合成配制物及其制备和使用方法
【专利摘要】一种用于产生反应产物的方法，该反应产物包括至少一种充分碳酸化的合成配制物，该方法包括：提供第一原材料，该第一原材料具有第一浓度的M；提供第二原材料，该第二原材料具有第二浓度的Me；以及混合第一原材料与第二原材料以产生反应产物，该反应产物包括至少一种合成配制物，该合成配制物具有MaMebOc、MaMeb(OH)d、MaMebOc(OH)d或MaMebOc(OH)d(H2O)e的通式，其中M包括至少一种能反应形成碳酸盐的金属，并且Me为至少一种在碳酸化反应期间能形成氧化物的元素，其中该至少一种合成配制物能够经历碳酸化反应，且其中该至少一种合成配制物能够在碳酸化反应期间经历体积变化。
【专利说明】合成配制物及其制备和使用方法
【背景技术】【技术领域】
[0001]本发明涉及充分碳酸化的合成配制物，使得该合成配制物特别适用于一些工业和其他应用中。
[0002]相关领域的讨论
[0003]由于石灰岩、页岩、粘土和砂的低成本和广泛可用性，因此硅酸盐水泥(PortlandCement)成为世界范围内普遍使用的最常见的水硬性水泥类型。进而，硅酸盐水泥成为上个世纪以来全世界广泛使用的最低成本的建筑材料之一。
[0004]然而，对更坚固、更具化学稳定性、在短时间内硬化、产生较少二氧化碳、温室气体和汞污染，同时维持低成本且在世界范围内原材料广泛可得的替代性粘合材料存在需求。
【发明内容】
[0005]因此，本发明涉及合成配制物以及其制备和使用方法，该合成配制物实质上排除一个或多个由于现有技术的局限性和缺点所导致的问题。
[0006]本发明的优点在于提供更适合用于工业应用的材料，例如，替换水泥/混凝土。
[0007]本发明的另一优点在于提供用于生产此类材料的方法，该材料可使温室气体和其他污染物例如汞的生产最小化。
[0008]本发明的另一优点在于提供用于生产此类材料的方法，该材料提供更高强度的材料。
`[0009]本发明的另一优点在于提供用于生产此类材料的方法，该材料可使用广泛可得的原材料来合成。
[0010]本发明的其他特征和优点将在以下的描述中说明，并且部分上根据描述其将是显而易见的，或可通过本发明的实践来了解。可由说明书和其权利要求以及附图所特别指出的结构来理解和达到本发明的目的和其他优点。
[0011]为了实现这些和其他优点，并根据本发明的目的(如呈现并且广泛描述的)，提供一种用于生产反应产物的方法，该反应产物包括至少一种碳酸化的合成配制物，该方法包括:提供第一原材料，该第一原材料具有第一浓度的M ;提供第二原材料，该第二原材料具有第二浓度的Me ;以及混合第一原材料和第二原材料以产生反应产物，该反应产物包括至少一种合成配制物，该合成配制物具有MaMeb0。、MaMeb (OH) d、MaMebOc (OH) d或MaMeb0。(OH)d.(H2O)e的通式，其中M包含至少一种能反应形成碳酸盐的金属，且Me为至少一种在碳酸化反应期间能形成氧化物的元素，其中a:b的比例介于0.167:1至2.5:1之间，其中c为3或更大，其中d为I或更大，其中e为O或更大，其中该至少一种合成配制物能够经历碳酸化反应，且其中该至少一种合成配制物在碳酸化反应期间能够经历体积变化。
[0012]在本发明的另一方面中，提供一种利用反应产物来制造复合材料的方法，该反应产物由具有第一浓度M的第一原材料与具有第二浓度Me的第二原材料之间的反应所制得，该制造复合材料的方法包括:将液态溶剂导入实心体的孔中，该实心体包括反应产物，其中该反应产物包括至少一种合成配制物，该合成配制物的通式为MaMebO。、MaMeb(OH)、MaMeb0。(OH),或MaMebOe(OH)d.(H2O) e，其中M包括至少一种能反应形成碳酸盐的金属，且Me为至少一种在碳酸化反应期间能形成氧化物的元素，其中a:b的比例介于0.167:1至2.5:1之间，其中c为3或更大，其中d为I或更大，其中e为O或更大，其中该至少一种合成配制物能够经历碳酸化反应，且其中该至少一种合成配制物在碳酸化反应期间能够经历体积变化；以及，将气态反应物导入实心体的孔中，由此该至少一种合成配制物的颗粒转变为粘合部分，该粘合部分包括:核心，该核心具有包括一个或多个化学元素的第一化学组成；第一层，该第一层至少部分覆盖该核心的周围部分，该第一层具有与第一化学组成不同的第二化学组成，该第二化学组成包括阳离子，该阳离子对应于该第一化学组成的化学元素之一；以及第二层，该第二层至少部分覆盖该第一层的周围部分，该第二层具有与第一和第二化学组成不同的第三化学组成，该第三化学组成包括阳离子，该阳离子对应于该第一化学组成的化学元素之一。
[0013]应理解前述一般描述和以下详述两者均为示例性和说明性的，且意欲对所要求保护的本发明提供进一步说明。
[0014]附图简述
[0015]附图阐述了本发明的实施方式且与说明书内容一起用于解释本发明原理，这些附图对本发明提供进一步理解且并入说明书中成为说明书的一部分。在这些附图中:
[0016]图1为来自实施例9的反应产物的X射线衍射(XRD)相分析；
[0017]图2为获自实施 例9的样本的扫描电子显微术(SEM)图像；
[0018]图3为来自实施例10的反应产物的X射线衍射(XRD)相分析；和
[0019]图4为来自实施例11的反应产物的X射线衍射(XRD)相分析。
[0020]实施方式的详述
[0021]现将详细叙述本发明的实施方式。
[0022]根据本发明的示例性实施方式，将具有第一浓度M的第一原材料与具有第二浓度Me的第二原材料混合并反应形成反应产物，该反应产物包括至少一种合成配制物，该合成配制物具有 MaMeb0。、MaMeb (OH) d、MaMebOc (OH) d 或 MaMeb0。(OH) d.(H2O) e 的通式，其中 M 为至少一种能反应形成碳酸盐的金属，且Me为至少一种在碳酸化反应期间能形成氧化物的元素。
[0023]如所述，当存在于具有MaMeb0c、MaMeb (OH) d、MaMebOc (OH) d 或 MaMebOc (OH) d.(H2O) e 的通式的合成配制物中时，第一原材料中的M可包括任何能够碳酸化的金属。例如，M可为任何碱土元素，优选为钙和/或镁。第一原材料可为任何具有第一浓度M的矿物和/或副产物。例如，第一原材料可包括表1A中所列出的任何一种或多种矿物。该第一原材料可选地或额外包括表1B中所列出的一种或多种副产物。
[0024]表 IA
[0025]
【权利要求】
1.一种用于产生反应产物的方法，所述反应产物包括至少一种充分碳酸化的合成配制物，所述方法包括: 提供第一原材料，所述第一原材料具有第一浓度的M ； 提供第二原材料，所述第二原材料具有第二浓度的Me ;以及 混合所述第一原材料与所述第二原材料以产生反应产物，所述反应产物包括至少一种合成配制物，所述合成配制物具有 MaMebO。、MaMeb (OH) d、MaMebOc (OH) d 或 MaMeb0。(OH) d.(H2O) e的通式，其中M包括至少一种能反应形成碳酸盐的金属，并且Me为至少一种在所述碳酸化反应期间能形成氧化物的元素，其中a:b的比例介于0.167:1至2.5:1之间，其中c为3或更大，其中d为I或更大，其中e为O或更大，其中所述至少一种合成配制物能够经历碳酸化反应，且其中所述至少一种合成配制物在所述碳酸化反应期间能够经历体积变化。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述至少一种合成配制物在所述碳酸化反应期间经历体积膨胀。
3.如权利要求1所述的方法，其中M包括碱土元素。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述碱土元素为钙。
5.如权利要求3所述的方法，其中所述碱土元素为镁。
6.如权利要求1所述的方法，其中Me选自由以下元素所组成的组:硅、钛、铝、磷、钒、鹤、钥、镓、猛、错、锗、铜、银、钴、铅、铁、铟、砷、硫、钠、钾、砸和组。
7.如权利要求1所述的方法,其中Me包括硅。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述第一原材料为富含钙的矿物，所述矿物选自由以下矿物所组成的组:文石、方`解石、白云石、石膏、泥灰岩、绿泥石、硫酸盐和石灰岩。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述第一原材料为富含镁的矿物。
10.如权利要求11所述的方法，其中所述富含镁的矿物为菱镁矿。
11.如权利要求11所述的方法，其中所述富含镁的矿物为滑石。
12.如权利要求1所述的方法，其中所述第二原材料为富含硅的矿物，所述矿物选自由以下矿物所组成的组:硅酸盐、沸石、页岩、板岩、粘土、泥板岩、砂岩、砾岩、玄武岩、长石、云母、花岗岩、花岗闪长岩、闪长岩、燧石、砂和无定形娃酸盐。
13.如权利要求1所述的方法，其中所述第一原材料为富含钙的副产物，所述副产物选自由以下副产物所组成的组:矿渣、再生水泥、石灰炉粉尘(LKD)、水泥窑粉尘(CKD)、沉淀碳酸钙、再生纸、烟道气脱硫(FGD)硫酸钙、磷石膏和富含硅的生物质。
14.如权利要求1所述的方法，其中所述第二原材料为富含硅的副产物，所述副产物选自由以下副产物所组成的组:飞灰、焚化炉粉尘、玻璃纤维碎片、消费者玻璃、尾矿、富含硅的生物质、稻壳和赤泥。
15.一种利用反应产物来制造复合材料的方法，所述反应产物由具有第一浓度M的第一原材料与具有第二浓度Me的第二原材料之间的反应所制得，所述制造复合材料的方法包括: 将液态溶剂导入实心体的孔中，所述实心体包括所述反应产物，其中所述反应产物包括至少一种合成配制物，所述合成配制物具有MaMeb0。、MaMeb (OH)d, MaMebOc (OH) d或MaMebOc (OH) d.(H2O) e的通式，其中M包括至少一种能反应形成碳酸盐的金属，并且Me为至少一种在所述碳酸化反应期间能形成氧化物的元素，其中a:b的比例介于0.167:1至2.5:1之间，其中C为3或更大，其中d为I或更大，其中e为O或更大，其中所述至少一种合成配制物能够经历碳酸化反应，且其中所述至少一种合成配制物在所述碳酸化反应期间能够经历体积变化；以及 将气态反应物导入所述实心体的所述孔中，由此所述至少一种合成配制物的颗粒转变为粘合部分，所述粘合部分包括: 核心，所述核心具有包括一种或多种化学元素的第一化学组成； 第一层，所述第一层至少部分覆盖所述核心的周围部分，所述第一层具有与所述第一化学组成不同的第二化学组成，所述第二化学组成包括阳离子，所述阳离子对应于所述第一化学组成的化学元素之一；以及 第二层，所述第二层至少部分覆盖所述第一层的周围部分，所述第二层具有与所述第一和第二化学组成不同的第三化学组成，所述第三化学组成包括阳离子，所述阳离子对应于所述第一化学组成的化学元素之一。
16.如权利要求15所述的方法，所述至少一种合成配制物在所述碳酸化反应期间经历体积膨胀。
17.如权利要求15所述的方法，其中M包括碱土元素。
18.如权利要求15所述的方法，其中Me可选自由以下元素所组成的组:娃、钛、招、磷、f凡、鹤、钥、镓、猛、错、锗、铜、银、钴、铅、铁、铟、砷、硫、钠、钾、砸和组。
19.如权利要求15所述的方法，其中所述第一原材料为富含钙的矿物，所述矿物选自由以下矿物所组成的组:文 石、方解石、白云石、石膏、泥灰岩、绿泥石、硫酸盐和石灰岩。
20.如权利要求15所述的方法，其中所述第二原材料为富含硅的矿物，所述矿物选自由以下矿物所组成的组:硅酸盐、沸石、页岩、板岩、粘土、泥板岩、砂岩、砾岩、玄武岩、长石、云母、花岗岩、花岗闪长岩、闪长岩、燧石、砂和无定形娃酸盐。
【文档编号】C04B7/02GK103717548SQ201280028415
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2012年6月7日 优先权日:2011年6月9日
【发明者】R.E.里曼, T.E.奈, V.阿塔坎, C.瓦基法梅托格卢, 李庆华, 汤玲 申请人:新泽西州州立大学(拉特格斯)