湿碳化法生产辅助胶凝材料的制作方法

本申请涉及制备碳化辅助胶凝材料、由其制备的碳化辅助胶凝材料以及其用途。

背景技术：

1、在本说明书中提及或讨论某一文件、行为或知识时，并不意味着承认该文件、行为或知识或其任何组合在优先权日期时是公开的、为公众所知、属于普通技术知识的一部分，或者以适用的法规为先前技术；也不意味着它们被认为与解决本说明书所涉及的任何问题有关。

2、普通硅酸盐水泥(opc)的生产是一种能耗非常高的过程，也是温室气体排放的主要来源之一。水泥行业是第三大工业能源消耗者，也是全球工业二氧化碳排放的第二大来源。2019年全球水泥产量达到4.1亿吨，估计贡献了约8％的人为二氧化碳总排放量。

3、为了应对气候变化，联合国气候变化框架公约(unfcc)的成员国通过2015年12月通过的《巴黎协定》，同意到2030年将二氧化碳排放量减少20％至25％。这相当于每年减少10亿吨二氧化碳的排放。根据该协定，unfcc同意将全球温度上升限制在本世纪末不超过2摄氏度。为实现这一目标，世界可持续发展工商业委员会(wbcsd)水泥可持续发展倡议(csi)制定了一项名为“水泥工业低碳转型”的路线图(wbcsd-csi)。该路线图确定了全球水泥行业的四个碳排放减少杠杆。第一个杠杆是通过改造现有设施提高能源效率。第二个是转向使用碳排放较低的替代燃料。例如，生物质和废弃物可用于水泥窑中，以抵消对碳排放高的化石燃料的消耗。第三个是减少熟料系数或熟料与水泥的比例。最后，wbcsd-csi建议使用新兴和创新技术，如将碳捕获技术整合到水泥制造过程中。

4、因此，需要改进水泥生产以减少二氧化碳排放，从而减少全球气候变化的影响。根据美国环保署(epa)和联合国气候变化框架公约(unfccc)的认定，本公开的目的是通过开发一种将碳捕获技术整合到水泥制造过程中的方法来解决这些问题。

5、例如，索里迪亚科技公司(solidia technologies inc.)已经开发出一种能够将二氧化碳排放减少30％的低碳熟料。然而，需要将这种材料整合到传统的水泥材料中，以减少普通硅酸盐水泥(opc)等水泥中的熟料系数，并通过使用低碳排放材料作为辅助胶凝材料(scm)进一步提升其环境潜力。虽然本发明的公开中已经讨论了传统技术的某些方面，以促进发明的披露，但申请人并不放弃这些技术方面，而且可以预见，所要求的发明可能包括或包含本文中讨论的一个或多个传统技术方面。

技术实现思路

1、已经发现，上述问题可以通过本发明得到解决，并获得一定的优势。例如，本发明的方法和组合物提供了一种新颖的方法，在将可碳化熟料添加到水泥之前，对其进行预碳化处理，该熟料优选但不限于低碳排放熟料，然后将其作为辅助胶凝材料(scm)添加到水泥中。这样既减少了传统水泥和混凝土的熟料系数，又将碳捕获纳入传统水泥或混凝土材料的生产中，从而提供了双重的环境效益。

2、应当理解，在本文中描述的本发明的各个独立方面和特征可以与任何一个或多个独立方面或特征结合，以任意数量形成本发明的具体构想和涵盖范围内的实施方式。

3、根据一些方面，本发明提供了一种制备辅助胶凝材料的方法，包括：形成包含水和可碳化材料粉末的浆料，其中水和可碳化材料粉末的重量比至少为1；将含有二氧化碳的气体流入浆料中，在保持浆料温度约为1℃至约99℃或约30℃至约95℃或约30℃至约70℃的情况下，持续0.5至24小时；可选择将浆料在60℃至125℃的温度下干燥5至24小时；可选择对干燥的浆料进行一次或多次的解聚和研磨，以形成辅助胶凝材料。

4、根据进一步的方面，本发明提供了一种制备辅助胶凝材料的方法，包括：形成包含水和可碳化材料粉末的浆料，其中浆料中水和可碳化材料粉末的重量比至少为1；并将含有二氧化碳的气体流入浆料中，在保持浆料温度为1℃至99℃的情况下，持续0.5至24小时，形成包含caco3和无定形二氧化硅的碳酸化浆料。

5、根据另一方面，本发明提供了一种制备水泥或混凝土的方法，包括：根据上述和本文描述的方法形成辅助胶凝材料；将辅助胶凝材料与水泥组合成混合物，其中混合物中辅助胶凝材料的重量占固体总重量的1％-99％；并将混合物与水反应形成水泥或混凝土。

技术特征：

1.一种制备辅助胶凝材料的方法，包括：

2.根据权利要求1的方法，其中所述可碳化材料粉末包括具有通式mameboc,mameb(oh)d，ma meb oc(oh)d或ma meboc(oh)d·(h2o)e的至少一种合成制剂，其中m是能够反应形成碳酸盐的至少一种金属，并且me是能够在所述碳酸化反应期间形成氧化物的至少一种元素。

3.根据权利要求2的方法，其中m是钙和/或镁。

4.根据权利要求3的任一方法，其中me是硅、钛、铝、磷、钒、钨、钼、镓、锰、锆、锗、铜、铌、钴、铅、铁、铟、砷、硫和/或钽。

5.根据权利要求4的方法，其中me是硅。

6.根据权利要求2的方法，其中a：b的比率为约2.5：1至约0.167：1，c为3或更大，d为1或更大，e为0或更大。

7.根据权利要求1的任一方法，其中所述可碳化材料粉末包括硅酸钙，所述硅酸钙的元素ca与元素si的摩尔比为约0.8至约1.2。

8.根据权利要求7的方法，其中可碳化材料粉末包括从cs(硅灰石或假硅灰石)、c3s2(硅钙石)和c2s(斜硅灰石或斜硅钙石或布雷迪石)中的一种或多种中选择的离散结晶硅酸钙相的混合物，按总相质量计约占总相质量的30％或更多，以及按总氧化物质量计约占30％或更少的al、fe和mg的金属氧化物。

9.根据权利要求8的方法，其中可碳化材料粉末进一步包含无定形硅酸钙相。

10.根据权利要求1的方法，其中可碳化材料粉末的平均粒径(d50)为约6μm至约30μm，其中10％的颗粒(d10)的粒径低于约0.1μm至约3μm,且90％的颗粒(d90)的粒径低于约30μm至约150μm。

11.根据权利要求1所述的方法，其中水与可碳化材料粉末的重量比为1.0-5.0。

12.根据权利要求1的方法，其中水与可碳化材料粉末的重量比为1.0-3.0。

13.根据权利要求1的方法，其中气体按体积包含10％-100％二氧化碳。

14.根据权利要求1的方法，其中气体以100至600scfh的速率流入浆料。

15.根据权利要求1的方法，进一步包括：

16.根据权利要求15的方法，进一步包括:

17.根据权利要求1的方法，其中包含二氧化碳的气体是从烟气中获得的。

18.一种形成水泥或混凝土的方法，该方法包括:

19.根据权利要求18的方法，其中混合物中的辅助胶凝材料按重量占混合物中固体总重量的20％至35％。

20.根据权利要求18的方法，其中所述水硬性水泥包括普通波特兰水泥、硫铝酸钙水泥、贝利特水泥或其他钙基水硬性材料中的一种或多种。

21.根据权利要求18的方法，还包括向所述混合物中添加骨料。

22.根据权利要求18的方法，其中使所述混合物与水反应以形成所述水泥或混凝土的步骤包括使所述辅助胶凝材料中的无定形二氧化硅与所述水硬性水泥组合物反应。

23.根据权利要求22的方法，其中所述辅助胶凝材料中的无定形二氧化硅与所述水硬性水泥组合物的反应包括使氢氧化钙与来自所述碳酸化辅助胶凝材料的无定形二氧化硅反应以产生硅酸钙水合物。

技术总结
本发明描述了一种制备辅助胶凝材料的方法，该方法包括：形成包含水和可碳化材料粉末的浆料，其中水与所述可碳化材料粉末的重量比为至少1；以及使包含二氧化碳的气体流入浆料中0.5至24小时，同时将浆料保持在1℃至99℃的温度下，以形成包含CaCO3和无定形二氧化硅的碳酸化浆料。本方法还描述了一种使用所述辅助胶凝材料形成水泥或混凝土的方法。

技术研发人员：瓦希特·阿塔坎,萨达南达·萨胡,马里奥·豪尔赫·戴维森,亚历山大·沃伦·佩勒姆-韦伯,阿赫迈特·库奈特·塔斯,迪帕克·拉维库马尔,吉坦德拉·阿伦钱德拉·贾因
受保护的技术使用者：索里迪亚科技公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15