使用电石石灰的方法和系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了用于由电石石灰产生包含稳定的球霰石或反应性球霰石的碳酸盐沉淀材料的方法和系统，该电石石灰既提供二价阳离子(Ca的二价阳离子、Mg的二价阳离子等)源又提供质子去除剂源。提供了形成干式墙的方法，该方法包括：a)使包含电石石灰的水溶液与来自工业过程的二氧化碳接触；b)产生包含反应性球霰石的沉淀材料；c)通过使反应性球霰石转变成文石来使沉淀材料凝结及硬化；以及d)形成干式墙。
【专利说明】使用电石石灰的方法和系统 夺叉引用
[0001] 本申请要求2012年3月29日提交的美国临时专利申请号61/617, 243的优先权， 该临时专利申请通过引用整体并入本文。
【背景技术】
[0002] 二氧化碳（CO2)排放已被认定为全球变暖现象的主要原因。CO2是燃烧的副产物， 并引起操作、经济和环境方面的问题。可以预期的是，CO 2和其他温室气体的大气浓度的升 高将促进大气中更多的热量储存，从而导致升高的表面温度以及快速的气候变化。此外，由 于CO 2的溶解和碳酸的形成，大气中CO2水平的升高也可能进一步酸化世界上的海洋。如果 不及时处理，气候变化和海洋酸化的影响很可能在经济上是代价高昂的并且对环境是有害 的。降低气候变化的潜在风险可能需要隔离和避免来自各种人类活动过程的co 2。
【发明内容】
[0003] 在第一方面，提供了一种方法，该方法包括：a)使包含电石石灰（carbide lime) 的水溶液与来自工业过程的二氧化碳接触；以及b)产生包含反应性球霰石（reactive vaterite)的沉淀材料。在第二方面，提供了一种形成干式墙的方法，该方法包括：a)使包 含电石石灰的水溶液与来自工业过程的二氧化碳接触；b)产生包含反应性球霰石的沉淀 材料；c)通过使反应性球霰石转变为文石（aragonite)来使沉淀材料凝结及硬化；以及d) 形成干式墙。
[0004] 在一些实施方案中，前述方法进一步包括：在步骤a)之前，通过采用弱碱进行处 理来纯化电石石灰，以制备包含电石石灰的水溶液。在一些实施方案中，前述方法进一步包 括：在步骤a)之前，通过采用选自但不限于硼酸盐、含N盐、含N脂肪族化合物、含N芳香族 化合物及其组合的弱碱进行处理来纯化电石石灰，以制备包含电石石灰的水溶液。在一些 实施方案中，在前述方法中，所述弱碱为选自但不限于氯化铵、硫酸铵、硝酸铵及其组合的 含N盐。在一些实施方案中，在前述方法中，弱碱：电石石灰的摩尔比为2 :1至4 :1。
[0005] 在一些实施方案中，前述方法进一步包括：使步骤a)中的水溶液经受一项或多项 有利于形成反应性球霰石的沉淀条件。在一些实施方案中，所述一项或多项沉淀条件选自 但不限于温度，PH，压力，离子比例，沉淀速率，添加剂的存在，离子种类的存在，添加剂和离 子种类的浓度，搅拌，停留时间，混合速率，搅动的形式，晶种、催化剂、膜或基底的存在，脱 水，干燥，球磨，及其组合。在一些实施方案中，前述方法产生包含至少50% w/w的反应性球 霰石的沉淀材料。在一些实施方案中，前述方法产生包含平均粒径为1-25或1-20或1-10 或1-5微米的反应性球霰石的沉淀材料。
[0006] 在一些实施方案中，前述方法进一步包括使反应性球霰石转变为文石的步骤。在 一些实施方案中，前述方法进一步包括：在步骤a)期间或之后、在步骤b)期间或之后和/ 或在使反应性球霰石转变为文石的步骤（步骤c)之前或期间，向沉淀材料中加入一种或多 种添加剂。在一些实施方案中，前述方法进一步包括：在使反应性球霰石转变为文石的步骤 之前，向沉淀材料中加入一种或多种添加剂。在一些实施方案中，在前述方法中，所述一种 或多种添加剂是选自铍、镁、锶、钡及其组合的碱土金属离子。在一些实施方案中，在前述方 法中，所述一种或多种添加剂的量为〇. 5-5重量％。
[0007] 在一些实施方案中，前述方法进一步包括：向沉淀材料中加入一种或多种外加剂 (admixture)。在一些实施方案中，所述一种或多种外加剂选自发泡剂、流变学改性剂、增强 材料及其组合。
[0008] 在一些实施方案中，前述方法进一步包括：通过使反应性球霰石转变为文石来使 沉淀材料凝结及硬化，并由沉淀材料制备建筑材料。
[0009] 在一些实施方案中，前述方法进一步包括：通过使反应性球霰石转变为文石来使 沉淀材料凝结及硬化，并形成成形建筑材料。在一些实施方案中，在前述方法中，所述成形 建筑材料选自但不限于砌体单元、建筑面板（construction panel)、导管、盆状物（basin)、 横梁、柱、厚板（slab)、隔音屏障、隔热材料及其组合。在一些实施方案中，在前述方法中，所 述建筑面板选自但不限于水泥板、干式墙及其组合。在一些实施方案中，在前述方法中，所 述建筑面板用于选自但不限于以下的一种或多种应用：纤维水泥护墙板、屋顶板、底板、防 护板（sheathing panel)、覆盖板、装饰板、天花板、轴衬板、墙板、背衬板（backer board)、 衬底板（underlayment panel)及其组合。
[0010] 在一些实施方案中，在前述方法中，转变为文石后的反应性球霰石凝结并硬化，且 具有至少3MPa的抗压强度。
[0011] 在一些实施方案中，在前述方法中，形成干式墙的方法包括：使用湿法、半干法、挤 压法、wonderboard+法或其组合形成干式墙。
[0012] 在一些实施方案中，在前述第二方面中，所述方法进一步包括：向步骤b)或步骤 C)的沉淀材料中加入一种或多种外加剂，所述外加剂选自但不限于发泡剂、流变学改性 剂、增强材料及其组合。在一些实施方案中，前述方法包括：形成孔隙率为20-90vol%或 75-90vol %的成形建筑材料或干式墙。
[0013] 在一些实施方案中，前述方法进一步包括：通过使反应性球霰石转变为文石来使 沉淀材料凝结及硬化，并由沉淀材料制备人工礁。
[0014] 在一些实施方案中，前述方法进一步包括：通过使反应性球霰石转变为文石来使 沉淀材料凝结及硬化，并由沉淀材料制备非胶结性组合物，所述非胶结性组合物选自但不 限于纸、聚合物产品、润滑剂、粘合剂、橡胶产品、粉笔（chalk)、沥青产品、涂料、用于去除涂 料的磨料、个人护理产品、化妆品、清洁产品、个人卫生产品、可摄取的产品、农产品、土壤改 良产品、农药、环境修复产品及其组合。
[0015] 在一些实施方案中，在前述方法中，所述电石石灰从乙炔生产过程、冶金过程、氰 氨化钙生产过程、垃圾填埋场（landfill)或其组合中得到。
[0016] 在一些实施方案中，在前述方法中，水溶液和电石石灰的接触与水溶液和二氧化 碳的接触同时发生。在一些实施方案中，在前述方法中，来自工业过程的二氧化碳是来自燃 煤发电厂的烟道气。在一些实施方案中，所述燃煤发电厂是燃烧褐煤的发电厂。在一些实 施方案中，来自工业过程的二氧化碳是来自水泥厂的窑废气。在一些实施方案中，来自工业 过程的二氧化碳进一步包含SOx、NOx、采或其任意组合。
[0017] 在一些实施方案中，在前述方法中，所述电石石灰提供用于产生沉淀材料的二价 阳离子。在一些实施方案中，所述二价阳离子包括Ca2+、Mg2+或其组合。在一些实施方案中， 所述电石石灰提供用于产生沉淀材料的质子去除剂。在一些实施方案中，所述电石石灰从 乙炔生产过程、冶金过程、氰氨化钙生产过程、垃圾填埋场或其组合中得到。
[0018] 在一些实施方案中，在前述方法中，所述水溶液包括盐水、海水或淡水。在一些实 施方案中，所述方法进一步包括加入补充的质子去除剂。在一些实施方案中，所述质子去除 剂是氢氧化物。
[0019] 在一些实施方案中，在前述方法中，所述方法进一步包括：通过脱水和任选的干燥 将沉淀材料从水溶液中分离。
[0020] 在一些实施方案中，在前述方法中，所述沉淀材料包含超过40%的球霰石。在一些 实施方案中，所述沉淀材料包含40-100w/w %的球霰石。在一些实施方案中，所述沉淀材料 包含40-99w/w%的球霰石。在一些实施方案中，所述沉淀材料包含50-99w/w%的球霰石。 在一些实施方案中，在前述方法中，所述沉淀材料具有小于-15%。或在-15%。与-30%。之间 的S 13C值。
[0021] 在一些实施方案中，在前述方法中，凝结及硬化后的沉淀材料产生大于IOMPa的 抗压强度。在一些实施方案中，凝结及硬化后的沉淀材料产生10_60MPa的抗压强度。
[0022] 在一些实施方案中，在前述方法中，所述建筑材料选自水硬性水泥、火山灰水泥、 骨料及其组合。
[0023] 在另一方面，提供了包含文石的干式墙产品，其中所述文石具有-12%。至-35%。 的S 13C值，其中所述干式墙产品的密度为0. 4-1. 8g/cm3,其中所述干式墙产品的孔隙率为 50-90vol %，且其中所述干式墙产品的抗压强度为200-2500psi。
[0024] 在一方面，提供了通过任何前述方法的方面及实施方案形成的产品。
[0025] 在另一方面，提供了一种系统，该系统包含：沉淀反应器，其配置为使含有电石石 灰的水溶液与来自二氧化碳源的二氧化碳接触，并形成包含球霰石的含碳酸盐沉淀材料； 以及液-固分离器，其可操作地连接至该沉淀反应器，并配置为分离从该沉淀反应器得到 的含碳酸盐沉淀材料。在一些实施方案中，该系统进一步包含可操作地连接至沉淀反应器 的二氧化碳源。在一些实施方案中，二氧化碳源是燃煤发电厂或水泥厂。在一些实施方案 中，该系统进一步包含建筑材料生产单元，该单元被配置为由从液-固分离器得到的含有 含碳酸盐沉淀材料的固体产生建筑材料。在一些实施方案中，该系统进一步包含成形建筑 材料生产单元（例如，但不限于，干式墙生产单元），该单元被配置为由从液-固分离器得到 的含有碳酸盐沉淀材料的固体产生建筑材料。在一些实施方案中，该系统被配置为每天产 生超过1吨的碳酸盐沉淀材料。在一些实施方案中，该系统被配置为每天产生超过10吨的 碳酸盐沉淀材料。在一些实施方案中，该系统被配置为每天产生超过100吨的碳酸盐沉淀 材料。在一些实施方案中，该系统被配置为每天产生超过1000吨的碳酸盐沉淀材料。在一 些实施方案中，该系统被配置为每天产生超过10, 〇〇〇吨的碳酸盐沉淀材料。
【专利附图】
【附图说明】
[0026] 本发明的特征在所附的权利要求书中具体阐述。通过参考以下对利用本发明原理 的说明性实施方案加以阐述的详细描述及其附图，将会更好地理解本发明的特征和优点， 在这些附图中：
[0027] 图1显示本发明的一个实施方案。
[0028] 图2显示本发明的一个实施方案。
[0029] 图3显示本发明的一个实施方案。
[0030] 图4显示本发明的一个实施方案。
[0031] 图5显示从球霰石转变为文石的吉布斯自由能图。
[0032] 图6显示本发明的一个实施方案。
[0033] 图7是如实施例3所述通过加入发泡剂得到的固化的碳酸钙水泥微观结构的扫描 电子显微镜检查（SEM)图像。
【具体实施方式】
[0034] 本文提供了由电石石灰产生含球霰石的产品的方法和系统。在一些实施方案中， 含球霰石的产品具有独特的性质，包括但不限于通过转变为具有高抗压强度的文石而具有 的胶结性质。在一些实施方案中，球霰石转变为文石导致产生诸如水泥的胶结性产品，以形 成建筑材料和/或成形建筑材料如干式墙等。在一些实施方案中，产品中的球霰石是稳定 的，并且当与其他水泥如OPC混合时可用作填充剂或补充的胶结性材料。在含球霰石的沉 淀材料在胶结后被切碎的情况下，含球霰石的产品也可用作骨料。在一些实施方案中，含球 霰石的产品也可用作诸如涂料、塑料和纸等产品中的沉淀碳酸钙（PCC)填充剂。
[0035] 如本文所使用的"电石石灰"包括或包含氢氧化钙或基本由氢氧化钙组成。电石 石灰可进一步含有其他通常会在电石石灰中发现的杂质，如金属氧化物、碳或一些碳酸盐。 通常，电石石灰不包含任何氧化钙或任何显著量的氧化钙（如果含有的话）。电石石灰的其 他同义词包括电石污泥（carbide sludge)、发生器泥衆（generator slurry)、石灰衆、石灰 污泥（lime sludge)、消石灰、氢氧化钙、水化石灰、石灰水和熟石灰等。应当理解，电石石灰 的所有此类同义词均落入本发明的范围内。电石石灰是一种水合石灰浆，其可例如作为根 据下式生成乙炔气体的副产物而产生： CaC2+2H20 - C2H2+Ca (OH) 2
[0036] 碳化钙通常通过在电弧炉内加热焦炭和低品质的生石灰至非常高的温度来生产。 最终产品的纯度通常为80%，其中存在一定量的石灰杂质和未反应的焦炭。乙炔气体生成 后，这些碳化钙杂质可能最终成为电石石灰，而电石石灰随后通常在大型垃圾填埋场和潟 湖中进行处置。由此形成的乙炔可用于生产PVC。
[0037] 本发明更加绿色和环境友好地利用废弃电石石灰，并生产含有碳酸钙的多晶型形 式的产品，如球霰石，其可在多种应用中使用。不受任何理论的限制，电石石灰也可从冶金 过程、氰氨化钙生产过程、垃圾填埋场或其组合中获得，并且所有这些产生电石石灰的过程 均在本发明的范围内。
[0038] 在更详细地描述本发明之前，应当理解，本发明不限于本文所描述的具体实施方 案，因为这些实施方案无疑可发生变化。也应当理解，本文使用的术语仅用于描述特定实施 方案的目的，而非旨在进行限定。
[0039] 当提供值的范围时，应当理解，在此范围的上限和下限之间的每个居间值（精确 到下限单位的十分之一，除非上下文另外明确地指出）以及在所述范围内的任何其他所指 出的或居间的值都包含在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括在较小范围 中，而且也包含在本发明内，除了所述范围内任何明确排除的极限值。当所述范围包括极限 值中的一个或两个时，排除这些所含极限值中的任何一个或两个的范围也被包括在本发明 中。
[0040] 某些范围在本文中以前面带有术语"约"的数值呈现。术语"约"在此用于对其之 后的准确数字以及与该术语之后的数字接近或近似的数字提供字面支持。在确定一个数字 是否接近或近似于具体列举的数字时，接近或近似的未列举的数值可以是在它所出现的上 下文中提供与具体列举的数值基本相等的值的数值。
[0041] 除非另外定义，否则本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域的普 通技术人员所一般理解的相同的含义。本文描述了代表性的说明性方法和材料，但是与本 文描述的这些方法和材料类似或等同的任何方法和材料也可在本发明的实践或检验中使 用。
[0042] 本说明书中所引用的所有出版物、专利和专利申请均通过引用并入本文，其程度 犹如特别地和单独地指出每一个单独的出版物、专利或专利申请均通过引用而并入。另外， 每一个所引用的出版物、专利或专利申请均通过引用并入本文，以公开和描述与所引用的 出版物相关的主题。任何出版物的引用均针对其在申请日之前的公开内容，且不应解释为 承认本文所描述的发明由于在先发明而无权早于此出版物。另外，所提供的
【公开日】期可不 同于实际
【公开日】期，其可能需要被独立地确认。
[0043] 应当指出，除非上下文另外明确指出，否则本文及所附权利要求中使用的单数形 式"一个"、"一种"和"该"包括指代物的复数形式。应当进一步指出，权利要求书可撰写为 排除任何可选的要素。因此，本声明旨在作为使用与权利要求要素列举有关的排他性术语 如"单独地"、"仅"等或使用"否定"限制的在先基础。
[0044] 本领域技术人员在阅读本公开内容时应当明白，本文描述和说明的每一单独的实 施方案具有单独的组分和特征，该组分和特征可易于与其他几个实施方案中任一个的特征 分开或组合，而不背离本发明的范围或精神。任何列举的方法可以按所列举事件的顺序或 按逻辑上可能的任何其他顺序进行。 I.方法
[0045] 如本文更详细地描述的，提供了利用0)2源（例如来自工业废物流，如来自电厂或 水泥厂的含〇) 2的烟道气）、质子去除剂源（例如提供Ca (OH) 2的电石石灰）和二价阳离子 源（例如提供Ca2+、Mg2+的电石石灰）来形成含球霰石组合物的方法和系统。如本文所述， 电石石灰既可作为二价阳离子源，又可作为质子去除剂源。存在于电石石灰中的氢氧化钙 作为二价阳离子源提供钙离子和作为质子去除剂源提供氢氧根以形成本发明的碳酸钙沉 淀物。如本文所述，碳酸钙沉淀物中的球霰石可以是可作为产品中的填充剂的稳定的球霰 石，或者该球霰石可以是可在溶解-再沉淀过程中转变为文石的反应性球霰石。
[0046] 金属氧化物的废物来源如燃烧灰分（例如飞灰、底灰、锅炉渣）、水泥窑粉尘和炉 渣（例如铁渣、磷渣）可提供用于制备本文所述的组合物的二价金属阳离子和质子去除剂 的补充来源。
[0047] 描述了电石石灰、二氧化碳源、任选的补充二价阳离子源、任选的补充质子去除剂 源和方法，其中电石石灰用于生产含球霰石的组合物。 电石石灰
[0048] -个方面涉及处理任选地含有不溶性杂质的电石石灰以得到含球霰石的有用固 体碳酸钙产品的方法。在一些实施方案中，如本文所述，球霰石是反应性球霰石。在一些实 施方案中，如本文所述，球霰石是稳定的球霰石。在一方面，提供了使包含电石石灰的水溶 液与来自工业过程的二氧化碳接触，以及产生含有包含稳定的球霰石或反应性球霰石的沉 淀材料的方法。在一些实施方案中，该方法进一步包括使所述水溶液经受沉淀条件以产生 碳酸盐沉淀材料。在一些实施方案中，该沉淀条件有利于稳定的球霰石的形成。在一些实 施方案中，该沉淀条件有利于反应性球霰石的形成。在一些实施方案中，该方法进一步包括 通过脱水和任选的干燥将沉淀材料从水溶液中分离。该沉淀材料随后可用于制备胶结性材 料、成形建筑材料或非胶结性材料。
[0049] 在一些实施方案中，该电石石灰法进一步包括：将沉淀材料制成PCC，并将其用作 非胶结性组合物中的填充剂，该非胶结性组合物例如，但不限于，纸制品、聚合物产品、润滑 剂、粘合剂、橡胶产品、粉笔、沥青产品、涂料、用于去除涂料的磨料、个人护理产品、化妆品、 清洁产品、个人卫生产品、可摄取的产品、农产品、土壤改良产品、农药、环境修复产品及其 组合。这种将碳酸盐沉淀材料作为非胶结性产品中的填充剂的应用在2010年11月9日授 权的美国专利号7, 829, 053中进行了描述，该专利通过引用整体并入本文。
[0050] 在一些实施方案中，电石石灰提供用于产生沉淀材料的二价阳离子。在一些实施 方案中，二价阳离子包含Ca 2+、Mg2+或其组合。在一些实施方案中，电石石灰还提供用于产 生沉淀材料的质子去除剂。
[0051] 在一些实施方案中，电石石灰从乙炔生产过程、冶金过程、氰氨化钙生产过程、垃 圾填埋场或其组合中获得。因此，在一方面，提供了一种方法，该方法包括：使包含电石石灰 的水溶液与来自工业过程的二氧化碳接触，以及产生包含稳定的球霰石或反应性球霰石的 碳酸盐沉淀材料，其中电石石灰从乙炔生产过程、冶金过程、氰氨化钙生产过程、垃圾填埋 场或其组合中获得。在一方面，提供了一种方法，该方法包括使包含电石石灰的水溶液与来 自工业过程的二氧化碳接触；以及产生包含稳定的球霰石或反应性球霰石的碳酸盐沉淀材 料，其中电石石灰从乙炔生产过程中获得。在一方面，提供了一种方法，该方法包括使包含 电石石灰的水溶液与来自工业过程的二氧化碳接触，以及产生包含稳定的球霰石或反应性 球霰石的碳酸盐沉淀材料，其中电石石灰从垃圾填埋场获得。
[0052] 在一些实施方案中，当包含电石石灰的水溶液与来自工业过程的二氧化碳接触时 发生如下反应： Ca (OH) 2 (固体或水溶液）+CO2 (气体）=CaCO3 (固体或水溶液）+H2O
[0053] 沉淀过程中的典型pH可为约12. 5至7. 5。这样的实施方案示例于图1中。如图 1所示，电石石灰溶解于水中，并任选地在去除不溶性杂质后进行二氧化碳吸收以沉淀出含 有球霰石的沉淀材料。可将沉淀物从上清液中分离并干燥，以形成含球霰石的干燥粉末状 沉淀材料。在一些实施方案中，沉淀条件是使得在产品中形成稳定的球霰石或反应性球霰 石的那些条件。
[0054] 在另一方面，提供了一种方法，该方法包括：使包含电石石灰的水溶液与碳酸钠接 触以使碳酸钙产物沉淀，并在上清液中获得氢氧化钠；将氢氧化钠溶液与碳酸钙产物分离； 使氢氧化钠溶液与来自工业过程的二氧化碳接触以产生碳酸钠；以及使碳酸钠再次与包含 电石石灰的水溶液接触。该方法可被称为苛化作用。该过程的pH可为约11. 5至14。 Ca (OH) 2 (固体）+Na2CO3 = CaCO 3 (固体）+2NaOH (水溶液）（苛化反应） 2Na0H (水溶液）+CO2 (气体）=Na2CO3 (水溶液）
[0055] 在另一方面，提供了一种方法，该方法包括：使包含电石石灰的水溶液与碳酸氢钠 接触以使碳酸钙产物沉淀，并在上清液中获得碳酸钠；将碳酸钠溶液与碳酸钙产物分离； 使碳酸钠溶液与来自工业过程的二氧化碳接触以产生碳酸氢钠；以及使碳酸氢钠再次与 包含电石石灰的水溶液接触。该方法可被称为碳酸盐化作用。该过程的pH可为约7. 5至 11. 5〇 Ca (OH) 2 (固体）+2NaHC03= CaCO 3 (固体）+Na2CO3 (水溶液）（碳酸盐化反应） Na2CO3 (水溶液）+CO2 (气体）+H2O = 2NaHC03 (水溶液）
[0056] 在又一方面，提供了一种方法，该方法包括：使包含电石石灰的水溶液与硫酸钠接 触以使硫酸钙产物沉淀，并在上清液中获得氢氧化钠；将硫酸钙产物从氢氧化钠溶液中分 离；使氢氧化钠溶液与来自工业过程的二氧化碳接触以产生碳酸钠；使碳酸钠与硫酸钙接 触以使碳酸钙沉淀，并在上清液中获得硫酸钠；以及使硫酸钠溶液再次与包含电石石灰的 水溶液接触。该方法可被称为石灰-石膏碳酸化作用（carbonation)。此方法示例于图2 中。 Ca (OH) 2 (固体）+Na2SO4 (水溶液）+2H20 = CaSO4 · 2H20 (固体）+2Na0H (水溶液）（转 化） 2Na0H (水溶液）+CO2 (气体）=Na2CO3 (水溶液）+H2O (吸收） Na2CO3 (水溶液）+CaSO4 · 2H20 (固体）=CaCO3 (固体）+Na2SO4 (水溶液）+2H20
[0057] 在又一方面，提供了一种方法，该方法包括：使包含电石石灰的水溶液与硫酸钠接 触以得到包含硫酸妈和氢氧化钠的溶液；使包含硫酸妈和氢氧化钠的溶液与来自工业过程 的二氧化碳接触以产生碳酸钙和硫酸钠；将碳酸钙产物从硫酸钠溶液中分离；以及使硫酸 钠溶液再次与包含电石石灰的水溶液接触。此方法示例于图3中。 Ca (OH) 2 (固体）+Na2SO4 (水溶液）+2H20 = CaSO4 · 2H20 (固体）+2Na0H (水溶液）（转 化） CaSO4 · 2H20 (固体）+2Na0H (水溶液）+CO2 (气体）=Ca2CO3 (固体）+Na2SO4 (水溶 液）+3H20(吸收）
[0058] 将0)2溶解于上述任何溶液中都会产生充有0)2的含有碳酸的水，碳酸是一种与碳 酸氢盐和碳酸盐都处于平衡状态的物质。为了产生碳酸盐沉淀材料，通过质子去除剂（例 如Ca(OH) 2)和电石石灰的含有二价阳离子的溶液从各种物质（例如，碳酸、碳酸氢盐、水合 氢离子等）中除去质子，以使平衡向碳酸盐移动。由于去除了质子，更多的CO 2进入溶液。 在一些实施方案中，在使含有二价阳离子的水溶液与CO2接触的同时可使用其他质子去除 剂（如本文所述的），以增加在沉淀反应单相中的CO 2吸收，其中pH可保持恒定、升高或者 降低，随后快速除去质子（例如，通过添加碱）以引起碳酸盐沉淀材料的沉淀。碳酸盐沉淀 材料在适于形成含球霰石的材料的沉淀条件（如本文所述的）下制备。随后加工含碳酸盐 的沉淀材料以形成干燥的含有球霰石的沉淀材料，该沉淀材料随后可用于制备建筑材料或 作为诸如涂料、纸、涂层、塑料、密封剂和牙膏的材料中的PCC填充剂。在一些实施方案中， 沉淀材料中的球霰石可在适当条件下形成，以使得球霰石是反应性的，并且一经溶解-沉 淀过程（胶结期间）即转变为文石。文石可赋予该产品一种或多种独特的特性，包括但不 限于，高抗压强度、复杂的微观结构网、中性pH等。在一些实施方案中，沉淀材料中的球霰 石可在适当条件下形成，以使得球霰石是稳定的并在各种应用中用作PCC填充剂。 电石石灰的处理
[0059] 在一些实施方案中，可对电石石灰进行处理以去除可能由原始的碳化钙和/或由 生产乙炔的条件所导致的杂质。电石石灰可为来自干燥气体发生器的干燥粉末形式，和/ 或来自湿式发生器的水泥浆。
[0060] 电石石灰可为灰黑色物质。通常其包含氢氧化钙，其余杂质成分取决于用于生产 乙炔或任何其他产品的方法，并且还取决于用于生产碳化钙的材料源（通常通过焙烧氧化 钙和煤制备）。杂质可能包括但不限于，与碳、硅铁合金和硫酸钙结合的硅、铁、铝、镁和锰的 氧化物。由于电石石灰不具有明显的商业用途并具有杂质，因此可能致使电石石灰的处置 困难。全世界有数百万吨的电石石灰储存在电石石灰矿井中。这些矿井导致不断增长的环 境问题。
[0061] 在一些实施方案中，电石石灰原样，即在不去除杂质的情况下用于本发明的方法 和系统中。在一些实施方案中，电石石灰通过常规技术如离心、过滤等除去固体杂质简单地 进行纯化。在一些实施方案中，电石石灰通过采用水处理而进行纯化。
[0062] 氢氧化钙微溶于水，在水中溶解度可随着温度的升高而降低。在本文提供的方法 和系统中，电石石灰的溶解度通过使用各种化学品对其进行纯化而增大。在本发明的一些 实施方案中，通过采用弱碱处理电石石灰来对电石石灰进行纯化。如本文所使用的"弱碱" 包括PKb值为3-6. 5的任何碱。"纯化（purifying或purification) "或其语法上的等同 词包括氢氧化钙在水性介质中的溶解。在一些实施方案中，弱碱是选择性地溶解电石石灰 中的氢氧化钙并留下固体杂质的增溶性弱碱。此类弱碱是本领域公知的，且包括而不限于， 硼酸盐、含N盐，或含N脂肪族或芳香族化合物等。含N盐的实例包括但不限于氯化铵、硫 酸铵、硝酸铵等。含N化合物的实例包括但不限于胺（单乙醇胺或乙胺）、氨基酸、氨基醇、 氨基酯、脂环胺和杂环胺如吡啶、吡咯烷等。这类化学物质是本领域公知的且可市售获得。
[0063] 在一些实施方案中，提供了一种方法，该方法包括：a)通过采用弱碱进行处理来 纯化电石石灰，以制备包含电石石灰的水溶液；b)使包含电石石灰的水溶液与来自工业过 程的二氧化碳接触；以及c)产生包含稳定的球霰石或反应性球霰石的沉淀材料。在一些实 施方案中，该方法进一步包括：在步骤b)中使水溶液经受沉淀条件以产生包含稳定的球霰 石或反应性球霰石的沉淀材料。
[0064] 在一些实施方案中，提供了一种方法，该方法包括：a)通过采用选自硼酸盐、含N 盐、含N脂肪族化合物、含N芳香族化合物或其组合的弱碱进行处理来纯化电石石灰，以制 备包含电石石灰的水溶液；b)使包含电石石灰的水溶液与来自工业过程的二氧化碳接触； 以及c)产生包含稳定的球霰石或反应性球霰石的沉淀材料。在一些实施方案中，该方法进 一步包括：在步骤b)中使水溶液经受沉淀条件以产生包含稳定的球霰石或反应性球霰石 的沉淀材料。
[0065] 在一些实施方案中，提供了一种方法，该方法包括：a)通过采用含N盐进行处理来 纯化电石石灰，以制备包含电石石灰的水溶液；b)使包含电石石灰的水溶液与来自工业过 程的二氧化碳接触；以及c)产生包含稳定的球霰石或反应性球霰石的沉淀材料。在一些实 施方案中，该方法进一步包括：在步骤b)中使水溶液经受沉淀条件以产生包含稳定的球霰 石或反应性球霰石的沉淀材料。在一些实施方案中，含N盐包括但不限于氯化铵、硫酸铵、 硝酸铵等。
[0066] 在一些实施方案中，提供了一种方法，该方法包括：a)通过采用含N盐、含N脂肪 族化合物、含N芳香族化合物或其组合进行处理来纯化电石石灰，以制备包含电石石灰的 水溶液；b)使包含电石石灰的水溶液与来自工业过程的二氧化碳接触；以及c)产生包含稳 定的球霰石或反应性球霰石的沉淀材料。在一些实施方案中，该方法进一步包括：在步骤 b)中使水溶液经受沉淀条件以产生包含稳定的球霰石或反应性球霰石的沉淀材料。
[0067] 在一些实施方案中，提供了一种方法，该方法包括：a)通过采用氯化铵、硫酸铵、 硝酸铵或其组合进行处理来纯化电石石灰，以制备包含电石石灰的水溶液；b)使包含电石 石灰的水溶液与来自工业过程的二氧化碳接触；以及c)产生包含稳定的球霰石或反应性 球霰石的沉淀材料。在一些实施方案中，该方法进一步包括：在步骤b)中使水溶液经受沉 淀条件以产生包含稳定的球霰石或反应性球霰石的沉淀材料。
[0068] 在一些实施方案中，提供了一种方法，该方法包括：a)通过采用氯化铵进行处理 来纯化电石石灰，以制备包含电石石灰的水溶液；b)使包含电石石灰的水溶液与来自工业 过程的二氧化碳接触；以及c)产生包含稳定的球霰石或反应性球霰石的沉淀材料。在一些 实施方案中，该方法进一步包括：在步骤b)中使水溶液经受沉淀条件以产生包含稳定的球 霰石或反应性球霰石的沉淀材料。
[0069] 如本文中使用的"稳定的球霰石"或其语法上的等同词包括在溶解-再沉淀过程 期间和/或之后未转变为文石或方解石的球霰石。如本文中使用的"反应性球霰石"或"活 化的球霰石"或其语法上的等同词包括在溶解-再沉淀过程期间和/或之后导致文石形成 的球霰石。本文中已描述了这种反应性球霰石的形成方法。
[0070] 在一些实施方案中，上述方法进一步包括：通过脱水和任选的干燥将沉淀材料从 水溶液中分离。沉淀的材料随后可用于制备胶结性或非胶结性材料。
[0071] 在一些实施方案中，电石石灰可通过其他方法纯化，该方法例如但不限于，加热、 过滤、在水中溶解氢氧化钙随后进行过滤、氢氧化钙水溶液、使用铵盐作为溶剂化助剂随后 进行过滤等。
[0072] 在一些实施方案中，例如硼酸盐、含N盐、含N脂肪族化合物、含N芳香族化合物或 其组合的弱碱的量较电石石灰过量30%。在一些实施方案中，例如硼酸盐、含N盐、含N脂 肪族化合物、含N芳香族化合物或其组合的弱碱与电石石灰的比例为2 :1至4 :1 (弱碱：电 石石灰），或2 :1至3:1，或2. 5:1至3:1，或3:1至4 :1，或者为2:1，或3:1，或4:1。在 一些实施方案中，弱碱如含N盐，例如氯化铵、硫酸铵、硝酸铵等与电石石灰的比例为2 :1至 4 :1(弱碱：电石石灰），或2 :1至3:1，或2. 5:1至3:1，或3:1至4 :1，或者为2 :1，或3 : 1，或4 :1。因此，在一些实施方案中，提供了一种方法，该方法包括：a)通过采用弱碱，例如 但不限于硼酸盐、含N盐（如氯化铵、硫酸铵、硝酸铵等）、含N脂肪族化合物、含N芳香族化 合物或其组合进行处理来纯化电石石灰，以制备包含电石石灰的水溶液，其中弱碱：电石石 灰的比例为2:1至4:1，或2:1至3:1，或2. 5:1至3:1，或3:1至4 :1，或者为2 :1，或3 : 1，或4 :1 ;b)使包含电石石灰的水溶液与来自工业过程的二氧化碳接触；以及c)产生包含 稳定的球霰石或反应性球霰石的沉淀材料。在一些实施方案中，该方法进一步包括：在步骤 b)中使水溶液经受沉淀条件以产生包含稳定的球霰石或反应性球霰石的沉淀材料。
[0073] 在一些实施方案中，提供了一种方法，该方法包括：a)通过采用硼酸盐进行处理 来纯化电石石灰，以制备包含电石石灰的水溶液，其中硼酸盐：电石石灰的比例为2 :1至4 : 1，或2:1至3:1，或2. 5:1至3:1，或3 :1至4 :1，或者为2 :1，或3 :1，或4 :1 ;b)使包含电 石石灰的水溶液与来自工业过程的二氧化碳接触；以及c)产生包含稳定的球霰石或反应 性球霰石的沉淀材料。在一些实施方案中，该方法进一步包括：在步骤b)中使水溶液经受 沉淀条件以产生包含稳定的球霰石或反应性球霰石的沉淀材料。
[0074] 在一些实施方案中，提供了一种方法，该方法包括：a)通过采用含N盐如氯化铵、 硫酸铵、硝酸铵等进行处理来纯化电石石灰，以制备包含电石石灰的水溶液，其中含N盐： 电石石灰的比例为2 :1至4 :1，或2 :1至3 :1，或2. 5:1至3:1，或3 :1至4 :1，或者为2 :1， 或3 :1，或4 :1 ;b)使包含电石石灰的水溶液与来自工业过程的二氧化碳接触；以及c)产生 包含稳定的球霰石或反应性球霰石的沉淀材料。在一些实施方案中，该方法进一步包括：在 步骤b)中使水溶液经受沉淀条件以产生包含稳定的球霰石或反应性球霰石的沉淀材料。
[0075] 在一些实施方案中，提供了一种方法，该方法包括：a)通过采用含N脂肪族化合物 (例如氨基酸，如甘氨酸）、含N芳香族化合物或其组合进行处理来纯化电石石灰，以制备包 含电石石灰的水溶液，其中含N脂肪族化合物、含N芳香族化合物或其组合：电石石灰的比 例为2:1至4:1，或2:1至3:1，或2. 5:1至3:1，或3:1至4 :1，或者为2:1，或3:1，或4: I山）使包含电石石灰的水溶液与来自工业过程的二氧化碳接触；以及c)产生包含稳定的 球霰石或反应性球霰石的沉淀材料。在一些实施方案中，该方法进一步包括：在步骤b)中 使水溶液经受沉淀条件以产生包含稳定的球霰石或反应性球霰石的沉淀材料。
[0076] 在一些实施方案中，提供了一种方法，该方法包括：a)通过采用含N盐、含N脂肪 族化合物或其组合进行处理来纯化电石石灰，以制备包含电石石灰的水溶液，其中含N盐、 含N脂肪族化合物或其组合：电石石灰的比例为2 :1至4 :1，或2 :1至3 :1，或2. 5 :1至3 : 1，或3 :1至4 :1，或者为2 :1，或3 :1，或4 :1 ;b)使包含电石石灰的水溶液与来自工业过程 的二氧化碳接触；以及c)产生包含稳定的球霰石或反应性球霰石的沉淀材料。在一些实施 方案中，该方法进一步包括：在步骤b)中使水溶液经受沉淀条件以产生包含稳定的球霰石 或反应性球霰石的沉淀材料。
[0077] 在一些实施方案中，以上所列举的比例或本文中的此类比例均为摩尔比。
[0078] 在一些实施方案中，电石石灰可通过以下方法进行纯化：采用具有三个或更多个 羟基和3到8个碳原子的直链的多羟基化合物的水溶液处理石灰；以及任选地将不溶性杂 质从溶液中分离。多羟基化合物溶液可用作钙的溶剂，并且与仅使用水的情形相比，允许石 灰中存在的高得多的量（如约65g/l)的钙离子进入溶液。除去不溶性杂质后，可留下纯化 的钙离子溶液，其可用于生产具有远高于电石石灰的商业价值的含钙产品。多羟基化合物 可具有3至8个碳原子的直链，并在使用条件下在水中具有显著的溶解度。可使用的多羟 基化合物的实例具有下式：HOCH 2 (CHOH)nCH2OH,其中η为1至6。因此，例如，多羟基化合物 可为甘油（η = 1)。在一些实施方案中，η为2至6。例如，在一些实施方案中，多羟基化合 物为糖醇（"氢化的单糖"）。糖醇的实例包括山梨糖醇、甘露醇、木糖醇、苏糖醇及赤藓糖 醇。在一些实施方案中，多羟基化合物是具有η个碳原子的直链的化合物，其中η为4到8， 且η-1个碳原子具有与其键合的羟基。另一个碳原子（即没有羟基的碳原子）可具有与其 键合的糖残基。此类化合物为氢化的二糖醇且实例包括麦芽糖醇和乳糖醇。在一些实施方 案中，实例包括氢化的单糖（如山梨糖醇）和二糖醇，由于它们的热稳定性而可能对钙离子 溶液的后续处理很重要。也可使用以上所述的多元醇的混合物。例如，以固体形式存在的 工业山梨糖醇包含约80%的山梨糖醇以及诸如甘露醇和二糖醇的其他多羟基化合物。工业 山梨糖醇的实例包括来自Cerestar的Sorbidex NC 16205和来自Amylum的Meritoll60。
[0079] 多羟基化合物可作为10 %至80% (重量）的水溶液来使用，这取决于其在所述方 法中所使用的温度下在水中的溶解度。当多羟基化合物是糖醇时，它可作为10%至60% (重量）的水溶液或15%至40% (重量）的水溶液来使用。相比之下，甘油可作为60%至 80% (重量）的水溶液或65%至75% (重量）的水溶液来使用。可用于本发明的糖类的 实例包括葡萄糖、果糖、核糖、木糖、阿拉伯糖、半乳糖、甘露糖、蔗糖、乳糖和麦芽糖。可用于 本发明的糖类衍生物的实例包括糖醇如山梨糖醇和甘露醇。在一些实施方案中，多羟基化 合物选自蔗糖、葡萄糖、山梨糖醇和甘油。
[0080] 在本文所描述的方法的一些实施方案中，不使用多羟基化合物来形成本发明的产 品。因此提供了一种方法，该方法包括：使包含电石石灰的水溶液与来自工业过程的二氧化 碳接触；以及产生包含稳定的球霰石或反应性球霰石的沉淀材料，其中该方法中不使用多 羟基化合物。
[0081] 在一些实施方案中，提供了一种方法，该方法包括：使包含电石石灰的水溶液与来 自工业过程的二氧化碳接触；以及产生包含稳定的球霰石或反应性球霰石的沉淀材料，其 中将选自糖类（单糖、二糖、寡糖和多糖，例如蔗糖和葡萄糖）、多元醇（例如甘油和甘露 醇）、多氨基羧酸（例如EDTA和EGTA)和冠醚（例如氮杂冠醚）的组分添加至电石石灰中。
[0082] 可使用搅拌来进行电石石灰的纯化，例如，通过消除热点和冷点。在本发明的一些 实施方案中，水中的电石石灰的浓度可为1至10g/L、10至20g/L、20至30g/L、30至40g/L、 40 至 80g/L、80 至 160g/L、160 至 320g/L、320 至 640g/L 或 640 至 1280g/L。为优化电石石 灰的纯化，可使用高剪切混合、湿磨和/或超声处理来使电石石灰破裂。经高剪切混合和/ 或湿磨后，可使电石石灰混合物与二氧化碳源（如来自燃煤发电厂的烟道气或来自水泥窑 的废气）接触。可使用本文所描述的多种气-液接触方案中的任何方案。气-液接触持续 进行直到沉淀反应混合物的PH达到最佳，在此之后搅拌沉淀反应混合物。在气-液接触期 间，可通过添加更多的电石石灰来控制pH下降的速率。此外，可在鼓泡后添加另外的电石 石灰以将PH提升回碱性水平，用于使部分或全部的沉淀材料沉淀。在任何情况下，一旦从 沉淀反应混合物的某些物质（例如，碳酸、碳酸氢盐、水合氢离子）中去除质子后，即可形成 沉淀材料。随后可将包含碳酸盐的沉淀材料进行分离并任选地进一步处理。
[0083] 本发明的一些实施方案示于图4中。应当理解，氯化铵仅用于说明性目的，其他用 于纯化电石石灰的弱碱也完全在本发明的范围内。在图4中，可将一个或多个步骤省略或 进行修改，或者可以改变步骤的顺序。如图4所示，可使用任何技术如离心在步骤A中对电 石石灰浆进行脱水。经脱水的电石石灰饼随后可在步骤B中与例如但不限于氯化铵溶液 (新的和回收的）的铵盐溶液反应，此时发生的反应如下： Ca (OH) 2 (固体）+2NH4C1 (水溶液）一2NH3 (水溶液）+CaCl2 (水溶液）+2H20 (液体）
[0084] 随后可将该溶液在步骤C中任选地进行过滤以除去不溶性杂质。可将不溶性杂质 作为废物处理或用于步骤K的其他过程中。当发生碳酸钙沉淀时在步骤D中用烟道气处理 溶液以形成碳酸钙浆。纯气体可在步骤J中释放。气-液接触可持续进行直到PH达到最 佳，在此之后搅拌沉淀反应混合物。本文进一步描述了其他可能有利于形成稳定的球霰石 或反应性球霰石的沉淀条件。在气-液接触期间可通过添加另外的上清液或电石石灰来控 制PH下降的速率。此外，可在气-液接触后添加另外的上清液或电石石灰以将pH提升回 碱性水平，用于使部分或全部的沉淀材料沉淀。在任何情况下，一旦从沉淀反应混合物的某 些物质（例如碳酸、碳酸氢盐、水合氢离子）中去除质子后，即可形成碳酸盐沉淀材料。
[0085] 在步骤E中将碳酸钙浆进行脱水并任选地进行漂洗以形成碳酸钙浆（具有减少的 水）或碳酸钙饼和氯化铵溶液。对氯化铵溶液进行反循环以便在步骤F中用电石石灰处 理，或者作为废物处理。可将另外的氯化铵添加至再循环溶液中以补偿该过程中氯化铵的 损失，并使氯化铵的浓度达到最佳水平。可在步骤G中将碳酸钙饼送至干燥器以形成包含 稳定的球霰石或反应性球霰石的碳酸钙粉末。该粉末形成包含稳定的球霰石或反应性球霰 石的沉淀材料，该沉淀材料可进一步用于多种应用中以形成如本文所述的产品。可使用本 领域已知的任何干燥技术，例如但不限于流化床干燥器，来干燥该饼。随后将所得固体粉末 与添加剂混合以制备本文所述的不同产品。在一些实施方案中，浆形式（具有减少的水） 或饼形式的沉淀材料直接用于形成产品，例如，如本文所述的干式墙。
[0086] 任选地，可在步骤A之后将电石石灰分离为电石污泥和上清液，该电石污泥可进 行干燥并用作火山灰，包含二价阳离子和质子去除剂的上清液可用于沉淀材料的沉淀。随 后可将上清液与二氧化碳源（稀释或不稀释）例如来自燃煤发电厂的烟道气或来自水泥窑 的废气接触。 与二氧化碳接触
[0087] 在使电石石灰溶液经受沉淀条件（S卩，允许一种或多种物质的沉淀的条件）之前、 期间或之后的任何时间，使电石石灰的水溶液与来自CO 2源的CO2接触。因此，在一些实施 方案中，在使电石石灰溶液的水溶液经受有利于形成含碳酸盐化合物的稳定的球霰石或反 应性球霰石的沉淀条件之前，使该水溶液与CO 2源接触。在一些实施方案中，在使电石石灰 溶液的水溶液经受有利于形成含碳酸盐化合物的稳定的球霰石或反应性球霰石的沉淀条 件的同时，使该水溶液与CO 2源接触。在一些实施方案中，在使电石石灰溶液的水溶液经受 有利于形成含碳酸盐化合物的稳定的球霰石或反应性球霰石的沉淀条件之前及同时，使该 水溶液与CO 2源接触。在一些实施方案中，在使电石石灰溶液的水溶液经受有利于形成含 碳酸盐化合物的稳定的球霰石或反应性球霰石的沉淀条件之后，使该水溶液与〇) 2源接触。 在一些实施方案中，在使电石石灰溶液的水溶液经受有利于形成含碳酸盐化合物的稳定的 球霰石或反应性球霰石的沉淀条件之前、同时及之后，使该水溶液与〇) 2源接触。
[0088] 在一些实施方案中，通过使用任何便利的方案使水与电石石灰接触以达到期望的 PH和/或期望的二价阳离子浓度，来实现含有电石石灰的水溶液与来自工业过程的二氧化 碳的接触。在一些实施方案中，本发明的系统包括沉淀反应器，该沉淀反应器被配置为使含 有电石石灰的水溶液与来自工业过程的二氧化碳接触。
[0089] 在一些实施方案中，将来自燃煤发电厂的烟道气直接通入沉淀反应器中，而无需 预先去除飞灰，从而避免使用静电沉淀器等。在一些实施方案中，将电石石灰直接提供至沉 淀反应器。在一些实施方案中，可将电石石灰置于容纳水的沉淀反应器中，其中加入的电石 石灰的量足以将PH提升至期望水平（例如，致使沉淀材料发生沉淀的pH)，例如pH 7-14、 pH 8-14、pH 9-14、pH 10-14、pH 11-14、pH 12-14 或 pH 13-14。在一些实施方案中，电石 石灰固定在柱或床上。在此类实施方案中，水通过或越过一定量的电石石灰，该量足以将水 的pH提升至期望的pH或达到特定的二价阳离子浓度。在一些实施方案中，电石石灰的水 溶液可循环一次以上，其中第一次沉淀循环主要去除碳酸钙矿物质，而留下碱性溶液，可向 该碱性溶液中添加另外的电石石灰。二氧化碳在与电石石灰的循环溶液接触时，允许更多 的碳酸盐和/或碳酸氢盐化合物发生沉淀。应当理解，在这些实施方案中，第一次沉淀循环 后的水溶液可在添加电石石灰之前、期间和/或之后与CO 2源接触。在这些实施方案中，水 可以再循环或新引入。因此，CO2和电石石灰的添加顺序可发生变化。例如，可将提供二价 阳离子和质子去除剂的电石石灰加入例如盐水、海水或淡水中，随后加入CO 2。在另一实例 中，可将〇)2添加至例如盐水、海水或淡水中，随后加入电石石灰。
[0090] 可使用任何便利的方案使包含电石石灰的水溶液与CO2接触，其中是CO 2是气体， 感兴趣的接触方案包括但不限于，直接接触方案（例如，在整个水溶液中鼓入CO2气体）、 并流接触方式（即在单向流动的气相和液相流之间接触）、逆流方式（即在相反方向流动 的气相和液相流之间接触）等。因此，在沉淀反应器中，可通过使用注入器（infuser)、鼓 泡器、射流文丘里反应器（fluidic Venturi reactor)、喷洒器、气体过滤器、喷雾器、塔板 (tray)或填充柱反应器等来实现接触。在一些实施方案中，通过采用扁平喷嘴形成溶液的 液层来实现气-液接触，其中CO 2气体和液层以逆流、并流或错流方向或其他任何合适的方 式移动。在例如于2009年3月10日提交的美国专利申请号61/158, 992中的进一步描述 通过引用整体并入本文。在一些实施方案中，通过使溶液的小液滴与CO2气体源接触来实现 气-液接触，该小液滴具有500微米或更小，例如100微米或更小的平均直径。在一些实施 方案中，可使用催化剂通过加速反应朝着平衡方向移动来加速二氧化碳向溶液中的溶解； 该催化剂可为无机物质（如二氯化锌或镉）或有机物质如酶（例如，碳酸酐酶）。
[0091] CO2源可为任何便利的CO2源。CO2源可为气体、液体、固体（例如，干冰）、超临界 流体或溶解于液体中的CO 2。在一些实施方案中，〇)2源为气体CO2源。气体流可为基本上 纯的CO 2，或包含多种组分，这些组分包括CO2和一种或多种另外的气体和/或其他物质，例 如灰分和其他颗粒物。在一些实施方案中，该气体CO 2源为废物进料（即，工业厂房的活动 过程的副产物），例如来自工业厂房的废气。工业厂房的性质可不同，感兴趣的工业厂房包 括但不限于，发电厂、化学加工厂、机械加工厂、精炼厂、水泥厂、钢铁厂和其他产生CO 2作为 燃料燃烧或另一处理步骤（例如水泥厂的煅烧）的副产物的工业厂房。
[0092] 包含0)2的废气流包括还原状态的气流（例如，合成气、转化的合成气、天然气、氢 气等）以及氧化状态的气流（例如，来自燃烧的烟道气）。可能适合于本发明的特定废气流 包括工业厂房的含氧燃烧烟道气（例如来自煤或另一碳基燃料，且烟道气没有或几乎没有 预处理）、涡轮增压锅炉产物气体、煤气化产物气体、转化的煤的气化产物气体、厌氧消化池 产物气体、井口天然气流、重整的天然气或甲烷水合物等。来自任何便利来源的燃烧气体可 在本发明的方法和系统中使用。在一些实施方案中，使用在工业厂房（如发电厂、水泥厂和 煤加工厂）的燃烧后排出物烟囱中的燃烧气体。
[0093] 因此，废物流可由多种不同类型的工业厂房产生。用于本发明的合适的废物流包 括由燃烧化石燃料（例如，煤、石油、天然气）以及天然存在的有机燃料沉积物（例如，焦油 砂、重油、油页岩等）的人工燃料产物的工业厂房所产生的废物流。在一些实施方案中，适 合本发明的系统和方法的废物流来源于燃煤发电厂，如煤粉发电厂、超临界燃煤发电厂、集 中焚烧燃煤发电厂、流化床燃煤发电厂；在一些实施方案中，废物流来源于燃气或燃油锅炉 和汽轮机发电厂，燃气或燃油锅炉简单循环燃气轮机发电厂，或燃气或燃油锅炉联合循环 燃气轮机发电厂。在一些实施方案中，使用由燃烧合成气（即，通过例如煤、生物质等有机 物的气化产生的气体）的发电厂产生的废物流。在一些实施方案中，使用来自整体煤气化 联合循环（IGCC)工厂的废物流。在一些实施方案中，根据本发明的系统和方法，使用由余 热回收蒸汽发生器（HRSG)工厂产生的废物流来产生骨料。
[0094] 由水泥厂产生的废物流也适合本发明的系统和方法。水泥厂废物流包括来自湿法 和干法工厂的废物流，这些工厂可采用竖窑或回转窑，并且可包括预煅烧炉。这些工业厂房 可各自燃烧单一燃料，或者可相继地或同时燃烧两种或更多种燃料。
[0095] 工业废气流可包含二氧化碳作为主要的非空气来源的组分，或者特别是在燃煤发 电厂的情况下可包含另外的组分，比如氮氧化物（NOx)、硫氧化物（SOx)和一种或多种另外 的气体。另外的气体和其他组分可包括C0、汞和其他重金属和粉尘颗粒（例如，来自煅烧 和燃烧过程）。气流中的另外组分也可包括卤化物，如氯化氢和氟化氢；颗粒物，如飞灰、粉 尘和金属，包括砷、铍、硼、镉、铬、铬VI、钴、铅、锰、汞、钼、硒、锶、铊和钒；以及有机物，如烃 类、二噁英类和PAH化合物。在一些实施方案中，可进行处理的合适的气体废物流中存在 的 〇02的量为 200ppm 至 1，000, OOOppm，例如 200, OOOppm 至 lOOOppm，包括 200, OOOppm 至 2000ppm，例如 180, OOOppm 至 2000ppm，或 180, OOOppm 至 5000ppm，还包括 180, OOOppm 至 10, OOOppm。废物流，尤其是燃烧气体的各种废物流，可包括一种或多种另外的组分，例如 水、NOx (单氮氧化物：N0和NO2)、SOx (单硫氧化物：S0、SO# SO 3)、VOC (挥发性有机化合 物）、重金属如汞以及颗粒物质（悬浮在气体中的固体或液体的颗粒）。烟道气的温度也可 变化。在一些实施方案中，烟道气的温度为0 °C至2000 °C，例如60 °C至700 °C，并包括100 °C 至 400°C。
[0096] 在各种实施方案中，一种或多种另外的组分在通过使包含这些另外的组分的废气 流与包含含有碱土金属离子如Ca 2+的电石石灰的水溶液接触而形成的沉淀材料中沉淀。钙 和任选的镁的硫酸盐和/或亚硫酸盐可在由包含SOx (例如，SO2)的废气流产生的沉淀材料 中沉淀。镁和钙可发生反应以形成CaS04、MgS0#及其他含钙和含镁的化合物（例如，亚硫 酸盐），从而无需诸如烟道气脱硫（"FGD"）的脱硫步骤即可有效地从烟道气流中除硫。此 夕卜，可形成含球霰石的沉淀物，而不会另外释放CO 2。在二价阳离子的水溶液含有高水平的 硫化合物（例如，硫酸盐）的情况下，水溶液可能富含钙和镁从而使钙和镁可用于在CaS0 4、 MgSO4和相关化合物形成之后或除此之外形成碳酸盐化合物。在一些实施方案中，脱硫步 骤可分阶段进行以与沉淀材料的沉淀同时发生，或者脱硫步骤可分阶段进行以在沉淀之前 发生。在一些实施方案中，在不同阶段收集多种反应产物（例如，含有球霰石的沉淀材料、 0 &504等），而在其他实施方案中，收集单一的反应产物（例如，包含含有球霰石的沉淀材料 的碳酸盐、硫酸盐等）。在这些实施方案的步骤中，其他组分如重金属（例如，汞、汞盐、含汞 化合物）可被捕集于沉淀材料中或可被分开沉淀。
[0097] 来自工业厂房的一部分废气流（S卩，非全部废气流）可用于产生沉淀材料。在这些 实施方案中，在沉淀材料的沉淀中使用的废气流部分可为废气流的75%或更少，比如60% 或更少，并且包括50%和更少。在其他实施方案中，由工业厂房产生的基本上（例如，80% 或更多）全部的废气流用于沉淀材料的沉淀。在这些实施方案中，由来源产生的80%或更 多，例如90 %或更多，包括95 %或更多，最高100 %的废气流（例如，烟道气）可用于沉淀材 料的沉淀。
[0098] 虽然工业废气提供了相对高浓度的燃烧气体的来源，但本发明的方法和系统也适 用于从与例如烟道气相比含有低得多的浓度的污染物的较低浓度的来源（例如，大气）中 除去燃烧气体组分。因此，在一些实施方案中，所述方法和系统包括通过产生稳定的沉淀材 料来降低大气中的污染物浓度。在这些情况下，一部分大气中的污染物例如〇) 2的浓度可 降低10 %或更多、20 %或更多、30 %或更多、40 %或更多、50 %或更多、60 %或更多、70 %或 更多、80%或更多、90%或更多、95%或更多、99%或更多、99. 9%或更多，或99. 99%。大气 污染物的这种减少可以随本文所述的产率，或更高或更低的产率而实现，并且可以在一个 沉淀步骤或在一系列沉淀步骤中实现。 二价阳离子和/或质子去除剂的补充来源
[0099] 在一些实施方案中，电石石灰的二价阳离子可采用来自其他来源的二价金属阳离 子进行补充，这些来源例如但不限于，选自飞灰、底灰和锅炉渣的燃烧灰分；水泥窑粉尘； 和/或炉渣（例如铁渣、磷渣）。例如，二价阳离子源可以是电石石灰和海水的组合。当使 用组合（例如，电石石灰与另一个二价阳离子源组合）时，电石石灰可以以任何顺序使用。 例如，在添加电石石灰前，碱性溶液可能已经含有二价阳离子（例如，海水），或者可向电石 石灰在水中的浆液中添加二价阳离子源。如在本文中进一步详细描述的，在这些实施方案 中的任何方案中，在电石石灰之前或之后添加 C02。
[0100] 在一些地点，来自各个工业过程的工业废物流提供了二价阳离子（以及在一些情 况下，在该过程中有用的其他材料，例如金属氢氧化物）的便利的来源。这类废物流包括 但不限于采矿废物、化石燃料燃烧灰分（例如，如本文进一步详细描述的飞灰）、炉渣（例 如，铁渣、磷渣）、水泥窑废物（本文中进一步详细描述）、炼油厂/石化精炼厂废物（例如， 油田和甲烷层盐水）、煤层废物（例如，产气盐水和煤层盐水）、纸加工废物、水软化废盐水 (例如，离子交换流出液）、硅加工废物、农业废物、金属加工废物、高PH纺织废物以及碱渣 (caustic sludge)〇
[0101] 补充的二价阳离子的水溶液可包含来源于淡水、半咸水、海水或盐水（例如，天然 存在的盐水或人工盐水如地热电厂废水、海水淡化厂废水）以及盐度大于淡水的其他盐水 的二价阳离子，其中任一种可以是天然存在的或人工的。半咸水是比淡水咸但不如海水咸 的水。半咸水具有约0.5至约35ppt (每一千份中的份数）的盐度。海水是来自海、海洋或 任何其他盐度为约35至约50ppt的含盐水体的水。盐水是盐饱和的或接近饱和的水。盐 水具有约50ppt或更高的盐度。在一些实施方案中，从中得到二价阳离子的盐水源是天然 存在的选自海、海洋、湖泊、沼泽、河口、潟湖、表面盐水、深层盐水、碱性湖泊、内海等的盐水 源。在一些实施方案中，从中得到二价阳离子的盐水源是选自地热电厂废水或海水淡化废 水的人工盐水。
[0102] 淡水可为二价阳离子（例如，碱土金属阳离子，如Ca2+和Mg2+)的便利来源。可使用 大量合适的淡水源中的任何淡水源，包括从相对不含矿物质的来源到相对富含矿物质的来 源的淡水源。富含矿物质的淡水源可以是天然存在的，包括诸多硬水源、湖泊或内海中的任 何来源。一些富含矿物质的淡水源，如碱性湖泊或内海（例如，土耳其的凡湖（Lake Van)) 还提供了 pH调节剂来源。富含矿物质的淡水源也可以是人工的。例如，贫矿物质（软）水 可与二价阳离子如碱土金属阳离子（例如，Ca2+、Mg2+等）的来源接触，以产生适合本文所 述的方法和系统的富含矿物质的水。可使用任何便利的方案（例如，添加固体、悬浮液或溶 液）向淡水（或本文所述的任何其他类型的水）中添加二价阳离子或其前体（例如，盐、矿 物质）。在一些实施方案中，向淡水中添加选自Ca 2+和Mg2+的二价阳离子。在一些实施方 案中，向淡水中添加选自Na+和K +的一价阳离子。在一些实施方案中，将含有Ca2+的淡水与 硅酸镁（例如，橄榄石或蛇纹石）或其产物或加工形式混合，从而得到包含钙和镁阳离子的 溶液。
[0103] 许多矿物提供补充的二价阳离子源，并且此外，一些矿物是碱的来源。镁铁质和超 镁铁质的矿物如橄榄石、蛇纹石以及任何其他适宜的矿物可使用任何便利的方案来溶解。 也可使用其他矿物，如硅灰石。可通过增大表面积来加速溶解，例如通过用常规手段或者通 过例如喷射研磨以及通过使用例如超声技术来进行研磨。此外，可通过暴露于酸或碱来加 速矿物溶解。可将金属硅酸盐（例如，硅酸镁）以及其他含有感兴趣的阳离子的矿物溶解 在例如酸如HCl (任选地来自电化学过程）中，以产生例如用于沉淀材料的镁以及其他金 属阳离子。在一些实施方案中，硅酸镁和其他矿物可在由于添加二氧化碳和其他废气组分 (例如，燃烧气体）而变为酸性的水溶液中进行消化或溶解。或者，可通过用水性的碱性氢 氧化物（例如NaOH)或任何其他合适的苛性物质来溶解一种或多种金属硅酸盐（例如橄榄 石和蛇纹石）而使得其他金属物质例如金属氢氧化物（例如Mg (OH) 2、Ca (OH)2)可供使用。 可使用任何适当浓度的水性的碱性氢氧化物或其他苛性物质来分解金属硅酸盐，包括高度 浓缩的和非常稀的溶液。溶液中碱性氢氧化物（例如NaOH)的浓度（按重量计）可以是例 如水的30%至80%和70%至20%。有利的是，用水性的碱性氢氧化物消化的金属硅酸盐 等可直接用于产生沉淀材料。另外，沉淀反应混合物的碱值（base value)可被恢复并被再 利用以消化另外的金属硅酸盐等。
[0104] 在一些实施方案中，补充二价阳离子的水溶液可从还提供燃烧气流的工业厂房获 得。例如，在水冷式工业厂房如海水冷却式工业厂房中，已被工业厂房用于冷却的水随后可 用作用于产生沉淀材料的水。如果需要，水可在进入沉淀系统之前进行冷却。这样的方法 可与例如直流冷却系统一起使用。例如，城市或农业水供应源可用作工业厂房的直流冷却 系统。来自工业厂房的水随后可用于产生沉淀材料，其中输出的水具有减小的硬度及更高 的纯度。
[0105] 电石石灰也可以是用于制备本文所述的组合物的质子去除剂的唯一来源。在一些 实施方案中，可采用来自其他来源（例如但不限于，选自飞灰、底灰和锅炉渣的燃烧灰分； 水泥窑粉尘；和/或炉渣（例如铁渣、磷渣））的质子去除剂对电石石灰的质子去除剂进行 补充。可使用的其他质子去除剂的实例包括氧化物（例如，CaO)、氢氧化物（例如，Κ0Η、 NaOH、水镁石（Mg (OH) 2等）、碳酸盐（例如，Na2CO3)、蛇纹石等。也向反应混合物中释放二氧 化硅和镁的蛇纹石最终生成包含碳酸盐和二氧化硅（除了在燃烧灰分中发现的物质）的组 合物。可使用的补充质子去除剂的量取决于补充质子去除剂的特定性质以及其中加入补充 质子去除剂的水的体积。
[0106] 在一些实施方案中，电石石灰可补充有二价阳离子（如可商购获得的氯化钙）以 及质子去除剂（例如也可商购获得或通过电化学方法获得的氢氧化钠）。
[0107] 在一些实施方案中，将质子去除剂（和用于实现质子去除的方法）进行组合，使得 1-30 %的质子去除剂来源于电石石灰，20-80 %的质子去除剂来源于废物（例如红泥）、诸 如蛇纹石的矿物或其组合，并且10-50%的质子去除通过电化学方法来实现。例如，一些实 施方案提供了质子去除剂和电化学方法的组合，使得10%的质子去除剂来源于电石石灰， 60%的质子去除剂来源于采矿过程的废物（例如红泥），并且30%的质子去除通过电化学 方法来实现。一些实施方案提供了质子去除剂和电化学方法的组合，使得70%的质子去除 剂来源于电石石灰，10%的质子去除剂来源于天然存在的矿物源（例如溶解的蛇纹石），并 且20 %的质子去除通过电化学方法来实现。一些实施方案提供了质子去除剂和电化学方法 的组合，使得30%的质子去除剂来源于电石石灰，并且70%的质子去除剂来源于电化学方 法得到的氢氧化钠。一些实施方案提供了质子去除剂和电化学方法的组合，使得50-80 %的 质子去除剂来源于电石石灰，并且20-50%的质子去除剂来源于电化学方法得到的氢氧化 钠。 沉淀备件
[0108] 在本文提供的方法中，使通过包含电石石灰的水溶液与CO2接触而产生的包含充 有CO 2的水的水溶液经受一项或多项足以产生包含稳定的球霰石或反应性球霰石的沉淀材 料和上清液（即，沉淀材料沉淀后留下的沉淀反应混合物的一部分）的碳酸盐化合物沉淀 条件。所述一项或多项沉淀条件有利于产生包含稳定的球霰石或反应性球霰石的沉淀材 料。
[0109] 在一些实施方案中，提供了一种方法，该方法包括：a)使包含电石石灰的水溶液 与来自工业过程的二氧化碳接触；b)使该水溶液经受一项或多项沉淀条件以产生包含稳 定的球霰石或反应性球霰石的沉淀材料。
[0110] 在一些实施方案中，在制备电石石灰的水溶液之后向该水溶液充入二氧化碳源。 在一些实施方案中，在制备电石石灰的水溶液的同时向该水溶液充入二氧化碳源。在一些 实施方案中，制备电石石灰的水溶液、向该水溶液充入二氧化碳源以及使该水溶液经受沉 淀条件同时发生。
[0111] 在一些实施方案中，提供了一种方法，该方法包括：a)通过采用诸如但不限于硼 酸盐、含N盐、含N脂肪族化合物、含N芳香族化合物或其组合的弱碱进行处理来纯化电石 石灰，以制备包含电石石灰的水溶液；b)使包含电石石灰的水溶液与来自工业过程的二氧 化碳接触；以及c)使该水溶液经受一项或多项沉淀条件以产生包含稳定的球霰石或反应 性球霰石的沉淀材料。
[0112] 在一些实施方案中，提供了一种方法，该方法包括：a)通过采用诸如但不限于含N 盐的弱碱进行处理来纯化电石石灰，以制备包含电石石灰的水溶液；b)使包含电石石灰的 水溶液与来自工业过程的二氧化碳接触；以及c)使该水溶液经受一项或多项沉淀条件以 产生包含稳定的球霰石或反应性球霰石的沉淀材料。含N盐的实例包括但不限于氯化铵、 硝酸铵、硫酸铵等。
[0113] 在一些实施方案中，提供了一种方法，该方法包括：a)通过采用诸如但不限于含N 脂肪族化合物的弱碱进行处理来纯化电石石灰，以制备包含电石石灰的水溶液；b)使包含 电石石灰的水溶液与来自工业过程的二氧化碳接触；以及c)使该水溶液经受一项或多项 沉淀条件以产生包含稳定的球霰石或反应性球霰石的沉淀材料。
[0114] 在一些实施方案中，提供了一种方法，该方法包括：a)通过采用诸如但不限于硼 酸盐、含N盐（如氯化铵、硫酸铵、硝酸铵等）、含N脂肪族化合物、含N芳香族化合物或其组 合的弱碱进行处理来纯化电石石灰，以制备包含电石石灰的水溶液，其中弱碱：电石石灰的 摩尔比为2 :1至4:1，或2:1至3:1，或3 :1至4 :1，或者为2 :1，或3 :1，或4 :1 ;b)使包含 电石石灰的水溶液与来自工业过程的二氧化碳接触；以及c)使该水溶液经受一项或多项 沉淀条件以产生包含稳定的球霰石或反应性球霰石的沉淀材料。
[0115] 在一些实施方案中，提供了一种方法，该方法包括：a)通过采用诸如但不限于含N 盐的弱碱进行处理来纯化电石石灰，以制备包含电石石灰的水溶液，其中含N盐：电石石灰 的摩尔比为2 :1至4:1，或2:1至3:1，或3 :1至4 :1，或者为2 :1，或3 :1，或4 :1 ;b)使包 含电石石灰的水溶液与来自工业过程的二氧化碳接触；以及c)使该水溶液经受一项或多 项沉淀条件以产生包含稳定的球霰石或反应性球霰石的沉淀材料。含N盐的实例包括但不 限于氯化铵、硝酸铵、硫酸铵等。
[0116] 在一些实施方案中，提供了一种方法，该方法包括：a)通过采用诸如但不限于含 N脂肪族化合物的弱碱进行处理来纯化电石石灰，以制备包含电石石灰的水溶液，其中含N 脂肪族化合物：电石石灰的摩尔比为2:1至4:1，或2:1至3:1，或3:1至4 :1，或者为2 : 1，或3 :1，或4 :1 ;b)使包含电石石灰的水溶液与来自工业过程的二氧化碳接触；以及c)使 该水溶液经受一项或多项沉淀条件以产生包含稳定的球霰石或反应性球霰石的沉淀材料。
[0117] 所述沉淀条件包括那些调节充有0)2的沉淀反应混合物的环境以产生包含稳定的 球霰石或反应性球霰石的所需沉淀材料的条件。此类可用于前述方法实施方案或本文所述 的方法实施方案且适合形成含有稳定的球霰石或反应性球霰石的碳酸盐沉淀材料的一项 或多项沉淀条件包括但不限于，温度，PH，压力，离子比例，沉淀速率，添加剂的存在，离子种 类的存在，添加剂和离子种类的浓度，搅拌，停留时间，混合速率，搅动的形式如超声波，晶 种、催化剂、膜或基底的存在，脱水，干燥，球磨等。在一些实施方案中，所述稳定的球霰石或 反应性球霰石的平均粒径还可能取决于在碳酸盐沉淀材料的沉淀过程中所使用的一项或 多项沉淀条件。在一些实施方案中，所述稳定的球霰石或反应性球霰石在碳酸盐沉淀材料 中的百分比还可能取决于在沉淀过程中所使用的一项或多项沉淀条件。
[0118] 例如，可将充有CO2的沉淀反应混合物的温度提升至出现适于沉淀所需沉淀材料 的量的点。在此类实施方案中，可将充有CO 2的沉淀反应混合物的温度提升至5°C至70°C， 如20°C至50°C，并包括25°C至45°C的值。虽然给定的一组沉淀条件可具有0°C至100°C的 温度，但在某些实施方案中，可提升温度以产生所需的沉淀材料。在某些实施方案中，使用 由低或零二氧化碳排放源（例如，太阳能源、风能源、水电能源、来自碳排放物的烟道气的 废热等）产生的能量来提升沉淀反应混合物的温度。在一些实施方案中，可以利用由煤或 其他燃料的燃烧产生的烟道气的热来升高沉淀反应混合物的温度。
[0119] 也可将充有CO2的沉淀反应混合物的pH提升至适于所需沉淀材料的沉淀的值。在 此类实施方案中，将充有CO 2的沉淀反应混合物的pH提升至用于沉淀的碱性水平，其中碳 酸盐优于碳酸氢盐。可将pH提升至pH 9或更高，诸如pH 10或更高，包括pH 11或更高。 例如，当使用电石石灰来提升沉淀反应混合物或沉淀反应混合物的前体的PH时，pH可为约 pH 12. 5或更高。
[0120] 在沉淀过程中调节主要离子比例可影响沉淀材料的性质。主要离子比例可能对多 晶型物的形成具有非常大的影响。例如，随着水中镁：钙比例的增加，文石可能超过低镁的 球霰石成为沉淀材料中碳酸钙的主要多晶型物。在低的镁：钙比例下，低镁的方解石可能成 为主要的多晶型物。在Ca2+和Mg 2+都存在的一些实施方案中，沉淀材料中的Ca 2+与Mg 2+的 比例（BP，Ca2+:Mg2+)为 1 :1 至 I :2. 5、1 :2· 5 至 1 :5、1 :5 至 1 :10、1 :10 至 1 :25、1 :25 至 1 :50、1 :50 至 I :100、1 :100 至 I :150、1 :150 至 I :200、1 :200 至 I :250、1 :250 至 I :500 或 I :500至1 :1000。在一些实施方案中，沉淀材料中的Mg2+与Ca2+的比例（即，Mg2+:Ca 2+)为 1 :1 至 I :2. 5、1 :2· 5 至 1 :5、1 :5 至 1 :10、1 :10 至 1 :25、1 :25 至 1 :50、1 :50 至 1 :100、1 : 100 至 I :150、1 :150 至 I :200、1 :200 至 I :250、1 :250 至 I :500 或 I :500 至 1 :1000。
[0121] 沉淀速率也可对化合物的相形成产生影响，最快的沉淀速率通过采用期望的相来 对溶液进行引晶而实现。在没有引晶的情况下，可通过快速增加沉淀反应混合物的PH(这 可生成更多的无定形成分）来实现快速沉淀。pH越高，沉淀越快，这可生成更多的无定形沉 淀材料。
[0122] 因此，由沉淀反应混合物产生所需沉淀材料的一组沉淀条件可如上所述包括温度 和pH，以及在一些情况下，包括水中的添加剂和离子种类的浓度。添加剂已在下文进行了描 述。添加剂的存在和添加剂的浓度还可有利于稳定的球霰石或反应性球霰石的形成。沉淀 条件也可包括诸如混合速率、搅动的形式如超声波，以及晶种、催化剂、膜或基底的存在等 因素。在一些实施方案中，沉淀条件包括过饱和条件、温度、PH和/或浓度梯度，或者这些 参数中的任意参数的循环或变化。用于制备本发明的沉淀材料的方案可以是分批、半分批 或连续方案。与半分批或分批系统相比，在连续流系统中产生给定的沉淀材料的沉淀条件 可能是不同的。
[0123] 由沉淀反应混合物产生后，将沉淀材料从反应混合物中分离，以产生分离的沉淀 材料（例如，湿饼）和上清液，如附图所示。在本发明的系统中，分离步骤可在分离站上进 行。在沉淀后和分离（例如，通过干燥）前，可将沉淀材料在上清液中储存一段时间。例 如，可将沉淀材料在rc至40°C，如20°C至25°C的温度下，在上清液中储存数分钟至数小 时至1天至1000天或更长，如1天至10天或更长的一段时间。使用多个便利方法中的 任意方法来实现沉淀材料与沉淀反应混合物的分离，该方法包括：排水（例如，沉淀材料 在重力沉降后进行排水）、滗析、过滤（例如，重力过滤、真空过滤、使用加压气流过滤）、 离心、加压或其任意组合。从沉淀材料中分离主体水（bulk water)产生沉淀材料的湿 饼或脱水的沉淀材料。分离的一些实例在2012年3月1日提交的美国专利申请系列号 13/409, 856中进行了描述，该专利申请通过引用并入本文。液-固分离器诸如Epuramat 的 Extrem-Separator ( "ExSep"）液-固分离器、Xerox PARC 的螺旋浓缩器（spiral concentrator)或者Epuramat的ExSep或Xerox PARC的螺旋浓缩器的改进型可用于从沉 淀反应混合物中分离沉淀材料。
[0124] 在一些实施方案中，将得到的脱水沉淀材料如湿饼材料直接用于制备本文所述的 产品（例如，图4)。例如，将脱水沉淀材料的湿饼与一种或多种本文所述的添加剂混合并在 输送带上铺开，在输送带上沉淀材料中的反应性球霰石转变成文石并凝结及硬化。随后将 硬化的材料切成所需的形状，如本文所述的板（board)或面板（panel)。在一些实施方案 中，将湿饼倾倒在输送带上面的一张纸上。可将另一张纸放置于湿饼的上面，然后对湿饼加 压以除去过量的水。在沉淀材料凝结及硬化后（球霰石转变成文石），将该材料切成期望 的形状，如水泥护墙板（cement siding board)和干式墙等。在一些实施方案中，可根据所 期望的球霰石转变成文石所需的时间对一种或多种添加剂的量进行优化（下文描述）。例 如，对于一些应用，可能希望材料快速转变，而在某些其他情况下，可能希望缓慢的转变。在 一些实施方案中，可将湿饼在输送带上加热以加速球霰石向文石的转变。在一些实施方案 中，可将湿饼倾倒至具有期望形状的模具中，随后在高压釜中加热该模具，以加速球霰石向 文石的转变。因此，连续流过程、分批过程或半分批过程均完全在本发明的范围内。
[0125] 在一些实施方案中，通过板工业中公知的任何方法，诸如但不限于湿法、半干法、 挤压法、wonderboartf法等，制备本发明的干式墙产品或水泥板产品。湿法可以是其中 水/粘结剂或沉淀材料>〇. 8的方法，而半干法可以是其中水/粘结剂〈〇. 8或为?〇. 4的 方法。在一些实施方案中，在湿法中，可将沉淀材料的浆料与添加剂和外加剂混合，或者可 使用具有添加剂和外加剂的沉淀材料的湿饼来制备沉淀材料的浆料，并可对其进行膜形成 和脱水（例如，使用Hantschek机）。然后可将该材料的膜进行堆叠。然后可将堆叠的材料 切成板并进行干燥（?25%至1 %的含水量）。在一些实施方案中，在半干法中，可将沉淀 材料的干粉或灰泥与润湿的添加剂和外加剂（包括诸如但不限于碎纸的纤维）混合并可在 输送带上分层。可将水喷洒在材料上。然后可在传动带上对该材料加压。随后可将该材料 切成板并进行干燥。干法可以是本文所述的任何方法，或者是本领域公知的，诸如高压釜、 喷射干燥器等。在该过程中加入的添加剂促进反应性球霰石到文石的转变，且外加剂提供 不同的强度和其他相关性质。添加剂和外加剂已在本文中进行了描述。板可通过砂磨、涂 覆（例如娃乳液、疏水剂等）等进行修整（finish)。
[0126] 湿法的实例是Hatschek法或筛筒法。在一些实施方案中，使用Hatschek法制备 本发明的干式墙或水泥板产品。该方法是本领域公知的。在一些实施方案中，将沉淀材料 (浆料、湿饼或干燥的形式）与其他添加剂和/或外加剂混合，并递送至Hatschek机作为稀 衆料。然后可将该衆料供给可具有多个旋转筛筒（screen cylinder或sieve cylinder) 的容纳罐或桶。在操作中，这些圆筒可拾取除去一些水的湿固体材料。环形毡带可经过圆 筒的上表面移动并在各个圆筒处得到薄膜从而形成生薄层（green lamina)。所制备的层压 板可移动经过真空脱水装置并在随后缠绕至积聚棍（accumulation roll)或成形圆筒上以 形成另外的厚度直至得到期望的垫厚度。高强度的脱水可在辊的辊隙处进行。与积聚辊接 触的压力辊可再次增加脱水效率。一旦获得所期望的片材厚度，则可启动内建于积聚辊中 的自动切刀，并且生片材可掉落至输送机上，可进行切割且符合波形片材或扁平面板。一旦 产生生片材，可将它们堆叠并送至堆垛压制机（stacking press)中。可将蒸汽和高压!!固 化的片材送至具有热和湿度的硬化腔室中。蒸汽固化条件可以是70°C，高压釜固化条件可 以是180-185°C，8-12巴，最多达16小时。在一些方法中，它可包括在蒸汽通道内的初级切 割以加速固化。在该阶段，这些板可备用于初始化（priming)和修整（例如，涂覆）以及最 终的切割（例如，边缘处理）。
[0127] 在一些实施方案中，使用挤压法来制备本发明的干式墙或水泥板产品。在一些实 施方案中，使用wonderboard#法制备本发明的干式墙或水泥板产品。在挤压法中，经捏 和的沉淀材料可进入螺旋输送机，穿过真空泵，并可沉积在移动的输送带上。随后压花辊可 将期望的图案印制到片材上，随后可对该片材进行类似于Hatschek法的处理。
[0128] 在一些实施方案中，一旦将沉淀材料从沉淀反应混合物中分离，则将其用淡水洗 涤，随后置于压滤机中以产生具有30-60%固体的滤饼。随后使用任何便利的手段（例如液 压机）在足够的压力（例如，5至5000psi，诸如1000至5000psi的范围）下将滤饼在模具 中进行机械压制以产生成形固体，例如矩形砖。然后将这些所得固体进行固化，例如通过放 置于室外并储存，通过放置在腔室内，在其中使这些固体经受高水平的湿度和热等。随后将 这些所得到的固化的固体本身用作建筑材料，或压碎以产生骨料。产生此类骨料的方法进 一步描述于2009年5月29日提交的美国专利申请12/475,378中，其公开内容通过引用并 入本文。
[0129] 在涉及使用温度和压力的过程中，可将经脱水的水沉淀饼进行干燥。随后将该饼 暴露于再浸水以及提高的温度和/或压力的组合条件下一定时间。回加水的量、温度、压力 和暴露时间的组合以及饼厚度可根据起始材料的组成和所期望的结果而不同。
[0130] 本文描述了将材料暴露于温度和压力的多种不同的方法；应当理解，可使用任何 便利的方法。示例性的干燥方案为暴露于40°C下24-48小时，但如果合适，可使用更高或 更低的温度和时间，例如，20-60°C下3-96小时或甚至更长的时间。将水回加至期望的百 分比，例如至 1% -50%，例如 1%至 10%，诸如 1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9% 或10% w/w，如5% w/w，或4-6% w/w，或3-7% w/w。饼的厚度和大小可根据需要进行调 节；在一些实施方案中，厚度可从〇. 〇5英寸至5英寸，例如0. 1-2英寸或0. 3-1英寸不 等。在一些实施方案中，所述饼可以是0.5英寸至6英尺或甚至更厚。随后通过任何便利 的方法，例如在使用加热的压板的印压机中，将所述饼暴露于提高的温度和/或压力下给 定的时间。用于提高例如压板的温度的热量可由例如来自工业废气流如烟道气流的热量 来提供。温度可以是任何合适的温度；通常，对于较厚的饼，需要较高的温度；温度范围的 实例为40-150°C，例如60-120°C，诸如70-110°C或80-100°C。类似地，压力可以是产生 期望结果的任何合适的压力；示例性的压力包括1000-100, 〇〇〇镑每平方英寸（Psi)，包括 2000-50, OOOpsi，或 2000-25, OOOpsi，或 2000-20, OOOpsi，或 3000-5000psi。最后，压制饼 的时间可以是任何合适的时间，例如1-100秒，或1-100分钟，或1-50分钟，或2-25分钟， 或1-10, 000天。随后可将所得硬片任选地进行固化，例如通过放置于室外并储存，通过放 置于腔室内，在其中使它们经受高水平的湿度和热等。随后将这些任选地固化的硬片本身 用作建筑材料，或压碎以产生骨料。
[0131] 提供温度和压力的另一方法是使用压力机，如在2009年5月29日提交的美国专 利申请12/475,378中更充分地描述的。适当的压力机（例如，印压机）可用于在所期望的 时间内在期望的温度下提供压力（使用例如由烟道气或由产生沉淀物的过程（例如来自电 化学过程）的其他步骤提供的热量）。可以以类似的方式使用一组辊。
[0132] 将饼暴露于提高的温度和压力下的另一种方法是通过挤出机，例如，螺杆式挤出 机，该方法也进一步描述于2009年5月29日提交的美国专利申请12/475, 378中。可配备 挤出机的机筒以达到高温，例如，通过夹套；该高温可由例如烟道气等来提供。可将挤出用 作在压制操作之前对进料进行预热和干燥的手段。这样的压制可利用压模、通过辊、在当其 移动时提供压缩的带之间通过具有成形压痕（其几乎可提供所期望的任何形状的骨料）的 辊或任何其他便利的方法进行。或者，该挤出机可用于通过冲模挤出材料，当材料被强制通 过冲模时，使该材料暴露于压力下，并形成任何所期望的形状。在一些实施方案中，将碳酸 盐沉淀物与淡水混合，然后置于旋转螺杆式挤出机的进料段。可加热挤出机和/或出口冲 模以进一步协助该过程。螺杆的旋转沿其长度输送该材料并随着螺杆的槽纹深度（flite cbpth)减少而压缩该材料。挤出机的螺杆和机筒可进一步包括机筒上的通气孔，且螺杆内 的减压区与机筒通气孔开口对齐。尤其在加热的挤出机的情况下，这些通风区允许蒸汽从 所传送的物质中释放，从而将水从材料中除去。
[0133] 然后使螺杆输送的材料强制通过冲模部分，该冲模部分进一步压缩材料并使之成 形。冲模中的典型开口可以是圆形、椭圆形、正方形、矩形、梯形等，但最终骨料所期望的任 何形状均可通过调节开口的形状制成。可通过任何便利的方法（如通过飞刀）将离开冲模 的材料切成任何合适的长度。典型的长度可为〇. 05英寸至6英寸，但这些范围之外的长度 也是可能的。典型的直径可为0. 05英寸至I. 0英寸，但这些范围之外的直径也是可能的。
[0134] 加热的冲模部分的使用可通过加速碳酸盐矿物转变成硬而稳定的形式来进一步 促进产物的形成。也可在粘结剂的情况下使用加热的冲模以使粘结剂硬化或凝结。在加热 的冲模部分通常使用100°c至600°C的温度。用于加热的冲模的热量可全部或部分来自烟 道气或在生产沉淀物的过程中使用的其他工业气体，其中该烟道气首先被输送至冲模以将 热量从热烟道气传递至冲模。
[0135] 在又一些实施方案中，该沉淀物可用于原位或现场成形（form-in-place)的结构 制作。例如，公路、铺砌区或其他结构可由沉淀物通过以下方法来制作：向基底（例如地面、 路基等）施加一层沉淀物（例如，如上文所述的），然后使该沉淀物水合，例如通过使其暴露 于天然施加的水（诸如雨水的形式）或通过灌溉。水合作用使沉淀物固化成所期望的原位 或现场成型结构，例如，公路、铺砌区等。可重复该过程，例如，在期望具有较厚层的原位成 型结构的情况下。
[0136] 在一些实施方案中，沉淀材料和产品的生产在同一设施中进行。在一些实施方案 中，沉淀材料在一个设施中生产并输送至另一个设施中制备最终产品。沉淀材料可以以浆 料的形式、湿饼的形式或干粉的形式进行输送。
[0137] 在一些实施方案中，将从分离站得到的所得脱水沉淀材料在干燥站进行干燥以产 生包含稳定的球霰石或反应性球霰石的碳酸盐沉淀材料的粉末形式。可通过风干沉淀材料 来实现干燥。在某些实施方案中，通过冷冻干燥（即冻干）来实现干燥，其中，冷冻沉淀材 料，降低环境压力，并施加足够的热量，以使沉淀材料中的冷冻水直接升华为气体。在又一 个实施方案中，将沉淀材料进行喷雾干燥以干燥沉淀材料，其中含有液体的沉淀材料通过 将其经热气体（如来自发电厂的废气流）输送来进行干燥，且其中将液体进料通过喷雾器 泵入主干燥腔室，并使热气体相对于喷雾器方向作为并流或逆流通过。根据系统的具体干 燥方案，干燥站可包括过滤元件、冷冻干燥结构、喷雾干燥结构等。在一些实施方案中，可以 用流化床干燥器来干燥沉淀物。在某些实施方案中，可在适当的时候使用来自发电厂或类 似操作的废热来执行干燥步骤。例如，在一些实施方案中，通过使用提高的温度（例如，来 自发电厂的废热）、压力或其组合来生产干燥产品。
[0138] 将沉淀材料从上清液中分离后，可根据需要对分离的沉淀材料进行进一步处理； 另一方面，可将沉淀材料简单地输送至用于长期储存的场所，并有效地截存CO 2。例如，可将 沉淀材料进行输送并置于长期储存的地点，例如，在地面上（作为储存稳定的截存CO2的材 料），在地面以下，在深海中等。
[0139] 也可根据需要处理沉淀过程所得到的上清液或者沉淀材料的浆料。例如，可将上 清液或浆料返回到包含电石石灰的水溶液（例如，参见图4)中或返回至另一场所。在一些 实施方案中，可使上清液与CO2源接触，如上文所述，以截存另外的CO2。例如，在将上清液 返回至沉淀反应器的实施方案中，可使上清液与〇) 2的废气源以足以增加存在于上清液中 的碳酸根离子的浓度的方式进行接触。如上所述，可使用任何便利的方案来进行接触。在 一些实施方案中，上清液具有碱性pH，且与CO 2源的接触以足以将pH降低至pH 5至9、pH 6至8. 5或pH 7. 5至8. 2的范围的方式进行。
[0140] 在一些实施方案中，含有沉淀材料的本发明的组合物处于储存稳定的形式（其可 以简单地为干燥的沉淀材料），可在暴露的条件下（即，向大气开放）在地面上存储，而在延 长的持续时间内无显著降解（如果存在降解的话），该延长的持续时间例如是1年或更长、 5年或更长、10年或更长、25年或更长、50年或更长、100年或更长、250年或更长、1000年 或更长、10, 〇〇〇年或更长、1，〇〇〇, 〇〇〇年或更长，或甚至100, 〇〇〇, 〇〇〇年或更长。由于该沉 淀材料的储存稳定形式发生极少量的降解（如果存在的话），根据从产物中释放CO2气体测 量的降解（如果存在的话）的量可能不超过5%/年，并且在某些实施方案中将不超过1% /年。该沉淀材料的地上储存稳定的形式在多种不同的环境条件下稳定，该环境条件例如 是-100°C至600°C的温度和0到100%的湿度，其中该条件可能是无风的、有风的或暴风雨 的。例如，在一些实施方案中，将通过本发明的方法生产的沉淀材料用作建筑材料（例如， 用于一些类型的人造结构如建筑物、公路、桥梁、大坝等的建筑材料），从而使 c〇2有效地截 存在建筑环境中。任何人造结构，诸如地基、停车结构、房屋、办公楼、商务办公场所、政府大 楼、基础设施（如人行道；公路；桥梁；立交桥；墙壁；门、围栏和杆的基础等），均被认为是 建筑环境的一部分。本发明的砂衆可用于将建筑砌块（如砖）粘结在一起并填充建筑砌块 间的间隙。砂浆也可用于修复现有结构（例如，用于替换原始砂浆已被损坏或侵蚀的部分） 以及其他用途。
[0141] 在某些实施方案中，将组合物作为水泥的组分使用，其在与水结合后凝结并硬化。 这类碳酸盐化合物的水硬性水泥、其制造方法以及用途在2008年5月23日提交的名称为 "Hydraulic Cements Comprising Carbonate Compounds Compositions" 的美国专利申请 系列号12/126,776中进行了描述，该专利申请的公开内容通过引用并入本文。
[0142] 在一些实施方案中，由所得沉淀材料产生骨料。在干燥过程产生所需大小的颗粒 的此类实施方案中，需要极少的（如果需要的话）另外的处理来产生骨料。在又一些其他 实施方案中，对沉淀材料进行进一步处理以产生所需的骨料。例如，可将沉淀材料与淡水以 足以使沉淀物形成固体产品的方式结合，其中在沉淀物中存在的亚稳态碳酸盐化合物如球 霰石和ACC转变为文石。通过控制湿材料的水含量，可控制最终骨料的孔隙率和最终强度 和密度。通常，湿饼可含有40-60体积％的水。对于较稠的骨料，湿饼可含有〈50%的水，对 于较稀的饼，湿饼可含有>50%的水。硬化后，可将所得固体产品进行机械加工，例如，压碎 或以其他方式破碎并进行分选，以产生具有所需特性（例如大小、特定的形状等）的骨料。 在这些方法中，凝结和机械加工步骤可以以基本连续的方式或在不同的时间进行。在某些 实施方案中，可将大体积的沉淀物储存于开放的环境中，其中该沉淀物暴露于大气中。对于 凝结步骤，可将沉淀物以便利的方式采用淡水进行浇灌或者使其经受自然雨淋以产生凝结 的产物。如上所述，随后可对该凝结的产物进行机械加工。产生沉淀物后，对该沉淀物进行 加工以产生所期望的骨料。在一些实施方案中，可将沉淀物留在室外，其中雨水可用作淡水 源，以使大气水稳定化反应发生，从而使沉淀物硬化以形成骨料。
[0143] 在本发明的一个实施方案的实例中，使用带式输送机和公路分级机以均匀的方式 将沉淀物机械地散布在压实的土表面上至目标深度，例如最高十二英寸，如1到12英寸，包 括6到12英寸。然后采用淡水以合适的速率（例如每立方英尺的沉淀物采用一加仑/半 加仑的水）浇灌散布的材料。然后通过使用钢辊（如用于压实沥青的钢辊）多次碾过而压 实该材料。每周重新浇灌该表面直到该材料表现出所期望的化学和机械性能，此时，通过压 碎将该材料机械加工成骨料。 含球霰石的沉淀物
[0144] "组合物"、"沉淀材料"、"碳酸盐沉淀材料"、"含碳酸盐的沉淀材料"和"含碳酸盐 的组合物"在本文中可互换使用。在本发明的方法和系统中形成的碳酸盐沉淀材料包含球 霰石。稳定的球霰石包括在溶解-再沉淀过程期间和/或之后不转变成文石或方解石的球 霰石。反应性球霰石或活化的球霰石包括在溶解-再沉淀过程期间和/或之后导致文石形 成的球霰石。在一些实施方案中，本文所述的方法进一步包括：使沉淀材料（处于干燥或湿 的形式）与水接触并使反应性球霰石转变成文石。在一些实施方案中，稳定的球霰石在与 水接触时并不转变成文石，而保持为球霰石形式，或者经很长一段时间转变成方解石。
[0145] 通常，一旦发生碳酸钙的沉淀，无定形碳酸钙（ACC)可首先发生沉淀，并转变为 其三种更稳定的相（球霰石、文石或方解石）中的一种或多种。如Ostwald在其Step Rule (0stwald，W. Zeitschrift fur Physikalische Chemie 289(1897))中所描述的，可能 存在热力学驱动力用于从不稳定相转变成更稳定的相。基于该原因，碳酸钙相以下列顺序 进行转变：ACC到球霰石、文石和方解石，其中中间相可能存在或不存在。在这个转变过程 中，释放出过量的能量，如图5所示。可利用该本征能量来产生强大的聚集趋势以及表面相 互作用，从而可导致凝聚以及凝结或胶结。应当理解，图5中示出的值是本领域公知的并且 可以变化。
[0146] 令人惊奇地且出乎意料地， 申请人:已能够产生或分离球霰石形式的沉淀材料。该 沉淀材料可处于湿的形式或干粉末形式。该沉淀材料可具有不易转变成任何其他多晶型物 的稳定的球霰石形式，或者可具有能转变成文石形式的反应性球霰石形式。文石形式不会 进一步转变为更稳定的方解石形式。含有文石形式的沉淀物的产品表现出一种或多种意料 之外的性质，包括但不限于高抗压强度、高孔隙率（低密度或轻质）、中性PH(可用作如下所 述的人工礁）、微观结构网等。
[0147] 可存在于含碳酸盐的沉淀材料中的碳酸钙的其他次要多晶型形式包括但不限于 无定形碳酸钙、文石、方解石、球霰石的前体相、文石的前体相、稳定性低于方解石的中间 相、这些多晶型物之间的多晶型形式或它们的组合。
[0148] 球霰石可以以单分散形式或凝聚形式存在，并且可为球形、椭圆形、片样形状或六 方晶系。球霰石通常具有六方晶体结构，并且一经生长即形成多晶球形颗粒。球霰石的前 体形式包括球霰石的纳米簇，并且文石的前体形式包括文石针状体的亚微米到纳米簇。如 果文石与球霰石一起存在于组合物中，则文石可为针状、柱状或斜方晶系的晶体。如果方解 石与球霰石一起存在于组合物中，则方解石可为立方体、纺锤体或六方晶系的晶体。稳定性 低于方解石的中间相可以是介于球霰石与方解石之间的相、介于球霰石的前体与方解石之 间的相、介于文石与方解石之间的相，和/或介于文石的前体与方解石之间的相。
[0149] 在一些实施方案中，本发明的组合物为合成的组合物，而非天然存在的。在一些实 施方案中，本发明的组合物为粉末形式。在一些实施方案中，本发明的组合物为干粉形式。 在一些实施方案中，本发明的组合物是无序的或者不是有序阵列的形式，或者是粉末形式。 在又一些实施方案中，本发明的组合物为部分或全部水合的形式。在又一些实施方案中，本 发明的组合物在盐水或淡水中。在又一些实施方案中，本发明的组合物在含氯化钠的水中。 在又一些实施方案中，本发明的组合物在含有诸如但不限于钙、镁等碱土金属离子的水中。 在一些实施方案中，本发明的组合物是非医用的或者不用于医学程序。
[0150] 由本文所提供的组合物制成的产品表现出一种或多种性质，例如，高抗压强度、高 耐久性、高孔隙率（轻质）、高挠曲强度和较低的维护成本。在一些实施方案中，该组合物在 与水结合、凝结及硬化后具有至少3MPa(兆帕）或至少7MPa或至少IOMPa的抗压强度，或 者在一些实施方案中，具有3-30MPa或14-80MPa或14-35MPa的抗压强度。
[0151] 在前述方面和实施方案的一些实施方案中，该组合物包含至少10% w/w的球霰 石；或至少20% w/w的球霰石；或至少30% w/w的球霰石；或至少40% w/w的球霰石；或至 少50% w/w的球霰石；或至少60% w/w的球霰石；或至少70% w/w的球霰石；或至少80% w/w的球霰石；或至少90% w/w的球霰石；或至少95% w/w的球霰石；或至少99% w/w的 球霰石；或10% w/w至99% w/w的球霰石；或10% w/w至90% w/w的球霰石；或10% w/w 至80% w/w的球霰石；或10% w/w至70% w/w的球霰石；或10% w/w至60% w/w的球霰 石；或10% w/w至50% w/w的球霰石；或10% w/w至40% w/w的球霰石；或10% w/w至 30% w/w的球霰石；或10% w/w至20% w/w的球霰石；或20% w/w至99% w/w的球霰石； 或20% w/w至95% w/w的球霰石；或20% w/w至90% w/w的球霰石；或20% w/w至75% w/w的球霰石；或20 % w/w至50 % w/w的球霰石；或30 % w/w至99 % w/w的球霰石；或 30% w/w至95% w/w的球霰石；或30% w/w至90% w/w的球霰石；或30% w/w至75% w/ w的球霰石；或30% w/w至50% w/w的球霰石；或40% w/w至99% w/w的球霰石；或40% w/w至95% w/w的球霰石；或40% w/w至90% w/w的球霰石；或40% w/w至75% w/w的 球霰石；或50% w/w至99% w/w的球霰石；或50% w/w至95% w/w的球霰石；或50% w/w 至90% w/w的球霰石；或50% w/w至75% w/w的球霰石；或60% w/w至99% w/w的球霰 石；或60% w/w至95% w/w的球霰石；或60% w/w至90% w/w的球霰石；或70% w/w至 99% w/w的球霰石；或70% w/w至95% w/w的球霰石；或70% w/w至90% w/w的球霰石； 或80% w/w至99% w/w的球霰石；或80% w/w至95% w/w的球霰石；或80% w/w至90% w/w的球霰石；或90% w/w至99% w/w的球霰石；或10% w/w的球霰石；或20% w/w的球 霰石；或30% w/w的球霰石；或40% w/w的球霰石；或50% w/w的球霰石；或60% w/w的 球霰石；或70% w/w的球霰石；或75% w/w的球霰石；或80% w/w的球霰石；或85% w/w 的球霰石；或90% w/w的球霰石；或95% w/w的球霰石；或99% w/w的球霰石。该球霰石 可以是稳定的球霰石或反应性球霰石。
[0152] 在一些实施方案中，提供了一种方法，该方法包括：a)使包含电石石灰的水溶液 与来自工业过程的二氧化碳接触；以及b)产生包含至少50% w/w，或至少75% w/w，或至少 90% w/w，或至少95% w/w，或至少99% w/w，或50-99% w/w，或75-99% w/w的稳定的球霰 石或反应性球霰石的沉淀材料。在一些实施方案中，提供了一种方法，该方法包括：使包含 电石石灰的水溶液与来自工业过程的二氧化碳接触；以及产生包含至少50 % w/w，或至少 75% w/w，或至少 90% w/w，或至少 95% w/w，或至少 99 % w/w，或 50-99% w/w，或 75-99% w/ w的稳定的球霰石的沉淀材料。在一些实施方案中，提供了一种方法，该方法包括：使包含 电石石灰的水溶液与来自工业过程的二氧化碳接触；以及产生包含至少50 % w/w，或至少 75% w/w，或至少 90% w/w，或至少 95% w/w，或至少 99% w/w，或 50-99% w/w，或 75-99% w/w的反应性球霰石的沉淀材料。
[0153] 在一些实施方案中，在前述方法中，步骤a)在有利于形成稳定的球霰石或反应性 球霰石的沉淀条件下进行。此类可用于前述方法实施方案或本文所述的方法实施方案且适 合形成含有稳定的球霰石或反应性球霰石的碳酸盐沉淀材料的沉淀条件包括但不限于，温 度，pH，压力，离子比例，沉淀速率，添加剂的存在，离子种类的存在，添加剂和离子种类的浓 度，搅拌，停留时间，混合速率，搅动的形式如超声波，晶种、催化剂、膜或基底的存在，脱水， 干燥，球磨等。
[0154] 在一些实施方案中，提供了一种方法，该方法包括：a)通过采用选自硼酸盐、含N 盐、含N脂肪族化合物、含N芳香族化合物或其组合的弱碱进行处理来纯化电石石灰，以制 备包含电石石灰的水溶液；b)使包含电石石灰的水溶液与来自工业过程的二氧化碳接触； 以及c)产生包含至少50% w/w，或至少75% w/w，或至少90% w/w，或至少95% w/w，或至 少99% w/w，或50-99% w/w，或75-99% w/w的稳定的球霰石或反应性球霰石的沉淀材料。 在一些实施方案中，提供了一种方法，该方法包括：a)通过采用选自硼酸盐、含N盐、含N脂 肪族化合物、含N芳香族化合物或其组合的弱碱进行处理来纯化电石石灰，以制备包含电 石石灰的水溶液；b)使包含电石石灰的水溶液与来自工业过程的二氧化碳接触；以及c)产 生包含至少50% w/w，或至少75% w/w，或至少90% w/w，或至少95% w/w，或至少99% w/w， 或50-99% w/w，或75-99% w/w的稳定的球霰石的沉淀材料。在一些实施方案中，提供了一 种方法，该方法包括：a)通过采用选自硼酸盐、含N盐、含N脂肪族化合物、含N芳香族化合 物或其组合的弱碱进行处理来纯化电石石灰，以制备包含电石石灰的水溶液；b)使包含电 石石灰的水溶液与来自工业过程的二氧化碳接触；以及c)产生包含至少50 % w/w，或至少 75% w/w，或至少 90% w/w，或至少 95% w/w，或至少 99% w/w，或 50-99% w/w，或 75-99% w/w的反应性球霰石的沉淀材料。
[0155] 在一些实施方案中，提供了一种方法，该方法包括：a)通过采用含N盐进行处理来 纯化电石石灰，以制备包含电石石灰的水溶液；b)使包含电石石灰的水溶液与来自工业过 程的二氧化碳接触；以及c)产生包含至少50% w/w，或至少75% w/w，或至少90% w/w，或 至少95% w/w，或至少99% w/w，或50-99% w/w，或75-99% w/w的稳定的球霰石或反应性 球霰石的沉淀材料。在一些实施方案中，提供了一种方法，该方法包括：a)通过采用含N盐 进行处理来纯化电石石灰，以制备包含电石石灰的水溶液；b)使包含电石石灰的水溶液与 来自工业过程的二氧化碳接触；以及c)产生包含至少50% w/w，或至少75% w/w，或至少 90% w/w，或至少95% w/w，或至少99% w/w，或50-99% w/w，或75-99% w/w的稳定的球霰 石的沉淀材料。在一些实施方案中，提供了一种方法，该方法包括：a)通过采用含N盐进行 处理来纯化电石石灰，以制备包含电石石灰的水溶液；b)使包含电石石灰的水溶液与来自 工业过程的二氧化碳接触；以及c)产生包含至少50% w/w，或至少75% w/w，或至少90% w/w，或至少95% w/w，或至少99% w/w，或50-99% w/w，或75-99% w/w的反应性球霰石的 沉淀材料。在一些实施方案中，提供了一种方法，该方法包括：a)通过采用氯化铵进行处 理来纯化电石石灰，以制备包含电石石灰的水溶液；b)使包含电石石灰的水溶液与来自工 业过程的二氧化碳接触；以及c)产生包含至少50% w/w，或至少75% w/w，或至少90% w/ w，或至少95% w/w，或至少99% w/w，或50-99% w/w，或75-99% w/w的反应性球霰石的沉 淀材料。在一些实施方案中，该方法进一步包括：在步骤b)中使水溶液经受沉淀条件以产 生包含稳定的球霰石或反应性球霰石的沉淀材料。此类适合形成包含稳定的球霰石或反 应性球霰石的碳酸盐沉淀材料的沉淀条件包括但不限于，温度，PH，压力，离子比例，沉淀速 率，添加剂的存在，离子种类的存在，添加剂和离子种类的浓度，搅拌，停留时间，混合速率， 搅动的形式如超声波，晶种、催化剂、膜或基底的存在，脱水，干燥，球磨等。在一些实施方案 中，含N盐包括但不限于氯化铵、硫酸铵、硝酸铵等。
[0156] 在一些实施方案中，在上文列举的方法中，选自硼酸盐、含N盐（如氯化铵）、含N 脂肪族化合物（如甘氨酸）、含N芳香族化合物或其组合的弱碱：电石石灰的摩尔比是2 :1 至4:1，或2:1至3:1，或3:1至4 :1，或者为2:1，或3:1，或4:1。
[0157] 在一些实施方案中，提供了一种方法，该方法包括：a)通过采用氯化铵进行处理 来纯化电石石灰，以制备包含电石石灰的水溶液，其中氯化铵：电石石灰的摩尔比是2 :1至 4 :1，或2 :1至3 :1，或3 :1至4 :1，或者为2 :1，或3 :1，或4 :1 ;b)使包含电石石灰的水溶 液与来自工业过程的二氧化碳接触；以及c)产生包含至少50% w/w，或至少75% w/w，或至 少 90 % w/w，或至少 95 % w/w，或至少 99 % w/w，或 50-99 % w/w，或 75-99 % w/w 的反应性 球霰石的沉淀材料。在一些实施方案中，该方法进一步包括：在步骤b)中使水溶液经受沉 淀条件以产生包含稳定的球霰石或反应性球霰石的沉淀材料。此类适合形成包含稳定的球 霰石或反应性球霰石的碳酸盐沉淀材料的沉淀条件包括但不限于，温度，pH，压力，离子比 例，沉淀速率，添加剂的存在，离子种类的存在，添加剂和离子种类的浓度，搅拌，停留时间， 混合速率，搅动的形式如超声波，晶种、催化剂、膜或基底的存在，脱水，干燥，球磨等。
[0158] 在前述方面和前述实施方案的一些实施方案中，包含球霰石的沉淀材料在与水结 合、凝结及硬化（即，转变成文石）后，或者包含稳定的球霰石的沉淀材料在与水泥和水混 合并凝结及硬化后，具有至少3MPa，至少7MPa，至少14MPa，或至少16MPa，或至少18MPa， 或至少20MPa，或至少25MPa，或至少30MPa，或至少35MPa，或至少40MPa，或至少45MPa， 或至少50MPa，或至少55MPa，或至少60MPa，或至少65MPa，或至少70MPa，或至少75MPa， 或至少80MPa，或至少85MPa，或至少90MPa，或至少95MPa，或至少lOOMPa，或3-50MPa，或 3-25MPa，或 3-15MPa，或 3-10MPa，或 14-25MPa，或 14-100MPa，或 14-80MPa，或 14-75MPa， 或 14-50MPa，或 14-25MPa，或 17-35MPa，或 17-25MPa，或 20-100MPa，或 20-75MPa，或 20-50MPa，或 20-40MPa，或 30-90MPa，或 30-75MPa，或 30-60MPa，或 40-90MPa，或 40-75MPa， 或 50-90MPa，或 50-75MPa，或 60-90MPa，或 60-75MPa，或 70-90MPa，或 70-80MPa，或 70-75MPa，或 80-100MPa，或 90-100MPa，或 90-95MPa，或 14MPa，或 3MPa，或 7MPa，或 16MPa， 或18MPa，或20MPa，或25MPa，或30MPa，或35MPa，或40MPa，或45MPa的抗压强度。例如，在前 述方面和前述实施方案的一些实施方案中，该组合物在凝结及硬化后具有3MPa至25MPa， 或 14MPa 至 40MPa，或 17MPa 至 40MPa，或 20MPa 至 40MPa，或 30MPa 至 40MPa，或 35MPa 至 40MPa的抗压强度。在一些实施方案中，本文所述的抗压强度是在1天或3天或7天或28 天或56天或更长时间后的抗压强度。
[0159] 本发明组合物中的碳酸钙可含有来自许多来源的二氧化碳，该来源包括但不限于 工业废气流，包括由燃烧产生的烟道气、来自化学加工厂的烟道气、来自产生〇)2作为副产 品的工厂的烟道气，或其组合。在一些实施方案中，截存至本发明组合物的碳酸钙中的二 氧化碳源自化石燃料的燃烧，因此在碳酸盐中的一些（例如，至少10%、50%、60%、70%、 80%、90%、95% )或基本上所有（例如，至少99%、99.5%或99.9% )的碳为化石燃料来 源的，即植物来源的。
[0160] 通常，植物来源的碳具有与无机来源的碳相比不同比例的稳定同位素（13C和 12C)。 衍生出化石燃料的植物相对于13C优先利用12c，从而使碳同位素分馏，使得它们的比值不同 于其通常在大气中的比值。在与标准值（PeeDee Belemnite，或roB，标准）相比较时，该 值被称为碳同位素分馏（S13C)值。通常情况下，煤的δ 13C值在-30至-20%。的范围内； 甲烷的δ 13C值可低至-20%。至-40%。，或甚至-40%。至-80%。；大气0)2的δ 13C值为-10%。 至-7%。；石灰岩的δ 13C值为+3%。至_3%。；海洋碳酸氢盐的δ 13C值为0%。。
[0161 ] 在一些实施方案中，如本文中进一步详细描述的，在本发明组合物中的球霰石和 /或其他多晶型物的碳具有小于-12%。、-13%。、-14%。、-15%。、-20%。，或小于-25%。，或小 于-30%。，或小于-35%。，或小于-45%。，或小于-50%。的δ 13C。在一些实施方案中，本发明 的组合物包含截存〇)2的添加剂，包括碳酸盐如球霰石、碳酸氢盐或其组合，其中碳酸盐、碳 酸氢盐或其组合具有小于-12%。的碳同位素分馏（δ 13C)值。
[0162] 具有％。（千分比）单位的相对碳同位素组成（δ 13C)值是碳的两种稳定同位素（即 12C和13C)的浓度比相对于化石化箭石标准（PDB标准）的量度。 δ 13C%。= [(13C/12C样品-13C/12C PDB 标准 )A13CV12Cpdb 标准）] X1000
[0163] 12C由于其较低的质量而在光合作用中和在其他使用无机碳的生物过程中优先被 植物吸收。 12C的较低质量使得动力学限制反应比采用13C进行的相应反应更高效地进行。 因此，来源于植物材料（例如，化石燃料）的材料具有比来源于无机来源的材料更小的相对 碳同位素组成值。由燃烧化石燃料所产生的烟道气中的二氧化碳反映了形成化石的有机材 料的相对碳同位素组成值。
[0164] 包含来自化石燃料的碳的材料反映了 δ 13C值，该值类似于那些来源于植物的材 料的S 13C值，S卩小于包含来自大气或非植物海洋来源的碳的材料的δ 13C值。由化石燃料 的燃烧得到的二氧化碳所产生的材料的S 13C值可通过测量该材料的δ 13C值并确认其不类 似于大气二氧化碳或海洋碳源的值来进行验证。
[0165] 在一些实施方案中，本发明提供了通过测量本发明的组合物的δ 13C值来表征本 发明的组合物的方法。任何合适的方法可用于测量S 13C值，诸如质谱或离轴积分腔输出光 谱法（离轴ICOS)。任何对于测量碳量足够灵敏的质量辨识技术均可用于获得 13C与12C同 位素的浓度比。S 13C值可通过由二氧化碳中12C和13C同位素形成的碳-氧双键的能量差 来度量。碳酸盐的S 13C值可充当CO2气体源的指纹，因为该值可根据不同的来源而不同。 在一些实施方案中，本发明组合物中的球霰石和/或多晶型物中的碳量可通过本领域已知 的任何合适的技术进行确定。这样的技术包括但不限于库仑法。
[0166] 在前述方面及前述实施方案的一些实施方案中，所述组合物具有小于-12%。，或 小于-13%。，或小于-14%。，或小于-15%。，或小于-16%。，或小于-17%。，或小于-18%。，或 小于-19%。，或小于-20%。，或小于-21%。，或小于-22%。，或小于-25%。，或小于-30%。，或 小于-40%。，或小于-50%。，或小于-60%。，或小于-70%。，或小于-80%。，或小于-90%。，或 小于-100%。，或-12%。到-80%。，或-12%。到-70%。，或-12%。到-60%。，或-12%。到-50%0， 或-12 %。到-45 %。，或-12 %。到-40 %。，或-12 %。到-35 %。，或-12 %。到-30 %。，或-12 %〇 到-25 %。，或-12 %。到-20 %。，或-12 %。到-15 %。，或-13 %。到-80 %。，或-13 %。到-70 %〇， 或-13 %。到-60 %。，或-13 %。到-50 %。，或-13 %。到-45 %。，或-13 %。到-40 %。，或-13 %〇 到-35%。，或-13%。到-30%。，或-13%。到-25%。，或-13%。到-20%。，或-13%。到-15%。，_14%〇 到-80 %。，或-14 %。到-70 %。，或-14 %。到-60 %。，或-14 %。到-50 %。，或-14 %。到-45 %〇， 或-14 %。到-40 %。，或-14 %。到-35 %。，或-14 %。到-30 %。，或-14 %。到-25 %。，或-14 %〇 到-20 %。，或-14 %。到-15 %。，或-15 %。到-80 %。，或-15 %。到-70 %。，或-15 %。到-60 %〇， 或-15 %。到-50 %。，或-15 %。到-45 %。，或-15 %。到-40 %。，或-15 %。到-35 %。，或-15 %〇 到-30 %。，或-15 %。到-25 %。，或-15 %。到-20 %。，或-16 %。到-80 %。，或-16 %。到-70 %〇， 或-16 %。到-60 %。，或-16 %。到-50 %。，或-16 %。到-45 %。，或-16 %。到-40 %。，或-16 %〇 到-35 %。，或-16 %。到-30 %。，或-16 %。到-25 %。，或-16 %。到-20 %。，或-20 %。到-80 %〇， 或-20 %。到-70 %。，或-20 %。到-60 %。，或-20 %。到-50 %。，或-20 %。到-40 %。，或-20 %〇 到-35 %。，或-20 %。到-30 %。，或-20 %。到-25 %。，或-30 %。到-80 %。，或-30 %。到-70 %〇， 或-30 %。到-60 %。，或-30 %。到-50 %。，或-30 %。到-40 %。，或-40 %。到-80 %。，或-40 %〇 到-70 %。，或-40 %。到-60 %。，或-40 %。到-50 %。，或-50 %。到-80 %。，或-50 %。到-70 %〇， 或-50 %。到-60 %。，或-60 %。到-80 %。，或-60 %。到-70 %。，或-70 %。到-80 %。，或-12 %〇， 或-13%。，或-14%。，或-15%。，或-16%。，或-17%。，或-18%。，或-19%。，或-20%。，或 _21%〇， 或-22%。，或-25%。，或-30%。，或-40%。，或-50%。，或-60%。，或-70%。，或-80%。，或-90 %〇 或-100%。的 δ13(：。
[0167] 在一些实施方案中，包含球霰石的沉淀材料为具有0. 1-100微米的平均粒径的颗 粒组合物。可使用任何常规的粒径确定方法，诸如但不限于多检测器激光散射或激光衍射 或筛分来确定平均粒径（或平均颗粒直径）。在某些实施方案中，存在单峰或多峰分布，例 如双峰或其他峰分布。双峰分布可使表面积最小化，因此允许当组合物与水混合时具有较 低的液体/固体质量比，从而提供较小的反应性颗粒用于早期反应。在一些实施方案中， 本文提供的组合物为具有〇. 1-1000微米，或〇. 1-500微米，或0. 1-100微米，或0. 1-50微 米，或0. 1-20微米，或0. 1-10微米，或0. 1-5微米，或1-50微米，或1-25微米，或1-20微 米，或1-10微米，或1-5微米，或5-70微米，或5-50微米，或5-20微米，或5-10微米，或 10-100微米，或10-50微米，或10-20微米，或10-15微米，或15-50微米，或15-30微米，或 15-20微米，或20-50微米，或20-30微米，或30-50微米，或40-50微米，或50-100微米， 或50-60微米，或60-100微米，或60-70微米，或70-100微米，或70-80微米，或80-100微 米，或80-90微米，或0. 1微米，或0. 5微米，或1微米，或2微米，或3微米，或4微米，或5 微米，或8微米，或10微米，或15微米，或20微米，或30微米，或40微米，或50微米，或60 微米，或70微米，或80微米，或100微米的平均粒径的颗粒组合物。例如，在一些实施方案 中，本文提供的组合物为具有〇. 1-20微米，或0. 1-15微米，或0. 1-10微米，或0. 1-8微米， 或0. 1-5微米，或1-25微米，或1-20微米，或1-15微米，或1-10微米，或1-5微米，或5-20 微米，或5-10微米的平均粒径的颗粒组合物。在一些实施方案中，碳酸盐添加剂或碳酸盐 组合物包括该组合物中的一种或多种不同大小的颗粒。在一些实施方案中，该组合物包括 该组合物中的两个或更多个，或者三个或更多个，或者四个或更多个，或者五个或更多个， 或者十个或更多个，或者20个或更多个，或者3-20个，或4-10个不同大小的颗粒。例如， 该组合物可包括两个或更多个，或者三个或更多个，或者3-20个0. 1-10微米、10-50微米、 50-100微米、100-200微米、200-500微米、500-1000微米和/或亚微米颗粒大小的颗粒。
[0168] 在一些实施方案中，提供了一种方法，其包括：a)使包含电石石灰的水溶液与来 自工业过程的二氧化碳接触；以及b)产生包含至少50% w/w，或至少75% w/w，或至少90% w/w，或至少95% w/w，或至少99% w/w，或50-99% w/w，或75-99% w/w的稳定的球霰石或 反应性球霰石的沉淀材料，其中球霰石的平均粒径是1-50微米，或者1-25微米，或者5-50 微米，或者10-50微米，或者5-25微米，或者5-20微米，或者15-20微米，或者10-20微米。 在一些实施方案中，提供了一种方法，其包括：使包含电石石灰的水溶液与来自工业过程的 二氧化碳接触，以及产生包含至少50% w/w，或至少75% w/w，或至少90% w/w，或至少95% w/w，或至少99% w/w，或50-99% w/w，或75-99% w/w的稳定的球霰石的沉淀材料，其中球 霰石的平均粒径是1-50微米，或者1-25微米，或者5-50微米，或者10-50微米，或者5-25 微米，或者5-20微米，或者15-20微米，或者10-20微米。在一些实施方案中，提供了 一种方 法，其包括：使包含电石石灰的水溶液与来自工业过程的二氧化碳接触，以及产生包含至少 50% w/w，或至少 75% w/w，或至少 90% w/w，或至少 95% w/w，或至少 99% w/w，或 50-99% w/w，或75-99% w/w的反应性球霰石的沉淀材料，其中球霰石的平均粒径是1-50微米，或 者1-25微米，或者5-50微米，或者10-50微米，或者5-25微米，或者5-20微米，或者15-20 微米，或者10-20微米。在一些实施方案中，在前述方法中，步骤a)在有利于形成具有所需 平均粒径的稳定的球霰石或反应性球霰石的沉淀条件下进行。此类可用于前述方法实施方 案或本文所述的方法实施方案且适合形成含有稳定的球霰石或反应性球霰石的碳酸盐沉 淀材料的沉淀条件包括但不限于，温度，PH，压力，离子比例，沉淀速率，添加剂的存在，离子 种类的存在，添加剂和离子种类的浓度，搅拌，停留时间，混合速率，搅动的形式，晶种、催化 剂、膜或基底的存在，脱水，干燥，球磨，及其组合。
[0169] 在一些实施方案中，提供了一种方法，该方法包括：a)通过采用选自硼酸盐、含N 盐、含N脂肪族化合物、含N芳香族化合物或其组合的弱碱进行处理来纯化电石石灰，以制 备包含电石石灰的水溶液；b)使包含电石石灰的水溶液与来自工业过程的二氧化碳接触； 以及c)产生包含至少50% w/w，或至少75% w/w，或至少90% w/w，或至少95% w/w，或至 少99% w/w，或50-99% w/w，或75-99% w/w的稳定的球霰石或反应性球霰石的沉淀材料， 其中球霰石的平均粒径是1-50微米，或者1-25微米，或者5-50微米，或者10-50微米，或 者5-25微米，或者5-20微米，或者15-20微米，或者10-20微米。在一些实施方案中，提 供了一种方法，该方法包括：a)通过采用选自硼酸盐、含N盐、含N脂肪族化合物、含N芳香 族化合物或其组合的弱碱进行处理来纯化电石石灰，以制备包含电石石灰的水溶液；b)使 包含电石石灰的水溶液与来自工业过程的二氧化碳接触；以及c)产生包含至少50% w/w， 或至少75% w/w，或至少90% w/w，或至少95% w/w，或至少99% w/w，或50-99% w/w，或 75-99% w/w的反应性球霰石的沉淀材料，其中球霰石的平均粒径是1-50微米，或者1-25 微米，或者5-50微米，或者10-50微米，或者5-25微米，或者5-20微米，或者15-20微米， 或者10-20微米。在一些实施方案中，提供了一种方法，该方法包括：a)通过采用含N盐进 行处理来纯化电石石灰，以制备包含电石石灰的水溶液；b)使包含电石石灰的水溶液与来 自工业过程的二氧化碳接触；以及c)产生包含至少50% w/w，或至少75% w/w，或至少90% w/w，或至少95% w/w，或至少99% w/w，或50-99% w/w，或75-99% w/w的稳定的球霰石或 反应性球霰石的沉淀材料，其中球霰石的平均粒径是1-50微米，或者1-25微米，或者5-50 微米，或者10-50微米，或者5-25微米，或者5-20微米，或者15-20微米，或者10-20微米。 在一些实施方案中，提供了一种方法，该方法包括： a)通过采用含N盐进行处理来纯化电石 石灰，以制备包含电石石灰的水溶液；b)使包含电石石灰的水溶液与来自工业过程的二氧 化碳接触；以及c)产生包含至少50% w/w，或至少75% w/w，或至少90% w/w，或至少95% w/w，或至少99% w/w，或50-99% w/w，或75-99% w/w的反应性球霰石的沉淀材料，其中球 霰石的平均粒径是1-50微米，或者1-25微米，或者5-50微米，或者10-50微米，或者5-25 微米，或者5-20微米，或者15-20微米，或者10-20微米。在一些实施方案中，该方法进一 步包括：在步骤b)中使水溶液经受沉淀条件以产生包含稳定的球霰石或反应性球霰石的 沉淀材料。此类适合形成具有所需粒径的稳定的球霰石或反应性球霰石的沉淀条件包括但 不限于，温度，pH，压力，离子比例，沉淀速率，添加剂的存在，离子种类的存在，添加剂和离 子种类的浓度，搅拌，停留时间，混合速率，搅动的形式，晶种、催化剂、膜或基底的存在，脱 水，干燥，球磨，及其组合。在一些实施方案中，含N盐包括但不限于氯化铵、硫酸铵、硝酸铵 等。在一些实施方案中，提供了一种方法，该方法包括：a)通过采用氯化铵进行处理来纯化 电石石灰，以制备包含电石石灰的水溶液；b)使包含电石石灰的水溶液与来自工业过程的 二氧化碳接触；以及c)产生包含至少50% w/w，或至少75% w/w，或至少90% w/w，或至少 95% w/w，或至少99% w/w，或50-99% w/w，或75-99% w/w的反应性球霰石的沉淀材料，其 中球霰石的平均粒径是1-50微米，或者1-25微米，或者5-50微米，或者10-50微米，或者 5-25微米，或者5-20微米，或者15-20微米，或者10-20微米。
[0170] 在一些实施方案中，提供了一种方法，该方法包括：a)通过采用含N盐进行处理来 纯化电石石灰，以制备包含电石石灰的水溶液，其中含N盐：电石石灰的摩尔比是2 :1至4 : 1，或2 :1至3 :1，或3 :1至4 :1，或者为2 :1，或3 :1，或4 :1 ;b)使包含电石石灰的水溶液 与来自工业过程的二氧化碳接触；以及c)产生包含至少50% w/w，或至少75% w/w，或至少 90% w/w，或至少95% w/w，或至少99% w/w，或50-99% w/w，或75-99% w/w的反应性球霰 石的沉淀材料，其中球霰石的平均粒径是1-50微米，或者1-25微米，或者5-50微米，或者 10-50微米，或者5-25微米，或者5-20微米，或者15-20微米，或者10-20微米。在一些实 施方案中，提供了一种方法，该方法包括：a)通过采用氯化铵进行处理来纯化电石石灰，以 制备包含电石石灰的水溶液，其中氯化铵：电石石灰的摩尔比是2 :1至4 :1，或2 :1至3 :1， 或3 :1至4 :1，或者为2 :1，或3 :1，或4 :1 ;b)使包含电石石灰的水溶液与来自工业过程的 二氧化碳接触；以及c)产生包含至少50% w/w，或至少75% w/w，或至少90% w/w，或至少 95% w/w，或至少99% w/w，或50-99% w/w，或75-99% w/w的反应性球霰石的沉淀材料，其 中球霰石的平均粒径是1-50微米，或者1-25微米，或者5-50微米，或者10-50微米，或者 5-25微米，或者5-20微米，或者15-20微米，或者10-20微米。在一些实施方案中，该方法 进一步包括：在步骤b)中使水溶液经受沉淀条件以产生包含具有所需粒径的稳定的球霰 石或反应性球霰石的沉淀材料。此类适合形成含有稳定的球霰石或反应性球霰石的碳酸盐 沉淀材料的沉淀条件包括但不限于，温度，pH，压力，离子比例，沉淀速率，添加剂的存在，离 子种类的存在，添加剂和离子种类的浓度，搅拌，停留时间，混合速率，搅动的形式，晶种、催 化剂、膜或基底的存在，脱水，干燥，球磨，及其组合。
[0171] 在一些实施方案中，本发明的组合物可进一步包括普通波特兰水泥（Ordinary Portland Cement，0PC)或波特兰水泥熟料。波特兰水泥组分的量可以不同，并且范围为 10-95% w/w，或 10-90% w/w，或 10-80% w/w，或 10-70% w/w，或 10-60% w/w，或 10-50% w/w，或 10-40 % w/w，或 10-30 % w/w，或 10-20 % w/w，或 20-90 % w/w，或 20-80 % w/w，或 20-70 % w/w，或 20-60 % w/w，或 20-50 % w/w，或 20-40 % w/w，或 20-30 % w/w，或 30-90 % w/w，或 30-80 % w/w，或 30-70 % w/w，或 30-60 % w/w，或 30-50 % w/w，或 30-40 % w/w，或 40-90 % w/w，或 40-80 % w/w，或 40-70 % w/w，或 40-60 % w/w，或 40-50 % w/w，或 50-90 % w/w，或 50-80 % w/w，或 50-70 % w/w，或 50-60 % w/w，或 60-90 % w/w，或 60-80 % w/w，或 60-70 % w/w，或70-90 % w/w，或70-80 % w/w。例如，该组合物可包括75 % OPC和25 %本发 明的组合物，或80% OPC和20%本发明的组合物，或85% OPC和15%本发明的组合物，或 90% OPC和10%本发明的组合物，或95% OPC和5%本发明的组合物的掺合物。
[0172] 在某些实施方案中，所述组合物可进一步包含骨料。骨料可包含在该组合物中以 提供包含细骨料的砂浆和也包含粗骨料的混凝土。细骨料是几乎完全通过4号筛（ASTM C 125和ASTM C 33)的材料，例如硅砂。粗骨料是大部分滞留在4号筛（ASTM C 125和ASTM C 33)上的材料，例如硅石、石英石、压碎的圆形大理石、玻璃球、花岗岩、石灰岩、方解石、长 石、冲积砂、砂以及任何其他持久的骨料，以及它们的混合物。这样，术语"骨料"广泛地用 于指代许多不同类型的粗及细的颗粒材料，包括但不限于砂、砾石、碎石、炉渣以及再生混 凝土。骨料的量和性质可能差异较大。在一些实施方案中，骨料的量可以是由该组合物和 骨料组成的总组合物的25%至80% w/w，如40%至70% w/w，并且包括50%至70% w/w。
[0173] 在一些实施方案中，提供了一种方法，其包括：a)使包含电石石灰的水溶液与来 自工业过程的二氧化碳接触；b)产生包含反应性球霰石的沉淀材料，以及c)使反应性球霰 石换变成文石。在一些实施方案中，在前述方法中，步骤a)在有利于形成反应性球霰石的 沉淀条件下进行。此类可用于前述方法实施方案或本文所述的方法实施方案且适合形成含 有反应性球霰石的碳酸盐沉淀材料的沉淀条件包括但不限于，温度，pH，压力，离子比例，沉 淀速率，添加剂的存在，离子种类的存在，添加剂和离子种类的浓度，搅拌，停留时间，混合 速率，搅动的形式，晶种、催化剂、膜或基底的存在，脱水，干燥，球磨，及其组合。含有文石形 式的沉淀物的产品表现出一种或多种意料之外的性质，包括但不限于高抗压强度、高孔隙 率（低密度或轻质）、中性PH(可用作下文所述的人工礁）、微观结构网等。
[0174] 在一些实施方案中，提供了一种方法，该方法包括：a)通过采用选自硼酸盐、含N 盐、含N脂肪族化合物、含N芳香族化合物或其组合的弱碱进行处理来纯化电石石灰，以制 备包含电石石灰的水溶液；b)使包含电石石灰的水溶液与来自工业过程的二氧化碳接触； c)产生包含反应性球霰石的沉淀材料；以及d)使反应性球霰石转变成文石。在一些实施方 案中，提供了一种方法，该方法包括：a)通过采用选自硼酸盐、含N盐、含N脂肪族化合物、 含N芳香族化合物或其组合的弱碱进行处理来纯化电石石灰，以制备包含电石石灰的水溶 液；b)使包含电石石灰的水溶液与来自工业过程的二氧化碳接触；c)产生包含反应性球霰 石的沉淀材料；以及d)使反应性球霰石转变成文石。在一些实施方案中，提供了一种方法， 该方法包括：a)通过采用含N盐进行处理来纯化电石石灰，以制备包含电石石灰的水溶液； b)使包含电石石灰的水溶液与来自工业过程的二氧化碳接触；c)产生包含反应性球霰石 的沉淀材料；以及d)使反应性球霰石转变成文石。在一些实施方案中，前述方法进一步包 括：在步骤b)中使水溶液经受沉淀条件以产生包含反应性球霰石的沉淀材料。此类适合形 成含有反应性球霰石的碳酸盐沉淀材料的沉淀条件包括但不限于，温度，pH，压力，离子比 例，沉淀速率，添加剂的存在，离子种类的存在，添加剂和离子种类的浓度，搅拌，停留时间， 混合速率，搅动的形式，晶种、催化剂、膜或基底的存在，脱水，干燥，球磨，及其组合。在一些 实施方案中，含N盐包括但不限于氯化铵、硫酸铵、硝酸铵等。在一些实施方案中，提供了一 种方法，该方法包括：a)通过采用氯化铵进行处理来纯化电石石灰，以制备包含电石石灰 的水溶液；b)使包含电石石灰的水溶液与来自工业过程的二氧化碳接触；c)产生包含反应 性球霰石的沉淀材料；以及d)使反应性球霰石转变成文石。
[0175] 在一些实施方案中，在前述方法中，沉淀材料包含至少50% w/w，或至少75% w/w， 或至少90% w/w，或至少95% w/w，或至少99% w/w，或50-99% w/w，或75-99% w/w的反应 性球霰石。在一些实施方案中，在前述方法中，诸如硼酸盐、含N盐、含N脂肪族化合物、含 N芳香族化合物的弱碱：电石石灰的摩尔比或含N盐：电石石灰的摩尔比是2 :1至4 :1，或 2:1至3:1，或2. 5:1至3:1，或3 :1至4 :1，或者为2 :1，或3:1，或4:1。在一些实施方案 中，在前述方法中，反应性球霰石的平均粒径是1-50微米，或者1-25微米，或者5-50微米， 或者10-50微米，或者5-25微米，或者5-20微米，或者15-20微米，或者10-20微米。 反应性球霰石的活化
[0176] 碳酸钙多晶型物之间的转变可通过固态转变发生，可以是溶液介导的，或兼具两 者。在一些实施方案中，该转变是溶液介导的，因为与热活化的固态转变相比其可能需要更 少的能量。球霰石是亚稳态的，且碳酸钙多晶型物在热力学稳定性上的差异可表现为在溶 解性上的差异，其中最不稳定的相最容易溶解（Ostwald，同上）。因此，球霰石可容易地在 溶液中溶解，并有利地向更稳定的多晶型物如文石转变。在类似碳酸钙的多晶型体系中，在 溶液中可同时存在两个动力学过程：亚稳相的溶解和稳定相的生长。在一些实施方案中，文 石晶体可在球霰石正在水性介质中溶解的同时生长。
[0177] 在一方面，可对反应性球霰石进行活化，以在溶解-再沉淀过程中，将反应性球霰 石引向文石路径而非方解石路径。在一些实施方案中，含有反应性球霰石的组合物以这样 的方式进行活化：在溶解-再沉淀过程后，文石形成得到增强而方解石形成受到抑制。含有 反应性球霰石的组合物的活化可导致对文石形成和晶体生长的控制。含有球霰石的组合物 的活化可通过多种方法来实现。本文描述了球霰石活化的多种实例，例如但不限于核活化、 热活化、机械活化、化学活化或其组合。在一些实施方案中，通过多种方法将球霰石活化，以 使得在含有球霰石的组合物与水反应时能够控制文石形成及其形态和/或晶体生长。形成 的文石导致由反应性球霰石形成的产品的更高的抗拉强度和抗断裂性。
[0178] 在一些实施方案中，反应性球霰石可通过如本文所述的机械手段进行活化。例如， 包含反应性球霰石的组合物可通过在球霰石组合物上产生表面缺陷以加速文石的形成而 进行活化。在一些实施方案中，活化的球霰石为球磨的反应性球霰石或具有表面缺陷的反 应性球霰石，以便促进文石形成途径。
[0179] 还可通过向球霰石组合物提供化学活化或核活化而将含有反应性球霰石的组合 物进行活化。这样的化学活化或核活化可由一种或多种文石晶种、无机添加剂或有机添加 剂来提供。本文提供的组合物中存在的文石晶种可从天然来源或合成来源获得。天然来源 包括但不限于礁砂、石灰岩、某些淡水和海洋无脊椎生物的坚硬骨骼材料（包括斧足贝、腹 足动物和软体动物壳），以及温水珊瑚和冷水珊瑚的钙质内骨骼、珍珠、岩石、沉积物、矿石 矿物（例如，蛇纹石）等。合成来源包括但不限于如由碳酸钠和氯化钙形成的沉淀的文石； 或通过球霰石向文石转变而形成的文石，如本文所述的转变的球霰石。
[0180] 在一些实施方案中，本文提供的组合物中的无机添加剂或有机添加剂可以是能活 化反应性球霰石的任何添加剂。本文提供的组合物中的无机添加剂或有机添加剂的一些实 例包括但不限于癸基硫酸钠、月桂酸、月桂酸的钠盐、尿素、柠檬酸、柠檬酸的钠盐、邻苯二 甲酸、邻苯二甲酸的钠盐、牛磺酸、肌酸、右旋糖、聚（η-乙烯基-1-吡咯烷酮）、天冬氨酸、天 冬氨酸的钠盐、氯化镁、乙酸、乙酸的钠盐、谷氨酸、谷氨酸的钠盐、氯化锶、石膏、氯化锂、氯 化钠、甘氨酸、脱水柠檬酸钠、碳酸氢钠、硫酸镁、乙酸镁、聚苯乙烯钠、十二烷基磺酸钠、聚 乙烯醇或其组合。在一些实施方案中，本文提供的组合物中的无机添加剂或有机添加剂包 括但不限于牛磺酸、肌酸、聚（η-乙烯基-1-吡咯烷酮）、月桂酸、月桂酸的钠盐、尿素、氯化 镁、乙酸、乙酸的钠盐、氯化锶、硫酸镁、乙酸镁或其组合。在一些实施方案中，在本文提供的 组合物中的无机添加剂或有机添加剂包括但不限于氯化镁、硫酸镁、乙酸镁或它们的组合。 球霰石形成活化的球霰石或反应性球霰石的此类活化描述于2012年4月26日提交的美国 专利申请号13/457, 156中，该专利申请通过引用全部并入本文。
[0181] 不受任何理论所限制，预期通过球磨或通过加入文石晶种、无机添加剂或有机添 加剂或其组合对球霰石的活化可在活化的反应性球霰石的溶解-再沉淀过程中导致对文 石形成的控制，包括控制性质，例如但不限于多晶型物、形态、粒径、交联、凝聚、凝固、聚集、 沉积、结晶、抑制沿晶体某个面的生长、允许沿晶体某个面的生长，或它们的组合。例如，文 石晶种、无机添加剂或有机添加剂可选择性地针对于文石的形态，抑制方解石生长，并促进 通常可能在动力学上不利的文石的形成。
[0182] 在一些实施方案中，可加入一种或多种无机添加剂以促进球霰石向文石的转变。 所述一种或多种添加剂可在该过程的任何步骤中加入。例如，所述一种或多种添加剂可在 电石石灰纯化期间、在纯化的电石石灰溶液与二氧化碳接触期间、在纯化的电石石灰溶液 与二氧化碳接触之后、在沉淀材料沉淀期间、在浆料中的沉淀材料沉淀之后、在沉淀材料脱 水后的浆料中、在浆料干燥后的粉末中、在将与粉末沉淀材料混合的水溶液中，或在由粉末 沉淀材料与水制成的浆料中，或它们的任意组合中加入。在一些实施方案中，制备碳酸盐沉 淀材料的过程中使用的水可以已经含有一种或多种添加剂或一种或多种添加剂离子。例 如，如果在该过程中使用海水，则添加剂离子可已经存在于海水中。
[0183] 在一些实施方案中，提供了一种方法，其包括：a)使包含电石石灰的水溶液与来 自工业过程的二氧化碳接触；b)产生包含反应性球霰石的沉淀材料；c)将一种或多种添加 剂加入至沉淀材料中；以及d)使反应性球霰石转变成文石。在一些实施方案中，在前述方 法中，步骤a)在有利于形成反应性球霰石的沉淀条件下进行。此类可用于前述方法实施方 案或本文所述的方法实施方案且适合形成含有反应性球霰石的碳酸盐沉淀材料的沉淀条 件包括但不限于，温度，pH，压力，离子比例，沉淀速率，添加剂的存在，离子种类的存在，添 加剂和离子种类的浓度，搅拌，停留时间，混合速率，搅动的形式，晶种、催化剂、膜或基底的 存在，脱水，干燥，球磨，及其组合。
[0184] 在一些实施方案中，提供了一种方法，该方法包括：a)通过采用选自硼酸盐、含N 盐、含N脂肪族化合物、含N芳香族化合物或其组合的弱碱进行处理来纯化电石石灰，以制 备包含电石石灰的水溶液；b)使包含电石石灰的水溶液与来自工业过程的二氧化碳接触； c)产生包含反应性球霰石的沉淀材料；c)将一种或多种添加剂加入至沉淀材料中；以及d) 使反应性球霰石转变成文石。在一些实施方案中，提供了一种方法，该方法包括：a)通过采 用选自含N脂肪族化合物、含N芳香族化合物或其组合的弱碱进行处理来纯化电石石灰，以 制备包含电石石灰的水溶液；b)使包含电石石灰的水溶液与来自工业过程的二氧化碳接 触；c)产生包含反应性球霰石的沉淀材料；c)将一种或多种添加剂加入至沉淀材料中；以 及d)使反应性球霰石转变成文石。在一些实施方案中，提供了一种方法，该方法包括：a) 通过采用含N盐进行处理来纯化电石石灰，以制备包含电石石灰的水溶液；b)使包含电石 石灰的水溶液与来自工业过程的二氧化碳接触；c)产生包含反应性球霰石的沉淀材料；c) 将一种或多种添加剂加入至沉淀材料中；以及d)使反应性球霰石转变成文石。在一些实 施方案中，前述方法进一步包括：在步骤b)中使水溶液经受沉淀条件以产生包含反应性球 霰石的沉淀材料。此类适合形成含有反应性球霰石的碳酸盐沉淀材料的沉淀条件包括但不 限于，温度，pH，压力，离子比例，沉淀速率，添加剂的存在，离子种类的存在，添加剂和离子 种类的浓度，搅拌，停留时间，混合速率，搅动的形式，晶种、催化剂、膜或基底的存在，脱水， 干燥，球磨，及其组合。在一些实施方案中，含N盐包括但不限于氯化铵、硫酸铵、硝酸铵等。 在一些实施方案中，提供了一种方法，该方法包括： a)通过采用氯化铵进行处理来纯化电 石石灰，以制备包含电石石灰的水溶液；b)使包含电石石灰的水溶液与来自工业过程的二 氧化碳接触；c)产生包含反应性球霰石的沉淀材料；c)将一种或多种添加剂加入至沉淀材 料中；以及d)使反应性球霰石转变成文石。
[0185] 在一些实施方案中，在前述方法中，沉淀材料包含至少50% w/w，或至少75% w/w， 或至少 90 % w/w，或至少 95 % w/w，或至少 99 % w/w，或 50-99 % w/w，或 75-99 % w/w 的反 应性球霰石。在一些实施方案中，在前述方法中，诸如硼酸盐、含N盐、含N脂肪族化合物、 含N芳香族化合物的弱碱：电石石灰或者含N盐：电石石灰的摩尔比是2 :1至4 :1，或2 :1 至3:1，或2. 5:1至3:1，或3:1至4 :1，或者为2:1，或3:1，或4:1。在一些实施方案中， 在前述方法中，反应性球霰石的平均粒径是1-50微米，或者1-25微米，或者5-50微米，或 者10-50微米，或者5-25微米，或者5-20微米，或者15-20微米，或者10-20微米。
[0186] 在一些实施方案中，在前述方法中，所述一种或多种添加剂是选自铍、镁、锶、钡或 其组合的碱土金属离子。在一些实施方案中，所述一种或多种添加剂是包括但不限于镁、 锶、钡、钠、钾、氯、溴、碘等离子的盐。例如，在该过程中加入的一种或多种添加剂为，但不限 于，氯化铍、氯化镁、溴化镁、碘化镁、氯化锶、溴化锶、碘化锶、氯化钡、溴化钡、碘化钡、氯化 钠、溴化钠、碘化钠、氯化钾、溴化钾、碘化钾等。
[0187] 在一些实施方案中，在前述方法中，在所述过程中加入的一种或多种添加剂的量 大于0. 1重量％，或大于0. 5重量％，或大于1重量％，或大于1. 5重量％，或大于1. 6重 量％，或大于1. 7重量％，或大于1. 8重量％，或大于1. 9重量％，或大于2重量％，或大于 2. 1重量％，或大于2. 2重量％，或大于2. 3重量％，或大于2. 4重量％，或大于2. 5重量％， 或大于2. 6重量％，或大于2. 7重量％，或大于2. 8重量％，或大于2. 9重量％，或大于3重 量％，或大于3. 5重量％，或大于4重量％，或大于4. 5重量％，或大于5重量％，或为0. 5-5 重量％，或0. 5-4重量％，或0. 5-3重量％，或0. 5-2重量％，或0. 5-1重量％，或1-3重 量％，或1-2. 5重量％，或1-2重量％，或1. 5-2. 5重量％，或2-3重量％，或2. 5-3重量％， 或0. 5重量％，或1重量％，或I. 5重量％，或2重量％，或2. 5重量％，或3重量％，或3. 5 重量％，或4重量％，或4. 5重量％，或5重量％。在一些实施方案中，在前述方法中，在所 述过程中加入的一种或多种添加剂的量是0. 5-3重量％或1. 5-2. 5重量％。
[0188] 在一些实施方案中，如通过上述方法制备的本发明的组合物在用水性介质在一项 或多项适当的条件下处理后凝结及硬化。该水性介质包括但不限于任选地含有添加剂的淡 水或盐水。在一些实施方案中，所述一项或多项适当的条件包括但不限于温度、压力、凝结 时长、水性介质与组合物之比，以及它们的组合。温度可以与水性介质的温度相关。在一些 实施方案中，温度是在 O-IKTC，或 0-80°C，或 0-60°C，或 0-40°C，或 25-100°C，或 25-75°C， 或 25-50 °C，或 37-100 °C，或 37-60 °C，或 40-100 °C，或 40-60 °C，或 50-100 °C，或 50-80 °C，或 60-100°C，或60-80°C，或80-100°C的范围内。在一些实施方案中，压力为大气压或高于大 气压。在一些实施方案中，使水泥产品凝结的时长是30分钟至48小时，或30分钟至24小 时，或30分钟至12小时，或30分钟至8小时，或30分钟至4小时，或30分钟至2小时，2 至48小时，或2至24小时，或2至12小时，或2至8小时，或2至4小时，5至48小时，或 5至24小时，或5至12小时，或5至8小时，或5至4小时，或5至2小时，10至48小时， 或10至24小时，或24至48小时。
[0189] 在一些实施方案中，水性介质与干组分或与本发明的组合物的比例（水性介质： 干组分，或水性介质：本发明的沉淀材料）是0. 1-10,或0. 1-8,或0. 1-6,或0. 1-4,或 0· 1-2,或 0· 1-1，或 0· 2-10,或 0· 2-8,或 0· 2-6,或 0· 2-4,或 0· 2-2,或 0· 2-1，或 0· 3-10,或 0. 3-8,或 0. 3-6,或 0. 3-4,或 0. 3-2,或 0. 3-1，或 0. 4-10,或 0. 4-8,或 0. 4-6,或 0. 4-4,或 0· 4-2,或 0· 4-1，或 0· 5-10,或 0· 5-8,或 0· 5-6,或 0· 5-4,或 0· 5-2,或 0· 5-1，或 0· 6-10,或 0. 6-8,或 0. 6-6,或 0. 6-4,或 0. 6-2,或 0. 6-1，或 0. 8-10,或 0. 8-8,或 0. 8-6,或 0. 8-4,或 0. 8-2,或 0. 8-1，或 1-10,或 1-8,或 1-6,或 1-4,或 1-2,或 1:1，或 2 :1，或 3 :1。
[0190] 在一些实施方案中，可以用淡水漂洗沉淀物以从沉淀物中除去岩盐或氯化物含 量。氯化物在一些应用中可能是不期望的，例如在打算用于混凝土的骨料中，因为氯化物可 能具有腐蚀钢筋的倾向。例如，自胶结组合物可一直保持在盐水中直至使用前，并且用淡水 漂洗，这可从沉淀物中除去岩盐并促进胶结材料的形成。
[0191] 在一些实施方案中，这样的漂洗可能是不期望的，因为它可能降低组合物的产率。 在这样的实施方案中，可以用具有低氯化物浓度但具有高二价阳离子（例如钙、镁等）浓度 的溶液来洗涤该沉淀物。这样的高二价阳离子浓度可以防止沉淀物的溶解，从而降低产率 损失以及向胶结材料的转化。
[0192] 在组合物与水性介质混合的过程中，可使该沉淀物经受高剪切混合器。混合之 后，可将沉淀物再次脱水，并置于预成形的模具中以制备成形建筑材料，或者可用于使用本 领域公知的或本文所述的方法制备成形建筑材料。或者，可将沉淀物与水混合并可使之 凝结。该沉淀物可经数天的时间凝结，然后可将其置于烘箱中进行干燥，例如在40°C，或 40°C -60°C，或 40°C -50°C，或 40°C -100°C，或 50°C -60°C，或 50°C -80°C，或 50°C -100°C， 或60°C -80 °C，或60°C -100 °C下。沉淀物可在高温（例如50 °C -60 °C，或50 °C -80 °C，或 50°C -100°C，或 60°C -80°C，或 60°C -100°C，或 60°C，或 80°C -100°C )、高湿度（例如在 30%或40%或50%或60%的湿度）下经历固化。
[0193] 由本文所述的方法生产的产品可以是骨料或建筑材料或预制材料或成形建筑材 料。在一些实施方案中，由本文所述的方法生产的产品包括非胶结性材料，诸如纸、涂料、 PVC等。在一些实施方案中，由本文所述的方法生产的产品包括人工礁。这些产品已在本文 进行了描述。 外加剂
[0194] 在一些实施方案中，可将湿或干燥形式的沉淀材料与一种或多种外加剂混合以赋 予产品一种或多种性质，包括但不限于强度、挠曲强度、抗压强度、孔隙率、热导率等。所采 用的外加剂的量可根据外加剂的性质而不同。在一些实施方案中，所述一种或多种外加剂 的量的范围为 1_50% w/w，诸如 1-30% w/w，或 1-25% w/w，或 1-20% w/w，或 2-10% w/w。 外加剂的实例包括但不限于，促凝剂、缓凝剂、加气剂（air-entraining agent)、发泡剂、消 泡剂、碱活性降低剂（alkali-reactivity reducer)、粘结外加剂、分散剂、着色外加剂、腐 蚀抑制剂、防潮外加剂、发气剂、减渗剂、泵送助剂、收缩补偿外加剂、杀真菌外加剂、杀菌外 加剂、杀虫外加剂、流变学改性剂、细碎矿物外加剂、火山灰、骨料、润湿剂、强度增强剂、防 水剂、增强材料（诸如纤维）以及任何其他外加剂。当使用外加剂时，将其中引入外加剂原 料的组合物或碳酸盐沉淀材料混合足够的时间，以使外加剂原料相对均匀地分散在整个组 合物中。
[0195] 促凝剂可用于加速水泥的凝结和早期强度形成。可使用的促凝剂的实例包括但 不限于POZZOUTH?NC534 (无氯型促凝剂）和/或RHEOCRETEiCNl (基 于亚硝酸钙的腐蚀抑制剂），二者均由俄亥俄州克利夫兰市（Cleveland，Ohio)的BASF Admixtures Inc.以上述商标进行出售。缓凝剂，也称为延迟凝结或水合控制外加剂，用 于阻止、延迟或减缓水泥的凝结速率。大部分缓凝剂还可作为低水平的减水剂，并且还 可用于将一些空气携带至产品中。缓凝剂的一个实例是由俄亥俄州克利夫兰市的BASF Admixtures Inc.生产的DELVO_K_。加气剂包括将空气携带入组合物的任何物质。一些 加气剂还可在低浓度下降低组合物的表面张力。加气外加剂用于有目的地将微小气泡携带 入水泥中。加气可在消除或减少分离（segregation)和渗出（bleeding)的同时增加混合 物的可加工性。用于达到这些期望效果的材料可选自木材树脂、天然树脂、合成树脂、磺化 木质素、石油酸、蛋白质材料、脂肪酸、树脂酸、烷基苯磺酸盐、磺化烃类、松香皂树脂、阴离 子表面活性剂、阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂、天然松香、合成松香、无机加气剂、 合成去污剂，和它们相应的盐，以及它们的混合物。加气剂以在胶结性组合物中产生所需水 平的空气的量进行添加。可在外加剂体系中使用的加气剂的实例包括但不限于MB AE 90、 MB VR和MICRO AlR^，这些产品均可从俄亥俄州克利夫兰市的BASF Admixtures Inc.获 得。
[0196] 在一些实施方案中，将沉淀材料与发泡剂混合。发泡剂引入大量的气穴/气孔， 并有利于降低材料的密度。发泡剂的实例包括但不限于肥皂、去污剂（烷基醚硫酸盐）、 111；[11丨；1!'03111 1￥(烧基醚硫酸盐）、06(16。31111(烧基乙氧基硫酸按）、'\￥；[1：0013丨6 11112760 等。
[0197] 另外还感兴趣的外加剂是消泡剂。消泡剂用于减少胶结性组合物中的空气含量。 另外还感兴趣的外加剂是分散剂。分散剂包括但不限于具有或不具有聚醚单元的聚羧酸 分散剂。术语分散剂也意在包括那些还起到用于组合物的增塑剂、减水剂（诸如高效减水 剂）、流化剂、防絮凝剂或超增塑剂的作用的化学物质，诸如木质素磺酸盐、磺化萘磺酸盐缩 合物的盐、磺化三聚氰胺磺酸盐缩合物的盐、β -萘磺酸盐、磺化三聚氰胺甲醛缩合物、萘磺 酸盐甲醛缩合物树脂，例如LOMAR D?分散剂（Cognis Inc.，Cincinnati, Ohio)、聚天冬氨 酸盐（polyaspartate)或低聚物分散剂。可以使用聚羧酸分散剂，其指具有带有悬垂侧链 的碳主链的分散剂，其中侧链的至少一部分通过羧基基团或醚基团连接到主链上。
[0198] 出于美观和安全原因，天然和合成的外加剂可用于对产品着色。这些着色外加剂 可由颜料组成，并包括炭黑、氧化铁、酞菁、棕土、氧化铬、氧化钛、钴蓝和有机着色剂。另外 还感兴趣的外加剂是腐蚀抑制剂。腐蚀抑制剂可用于保护嵌入的加强钢免受腐蚀。通常用 于抑制腐蚀的材料是亚硝酸钙、亚硝酸钠、苯甲酸钠、某些磷酸盐或氟硅酸盐、氟代矾土石 (fluoroaluminite)、胺和相关化学品。感兴趣的还有防潮外加剂。防潮外加剂降低了产品 的渗透性，该产品具有低水泥含量、高水灰比，或在骨料中缺乏细骨料。这些外加剂阻止水 气渗入干产品，并且包括某些肥皂、硬脂酸盐和石油产品。感兴趣的还有发气外加剂。有时 向混合物中加入发气剂或气体形成剂以在硬化前引起轻微膨胀。膨胀的量取决于所用的气 体形成材料的量和新鲜混合物的温度。铝粉、树脂皂以及植物或动物胶、皂角苷或水解蛋白 质可用作气体形成剂。感兴趣的还有减渗剂。减渗剂可用于降低水在压力下输送通过混合 物的速率。硅灰、飞灰、矿渣粉、天然火山灰、减水剂和乳胶可用于降低混合物的渗透性。
[0199] 感兴趣的还有流变学改性剂外加剂。流变学改性剂可用于提高组合物的粘度。流 变学改性剂的合适实例包括坚硬的二氧化娃（firmed silica)、娃胶、轻乙基纤维素、淀粉、 羟丙基纤维素、飞灰（如ASTM C618中定义的）、矿物油（如环烷轻质油）、粘土（如锂蒙脱 石（hectorite)粘土）、聚氧化稀、多糖、天然树胶或它们的混合物。一些矿物增量剂（例如 但不限于海泡石粘土）是流变学改性剂。
[0200] 感兴趣的还有收缩补偿外加剂。TETRAGUAR.D_I<:是减缩剂的一个实例，并可 从俄亥俄州克利夫兰市的BASF Admixtures Inc.获得。可通过使用杀真菌和杀菌外加剂 来部分地控制细菌和真菌在硬化产品之内或之上的生长。用于这些目的的材料包括但不限 于多卤代酷、dialdrin乳剂和铜化合物。在一些实施方案中还感兴趣的是改善可加工性的 外加剂。携带的空气，起类似于润滑剂的作用，可用作可加工性改善剂。其他的可加工性试 剂是减水剂和某些细碎外加剂。
[0201] 在一些实施方案中，本发明的组合物与增强材料如纤维一起使用，例如，在期望纤 维增强的产品的情况下。纤维可由含氧化锆的材料、铝、玻璃、钢、碳、陶瓷、草、竹、木材、玻 璃纤维或合成材料，例如聚丙烯、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚乙烯醇、尼龙、聚乙烯、聚酯、人造 丝、高强度芳香族聚酰胺（即Kevlar_:l<_)或它们的混合物制成。增强材料在2012年7月 27日提交的美国专利申请系列号13/560,246中进行了描述，该专利申请整体并入本发明 的公开内容中。
[0202] 可使用任何合适的方案对本发明组合物的组分进行组合。可在工作进行时将各个 材料混合，或者可预先将部分或全部材料混合。或者，将一些材料与具有或不具有外加剂 (如高效减水外加剂）的水混合，然后可将剩余材料与其混合。作为混合设备，可使用任何 传统的设备。例如，可采用Hobart混合器、斜筒式混合器（slant cylinder mixer)、Omni 混合器、Henschel混合器、V型混合器和Nauta混合器。 II.系统
[0203] 本发明的方法和系统可在陆地（例如，在存在合适的含电石石灰源或者容易且经 济地在其中进行运输的地方）、在海上或在海洋中进行。在一些实施方案中，本发明的方法 和系统在具有过剩电石石灰的乙烯生产厂附近进行。在一些实施方案中，本发明的方法和 系统在具有过剩电石石灰的垃圾填埋场附近进行。在一些实施方案中，本发明的方法和系 统与乙炔生产厂整合，使得从乙炔生产过程中得到的电石石灰同时用于生产包含稳定的球 霰石或反应性球霰石的含碳酸盐的沉淀材料。
[0204] 本发明的方面包括用于实施本文所述的方法的系统，该系统包括加工厂房或工 厂。本发明的系统可具有能够实施特定的目标生产方法的任何配置。在一些实施方案中， 该系统被配置为每天生产超过1吨的沉淀材料。在一些实施方案中，该系统被配置为每天 生产超过10吨的沉淀材料。在一些实施方案中，该系统被配置为每天生产超过100吨的沉 淀材料。在一些实施方案中，该系统被配置为每天生产超过1000吨的沉淀材料。在一些实 施方案中，该系统被配置为每天生产超过10, 〇〇〇吨的含有碳酸盐的沉淀材料。
[0205] 在某些实施方案中，所述系统包括电石石灰源或含电石石灰的水溶液源（如具有 水溶液输入的结构）。例如，所述系统可包括含有电石石灰的水溶液的管道或类似进料结 构，其中所述水溶液是盐水、海水或淡水。所述系统进一步包括〇) 2源，以及在沉淀反应器 之前或在沉淀反应器内用于将这些来源与水（任选水溶液，诸如水、盐水或海水）结合的组 件。因此，沉淀系统可包括单独的〇) 2源，例如，其中该系统被配置为在电石石灰的水溶液 和/或上清液在该过程的某些时间与二氧化碳源接触的实施方案中使用。该来源可以是任 何本文所述的来源（例如，工业发电厂的废物进料），例如通过气-液接触器（诸如在2009 年5月14日提交的美国临时专利申请61/178475中描述的，该专利申请通过引用整体并入 本文）实现气体接触。在一些实施方案中，气-液接触器被配置为与足够的〇) 2接触以每 天生产超过1、10、100、1，〇〇〇或10, 〇〇〇吨的沉淀材料。
[0206] 所述系统进一步包括沉淀反应器，该沉淀反应器使引入到沉淀反应器中的水经受 碳酸盐化合物沉淀条件（如本文所述）并产生沉淀材料和上清液。在一些实施方案中，该 沉淀反应器被配置成容纳足以每天生产超过1、1〇、1〇〇、1，000或10, 000吨的沉淀材料的 水。该沉淀反应器还可配置为包括许多不同元件中的任何元件，例如温度调节元件（例如， 配制为将水加热至所需的温度）、化学添加剂元件（例如，配制用于将添加剂等引入至沉淀 反应混合物中）、电解元件（例如，阴极、阳极等）、计算机自动化元件等。
[0207] 可以以将废气流从工业厂房输送至沉淀厂房的任何常规方式将废气流从工业厂 房供应至沉淀位点。在一些实施方案中，废气流用气体输送器（例如，输送管）提供，该气 体输送器从工业厂房地点（例如，工业厂房烟道）通到沉淀地点的一个或多个位置。废气 流源可相对于沉淀地点位于远端位置，以使废气流源位于距离沉淀位置1英里或更远，诸 如10英里或更远，包括100英里或更远的位置。例如，该废气流可能已经经由CO 2气体输 送系统（例如，管道）从远程工业厂房输送到沉淀地点。由工业厂房产生的含CO2的气体 在其到达沉淀地点（即发生沉淀和/或产生骨料的地点）之前可进行或不进行处理（例如 除去其他组分）。在又一些情况下，废气流源很接近沉淀地点。例如，沉淀地点与废气流源 整合，诸如整合有用于使沉淀材料（可用于生产产品）沉淀的沉淀反应器的发电厂。
[0208] 如上文所指出的，废气流可以是从工业厂房的烟道或类似结构中得到的气流。在 这些实施方案中，管线（例如，输送管）与烟道连接，使得气体离开烟道通过管线并输送到 沉淀系统的适当位置。根据沉淀系统在使用废气流的地点的特定配置，从中获得废气流的 来源位置可以不同（例如，用以提供具有适当或期望的温度的废气流）。因此，在期望具有 0°C至1800°C如60°C至700°C温度的废气流的某些实施方案中，可在锅炉或汽轮机、窑的出 口点，或者在发电厂或烟囡的提供所需温度的任何位点获得烟道气。需要时，烟道气保持在 露点以上的温度（例如，125°C)以避免冷凝和相关的并发反应。如果不能够保持在露点以 上的温度，可采取措施来减少冷凝的不利影响（例如，使用不锈钢输送管、内衬氟碳化合物 (例如聚四氟乙烯）、用水稀释以及控制PH等），以使该输送管不会快速退化。
[0209] 当由系统处理以产生碳酸盐化合物组合物的盐水源是海水时，输入与海水源流体 连通，例如，当该输入是从海水到陆基系统或船的船体入口的管道或进料装置时，例如当该 系统是船的一部分时，例如在基于海洋的系统中。
[0210] 本发明的方法和系统还可包括一个或多个配置用于监测水性介质源或二氧化碳 源的检测器（图中未示出）。监测可包括但不限于收集有关水或二氧化碳气体的压力、温 度和组成的数据。该检测器可以是配置用于监控的任何便利的装置，例如，压力传感器（例 如，电磁压力传感器、电位压力传感器等）、温度传感器（电阻温度检测器、热电偶、气体温 度计、热敏电阻、高温计、红外辐射传感器等）、体积传感器（例如，地球物理衍射断层摄影 术、X射线断层摄影术、水声测量器等）以及用于确定水或二氧化碳气体的化学组成的装 置（例如，红外光谱仪、核磁共振光谱仪、紫外-可见分光光度计、高效液相色谱仪、电感耦 合等离子体发射光谱仪、电感耦合等离子体质谱仪、离子色谱仪、X射线衍射仪、气相色谱 仪、气相色谱-质谱仪、流动-注射分析装置、闪烁计数器、酸量滴定装置和火焰发射光谱仪 等）。
[0211] 在一些实施方案中，检测器还可包括计算机界面，该计算机界面配制为向用户提 供收集到的关于水性介质、二价阳离子溶液和/或二氧化碳气体的数据。例如，检测器可测 定水性介质、二价阳离子溶液和/或二氧化碳气体的内部压力，且计算机界面可提供水性 介质、二价阳离子溶液和/或二氧化碳气体的内部压力随时间的变化的汇总。在一些实施 方案中，该汇总可作为计算机可读数据文件进行存储或者可作为用户可读文件打印出来。
[0212] 在一些实施方案中，检测器可以是可收集关于水性介质、二价阳离子溶液和/或 二氧化碳气体的实时数据（例如，内部压力、温度等）的监测装置。在其他实施方案中，检测 器可以是一个或多个检测器，其被配置为以规律的间隔测定水性介质、二价阳离子溶液和/ 或二氧化碳气体的参数，例如每1分钟、每5分钟、每10分钟、每30分钟、每60分钟、每100 分钟、每200分钟、每500分钟或以一些其他时间间隔来测定组合物。
[0213] 所述系统进一步包括用于将含有碳酸盐的沉淀材料从产生该沉淀材料的反 应混合物中分离的液体分离器。如在2009年4月16日提交的美国临时专利申请 61/170086(该专利申请通过引用并入本文）所详述的，液-固分离器，如Epuramat的 Extrem-Separator ( "ExSep"）液-固分离器、Xerox PARC 的螺旋浓缩器或者 Epuramat 的 ExSep或Xerox PARC的螺旋浓缩器的改进形式，可用于将沉淀材料从沉淀反应混合物中分 离。在某些实施方案中，分离器是用于干燥由碳酸盐矿物沉淀站所产生的沉淀的碳酸盐矿 物组合物的干燥站。根据系统的特定干燥方案，干燥站可包括如本文所述的过滤元件、冷冻 干燥结构、喷雾干燥结构等。
[0214] 在某些实施方案中，所述系统可进一步包括用于由沉淀物制备建筑材料如水泥或 骨料的站点。参见，例如，2008年5月23日提交的名称为"Hydraulic Cements Comprising Carbonate Compounds Compositions" 的美国专利申请系列号 12/126, 776 和 2008 年 5 月 23 日提交的名称为"C02Sequestering Aggregate, and Methods of Making and Using the Same"美国临时专利申请系列号61/056, 972,这些专利申请的公开内容通过引用并入本文。 其他材料，如成形建筑材料和/或非胶结性材料，也可由沉淀物中形成且可使用适当的站 点来制备。
[0215] 如上文所指出的，所述系统可以存在于陆地或海上。例如，所述系统可以是陆基系 统，其在沿海区域中，例如靠近海水源，或者甚至在内部位置，在那里将水从盐水源例如海 洋用管道输送到该系统。或者，所述系统是基于水的系统，即，存在于水上或水中的系统。这 样的系统可根据需要存在于船、海基平台等之上。
[0216] 图6示出了用于燃烧煤并利用电石石灰除去废物如灰分和硫的典型的发电厂工 艺。图6表示本发明一个实施方案的实例，其中在碳酸盐化合物沉淀过程中使用CO 2 (含有 飞灰、NOx、S0x、Hg和其他污染物）作为反应物以除去这些部分并将它们截存到建筑环境 中，例如通过将它们用于水泥、成形建筑材料和/或非胶结性材料中。在该实例中，使用电 石石灰作为反应物以增加 PH并提供二价阳离子，如钙。
[0217] 煤600在蒸汽锅炉601中燃烧，蒸汽锅炉601产生蒸汽从而为涡轮发电机提供动 力并发电。煤的燃烧产生包含C0 2、S0x、N0x、Hg等以及飞灰的烟道气602。在该实施方案 中，所用的煤可以是能够廉价得到但产生大量的SOx和其他污染物的高硫次烟煤。煤的燃 烧还产生底灰610,底灰610可被送至垃圾填埋场或作为低价值的骨料使用。烟道气602可 通过或者可不通过分离装置，该分离装置通常为静电沉淀器，可导致从烟道气602中除去 飞灰。根据燃烧的方式和煤的类型，飞灰可有利地用在混凝土中或进行土地填埋。将烟道 气602、电石石灰620 (采用弱碱纯化后）、水625以及在（一些实施方案中）任选的另外的 碱源和/或质子去除剂加入到反应器630中，其中发生碳酸盐矿物沉淀过程，产生浆料631。
[0218] 将浆料631通过泵640泵送至干燥系统650,在一些实施方案中该过程包括过滤 步骤以及随后的喷雾干燥。将从干燥系统650中分离出的水651排出或再循环至反应器 630。将从干燥系统650得到的固体或粉末660用作水泥或骨料以生产建筑材料，从而有效 地将C0 2、SOx以及（在一些实施方案中）其他污染物（如汞和/或NOx)截存到建筑环境 中。固体或粉末660也可用作诸如纸、塑料、涂料等非胶结性产品中的PCC填充剂。固体或 粉末660也可用于形成成形建筑材料，如干式墙、水泥板等。
[0219] 因此，在一方面，提供一种系统，该系统包括：沉淀反应器，其配置为使包含电石石 灰的水溶液与来自二氧化碳源的二氧化碳接触；以及液-固分离器，其可操作地与沉淀反 应器连接并配制为分离从沉淀反应器获得的沉淀材料。在一些实施方案中，该系统包括二 氧化碳源。在一些实施方案中，二氧化碳源来自燃煤发电厂或水泥厂。在一些实施方案中， 该系统进一步包括质子去除剂的补充来源。在一些实施方案中，该系统进一步包括二价阳 离子的补充来源。在一些实施方案中，该系统进一步包括配制为由液-固分离器的固体产 物生产建筑材料的建筑材料生产单元。
[0220] 在一些实施方案中，本发明的系统可包括控制站，该控制站被配置为控制输送到 沉淀器或装料机的二氧化碳的量和/或电石石灰的量；输送到分离器的沉淀物的量；输送 到干燥站的沉淀物的量；和/或输送到精炼站的沉淀物的量。控制站可包括手动、机械或数 字控制的一组阀或多阀系统，或者可采用任何其他便利的流动调节方案。在一些情况下，控 制站可包括计算机界面（其中，调节是计算机辅助的或完全由计算机控制），如上文所述， 该计算机界面被配置为向用户提供输入和输出参数以控制量。 III.产品
[0221] 本发明提供了利用电石石灰由0)2制备含碳酸盐的组合物的方法和系统，其中CO 2 可来自多种不同来源（例如，工业废物的副产物，如在碳基燃料燃烧期间由发电厂产生的 废气流）。因此，本发明从CO2的废气来源中去除或分离CO 2，并将0)2固定为非气态的、储 存稳定的形式（例如，用于构建诸如建筑物和基础设施等结构的材料，以及该结构本身或 成形建筑材料，例如干式墙，或非胶结性材料如纸、涂料、塑料等，或人工礁），使得CO 2不能 逸入大气中。 建筑材料
[0222] 本文使用的"建筑材料"包括建筑用材料。在一方面，提供了一种包含碳酸盐沉淀 材料的凝结和硬化形式（即反应性球霰石已转变为文石）的结构或建筑材料。在一些实施 方案中，提供了一种方法，其包括：a)使包含电石石灰的水溶液与来自工业过程的二氧化 碳接触；b)产生包含反应性球霰石的沉淀材料；c)使反应性球霰石转变为文石；以及d)由 文石形成建筑材料。在一些实施方案中，提供了一种方法，该方法包括：a)通过采用选自硼 酸盐、含N盐、含N脂肪族化合物、含N芳香族化合物或其组合的弱碱进行处理来纯化电石 石灰，以制备包含电石石灰的水溶液；b)使包含电石石灰的水溶液与来自工业过程的二氧 化碳接触；c)产生包含反应性球霰石的沉淀材料；d)使反应性球霰石转变为文石；以及e) 由文石形成建筑材料。在一些实施方案中，在上述方法中，使包含电石石灰的水溶液与二氧 化碳接触的步骤在有利于形成反应性球霰石的沉淀条件下进行。此类可用于上述方法实施 方案或本文所述的方法实施方案且适合形成包含反应性球霰石的碳酸盐沉淀材料的沉淀 条件包括但不限于，温度，pH，压力，离子比例，沉淀速率，添加剂的存在，离子种类的存在， 添加剂和离子种类的浓度，搅拌，停留时间，混合速率，搅动的形式，晶种、催化剂、膜或基底 的存在，脱水，干燥，球磨，及其组合。含有文石形式的沉淀物的产品表现出一种或多种意料 之外的性质，包括但不限于高抗压强度、高孔隙率（低密度或轻质）、中性PH(可用作下文所 述的人工礁）、微观结构网等。
[0223] 这样的结构或建筑材料的实例包括但不限于建筑物、车道、地基、厨房板、家具、人 行道、公路、桥梁、高速公路、立交桥、停车结构、砖、砌块、墙壁，门、围栏或杆的基础，以及它 们的组合。由于这些结构或建筑材料包含本发明的组合物和/或是由该组合物生产的，因 此它们可以包括这样的标记物或组分：该标记物或组分将它们标识为是由化石燃料来源的 二氧化碳获得的（例如，S 13C值），和/或是由具有在初始咸水源中存在的痕量的各种元素 的水获得的，和/或是由电石石灰获得的，如本文所述。例如，在混凝土的水泥组分的矿物 成分产自电石石灰的情况下，凝结的产品可包含可识别量的不同元素（如镁、钾、硫、硼、钠 和氯等）的电石石灰标记物谱。 成形建筑材料
[0224] 本文所使用的"成形建筑材料"包括成形（例如，模制、铸造、切割或以其他方式生 产）为具有确定的物理形状的结构的材料。该成形建筑材料可以是预铸的建筑材料，例如 预铸的水泥或混凝土产品。该成形建筑材料以及制造和使用该成形建筑材料的方法在2009 年9月30日提交的美国申请序列号12/571,398中进行了描述，该申请通过引用整体并入 本文。本发明的成形建筑材料可以有很大不同，包括成形（例如，模制、铸造、切割或以其他 方式生产）为具有确定的物理形状即构型的结构的材料。成形建筑材料不同于不具有确定 的和稳定的形状的无定形建筑材料（例如，粉末、糊料、浆料等），而是符合容纳它的容器， 例如袋子或其他容器。成形建筑材料也不同于不规则地或不准确地成形的材料（例如，骨 料、便于处置的散装形式等），因为成形建筑材料是根据允许在例如建筑物中使用成形建筑 材料的规范而生产的。成形建筑材料可以根据传统的用于此类结构的制造方案来制备，除 了在制造此类材料时使用本发明的组合物以外。
[0225] 在一方面，提供了一种包含本文所述的本发明的凝结及硬化形式的组合物或沉淀 材料的成形建筑材料，在该组合物或沉淀材料中反应性球霰石已转变为文石。在一些实施 方案中，提供了一种方法，其包括：a)使包含电石石灰的水溶液与来自工业过程的二氧化 碳接触；b)产生包含反应性球霰石的沉淀材料；c)通过使反应性球霰石转变为文石来使沉 淀材料凝结及硬化；以及d)形成成形建筑材料。在一些实施方案中，在上述方法中，步骤 a)在有利于形成反应性球霰石的沉淀条件下进行。此类可用于上述方法实施方案或本文所 述的方法实施方案且适合形成包含反应性球霰石的碳酸盐沉淀材料的沉淀条件包括但不 限于，温度，pH，压力，离子比例，沉淀速率，添加剂的存在，离子种类的存在，添加剂和离子 种类的浓度，搅拌，停留时间，混合速率，搅动的形式如超声波，晶种、催化剂、膜或基底的存 在，脱水，干燥，球磨，等等。在一些实施方案中，上述方法在步骤a)之前进一步包括以下步 骤：通过采用选自硼酸盐、含N盐、含N脂肪族化合物、含N芳香族化合物或其组合的弱碱进 行处理来纯化电石石灰，以制备包含电石石灰的水溶液。在一些实施方案中，上述方法在步 骤a)之前进一步包括以下步骤：通过采用含N盐进行处理来纯化电石石灰，以制备包含电 石石灰的水溶液。在一些实施方案中，所述含N盐包括但不限于氯化铵、硫酸铵、硝酸铵等。 在一些实施方案中，在上述方法中，所述沉淀材料包含至少50% w/w，或至少75% w/w，或至 少90% w/w，或至少95% w/w，或至少99% w/w，或50-99% w/w，或75-99% w/w的反应性球 霰石。在一些实施方案中，在上述方法中，诸如硼酸盐、含N盐、含N脂肪族化合物、含N芳香 族化合物的弱碱：电石石灰的摩尔比或含N盐：电石石灰的摩尔比为2 :1至4:1，或2:1至 3 :1，或2. 5 :1至3 :1，或3 :1至4 :1，或者为2:1，或3:1，或4: U在一些实施方案中，在上 述方法中，反应性球霰石的平均粒径为1-50微米，或1-25微米，或5-50微米，或10-50微 米，或5-25微米，或5-20微米，或15-20微米，或10-20微米。在一些实施方案中，上述方 法进一步包括在步骤a)、b)、c)和/或d)时向沉淀材料中加入一种或多种添加剂。在一些 实施方案中，在上述方法中，所述一种或多种添加剂是选自铍、镁、锶、钡或其组合的碱土金 属离子。在一些实施方案中，所述一种或多种添加剂是包括但不限于镁、锶、钡、钠、钾、氯、 溴、碘等离子的盐。例如，在该过程中加入的一种或多种添加剂是，但不限于：氯化镁、溴化 镁、碘化镁、氯化锶、溴化锶、碘化锶、氯化钡、溴化钡、碘化钡、氯化钠、溴化钠、碘化钠、氯化 钾、溴化钾、碘化钾等。在一些实施方案中，在上述方法中，在该过程中加入的一种或多种添 加剂的量大于〇. 1重量％，或大于〇. 5重量％，或大于1重量％，或大于1. 5重量％，或大于 1. 6重量％，或大于1. 7重量％，或大于1. 8重量％，或大于1. 9重量％，或大于2重量％，或 大于2. 1重量％，或大于2. 2重量％，或大于2. 3重量％，或大于2. 4重量％，或大于2. 5重 量％，或大于2. 6重量％，或大于2. 7重量％，或大于2. 8重量％，或大于2. 9重量％，或大 于3重量％，或大于3. 5重量％，或大于4重量％，或大于4. 5重量％，或大于5重量％，或 为〇. 5-3重量％，或0. 5-2重量％，或0. 5-1重量％，或1-3重量％，或1-2. 5重量％，或1-2 重量％，或1. 5-2. 5重量％，或2-3重量％，或2. 5-3重量％，或0. 5重量％，或1重量％，或 1. 5重量％，或2重量％，或2. 5重量％，或3重量％，或3. 5重量％，或4重量％，或4. 5重 量％，或5重量％。在一些实施方案中，在上述方法中，在该过程中加入的一种或多种添加 剂的量为〇. 5-5重量％，或0. 5-3重量％，或1. 5-2. 5重量％。
[0226] 在一些实施方案中，由本发明的组合物制备的成形建筑材料具有至少3MPa，至少 lOMPa，或至少14MPa，或3-30Mpa，或约14-100MPa，或约14-45MPa的抗压强度；或者是如 本文所述的本发明的组合物在凝结并硬化之后的抗压强度。在一些实施方案中，由本发明 的组合物制备的成形建筑材料具有小于-12%。，或为-12%。至-30%。，或小于-13%。，或小 于-14%。，或小于-15%。，或为-15%。至-80%。的δ 13C ;或者是如本文所述的本发明的组合物 的 δ 13C。
[0227] 可通过上述方法生产的成形建筑材料的实例包括但不限于：砌体结构单元，仅举 例来说，砖、砌块和贴砖，包括但不限于天花板贴砖；建筑面板，仅举例来说，水泥板（传统 上由水泥制成的板）和/或干式墙（传统上由石膏制成的板）；导管；盆状物；横梁；柱、厚 板；隔音屏障；隔热材料；或它们的组合。建筑面板是在广义上用于指代以其长度和宽度 远大于其厚度为特征的任何非承重结构元件的成形建筑材料。因此，所述面板可以是板条 (plank)、板（board)、墙面板（shingle)和/或贴砖。由本发明的组合物形成的示例性建 筑面板包括水泥板和/或干式墙。建筑面板为多边形结构，其尺寸根据其预期用途而有很 大不同。建筑面板的尺寸可以是：长度为50至500cm，包括100至300cm，例如250cm ;宽度 为25至200cm，包括75至150cm，例如IOOcm ;厚度为5至25_，包括7至20_，包括10至 15mm〇
[0228] 在一些实施方案中，水泥板和/或干式墙可用于制备不同类型的板，例如但不限 于：纸面板（例如使用纤维素纤维的表面增强）、玻璃纤维面板或玻璃毡面板（例如使用玻 璃纤维毡的表面增强）、玻璃纤维网增强板（例如使用玻璃网的表面增强）和/或纤维增强 板（例如使用纤维素、玻璃、纤维等的水泥增强）。这些板可用在多种应用中，包括但不限 于：纤维水泥护墙板、屋顶板、底板、防护板、覆盖板、装饰板、天花板、轴衬板、墙板、背衬板 和/或衬底板。
[0229] 以下表I示出了用于制备可在多种应用中使用的各种板产品的水泥板和干式墙 的不同组合。所有这些组合均完全在本发明的范围之内，并代表各个实施方案。例如，由本 发明的组合物制成的干式墙产品可形成为纤维增强板，其可用于一个或多个应用中，该应 用包括但不限于：纤维水泥护墙板、屋顶板、底板、防护板、覆盖板、装饰板、天花板、轴衬板、 墙板、背衬板和/或衬底板。 表I
【权利要求】
1. 一种方法，该方法包括： a) 使包含电石石灰的水溶液与来自工业过程的二氧化碳接触；以及 b) 产生包含反应性球霰石的沉淀材料。
2. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括：在步骤a)之前，通过采用弱碱进行处理 来纯化电石石灰，以制备包含电石石灰的水溶液。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，进一步包括：在步骤a)之前，通过采用选自硼酸 盐、含N盐、含N脂肪族化合物、含N芳香族化合物及其组合的弱碱进行处理来纯化电石石 灰，以制备包含电石石灰的水溶液。
4. 根据权利要求2或3所述的方法，其中所述弱碱为选自氯化铵、硫酸铵、硝酸铵及其 组合的含N盐。
5. 根据权利要求2-4中任一项所述的方法，其中弱碱：电石石灰的摩尔比为2 :1至4 : 1〇
6. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括：使步骤a)中的水溶液经受一 项或多项有利于形成反应性球霰石的沉淀条件。
7. 根据权利要求6所述的方法，其中所述一项或多项沉淀条件选自温度，pH，压力，离 子比例，沉淀速率，添加剂的存在，离子种类的存在，添加剂和离子种类的浓度，搅拌，停留 时间，混合速率，搅动的形式，晶种、催化剂、膜或基底的存在，脱水，干燥，球磨，及其组合。
8. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述方法产生包含至少50%w/w的反 应性球霰石的沉淀材料。
9. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述方法产生包含平均粒径为1-20 微米的反应性球霰石的沉淀材料。
10. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括步骤c):使所述反应性球霰 石转变为文石。
11. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括：在步骤a)期间或之后、在步 骤b)期间或之后和/或在步骤c)之前或期间，向所述沉淀材料中加入一种或多种添加剂。
12. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括：在步骤c)之前，向所述沉淀 材料中加入一种或多种添加剂。
13. 根据权利要求11或12所述的方法，其中所述一种或多种添加剂是选自铍、镁、锶、 钡及其组合的碱土金属离子。
14. 根据权利要求11-13中任一项所述的方法，其中所述一种或多种添加剂的量为 〇. 5-5 重量％。
15. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括：向所述沉淀材料中加入一 种或多种外加剂。
16. 根据权利要求15所述的方法，其中所述一种或多种外加剂选自发泡剂、流变学改 性剂、增强材料及其组合。
17. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括：通过使反应性球霰石转变 为文石来使所述沉淀材料凝结及硬化，并由所述沉淀材料制备建筑材料。
18. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括：通过使反应性球霰石转变 为文石来使所述沉淀材料凝结及硬化，并形成成形建筑材料。
19. 根据权利要求18所述的方法，其中所述成形建筑材料选自砌体单元、建筑面板、导 管、盆状物、横梁、柱、厚板、隔音屏障、隔热材料及其组合。
20. 根据权利要求19所述的方法，其中所述建筑面板选自水泥板、干式墙及其组合。
21. 根据权利要求19或20所述的方法，其中所述建筑面板用于选自以下的一种或多种 应用：纤维水泥护墙板、屋顶板、底板、防护板、覆盖板、装饰板、天花板、轴衬板、墙板、背衬 板、衬底板及其组合。
22. -种形成干式墙的方法，包括： a) 使包含电石石灰的水溶液与来自工业过程的二氧化碳接触； b) 产生包含反应性球霰石的沉淀材料； c) 通过使反应性球霰石转变为文石来使所述沉淀材料凝结及硬化；以及 d) 形成干式墙。
23. 根据权利要求18-22中任一项所述的方法，包括：使用湿法、半干法、挤压法、 w〇nderb〇ard〃法或其组合形成干式墙。
24. 根据权利要求22或23所述的方法，进一步包括：向步骤b)或步骤c)的沉淀材料 中加入一种或多种外加剂，所述外加剂选自发泡剂、流变学改性剂、增强材料及其组合。
25. 根据前述权利要求15-24中任一项所述的方法，包括：形成孔隙率为20-90vol%或 75-90vol%的成形建筑材料或干式墙。
26. 根据前述权利要求1-16中任一项所述的方法，进一步包括：由所述沉淀材料制备 人工礁。
27. 根据前述权利要求1-16中任一项所述的方法，进一步包括：由所述沉淀材料制备 非胶结性组合物，所述非胶结性组合物选自纸、聚合物产品、润滑剂、粘合剂、橡胶产品、粉 笔、沥青产品、涂料、用于去除涂料的磨料、个人护理产品、化妆品、清洁产品、个人卫生产 品、可摄取的产品、农产品、土壤改良产品、农药、环境修复产品及其组合。
28. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述电石石灰从乙炔生产过程、冶金 过程、氰氨化钙生产过程、垃圾填埋场或其组合中得到。
29. -种通过根据权利要求1-28中任一项所述的方法形成的产品。
30. -种干式墙产品，其包含文石，其中所述文石具有-12%。至-35%。的S13C值，其中 所述干式墙产品的密度为〇. 4-1. 8g/cm3,其中所述干式墙的孔隙率为50-90vol%，且其中 所述干式墙产品的抗压强度为200-2500psi。
【文档编号】C04B11/28GK104487458SQ201380028635
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2013年3月14日 优先权日:2012年3月29日
【发明者】M·德维尼, M·费尔南德斯, I·陈, 纪尧姆·卡拉斯 申请人:卡勒拉公司