 수도 있고, 이러한 변형물들 및 변경물들이 첨부한 청구항들에 의해 정의되는 바와 같은 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 고려된다는 것을 이해해야 한다. 본원에 제공된 특정한 구현예들은 본 발명의 유용한 구현예들의 예들이고, 본 발명이 본 설명에서 설명한 디바이스들, 디바이스 구성 요소, 방법 단계들의 다수의 변경들을 사용하여 실행될 수도 있다는 것이 당업자에게는 명백할 것이다. 당업자에게 명백할 바와 같이, 방법들 및 이 방법들에 유용한 디바이스들은 다수의 옵션의 조성 및 프로세싱 엘리먼트들 및 단계들을 포함할 수 있다.
본원에서 및 첨부한 청구항들에서 사용되는 바와 같이, 단수 형태인 부정 관사 및 정관사는 그 내용이 명확하게 다르게 나타내지 않으면, 복수의 대상을 포함한다. 따라서, 예를 들어, "일 전지(a cell)"에 대한 언급은 복수의 이들 전지들 및 당업자에게 공지된 그것의 등가물들을 포함한다. 또한, 용어들 "일(a)"(또는 "일(an)"), "하나 이상" 및 "적어도 하나"는 본원에서 상호교환가능하게 사용될 수 있다. 또한, 용어들 "포함하는(comprising)", "구비하는(including)" 및 "갖는(having)"이 상호교환가능하게 사용될 수 있다는 것에 또한 유의한다. "제 XX 항 내지 제 YY 항 중 어느 한 항 중"(여기서, XX 및 YY는 청구항 번호들을 칭함)은 다중 종속항을 대안의 형태로 제공하도록 의도되고, 일부 구현예들에서는, 표현 "제 XX 항 내지 제 YY 항 중 어느 한 항에서"와 상호교환가능하다.
치환기들의 그룹이 본원에 개시될 때, 그들 그룹 및 그룹 구성원의 임의의 이성질체, 거울상 이성질체, 및 부분입체 이성질체를 포함한 모든 서브그룹의 개별 구성원 모두는 개별적으로 개시된다는 것이 이해된다. 마커쉬형 그룹 또는 다른 그룹화가 본원에 사용될 때, 그룹의 모든 각각의 구성원 및 그룹의 가능한 모든 조합들 및 서브조합들이 개시에 개별적으로 포함되는 것으로 의도된다.
화합물의 특정 이성질체, 거울상 이성질체 또는 부분입체 이성질체가 예를 들어 화학식 또는 화학물명으로 특정되지 않게 화합물이 본원에 기술된 경우, 그 설명은 개별적으로 또는 임의의 조합으로 기술된 화합물의 각 이성질체 및 거울상 이성질체를 포함하는 것으로 의도된다. 추가로, 달리 명시되지 않는 한, 본원에 개시된 화합물의 모든 동위원소 변이체는 본 개시에 포함되도록 의도된다. 예를 들어, 개시된 분자에서 임의의 하나 이상의 수소가 중수소 또는 삼중수소로 대체될 수 있음을 이해할 것이다. 분자의 동위원소 변이체는 일반적으로 분자 분석법, 및 분자 또는 이의 사용과 관련된 화학적 및 생물학적 연구에서 표준으로서 유용하다. 이러한 동위원소 변이체를 제조하는 방법은 당업계에 공지되어 있다. 당업자는 동일한 화합물을 다르게 명명할 수 있는 것으로 알려진 바와 같이, 화합물의 특정 명칭은 예시적인 것으로 의도된다.
본원에 개시된 특정 분자는 하나 이상의 이온화 가능한 기[양성자가 제거(예를 들어, -COOH) 또는 부가(예를 들어, 아민)될 수 있거나 사차화(예를 들어, 아민)될 수 있는 기]를 함유할 수 있다. 이러한 분자 및 이의 염의 모든 가능한 이온성 형태는 본원의 개시에서 개별적으로 포함되는 것으로 의도된다. 본원의 화합물의 염과 관련하여, 당업자는 주어진 적용을 위한 본 발명의 염의 제조에 적절한 광범위하게 다양한 이용 가능한 상대 이온 중에서 선택할 수 있다. 구체적 적용에서, 염의 제조를 위한 주어진 음이온 또는 양이온의 선택은 그러한 염의 용해도를 증가시키거나 감소시킬 수 있다.
본원에서 기술되거나 예시된 모든 디바이스, 시스템, 포뮬레이션, 조성물, 성분들 조합, 또는 방법, 또는 이의 단계는 달리 명시되지 않는 한 본 발명을 실시하는데 사용될 수 있다.
범위가 명세서에 제공될 때마다, 예를 들어, 온도 범위, 시간 범위, 조성 또는 농도 범위, 모든 중간 범위 및 하위범위뿐만 아니라 제공된 범위들에 포함되는 모든 개별 값들이 본 개시물에 포함되는 것으로 의도된다. 본원의 설명에 포함되는 범위 또는 하위범위에서의 임의의 서브범위들 또는 개별 값들은 본원의 청구항들로부터 배제될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
명세서에 언급한 모든 특허들 및 간행물들은 본 발명이 속하는 분야의 당업자의 기술 수준들을 나타낸다. 본원에 인용된 참고문헌들은 일부 경우들에서 그들의 공개 또는 출원일의 기술의 상태를 나타내기 위해 전체적으로 본 명세서에 인용에 의해 포함되고, 이러한 정보가 필요하면, 종래 기술에 있는 특정한 구현예들을 배제하기 위해 본 명세서에서 이용될 수도 있다는 것이 의도된다. 예를 들어, 논의되는 화합물이 청구되는 경우에, 본 명세서에 인용된 참고문헌들에 가능한 개시가 제공된 화합물을 포함하여 출원인의 발명 전에 당업계에 공지되고 이용 가능한 화합물은 본원의 해당 청구항의 조성물에 포함되는 것으로 의도된 것이 아님이 이해되어야 한다.
본원에 사용되는 바와 같이, "포함하는"은 "구비하는", "함유하는" 또는 "특징으로 하는"과 동의어이고, 포괄적이거나 개방형이고, 추가의 열거되지 않은 엘리먼트들 또는 방법 단계들을 배제하지 않는다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "이루어진(consisting of)"은 청구항 엘리먼트에서 특정되지 않은 임의의 엘리먼트, 단계 또는 성분을 배제한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "필수적 요소로 하여 이루어진(consisting essentiAlly of)"은 청구항의 기본적이고 신규한 특징들에 물질적으로 영향을 미치지 않는 재료들 또는 단계들을 배제하지 않는다. 본원의 각 경우에, 임의의 용어 "포함하는", "필수적 요소로 하여 이루어지는" 및 "이루어지는"은 다른 두 용어 둘 모두로 대체될 수 있다. 본원에서 예시적으로 기술된 본 발명은 본원에 구체적으로 개시되지 않은 임의의 엘리먼트 또는 엘리먼트들, 제한 또는 제한들의 부재하에서 실시될 수 있다.
당업자는 구체적으로 예시된 것들 이외의 출발 물질, 생물학적 물질, 시약, 합성 방법, 정제 방법, 분석 방법, 검정 방법, 및 생물학적 방법이 과도한 실험에 의존하지 않고 본 발명의 실행에 사용될 수 있다는 것을 인지할 것이다. 임의의 이러한 물질 및 방법의 모든 당업계에 공지된 기능적 등가물은 본 발명에 포함되는 것으로 의도된다. 사용된 용어 및 표현은 제한 없이 설명의 용어로서 사용되며, 이러한 용어와 표현의 사용 시에 나타나 있고 기재된 특징 또는 이의 일부의 임의의 등가물을 배제하려는 의도는 없으며, 청구된 발명의 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 점이 인지된다. 따라서, 본 발명이 바람직한 구현예들 및 옵션의 특징들에 의해 구체적으로 개시되어 있지만, 본원에 개시된 개념들의 변형물 및 변경물이 당업자에 의해 재분류될 수도 있고, 이러한 변형물들 및 변경물들이 첨부한 청구항들에 의해 정의되는 바와 같은 본 발명의 범위내에 있는 것으로 고려된다는 것을 이해해야 한다.

Claims (103)

  1. 시멘트 물질을 생산하는 방법으로서, 상기 방법은
    칼슘-보유 출발 물질을 제1 산과 반응시켜 수성 제1 칼슘 염을 생성시키는 제1 반응 단계;
    상기 수성 제1 칼슘 염을 제2 산과 반응시켜 고체 제2 칼슘 염을 생성시키는 단계로서, 상기 제2 산이 상기 제1 산과 상이하고, 상기 제2 칼슘 염이 상기 제1 칼슘 염과 상이한 단계; 및
    하나 이상의 칼슘 염을 열 처리하여 제1 시멘트 물질을 생성시키는 열 처리 단계를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 하나 이상의 칼슘 염이 제2 칼슘 염인, 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제2 반응 단계 동안, 제1 칼슘 염과 제2 산 사이의 반응으로 제1 산이 재생성되는, 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 산-형성 가스 생성물을 함유하지 않는 순 반응을 특징으로 하는, 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 90 중량% 순도 이상의 순도를 특징으로 하는 고체 제2 칼슘 염을 형성시킴을 포함하는, 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 반응 단계 후 및 제2 반응 단계 전에 제1 분리 단계를 포함하고; 상기 제1 분리 단계가 제1 고체 분획으로부터 제1 수성 분획을 분리함을 포함하고; 상기 제1 수성 분획이 수성 제1 칼슘 염을 포함하고, 상기 제1 고체 분획이 상기 제1 반응 단계 동안 형성된 하나 이상의 고체 부산물을 포함하는, 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 반응 단계 후 및 열 처리 단계 전에 제2 분리 단계를 포함하고; 상기 제2 분리 단계가 제2 수성 분획으로부터 제2 고체 분획을 분리함을 포함하고; 상기 제2 고체 분획이 고체 제2 칼슘 염을 포함하고, 상기 제2 수성 분획이 상기 제2 반응 단계 동안 형성된 하나 이상의 수성 부산물을 포함하는, 방법.
  8. 제7항에 있어서, 고체 분획이 제2 칼슘 염인 적어도 90 건조 중량%의 건조 질량을 특징으로 하는, 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 산 재생성 단계를 추가로 포함하고; 상기 제2 산 재생성 단계가 열 처리 단계의 하나 이상의 기체 생성물을 제2 산으로 변환시킴을 포함하는, 방법.
  10. 제9항에 있어서, 제2 산 재생성 단계가 하기 식 FX1A에 따라 수행되는 비-전기화학적 공정인, 방법:
    SO2 + ½O2 + H2O → H2SO4 (FX1A)
    상기 식에서,
    FX1A의 SO2는 열 처리 단계의 기체 생성물이고;
    FX1A에서 발생된 H2SO4는 제2 반응 단계 동안 제2 산의 적어도 한 분획으로서 사용된다.
  11. 제9항에 있어서, 제2 산 재생성 단계가 하기 식 FX1B에 따라 수행되는 비-전기화학적 공정인, 방법:
    SO2 + H2O → H2SO3 (FX1B)
    상기 식에서,
    FX1B의 SO2는 열 처리 단계의 기체 생성물이고;
    FX1B에서 발생된 H2SO3는 제2 반응 단계 동안 제2 산의 적어도 한 분획으로서 사용되는, 방법.
  12. 제9항에 있어서, 제2 산 재생성 단계가 (i) 이산화황을 황산으로 전기화학적으로 산화시키고, (ii) 환원 반응을 통해 수소 기체를 형성시킴을 포함하고, 상기 제2 산 재생성 단계가 하기 식 FX2에 따라 수행되는, 방법:
    SO2 + 2H2O → H2SO4 + H2 (FX2)
    상기 식에서,
    FX2의 SO2는 열 처리 단계의 기체 생성물이고;
    FX2에서 발생된 H2SO4는 제2 반응 단계 동안 제2 산의 적어도 한 분획으로서 사용된다.
  13. 제12항에 있어서, 열 처리 단계가 제2 산 재생성의 결과로 형성된 수소 기체를 산화시킴으로써 발생된 에너지를 사용함을 포함하는, 방법.
  14. 제12항에 있어서, 이산화황을 전기화학적으로 산화시키는 것이 제2 산 재생성 단계의 결과로서 발생된 에너지를 사용함을 포함하는, 방법.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 반응 단계 동안, 하기 식 FX3에 따라 제1 칼슘 염과 제2 산 사이의 반응으로 제1 산이 재생성되는, 방법:
    CaCl2(aq) + H2SO4 -> CaSO4(s) + 2HCl (FX3)
    상기 식에서,
    제1 칼슘 염은 CaCl2이고;
    제1 산은 HCl이고;
    제2 산은 H2SO4이고;
    제2 칼슘 염은 CaSO4이다.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 칼슘-보유 출발 물질이 적어도 1 건조 중량%의 Ca를 갖는, 방법.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 칼슘-보유 출발 물질이 Ca를 포함하는 조성을 갖는 적어도 하나의 다원성 금속 산화물 물질 및 Al, Si, Fe, Mn, 및 Mg로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 기타 금속 원소를 포함하는, 방법.
  18. 제17항에 있어서, 적어도 하나의 다원성 금속 산화물의 조성이 55 건조 중량% 이하의 Ca를 포함하는, 방법.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 칼슘-보유 출발 물질이 적어도 하나의 천연 암석 또는 광물을 포함하는, 방법.
  20. 제17항 또는 제18항에 있어서, 적어도 하나의 다원성 금속 산화물 물질이 적어도 하나의 천연 암석 또는 광물인, 방법.
  21. 제19항 또는 제20항에 있어서, 적어도 하나의 천연 암석 또는 광물이 현무암(basalt), 화성 애피타이트(igneous appetite), 울라스토나이트(wollastonite), 아노더사이트(anorthosite), 몬모릴로나이트(montmorillonite), 벤토나이트(bentonite), 칼슘-함유 장석(calcium-containing feldspar), 아노타이트(anorthite), 디옵사이드(diopside), 피록센(pyroxene), 피록세나이트(pyroxenite), 마푸라이트(mafurite), 카마푸라이트(kamafurite), 클리노피록센(clinopyroxene), 콜레모나이트(colemonite), 그로설라(grossular), 오가이트(augite), 피조나이트(pigeonite), 마르가라이트(margarite), 칼슘 서펜틴(calcium serpentine), 가넷(garnet), 쉘라이트(scheilite), 스카른(skarn), 석회석(limestone), 천연 석고(natural gypsum), 애피타이트(appetite), 플루오르애피타이트(fluorapatite), 또는 이들의 임의의 조합물을 포함하는, 방법.
  22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 칼슘-보유 출발 물질이 시멘트, 콘크리트, 포틀랜드 시멘트, 플라이 애시, 슬래그, 또는 이들의 임의의 조합물을 포함하는, 방법.
  23. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 산이 염산인, 방법.
  24. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 산이 황산 및/또는 아황산인, 방법.
  25. 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 수성 제1 칼슘 염이 칼슘 클로라이드인, 방법.
  26. 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 고체 제2 칼슘 염이 칼슘 설페이트 및/또는 칼슘 설파이트인, 방법.
  27. 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 시멘트 물질이 칼슘 옥사이드인, 방법.
  28. 제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 산-형성 가스 생성물이 SO2 및/또는 CO2인, 방법.
  29. 제1항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 반응 단계가 칼슘-보유 출발 물질을 염산과 반응시켜 적어도 수성 칼슘 클로라이드, 수성 알루미늄 클로라이드, 및 고체 실리카를 형성시킴을 포함하는, 방법.
  30. 제29항에 있어서, 제1 분리 단계가 고체 실리카를 포함하는 제1 고체 분획으로부터 수성 칼슘 클로라이드 및 수성 알루미늄 클로라이드를 포함하는 제1 수성 분획을 분리함을 포함하는, 방법.
  31. 제30항에 있어서, 제2 반응 단계가 적어도 수성 칼슘 클로라이드, 수성 알루미늄 클로라이드, 및 황산을 반응시켜 적어도 고체 칼슘 설페이트, 수성 알루미늄 설페이트, 및 염산을 형성시킴을 포함하는, 방법.
  32. 제31항에 있어서, 열 처리 단계가 칼슘 설페이트를 가열하여 칼슘 옥사이드를 형성시킴을 포함하는, 방법.
  33. 제1항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서, 복합 시멘트 물질을 형성시키는 단계를 포함하고; (i) 열 처리 단계가 상기 복합 시멘트 물질을 형성시키는 단계를 포함하고, 제1 시멘트 물질이 복합 시멘트 물질이거나, (ii) 상기 복합 물질을 형성시키는 단계가 열 처리 단계 동안 형성된 상기 제1 시멘트 물질을 사용하여 수행되는, 방법.
  34. 제33항에 있어서, 복합 시멘트 물질을 형성시키는 단계가 하나 이상의 첨가제와 함께 제2 칼슘 염 및/또는 제1 시멘트 물질을 가열함을 포함하는, 방법.
  35. 제33항 또는 제34항에 있어서, 복합 시멘트 물질을 형성시키는 단계가 열 처리 단계와 동시에 수행되는, 방법.
  36. 제33항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서, 복합 시멘트 물질을 형성시키는 단계가 열 처리 단계 후에 후속적으로 수행되는, 방법.
  37. 제33항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서, 복합 시멘트 물질이 일반 포틀랜드 시멘트 또는 포틀랜드 시멘트 클링커이고/이거나, 제1 시멘트 물질이 칼슘 옥사이드인, 방법.
  38. 제34항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서, 칼슘-보유 출발 물질로부터 하나 이상의 첨가제를 형성시킴을 포함하는, 방법.
  39. 제34항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 첨가제가 제1 반응 단계의 하나 이상의 부산물이고/이거나 제1 반응 단계의 하나 이상의 부산물로부터 형성되고/되거나 제2 반응 단계의 하나 이상의 부산물이고/이거나 제2 반응 단계의 하나 이상의 부산물로부터 형성되는, 방법.
  40. 제34항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 첨가제의 조합된 조성이 Al 및 Si를 포함하는, 방법.
  41. 제34항 내지 제40항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 첨가제가 적어도 Al2O3 및 SiO2인, 방법.
  42. 제1항 내지 제41항 중 어느 한 항에 있어서, 칼슘-보유 출발 물질로부터 실리카-흄 등급 실리카, 나노-실리카, 및/또는 마이크로-실리카를 형성시키고 단리함을 포함하는, 방법.
  43. 제1항 내지 제42항 중 어느 한 항에 있어서, 칼슘-보유 출발 물질로부터 알루미나를 형성시키고 단리함을 포함하는, 방법.
  44. 제43항에 있어서, 제1 반응 단계가 칼슘-보유 출발 물질을 염산과 반응시켜 적어도 수성 알루미늄 클로라이드를 형성시킴을 포함하고, 상기 방법이
    염산의 존재에서 상기 알루미늄 클로라이드를 침전시키고;
    상기 침전된 알루미늄 클로라이드를 황산과 반응시켜 고체 알루미늄 설페이트를 형성시키고;
    상기 알루미늄 설페이트 및/또는 알루미늄 클로라이드를 가열하여 알루미나를 형성시킴을 포함하는, 방법.
  45. 제44항에 있어서, 침전된 알루미늄 클로라이드의 반응으로 염산을 형성시키는, 방법.
  46. 제44항 또는 제45항에 있어서, 제2 반응 단계가 침전된 알루미늄 클로라이드를 반응시키는 단계를 포함하는, 방법.
  47. 제44항 내지 제46항 중 어느 한 항에 있어서, 열 처리 단계가 알루미늄 설페이트 및/또는 알루미늄 클로라이드 단계를 가열함을 포함하는, 방법.
  48. 제1항 내지 제47항 중 어느 한 항에 있어서, 칼슘-보유 출발 물질로부터 아이언 옥사이드를 형성시키고 단리함을 포함하는, 방법.
  49. 제48항에 있어서, 아이언 옥사이드를 형성시키고 단리하는 단계가
    제2 반응 단계 동안 부산물로서 형성된 수성 아이언 설페이트 및/또는 아이언 클로라이드 및 임의로 적어도 하나의 기타 금속 마그네슘 설페이트 염 및/또는 클로라이드 염을 갖는 수용액으로서, 칼슘 염을 함유하지 않고 알루미늄 염을 함유하지 않는 수용액을 형성시키고;
    상기 수용액을 건조시켜 고체 아이언 설페이트 및/또는 고체 아이언 클로라이드 및 임의로 적어도 하나의 기타 금속 설페이트 염을 형성시키고;
    상기 고체 아이언 설페이트 및 임의로 상기 적어도 하나의 기타 금속 설페이트 염을 가열하여 수불용성 아이언 옥사이드를 형성시키고;
    임의로, 상기 적어도 하나의 기타 금속 설페이트 염을 용해시켜 상기 수불용성 아이언 옥사이드를 단리함을 포함하는, 방법.
  50. 제1항 내지 제49항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 산을 형성시키는 단계를 추가로 포함하고; (i) 제1 반응 단계가 상기 제1 산을 형성시키는 단계를 포함하고, 상기 제1 산을 형성시키는 단계가 상기 제1 반응 단계와 동시에 발생되거나, (ii) 상기 제1 산을 형성시키는 단계가 상기 제1 반응 단계와 별개로 수행되는, 방법.
  51. 제1항 내지 제50항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 산을 형성시키는 단계를 추가로 포함하고; (i) 제2 반응 단계가 상기 제2 산을 형성시키는 단계를 포함하고, 상기 제2 산을 형성시키는 단계가 상기 제2 반응 단계와 동시에 발생되거나, (ii) 상기 제2 산을 형성시키는 단계가 상기 제2 반응 단계와 별개로 수행되는, 방법.
  52. 제51항에 있어서, 제2 산을 형성시키는 단계가 SO2를 물과 반응시켜 H2SO3 및/또는 H2SO4를 형성시킴을 포함하고; 제2 산이 H2SO3 및/또는 H2SO4인, 방법.
  53. 제52항에 있어서, 제2 산이 H2SO3 및/또는 H2SO4이고, 제2 칼슘 염이 각각 CaSO3 및/또는 CaSO4인, 방법.
  54. 제1항 내지 제53항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 산 및/또는 제2 산이 벌크 산인, 방법.
  55. 제1항 내지 제53항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 산을 형성시키는 단계가 물 전기분해를 통해 pH 구배를 형성시킴을 포함하고; 상기 제1 산이 물 전기분해를 통해 형성되는, 방법.
  56. 제1항 내지 제53항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 산을 형성시키는 단계가 물 전기분해를 통해 pH 구배를 형성시킴을 포함하고; 상기 제2 산이 물 전기분해를 통해 형성되는, 방법.
  57. 제10항에 있어서, 식 FX1A에 따른 제2 산 재생성 단계가 400℃ 내지 1800℃의 범위로부터 선택된 온도에서 수행되고, 발열성이며, 촉매의 존재에서 수행되는, 방법.
  58. 제1항 내지 제57항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법이 생성된 시멘트 물질의 메트릭 톤 당 -2 내지 +2 GJ의 범위로부터 선택된 순 에너지를 특징으로 하는, 방법.
  59. 제1항 내지 제58항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 반응 단계가 발열성인, 방법.
  60. 제1항 내지 제59항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 산 재생성 단계가 발열성인, 방법.
  61. 제1항 내지 제60항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 반응 단계가 적어도 50℃의 온도에서 수행되는, 방법.
  62. 제1항 내지 제61항 중 어느 한 항에 잇어서, 열 처리 단계가 1100℃ 내지 1800℃의 범위로부터 선택된 온도에서 수행되는, 방법.
  63. 제1항 내지 제61항 중 어느 한 항에 있어서, 열 처리 단계가 화학적 환원제의 존재에서 수행되고, 800℃ 내지 1200℃의 범위로부터 선택된 온도에서 수행되는, 방법.
  64. 제1항 내지 제62항 중 어느 한 항에 있어서, 이온 교환 단계를 추가로 포함하고; 상기 이온 교환 단계가 하나 이상의 하이드록실 음이온에 대하여 제1 칼슘 염 및/또는 제2 칼슘 염의 하나 이상의 음이온을 교환하여 제3 칼슘 염을 형성시킴을 포함하는, 방법.
  65. 제64항에 있어서, 이온 교환 단계가 제1 칼슘 염 및/또는 제2 칼슘 염을 킬레이팅제와 반응시켜 칼슘-킬레이터 화합물을 형성시키고, 칼슘-킬레이터 화합물을 염기와 반응시켜 제3 칼슘 염을 형성시킴을 포함하는, 방법.
  66. 제64항 또는 제65항에 있어서, 이온 교환 단계가 제1 칼슘 염 및/또는 제2 칼슘 염을 염기와 반응시켜 제3 칼슘 염을 형성시킴을 포함하는, 방법.
  67. 제64항 내지 제66항 중 어느 한 항에 있어서, 이온 교환 단계가 이온 교환 막을 사용하여 하나 이상의 하이드록실 음이온에 대하여 제1 칼슘 염 및/또는 제2 칼슘 염의 하나 이상의 음이온 교환을 수행하여 제3 칼슘 염을 형성시킴을 포함하는, 방법.
  68. 제64항 내지 제67항 중 어느 한 항에 있어서, 열 처리 단계의 하나 이상의 칼슘 염이 제3 칼슘 염인, 방법.
  69. 제64항 내지 제68항 중 어느 한 항에 있어서, 제3 칼슘 염이 Ca(OH)2인, 방법.
  70. 환원성 열 분해를 통해 시멘트 물질을 생산하기 위한 방법으로서, 상기 방법이
    칼슘-보유 물질을 화학적 환원 기체와 반응시켜 메탄 및 시멘트 물질을 생성시키는 단계를 포함하는, 방법.
  71. 제70항에 있어서, 칼슘-보유 물질이 CaCO3, CaSO4, CaS, 칼슘 염, 또는 이들의 임의의 조합물을 포함하는, 방법.
  72. 제70항에 있어서, 칼슘-보유 물질이 CaCO3, CaSO4, CaS, 또는 이들의 임의의 조합물인, 방법.
  73. 제70항 내지 제72항 중 어느 한 항에 있어서, 화학적 환원 기체가 수소 기체 또는 수소 기체를 포함하는 기체인, 방법.
  74. 제70항 내지 제73항 중 어느 한 항에 있어서, 시멘트 물질이 CaO이거나, 시멘트 물질이 CaO를 포함하는, 방법.
  75. 제70항 내지 제74항 중 어느 한 항에 있어서, 화학적 환원 기체와 반응하는 칼슘-보유 물질의 몰비가 1:4 또는 1:2인, 방법.
  76. 제70항 내지 제75항 중 어느 한 항에 있어서, 반응이 물의 존재에서 수행되는, 방법.
  77. 제70항 내지 제75항 중 어느 한 항에 있어서, 반응이 물의 부재에서 수행되는, 방법.
  78. 제70항 내지 제77항 중 어느 한 항에 있어서, 반응 단계 동안 산소 기체, 물, 또는 산소 기체와 물의 조합물이 생성되는, 방법.
  79. 제70항 내지 제78항 중 어느 한 항에 있어서, 메탄을 분해하여 수소 기체 및 하나 이상의 탄소 물질을 생성시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  80. 제70항 내지 제79항 중 어느 한 항에 있어서, 방법이 CO2를 형성시킴을 포함하지 않는, 방법.
  81. 제70항 내지 제80항 중 어느 한 항에 잇어서, 반응 단계가 720 kJ/mol 이하의 하한 가열 값(LHV) 및 800 kJ/mol 이하의 상한 가열 값(HHV)을 특징으로 하는, 방법.
  82. 제70항 내지 제81항 중 어느 한 항에 있어서, 반응 단계가 적어도 700℃의 온도에서 수행되는, 방법.
  83. 시멘트 물질을 생산하는 방법으로서, 상기 방법이
    칼슘-보유 출발 물질을 제1 산과 반응시켜 제1 칼슘 염을 포함하는 제1 수성 분획 및 하나 이상의 고체 부산물을 포함하는 제1 고체 분획을 생성시키는 제1 반응 단계로서,
    상기 칼슘-보유 출발 물질이 적어도 Ca 및 Si를 포함하는 복수의 금속 원소를 포함하는 화학적 조성을 갖고;
    하나 이상의 고체 부산물이 규소 염을 포함하는 단계;
    상기 제1 고체 분획으로부터 상기 제1 수성 분획을 분리하는 제1 분리 단계; 및
    상기 제1 칼슘 염을 처리하여 제1 시멘트 물질을 생성시키는 처리 단계를 포함하는, 방법.
  84. 제83항에 있어서, 처리 단계가 물의 존재에서 제1 칼슘 염을 열 처리하여 제1 시멘트 물질을 생성시킴을 포함하는, 방법.
  85. 제84항에 있어서, 제1 칼슘 염을 열 처리하는 것이 제1 산을 재생성하는, 방법.
  86. 제83항 내지 제85항 중 어느 한 항에 있어서, 처리 단계가 이온 교환 단계를 포함하고; 상기 이온 교환 단계가 하나 이상의 하이드록실 음이온에 대하여 제1 칼슘 염의 하나 이상의 음이온을 교환하여 제3 칼슘 염을 형성시킴을 포함하는, 방법.
  87. 제86항에 있어서, 이온 교환 단계가 제1 칼슘 염을 킬레이팅제와 반응시켜 칼슘-킬레이터 화합물을 형성시키고, 상기 칼슘-킬레이터 화합물을 염기와 반응시켜 제3 칼슘 염을 형성시킴을 포함하는, 방법.
  88. 제86항 또는 제87항에 있어서, 이온 교환 단계가 제1 칼슘 염을 염기와 반응시켜 제3 칼슘 염을 형성시킴을 포함하는, 방법.
  89. 제86항 내지 제88항 중 어느 한 항에 있어서, 이온 교환 단계가 이온 교환 막을 사용하여 하이드록실 음이온에 대하여 제1 칼슘 염의 하나 이상의 음이온을 교환하여 제3 칼슘 염을 형성시킴을 수행함을 포함하는, 방법.
  90. 제86항 내지 제89항 중 어느 한 항에 있어서, 제3 칼슘 염이 Ca(OH)2인, 방법.
  91. 제86항 내지 제90항 중 어느 한 항에 있어서, 처리 단계가 제3 칼슘 염을 열 처리하여 제1 시멘트 물질을 생성시킴을 포함하는, 방법.
  92. 제83항 내지 제91항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 산이 하이드로젠 클로라이드인, 방법.
  93. 제83항 내지 제92항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 고체 부산물이 SiO2를 포함하는, 방법.
  94. 제83항 내지 제93항 중 어느 한 항에 있어서, 칼슘-보유 출발 물질이 적어도 하나의 천연 암석 또는 광물을 포함하는, 방법.
  95. 제49항 내지 제69항 중 어느 한 항에 있어서, 아이언 옥사이드를 형성시키고 단리하는 단계가 SO2를 사용하여 MgSO3를 침전시키고; 상기 고체 마그네슘 염으로부터 수성 아이언 염을 분리하고; 수용액을 건조시켜 고체 아이언 설페이트 또는 클로라이드 및 임의로 적어도 하나의 기타 금속 설페이트 염을 형성시키고; 상기 고체 아이언 설페이트 및 임의로 상기 적어도 하나의 기타 금속 설페이트 염을 가열하여 수불용성 아이언 옥사이드를 형성시키고; 임의로, 상기 적어도 하나의 기타 금속 설페이트 염을 용해시켜 상기 수불용성 아이언 옥사이드를 단리함을 추가로 포함하는, 방법.
  96. 제1항 내지 제69항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 반응 단계가 칼슘-보유 출발 물질을 염산과 반응시켜 적어도 수성 칼슘 클로라이드, 수성 알루미늄 클로라이드, 수성 아이언 클로라이드, 수성 마그네슘 클로라이드 및 고체 실리카를 형성시킴을 포함하는, 방법.
  97. 제96항에 있어서, 제1 분리 단계가 고체 실리카를 포함하는 제1 고체 분획으로부터 수성 칼슘 클로라이드 및 수성 알루미늄 클로라이드를 포함하는 제1 수성 분획을 분리함을 포함하는, 방법.
  98. 제96항 또는 제97항에 있어서, 제2 반응 단계가 적어도 수성 칼슘 클로라이드, 및 황산을 반응시켜 적어도 고체 칼슘 설페이트, 고체 칼슘 설페이트, 및 염산을 형성시킴을 포함하는, 방법.
  99. 제96항 내지 제98항 중 어느 한 항에 있어서, 열 처리 단계가 칼슘 설페이트를 가열하여 칼슘 옥사이드를 형성시킴을 포함하는, 방법.
  100. 제1항 내지 제69항 및 제95항 내지 제99항 중 어느 한 항에 있어서, 알루미늄 클로라이드를 형성시키고 단리하고, 상기 알루미늄 클로라이드의 전해채취(electrowinning)를 통해 알루미늄 금속을 형성시킴을 포함하는, 방법.
  101. 제100항에 있어서, 알루미늄 클로라이드를 형성시키고 단리하는 것이 염소 기체를 공동-형성시킴을 포함하고, 상기 방법이 상기 염소 기체를 수소와 반응시켜 염산을 재생성함을 추가로 포함하는, 방법.
  102. 제1항 내지 제69항 및 제95항 내지 제99항 중 어느 한 항에 있어서, 아이언 설페이트를 형성시키고 단리하고, 상기 아이언 설페이트의 전해채취를 통해 철 금속을 형성시킴을 포함하는, 방법.
  103. 제102항에 있어서, 황산을 재생성함을 추가로 포함하는, 방법.
KR1020227008064A 2019-08-13 2020-08-13 칼슘 보유 암석 및 광물로부터 칼슘 산화물 또는 일반 포틀랜드 시멘트를 제조하는 방법 KR20220058908A (ko)

Applications Claiming Priority (9)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201962886137P 2019-08-13 2019-08-13
US62/886,137 2019-08-13
US201962913620P 2019-10-10 2019-10-10
US62/913,620 2019-10-10
US201962932200P 2019-11-07 2019-11-07
US62/932,200 2019-11-07
US202063019916P 2020-05-04 2020-05-04
US63/019,916 2020-05-04
PCT/US2020/046063 WO2021030529A1 (en) 2019-08-13 2020-08-13 Process to make calcium oxide or ordinary portland cement from calcium bearing rocks and minerals

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220058908A true KR20220058908A (ko) 2022-05-10

Family

ID=74569614

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020227008064A KR20220058908A (ko) 2019-08-13 2020-08-13 칼슘 보유 암석 및 광물로부터 칼슘 산화물 또는 일반 포틀랜드 시멘트를 제조하는 방법

Country Status (11)

Country Link
US (3) US20210070656A1 (ko)
EP (1) EP4013726A4 (ko)
JP (1) JP2022544772A (ko)
KR (1) KR20220058908A (ko)
CN (1) CN114555539A (ko)
AU (1) AU2020330562A1 (ko)
BR (1) BR112022002685A2 (ko)
CA (1) CA3147352A1 (ko)
CO (1) CO2022002780A2 (ko)
MX (1) MX2022001785A (ko)
WO (1) WO2021030529A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102530614B1 (ko) * 2022-09-30 2023-05-19 에코바이오홀딩스 주식회사 바이오황과 산화반응을 이용한 석고 제조방법 및 그 이용

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
MX2022001785A (es) 2019-08-13 2022-06-08 California Inst Of Techn Proceso para preparar oxido de calcio o cemento pórtland normal a partir de rocas y minerales que llevan calcio.
JP2024515557A (ja) 2021-04-12 2024-04-10 ブリムストーン エナジー インコーポレイテッド 非石灰石材料からのセメント質の生成
CN112960652B (zh) * 2021-05-06 2022-01-28 西南科技大学 一种工业副产石膏渣制备高浓度二氧化硫气体的方法

Family Cites Families (150)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2863726A (en) 1955-03-31 1958-12-09 Kamlet Jonas Process for the joint manufacture of portland cement and sulfur
US4069063A (en) * 1976-11-24 1978-01-17 Westvaco Corporation Cement composition
US4158042A (en) 1977-10-07 1979-06-12 Alcan Research And Development Limited Recovery of alumina from siliceous minerals
ES478382A1 (es) 1978-04-02 1979-11-01 Abdel Fattah Sabry Hosein Kame Metodo para descomponer yeso fosforoso o yeso natural.
EP0039745B1 (de) 1980-05-14 1983-09-28 Europäische Atomgemeinschaft (Euratom) Verfahren zur gleichzeitigen Herstellung von Wasserstoff und Schwefelsäure oder Sulfaten aus Schwefel und Wasser
US4487784A (en) 1982-02-22 1984-12-11 Babcock-Hitachi Kabushiki Kaisha Limestone-gypsum flue gas desulfurization process
US4966757A (en) 1986-12-09 1990-10-30 Lewis Richard A J Sulfur dioxide generator
US4774064A (en) 1986-12-23 1988-09-27 Mississippi Chemical Corporation Conversion of calcium compounds into solid and gaseous compounds
US5049198A (en) 1988-06-10 1991-09-17 Ribas Roger S Calcium sulfate process for the coproduction of Portland cement clinker and concentrated sulfur dioxide adequate to manufacture sulfuric acid
CA2070200C (en) 1991-06-07 2001-04-10 Geoffrey Mayfield Motteram Nickel processing
US5571308A (en) 1995-07-17 1996-11-05 Bhp Minerals International Inc. Method for recovering nickel from high magnesium-containing Ni-Fe-Mg lateritic ore
IL116409A (en) 1995-12-15 1999-11-30 Mashal Alumina Ind Ltd Process for the recovery of alumina and silica
ZA987217B (en) 1997-08-15 2000-02-14 Cominco Eng Services Chloride assisted hydrometallurgical extraction of metal from sulphide or laterite ores.
US6051196A (en) 1998-02-09 2000-04-18 Osram Sylvania Inc. Purification of phosphorus containing scheelite ore
US6500396B1 (en) 1998-11-17 2002-12-31 Vaikuntam Iyer Lakshmanan Separation of titanium halides from aqueous solutions
US6471743B1 (en) 1999-02-19 2002-10-29 Mbx Systems, Inc. Methods for leaching of ores
US6350420B1 (en) 1999-10-15 2002-02-26 Bhp Minerals International, Inc. Resin-in-pulp method for recovery of nickel and cobalt
ES2159263B1 (es) 1999-12-17 2002-04-16 Tecn Reunidas S A Proceso para la produccion electrolitica de zinc o de compuestos de zinc de alta pureza a partir de materias primas primarias y secundarias de zinc.
US6984328B2 (en) 2000-02-02 2006-01-10 University Of Akron Method for removing metals from aqueous solutions using mixed lithic materials
US6494932B1 (en) 2000-06-06 2002-12-17 Birch Mountain Resources, Ltd. Recovery of natural nanoclusters and the nanoclusters isolated thereby
RU2181391C1 (ru) 2000-11-13 2002-04-20 Волгоградский государственный технический университет Способ получения серной кислоты
US6562308B1 (en) 2000-11-15 2003-05-13 Agrium, Inc. Process for the recovery of phosphate from phosphate rock
US6551378B2 (en) 2001-02-20 2003-04-22 Green Mineral Products Llc Recovery of precious metals from low concentration sources
CA2340567A1 (en) 2001-03-12 2002-09-12 Lakefield Research Limited Recovery of metals from metal silicates
FI112096B (sv) 2001-07-06 2003-10-31 Omg Finland Oy Förfarande vid utvinning av nickel och eventuellt kobolt medelst lakning ur nickelhaltig lateritmalm
US6613141B2 (en) * 2001-09-27 2003-09-02 Jerry F. Key, Jr. Recovery of cement kiln dust through precipitation of calcium sulfate using sulfuric acid solution
NL1020205C2 (nl) 2002-03-19 2003-09-23 Cdem Holland Bv Werkwijze voor het opwerken van materiaal dat een pozzolane component bevat.
US6835244B2 (en) 2002-08-26 2004-12-28 Lafarge Canada Inc. Use of organic carbon-containing minerals
SE524154C2 (sv) 2002-11-07 2004-07-06 Procedo Entpr Ets Förfarande för framställning av blandcement med reducerande koldioxidemissioner
IS2013B (is) 2002-11-27 2005-06-15 Ithntæknistofnun íslands Aðferð til framleiðslu á kísli
US6866702B2 (en) 2003-01-29 2005-03-15 International Environmental Conservative Association, Inc. Device for absorbing carbon dioxide, and a method for absorbing carbon dioxide
CA2467288C (en) 2003-05-16 2006-11-14 Jaguar Nickel Inc. A process for the recovery of value metals from material containing base metal oxides
JP4085908B2 (ja) 2003-07-28 2008-05-14 住友金属鉱山株式会社 湿式銅精錬プロセスの浸出残渣に含有される貴金属の濃縮方法
JP2005145785A (ja) 2003-11-18 2005-06-09 Katakura Chikkarin Co Ltd 鶏糞燃焼灰の硫酸処理物からなる速緩効性肥料
CN1761765A (zh) 2003-11-19 2006-04-19 方法研究奥特克公司 回收混合氯化物介质中钛的方法
NO20040167L (no) 2004-01-14 2005-07-15 Cod Technologies As Prosess for fremstilling av utfelt silika fra olivin
WO2005098062A1 (en) 2004-04-05 2005-10-20 Hovhannes Hovhannisyan Waste-free hydrometallurgical extraction of magnesium and other metals from rock formations of varying olivine content
US7947239B2 (en) 2004-05-04 2011-05-24 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Carbon dioxide capture and mitigation of carbon dioxide emissions
NO20042644D0 (no) 2004-06-23 2004-06-23 Cod Technologies As Fremgangsmate ved fullstendig utnyttelse av olivin bestanddeler
US20060013761A1 (en) 2004-07-01 2006-01-19 Westinghouse Electric Company Llc Isolated hydrogen production process
EP1778883A4 (en) 2004-08-02 2007-08-29 Skye Resources Inc PROCESS FOR RECOVERING NICKEL AND COBALT FROM LATERITE ORES BY COMBINATION OF ATMOSPHERIC PRESSURE LIXIVIATION AT MODERATE PRESSURE
EP1809777B1 (en) 2004-10-21 2009-03-11 Anglo Operations Limited Leaching process in the presence of hydrochloric acid for the recovery of a value metal from an ore
US7604783B2 (en) 2004-12-22 2009-10-20 Placer Dome Technical Services Limited Reduction of lime consumption when treating refractor gold ores or concentrates
WO2006110780A2 (en) 2005-04-12 2006-10-19 University Of South Carolina Production of low temperature electrolytic hydrogen
TR200707718T1 (tr) 2005-05-10 2008-04-21 Puwada George Elektrikli ve diğer fırınların çinko oksit ve çinko ferrit içeren tozları ile artıklarının muamelesi için yöntem.
US7261874B2 (en) 2005-06-03 2007-08-28 Westinghouse Electric Co. Llc Gas phase electrolyzer process for producing hydrogen
CA2613698C (en) 2005-06-28 2013-02-05 The Ohio State University Separation of carbon dioxide (co2) from gas mixtures by calcium based reaction separation (cars-co2) process
US7896949B2 (en) 2005-09-28 2011-03-01 General Electric Company Membranes for separation of carbon dioxide
CN101296865B (zh) 2005-11-10 2011-10-12 科学与工业研究委员会 用于从金伯利岩尾矿制备硅酸钠的方法
NO20055571D0 (no) 2005-11-24 2005-11-24 Inst Energiteknik Fremgangsmate for a immobilisere C02 i en industriell prosess for fremstilling av magnesiumkarbonat, mikrosilika, jern, krom og platinagruppe metaller fra dunitt eller andre olivinrike bergarter
US8673257B2 (en) 2006-01-03 2014-03-18 University Of Wyoming Apparatus and method to sequester contaminants
DE102006006460A1 (de) 2006-02-10 2007-08-30 Outokumpu Technology Oy Verfahren und Vorrichtung zur Verbrennung von Schwefel
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
US7799310B2 (en) 2006-04-07 2010-09-21 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Systems and methods for generating sulfuric acid
FI121271B (fi) 2007-01-19 2010-09-15 Outotec Oyj Menetelmä vedyn ja rikkihapon valmistamiseksi
US20120034154A1 (en) 2007-04-18 2012-02-09 Orchard Material Technology Llc Production of hydrogen through oxidation of metal sulfides
US7837961B2 (en) 2007-05-21 2010-11-23 Exploration Orbite Vspa Inc. Processes for extracting aluminum and iron from aluminous ores
US7964015B2 (en) 2007-05-23 2011-06-21 Contact Marketing Solutions, Llc Metal extraction without cyanide
US7901484B2 (en) 2007-08-28 2011-03-08 Vale Inco Limited Resin-in-leach process to recover nickel and/or cobalt in ore leaching pulps
US20100313794A1 (en) * 2007-12-28 2010-12-16 Constantz Brent R Production of carbonate-containing compositions from material comprising metal silicates
US7749476B2 (en) * 2007-12-28 2010-07-06 Calera Corporation Production of carbonate-containing compositions from material comprising metal silicates
DE102008010349A1 (de) 2008-02-13 2009-08-20 Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg(ZSW) Als CO2-Absorbens und zur Anwendung als Bettmaterial in Wirbelschichten geeignetes Material und dessen Herstellung
CA2623132A1 (en) 2008-02-29 2009-08-29 Her Majesty The Queen In Right Of Canada As Represented By The Ministeof Natural Resources Cementitous compositions containing slag and feldspar and method of making said composition
US8413420B1 (en) 2008-04-12 2013-04-09 Solomon Zaromb Apparatus and methods for carbon dioxide capture and conversion
US9138681B2 (en) 2008-08-18 2015-09-22 David R. Elmaleh Reducing global warming
MX2011002120A (es) 2008-08-28 2011-03-28 Orica Explosives Tech Pty Ltd Proceso quimico integrado mejorado.
WO2010027247A1 (es) 2008-09-05 2010-03-11 Servicios Industriales Peñoles, S.A. De C.V. Proceso para la producción de hidroxido de magnesio de alta pureza
US7799128B2 (en) 2008-10-10 2010-09-21 Roman Cement, Llc High early strength pozzolan cement blends
BRPI0903159C1 (pt) 2009-03-13 2013-07-09 Univ Minas Gerais materias cerÂmicos para absorÇço de gases Ácidos, processo de preparaÇço dos mesmo e processo cÍclico para a absorÇço e regeneraÇço de gases Ácidos
EP2429946A4 (en) 2009-05-14 2013-09-25 Univ Columbia METHODS AND SYSTEMS FOR SYNTHESIZING IRON-BASED MATERIALS AND CARBON DIOXIDE SEQUESTRATION
EP2253600A1 (en) 2009-05-14 2010-11-24 Aalborg Portland A/S Portland limestone calcined clay cement
FI122606B (fi) 2009-05-25 2012-04-13 Outotec Oyj Menetelmä laimean rikkihapon väkevöimiseksi sekä väkevöintilaitteisto laimean rikkihapon väkevöimiseksi
US20120291675A1 (en) 2009-06-17 2012-11-22 Chris Camire Methods and products utilizing magnesium oxide for carbon dioxide sequestration
GB0911633D0 (en) 2009-07-06 2009-08-12 Banah Uk Ltd Geopolymeric structural building units and methods of manufacture thereof
WO2011022817A1 (en) 2009-08-25 2011-03-03 Process Research Ortech Inc. Production of high purity silicon from amorphous silica
US20110217220A1 (en) 2009-09-09 2011-09-08 Nano Terra Inc. Metal Oxide Compositions for Sequestering Carbon Dioxide and Methods of Making and Using the Same
CN101671848B (zh) 2009-09-28 2011-10-26 清华大学 一种高长径比无水硫酸钙晶须的制备方法
US8795508B2 (en) 2009-12-18 2014-08-05 Skyonic Corporation Carbon dioxide sequestration through formation of group-2 carbonates and silicon dioxide
US8936770B2 (en) 2010-01-22 2015-01-20 Molycorp Minerals, Llc Hydrometallurgical process and method for recovering metals
CA2788384C (en) 2010-02-04 2019-02-19 Neomet Technologies Inc. Process for the recovery of titanium dioxide and value metals by reducing the concentration of hydrochloric acid in leach solution and system for same
WO2011100820A1 (en) 2010-02-18 2011-08-25 Neomet Technologies Inc. Process for the recovery of metals and hydrochloric acid
AU2011217757A1 (en) 2010-02-18 2012-08-23 Neomet Technologies Inc. Process for the recovery of gold from an ore in chloride medium with a nitrogen species
US8206655B2 (en) 2010-06-24 2012-06-26 Earth Renaissance Technologies, Llc Sulfur dioxide generator with aqueous gas mixer/aerator
EA023492B1 (ru) 2010-07-08 2016-06-30 Скайоник Корпорейшн Связывание диоксида углерода, включающее термолитические процессы на основе двух солей
EP2640862A4 (en) 2010-11-19 2017-06-21 Orbite Aluminae Inc. Process for extracting aluminum from aluminous ores
PL2651846T3 (pl) 2010-12-17 2020-06-29 The Catholic University Of America Geopolimerowy kompozyt dla ultrawysokowartościowego betonu
MY148054A (en) * 2010-12-28 2013-02-28 Universiti Malaysia Perlis Cement composition and a method of producing an environmentally friendly concrete
US20120204680A1 (en) 2011-02-11 2012-08-16 Emc Metals Corporation System and Method for Recovery of Nickel Values From Nickel-Containing Ores
US9339761B2 (en) 2011-03-09 2016-05-17 Skyonic Corporation Carbon dioxide sequestration methods using group 2 silicates and chlor-alkali processes
CA2829049C (en) 2011-03-18 2014-12-02 Orbite Aluminae Inc. Processes for recovering rare earth elements from aluminum-bearing materials
EP2705168A4 (en) 2011-05-02 2015-04-29 Trimetals Mining Inc PROCESS FOR THE RECOVERY OF INDIUM, SILVER, GOLD AND OTHER RARE, PRECIOUS AND BASE METALS FROM COMPLEX OXIDE OR SULPHIDE ORES
EP2532624A1 (en) 2011-06-07 2012-12-12 Lafarge Process for the mineralization of carbon dioxide
NO332879B1 (no) 2011-06-17 2013-01-28 Kjeoy Res & Education Ct Mineralsk CO2 utvasking
BR112014006275A2 (pt) 2011-09-16 2017-04-11 Orbite Aluminae Inc processos de preparação de alumina e de vários outros produtos
US9527775B2 (en) 2011-12-09 2016-12-27 Vecor Ip Holdings Limited Percolated mullite and a method of forming same
US9023301B2 (en) 2012-01-10 2015-05-05 Orbite Aluminae Inc. Processes for treating red mud
CA2771111A1 (en) 2012-03-07 2013-09-07 Institut National De La Recherche Scientifique (Inrs) Carbon dioxide chemical sequestration of industrial emissions by carbonation using magnesium or calcium silicates
SE537091C2 (sv) 2012-03-12 2015-01-07 Procedo Entpr Etablissement Förfarande för att tillverka kompletterande cementmaterial (SCM:er)
WO2013142957A1 (en) 2012-03-29 2013-10-03 Orbite Aluminae Inc. Processes for treating fly ashes
US9228248B2 (en) 2012-03-30 2016-01-05 Nippon Light Metal Company, Ltd. Method of recovering rare-earth elements
AU2013247339A1 (en) 2012-04-09 2014-10-16 Process Research Ortech Inc. Process for extraction of rare earth elements
KR101410911B1 (ko) 2012-06-22 2014-06-23 한국에너지기술연구원 전기화학 공정을 이용한 이산화황 가스로부터의 수소 및 황산의 제조방법
ES2550854T3 (es) 2012-06-28 2015-11-12 Omya International Ag Suspensión acuosa con alto contenido en sólidos de pigmentos y/o material de relleno y/o minerales en un entorno de pH acídico
US9290828B2 (en) 2012-07-12 2016-03-22 Orbite Technologies Inc. Processes for preparing titanium oxide and various other products
US8956526B2 (en) 2012-08-09 2015-02-17 Savannah Nuclear Solutions, Llc Hybrid sulfur cycle operation for high-temperature gas-cooled reactors
US20150218720A1 (en) 2012-08-24 2015-08-06 Orbite Aluminae Inc. Process for treating magnesium-bearing ores
WO2014047728A1 (en) 2012-09-26 2014-04-03 Orbite Aluminae Inc. Processes for preparing alumina and magnesium chloride by hc1 leaching of various materials
WO2014075173A1 (en) 2012-11-14 2014-05-22 Orbite Aluminae Inc. Methods for purifying aluminium ions
EP2925426A1 (en) 2012-11-27 2015-10-07 Lafarge SA Process for the treatment of a silicate mineral
US20140341790A1 (en) 2013-01-18 2014-11-20 Rare Element Resources Ltd. Extraction of metals from metallic compounds
US20160177417A1 (en) 2013-04-17 2016-06-23 Ospanov Habibulla Kusainovich Method for extraction of beryllium from the minerals of genthelvite group when processing the raw Method for extraction of beryllium from minerals of bertrandite and phenakite groups when processing the raw minerals (ores, concentrates)
AU2014202157B2 (en) 2013-04-22 2017-07-20 Vale S/A A method for recovering scandium from intermediate products formed in the hydrometallurgical processing of laterite ores
FI125216B (en) 2013-05-23 2015-07-15 Outotec Finland Oy Process for the recovery of metals
SG11201605164YA (en) 2013-12-24 2016-07-28 Agency Science Tech & Res Method of producing metal carbonate from an ultramafic rock material
NO337196B1 (no) 2014-03-12 2016-02-08 Nordic Mining Asa En ny fremgangsmåte for fremstilling av alumina og karbonat fra aluminiumrike materialer med integrert CO2 utnyttelse
US9963351B2 (en) 2014-04-10 2018-05-08 Cambridge Carbon Capture Ltd Method and system of activation of mineral silicate minerals
TW201609222A (zh) * 2014-06-04 2016-03-16 首威公司 使用水溶性矽酸鹽源和含有鈣和／或鎂的材料穩定含鈉粉煤灰
FR3022541A1 (fr) 2014-06-20 2015-12-25 Lafarge Sa Betons a ultra haute performance non autoplacant
US10563314B2 (en) 2014-07-18 2020-02-18 Alliance Magnésium Inc. Hydrometallurgical process to produce pure magnesium metal and various by-products
AP2017009745A0 (en) 2014-08-15 2017-02-28 Rare Earth Salts Separation And Refining Llc Method for extraction and separation of rare earth elements
EP3204528B1 (en) 2014-10-10 2020-07-01 Li-Technology Pty Ltd. Recovery process
US9890441B2 (en) 2014-11-13 2018-02-13 Board Of Regents, The University Of Texas System Extraction and recovery of yttrium and rare earth elements
KR20170104448A (ko) 2014-11-18 2017-09-15 알리앙스 마그네슘 Hcl 회수 루프에서 황산을 사용하여 마그네슘 화합물 및 다양한 부산물을 제조하는 방법
US20170267586A1 (en) 2014-11-24 2017-09-21 Heidelbergcement Ag Supplementary cementitous material made of aluminium silicate and dolomite
WO2016109966A1 (zh) 2015-01-08 2016-07-14 中国地质科学院矿产综合利用研究所 一种独居石磷灰石共生矿的富集方法
BR112017017948B1 (pt) 2015-02-23 2022-11-08 Carbonfree Chemicals Holdings, Llc Método de regeneração de hidróxido de magnésio em um processo que reduz a quantidade de dióxido de carbono contida em uma corrente de gás
AU2016223349B2 (en) 2015-02-27 2020-01-23 Imertech Sas Particulate compositions for the formation of geopolymers, their use and methods for forming geopolymers therewith, and geopolymers obtained therefrom
CN104849173B (zh) * 2015-04-22 2017-09-05 中国矿业大学 一种测定脱硫石膏中亚硫酸钙和碳酸钙含量的方法
CN107614431B (zh) 2015-05-06 2020-11-17 联盟镁公司 用于由硅酸镁矿石生产具有受控的比表面积的无定形二氧化硅的方法
US9896379B2 (en) 2015-05-06 2018-02-20 En-Tech Corporation System and method for making and applying a non-portland cement-based material
FI20155805A (fi) 2015-11-04 2017-05-05 Amec Foster Wheeler Energia Oy Menetelmä kiertoleijupetikattilalaitoksesta syntyvien savukaasujen rikkidioksiidipitoisuuden vähentämiseksi
WO2017127936A1 (en) 2016-01-29 2017-08-03 Cascadero Copper Corporation Recovery of cesium from epithermal mineral deposits
PT3417082T (pt) 2016-02-18 2022-11-08 Li Tech Pty Ltd Recuperação de lítio a partir de minerais de fosfato
US9862641B2 (en) 2016-02-23 2018-01-09 James Hardie Technology Limited Fiber reinforced cementitious composition
EP3452423A4 (en) * 2016-05-05 2019-11-20 Solidia Technologies, Inc. SYNTHETIC POUZZOLANES
US10000646B2 (en) 2016-11-09 2018-06-19 National Cheng Kung University Method for preparing silica nanoparticles
EP3378552A1 (en) 2017-03-23 2018-09-26 CleanO2 Carbon Capture Technologies Inc. Flue gas carbon and heat capture and recirculation system
US10047005B1 (en) 2017-05-15 2018-08-14 Romeo Ilarian Ciuperca Hyaloclastite, sideromelane or tachylite pozzolan, cement and concrete using same and method of making and using same
WO2018218294A1 (en) 2017-06-01 2018-12-06 Monash University Process for producing magnesium oxide from alkaline fly ash or slag
US20200224290A1 (en) 2017-09-27 2020-07-16 Curtin University Process for acidic leaching of precious and chalcophile metals
EP3581257A1 (en) 2018-06-11 2019-12-18 HeidelbergCement AG Method using recycled concrete fines for co2/sox removal from exhaust gas
EP3794164A4 (en) 2018-05-18 2022-03-09 California Institute of Technology PROCESS FOR CONVERTING REDUCED SULFUR SPECIES AND WATER INTO HYDROGEN AND SULFURIC ACID
CA3124704A1 (en) 2019-01-16 2020-07-23 Massachusetts Institute Of Technology Reaction schemes involving acids and bases; reactors comprising spatially varying chemical composition gradients; and associated systems and methods
BR112021017931A2 (pt) 2019-03-14 2021-11-16 Massachusetts Institute Of Tech Método, e, sistema
KR102032544B1 (ko) 2019-05-03 2019-10-16 이광룡 천연암석을 이용한 인조석재타일 및 그 제조방법
MX2022001785A (es) 2019-08-13 2022-06-08 California Inst Of Techn Proceso para preparar oxido de calcio o cemento pórtland normal a partir de rocas y minerales que llevan calcio.
WO2021056110A1 (en) 2019-09-25 2021-04-01 9203-5468 Quebec Inc. Dba Nmr360 Process for the recovery of vanadium oxides from various materials
BR112022021984A2 (pt) 2020-05-01 2023-01-03 Massachusetts Inst Technology Sistemas e processos para processar cinzas e um sólido
CA3186671A1 (en) 2020-07-21 2022-01-27 Yet-Ming Chiang Systems and methods for processing ash
WO2022020572A1 (en) 2020-07-22 2022-01-27 Sublime Systems, Inc. Methods for extracting co2 from metal carbonates and use thereof

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102530614B1 (ko) * 2022-09-30 2023-05-19 에코바이오홀딩스 주식회사 바이오황과 산화반응을 이용한 석고 제조방법 및 그 이용

Also Published As

Publication number Publication date
JP2022544772A (ja) 2022-10-21
EP4013726A4 (en) 2023-09-06
AU2020330562A1 (en) 2022-03-03
CO2022002780A2 (es) 2022-04-19
BR112022002685A2 (pt) 2022-05-24
US20220411328A1 (en) 2022-12-29
WO2021030529A1 (en) 2021-02-18
EP4013726A1 (en) 2022-06-22
MX2022001785A (es) 2022-06-08
CA3147352A1 (en) 2021-02-18
CN114555539A (zh) 2022-05-27
US20230339807A1 (en) 2023-10-26
US11718558B2 (en) 2023-08-08
US20210070656A1 (en) 2021-03-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20220058908A (ko) 칼슘 보유 암석 및 광물로부터 칼슘 산화물 또는 일반 포틀랜드 시멘트를 제조하는 방법
KR20110061546A (ko) 금속 실리케이트를 포함하는 물질로부터 탄산염 함유 조성물을 제조하는 방법
US20220064063A1 (en) Reaction schemes involving acids and bases; reactors comprising spatially varying chemical composition gradients; and associated systems and methods
AU2019271388B2 (en) Process to convert reduced sulfur species and water into hydrogen and sulfuric acid
US11964922B2 (en) Cementitious material production from non-limestone material
JP2007137716A (ja) ゼオライトの製造方法
KR20230167593A (ko) 황산나트륨을 이용한 중조 및 석고의 제조방법
CN101302002A (zh) 一种用石膏生产硫酸和水泥熟料的方法
OA21092A (en) Process to make calcium oxide or ordinary portland cement from calcium bearing rocks and minerals.
CN107522170B (zh) 一种硫酸钙还原方法
US20230060147A1 (en) Magnesium Silicate Processing
CN101817502B (zh) 一种硫化氢及工业尾气制氢的方法
TR2022001634T (tr) Kalsi̇yum taşiyan kayaçlar ve mi̇nerallerden kalsi̇yum oksi̇t veya normal portland çi̇mentosu yapimi prosesi̇
JP2014189416A (ja) マグネシウムを含む溶液及び炭酸カルシウムの製造方法
US20240132400A1 (en) Reaction schemes involving acids and bases; reactors comprising spatially varying chemical composition gradients; and associated systems and methods
RU2022103194A (ru) Технологический процесс получения оксида кальция или портландцемента общего назначения из кальцийсодержащих горных пород и минералов
WO2023054239A1 (ja) 二酸化炭素の固定方法、炭酸カルシウムの製造方法、及び廃石膏ボードの利用方法
TW555688B (en) Method for regenerating calcium sulfate
WO2024081129A1 (en) Precipitated calcium carbonate (pcc) as feedstock in hydraulic cement production, and hydraulic cements produced therefrom
CN117295848A (zh) 电化学材料生产和加工
EP4320290A1 (en) Electrochemical materials production and processing
CN117412937A (zh) 由非石灰石材料产生水泥