一种辅助胶凝材料的制备方法及其制备的辅助胶凝材料与流程

本申请涉及具有增强的二氧化碳吸收的研磨的碳酸化辅助胶凝材料的制备。

背景技术：

1、在本说明书中，当提到或讨论文件、行为或知识项目时，此引用或讨论并非承认该文件、行为或知识项目或其任何组合在优先权日期时是公开可得的、为公众所知、属于一般公共知识的一部分，或者在适用法规规定下构成先行技术，或者已知与本说明书所涉及的任何问题解决尝试相关。

2、普通硅酸盐水泥(opc)的生产是一个非常耗能的过程，也是温室气体排放的主要来源。水泥行业是第三大工业能源消费者，也是工业二氧化碳排放总量的第二大二氧化碳排放者。2019年，世界水泥产量达到4.1gt，估计占人为二氧化碳排放总量的8％左右。

3、为了应对气候变化，联合国气候变化框架公约(unfccc)成员国通过2015年12月通过的《巴黎协定》，同意在2030年将二氧化碳排放量减少20％至25％。这意味着每年减少10亿吨二氧化碳。根据这项协议，联合国气候变化框架公约同意在本世纪末将全球气温上升控制在2℃以内。为了实现这一目标，世界可持续发展商业理事会(wbcsd)水泥可持续发展倡议(csi)制定了一项名为“水泥行业低碳转型”(wbcsd-csi)的路线图。该路线图确定了全球水泥行业的四个碳减排杠杆。第一个杠杆是通过改造现有设施来提高能源效率，以提高能源性能。第二种是转向碳密集度较低的替代燃料。例如，生物质和废料可用于水泥窑，以抵消碳密集型矿物燃料的消耗。第三是降低熟料系数或熟料水泥比。最后，wbcsd-csi建议使用新兴和创新技术，例如将碳捕获纳入水泥制造过程。

4、因此，需要改进水泥生产，减少co2排放；减少气候变化的全球影响。本公开试图通过开发一种将碳捕获整合到水泥制造过程中的方法来解决这些问题，如epa和fcc所确定的。

5、例如，索里迪亚科技公司已经开发出一种低co2排放的熟料，该熟料将co2排放量减少30％。然而，需要将这种材料整合到传统的水硬性混凝土材料中，以降低水硬性水泥(如普通硅酸盐水泥(opc))中的熟料系数，并通过在混凝土中使用这种低co2排放材料作为补充胶凝材料(scm)来进一步提高正的环境潜力。虽然已经讨论了常规技术的某些方面以促进本发明的公开，但是申请人决不放弃这些技术方面，并且可以设想，所要求保护的发明可以涵盖或包括本文所讨论的一个或多个常规技术方面。

技术实现思路

1、已经发现，通过本发明可以解决上述缺陷，并且获得某些优点。例如，本发明的方法和组合物提供了在将可碳酸化熟料，优选但不排他地为低co2排放熟料，作为补充胶凝材料(scm)添加到水硬性水泥中之前使其预碳酸化的新方法，从而既降低了常规水硬性水泥的熟料因子，又将碳捕获结合到水泥或混凝土材料的生产中，从而提供了双重的积极环境效益。制备scm的各种示例性方法(包括浆液方法、循环碳化方法、非浆液碳化方法(半湿碳化方法)和高温碳化方法)分别阐述于美国临时申请案第63/151,971号和63/217,590号以及相应的美国申请案第17/675,777号和17/855,576号中，其内容以引用方式纳入，如同在本文中充分阐述。

2、一个示例性实施方案涉及一种制备碳酸化辅助胶凝材料的方法，该方法包括：向可碳酸化材料中加入水以形成可碳酸化混合物，其中可碳酸化混合物的水分含量为约0.1％至约99.9％；搅动或搅拌可碳酸化混合物约1分钟至24小时；使所述可碳酸化混合物碳酸化以获得第一碳酸化胶凝材料；将所述第一碳酸化胶凝材料研磨约0.1分钟至约60分钟以获得研磨的混合物；以及将研磨的混合物碳酸化约1分钟至约24小时，其中碳酸化可碳酸化的混合物和研磨的混合物包括使分别包含按体积计约5％至约100％二氧化碳的气体流动，并保持约1℃至约99℃的温度，以获得碳酸化辅助胶凝材料。碳酸化和研磨步骤可以任选地重复多达10次以使co2的吸收最大化。

3、另一个示例性实施例涉及一种形成水泥或混凝土的方法，该方法包括：根据本文所述的任何方法形成碳酸化辅助胶凝材料；将所述碳酸化辅助胶凝材料与水硬性水泥组合物组合以形成胶凝材料混合物，其中所述胶凝材料混合物包含基于所述混合物中固体的总重量的按重量计约1％至约99％的碳酸化的辅助胶凝材料；以及使胶凝材料混合物与水反应以形成水泥或混凝土。

技术特征：

1.一种制备碳酸化辅助胶凝材料的方法，该方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述可碳酸化混合物的水分含量为按重量计约0.1％至约90％。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法包括与多个研磨和润湿循环交替的多个碳酸化循环。

4.根据权利要求1所述的方法，还包括在使所述经研磨的混合物碳酸化之前汽蒸所述经研磨的混合物，其中所述汽蒸包括将所述经研磨的混合物暴露于约20℃至约200℃的温度下的水蒸气或蒸汽。

5.根据权利要求1所述的方法，还包括在约20℃至约500℃的温度下干燥所述碳酸化辅助胶凝材料约1分钟至约24小时。

6.根据权利要求1所述的方法，还包括使所述混合物解团聚。

7.根据权利要求1所述的方法，还包括从烟道气获得所述包含二氧化碳的气体。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述研磨在选自球磨机、立式辊磨机、带式辊磨机、造粒机、锤式磨机、研磨机、研磨辊、剥离辊磨机、气扫辊磨机或其组合的研磨机中进行。

9.根据权利要求1所述的方法，还包括在碳酸化之前润湿所述气体，其中润湿所述气体包括使所述气体鼓泡通过热水。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述包含二氧化碳的气体的流速为每千克可碳酸化材料约1l/min/kg至约6l/min/kg。

11.根据权利要求1所述的方法，其中所述包含二氧化碳的气体的流动进行约1分钟至约24小时。

12.根据权利要求1所述的方法，其中所述碳酸化辅助胶凝材料的平均粒度(d50)为约1μm至约25μm。

13.根据权利要求1所述的方法，其中所述碳酸化辅助胶凝材料的bet表面积为约5m2/g至约25m2/g。

14.根据权利要求1所述的方法，其中所述碳酸化辅助胶凝材料的二氧化碳吸收为约5％至约40％。

15.根据权利要求1所述的方法，其中所述可碳酸化材料包括至少一种具有通式mameboc,mameb(oh)d,mameboc(oh)d或mameboc(oh)d·(h2o)e的合成制剂，其中m是至少一种能够反应形成碳酸盐的金属，并且me是至少一种能够在碳酸化反应期间形成氧化物的元素。

16.根据权利要求15所述的方法，其中m为钙和/或镁。

17.根据权利要求15所述的方法，其中me为硅、钛、铝、磷、钒、钨、钼、镓、锰、锆、锗、铜、铌、钴、铅、铁、铟、砷、硫和/或钽。

18.根据权利要求15所述的方法，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。

19.根据权利要求1所述的方法，其中所述可碳酸化材料包含元素ca与元素si的摩尔比为约0.8至约3.0的硅酸钙。

20.根据权利要求19所述的方法，其中所述可碳酸化材料包含离散的，结晶硅酸钙相和al、fe和mg的金属氧化物的共混物，所述离散的，结晶硅酸钙相选自cs(硅灰石(wollastonite)或假硅灰石(pseudowollastonite))、c3s2(斜硅钙石(rankinite))和c2s(贝利石(belite)或斜硅钙石(larnite)或白硅钙石(bredigite))中的一种或多种，按质量计占总相的约30％或更多，所述al、fe和mg的金属氧化物占总氧化物质量的约30％或更少。

21.根据权利要求19所述的方法，其中所述可碳酸化材料包括硅酸钙水合物(c-s-h)、再生混凝土、城市垃圾、尾矿或其混合物。

22.根据权利要求15所述的方法，其中所述可碳酸化材料还包含无定形硅酸钙相。

23.一种用于形成水泥或混凝土的方法，所述方法包括：

24.根据权利要求23所述的方法，其中，基于混合物中固体的总重量，所述胶凝材料混合物包含按重量计约20％至约35％的碳酸化辅助胶凝材料。

25.根据权利要求23所述的方法，其中所述水硬性水泥组合物包括普通硅酸盐水泥(opc)、硫铝酸盐钙水泥(csa)、贝利特水泥或其他钙基水硬性材料中的一种或多种。

26.根据权利要求23所述的方法，进一步包括向所述胶凝材料混合物中添加骨料。

27.根据权利要求23所述的方法，其中：

28.根据权利要求23所述的方法，其中：

29.根据权利要求28所述的方法，其中：

30.根据权利要求23所述的方法，其中：

技术总结一种制备碳酸化辅助胶凝材料的方法，包括使可碳酸化混合物碳酸化以获得第一碳酸化胶凝材料，研磨第一碳酸化胶凝材料，以及使研磨的混合物碳酸化以获得碳酸化辅助胶凝材料。技术研发人员：瓦希特·阿塔坎,马里奥·豪尔赫·戴维森,萨达南达·萨胡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：2024/5/27