巖石和集料及其制造和使用方法

專利名稱：巖石和集料及其制造和使用方法
巖石和集料及其制造和使用方法對相關申請的交叉引用依據35U.S.C. §119(e)，本申請要求下列申請的提交日優先權2008年5月29 日提交的美國臨時專利申請序號No. 61/056,972 ;2008年9月30日提交的美國臨時專利 申請序號No. 61/101，626 ；2008年9月30日提交的美國臨時專利申請美國臨時專利申請 61/101,629 ；2008年9月30日提交的美國臨時專利申請美國臨時專利申請61/101，631 ； 2008年6月17日提交的美國臨時專利申請序號No. 61/073，319 ;2008年7月16日提交的 美國臨時專利申請序號No. 61/081，299 ；2008年11月24日提交的美國臨時專利申請序號 No. 61/117，541 ；2008年11月24日提交的美國臨時專利申請序號No. 61/117，543 ；和2008 年10月22日提交的美國臨時專利申請No. 61/107，645 ；和2009年2月3日提交的美國臨 時專利申請No. 61/149，633，和2009年3月10日提交的美國臨時專利申請No. 61/158,992， 和2009年5月26日提交的美國臨時專利申請61/181，250，這些申請的公開內容經此引用 并入本文。本申請也是2008年12月24日提交的序號No. 12/344，019的部分繼續申請案， 其全文經此引用并入本文，我們依據35U. S. C. § 120要求該申請的優先權。背景二氧化碳(CO2)排放已被確認為是全球變暖和海洋酸化現象的主要成因。CO2是 燃燒副產物，其造成操作、經濟和環境問題。CO2和其它溫室氣體的提高的大氣濃度預計促 進大氣內的更高儲熱，造成提高的地表溫度和迅速氣候變化。氣候變化的影響可能是經濟 上昂貴和環境上危險的。降低氣候變化的潛在危險要求封存大氣co2。概述一方面，本發明提供組合物。在一些實施方案中，本發明提供含有CO2-封存組分的 集料。該CO2-封存組分可含有一種或多種碳酸鹽化合物；在一些實施方案中，碳酸鹽化合 物構成該集料的至少50% w/w，或該集料的至少90% w/w，或該集料的至少98% w/w ；任選 地，該集料還可能含有硫酸鹽和/或亞硫酸鹽，例如其中該硫酸鹽/亞硫酸鹽總共構成該集 料的至少0. l%w/w0在一些實施方案中，該碳酸鹽化合物包含碳酸鎂、碳酸鈣、碳酸鎂鈣或 其組合；在這些實施方案的一些中，該集料中鈣與鎂的摩爾比為Ι/lCa/Mg至Ι/lOCa/Mg，或 150/lCa/Mg至10/lCa/Mg，或2/lCa/Mg至l/2Ca/Mg。在一些實施方案中，本發明提供含有 CO2-封存組分的集料，其中該集料具有比-10%。更負(更小)或比_20%。更負的碳同位素分 餾(S13C)值。在一些實施方案中，本發明提供含有CO2-封存組分的集料，其中該集料具有 751b/ft3至1251b/lb/ft3，或901b/ft3至1151b/lb/ft3的堆積密度。在一些實施方案中， 本發明提供含有含CO2-封存組分的集料例如本段中所述的集料之一的結構。本發明的一 些示例性結構包括建筑物、道路或水壩。在一些實施方案中，該結構是道路，例如每車道英 里的道路封存至少1噸CO2的道路、或每車道英里的道路封存至少100噸CO2的道路，或每 車道英里的道路封存至少1000噸CO2的道路。在一些實施方案中，本發明提供含碳的集料，其中該碳具有比_10%。更負(更小)， 或比-20%。更負，或比_30%。更負的碳同位素分餾(S13C)值。在這些實施方案的一些中，該 集料含有碳酸鹽，例如，至少10 % w/w碳酸鹽，或至少50 % w/w碳酸鹽；該集料可任選進一
5步含有硫酸鹽和/或亞硫酸鹽，如鈣或鎂的硫酸鹽或亞硫酸鹽，在一些情況中，合并的硫酸 鹽和亞硫酸鹽構成該集料的至少0. l%w/w0在含有碳酸鹽的一些實施方案中，該碳酸鹽包 括碳酸鈣、碳酸鎂、碳酸鈣鎂或其組合；例如，鈣和鎂可以以200 1至1 2的鈣鎂摩爾 比存在。在一些實施方案中，本發明提供含碳的集料，其中該碳具有比_10%。更負(更小)， 或比_20%。更負，或比_30%。更負的碳同位素分餾(S13C)值，其中該集料具有751b/ft3至 1251b/lb/ft3，例如901b/ft3至1151b/lb/ft3的堆積密度。在一些實施方案中，本發明提供 含有含碳的集料的結構，其中該碳具有比_10%。更負(更小)，或比-20%。更負，或比-30%。 更負的碳同位素分餾(δ 13C)值；在一些實施方案中，該結構是建筑物、道路或水壩。在一些 實施方案中，該結構是道路。在一些實施方案中，本發明提供含有90-99. 9%碳酸鹽、0. 1至10%硫酸鹽和/或 亞硫酸鹽的集料，在一些實施方案中，該集料進一步含有0. 00000001至0. 000001%汞或含 汞化合物。在一些實施方案中，該集料具有比-10%。更負的碳同位素分餾(S13C)值。在一 些實施方案中，該集料具有751b/ft3至1251b/lb/ft3，例如901b/ft3至1151b/lb/ft3的堆 積密度。在一些實施方案中，本發明提供含有含90-99. 9%碳酸鹽、0. 1至10%硫酸鹽和/或 亞硫酸鹽的集料的結構，在一些實施方案中，該集料進一步含有0. 00000001至0. 000001% 汞或含汞化合物；示例性結構包括建筑物、道路或水壩。在一些實施方案中，該結構是道路。另一方面，本發明提供方法。在一些實施方案中，本發明提供封存CO2的方法，包括 (i)由含二價陽離子的水沉淀封存C02的碳酸鹽化合物組合物以形成沉淀物；和(ii)制造 含有該封存C02的碳酸鹽化合物組合物的集料；在一些實施方案中，該方法進一步包括使 含二價陽離子的水與來自工業廢氣流，如發電廠或水泥廠的煙道氣，例如燃煤發電廠的煙 道氣的CO2接觸；在一些實施方案中，該方法包括使含二價陽離子的水與來自化石燃料燃燒 的CO2接觸。在一些實施方案中，該集料的制造包括對該沉淀物施以升高的溫度、升高的壓 力或其組合，如由擠出機產生的升高的溫度、升高的壓力或其組合。在一些實施方案中，該 含二價陽離子的水的二價陽離子至少部分來自咸水，如海水或鹽水，例如海水。在一些實施 方案中，該集料的制造包括制造預定尺寸和形狀的集料。在一些實施方案中，本發明提供通過包括由含二價陽離子的水沉淀碳酸鹽化合物 和加工該沉淀物以產生集料的方法制造集料的方法；在一些實施方案中，該方法進一步包 括使含二價陽離子的水與來自工業廢氣流，如發電廠或水泥廠的煙道氣，例如燃煤發電廠 的煙道氣的CO2接觸。在一些實施方案中，該方法包括使含二價陽離子的水與來自化石燃 料，如天然氣或煤，例如煤的燃燒的CO2接觸。在一些實施方案中，該沉淀物的加工包括用 升高的溫度、升高的壓力或其組合處理該沉淀物。在一些實施方案中，該沉淀物的加工包括 將該沉淀物與粘結材料和水混合，使該混合物凝固(set)以提供固化材料并可進一步包括 打碎該固化材料。在一些實施方案中，本發明提供制造集料的系統，其包括(i)含二價陽離子的水 的輸入端(input) ； (ii)對該水施以碳酸鹽化合物沉淀條件和制造沉淀碳酸鹽化合物組合 物的碳酸鹽化合物沉淀站；和(iii)由該沉淀碳酸鹽化合物組合物制造集料的集料制造器。附圖簡述

圖1提供根據本發明的一個實施方案的沉淀法的流程圖。
圖2提供根據本發明的一個實施方案的系統的示意圖。圖3顯示根據本發明的方面的示例性集料結構和集料混合物。3A 圓柱體；3B 三 棱柱；3C 球體和橋狀物的混合物；3D 間隔分級(gap-graded)的球體；3E 棱柱的混合物； 3F-3H 具有管狀空隙的中空集料；3I-3L 具有集料的不同組合的集料混合物。圖4提供實施例中制成的沉淀材料的X-射線衍射(XRD)光譜。
圖5提供實施例中制成的濕沉淀材料的熱解重量分析(TGA)。
圖6提供實施例中制成的干沉淀材料的TGA。
圖7提供實施例中制成的沉淀材料的傅里葉變換_紅外(FT-IR)
圖8提供實施例中制成的沉淀材料的掃描電子顯微(SEM)圖像。
圖9提供實施例中制成的集料的XRD光譜。
圖10提供實施 歹2中制成的集料的FT-IR光譜。
圖11提供實施 歹2中制成的集料的TGA。
圖12提供實施 歹2中制成的集料的SEM圖像。
圖13提供實施 歹3中的集料和相關材料的XRD光譜。
圖14提供實施 歹3中制成的集料的TGA。
圖15提供實施 歹3中的集料和相關材料的SEM圖像。
圖16提供實施 歹4中的集料和相關材料的XRD光譜。
圖17提供實施 歹4中的集料和相關材料的TGA。
圖18提供實施 歹4的集料的SEM圖像。
圖19提供實施 歹6中制成的沉淀材料的XRD光譜。
圖20提供實施 歹6中制成的沉淀材料的TGA。
圖21提供實施 歹6中制成的沉淀材料的FT-IR光譜。
圖22提供實施 歹6中制成的沉淀材料的SEM圖像。
圖23提供實施 歹6中的集料和相關材料的XRD光譜。
圖24提供實施 歹6中的集料和相關材料的FT-IR光譜。
圖25提供實施 歹6中的集料和相關材料的TGA。
圖26提供實施 歹6的集料的SEM圖像。
圖27顯示制備樣品和測量樣品中的碳同位素值的步驟的圖示。
詳述
I 引言
II.組合物
A.合成巖石和集料
1.集料和巖石組合物
2.制造本發明的組合物
B.可凝固組合物
C.結構
1.道路
III.方法
A.制造集料的方法
B.其它方法IV .系統V ·用途I .引言本發明提供包含合成巖石、集料和其它材料的組合物，以及結構，和存在于人為環 境中的其它材料，以及制造和使用合成巖石、集料、結構和其它人造材料的方法；本發明還 提供營業系統和方法。在更詳細描述本發明之前，要理解的是，本發明不限于所述具體實施方案，因此當 然可變。還要理解的是，本文所用的術語僅用于描述具體實施方案并且不是限制性的，因為 本發明的范圍僅受所附權利要求書的限制。在提供數值范圍時，要理解的是，在該范圍的上限和下限之間的各居間值(除非 文中明確地另行指明，以下限的單位的1/10為間隔)以及在該指定范圍內的任何其它指定 值或居間值之間包含在本發明內。除在該指定范圍內明確排除的任何界限值外，這些較小 范圍的上限和下限可獨立地包括在這些較小范圍內并且也包含在本發明內。如果該指定 范圍包括界限值之一或兩者，排除這些包括的界限值的任一或兩者的范圍也包括在本發明 中。對于本文中的某些范圍，數值前用術語“大約”修飾。術語“大約”在本文中用于 為其后的確切數值以及與該術語后的數值接近或近似的數值提供字面支持。在確定一數值 是否接近或近似明確列舉的數值時，接近或近似的未列舉的數值可以是在其陳述背景中與 明確列舉的數值基本等效的數值。除非另行指明，本文所用的所有技術和科技術語具有與本發明所屬領域的普通技 術人員的通常理解相同的含義。除非另行指明或從文中顯而易見，本文給出的百分比是w/ W0盡管在本發明的實踐或測試中也可以使用與本文描述的那些類似或等效的任何方法和 材料，但現在描述代表性的示例方法和材料。本說明書中引用的所有公開文獻和專利都經此引用并入本文，就像各個公開文獻 或專利明確并逐一被指明經此引用并入本文，和為了公開和描述與引用的公開文獻相關的 方法和/或材料而經此引用并入本文。任何公開文獻的引用是針對其在提交日前的公開內 容，并且不應該被視為承認本發明無權利用優先發明先于該公開文獻。此外，所提供的公開 日可能不同于實際
公開日，這可能需要逐一確認。要指出的是，除非文中明確地另行指明，本文和所附權利要求中所用的單數形式 “a”、“an”和“the”包括復數對象。要進一步指出的是，權利要求書可以起草成排除任何任 選要素。因此，這種聲明旨在充當與權利要求要素的列舉聯用的如“只”、“僅”之類的排他 性術語的使用或“否定性”限制的使用的先行基礎。本領域技術人員在閱讀本公開后會看出，本文描述和例舉的各獨立實施方案具有 分立的組分和特征，它們可以在不背離本發明的范圍或精神的情況下容易地與任何其它幾 個實施方案的特征分開或聯合。任何列舉的方法可以以所列舉的事件次序進行或以邏輯上 可行的任何其它次序進行。II .組合物A.合成巖石和集料
在一些實施方案中，本發明提供無化學粘合劑條件下制成的合成巖石。在一些實 施方案中，本發明提供集料，例如含有從氣態工業廢物流中封存的CO2的集料和/或具有特 定組成的集料，如含有碳酸鹽和/或碳酸氫鹽礦物的集料、具有特定同位素組成(通常表明 化石燃料來源)的集料、具有特定化學組成的集料、含有新型礦物的集料、具有特定斷裂特 性的集料、輕型集料和定制的集料組合(customizedaggregate sets)。本發明進一步提供 含有本發明的合成巖石或集料的可凝固組合物和結構，如道路、建筑物、水壩和其它人造結 構。術語集料在本文中以其業內公認的方式使用以包括可用在混凝土、灰漿和其它材 料，例如路基、浙青和其它結構中的微粒組合物并適用在這類結構中。本發明的集料是在一 些實施方案中可分級為細或粗的微粒組合物。根據本發明的實施方案的細集料是幾乎完全 通過4號篩(ASTM C 125和ASTM C 33)的微粒組合物。根據本發明的實施方案的細集料 組合物具有0. 001英寸(in)至0. 25in，如0. 05in至0. 125in，和包括0. Olin至0. 08in的 平均粒度。本發明的粗集料是大部分留在4號篩上(ASTM C 125和ASTM C 33)的組合物。 根據本發明的實施方案的粗集料組合物是具有0. 125in至6in，如0. 187in至3. Oin，和包 括0. 25in至1. Oin的平均粒度的組合物。本文所用的“集料”在一些實施方案中還可以包 括更大尺寸，如3in至12in或甚至3in至24in，或更大，如12in至48in，或大于48in，例如 亂石基(riprap)等中所用的尺寸。在一些實施方案中，如制造海洋防波浪結構，尺寸甚至 可以更大，如超過48in，例如超過60in，或超過72in。1.集料和巖石組合物可以通過本文所述的合成方法制造本發明的組合物，該方法能夠很好地控制該組 合物的性質。如本文中更充分描述的那樣，該組合物的重要性質包括硬度、抗磨性、密度、 孔隙率、化學組成、礦物組成、同位素組成、粒度、形狀、耐酸性、耐堿性、可浸出氯化物含量、 CO2的留存、反應性(或其缺乏)中的一種或多種。在一些實施方案中，可以為本發明的組 合物，例如集料，專門設計這些性質中的一種或多種，如兩種或更多種，三種或更多種，或甚 至四種或更多種，或五種或更多種。本發明的集料具有可變密度，只要該集料提供其用途所需的性質，例如使用其的 建筑材料所需的性質。在某些情況中，集料粒子的密度為1. 1至5克/立方厘米，如1. 3克 /立方厘米至3. 15克/立方厘米，包括1. 8克/立方厘米至2. 7克/立方厘米。本發明的 實施方案中的其它粒子密度，例如輕型集料的粒子密度，可以為1. 1至2. 2克/立方厘米， 例如1. 2至2. Og/cc或1. 4至1. 8g/cc。在一些實施方案中，本發明提供堆積密度(單位 重量)為 501b/ft3 至 2001b/ft3,或 751b/ft3 至 1751b/ft3,或 501b/ft3 至 1001b/ft3,或 751b/ft3 至 1251b/ft3,或 901b/ft3 至 1151b/ft3,或 1001b/ft3 至 2001b/ft3,或 1251b/ft3 至 1751b/ft3，或 1401b/ft3 至 1601b/ft3，或 501b/ft3 至 2001b/ft3 的集料。本發明的一些 實施方案提供輕型集料，例如堆積密度(單位重量)為751b/ft3至1251b/ft3的集料。本 發明的一些實施方案提供輕型集料，例如堆積密度(單位重量)為901b/ft3至1151b/ft3 的集料。構成本發明的集料組合物的集料粒子的硬度也可變，在某些情況中，以莫氏硬度 標表示的硬度為1. 0至9，如1至7，包括1至6或1至5。在一些實施方案中，本發明的集 料的莫氏硬度為2-5，或2-4。在一些實施方案中，該莫氏硬度為2-6。也可以使用其它硬度標表征集料，如Rockwell、Vickers或Brinell硬度標，并可以使用與莫氏硬度標對等的值 表征本發明的集料；例如250的Vickers硬度級相當于3的莫氏硬度級；硬度標之間的轉換 是本領域已知的。集料的抗磨性也可能重要，例如用于道路表面，其中具有高抗磨性的集料可用于 防止表面磨光。抗磨性與硬度有關聯，但不相同。如通過業內公認的方法，如ASTM C131-03 測量，本發明的集料包括抗磨性與天然石灰石類似的集料，或抗磨性優于天然石灰石的集 料，以及抗磨性低于天然石灰石的集料。在一些實施方案中，在通過ASTMC131-03測量時， 本發明的集料具有低于50 %，或低于40 %，或低于35 %，或低于30 %，或低于25 %，或低于 20%，或低于15%，或低于10%的抗磨性。本發明的集料也可以具有在特定范圍內的孔隙率。本領域技術人員會認識到， 在一些情況中，需要非常多孔的集料，在另一些情況中，需要具有中等孔隙率的集料，而在 另一些情況下，需要具有低孔隙率或無孔隙率的集料。通過在烘箱干燥接著完全浸漬60 分鐘后的水吸收測得的以％干重量表示的本發明的一些實施方案的集料的孔隙率可以為 1-40 %，如 2-20 %，或 2-15 %，包括 2-10 % 或甚至 3-9 %。本發明的集料的化學、礦物和/或同位素組成隨制造方法、原材料等而變。在一些 實施方案中，一些或所有的碳酸鹽化合物是如下文更詳細描述的那樣從水如鹽水中沉淀的 亞穩碳酸鹽化合物；在一些實施方案中，進一步加工這些亞穩化合物以提供本發明的集料 中的穩定化合物。該碳酸鹽化合物在本發明的實施方案中包括沉淀的結晶和/或非晶碳酸鹽化 合物，和在一些實施方案中碳酸氫鹽化合物。可用的具體碳酸鹽礦物包括，但不限于 碳酸鈣礦物、碳酸鎂礦物和碳酸鈣鎂礦物。可用的碳酸鈣礦物包括，但不限于方解石 (CaCO3)、文石(CaCO3)、球霰石(vaterite) (CaCO3)、六水方解石(ikaite) (CaCO3 · 6H20)和 非晶碳酸鈣(CaCO3 · IiH2O)。可用的碳酸鎂礦物包括，但不限于球碳鎂石(dypingite) (Mg5(CO3)4(OH)2 · 5 (H2O)；術語球碳鎂石在本文中用于包括該公式的球碳鎂石礦物)、菱 鎂礦(MgCO3)、二菱鎂礦(barringtonite) (MgCO3 · 2H20)、三水菱鎂礦(MgCO3 · 3H20)、五 水菱鎂礦(Ianfordite) (MgCO3 · 5H20)和非晶碳酸鎂鈣(MgCO3 · ηΗ20)。可用的碳酸鈣鎂 礦物包括但不限于白云石(CaMgCO3)、高鎂白云石(huntitte) (CaMg(CO3)4)和水碳鈣鎂石 (sergeevite) (Ca2Mg11 (CO3) 13 · H2O)。在某些實施方案中，也可以與上列礦物一起形成非碳 酸鹽化合物，如水鎂石Mg(0H)2。如上所述，該碳酸鹽化合物的化合物可以是在咸水中比在 淡水中更穩定的亞穩碳酸鹽化合物(并可以包括一種或多種亞穩氫氧化物化合物)，以致 在與淡水接觸時，它們溶解并再沉淀成其它淡水穩定的化合物，例如礦物，如低Mg方解石。在一些實施方案中，本發明的集料完全或部分由本文所述的亞穩化合物形成，該 亞穩化合物暴露在淡水中并硬化成穩定化合物，如果必要，其隨后進一步加工以使粒子適 當地形成所需類型的集料。在一些實施方案中，本發明的集料由暴露在將它們轉化成穩定 化合物的溫度和/或壓力條件下的亞穩化合物形成。在一些實施方案中，二氧化硅礦物可能與碳酸鹽化合物共存，從而形成碳酸鹽硅 酸鹽化合物。這些化合物在性質上可以是非晶或結晶的。在某些實施方案中，該二氧化硅 可能是燧石中常見的蛋白石-A(非晶二氧化硅)形式。可能在上列碳酸鹽礦物的結晶區 內形成碳酸硅酸鈣鎂非晶化合物。也可能形成非碳酸鹽的硅酸鹽礦物。海泡石是粘土礦物——復合硅酸鎂，其典型化學式是Mg4SiO15 (OH)2 · 6H20。其可以以纖維、細粒和固體形式 存在。也可能形成硅酸鹽碳酸鹽礦物。在這些條件下可形成碳硅堿鈣石(carletonite)， KNa4Ca4 (CO3) 4Si8018 (F，OH) -H2O——水合碳酸硅酸鉀鈉鈣。類似頁硅酸鹽子類的任何成員， 碳硅堿鈣石的結構以交替的硅酸鹽層和鉀、鈉和鈣層成層。與其它頁硅酸鹽不同，碳硅堿鈣 石的硅酸鹽層由互連的四元和八元環構成。這些層可以被認為像具有交替的八邊形和正方 形孔的鐵絲網(chicken wire) 0八邊形和正方形都具有四重對稱，正是這賦予碳硅堿鈣石 正方對稱(tetragonal symmetry) ；4/m 2/m 2/m。只有碳硅堿鈣石和魚眼石族的其它成員 具有這種獨特的互連四元和八元環結構。本發明的集料的碳酸鹽和/或碳酸氫鹽化合物通常由二價陽離子的水溶液(如下 文更詳細描述)生成，例如沉淀。由于該集料的碳酸鹽和/或碳酸氫鹽化合物組合物由二價 陽離子的水溶液沉淀，它們會包括該溶液(它們從中生成)中存在的一種或多種組分。例 如，如果該二價陽離子的水溶液是咸水，該碳酸鹽和/或碳酸氫鹽化合物和包括它們的集 料可包括該陽離子水溶液源中存在的一種或多種化合物。這些化合物與源于該陽離子水溶 液源的組分相互關聯，其中這些鑒別組分及其量在本文中統稱為陽離子溶液源鑒別劑。例 如，如果該陽離子溶液源是海水，沉淀的礦物組合物中可能存在的鑒別化合物包括，但不限 于氯化物、鈉、硫、鉀、溴化物、硅、鍶等。任何這樣的源鑒別或“標識”成分通常以小量存在， 例如以百萬分之20，000份(ppm)或更低的量，如2000ppm或更低的量。在某些實施方案中， 該“標識”化合物是鍶，其可能存在于包含碳酸鹽和/或碳酸氫鹽的沉淀組合物中。鍶可并 入文石(碳酸鈣)晶格并構成10，OOOppm或更低，在某些實施方案中為3至10，OOOppmjn 5至5000ppm，包括5至lOOOppm，例如5至500ppm，包括5至lOOpprn。另一“標識”化合物 是鎂，其可能以取代碳酸鹽化合物中最多20摩爾％的鈣的量存在(present inamounts of up to 20% mole substitution for calcium in carbonatecompunds)。該組合物的陽離 子水溶液源鑒別劑可以隨用于制造咸水衍生的包含碳酸鹽和/或碳酸氫鹽的沉淀物組合 物的特定陽離子水性溶液源而變。在某些實施方案中，該集料的碳酸鈣含量為5%、10%、 15%、20%或25% w/w或更高，如30% w/w或更高，包括40% w/w或更高，例如50% w/w或 甚至60 % w/w或更高、70 % w/w或更高、80 % w/w或更高、90 % w/w或更高，或95 % w/w或更 高。在某些實施方案中，該集料的碳酸鎂含量為5%、10 %、15%、20 %或25% w/w或更高， 如30 % w/w或更高，包括40 % w/w或更高，例如50 % w/w或甚至60 % w/w或更高、70 % w/ w或更高、80% w/w或更高、90% w/w或更高，或95% w/w或更高。該集料在某些實施方案中具有受其從中沉淀的水源，例如海水(其所含的鎂多于 鈣)或例如某些鹽水(其鈣含量通常為海水的100倍)影響并因此反映該水源的鈣/鎂 比；該鈣/鎂比也反映如下因素含鈣和/或鎂的物質在生產過程中的添加，例如飛灰、紅 泥、礦渣，或其它含鈣和/或鎂的工業廢料的使用，或如本文進一步描述的含鈣和/或鎂的 礦物，如鎂鐵質礦物和超鎂鐵質礦物，如蛇紋石、橄欖石等，或硅灰石的使用。由于原材料 以及在生產過程中添加的材料的大變化，該鈣/鎂摩爾比在本發明的組合物和方法的各種 實施方案中可廣泛變化，在某些實施方案中，確實可根據該集料的預期用途調節該比率。因 此，在某些實施方案中，該集料中的鈣/鎂摩爾比為200/lCa/Mg至l/200Ca/Mg。在一些實 施方案中，該鈣鎂摩爾比為150/lCa/Mg至Ι/lOOCa/Mg。在一些實施方案中，該鈣鎂摩爾比 為150/lCa/Mg至l/50Ca/Mg。在一些實施方案中，該鈣鎂摩爾比為150/lCa/Mg至l/10Ca/
11Mg。在一些實施方案中，該鈣鎂摩爾比為150/lCa/Mg至l/5Ca/Mg。在一些實施方案中，該 鈣鎂摩爾比為150/lCa/Mg至Ι/lCa/Mg。在一些實施方案中，該鈣鎂摩爾比為150/lCa/Mg 至5/lCa/Mg。在一些實施方案中，該鈣鎂摩爾比為150/lCa/Mg至10/lCa/Mg。在一些實 施方案中，該鈣鎂摩爾比為100/lCa/Mg至10/lCa/Mg.在一些實施方案中，該鈣鎂摩爾比為 Ι/lCa/Mg至l/100Ca/Mg。在一些實施方案中，該鈣鎂摩爾比為1/lCa/Mg至l/50Ca/Mg。在 一些實施方案中，該鈣鎂摩爾比為Ι/lCa/Mg至l/25Ca/Mg。在一些實施方案中，該鈣鎂摩爾 比為Ι/lCa/Mg至l/10Ca/Mg。在一些實施方案中，該鈣鎂摩爾比為Ι/lCa/Mg至l/8Ca/Mg。 在一些實施方案中，該鈣鎂摩爾比為Ι/lCa/Mg至l/5Ca/Mg。在一些實施方案中，該鈣鎂摩 爾比為10/lCa/Mg至l/10Ca/Mg。在一些實施方案中，該鈣鎂摩爾比為8/lCa/Mg至l/8Ca/ Mg。在一些實施方案中，該鈣鎂摩爾比為6/lCa/Mg至l/6Ca/Mg。在一些實施方案中，該鈣鎂 摩爾比為4/lCa/Mg至l/4Ca/Mg。在一些實施方案中，該鈣鎂摩爾比為2/lCa/Mg至l/2Ca/ Mg。在一些實施方案中，該鈣/鎂摩爾比為20/1或更大，如50/1或更大，例如100/1或更 大，或甚至150/1或更大。在一些實施方案中，該鈣/鎂摩爾比為1/10或更低，如1/25或 更低，例如1/50或更低，或甚至1/100或更低。在一些實施方案中，Ca/Mg比范圍為2/1至 1/2，3/2至2/3，或5/4至4/5。在一些實施方案中，Ca/Mg比范圍為1/7至200/1、1/15至 12/10、1/10至5/1、1/7至1/2，或1/9至2/5。在一些實施方案中，Ca/Mg比范圍為1/200至 1/7、1/70至1/7，或1/65至1/40。在一些實施方案中，Ca/Mg范圍為1/10至50/1、1/5至 45/1、1/6 至 6/1、6/5 至 45/1、1/4 至 11/3，或 13/2 至 19/2。在一些實施方案中，Ca/Mg 范圍 為1/3至3/1或至2/1。在一些實施方案中，Ca/Mg范圍為2/1至全鈣、3/1至200/1、 5/1 至 200/1，或 10/1 至 200/1。在一些實施方案中，提供集料，其中該組合物含有例如二價陽離子，如鈣或鎂的碳 酸鹽和碳酸氫鹽；在一些情況中，該集料基本完全含有碳酸鹽，或基本完全含有碳酸氫鹽， 或含有一定比率的碳酸鹽與碳酸氫鹽。碳酸鹽與碳酸氫鹽的摩爾比可以為任何合適的比 率，如 100/1 至 1/100，或 50/1 至 1/50，或 25/1 至 1/25，或 10/1 至 1/10，或 2/1 至 1/2，或 大約1/1，或基本全是碳酸鹽或基本全是碳酸氫鹽。在一些實施方案中，本發明提供含有鈣 或鎂或其組合的碳酸鹽和/或碳酸氫鹽的集料。在一些實施方案中，本發明提供僅含鈣或 鎂或其組合的碳酸鹽而不含碳酸氫鹽或僅含痕量碳酸氫鹽的集料。另一些實施方案提供僅 由鈣或鎂或其組合的碳酸氫鹽構成的集料。在某些實施方案中，集料的特征在于具有一定的碳酸鹽/氫氧化物比率，其中在 某些實施方案中該比率為100比1，如10比1，包括1比1。在存在二氧化硅時，鈣/鎂與二氧化硅的比率可以為100 1至1 1，如50 1 至 10 1。此外，本發明的集料可進一步包括或不包括如氯化物之類的物質。這些物質在一 些用途中被認為不合意；例如，由于其腐蝕鋼筋的趨勢，氯化物在要用于混凝土的集料中不 合意。但是，在一些用途，如道路基層中，含氯化物的集料可能是可接受的。如果氯化物是 原材料的組分，制造本發明的集料的方法可包括一個或多個使該集料的氯化物和/或鈉含 量最小化的步驟；在一些實施方案中，當集料的預期最終用途對這些材料的含量相對不敏 感時，這種步驟不必要。因此，在一些實施方案中，本發明的集料的可浸出氯化物含量低于 5%。在一些實施方案中，該集料的可浸出氯化物含量為0.0001%至0.05%。在一些實施方案中，該可浸出氯化物含量低于0. 05%，在一些實施方案中，該可浸出氯化物含量低于 0. 1%,在一些實施方案中，該可浸出氯化物含量低于0. 5 %。在一些實施方案中，本發明的集料由CO2,和在一些情況中，具有特定同位素組成， 例如如本文進一步描述與化石燃料中的來源相符的同位素組成的其它元素或化合物形成。如本文進一步描述，本發明的集料可具有適用于特定用途的任何尺寸和形狀。由 于該集料是合成的，尺寸和形狀都幾乎完全可控，以致如下所述的多種具體集料以及集料 混合物可供使用。在一些實施方案中，本發明提供粗集料，例如大部分留在4號篩上(ASTM C 125和ASTM C 33)的組合物。根據本發明的實施方案的粗集料組合物是具有0. 125in至 6in，如0. 187in至3.0in，包括0. 25in至l.Oin的平均粒度的組合物。根據本發明的實施 方案的細集料具有 0. OOlinch (in)至 0. 25in，如 0. 05in 至 0. 125in，包括 0. Olin 至 0. 08in 的平均粒度。本發明的集料可以是反應性或非反應性的。反應性集料是用物質(例如水)引發 時與其它集料粒子中的成分(例如化合物)發生反應以形成反應產物的那些集料粒子。在 一些情況下，該反應產物可以是集料粒子之間的基質以形成穩定化結構。在另一些情況下， 所形成的基質可能是膨脹凝膠，其根據環境，可能使物料(mass)失穩；在一些情況中，其中 該膨脹凝膠有膨脹空間，例如在存在空隙的情況下作為路基的一部分鋪設的集料中，這種 類型的反應性集料是可接受的。本發明的集料也可以是非反應性的。此外，在一些情況下，本發明提供耐酸、耐堿或既耐酸又耐堿的集料。例如，在一些 情況下，本發明提供根據所需試驗暴露在2、3、4或5的pH值(例如已稀釋至pH 2、3、4或5 的H2SO4溶液)下時在48小時期間內，或1周期間內，或5周期間內或25周期間內釋放出 該集料中所含的CO2的少于1、0. 1,0. 01或0. 001%，同時仍保持完整和保持一部分或基本 全部的其硬度、抗磨性等的集料。耐堿的本發明的集料可獲得類似結果，例如暴露在12、11、 10或9的pH值下時在48小時、1周、5周或25周期間內釋放出其CO2的少于1、0. 1,0.01 或0. 001 %，同時仍保持完整和保持一部分或基本全部的其硬度、抗磨性等。可以通過例如 庫侖法或任何其它合適的方法監測該材料的CO2含量。在一些實施方案中，本發明提供如下進一步描述在CO2釋放方面穩定的集料。在一些實施方案中，本發明的集料是封存包括(盡管不限于)氣態組分的人造廢 物流，通常工業廢物流的一種或多種組分的集料。通常，該集料封存的所述一種或多種組分 是不適合釋放到大氣中或籠統而言釋放到環境中的組分。例如，對煙道氣廢物流而言，不 合意的組分包括C02、CO、硫氧化物(SOx，如SO2和SO3)、氮氧化物(NOx，如NO和NO2)、重金 屬如汞、鎘、鉛和/或本領域中公知的其它，微粒、放射性物質、有機化合物和其它不合意組 分，例如政府機關或其它管理機構管制的任何組分。在具體實施方案中，本發明包括CO2封存集料。本文所用的術語"CO2封存集料”是 指，該集料含有來自人類使用的燃料的碳，例如源于化石燃料的碳。例如，根據本發明的實 施方案的CO2封存集料含有以CO2形式由燃料燃燒釋放的碳。在某些實施方案中，封存在CO2 封存集料中的碳含有碳酸鹽化合物。因此，根據本發明的實施方案的CO2封存集料含有碳酸 鹽化合物，其中該碳酸鹽化合物中的至少一部分碳來自人類使用的燃料，例如化石燃料。因 此，本發明的集料的生產使CO2進入儲存穩定的形式(例如可以以各種方式用在建筑環境， 即人造結構，如建筑物、墻壁、道路等中或甚至運輸到化石燃料源，例如煤礦，并儲存在此的構件)中。因此，本發明的CO2封存集料的生產防止CO2氣體進入大氣。本發明的CO2-封存集料以將CO2封存(即固定)在集料中的方式提供CO2的長期 儲存，其中封存的CO2不會變成大氣的一部分。“長期儲存”是指本發明的集料長期固定其 封存的CO2 (當該集料存在于其預期用途的常規條件下時)而沒有從該集料中明顯(如果有 的話)釋放co2。在本發明中，根據該集料的特定性質和下游用途，長期可以是1年或更長、 5年或更長、10年或更長、25年或更長、50年或更長、100年或更長、250年或更長、1000年 或更長、10, 000年或更長、1，000, 000年或更長、或甚至100，000, 000年或更長。關于該CO2 封存集料，當用于其預期用途時和在其使用壽命中，以該產品的CO2氣體釋放測得的降解量 (如果有的話)不超過10% /年，例如，不超過5% /年，和在某些實施方案中不超過1 % / 年或甚至不超過0. 5% /年或甚至0. 1 % /年。集料試驗可用于代為指示該集料的長期儲存能力。可以使用業內公認的任何試 驗，或可以使用合理地被認為預測材料在其預期使用條件下的長期儲存的任何試驗，例如 合理地被認為預測該組合物使其相當大部分、或基本全部的CO2保持固定達一定時間量的 任何試驗。例如，如果當在10%至50%相對濕度下在50、75、90、100、120或150°C下暴露 1、2、5、25、50、100、200，或 500 天時其損失少于 1 % >2 % ,3% ,4% ,5 % UO% ,20 % ,30%^； 50%的碳，則該集料可以被視為封存的CO2的長期儲存集料。根據該材料的預期用途和環 境選擇試驗條件。可以通過任何合適的方法，例如庫侖法監測該材料的CO2含量。為了證實一材料是CO2-封存材料，例如含有源自化石燃料燃燒的二氧化碳的材 料，可以使用如同位素測量(例如S13C值的測量)和碳庫侖法之類的試驗；也可以使用任 何其它合適的測量法證實例如該組合物含有碳酸鹽和/或碳酸鹽以該組合物的指定百分 比存在。因此，在一些實施方案中，本發明提供包含CO2-封存集料的組合物。該集料可以 從含二價陽離子的水，例如含堿土金屬離子的水，如咸水，例如海水或地質鹽水，或源自海 水或地質鹽水的水中沉淀。該含二價陽離子的水可含有來自工業過程，例如來自工業廢氣 流的CO2,其隨后轉化成包含在該集料中的碳酸鹽。因此，在一些實施方案中，該集料具有如 下所述反映化石燃料來源的S13C值。該CO2-封存集料可含有碳酸鈣、碳酸鎂、碳酸鈣鎂或 它們的任何組合。在一些實施方案中，該集料含有至少大約10、20、30、40、50、60、70、80或 90%碳酸鹽。在一些實施方案中，該集料含有至少大約50%碳酸鹽。Ca/Mg摩爾比在一些實 施方案中可以為1/10至1/3，或1/3至3/1，或10/1至100/1，或大約1/1。該CO2-封存集 料可以以給定百分比含有本文列出的任何礦物形式，例如方解石、三水菱鎂礦、文石、球碳 鎂石。這類集料可具有如本文所述的其它性質，例如尺寸、形狀、密度、反應性等。例如，在 一些實施方案中，這類集料可具有在莫氏硬度標上至少2或至少3或同等的硬度。在一些 實施方案中，這類集料可具有501b/ft3至2001b/ft3，或751b/ft3至1751b/ft3，或501b/ft3 至 1001b/ft3,或 751b/ft3 至 1251b/ft3,或 901b/ft3 至 1151b/ft3,或 1001b/ft3 至 2001b/ ft3,或 1251b/ft3 至 1751b/ft3,或 1401b/ft3 至 1601b/ft3,或 501b/ft3 至 2001b/ft3 的堆 積密度。在一些實施方案中，這類集料是具有751b/ft3至1251b/ft3的堆積密度(單位重 量)的集料。在一些實施方案中，這類集料是具有901b/ft3至1151b/ft3的堆積密度(單位 重量)的集料。在一些實施方案中，這類集料是粗集料。在一些實施方案中，這類集料是細 集料。這類集料也可以具有如本文進一步描述的Ca/Mg比、晶體結構和多晶型物、孔隙率、反應性或其缺乏、防C02釋放的穩定性和/或其它特性。在某些實施方案中，本發明的集料含有來自化石燃料的碳；由于其化石燃料來源， 這類集料的碳同位素分餾(δ 13C)值不同于例如石灰石。如本領域中已知，化石燃料的來源 工廠優先利用12C而非13C,因此分餾碳同位素以使它們的比率值不同于一般而言大氣中的 值；該值在與標準值(PeeDee Belemnite，或PDB標準)比較時被稱作碳同位素分餾(δ 13C) 值。煤的δ 13C值通常為-30至-20%。，甲烷的δ 13C值可低至-20%。至-40%。或甚至_40%0 至-80%。。大氣CO2的δ 13C值為-10%。至-7%。，石灰石集料的δ 13C值為為+3%。至_3%0，且 海洋碳酸氫鹽的δ 13C值為為0%。。即使該集料含有一些天然石灰石或具有不如化石燃料負 的S 13C值的其它C源，其δ 13C值大體上仍是負的并且是比石灰石或大氣CO2更負(更小) 的值。本發明的集料因此包括δ 13C比-10%。更負(更小)，如比-12%。、-14%。、-16%。、_18%0 、-20%。、-22%。、-24%。、-26%。、_28%。更負(更小)，或比_30%。更負(更小)的集料。在一些 實施方案中，本發明提供δ 13C比-10%。更負(更小)的集料。在一些實施方案中，本發明提 供δ 13C比-14%。更負(更小)的集料。在一些實施方案中，本發明提供δ 13C比-18%。更負 (更小)的集料。在一些實施方案中，本發明提供δ 13C比-20%。更負(更小)的集料。在 一些實施方案中，本發明提供δ 13C比-24%。更負(更小)的集料。在一些實施方案中，本發 明提供δ 13C比-28%。更負(更小)的集料。在一些實施方案中，本發明提供δ 13C比-30%。 更負(更小)的集料。在一些實施方案中，本發明提供δ 13C比-32%。更負(更小)的集 料。在一些實施方案中，本發明提供δ 13C比-34%。更負(更小)的集料。這類集料可能是 如上所述的含碳酸鹽的集料，例如含有至少10、20、30、40、50、60、70、80或90%碳酸鹽，例 如至少50%碳酸鹽w/w的集料。這類集料可具有如本文所述的其它性質，例如尺寸、形狀、 密度、反應性等。例如，在一些實施方案中，這類集料可具有在莫氏硬度標上至少2或至少3 或同等的硬度。在一些實施方案中，這類集料可具有501b/ft3至2001b/ft3，或751b/ft3至 1751b/ft3,或 501b/ft3 至 1001b/ft3,或 751b/ft3 至 1251b/ft3,或 901b/ft3 至 1151b/ft3, 或 1001b/ft3 至 2001b/ft3,或 1251b/ft3 至 1751b/ft3,或 1401b/ft3 至 1601b/ft3,或 501b/ ft3至2001b/ft3的堆積密度。在一些實施方案中，這類集料是具有751b/ft3至1251b/ft3 的堆積密度(單位重量)的集料。在一些實施方案中，這類集料是具有901b/ft3至1151b/ ft3的堆積密度(單位重量)的集料。在一些實施方案中，這類集料是粗集料。在一些實施 方案中，這類集料是細集料。這類集料也可以具有如本文進一步描述的Ca/Mg比、晶體結構 和多晶型物、孔隙率、反應性或其缺乏、防C02釋放的穩定性和/或其它特性。在一些實施方案中，本發明的集料是負碳集料，且該集料生產方法是負碳法。本文 所用的術語“負碳”是指通過實施該方法封存的(例如通過將CO2轉化成碳酸鹽)CO2或該 方法制成的組合物中的CO2的按重量計的量大于為實施該方法或為制造最終備用形式的產 品而生成的(例如通過動力生成、反應物如堿的生產或開采、會產生CO2的該產品的運輸和 其它制造部分等)CO2量，其可以如下列方程式中所示以百分比表示((CO2捕集量-捕集中消耗的CO2量)/C02捕集量)X 100 =負碳％因此，在捕集過程中不消耗二氧化碳的同時捕集二氧化碳的產品是100%負碳的。 在一些情況下，本發明的產品或方法是1至100 %負碳，如5至100 %，包括10至95 %、10至 90%、10 至 80%、10 至 70%、10 至 60%、10 至 50%、10 至 40%、10 至 30%、10 至 20%、20 至 95%,20 至 90%、20 至 80%、20 至 70%、20 至 60%、20 至 50%、20 至 40%、20 至 30%、30
15至 95%、30至90%、30至80%、30至70%、30至60%、30至50%、30至40%、40至95%、40 至 90%、40至80%、40至70%、40至60%、40至50%、50至95%、50至90%、50至80%、50 至 70%、50 至 60%、60 至 95%、60 至 90%、60 至 80%、60 至 70%、70 至 95%、70 至 90%、 70至80 %、80至95 %、80至90 %，和90至95 %負碳。在一些情況下，本發明的產品或方法 為至少5%負碳，或至少10%負碳，或至少20%負碳，或至少30%負碳，或至少40%負碳， 或至少50 %負碳，或至少60 %負碳，或至少70 %負碳，或至少80 %負碳，或至少90 %負碳。 負碳方法更詳細描述在全文經此引用并入本文的美國專利申請No. 12/344,019中。本發明的集料在一些實施方案中包括如上所述存在于例如工業廢氣中的其它封 存組分。相應地，在一些實施方案中，除了含有例如由封存的CO2產生的碳酸鹽外，本發明 的集料可包括一種或多種下列化合物或元素或衍生自下列化合物或元素的物質co、硫氧 化物(SOx，如S02和S03)、氮氧化物(NOx，如NO和N02)、重金屬如汞、鎘、鉛、和/或本領域 中公知的其它、微粒、放射性物質和有機化合物。因此，本發明包括除CO2-封存組分如碳酸 鹽外，還含有SOx-衍生組分，如硫酸鹽或亞硫酸鹽，例如鈣或鎂的硫酸鹽或亞硫酸鹽，或鈣 和鎂的硫酸鹽或亞硫酸鹽的組合的集料。在一些實施方案中，本發明提供含有例如衍生自 CO2的碳酸鹽化合物和例如衍生自SOx的硫酸鹽和/或亞硫酸鹽化合物的集料，其中碳酸 鹽與硫酸鹽/亞硫酸鹽(如果兩者都存在，它們的總和)的摩爾比為200 1至10 1， 如150 1至20 1，或120 1至80 1。在一些實施方案中，本發明提供含有例如衍 生自CO2的碳酸鹽化合物和例如衍生自SOx的硫酸鹽和/或亞硫酸鹽化合物的集料，其中 該碳酸鹽構成該集料的20% -99%且該硫酸鹽/亞硫酸鹽化合物構成該集料的0. 01-5%, 例如其中該碳酸鹽構成該集料的50% -99%且該硫酸鹽/亞硫酸鹽化合物構成該集料的 0. 1_3%，如其中該碳酸鹽構成該集料的85% -99%且該硫酸鹽/亞硫酸鹽化合物構成該集 料的0. 2-2%。在一些實施方案中，本發明提供含有碳酸鹽化合物和硫酸鹽和/或亞硫酸鹽 化合物的集料，其中碳酸鹽與硫酸鹽/亞硫酸鹽(如果兩者都存在，它們的總和)的摩爾比 為200 1至10 1，如150 1至20 1，或120 1至80 1。在一些實施方案中， 本發明包括除例如衍生自CO2的碳酸鹽化合物和任選例如衍生自SOx的硫酸鹽或亞硫酸鹽 外還包括重金屬，例如汞，或重金屬衍生的化合物的集料。在此類實施方案中，該集料可以 以5X109 1至5X108 1，如2X109 1至5X108 1的碳酸鹽汞化合物摩爾比含有碳 酸鹽和汞化合物。在一些實施方案中，本發明的集料包括CO2-衍生組分、SOx-衍生組分和 汞_衍生組分，任選還包括NOx-衍生組分。在一些實施方案中，本發明的集料含有下列至少一種碳酸鈣化合物、碳酸鎂化合 物和碳酸鈣鎂化合物。該集料的鈣/鎂摩爾比可以根據原材料、制造條件等為本文給出的 任何比率，例如在7 1至2 1，2 1至1 2，或1 10至1 200的鎂鈣范圍內。 在一些實施方案中，所述一種或多種碳酸鹽化合物構成該集料的至少10、20、30、40、50、60、 70、80、90、95、99重量％，例如，至少50%，包括至少80%，如至少90%。所述一種或多種碳 酸鹽化合物可包括由含二價陽離子的水，例如含有衍生自氣態工業廢物流的CO2的含二價 陽離子的水制成的沉淀物。工業氣態廢物流可以如本文所述例如來自發電廠、鑄造廠、水泥 廠、精煉廠或冶煉廠。在一些實施方案中，該集料含有通過如本文其它地方所述的制造條件 制成的特殊礦物。在一些具體實施方案中，該集料以至少0. 1 %，或至少0. 5 %，或至少1 %， 或至少2%，或至少5%，或至少10%的百分比w/w含有球碳鎂石。在一些實施方案中，該集料含有球碳鎂石以及三水菱鎂礦。在一些具體實施方案中，該集料含有至少0. 1%，或至 少0. 5 %，或至少1 %，或至少2 %，或至少5 %，或至少10 %的百分比w/w的球碳鎂石和至 少0. 1%，或至少0. 5%，或至少1%，或至少2%，或至少5%，或至少10%的百分比w/w的 三水菱鎂礦。在一些實施方案中，該集料以至少0.1%，或至少0.5%，或至少1 %，或至少 2 %，或至少5 %，或至少10 %，或至少20 %，或至少30 %的百分比w/w含有方解石。在一些 實施方案中，該集料以至少0.1%，或至少0.5%，或至少1 %，或至少2 %，或至少5 %，或至 少10 %，或至少20 %，或至少30 %的百分比w/w含有白云石。在一些實施方案中，本發明提供不含粘合劑的合成巖石，即自粘結合成巖石。本 發明的方法能夠通過如本文其它地方更充分描述的不需要外來或固有粘合劑的涉及物理 反應的方法制造硬的耐久巖石。因此，在一些實施方案中，本發明提供含有少于10、5、2、1、 0. 5,0. 2,0. 1,0. 05,0. 02,0. 01,0. 005,0. 001,0. 0005,0. 0001% w/w 粘合劑的合成巖石，其 中本文所用的術語“粘合劑”包括添加到到合成巖石體系中以造成或促進在合成過程中將 合成巖石的組分粘合在一起的化學反應的化合物或物質。在本文其它地方描述了典型粘合 劑。在一些實施方案中，本發明的合成巖石基本不含粘合劑。這類合成巖石可以在模擬地 質過程的工藝中人工巖化，其中物理而非化學過程是形成巖石的過程，例如化合物以用于 將該組合物粘合在一起的新的形式溶解和再沉淀。這類合成巖石在某些實施方案中含有一 種或多種碳酸鹽化合物，例如衍生自化石燃料源的碳酸鹽化合物。該合成巖石在一些實施 方案中可具有比-10%。或-12%。，或-14%。或-18%。，或-22%。，或 _26%。或-30%,或-32%, 或-36%。更負(更小)的碳同位素分餾(S13C)值。該合成巖石在一些實施方案中可具 有-10%。至_40%。的碳同位素分餾(δ 13C)值。在一些實施方案中，具有低或零的粘合劑含量的合成巖石包括下列至少一種碳 酸鈣化合物、碳酸鎂化合物和碳酸鈣鎂化合物。該合成巖石的鈣/鎂摩爾比可以根據原材 料、制造條件等為本文給出的任何比率，例如在7 1至2 1,2 1至1 2，或1 10 至1 200的鎂鈣范圍內。在一些實施方案中，所述一種或多種碳酸鹽化合物構成該合成 巖石的至少10、20、30、40、50、60、70、80、90、95、99重量％，例如，至少50%，包括至少80%， 如至少90%。所述一種或多種碳酸鹽化合物可包括由含二價陽離子的水，例如含有衍生自 氣態工業廢物流的CO2的含二價陽離子的水制成的沉淀物。工業氣態廢物流可以如本文所 述例如來自發電廠、鑄造廠、水泥廠、精煉廠或冶煉廠。可以在其中將亞穩組分如亞穩碳酸 鹽轉化成更穩定組分的方法中制造人造巖石。例如，在一些實施方案中，在將文石轉化成方 解石，和/或將球霰石轉化成文石和/或方解石，和/或將原白云石(protodolomite)轉化 成白云石的方法中制造合成巖石。在一些實施方案中，本發明提供輕型集料，例如堆積密度為75_1251b/ft3，或 90-1151b/ft3的集料。在一些實施方案中，該輕型集料是CO2-封存集料，其可以是含有碳 酸鹽，例如至少10、20、30、40、50、60、70、80或90%衍生自化石燃料的碳酸鹽的集料。在 一些實施方案中，該集料具有比-10%。，或-12%。，或-14%。，或-18%。，或-22%。，或-26% 或-30%。，或-32%。，或-36%。更負(更小)的碳同位素分餾(S13C)值。該輕型集料在一些 實施方案中可具有-10%。至-40%。的碳同位素分餾(S13C)值。該輕型集料在一些實施方案 中可具有比-20%。更負(更小)的碳同位素分餾(S13C)值。該輕型集料在一些實施方案中 可具有比-30%。更負(更小)的碳同位素分餾(S13C)值。該輕型集料在一些實施方案中含有碳酸鹽和硫酸鹽或亞硫酸鹽，或硫酸鹽和亞硫酸鹽的組合。在一些實施方案中，碳酸鹽與 硫酸鹽和/或亞硫酸鹽的摩爾比為1000 1至10 1，或500 1至50 1，或300 1 至75 1。在這些實施方案的一些中，該集料進一步含有可能源自化石燃料的汞或汞化合 物。在一些實施方案中，該集料含有球碳鎂石。 在一些實施方案中，本發明提供定制的集料組合，例如具有多種特性的一組集料， 選擇其以匹配預定的特性組合，如尺寸、形狀、表面結構、硬度、抗磨性、密度、孔隙率、酸穩 定性、堿穩定性、CO2釋放穩定性和顏色中的至少兩種、三種、四種或五種。在一些實施方案 中，本發明提供具有多種特性的一組集料，選擇其以匹配預定的特性組合，其中這些特性包 括尺寸、形狀和硬度。在一些實施方案中，本發明提供具有多種特性的一組集料，選擇其以 匹配預定的特性組合，其中這些特性包括尺寸、形狀、硬度和表面結構(texture)。在一些 實施方案中，本發明提供具有多種特性的一組集料，選擇其以匹配預定的特性組合，其中這 些特性包括尺寸、形狀、硬度和密度。在一些實施方案中，本發明提供具有多種特性的一組 集料，選擇其以匹配預定的特性組合，其中這些特性包括尺寸、形狀和密度。在一些實施方 案中，本發明提供包含合成碳酸鹽的集料。該合成碳酸鹽可含有封存的CO2,如從含二價陽 離子的水，例如含堿土金屬離子的水，如本文進一步描述的咸水例如海水中沉淀的碳酸鹽。 該含二價陽離子的水，例如含堿土金屬離子的水，可含有來自工業廢物流的CO2，其中至少 一部分所述來自工業廢物流的CO2以封存的CO2的形式存在于該合成碳酸鹽中。該工業氣 態廢物流可以是如本文所述的任何廢物流，例如來自發電廠、鑄造廠、水泥廠、精煉廠或冶 煉廠。該合成碳酸鹽可以以如本文更充分描述的任何比率含有下列至少一種碳酸鈣化合 物、碳酸鎂化合物和碳酸鈣鎂化合物，例如，其中鎂與鈣的重量比為10/1至1/10。如果存在 碳酸鈣化合物，其可能包括本文所述的多晶型物中的任何一種或多種，例如，方解石、文石、 球霰石、六水方解石或非晶碳酸鈣。如果存在碳酸鎂化合物，其可能包括本文所述的多晶型 物中的任何一種或多種，例如，球碳鎂石、菱鎂礦、二水菱鎂礦、三水菱鎂礦、五水菱鎂礦、水 菱鎂礦或非晶碳酸鎂，如至少w/w的量或至少5% w/w的量的球碳鎂石；包括球碳鎂石 的實施方案在一些情況中可進一步包括三水菱鎂礦、水菱鎂礦或其組合。如果存在碳酸鈣 鎂化合物，其可能包括本文所述的多晶型物中的任何一種或多種，例如白云石、碳鈣鎂石或 水碳鈣鎂石。該集料可包含如本文所述的量的鍶。也如本文進一步描述，該集料可以是反 應性或非反應性的。在一些實施方案中，合成碳酸鹽構成該集料的至99%。該集料可 以是粗集料，例如具有0. 125英寸至6英寸的平均粒度，或細集料，例如具有0. 001英寸至 0.25英寸的平均粒度，或粗集料和細集料的組合。該集料可具有選自圓形、不規則形狀、薄 片形、角形、細長形、薄片-細長形、次棱角形(subangular)、次圓形(subroimded)、滾圓形 (well rounded)及其任何混合的粒子形狀；在一些情況中，該集料進一步具有選自玻璃質、 光滑、顆粒狀、粗糙、結晶、蜂窩狀及其混合的粒子表面結構。在一些實施方案中，該集料具 有選自多邊形、圓柱形、球形、三角形、曲面形、環狀、橢球形、卵形、星形、棱柱形或其任何混 合的粒子形狀；在一些情況中，可進一步具有選自玻璃質、光滑、顆粒狀、粗糙、結晶、蜂窩狀 及其混合的粒子表面結構。該集料可具有大約1. 5至9，如大約2. 5至6的莫氏硬度，或在 Rockwell、Vickers或Brinell標上的同等硬度。任何上述集料可進一步包括下列一種或 多種波特蘭水泥、飛灰、石灰和粘合劑，例如，波特蘭水泥，如其中合成碳酸鹽與波特蘭水 泥的重量比為0. 1/1至5/1。該集料具有100至1501b/ft3，如75_1251b/ft3的單位密度。
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在一些實施方案中，本發明提供制造包含合成碳酸鹽的集料的方法，該方法包括 獲得合成碳酸鹽；和制造包含合成碳酸鹽的集料。在一些實施方案中，該合成碳酸鹽包含封 存的co2。在一些實施方案中，所述獲得步驟包括從含二價陽離子的水，例如含堿土金屬離 子的水，如咸水，例如海水中，沉淀合成碳酸鹽。所述獲得步驟可進一步包括在沉淀步驟之 前和/或之中使含二價陽離子的水，例如含堿土金屬離子的水與包含CO2的工業氣態廢物 流接觸。該工業氣態廢物流可以是如本文所述的任何流，如來自發電廠、鑄造廠、水泥廠、精 煉廠或冶煉廠，例如煙道氣。在一些實施方案中，所述獲得步驟進一步包括在沉淀步驟之前 或之中將該含堿土金屬離子的水的PH升至10或更高。所述制造步驟可進一步包括生成包 含該合成碳酸鹽的可凝固組合物；和例如通過將該合成碳酸鹽與水、波特蘭水泥、飛灰、石 灰和粘合劑中的一種或多種混合來使該可凝固組合物形成固體產物，和任選通過模制、擠 出、制丸或壓碎來機械精制該固體產物。所述制造步驟可包括使該合成碳酸鹽與淡水接觸 以將該合成碳酸鹽轉化成淡水穩定產物；在一個實施方案中，這通過在敞開區域鋪開該合 成碳酸鹽；和使該鋪開的合成碳酸鹽與淡水接觸來進行。在一些實施方案中，本發明提供適用在建筑材料中的集料，其中該集料具有低于 1151b/cu ft的單位密度并且是負碳集料。在一些實施方案中，本發明提供包括水凝水泥；和含合成碳酸鹽(如上述任何合 成碳酸鹽)的集料的組合物。該組合物可進一步包括水，且該組合物是可凝固組合物，如混 凝土、灰漿或土壤穩定劑。該組合物可進一步含有至少一種混合物。該水凝水泥可含有第 二合成碳酸鹽，例如其中該第二合成碳酸鹽包含封存的co2。
本發明還提供一種方法，包括獲得包含水凝水泥和含合成碳酸鹽的集料的組合 物，所述合成碳酸鹽例如上述任何合成碳酸鹽，例如CO2-封存碳酸鹽，即含有封存的CO2的 碳酸鹽；和制造包含所得組合物的可凝固組合物。該方法可進一步包括使該可凝固組合物 凝固成固體產物，如結構產品，例如道路的組成部分，如浙青，或建筑地基。在一些實施方案中，本發明提供包含含合成碳酸鹽(如上述任何合成碳酸鹽)的 集料的路基。在一些實施方案中，本發明提供包含含合成碳酸鹽(如上述任何合成碳酸鹽) 的集料的浙青。本發明還提供制造含合成碳酸鹽的集料的系統，該系統包括含堿土金屬的水的 輸入端；對該水施以碳酸鹽化合物沉淀條件和制造合成碳酸鹽的碳酸鹽化合物沉淀站；和 用于制造包含合成碳酸鹽的集料的集料制造器。在一些實施方案中，該集料制造器包含機 械精制該包含合成碳酸鹽的集料的精制站。在一些實施方案中，本發明提供封存CO2的方法，包括使含堿土金屬離子的水與包含CO2的氣態工業廢物流接觸；從該含堿土金屬離子的水中沉淀合成碳酸鹽，其中該合成碳酸鹽包含該來自氣態 工業廢物流的CO2 ；和制造包含合成碳酸鹽的集料。在一些實施方案中，本發明提供貝殼狀斷裂的(concoidally-fracturing)集料。2.制造本發明的組合物本發明的集料可以通過任何合適的方法制造。例如，本發明的集料可以通過從水 中沉淀前體鈣和/或碳酸鎂組合物隨后加工所得沉淀物以產生集料來制造。構成本發明的 集料的碳酸鹽化合物組合物可以是亞穩碳酸鹽化合物，或衍生自這類化合物，其如下文更詳細描述的那樣從水，如咸水中沉淀。本發明的碳酸鹽化合物組合物包括沉淀的結晶和/ 或非晶碳酸鹽化合物。如上綜述，本發明的集料包括碳酸鹽化合物組合物，例如從含二價陽離子的水，如 含堿土金屬的水中沉淀的組合物，如鹽水衍生的碳酸鹽化合物組合物。因此，該集料的碳酸 鹽化合物組合物是由一種或多種可能是非晶或結晶的不同的碳酸鹽化合物構成的。如上綜 述，該水泥的碳酸鹽化合物組合物可包括一種或多種氫氧化物化合物。制備本發明的組合物的示例性方法包括可分成1)沉淀物的制備，和2)由該沉淀 物制備集料的方法。1)沉淀物的制備本發明的集料中所用的沉淀物可以由二價陽離子，例如鎂和/或鈣離子和例如來 自工業廢氣源的CO2制備。該沉淀物通常是碳酸鹽和/或碳酸氫鹽，為了制備該沉淀物，必 須從該溶液中除去質子，例如借助堿、借助電化學方法，或聯用。二價陽離子二價陽離子(例如堿土金屬的陽離子，如Ca2+和Mg2+)用于使用本發 明的系統和方法制造集料。二價陽離子可根據在特定地點的可得性來自許多不同的二價陽 離子源。這類源包括工業廢料、海水、鹽水、硬水、礦物和任何其它合適的來源。在一些地點，來自各種工業過程的工業廢料流提供便利的二價陽離子源(以及在 一些情況中，該方法中可用的其它材料，例如金屬氫氧化物)。這類廢料流包括但不限于，采 礦廢料；化石燃料燃燒灰(例如飛灰)；礦渣(例如鐵礦渣、磷礦渣)；水泥窯廢料；煉油廠 /石化精煉廠廢料(例如油田和甲烷層鹽水(mathane seam brine))；煤層廢料(例如采氣 鹽水和煤層鹽水)；紙加工廢料；水軟化廢鹽水(例如離子交換流出物)；硅加工廢料；農業 廢料；金屬表面處理廢料；高PH紡織廢料；和堿渣。在一些地點，用于本發明的系統和方法的便利的二價陽離子源是水(例如，包含 二價陽離子的水溶液，如海水或地表鹽水(surfacebrine))，這可以隨實施本發明的特定地 點而變。可用的合適的二價陽離子水溶液包括包含一種或多種二價陽離子，例如堿土金屬 (例如，鈣、鎂)的溶液。在一些實施方案中，該水性二價陽離子源包含堿土金屬陽離子。在 一些實施方案中，該堿土金屬陽離子包括鈣、鎂或其混合物。在一些實施方案中，該二價陽 離子水溶液包含 50 至 50，OOOppm, 50 至 40，OOOppm, 50 至 20，OOOppm, 100 至 10，OOOppm, 200 至5000ppm，或400至IOOOppm的量的鈣。在一些實施方案中，該二價陽離子水溶液包含50 至 40，OOOppm, 50 至 20，OOOppm, 100 至 10，OOOppm, 200 至 10，OOOppm, 500 至 5000ppm，或 500 至2500ppm的量的鎂。在一些實施方案中，如果Ca2+和Mg2+都存在，該二價陽離子水溶液 中 Ca2VMg2+ 的比率為 1 至 1000 ；1 至 800 ；1 至 500 ；1 至 250 ；1 至 200 ；1 至 150 ；1 至 100 ； 1至50 ；和1至25。該二價陽離子水溶液可包含衍生自淡水、微咸水、海水或鹽水(例如天然存在 的鹽水或人造鹽水，如地熱電廠廢水、脫鹽裝置廢水)以及鹽度大于淡水的其它含鹽水 (saline)的二價陽離子。微咸水是比淡水咸但不如海水咸的水。微咸水具有大約0. 5至大 約35ppt (千分之份數)的鹽度。海水是來自海、洋或任何其它鹽水體的水，其具有大約35 至大約50ppt的鹽度。鹽水(brine)是鹽飽和或接近飽和的水。鹽水具有大約50ppt或更 大的鹽度。在一些實施方案中，作為二價陽離子源的咸水源是選自海、洋、湖泊、沼澤、河口、 瀉湖、地表鹽水、深層鹽水、堿湖、內海等的天然存在的來源。在一些實施方案中，作為二價陽離子源的咸水源是選自地熱電廠廢水或脫鹽廢水的人造鹽水。淡水通常是便利的二價陽離子源(例如堿土金屬的陽離子，如Ca2+和Mg2+)。可以 使用許多合適的淡水源中的任意種，包括從相對不含礦物的來源到相對富含礦物的來源的 淡水源。富礦淡水源可能是天然存在的，包括多種硬水源、湖泊或內海的任意種。一些富礦 淡水源，如堿湖或內海(例如Turkey的Lake Van)也提供pH改性劑來源。富礦淡水源也 可以是人造的。例如，可以使貧礦(軟)水與二價陽離子源，如堿土金屬陽離子(例如鈣或 鎂)接觸以制造適用于本發明的制造集料的系統和方法的富礦水。可以使用任何便利的程 序(例如添加固體、懸浮液或溶液)將二價陽離子或其前體(例如鹽、礦物)添加到淡水 (或本文所述的任何其它水)中。在一些實施方案中，將選自鈣和鎂的二價陽離子添加到淡 水中。在一些實施方案中，將選自鈉和鉀的一價陽離子添加到淡水中。在一些實施方案中， 將包含鈣的淡水與硅酸鎂(例如橄欖石或蛇紋石)或其產物或加工形式合并，從而產生包 含鈣和鎂陽離子的溶液。許多礦物提供二價陽離子源，此外，一些礦物是堿源。鎂鐵質礦物和超鎂鐵質礦 物，如橄欖石、蛇紋石和任何其它合適的礦物可以使用任何便利的程序溶解。可以通過提高 表面積，如通過以傳統方式研磨或通過例如噴射研磨，以及通過利用例如超聲技術加速溶 解。此外，可以通過暴露在酸或堿中來加速礦物溶解。可以將金屬硅酸鹽(例如硅酸鎂) 和其它包含相關陽離子的礦物溶解在例如酸(例如HC1，如來自電化學工藝的HCl)中以制 造例如，鎂和用在沉淀材料中的其它金屬陽離子，和隨后集料或本發明的其它組合物。在一 些實施方案中，可以在由于添加二氧化碳和廢氣的其它組分(例如燃燒氣體)而已經變酸 性的水性溶液中消化(digest)或溶解硅酸鎂和其它礦物。或者，可以通過用堿金屬氫氧化 物水溶液(例如NaOH)或任何其它合適的苛性材料溶解一種或多種金屬硅酸鹽(例如橄欖 石和蛇紋石)來使其它金屬物類，如金屬氫氧化物(例如，Mg (OH) 2, Ca (OH) 2)可用于集料 中。可以使用任何合適濃度的堿金屬氫氧化物水溶液或其它苛性材料分解金屬硅酸鹽，包 括高濃溶液和極稀溶液。堿金屬氫氧化物(例如NaOH)在溶液中的濃度(按重量計)可以 為例如30%至80%，和70%至20%水。有利地，用堿金屬氫氧化物水溶液消化的金屬硅酸 鹽等可直接用于由廢氣流制造沉淀材料，和隨后集料。此外，可回收來自沉淀反應混合物的 堿值并再用于消化添加的金屬硅酸鹽等。在一些實施方案中，二價陽離子水溶液可獲自也提供燃燒氣流的工廠。例如，在水 冷工廠，如海水冷卻的工廠中，工廠已使用用于冷卻的水可隨后用作在本發明的系統或方 法中制造沉淀材料和隨后集料用的水。如果需要，該水可以在進入沉淀系統之前冷卻。這 類方法可以例如與單程冷卻系統一起使用。例如，可以使用城市或農業供水作為工廠的單 程冷卻系統。來自該工廠的水可隨后用于制造沉淀材料，其可隨后用于在本發明的系統和 方法中制造集料，且其中輸出的水具有降低的硬度和更高的純度。如果需要，這類系統可以 修改以包括安全措施(例如用于檢測干擾(tampering)，如毒物的添加)和與政府機構(例 如Homeland Security或其它機構)協作。在此類實施方案中可以使用附加的干擾或侵襲 安全措施(tampering or attack safeguards)。CO2源盡管在一些實施方案中，水源中的 二氧化碳足以沉淀顯著量的碳酸鹽(例如從海水中)，但通常使用附加的二氧化碳——對 CO2-封存集料而言，顯而易見的是，情況通常如此。因此，在某些實施方案中，該方法進一步 包括使被施以礦物沉淀條件的水溶液，例如二價陽離子水溶液與CO2源接觸。與水溶液，例如二價陽離子水溶液接觸的CO2源可以是任何便利的CO2源。該CO2源可以是氣體、液體、固 體(例如干冰)、超臨界流體，或溶解在液體中的C02。在某些實施方案中，該CO2源是氣態 CO2源。這種氣態CO2源在某些情況中是來自工廠的廢料(即工廠的活動過程的副產物)。 在這些情況中，工廠的性質可變，其中可提到的工廠包括發電廠、化學加工廠、機械加工廠、 精煉廠、水泥廠、煉鋼廠和作為燃料燃燒或另一加工步驟(如水泥廠的煅燒)的副產物產生 CO2的其它工廠。對于CO2-封存集料，這些廢料流在一些實施方案中提供待封存的C02。該 氣流可以是基本純凈的CO2或包含多組分，包括CO2和一種或多種附加氣體和/或其它物 質，如灰分和其它微粒。包含CO2的廢氣流既包括還原條件流(例如合成氣、轉換的合成氣、天然氣、氫 氣等)，又包括氧化條件流(例如燃燒產生的煙道氣)。對本發明而言便利的特定廢氣 流包括含氧的燃燒工廠煙道氣、燃氣輪機增壓的鍋爐產品氣體(turbo charged boiler product gas)、煤氣化產品氣體、轉換的煤氣化產品氣體、厭氧消化池產品氣體(anaerobic digesterproduct gas)、井□天然氣流(wellhead natural gas stream)、重整天然氣或甲 烷水合物等。可以使用來自任何便利來源的燃燒氣體制造集料。在一些實施方案中，使用 工廠，如發電廠、水泥廠和煤加工廠的后燃燒排放煙囪中的燃燒氣體。因此，該廢料流可以由各種不同類型的工廠產生。適用于本發明的廢料流包括燃 燒化石燃料(例如煤、油、天然氣)和天然存在的有機燃料沉積物的人造燃料產品(例如 浙青砂、重油、油頁巖等)的工廠產生的廢料流。在一些實施方案中，適用于本發明的系統 和方法的廢料流源自燃煤發電廠，如粉煤發電廠、超臨界煤發電廠、物料燃煤發電廠(mass burn coal power plant)、流化床煤發電廠；在一些實施方案中，該廢料流源自燃氣或燃 油鍋爐和蒸汽輪機發電廠、燃氣或燃油鍋爐簡單循環燃氣輪機發電廠，或燃氣或燃油鍋爐 聯合循環燃氣輪機發電廠。在一些實施方案中，使用燃燒合成氣(即通過有機物，例如煤、 生物質等的煤氣化制成的氣體)的發電廠產生的廢料流。在一些實施方案中，使用來自 整體煤氣化聯合循環(IGCC)發電廠的廢料流。在一些實施方案中，使用余熱鍋爐(Heat Recovery Steam Generator) (HRSG)發電廠產生的廢料流根據本發明的系統和方法制造集 料。水泥廠產生的廢料流也適用于本發明的系統和方法。水泥廠廢料流包括來自濕法 和干法工廠的廢料流，這些工廠可以使用豎窯或回轉窯，并可以包括預煅燒爐。這些工廠各 自可燃燒單一燃料，或可相繼或同時燃燒兩種或更多種燃料。工業廢氣流可含有二氧化碳作為主要的非空氣的衍生組分，或尤其在燃煤發電 廠的情況下可含有附加組分，如氮氧化物(NOx)、硫氧化物(SOx)和一種或多種附加氣體。 附加氣體和其它組分可以包括C0、汞和其它重金屬，和粉塵粒子(例如來自煅燒和燃燒過 程)。該氣流中的附加組分還可能包括鹵化物，如氯化氫和氟化氫；顆粒物，如飛灰、粉塵和 金屬，包括砷、鈹、硼、鎘、鉻、鉻VI、鈷、鉛、錳、汞、鉬、硒、鍶、鉈和釩；和有機物，如烴、二氧 芑和PAH化合物。在各種實施方案中，一種或多種這些附加組分沉淀在通過使包含這些附 加組分的廢氣流與包含二價陽離子(例如堿土金屬離子，如Ca2+和Mg2+)的水溶液接觸而形 成的沉淀材料中。例如，如果氣流中含有SO2，可以在沉淀材料中沉淀鈣和鎂的硫酸鹽和亞 硫酸鹽，該沉淀可進一步包含碳酸鈣和/或碳酸鎂。其它組分，如重金屬，例如汞可能截留 在沉淀物中或可能以固體化合物形式沉淀。
盡管工業廢氣提供相對濃縮的燃燒氣體源，該方法和系統也適用于從含有比例如 煙道氣低得多的污染物濃度的較不濃縮的來源(例如大氣)中除去燃燒氣體組分。因此，在 一些實施方案中，方法和系統包括通過使用本文闡述的程序制造穩定的沉淀材料和隨后集 料來降低大氣中的污染物濃度。在這些情況中，一部分大氣中的污染物，例如CO2的濃度可 以降低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 氣污染物的這種降低可以以本文所述的收率或以更高或更低的收率實現，并且可以在一個 沉淀步驟或一系列沉淀步驟中實現。可以處理各種不同的氣態廢料流以利用各種燃燒氣體組分。合適的氣態廢料 流在一些實施方案中具有以200ppm至1，000，OOOppm，如200，OOOppm至lOOOppm，包括 200，OOOppm 至 2000ppm，例如 180，OOOppm 至 2000ppm，或 180，OOOppm 至 5000ppm，也包括 180，OOOppm至10，OOOppm的量存在的CO2。該廢料流可包括一種或多種附加組分，例如，水、 NOx (單氮氧化物N0和N02) ,SOx (單硫氧化物S0、S02和S03)、V0C (揮發性有機化合物)、 重金屬如汞、和顆粒物(懸浮在氣體中的固體或液體粒子)。煙道氣溫度也可變。在一些實 施方案中，煙道氣的溫度為0°C至2000°C，如60°C至7000°C，包括100°C至400°C。在該方法過程中的一定時刻，如在對二價陽離子水溶液施以沉淀條件之前、之中 或甚至之后使CO2源與水溶液，例如二價陽離子(例如堿土金屬陽離子)的水溶液接觸。水 溶液，例如二價陽離子如堿土金屬離子的水溶液與CO2源的接觸可以對該陽離子溶液施以 CO2沉淀條件之前和/或之中發生。相應地，本發明的實施方案包括在對該陽離子水溶液施 以礦物沉淀條件之前使該二價陽離子水溶液與CO2源接觸的方法。本發明的實施方案還包 括在對該二價陽離子溶液施以碳酸鹽和/或碳酸氫鹽化合物沉淀條件的同時使該二價陽 離子溶液與CO2源接觸的方法。本發明的實施方案包括在對該陽離子溶液施以碳酸鹽和/ 或碳酸氫鹽化合物沉淀條件之前使該二價陽離子水溶液與CO2源接觸的方法。本發明的實 施方案包括對該陽離子溶液施以碳酸鹽和/或碳酸氫鹽化合物沉淀條件之前和同時都使 該二價陽離子水溶液與CO2源接觸的方法。在一些實施方案中，該相同二價陽離子溶液可以 循環一次以上，其中第一沉淀周期主要除去碳酸鈣和碳酸鎂礦物并留下殘留的堿性水，可 以向其中加入其它堿土金屬離子源，可以使更多CO2循環通過它，從而沉淀更多碳酸鹽和/ 或碳酸氫鹽化合物。要認識到，在這些情況下，可以在已添加二價陽離子之前、之中和/或 之后使該CO2與水接觸。氣態廢料流可以以將氣態廢料流從該工廠傳送到沉淀設施的任何便利的方式從 工廠供應到沉淀地點。在一些實施方案中，用從該工廠所在地(例如工廠煙道)通向一個 或多個沉淀地點的氣體傳送裝置(例如導管)提供該氣態廢料流。該氣態廢料流的來源可 以在遠離沉淀地點的位置，以使該氣態廢料流的來源在距沉淀地點1英里或更遠，如10英 里或更遠，包括100英里或更遠的地點。例如，該氣態廢料流可以從遠端工廠經由CO2氣體 傳送系統(例如管道)運往沉淀地點。該工廠生成的含CO2的氣體在到達沉淀地點(即進 行沉淀和/或集料制造的地點)之前可以經過或不經過加工。在另一些情況下，該氣態廢 料流的來源鄰近沉淀地點。例如，沉淀地點與該氣態廢料流的來源集成，如集成了用于沉淀 可用于制造集料的沉淀材料的沉淀反應器的發電廠。可以使用來自工廠的一部分氣態廢料流(即并非全部氣態廢料流)制造沉淀材料和隨后集料。在這些實施方案中，用于沉淀材料的沉淀的這部分氣態廢料流可以為該氣態 廢料流的75%或更低，如60%或更低，且包括50%和更低。在另一些實施方案中，在可用 于制造本發明的集料的沉淀材料的沉淀中使用該工廠產生的基本(例如80%或更多)所 有的氣態廢料流。在這些實施方案中，80 %或更多，如90 %或更多，包括95 %或更多，最多 100%的該來源生成的氣態廢料流(例如煙道氣)可用于沉淀材料的沉淀。如上所述，該氣態廢料流可以是獲自工廠煙道或類似結構的氣態廢料流。在這些 實施方案中，將管道(例如導管(duct))連向煙道以使氣體經由該管道離開煙道并傳送至 沉淀系統的適當位置。根據該沉淀系統的使用氣態廢料流的部分(point)的特定構造，該 氣態廢料流的獲得來源的位置可變(例如以提供具有適當或所需溫度的廢料流)。因此，在 需要具有0°C至1800°C，如60°C至700°C溫度的氣態廢料流的某些實施方案中，可以在鍋爐 或燃氣輪機的出口處、窯，或在發電廠或煙囪的提供所需溫度的任何位置獲得煙道氣。如果 需要，使煙道氣保持在高于露點(例如125°C)的溫度以避免冷凝和相關的復雜情況。如果 不能保持高于露點的溫度，可以采取步驟減輕冷凝的不利作用(例如采用氟烴(如聚(四 氟乙烯))襯里的不銹鋼導管、用水稀釋和控制PH值等)，以使該導管不會迅速變質。可以使用任何便利的程序使該水與CO2源接觸。如果CO2是氣體，可提到的接觸程 序包括，但不限于直接接觸程序，例如將該氣體鼓泡通過該咸水體，并流接觸方式，即單向 流動的氣相和液相流之間的接觸，對流方式，即對向流動的氣相和液相流之間的接觸等。因 此，可以視便利使用注入器、鼓泡器、流體文丘里反應器、噴霧器、氣體過濾器、噴嘴、塔盤或 填充塔反應器等實現接觸。在一個實施方案中，接觸在扁平噴射液體層(flat jet liquid sheet)和該氣體之間進行，其中該液體層和該氣體可以以對流、并流或交叉流方向或以任 何其它合適的方式運動。參見例如全文經此引用并入本文的2009年3月10日提交的美國 專利申請No. 61/158，992。在一個實施方案中，接觸是在室中在溶液的直徑5微米或更小的 中性浮起液滴和氣體之間進行。在一些實施方案中，使用催化劑通過加速反應朝平衡進行 來加速二氧化碳溶解到水中；該催化劑可以是無機物，如三氯化鋅或鎘，或有機物，例如酶， 如碳酸酐酶。除質子CO2溶解到水溶液中以與碳酸氫鹽和碳酸鹽平衡地產生碳酸。為了沉淀碳 酸鹽，從該溶液中除去質子以使該平衡移向碳酸鹽。此外，除去質子能使更多CO2進入溶液。 在一些實施方案中，和CO2與例如含二價陽離子的水溶液的接觸一起利用去除質子提高該 反應的一個相中的CO2吸收，其中PH可保持不變、提高或甚至降低，隨后迅速除質子(例如 通過添加堿)以使碳酸鹽化合物迅速沉淀。可以通過任何便利的方法從該溶液中除去質 子。可提到的方法包括，但不限于使用天然存在的PH升高劑、使用微生物和真菌、使用合 成的化學PH升高劑、回收人造廢料流和使用電化學方式。術語天然存在的pH升高劑包括在可能創造或具有堿性局部環境的更寬環境中發 現的任何試劑。一些實施方案提供在添加到溶液中，例如溶解時創造堿性環境的天然存在 的PH升高劑，包括礦物。這類礦物包括，但不限于石灰(CaO)、方鎂石(MgO)、火山灰、超 鎂鐵質巖和礦物，如蛇紋石，和氫氧化鐵礦物，例如針鐵礦和褐鐵礦。在本文中提供了溶解 這類巖石和礦物的方法。一些實施方案包括使用天然堿性水體作為天然存在的PH升高劑。 天然堿性水體的實例包括，但不限于地表水源，例如堿湖，如California的Mono Lake，和 地下水源，例如堿性蓄水層。另一些實施方案使用來自干燥的堿性水體的沉積物，如沿著
24Africa's Great Rift Valley的Lake Natron的地殼。另一些實施方案使用在它們的正 常代謝中分泌堿性溶液或分子的有機體作為PH升高劑。這類有機體的實例是產生堿性蛋 白酶的真菌，例如具有9的最佳pH值的深海真菌焦曲霉，和制造堿性分子的細菌，例如在 BristishColumbia的Atlin wetland中發現的藍菌，Lyngbya sp.，其由光合作用附帶提高 PH值。在一些實施方案中，使用有機體，其中存在在代謝中使用以產生pH升高分子或溶液 的共_污染物，例如使用將脲水解成氨的B. pasteurii，其中脲作為污染物存在。在一些實 施方案中，獨立于本方法培養有機體，它們的堿性分泌用于補充該封存法。化學pH升高劑通常是指大量生產的市售合成化學品。一些實施方案使用化學 品，包括氫氧化物、有機堿、超強堿、氧化物、氨和碳酸鹽。氫氧化物包括含OH的分子。 示例性氫氧化物是氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化鉀(KOH)、氫氧化鈣(Ca(OH)2)和氫氧化鎂 (Mg(OH)2)。有機堿是含碳分子和并通常為(-NR2H+)形式。一些實施方案使用有機堿提高 pH，包括吡啶、甲基胺、咪唑、苯并咪唑、組氨酸和磷腈堿(phophazene base)。一些實施方 案用氨，NH3，除去質子pH。一些人認為氨是有機堿，盡管其不含碳分子。另一些實施方案使 用超強堿作為升高PH的化學品，包括但不限于乙醇鹽、氨基化鈉(NaNH2)、氫化鈉(NaH)、 丁基鋰、二異丙基氨基化鋰、二乙基氨基化鋰和雙(三甲基甲硅烷基)氨基化鋰。氧化物是 可用作質子受體/pH升高劑的另一些化學品。一些實施方案使用氧化物作為pH升高劑，包 括但不限于氧化鈣(CaO)、氧化鎂(MgO)、氧化鍶(SrO)和氧化鈹(BeO)。來自各種工藝的廢料流是可用于與水溶液中的質子反應的試劑例如堿的其它來 源。在一些實施方案中，提供廢料流作為堿。這類廢料流包括，但不限于采礦廢料；化石 燃料燃燒灰；礦渣，例如鐵礦渣、磷礦渣；水泥窯廢料；煉油廠/石化精煉廠廢料，例如油田 和甲烷層鹽水；煤層廢料，例如采氣鹽水和煤層鹽 水；紙加工廢料；水軟化，例如離子交換 廢鹽水；硅加工廢料；農業廢料；金屬表面處理廢料；高PH紡織廢料；和堿渣。采礦廢料包 括由從土地提取金屬或另外的昂貴或有用的礦物產生的任何廢料。一些實施方案使用來 自采礦的廢料提高PH，包括來自拜耳鋁提取法的紅泥；來自海水(例如在Moss Landing, California)的鎂提取的廢料；和來自包括浸提的其它采礦法的廢料。來自燃燒化石燃料 的工藝，如燃煤發電廠的灰分產生通常富含CaO或可以在溶解時創造堿性環境的其它金屬 氧化物的灰分。在一些實施方案中，提供由燃燒化石燃料，例如燃煤發電廠產生的灰分作為 PH升高劑，包括飛灰，例如離開煙囪的灰分和底灰。水泥窯廢料可用作pH升高劑，因為留在 水泥窯中的粉末通常含有CaO，且在一些實施方案中就這樣提供。農業廢料(通過動物廢物 或過量使用肥料)可能含有氫氧化鉀(KOH)或氨(NH3)或兩者，在本發明的一些實施方案中 提供農業廢料作為PH升高劑。該農業廢料通常收集在池子中，但其也可能滲入蓄水層中， 在此可獲取其以用在該封存法中。電化學方法是從溶液中除去質子的另一方式，其通過從二價陽離子水溶液中的分 子中除去質子(脫質子)，例如如果由CO2溶解產生的質子匹配或超過通過電化學法除去的 質子，或通過制造苛性堿分子例如氫氧化物，如通過氯堿法，或其它電化學法。例如，可以在 容納水溶液，例如在一些實施方案中，二價陽離子的水溶液的反應器中提供電極(陰極和 陽極)，其中該電極可以按需要被選擇性隔板，如膜隔開。如果需要，可以收集水解產物的副 產物，例如H2、鈉金屬等并按需要用于其它用途。可提到的其它電化學法包括但不限于，美 國臨時申請序號Nos. 61/081，299和61/091，729中公開的那些；它們的公開內容經此引用并入本文。在一些情況下，使用低電壓電化學程序從水溶液中除去質子，例如在溶解0)2(直 接除去質子或間接地通過提供堿)的同時和在沉淀步驟(仍是直接或間接地)中。“低電 壓”包括在2、1.9、1.8、1.7或1.6￥或更低，如小于1. 5、1. 4、1. 3、1. 2、1. IV或更低，如IV 或更低，包括0. 9V或更低，0. 8V或更低，0. 7V或更低，0. 6V或更低，0. 5V或更低，0. 4V或更 低，0. 3V或更低，0. 2V或更低，或0. IV或更低的平均電壓下運行的電化學程序。可使用不 生成氯氣的電化學程序。也可使用不生成氧氣的電化學程序。也可使用不生成氫氣的電化 學程序。在一些情況下，該電化學程序是不生成任何氣態副產物的電化學程序。在一些實 施方案中，該電化學程序在陰極處生成氫氣，其輸送至陽極，在此將其轉化成質子。參見例 如2008年12月24日提交的美國專利申請No. 12/344，019和2008年12月23日提交的美 國專利申請No. 12/375，632和2008年12月23日提交的PCT申請No. US08/088242和2009 年1月28日提交的PCT申請NO.US09/32301，所有這些都全文經此引用并入本文。這些除質子法可以任何合適地結合使用。一些實施方案提供PH升高/除質子法的 組合，包括與市售堿例如NaOH聯合使用人造廢料，例如飛灰或采礦廢料；與電化學方法， 例如脫質子和天然存在的PH升高劑，例如蛇紋石礦物聯合使用人造廢料；或與市售堿和天 然存在的PH升高劑聯合使用人造廢料。一些實施方案提供pH升高/除質子的組合，以使 2-30 %的pH升高劑是飛灰，20-80 % %的pH升高劑是例如來自采礦過程的廢料，如紅泥，或 礦物，如蛇紋石，或其組合，且10-50%的pH升高劑是在電化學法中通過脫質子來除質子。沉淀條件在CO2溶解在含二價陽離子的水溶液中后，或在一些實施方案中在溶 解之中或之后，進行沉淀。可用的沉淀條件可變。例如，水溫可以在適合發生所需礦物的沉 淀的范圍內。在一些實施方案中，水溫可以為5至70°C，如20至50°C，包括25至45°C。因 此，盡管給定的一組沉淀條件可具有0至100°C的溫度，但在某些實施方案中可能不得不調 節水溫以產生所需沉淀物。盡管在給定沉淀過程中該二價陽離子水溶液的pH值可以為5至14，在一些情況 下，除去質子，例如將pH值升至堿性水平，以產生所需沉淀產物。在一些實施方案中，將pH 值升至足以使所需CO2封存產物沉淀的水平。因此，可以將pH值升至9. 5或更高，如10或 更高，包括10. 5或更高。在一些實施方案中，調節條件以便在沉淀過程中幾乎或完全不釋 放C02。以海水為例，在正常海水中，93%的溶解的CO2是碳酸氫根離子(HC03_)形式，且6% 是碳酸根離子(CO3-2)形式。當碳酸鈣在環境pH下從海水中沉淀時，釋放C02。在pH大于 10. 33的淡水中，多于90%的碳酸鹽是碳酸根離子形式，且在碳酸鈣沉淀過程中不釋放C02。 在海水中，在接近pH 9. 7的略低pH下發生這種轉變。如果需要，可以將pH值升至如果不是 消除的話則最小化沉淀過程中的CO2生成的水平。例如，可以將pH值升至10或更高的值， 如11或更高的值。在某些實施方案中，將PH值升到7至11，如8至11，包括9至11，例如 9至10，或10至11。在此步驟中，可以將pH值升高并維持在所需堿性水平，以使pH值保持 在恒定堿性水平，或可以按需要使PH值在兩個或更多個不同堿性水平之間轉變或循環。也可以將pH升高劑以外的添加劑引入該二價陽離子水溶液以影響制成的沉淀物 的性質。因此，該方法的某些實施方案包括在對該陽離子溶液施以沉淀條件之前或之中在 該溶液中提供添加劑。可以用痕量的某些添加劑促成某些碳酸鈣多晶型物。例如，通過在碳 酸鈣過飽和溶液中包含痕量的氯化鑭形式的鑭，可以以極高收率獲得球霰石——CaCO3W高度不穩定的多晶型物，其以各種不同的形態沉淀并迅速轉化成方解石。可用的除鑭外的 其它添加劑包括但不限于過渡金屬等。例如，亞鐵或正鐵的添加已知促使形成本來不會形 成的無序白云石(原白云石)。也可以通過選擇適當的主要離子比率來影響沉淀物的性質。主要離子比率也顯著 影響多晶型物形成。例如，隨著水中的鎂鈣比提高，文石優于低鎂方解石變成優先的碳酸 鈣多晶型物。在低鎂鈣比下，低鎂方解石是優選多晶型物。因此，可以使用寬范圍的鎂 鈣比，包括例如大于 100/1、50/1、20/1、10/1、5/1、2/1、1/1、或小于 1/2、1/5、1/10、1/20、 1/50、1/100。在某些實施方案中，該鎂鈣比取決于該沉淀法中所用的二價陽離子水溶液 (例如海水、鹽水、微咸水、淡水)，而在另一些實施方案中，例如通過添加外源鈣或鎂(例如 由巖石或礦物，如蛇紋石的溶解產生)，將鎂鈣比調節至落在一定范圍內。在一些實施方 案中，使用高鈣水源，如地質鹽水或其它鹽水，并通過添加高鎂源，如溶解的蛇紋石或其它 巖石或礦物來朝1 ICa Mg調節礦物比。這種Ca Mg比率能夠在沉淀階段形成原白 云石，其可以在集料或人造巖石的形成中進一步轉化成白云石。當存在二氧化硅時，可能形成許多附加礦物。用二氧化硅替代碳酸鹽礦物是古老 沉積巖和深海沉積物的共同特征。二氧化硅以許多形式添加。在堿性PH下，二氧化硅溶解 并可供與沉淀的碳酸鹽反應。二氧化硅源包括硅藻土、來自煤燃燒的飛灰和硅粉。也使用 碳酸鎂清除廢水中的二氧化硅，表明也可以在短時間內發生溶解的二氧化硅/碳酸鹽礦物 相互作用。Klein和Walter (1992)進行實驗以測定水性SiO2在25°C至50°C的溫度下吸收 到充分表征的Ca-Mg碳酸鹽上的速率、時間依賴性和程度，其中該水性SiO2W溶液為1. 5至 3. 5mM SiO20測試三種不同的反應條件(1)在指定的方解石過飽和程度下短期方解石附生 沉淀到方解石晶種上的過程中的二氧化硅吸收；(2)相對于方解石，近平衡的二氧化硅吸 收；和(3)在亞穩定碳酸鹽(文石，18摩爾％ Mg-方解石)的相對長期(3周)重結晶過程 中的二氧化硅吸收。在快速碳酸鹽沉淀過程中，二氧化硅最多吸收到碳酸鹽上。但是，方解 石沉淀動力學不受SiO2與碳酸鹽表面的相互作用的影響，并在二氧化硅摻雜和不含二氧化 碳的實驗中在同等方解石過飽和程度下觀察到類似沉淀速率。在近平衡實驗中，SiO2吸收 非常依賴于時間，但量級較小，且在較高SiO2濃度、較低PH和較高溫度下，吸收增強。在長 期文石和Mg-方解石重結晶實驗中，SiO2吸收類似于用低Mg方解石進行的近平衡實驗。在 碳酸鹽沉淀物中存在二氧化硅的一個優點與它們稍后形成硬的穩定集料粒子的潛力有關。沉淀速率也極大影響化合物相形成。通過用所需相接種(seed)該溶液，可以實現 最快速的沉淀。在不接種的情況下，可以通過快速提高該二價陽離子水溶液的PH值來實現 快速沉淀，這產生更非晶態的成分。當存在二氧化硅時，當存在二氧化硅時，反應速率越快， 越多二氧化硅與碳酸鹽沉淀物結合。PH值越高，沉淀越快且沉淀物越非晶態。相應地，由二價陽離子水溶液制造所需沉淀物的一組沉淀條件在某些實施方案中 包括溶液溫度和PH值，在一些情況下包括添加劑和離子物類在該二價陽離子水溶液中的 濃度。沉淀條件也可以包括如混合速率、攪拌形式(如超聲)以及晶種、催化劑、膜或底物 的存在等因素。在一些實施方案中，沉淀條件包括過飽和條件、溫度、PH和/或濃度梯度， 或循環或改變任何這些參數。用于制備本發明的碳酸鹽和/或碳酸氫鹽化合物沉淀物的程 序可以是分批或連續程序。要認識到，為制造給定沉淀物，沉淀條件在連續流系統中可能與 分批系統不同。
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在由水產生碳酸鹽礦物沉淀物后，從母液中分離所得沉淀的碳酸鹽礦物組合物以 產生分離的碳酸鹽礦物沉淀產物，在本文中也被描述為脫水沉淀物或水沉淀物濾餅。可以 使用任何便利的方法，包括機械法實現沉淀物的分離，例如其中從沉淀物中浙出大部分過 量水，例如僅靠重力或輔以真空、機械加壓，通過從母液中過濾沉淀物以產生濾液等。大部 分水的分離產生濕的脫水沉淀物。2)由沉淀物制造集料或人造巖石隨后進一步處理由上述方法制成的沉淀物以制造本發明的集料或人造巖石。在一些實施方案中，隨后將該脫水沉淀物干燥以產生產物。可以通過風干濾出物 來實現干燥。在風干濾出物的情況下，風干可以按需要在-70°C至120°C的溫度下。在某些 實施方案中，通過冷凍干燥(即凍干)實現干燥，其中將沉淀物冷凍，降低周圍壓力并加入 足夠的熱以使該材料中的凍結水從凍結的沉淀相中直接升華成氣體。在再一實施方案中， 將該沉淀物噴霧干燥以干燥該沉淀物，其中通過使其穿過熱氣體(如來自發電廠的氣態廢 料流)來干燥含沉淀物的液體，例如其中經由霧化器將液體進料泵送到主干燥室中并使熱 氣體并流或對流通向該霧化器。根據該系統的特定干燥程序，干燥站可以包括過濾元件、凍 干結構、噴霧干燥結構等。在某些實施方案中，在適當時，使用來自發電廠或類似操作的廢 熱實施該干燥步驟。如果需要，該沉淀物在沉淀之后和分離之前可以在母液中儲存一段時間。例如，該 沉淀物可以在l°c至40°C，如20°C至25°C的溫度下在母液中儲存1至1000天或更久(例 如許多年或十年或更久)，如1至10天或更久。在水沉淀物濾餅階段，可以使用任何便利的方法制造集料。在本文中描述了幾種 方法。在一些情況中，該脫水沉淀物可以在水、粘合劑、表面活性劑、絮凝劑(其可能來自 該方法的較早階段)或其它合適的物質存在下球磨。隨后進一步處理該沉淀物；這可以簡 單到將其從球磨機中取出并置于在空氣流下的容器中，在此其自固結成可隨后進一步使用 的物料。在一些情況中，該濾餅可以與淡水反應以產生在淡水中更穩定的不同的一組固體 沉淀化合物，隨后進一步加工以產生集料。在一些情況中，可以對該濾餅施以造成人為巖化 (即人為生產巖石)的溫度和壓力條件，其可隨后進一步加工；例如，可以壓制或堆疊濾餅， 或可以使濾餅通過擠出機。在這些情況的一些中，在不使用粘合劑的情況下進行該方法，以 制造不含粘合劑或含有最小限度的粘合劑的合成巖石，例如集料。在另一些情況下，使用一 種或多種粘合劑。產生淡水穩定的再沉淀物質的示例性方法包括下列可以以足以使該沉淀物形成 固體產物的方式將該沉淀物與淡水合并，其中認為該沉淀物中存在的亞穩碳酸鹽化合物已 轉化成在淡水中穩定的形式。通過控制該濕材料的水含量，可以控制最終集料的孔隙率以 及最終強度和密度。通常，濕濾餅為40-60體積％水。對于較致密的集料，該濕濾餅<50% 水，對于較不致密的集料，該濕濾餅> 50%水。在硬化后，所得固體產物可隨后機械加工，例 如壓碎或以其它方式弄碎并揀選以制造具有所需特性，例如尺寸、特定形狀等的集料。在這 些方法中，可以以基本連續的方式或在分開的時間進行凝固和機械加工步驟。在某些實施方案中，可以將大量沉淀物儲存在敞開環境中，在此該沉淀物暴露在 大氣中。該沉淀物可以用淡水以便利方式沖洗，或被雨淋或以其它方式天然暴露在淡水中 以產生集料產物。該集料產物可隨后如上所述機械加工。
在本發明的一個實施方案的實例中，使用傳送帶和公路壓路機將該沉淀物以均勻 形式機械鋪到壓實的地表上至相關深度，例如最多12英寸，如1至12英寸，包括6至12英 寸。隨后用淡水以便利的比率，例如每立方英尺沉淀物1. 5加侖的水沖洗該鋪開的材料。隨 后用鋼輥(如用于壓實浙青的那些)多道壓實該材料。定期，例如每周再沖洗該表面，直至 該材料表現出所需化學和機械性質，此時通過壓碎將該材料機械加工成集料。在涉及使用溫度和壓力的方法中，通常先干燥該脫水的水沉淀物濾餅。該濾餅隨 后在回水和升高的溫度和/或壓力的組合下暴露一段時間。加回的水量、溫度、壓力和暴露 時間以及濾餅厚度的組合可以根據原材料的組成和所需結果而變。在本文中描述了使該 材料暴露在溫度和壓力下的許多不同方式；要認識到，可以使用任何便利的方法。示例性 的干燥程序是在40°C下暴露24-48小時，但可以視便利使用更高或更低的溫度和時間，例 如20-600C 3-96小時或更久。加回水至所需百分比，例如至1% _50%，例如至10%, 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。在一些情況 中，如在室外儲存并暴露在大氣降水(meteoric precipitation)中的材料中那樣，加回的 水的確切百分比不重要。可以按需要調節該濾餅的厚度和尺寸；該厚度在一些實施方案中 可以為0. 05英寸至5英寸，例如0. 1-2英寸，或0. 3-1英寸不等。在一些實施方案中，該濾 餅可以為0. 5英寸至6英尺或甚至更厚。該濾餅隨后通過任何便利的方法(例如在使用加 熱壓板的印壓機中)在升高的溫度和/或壓力下暴露給定時間。可以例如通過來自工業 廢氣流，如煙道氣流的熱提供用于升高溫度，例如供給壓板的熱。該溫度可以為任何合適 的溫度；通常，較厚的濾餅需要較高的溫度；溫度范圍的實例是40-150°C，例如60-120°C， 如70-110°C，或80-100°C。類似地，該壓力可以是任何適合產生所需結果的壓力；示例性 壓力包括 1000-100，000 磅 / 平方英寸(psi)，包括 2000-50，OOOpsi,或 2000-25，OOOpsi, 或2000-20，OOOpsi，或3000-5000psi。最后，濾餅受壓時間可以為任何合適的時間，例如 1-100秒，或1-100分鐘，或1-50分鐘，或2-25分鐘，或1_10，000天。所得硬片隨后任選固 化，例如通過置于室外儲存，通過置于室中——在此它們受到高濕度和熱等。任選固化的這 些硬片隨后本身用作建筑材料或壓碎制造集料。提供溫度和壓力的一種方法是堆疊脫水和干燥的厚片(slab)。例如，在這種方法 中，可以在例如1英寸至10英尺厚，或1英尺至10英尺厚的厚片中例如用煙道氣干燥脫水 沉淀物。通過將厚片彼此疊置，提供壓力；通過厚片層的更大厚度，例如10-1000英尺或甚 至更大，如100-5000英尺實現更大壓力。根據所需結果，在適當時間(其可以為數天、數周、 數月、或甚至數年)，例如通過采石法從指定的層級，例如從底部取出巖化厚片，并按需要處 理以制造集料或其它巖石材料。提供溫度和壓力的另一方法是如實施例中更充分描述的那樣使用壓機。可以使用 合適的壓機，例如印壓機在所需溫度(使用例如由煙道氣或由制造沉淀物的方法的其它步 驟提供的熱，例如來自電化學法)下提供壓力所需時間。可以以類似方式使用一組輥。使濾餅暴露在升高的溫度和壓力下的另一方式是借助擠出機，例如也進一步描述 在實施例中的螺桿型擠出機。可以配備該擠出機的機筒以實現升高的溫度，例如通過裝護 套；可以由例如煙道氣等提供這種升高的溫度。擠出可用作在加壓操作之前預加熱和干燥 該原料的方式。可以借助壓模、經由輥、經由具有成形凹口的輥(其可以提供所需的幾乎 任何集料形狀)、在其運行時提供壓縮的帶之間，或任何其它便利的方法實施這種加壓。或者，該擠出機可用于經由模頭擠出材料，從而使該材料在擠過模頭時受壓并產生任何所需 形狀。在一些實施方案中，將該碳酸鹽礦物沉淀物與淡水混合，隨后置于旋轉螺桿擠出機的 進料段。可以加熱該擠出機和/或口型以進一步輔助該過程。螺桿的旋轉沿其長度傳送該 材料并隨著螺桿的螺紋深度降低而將其壓縮。該擠出機的螺桿和機筒可進一步包括在機筒 中的排氣孔以及在螺桿中的與機筒排氣口對應的減壓區。特別在加熱的擠出機的情況下， 這些排氣區能夠從傳送的物料中釋放蒸汽，從而從該材料中除去水。該螺桿傳送的材料隨后擠過模頭區段，其進一步壓縮該材料和將其成形。模頭中 的典型開口可以是圓形、橢圓形、正方形、矩形、梯形等，盡管可以通過調節該開口的形狀來 制造最終集料所需的任何形狀。可以通過任何便利的方法，如通過飛刀將離開模頭的材料 切割成任何便利的長度。典型長度可以是0. 05英寸至6英寸，盡管在這些范圍以外的長度 也有可能。典型直徑可以是0. 05英寸至1. 0英寸，盡管在這些范圍以外的直徑也有可能。加熱的模頭區段的使用可進一步通過加速該碳酸鹽礦物轉化成硬的穩定形式來 輔助集料的形成。在粘合劑的情況下，也可以使用加熱的模頭使該粘合劑硬化或凝固。在 加熱的模頭段中常使用100°c至600°C的溫度。該加熱的模頭所用的熱可以完全或部分來 自煙道氣或制造該沉淀物的方法中使用的其它工業氣體，其中先將煙道氣送至模頭以使熱 從該熱煙道氣轉移至模頭。不受制于理論，上述過程被認為通過原始濾餅中的化合物重新形成不需要附加粘 合劑而彼此粘合并一起留在防斷裂或壓碎的粘結物料中的形式來引發人為巖化，即巖石的 形成。因此，在一些實施方案中，本發明提供不使用粘合劑制造合成巖石，例如合成的含碳 酸鹽的巖石的方法。可以例如使用如上所述的方法形成巖石。在一些實施方案中，僅使 用熱和壓力形成人造巖石，其中該巖石具有至少2. 5Mohs,或至少3Mohs，或3-lOMohs，或 3-8Mohs,或 3-6Mohs，或 2_6Mohs 的硬度。可以在集料形成之前將粘合劑添加到碳酸鹽礦物中以助于將粉狀材料粘合在一 起，從而提供結構穩定性或用于在進一步加工時使粉末保持固定。典型粘合劑包括但不限 于，波特蘭水泥、飛灰、二氧化硅、檸檬酸、黃原膠，或其組合。粘合劑包括在加熱過程中變得 相對流動并在冷卻時再硬化的那些。這些粘合劑提供擠出時的加工助劑以及將礦物粉末粘 合在一起。這些粘合劑的實例包括浙青和熱塑性聚合物，如聚乙烯。可用的其它粘合劑是 與自身或與礦物原料化學反應以形成包封和粘結礦物原料的基質的那些。這些粘合劑的實 例包括熱固性樹脂，如環氧樹脂、酚醛樹脂或聚酯，和反應性無機材料，如波特蘭水泥、飛灰 和石灰。當使用粘合劑時，可以根據礦物原料的性質使用任何合適百分比的粘合劑；在一 些實施方案中，可以使用0. 05%至50% w/w，如0. 1%至20%，或0. 5%至10%，或0. 5%至 5%，或 0. 5%至 2%。成形后的加工可以包括進一步濕處理、干燥、燒結或用于加速和完成所需的任何 化學反應或形態變化的類似技術。其它的后加工處理包括粒子附聚或粒度降低，如通過顎 式破碎或研磨。可以使用任何便利的篩子或過濾器進一步分離集料的粒度。在一些情況下， 集料的粒度均勻(即相對類似的粒度)，在另一些情況下，粒度差別極大。通過上述形成技術制成的本發明的集料可以根據其在形成過程中經受的條件而 差別極大。通過控制該集料的尺寸、形狀、表面結構和內腔結構，可以為該集料設計所需性 質。
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在一些實施方案中，可以將本發明的集料加工成具有高長寬比的形狀，其中其長 度顯著長于其寬度。“顯著長于”是指長2至100倍，如長5至50倍，包括長5至10倍。由 于沿其長軸的縱向排列，具有高長寬比的集料可改進混凝土流動性質和集料互鎖。在一些 情況下，本發明的集料可以呈圓柱形、管形或膠囊形(圖3A)。“膠囊”是指具有圓緣的圓柱 管。在另一些情況下，本發明的集料呈棱柱形。術語“棱柱”以其常規意義使用以表示由η 邊多邊底面、平移面(translated copy)和連接相應邊的η面構成的多面體。棱柱的連接 面為平行四邊形，且與底面平行的所有橫截面都相同。圖3Β顯示通過本發明提供的三(即η = 3)棱柱集料的實例。該集料可以在提供 優異的集料互鎖的同時具有高的混凝土流動性質。在一些實施方案中，本發明的集料可以包括形狀和尺寸的混合物。集料混合物可 具有包括但不限于棱柱(η = 3至15)、球形、多面體、圓柱體、三角形、曲面形、環狀、橢球形、 卵形、星形、盤形和它們的任何組合的形狀。根據其預期用途，該混合物中的不同形狀的類 型的數量可變。該混合物中的形狀的類型和數量可以均布，或一些形狀的百分比高于另一 些。在一個實施方案中，本發明的集料混合物可以具有不同形狀，但具有僅略微不同的粒 度。“略微不同”是指在一些實施方案中不超過0. 05英寸，或在一些實施方案中不超過0. 10 英寸，或在一些實施方案中不超過0.20英寸的粒度偏差。在另一實施方案中，該集料混合 物可具有不同尺寸，但具有類似或相同的形狀(例如不同尺寸的三棱柱集料)。在再一實施 方案中，該集料混合物的形狀和尺寸都不同。本發明還提供了含有形狀和尺寸相同的粒子 的集料混合物。在示例性實施方案中，本發明的集料混合物包含具有不同形狀和不同尺寸的集 料。較大集料之間的空隙空間可以被較小集料占據，從而降低集料粒子之間的總體空隙。 這能夠生產強韌耐久的集料基，從而降低道路或混凝土中的水泥含量。例如，集料混合物可 包含球體和“橋狀物”(圖3C)。成形為橋狀物的集料可占據球體形集料粒子之間的空隙空 間，從而產生緊密堆積的集料混合物。在另一實施方案中，本發明的集料混合物包含用在混凝土中時產生高的開放空隙 空間量的集料。這些集料通常含有具有類似尺寸以及設計成在集料粒子之間產生開放空隙 空間的形狀的粒子，從而提高填充集料床的孔隙率。圖3D和3Ε顯示這類中的示例性集料 (分別是“間隔分級的球體”和棱柱)。在某些實施方案中，開放空隙空間未被填充以提供 更高水平的孔隙率和穿過材料的液流。在某些實施方案中，該開放空隙可以被水泥填充以 產生高水泥含量混凝土或也可以被非反應性填料填充。由包含具有類似尺寸的類似形狀的 混合物產生的空隙空間也可以被聚合材料或其它結構支承件填充。也可以制造本發明的集料以沿集料粒子的一個或多個軸具有一個或多個連接的 開放空隙。在一些情況下，這類集料可以是含有貫穿集料的管狀空隙空間的中空圓柱體或 多面棱柱體形式(見圖3F、3G和3Η)。這類結構可以通過擠出、模制或從固體集料粒子中造 孔來制造。該集料中的開放空隙可隨后填充(例如用水泥、聚合纖維等)或可保持未填充。本發明提供的另一實施方案是中空集料。中空集料可以在具有一個或多個基本上 空的內腔的同時具有任何形狀(例如球體、盤形、多面棱柱體等)和尺寸。“基本上空的”是 指該內腔含有在某些實施方案中為集料內腔總體積的10%至100%的內腔空隙空間。該集 料的內腔可以是多孔的(具有空隙空間凹坑)或可以具有蜂窩狀結構。
本發明提供的另一實施方案是具有利于任何所需液體流過填充集料床的外凹槽 的集料。外凹槽可以例如蝕刻到平滑表面的集料中，或可以通過模制或擠出該集料來制造。 凹槽類型可變，其中在一些情況下，凹槽型式可以是規則的(即非無規間隔的凹槽)或可以 是無規的。也可以直接穿過集料表面制造凹槽或可以具有曲面型式。在示例性實施方案中，集料外凹槽可以形成互鎖集料。將互鎖集料粒子成形成使 集料粒子的外凹槽嵌入其它集料粒子的凹槽。粒子之間的互鎖可以緊密(即凹槽嚴密嵌 合，從而降低粒子間的空隙空間)或可以松散。在本發明的示例性實施方案中，具有不同類型外凹槽的各種集料形狀可結合產生 互鎖形成平滑耐久表面但仍允許任何所需流體流過該材料的集料。具有外凹槽的良好分級 (即均勻覆蓋多種粒度)的球體集料是一種這樣的實施方案。另一些實施方案包括具有各 種形狀的外凹槽的集料，這些外凹槽具有開放連接空間，可經過其中心使流體穿過集料粒 子。在某些實施方案中，一種或多種集料形狀包括有利于液體流過該材料的通孔(例如如 上所述)。具有集料粒子的不同組合方式的示例性集料混合物顯示在圖3I、3J、3K和3L中。如上所述，本發明的集料組合物包含具有可根據該集料的預期用途(例如使用該 集料的材料的所需性質)選擇的多種形狀和表面結構的集料粒子。示例性的集料形狀包 括，但不限于圓形、不規則形狀、薄片形、角形、細長形、薄片_細長形、次棱角形、次圓形、 滾圓形、多邊形、圓柱形、球形、三角形、曲面形、環形、橢球形、卵形、星形、棱柱形和它們的 任何混合。示例性的集料表面結構包括但不限于選自玻璃質、光滑、顆粒狀、粗糙、帶槽、結 晶、蜂窩狀及其混合的表面結構。圖1提供根據本發明的一個實施方案的集料制造法的示意性流程圖。在圖1中所 示的實施方案中，先向二價陽離子，如Ca2+或Mg2+的水溶液(10)中充入廢氣流30以制造包 含CO2的沉淀反應混合物，隨后對該反應混合物施以沉淀條件。在一些實施方案中，CO2充 氣和沉淀可以同時發生，例如在單件設備中。如圖1中所示，使廢氣流30在沉淀步驟20中 與二價陽離子10接觸。通過在二價陽離子水溶液中充入廢氣組分，CO2之類的組分與水分 子結合產生例如，碳酸、碳酸氫根和碳酸根離子。同樣地，SOx和NOx之類的廢氣組分形成 水性含硫和含氮物類。因此，水的充氣造成例如水的CO2含量(呈現碳酸、碳酸氫根和碳酸 根離子形式)提高，這伴隨著與該水接觸的廢料流中的CO2分壓的降低。該沉淀反應混合物 可以是酸性的，具有6或更低，如5或更低，包括4或更低的pH ；但是，如本文中進一步詳細 描述的那樣，可以在將該二價陽離子水溶液充氣以形成沉淀反應混合物之前使該沉淀反應 混合物呈堿性(pH 7或更大，例如pH 8、9、10、11或12)。在某些實施方案中，充入該水中的 廢氣中的CO2濃度為或更高，2%或更高，4%或更高，8%或更高，10%或更高，11%或更 高，12%或更高，13%或更高，14%或更高，15%或更高，20%或更高，25%或更高，包括50% 或更高，如75%或更高。在一些實施方案中，該廢氣包含其它組分，如硫氧化物(SOx)；氮氧 化物(NOx)；重金屬如汞、鎘、鉛、硒等；放射性物質；顆粒物；揮發性有機成分等。這些組分 中的一種或多種也可溶解形成水溶液。例如，SOx可以以硫酸鹽和/或亞硫酸鹽形式；NOx 以硝酸鹽和/或亞硝酸鹽形式；汞以氯化汞形式溶解；諸如此類。在一些實施方案中，調節 接觸條件以便除CO2外，該廢氣的其它組分從氣相移至水相，如SOx和/或汞，以最終截留 在本發明的集料中。可用的接觸程序包括，但不限于直接接觸程序，例如將該氣體鼓泡通過該水體，并流接觸方式，即單向流動的氣相和液相流之間的接觸，對流方式，即對向流動的氣相和液 相流之間的接觸，交叉流方式等。因此，可以視便利使用注入器、鼓泡器、流體文丘里反應 器、噴霧器、氣體過濾器、噴嘴、塔盤或填充塔反應器等實現接觸。在一個實施方案中，接觸 是經由交叉流接觸器，其中氣體以與水或其它液體的平層垂直的方向流動。在一個實施方 案中，接觸在室中在溶液的直徑5微米或更小的中性浮起液滴和氣體之間進行。在沉淀步驟20，沉淀碳酸鹽和/或碳酸氫鹽化合物。可用的沉淀條件包括改變水 的物理環境以產生所需沉淀產物的那些。例如，可以將水溫升至適合發生所需碳酸鹽化合 物的沉淀的值。在此類實施方案中，可以將水溫升至5至70°C，如20至50°C，包括25至 45°C。因此，盡管給定的一組沉淀條件可具有0至100°C的溫度，在某些實施方案中可以升 高該溫度以產生所需沉淀物。在某些實施方案中，利用由低或零二氧化碳排放源，例如太陽 能源、風能源、水電能源等生成的能量升高該溫度。在一些實施方案中，通過暴露在煙道氣 的熱中來升高溫度。盡管在指定沉淀過程中該水的PH值可以為7至14，在某些實施方案中 按需要將PH值升至堿性水平以驅使碳酸鹽礦物沉淀。在某些這些實施方案中，將PH值升 至如果不是消除的話則最小化沉淀過程中的0)2氣體生成的水平。在這些實施方案中，可以 將PH值升至10或更高，如11或更高。如果需要，使用任何便利的方法提高該水的pH。在 某些實施方案中，可以使用PH升高劑，其中這類試劑的實例包括氧化物、氫氧化物(例如氫 氧化鈉、氫氧化鉀、水鎂石)、碳酸鹽(例如碳酸鈉)等。添加到咸水源中的PH升高劑的量 取決于該試劑的特定性質和改性的咸水的體積，并足以將該咸水源的PH提高至所需值。或 者，可以通過水的電解將該咸水源的PH提高至所需水平。CO2充入和碳酸鹽礦物沉淀可以在連續法或在分開的步驟中進行。因此，根據本發 明的某些實施方案，充氣和沉淀可以在系統的相同反應器中，例如如圖1中所示在步驟20 中進行。在本發明的另一些實施方案中，這兩個步驟可以在分開的反應器中進行，以便先在 充氣反應器中向水中充入CO2，隨后在另一反應器中對所得充有CO2的水施以沉淀條件。集料產物中可能需要非晶二氧化硅以例如改進集料產物的硬度和耐久性。可以在 向水中充入廢氣如燃燒氣體(例如包含CO2的氣體)之前，向該二價陽離子水溶液中加入 硅質材料。在此類實施方案中，二氧化硅與PH升高劑如來自煤燃燒的飛灰一起添加。由于 飛灰的氧化物含量(即CaO)，將飛灰添加到二價陽離子水溶液中會顯著提高pH值，這有助 于使二氧化硅溶解在飛灰中。當向含有溶解的二氧化硅的二價陽離子的堿性溶液中充入包 含二氧化硅的廢氣時，該二氧化碳形成碳酸，其快速分離成碳酸根離子。沉淀濃度的碳酸根 離子的存在允許形成碳酸鹽化合物，可以同時沉淀與該沉淀材料夾雜的二氧化硅。在由該沉淀反應混合物制造沉淀材料后，如圖1的步驟40所示，將沉淀材料與該 沉淀反應混合物分離以產生分離的沉淀材料。使用任何便利的方式實現沉淀材料與沉淀反 應混合物的分離，包括浙水(例如沉淀產物的重力沉降，隨后浙水)、潷析、過濾(例如重力 過濾、真空過濾、使用加壓空氣過濾)、離心、加壓，或它們的任何組合。大部分水的分離產生 濕的脫水沉淀材料。隨后任選如圖1的步驟60所示將所得脫水沉淀材料干燥以產生干燥的沉淀材料。 可以通過風干該沉淀材料來實現干燥。在風干沉淀材料的情況下，風干可以在室溫或升高 的溫度下。在某些實施方案中，由工廠氣態廢料流提供該升高的溫度。在此類實施方案中， 在干燥步驟中可以先使用來自發電廠的氣態廢料流(例如煙道氣)，其中該氣態廢料流可
33具有30至700°C，如75至300°C的溫度。該氣態廢料流可以在干燥階段中直接與濕沉淀材 料接觸，或用于在干燥階段中間接加熱氣體(如空氣)。通過使來自工廠的氣體傳送裝置 (例如導管)出現在合適的位置，例如余熱鍋爐(HRSG)中一定距離的位置或直至煙道，可以 在氣態廢料流中提供所需溫度，這根據廢氣和工廠構造的細節確定。在再一實施方案中，將 沉淀材料噴霧干燥以干燥該沉淀材料，其中通過使其穿過熱氣體(如來自發電廠的氣態廢 料流)來干燥包含沉淀材料的漿料，例如其中經由霧化器將漿料泵送到主干燥室中并使熱 氣體并流或對流通向該霧化器。在某些實施方案中，通過冷凍干燥(即凍干)實現干燥，其 中將沉淀材料冷凍，降低周圍壓力并加入足夠的熱以使該沉淀材料中的凍結水升華。根據 該系統的特定干燥程序，干燥站可以包括過濾元件、凍干結構、噴霧干燥結構等。如果需要，來自分離反應器40的脫水沉淀材料可以如圖1的任選步驟50所示在 干燥之前洗滌。該沉淀材料可以用淡水洗滌以例如從該脫水沉淀材料中除去鹽，如NaCl。 用過的洗水可以視便利棄置，例如，通過將其棄置在尾礦池、洋、海、湖等中。在步驟70，如果必要，加工該干燥的沉淀材料以提供所需集料產物。如上綜述，該 步驟可包括使該沉淀材料與淡水接觸(先將其干燥或不先將其干燥)以產生固化產物，隨 后機械加工該固化產物以產生所需集料。在某些實施方案中，系統用于實施上述方法，其中這類系統包括下文更詳細描述 的那些。B.可凝固組合物本發明的另一些實施方案是包括水凝水泥和本發明的CO2封存集料的可凝固組合 物；在添加水性流體例如水時，該組合物凝固和硬化成例如混凝土或灰漿。術語“水凝水泥” 以其常規意義使用以表示在與水或以水為溶劑的溶液，例如摻加劑溶液合并后凝固和硬化 的組合物。通過將本發明的水泥與水性液合并而制成的產物的凝固和硬化歸因于由水泥在 與水反應時形成的水合物的生成，其中該水合物基本不溶于水。本發明的集料可用于代替常規混凝土中所用的常規天然巖石集料與純波特蘭水 泥混合。可用的其它水凝在某些實施方案中是波特蘭水泥摻合物。術語“波特蘭水泥摻合 物”包括水凝水泥組合物，其包含波特蘭水泥組分和顯著量的非波特蘭水泥組分。由于本發 明的水泥是波特蘭水泥摻合物，該水泥包括波特蘭水泥組分。該波特蘭水泥組分可以是任 何便利的波特蘭水泥。如本領域中已知那樣，波特蘭水泥是通過研磨波特蘭水泥熔渣(大 于90% )、有限量的控制凝固時間的硫酸鈣和最多5%的次要成分(如各種標準允許的那 樣)而制成的粉末組合物。當用于為該反應提供二氧化碳的廢氣含有SOx時，作為水泥或 集料的該沉淀材料中可能存在充足的硫酸鈣形式的硫酸鹽，以抵消追加硫酸鈣的需要。如 European Standard EN197. 1所定義，“波特蘭水泥熔渣是應該由按質量計至少2/3的硅酸 鈣(3Ca0. SiO2和2Ca0. SiO2)構成的水凝材料，其余部分是含鋁和含鐵的熔渣相和其它化合 物。CaO與SiO2的比率不應小于2.0。鎂含量(MgO)不應超過5.0質量％ ”。關于MgO，隨后 在凝固反應中，可能形成氫氧化鎂水鎂石，造成該水泥變形和變弱和裂化。在含碳酸鎂的水 泥的情況中，不像MgO那樣形成水鎂石。在某些實施方案中，本發明的波特蘭水泥成分是符 合ASTMStandards and Specifications of C150 (Types I-VIII)of the AmericanSociety for Testing of Materials(ASTM C50-Standard Specification forPortland Cement)的 任何波特蘭水泥。ASTM C 150包含八類波特蘭水泥，各自具有不同性質并專門根據這些性
34質進行使用。同樣可用作水凝水泥的是含碳酸鹽的水凝水泥。這類含碳酸鹽的水凝水泥、 它們的制造和使用方法描述在2008年5月23日提交的共同待審的美國專利申請序號 No. 12/126，776中；該申請的公開內容經此引用并入本文。在某些實施方案中，該水凝水泥可以是兩種或多種不同種類的水凝水泥，如波特 蘭水泥和含碳酸鹽的水凝水泥的摻合物。在某些實施方案中，該摻合物中第一水泥，例如波 特蘭水泥的量為10至90 % (w/w)，如30至70 % (w/w)，包括40至60 % (w/w)，例如80 % OPC和20%碳酸鹽水凝水泥的摻合物。通過將水凝水泥與一定量的集料(用于灰漿的細集料，例如砂；用于混凝土的含 或不含細集料的粗集料)和水同時混合或通過預混合該水泥和集料并隨后將所得干組分 與水混合，制造本發明的可凝固組合物，如混凝土和灰漿。使用本發明的水泥組合物的混凝 土混合物用的粗集料的選擇可以具有大約3/8英寸的最小尺寸，且尺寸可以為最小至1英 寸或更大不等，包括在這些界限值之間的粒級。細碎集料的尺寸小于3/8英寸，并可以分成 細得多的粒度，小至200-篩目等。在本發明的灰漿和混凝土中都可存在細集料。該水泥的 干組分中的水泥與集料的重量比可變，在某些實施方案中為1 10至4 10，如2 10至
5 10，包括 55 1000 至 70 100。與干組分合并以制造可凝固組合物例如混凝土的液體相，例如水性流體，可以按 需要從純凈水到包括一種或多種溶質、添加劑、助溶劑等的水不等。在可凝固組合物的制備 中合并的干組分與液體相的比率可變，在某些實施方案中為2 10至7 10，如3 10至
6 10，包括 4 10 至 6 10。在某些實施方案中，該水泥可以與一種或多種摻加劑一起使用。摻加劑是添加到 混凝土中從而為其提供用堿性混凝土混合物不可獲得的合意特性或從而改變該混凝土的 性質以使其更易用或更適合特定用途或適合降低成本的組合物。如本領域中已知的那樣， 摻加劑是除水凝水泥、集料和水外的任何材料或組合物，其用作該混凝土或灰漿的組分以 增強一些特性或降低其成本。所用摻加劑的量可以隨該摻加劑的性質而變。在某些實施方 案中，這些組分的量為1至50%w/w，如2至10%w/w。可用的摻加劑包括細碎礦物摻加劑，如水泥質材料；火山灰；火山灰質和水泥質 材料；和所謂惰性材料。火山灰包括硅藻土、蛋白石燧石、粘土、頁巖、飛灰、硅粉、火山凝灰 巖和浮石，它們是已知火山灰中的一些。某些磨碎的顆粒狀高爐礦渣和高鈣飛灰同時具有 火山灰質和水泥質性質。所謂惰性材料也可以包括細碎的原始石英、白云石、石灰石、大理 石、花崗巖和其它。在ASTM C618中定義了飛灰。可用的其它類型的摻加劑包括增塑劑、促凝劑、緩凝劑、加氣劑、發泡劑、減水劑、 緩蝕劑和顏料因此，可用的摻加劑包括，但不限于促凝劑、緩凝劑、加氣劑、消泡劑、堿_反應性 降低劑、粘合摻加劑、分散劑、著色摻加劑、緩蝕劑、防潮摻加劑、發氣劑、減滲劑、泵送助齊U、 收縮補償摻加劑、殺真菌摻加劑、殺菌摻加劑、殺蟲摻加劑、流變改性劑、細碎礦物摻加齊U、 火山灰、集料、潤濕劑、強度增強劑、拒水劑和任何其它混凝土或灰漿摻加劑或添加劑。摻加 劑是本領域中公知的，并且可以使用上述類型或任何其它所需類型的任何合適的摻加劑； 參見例如全文經此引用并入本文的美國專利申請No. 12/126，776。
35
在某些實施方案中，本發明的可凝固組合物包括與纖維一起使用的水泥，例如在 需要纖維增強的混凝土時。纖維可以由含氧化鋯的材料、鋼、碳、玻璃纖維或合成材料，例如 聚丙烯、尼龍、聚乙烯、聚酯、人造絲、高強度芳族聚酰胺(即Kevlar )或其混合物制成。可以使用任何便利的程序合并可凝固組合物的組分。可以在作業時混合各材料， 或可以預先混合一部分或全部材料。或者，將一些材料與含或不含摻加劑如高級減水摻加 劑的水混合，隨后將其余材料與其混合。作為混合裝置，可以使用任何傳統裝置。例如，可 以使用Hobart混合機、傾斜圓筒混合機、Omni Mixer、亨舍爾混合機、V-型混合機和Nauta 混合機。在將組分合并產生可凝固組合物(例如混凝土)后，該可凝固組合物在指定時間 后凝固。凝固時間可變，在某些實施方案中為30分鐘至48小時，如30分鐘至24小時，包 括1小時至4小時。該凝固產物的強度也可變。在某些實施方案中，凝固水泥的強度可以為5Mpa至 70MPa，如IOMPa至50MPa，包括20MPa至40MPa。在某些實施方案中，如使用ASTM C 1157 描述的試驗方法測得，由本發明的水泥制成的凝固產物極耐用。本發明的方面進一步包括由本發明的集料和可凝固組合物制成的結構。由于這些 結構由本發明的集料和/或可凝固組合物制成，它們包括確定它們獲自水沉淀的碳酸鹽化 合物組合物的標記物或組分，如痕量的存在于如上所述的初始咸水源中的各種元素。例如， 如果該混凝土的集料組分的礦物組分是由海水產生的，則該凝固產物含有鑒定量的不同元 素(如鎂、鉀、硫、硼、鈉和氯化物等)的海水標記物特征。C.結構進一步實施方案包括含有本發明的集料的人造結構及其制造方法。因此，在一些 實施方案中，本發明提供包括一種或多種如本文所述的集料的人造結構。該人造結構可以 是可使用集料的任何結構，如建筑物、水壩、防洪提、道路或包含集料或巖石的任何其它人 造結構。該集料可以是二氧化碳封存集料、具有比-10%。更負的δ 13C的集料等，或本文所 述的任何集料。在一些實施方案中，本發明提供人造結構，例如建筑物、水壩或道路，其包括含有 來自化石燃料源的CO2的集料，例如至少10% w/wC02來自化石燃料源，或至少20% CO2來自 化石燃料源，或至少30% CO2來自化石燃料源的集料。在一些情況中，該集料具有比-10%。 更負，或比-20%。更負的δ 13C值。在一些實施方案中，本發明提供含有集料的人造結構，例 如建筑物、水壩或道路，其中一部分或全部集料是輕型集料，例如密度為90-1151b/ft3的 集料，且其中該集料含有來自化石燃料源的CO2,例如至少10% w/w的CO2來自化石燃料源， 或至少20% CO2來自化石燃料源，或至少30% CO2來自化石燃料源的集料。在一些情況中， 該集料具有比_10%。更負，或比-20%。更負的δ 13C值。在一些實施方案中，本發明提供制造結構的方法，包括提供含有來自化石燃料源 的CO2的集料，例如至少10% w/wC02來自化石燃料源，或至少20% CO2來自化石燃料源，或 至少30% CO2來自化石燃料源的集料。在一些情況中，該集料具有比_10%。更負，或比-20%。 更負的S 13C值，并使用該集料制造至少一部分該結構。在一些實施方案中，至少一部分集 料是輕型集料，例如密度為90-1151b/ft3的集料。1.道路
在一些實施方案中，本發明提供包括一種或多種本發明的集料的道路，或包括一 種或多種本發明的集料的道路的組分，和制造這類道路和/或組分的方法和系統。在一些 實施方案中，本發明提供封存二氧化碳的道路，即用可包括一種或多種本發明的集料的組 分建造的道路，它們的總體制造導致封存二氧化碳，例如從工業源封存二氧化碳；在一些實 施方案中，本發明提供道路，其中在制造道路時產生的二氧化碳量小于封存在該道路的材 料內的二氧化碳量，其可以包括本發明的集料、二氧化碳封存水泥，、成型體(form)和其它 組分，即負碳道路。術語“道路”在本文中用于包括用于運輸和游憩的地面總類。其包括機動車、動物 和行人交通、自行車和任何其它運輸使用的路(它們單獨或整體使用)。本發明的道路可 以包括但不限于，如下文進一步詳細描述的公路、人行道、橋面、自行車道、鋪砌人行道等。 道路包括像砂礫路(其可以是單層)那樣簡單的結構，以及通常含有兩層或更多層的浙 青-和混凝土_鋪面的道路。在一些實施方案中，本發明提供包括CO2-封存集料，如含有衍生自工業廢氣源的 CO2的集料，如本文所述的任何CO2-封存集料的道路。在一些實施方案中，該道路包括包含 合成碳酸鹽的集料。在一些實施方案中，該道路包括具有小于-15%。，或小于-20%。，或小 于-25%。的S13C值的集料。在一些實施方案中，該道路包括含有球碳鎂石(dypinginite)、 三水菱鎂礦、菱鎂礦或這些中的一種或多種的組合的集料。上述實施方案的集料可以如下文進一步詳述的那樣用在道路的一種或多種組分 中。該集料可構成該道路的按重量計多于1、2、5、10、20、30、40、50、60、70、80，或90%，例如 多于20%或多于50%。在一些實施方案中，該道路是公路、公路系統、城市街道、機場跑道、人行道或露天 路面。公路包括在重要目的地，如市鎮之間用于公共交通的主干道。互連的公路集合不同地 被稱作“公路系統”、“公路網”或“公路運輸系統”。城市街道包括任何街道，其是毗連建筑 物的土地——人可以在其上行走。本發明的城市街道是指主要用于車輛交通但不遇到像公 路那樣大的交通量，但承受比人行道高的負荷的那些道路。本發明提供的另一示例性道路 結構是機場跑道。跑道包括機場上的條狀地面——飛機可以在其上起飛和著陸，也可以包 括噴氣防護坪(blast pad)——這是在跑道末端的超出區域或停機道(stopway)以及用于 飛機滑行、起飛和著陸跑道末端(rollout)的起點(threshold)。人行道包括常規上位于車 輛交通道路旁邊的鋪砌路面。本發明的人行道可包括主要用于行人交通的任何鋪砌道路， 包括沿海灘行進(即海灘通道)、在公園內和在居住和商業建筑物之間的卵石路面、磚鋪道 路以及鋪砌走道。本發明的人行道也可以包括自行車道和設計用于非車輛和/或動物交通 的其它道路。露天路面可以是已鋪砌以使其可用于多種不同用途的一塊任何大小或形狀的 土地。例如，露天路面可以是運動場、體育娛樂路面(例如籃球場、旱冰場)、停車場等。鋪 砌路面可以是臨時建筑物或儲存設施的地基。可以根據外加負荷構造該露天路面，各層的 厚度可顯著變化。本發明還提供含有每車道英里道路封存至少1、5、10、50、100、500、1000、2000、 3000、4000、5000、6000、7000、8000、9000 或 10，000 噸 CO2 的材料的道路。在一些實施方案 中，該道路為至少10、100、1000、10，000英尺長，或至少3、5、10、50或100英里長。該材料
可以是以人造法制成以使來自工業源的CO2截留在該材料內(例如通過化學反應產生穩定的沉淀物)并在所需程度的普通使用條件下或在經受如本文其它地方所述的特殊試驗，如 溫度、酸和/或堿穩定性試驗時留在該材料中的任何材料，例如如本文所述的集料。例如， 具有18英寸深的含堆積密度為1001b/ft3的集料(其中一部分或全部是本發明的實施方 案的集料)的基層的15英尺寬的一車道道路含有大約2250磅集料/每直線英尺道路，或 大約1. 1噸/每直線英尺，因此大約5，500噸/每車道英里。如果集料總體僅封存其重量 的的CO2,該道路含有每車道英里封存55噸CO2的材料。如果其封存其重量的50%的 CO2 (例如如果基本所有的集料是根據本發明的一些實施方案的CO2-集料)，則該道路含有 每車道英里封存至少2750噸CO2的材料。具有更深基層的道路具有相應更多的集料，具有 較淺基層的道路則具有相應較少的集料。假定集料是CO2-封存組分，該計算僅是用于闡述 原理的簡單實例。道路的其它組分也可能含有CO2-封存材料，如表面水泥或浙青、道路的 其它層等。容易計算每車道英里的道路封存多少C02。為了驗證一材料是CO2-封存材料， 例如含有源自化石燃料燃燒的二氧化碳的材料，可以使用如同位素測量(例如δ 13C值的測 量)和碳庫侖法之類的試驗；也可以使用任何其它合適的測量。本發明還提供負碳道路，其中“負碳”具有如本文所用的含義。在一些實施方案中， 該道路為至少10、100、1000、10，000英尺長，或至少3、5、10、50，或100英里長。在一些情況 下，該道路至少5 %負碳，或至少10 %負碳，或至少20 %負碳，或至少30 %負碳，或至少40 % 負碳，或至少50%負碳，或至少60%負碳，或至少70%負碳，或至少80%負碳，或至少90%負碳。由各種組分制造道路，本發明還提供一種或多種道路組分。“道路組分”包括 用于建造道路的任何組分(例如結構組分)。在某些實施方案中，該道路組分可以是集 料、粘合劑、土壤固化劑、混凝土、成形材料或浙青。在另一些實施方案中，該道路組分可 以是可凝固組合物，如水泥、混凝土或成形建筑材料(例如磚)。在一些實施方案中，該 道路組分包含CO2封存集料，如所述用在本發明的集料中的那種，或δ 13C值小于-15%。 或-20%。的碳酸鹽。根據要建造的道路的特定類型和規模及其地理位置，該道路的道路 組分中存在的碳酸鹽的量可變。在某些實施方案中，道路組分中碳酸鹽的量可以為1至 100% w/w，如 5 至 99% w/w，包括 10 至 90%，或 15 至 50%，或 30% 至 70%，或 50% 至 80 %，或60-90 %，或70-100 %，或70-99 %。在制造道路組分時，將一定量的碳酸鹽組分 與水和其它附加組分合并，所述附加組分包括，但不限于粘土、頁巖、軟板巖、硅酸鈣、石 塊、波特蘭水泥、飛灰、礦渣水泥、粘合劑、集料(例如高爐礦渣、底灰、礫石、石灰石、花崗 巖、砂等)、硅粉、硅酸鹽和火山灰。可用的合成碳酸鹽生產程序包括但不限于，美國專利 申請序號Nos. 12/126，776 ；12/163, 205 ；和12/344,019以及待審美國臨時專利申請序 號 Nos.61/017，405 ；61/017，419 ；61/057，173 ；61/056，972 ；61/073，319 ；61/079，790 ； 61/081，299 ；61/082，766 ；61/088，347 ；61/088，340 ；61/101，629 ；和 61/101，631 中公開的 那些；它們的公開內容經此引用并入本文。本發明的道路組分和道路中所用的合成碳酸鹽 可以通過如本文其它地方所述從水中沉淀碳酸鈣和/或碳酸鎂組合物來制造。在一些實施方案中，該道路組分是浙青產品。術語“浙青”(即地浙青(bitumen)) 以其常規意義使用以包括天然或人造的黑色或深色固體、半固體或粘性材料，主要由衍生 自在石油蒸餾中已從原油中除去石腦油、汽油、煤油和其它餾分后的餾分的高分子量烴構 成。因此，本發明提供包括浙青和如本文所述的集料的浙青產品。本發明的道路浙青產品中
38的集料量可極大不同。其可以為5至50%，包括10至40%，如25至35%。CO2封存浙青、 它們的制造方法和系統進一步描述在2008年10月31日提交的美國臨時申請61/110，495 和2009年2月9日提交的61/149，949中，它們的公開內容經此引用并入本文。在另一些實施方案中，該道路組分是土壤穩定劑。“土壤穩定劑”是指用于改進土 壤的穩定性和結構完整性(即維持其形狀)的組合物。CO2封存土壤穩定劑、它們的制造方 法和系統進一步描述在2009年2月3日提交的美國臨時申請61/149，633中，其公開內容 經此引用并入本文。在另一些實施方案中，該道路組分是成形建筑材料。“成形”是指成形，例如模制、 澆鑄、切割或以其它方式制造成具有確定物理形狀，即構造的人造結構。成形建筑材料不同 于沒有確定和穩定的形狀而是與它們的容器，例如袋子或其它容器共形的無定形建筑材料 (例如粉末、糊料、漿料等)。CO2封存的成形建筑材料、它們的制造方法和系統進一步描述 在2009年2月3日提交的美國臨時申請61/149，610中，其公開內容經此引用并入本文。如上所述，本發明的道路可以包括一個或多個道路層。例如，本發明的道路，例如 CO2封存道路或負碳道路，可以包括路基層(sub-gradelayer)、底基層(sub-base layer), 基層層(base course layer)和表面層(這些術語如本領域技術人員理解的那樣；如果含 義基本相同，同等術語可代用)中的一個或多個。要認識到，這些層的組成決定其中可用的 材料的類型。例如，當本發明的集料用在一個或多個層中時，如果沒有鋼筋或其它易腐蝕材 料，該集料可以是具有可浸出氯化物含量的集料，這不會減損該集料的強度和耐久性。因 此，如果該集料用在道路的適當層中，由含有大量氯化物的水，如海水或鹽水制成的本發明 的集料不一定必須加工，或在最小限度內加工以除去氯化物。此外，在一些實施方案中，本 發明提供一個或多個含集料的層，其中一部分或全部集料是反應性集料。與傳統結構中不 同，反應性集料在道路中是有利的，因為在反應中，該集料提供更強的粒子間結合和因此更 耐久的層。其中的集料松散的道路層，如基層層，允許使用形成膨脹凝膠的反應性集料，只 要該膨脹凝膠不超過空隙空間。制造道路例如CO2封存道路的方法包括建造這些層中的一個或多個的任何部分。 因此，根據本發明的方面建造道路，例如CO2封存道路的方法包括建造新道路、取代之前建 成的道路、或維修/改善之前建成的道路的任何部分。在另一些實施方案中，該道路，例如 CO2封存道路可以是全深式再生。在另一些實施方案中，本發明的道路可以是僅頂層的再鋪 平(即覆面(overlay)).道路的底層可以是路基層。在制備路基時，第一步驟可以包括土壤加固步驟。也 可以使用本發明的道路土壤固化劑組分加固下方路基土壤。應將路基土壤與道路土壤固化 劑組分摻合以產生均勻組合物。根據所需性質(例如承載力、抗霜凍性)，可以將路基與上 述其它道路組分(例如水泥質材料)進一步混合以提供提高的加固。也可以用除草劑處理 路基以防止或延遲可能影響路基的長期結構完整性的植物生長。在最終壓實后，可以在分級路基的表面上添加底涂層(primecoat)。通常，如果最 終道路表面的厚度小于100毫米，應該在路基層上添加底涂層。本發明中所用的示例性底 涂層包括包含一定量的本發明的集料，例如上述封存CO2的合成碳酸鹽的乳化浙青產品。道路的第二層可以是底基層。該底基層位于路基上方并主要用于結構支承上覆的 基層和表面層。在一些實施方案中，根據該道路的最終所需承載力，該底基可具有最小厚度或完全不存在。由于穩定底基的用途是提供交通負荷在下方路基上的均勻分配，所用的合 適底基材料是能夠均勻分配外加負荷的那些。在一些實施方案中，底基可包含未粘合的顆粒材料。“未粘合的顆粒材料”是指在 鋪設和壓實時不彼此粘合或粘著而是依賴相鄰粒子的自然互鎖的那些，未粘合的顆粒材料 中的細粒和粗粒的比例取決于該道路的所需承載力。因此，底基中未粘合的顆粒材料的粒 度可以極大不同，為0. 05毫米至25毫米，盡管它們不應超過37. 5毫米。在一些情況下，未 粘合的顆粒材料可以是包含封存CO2的合成碳酸鹽的非反應性集料。該集料組分可以如上 所述通過壓碎可凝固組合物來制造，或可以是具有適合與相鄰集料粒子互鎖的形狀(例如 星形)的模制集料。在另一些實施方案中，該底基可包含粘合材料。粘合材料是通過粘合劑與相鄰粒 子粘合的那些。“粘合劑”是指能夠基本固定或鄰接相鄰粒子的組分。在本發明的一些情況 中，該粘合劑是包含封存CO2的合成碳酸鹽的浙青產品。在另一些情況下，該粘合劑可以是 包含封存CO2的合成碳酸鹽的水泥。在一些實施方案中，該底基包含反應性集料。通過使 用反應性集料，在集料粒子之間形成穩定基質，以致該底基能使細粒最小程度地從路基侵 入道路結構和使霜凍作用的破壞最小化。在一些實施方案中，可以將水添加到該組合物中 以提供最佳濕含量和材料均勻性。在鋪設適當厚度的底基材料后，可以以如上文對路基所 述相同的方式壓實該底基。在一些實施方案中，該底基可包含預澆制的混凝土板。可以通過混合和模制一定 量的封存CO2的合成碳酸鹽和水泥質組分如波特蘭水泥以及如上所述的其它輔助水泥質材 料來制備混凝土。該混凝土板也可以使用增強材料，如鋼筋結構或鋁絲網。通過本發明提供的另一道路層是基層層。該基層層緊鄰位于表面層下方，實現追 加的負荷分配、排水和抗霜凍性，并為施工設備提供穩定平臺。本發明的基層層可以基本由 如上所述用于底基的集料構成。包含封存CO2的合成碳酸鹽的集料是優選的，尤其是在路基 中、在路基土壤不穩固的區域中、在已除去不合適的材料的區域中或在全深撓性道路下方 存在表面下排水問題的情況中。在一些實施方案中，該集料基層包含反應性集料和非反應 性集料的混合物。該混合物中反應性集料的比例可以不等，為5至25%，包括5至15%，如 10%。該集料組合物還可以包括一定量的水泥質組分。水泥質組分的添加量隨道路類型而 言，為基層的1至20重量％，包括1至10%，如5%。可以通過使用和混入密級配的或透水 性的熱混浙青來進一步制備該基層。道路的由本發明提供的頂層是表面層。該表面層是緊鄰位于基層上方并與交通負 荷接觸的層。應該構造該表面層以使其提供摩擦、平整度、噪音控制和排水性等特性。此外， 該表面層充當下方的基層、底基和路基的防水層。該表面層可以在兩個分開的階段中建造 以制備其兩個層——磨耗層和粘結層。該磨耗層是直接與交通負荷接觸的層。其意在承受 交通磨耗的沖擊并可以在磨損后移除或更換。粘結層是該表面層結構的主體并用于分配上 方的交通負荷。在一些實施方案中，通過本發明提供的表面層基本由集料(其中一部分或全部是 本發明的集料)和浙青粘合劑構成。此外，可以以粉末形式進一步使用一定量的本發明的 集料作為礦物填料。該表面層中所用的浙青粘合劑的量可以為5至50%，包括5至40%， 如5至35%不等。該表面層中所用的集料的粒度可以為50毫米至15毫米，包括100毫米至12. 5毫米，如75毫米至10毫米不等。通過將集料和礦物填料與熱浙青粘合劑混合直至 充分涂布所有的集料和礦物填料來制備該表面層。可隨后將該浙青涂布的集料鋪到基層表 面上以使其產生平整的均勻層。可以使用追加的浙青粘合劑沿表面填充任何空隙空間或級 配變化。該表面層隨后在高溫下壓實。“高溫”是指不低于125°C的溫度。在另一些實施方案中，該表面層可以是如上所述的硬質成形鋪砌混凝土表面。在 表面層是混凝土板的情況下，可以用化學摻加劑處理該表面以改善防霜凍性、濕害和剝離 損害。硬質混凝土表面層可用在主要用于步行交通或用于較低外加負荷的道路中。包含封存CO2的合成碳酸鹽的道路組分可用在各種不同用途中。可使用本發明的 道路組分組合物的具體道路結構包括，但不限于公路、人行道、自行車道、海濱通道、機場 跑道、城市街道、卵石路、停車場、旱冰場和任何其它鋪砌土地。在一些實施方案中，本發明提供一種方法，包括建造包含含合成碳酸鹽的CO2封 存組分的道路。在一些實施方案中，本發明提供一種方法，包括建造包含集料的道路，其中 該集料具有比_10%。更負，或在一些實施方案中比_20%。更負的δ 13C值。該集料可構成該 道路的多于 10、20、30、40、50、60、70、80 或 90%。在一些實施方案中，本發明提供制造道路組分的方法，該方法包括獲得封存CO2 的合成碳酸鹽；和制造包含封存CO2的合成碳酸鹽的道路組分。該道路組分可以是例如集 料、水泥、摻配水泥、浙青、土壤固化劑、混凝土、粘合劑、成形材料(磚、石板)、可凝固組合 物。在一些實施方案中，本發明提供制造道路組分的方法，該方法包括獲得合成碳酸鹽，其 中該碳酸鹽具有比-10更負或在一些實施方案中比-20更負的δ 13C值；和制造包含封存 CO2的合成碳酸鹽的道路組分。該道路組分可以是例如集料、水泥、摻配水泥、浙青、土壤固 化劑、混凝土、粘合劑、成形材料(磚、石板)、可凝固組合物。在一些實施方案中，本發明提供制造包含封存CO2的合成碳酸鹽的道路組分的系 統，該系統包含含堿土金屬的水的輸入端；對該水施以碳酸鹽化合物沉淀條件和產生封 存CO2的合成碳酸鹽的碳酸鹽化合物沉淀站；和用于制造包含該封存CO2的合成碳酸鹽的 道路組分的道路組分制造器。在一些實施方案中，本發明提供制造包含合成碳酸鹽的道路 組分的系統，其中該碳酸鹽具有比-10%。更負或在一些實施方案中比-20%。更負的δ 13c，該 系統包含含堿土金屬的水的輸入端；對該水施以碳酸鹽化合物沉淀條件和產生合成碳酸 鹽的碳酸鹽化合物沉淀站，其中該碳酸鹽具有比_10%。更負δ 13C值，或在一些實施方案中 比_20%。更負的δ 13C值；和用于制造包含該合成碳酸鹽的道路組分的道路組分制造器，其 中該碳酸鹽具有比-10%。更負δ 13C值或在一些實施方案中比-20%。更負的δ 13C值。在一些實施方案中，本發明提供封存CO2的方法，該方法包括使含堿土金屬離子 的水與包含CO2的氣態工業廢料流接觸；從該含堿土金屬離子的水中沉淀封存CO2的合成碳 酸鹽，其中該合成碳酸鹽包含來自該氣態工業廢料流的CO2 ；和制造包含該封存CO2的合成 碳酸鹽的道路組分。在一些實施方案中，本發明提供封存CO2的方法，該方法包括使含堿 土金屬離子的水與包含CO2的氣態工業廢料流接觸；從該含堿土金屬離子的水中沉淀合成 碳酸鹽，其中該碳酸鹽具有比-10%。更負或在一些實施方案中比-20%。更負的δ 13C值，其中 該合成碳酸鹽包含來自該氣態工業廢料流的CO2 ；和制造包含該合成碳酸鹽的道路組分，其 中該碳酸鹽具有比-10%。更負或在一些實施方案中比-20%。更負的δ 13C值。在一些實施方案中，本發明提供制造碳封存適售商品的方法，該方法包括制造包含封存CO2的合成碳酸鹽化合物的道路組分；測定該道路組分中封存的CO2的量；和根據該 測得的量制造碳封存適售商品。在一些實施方案中，本發明提供獲得碳封存適售商品的方法，該方法包括(a)生 成CO2 ； (b)將該CO2送至CO2封存器，其(i)制造包含封存CO2的合成碳酸鹽化合物的道路 組分；(ii)測定該道路組分中封存的CO2的量；和(iii)根據該測得的量制造碳封存適售 商品；和(C)從該CO2封存器中接收碳封存適售商品。III.方法本發明的方法包括制造集料的方法、通過制造集料來封存CO2的方法、根據預定特 性組合生產集料組合的方法、制造可凝固組合物的方法、制造包括本發明的集料的結構的 方法和經營方法。A.制造集料的方法在一些實施方案中，本發明提供制造集料的方法。在一個實施方案中，本發明提供 制造集料的方法通過將來自工業廢料流的二氧化碳溶解在水溶液中和從該水溶液中沉淀 一種或多種碳酸鹽化合物、將該沉淀物脫水和在一些實施方案中進一步處理該脫水沉淀物 以制造集料。該工業廢料流可以是如本文所述的任何合適的廢料流。在一些實施方案中，該 工業廢料流是燃煤發電廠的煙道氣。接觸可以通過如本文所述的任何合適的裝置和程序進 行，如通過扁平射流接觸器，或通過氣溶膠接觸。在一些實施方案中，使用如本文所述的平 流接觸器使該工業廢料流中的C02與水溶液接觸。通過也如本文進一步描述的任何便利的 方式從該含有溶解的C02(和碳酸氫鹽和碳酸鹽，這取決于pH值)的水溶液中除去質子；在 一些實施方案中，通過可用于制造除質子用的堿或可用于直接除去質子(例如通過與其中 溶解CO2的溶液接觸)的電化學系統除去質子；進一步的描述參見本申請和美國專利申請 Nos. 12/344，019和12/375，632。該沉淀物的組成取決于水溶液的組成；該水溶液含有二價 陽離子，例如鎂和/或鈣，其可能來自各種來源中的一種或多種，包括海水、鹽水如地質鹽 水、礦物，例如蛇紋石、橄欖石等，飛灰、礦渣、其它工業廢料，如來自鋁土礦精煉的紅泥。因 此，該沉淀物中的鈣/鎂比可變，并可以根據水溶液中所用的材料為本文所述的比率之一， 如5/1至1/5，或1/1至1/10，或100/1至10/1，或任何其它比率。該沉淀物含有碳酸鈣和 /或碳酸鎂并且還可含有如本文所述包含在沉淀物中的工業廢氣的其它組分，例如如本文 公開的硫酸鹽或亞硫酸鹽、沉淀的含氮化合物、重金屬如汞和其它。在一些實施方案中，將 該沉淀物脫水。進一步處理可包括如本文其它地方所述通過升高的溫度和/或壓力來處 理，例如借助印壓機，或通過擠出。該脫水沉淀物在一些實施方案中進一步干燥，隨后加回 水至所需百分比，例如至1-20 %，或1-10 %，或3-7 % w/w。在一些實施方案中，該脫水沉淀 物(任選干燥和重構)通過送過擠出壓機來進行處理，其如本文進一步描述的那樣制造幾 乎任何所需形狀和尺寸的集料。在一些實施方案中，該脫水沉淀物(任選干燥和重構)通 過在印壓機中加壓來處理，其可以制造可進一步處理的成形集料或集料“片(plate) ”。在一 些實施方案中在合適的溫度，例如50-150°C，或70-120°C，或80-100°C下對該脫水沉淀物 施加高壓，例如2000-6000psi，或甚至2000-20，OOOpsi以合適的時間，例如0. 1分鐘至100 分鐘，或1-20分鐘，或1-10分鐘。在一些實施方案中，由此形成的產物就這樣使用。在一 些實施方案中，該產物含有碳酸鹽并具有比_10%。更負，或比-15%。更負，或比-20%。更負， 或比-25%。更負的S13C。在另一些實施方案中，例如通過壓碎、研磨等進一步處理該產物。在一些實施方案中，該方法進一步包括將由此制成的集料合并在可凝固組合物中。在一些實施方案中，本發明提供制造包含合成碳酸鹽的集料的方法，包括獲得合 成碳酸鹽；和制造包含合成碳酸鹽的集料。任何合適的方法，如本文所述的那些，都可用 于獲得合成碳酸鹽，只要其適用在集料中。在一些實施方案中，該合成碳酸鹽包含封存的 C02。在一些實施方案中，該合成碳酸鹽具有比-10%。更負，或比-15%。更負，或比-20%。更 負，或比-25%。更負的S13C。所述獲得步驟可包括從含堿土金屬離子的水，例如咸水，如海 水，或鹽水，或經過處理以含有堿土金屬的水中，例如由礦物或由工業廢料，如飛灰、礦渣或 紅泥沉淀合成碳酸鹽。在一些實施方案中，所述獲得步驟進一步包括在沉淀步驟之前使該 含堿土金屬離子的水與包含CO2的工業氣態廢料流接觸；該工業氣態廢料流可以來自例如 發電廠、鑄造廠、水泥廠、精煉廠或冶煉廠；該氣體廢料流可以是例如煙道氣，如燃煤發電廠 的煙道氣。在一些實施方案中，所述獲得步驟進一步包括在沉淀步驟中將該含堿土金屬離 子的水的PH值升至10或更高。在一些實施方案中，所述制造步驟進一步包括生成包含 合成碳酸鹽的可凝固組合物；和使該可凝固組合物形成固體產物。在另一些實施方案中， 所述制造步驟進一步包括對該沉淀物施以足以制造適合預期用途的集料的溫度和壓力的 組合；如 35-500°C，或 50-200°C，或 50-150°C 的溫度和 IOOOpsi 至 20，OOOpsi，或 IOOOpsi 至10，000psi，或IOOOpsi至6000psi，如4000psi至6000psi的壓力。在另一些實施方案 中，該生成步驟包括將合成碳酸鹽與水、波特蘭水泥、飛灰、石灰和粘合劑中的一種或多種 混合。該生成步驟可進一步包括機械精制該固體產物，如通過模制、擠出、制粒、壓碎或它們 的一些組合。在一些實施方案中，所述制造步驟包括使該合成碳酸鹽與淡水接觸以例如將 該合成碳酸鹽轉化成淡水穩定產物；在一些實施方案中，該接觸步驟包括在敞開區域鋪 開該合成碳酸鹽；和使該鋪開的合成碳酸鹽與淡水接觸。B.其它方法在一些實施方案中，本發明提供一種方法，包括獲得包含水凝水泥和含合成碳酸 鹽的集料的組合物；和制造包含所得組合物的可凝固組合物。該包含合成碳酸鹽的集料在 一些實施方案中可通過本文所述的方法制造。在一些實施方案中，該合成碳酸鹽包含封存 的CO2。在一些實施方案中，該合成碳酸鹽具有比-10%。更負，或比-15%。更負，或比-20%o 更負，或比-25%。更負的S13C。該方法可進一步包括使該可凝固組合物凝固成固體產物，如 結構產品，例如道路的組成部分，如浙青，或建筑地基。在一些實施方案中，本發明提供封存二氧化碳的方法，該方法包括從含堿土金屬 離子的水中沉淀封存CO2的碳酸鹽化合物組合物；和制造包含封存CO2的碳酸鹽化合物組 合物的集料。在一些實施方案中，本發明提供通過使含堿土金屬離子的水與包含CO2的氣 態工業廢料流接觸；從該含堿土金屬離子的水中沉淀合成碳酸鹽，其中該合成碳酸鹽包含 來自該氣態工業廢料流的CO2 ；和制造包含合成碳酸鹽的集料來封存CO2的方法。在一些實 施方案中，將該集料合并在可凝固組合物中。該集料可用于制造人造結構。在一些實施方 案中，該集料構成該人造結構的至少1、5、10、20、30、40、50、60、70、80、90或95%。在一些 實施方案中，該人造結構是建筑物。在一些實施方案中，該人造結構是道路，或道路的組成 部分。在一些實施方案中，該人造結構是水壩。在另一些實施方案中，將該集料運輸至儲存 地，如水下儲存地，或地下儲存地，例如煤礦或其它化石燃料獲取地(fossil fuelremoval site)。該集料可以用例如軌道，如將煤運輸至燃煤發電廠(在此制造集料)的相同軌道車，
43運輸至該地點。該集料可以以各種形狀制造以使在儲存地的填裝更有效和/或產生更強的 填裝體。在一些實施方案中，本發明提供制造CO2封存集料的方法，其通過獲得CO2封存組 分；和制造包含CO2封存組分的集料。該CO2-封存組分在一些實施方案中可通過從已經與 含CO2的工業廢氣流接觸的水溶液中沉淀碳酸鹽來獲得。可以通過任何合適的方法，如本 文所述的方法制造該集料。在一些實施方案中，本發明提供制造含有δ 13C比_10%。更負，或比_15%。更負，或 比-20%。更負，或比-25%。更負的碳的集料的方法，其通過獲得含有δ 13C比-10%。更負，或 比-15%。更負，或比-20%。更負，或比-25%。更負的碳的組分；和由該組分制造集料，由此制 造含有S 13C比-10%。更負，或比-15%。更負，或比-20%。更負，或比-25%。更負的碳的集料。 該組分在一些實施方案中可以通過從已經與含有來自化石燃料燃燒的CO2的工業廢氣流 接觸的水溶液中沉淀含碳酸鹽的沉淀物來獲得；根據化石燃料的類型，該CO2會含有δ 13C 比-10%。更負，或比-15%。更負，或比-20%。更負，或比_25%。更負的碳，且由該氣體沉淀的碳 酸鹽也具有類似的S 13C值。該碳酸鹽的抗衡離子在一些實施方案中是鈣、鎂或本文所述的 任何比率的鈣和鎂的組合。在一些實施方案中，將該集料合并在可凝固組合物中。該集料 可用于制造人造結構。在一些實施方案中，該集料構成該人造結構的至少1、5、10、20、30、 40、50、60、70、80、90或95%。在一些實施方案中，該人造結構是建筑物。在一些實施方案 中，該人造結構是道路，或道路的組成部分。在一些實施方案中，該人造結構是水壩。在另 一些實施方案中，將該集料運輸至儲存地，如水下儲存地，或地下儲存地，例如煤礦或其它 化石燃料獲取地。該集料可以用例如軌道，如將煤運輸至燃煤發電廠(在此制造集料)的 相同軌道車運輸至該地點。該集料可以以各種形狀制造以使在儲存地的填裝更有效和/或 產生更強的填裝體。儲存地還包括防波浪結構(例如人工礁)，或抗水流和運動的其它結構 (如亂石基)；本發明由此提供含有一種或多種本文所述的集料的防波浪結構，以及提供含 有一種或多種本文所述的集料的抗水流和運動的結構。本發明進一步提供制造防波浪結構 或耐水結構的方法，包括制造如本文所述的集料和使用該集料形成防波浪結構或抗水流和 運動的結構。在一些實施方案中，本發明提供一種方法，包括獲得包含水凝水泥和CO2封存集 料的可凝固組合物；和由該可凝固組合物制造固體產物。在一些實施方案中，本發明提供通過在該結構的建造中使用負碳集料來制造負碳 結構的方法。“負碳”具有本文所述的含義。在一些實施方案中，該結構是建筑物。在一些 實施方案中，該結構是水壩。在一些實施方案中，該結構是道路。在一些實施方案中，該結 構是較大型結構的組成部分，例如建筑物地基，或道路的基層或底層。在一些實施方案中， 該負碳集料構成該結構的至少5、10、20、30、40、50、60、70、80或90%。在一些實施方案中， 該結構還包括至少一種其它CO2-封存組分。例如，在一些實施方案中，該結構進一步含有在 制造該結構的水泥時使用的封存CO2的輔助水泥質材料和/或封存CO2的火山灰。在一些 實施方案中，該結構進一步含有封存CO2的水泥。在一些實施方案中，制造該結構及其組分 時封存的CO2的量超過制造該結構及其組分時產生的C02的量至少1、5、10、20、30、40、50、 60、70、80、90或95%，其中如本文其它地方對“負碳”所述那樣計算。在一些實施方案中，本發明提供制造碳封存適售商品的方法，其通過制造包含合鹽化合物的集料；測定該集料中封存的CO2的量；和根據所述測得的量制 造碳封存適售商品。在一些實施方案中，本發明提供獲得碳封存適售商品的方法，其通過 生成CO2 ；將該CO2送至CO2封存器，其(i)制造包含合成的CO2封存碳酸鹽化合物的集料； ( )測定該CO2集料中封存的CO2的量；和(iii)根據該測得的量制造碳封存適售商品；和 (c)從該CO2封存器中接收所述碳封存適售商品。在一些實施方案中，本發明提供制造輕型集料的方法，其通過以在處理過程中沒 有凈生成CO2的方式處理原材料以制造輕型集料。在一些實施方案中，在集料制造中凈封存 co2。該原材料可以是水溶液、含CO2的氣流，如工業廢氣流，二價陽離子源，或其組合。可以 處理該原材料以沉淀碳酸鹽，其中該碳酸鹽在該方法中封存co2。該方法可進一步包括在制 造輕型集料，例如堆積密度(單位重量)為751b/ft3至1251b/ft3，如901b/ft3至1151b/ ft3的集料的條件下處理該沉淀物。在一些實施方案中，本發明提供通過對合成碳酸鹽施以使其發生物理轉化的條件 而不使用粘合劑制造人造巖石的方法，由此形成人造巖石，其中該人造巖石的形成不依賴 原材料的化學反應。在一些實施方案中，通過原始的合成碳酸鹽中的化合物的溶解和再沉 淀以產生新化合物或更大量的已存在于原材料中的化合物來形成人造巖石。在一些實施 方案中，該新化合物或更大量的化合物包括球碳鎂石、水菱鎂礦和/或三水菱鎂礦中的一 種或多種。在一些實施方案中，人造巖石的制造包括對該合成碳酸鹽施以升高的溫度和壓 力的組合達足以產生人造巖石的時間。在一些實施方案中，該合成碳酸鹽經受的條件足 以產生具有在莫氏硬度標上大于2，或大于3，或大于4，或2-7，或2-6，或2_5的硬度或在 RockwelLVickers或Brinell硬度標上的同等硬度的人造巖石。在一些實施方案中，該合 成碳酸鹽經受的條件足以產生堆積密度為501b/ft3至2001b/ft3的人造巖石。在一些實施 方案中，該合成碳酸鹽經受的條件足以產生堆積密度為751b/ft3至1251b/ft3的人造巖石。在一些實施方案中，本發明提供制造集料的方法，包括將來自工業過程的廢氣與 含水物類混合，所述含水物類會與廢氣反應形成沉淀物，和加工該沉淀物以形成集料。本發明的方法能夠制造幾乎任何尺寸或形狀的集料，以及該集料的許多其它特 性，如硬度、抗磨性、密度、孔隙率、化學組成、礦物組成、耐酸性、耐堿性、氯化物含量、鈉含 量、CO2的留存和反應性(或其缺乏)。相應地，在一些實施方案中，本發明提供通過將該 集料制造成預定特性組合來制造集料的方法。在這些實施方案的一些中，該集料含有來自 工業廢氣流的co2。在一些實施方案中，這些特性包括尺寸、形狀、硬度、抗磨性、密度、孔隙 率、化學組成、礦物組成、耐酸性、耐堿性、氯化物含量、鈉含量、CO2的留存和反應性(或其缺 乏)中的兩種或更多種。在一些實施方案中，這些特性包括尺寸、形狀、硬度、抗磨性、密度、 孔隙率、化學組成、礦物組成、耐酸性、耐堿性、氯化物含量、鈉含量、CO2的留存和反應性(或 其缺乏)中的三種或更多種。在一些實施方案中，這些特性包括尺寸、形狀、硬度、抗磨性、 密度、孔隙率、化學組成、礦物組成、耐酸性、耐堿性、氯化物含量、鈉含量、CO2的留存和反應 性(或其缺乏)中的四種或更多種。在一些實施方案中，這些特性包括尺寸和形狀。在一些 實施方案中，這些特性包括尺寸、形狀，以及硬度、抗磨性、密度、孔隙率、化學組成、礦物組 成、耐酸性、耐堿性、氯化物含量、鈉含量、CO2的留存和反應性(或其缺乏)中的至少一種。在使該組集料包括預定尺寸和形狀的集料的實施方案中，將集料制成所需形狀或 尺寸的方法如本文所述。可以制造任何所需的混合物，例如具有一種、兩種、三種、四種、五
45種、六種、七種、八種、九種、十種或多于十種的集料尺寸與一種、兩種、三種、四種、五種、六 種、七種、八種、九種、十種或多于十種的集料形狀相結合的集料混合物。例如，集料組合可 具有至少兩種尺寸和至少兩種形狀，或剛好兩種尺寸和剛好兩種形狀。這僅是示例性的，可 以使用許多種尺寸和形狀的任何組合。該尺寸可以是任何合意的尺寸，例如以提供所需填 裝程度和降低對混凝土中的水泥的需要，可以使用成組的(a set of)分級的尺寸，例如選 自最大粗集料至最細的細集料，或它們之間的任何組合。類似地，形狀可以是預定的任何合 意的形狀，例如全部相同的形狀，和多種形狀。該組中的部分集料尺寸可以以一種形狀制 成，而其它的可以以一種或多種其它形狀制成。例如，本發明的方法能夠制造成組的集料， 其包括用于填裝的具有成組的分級尺寸的球形或盤形集料以及通過充當“銷子”來改進流 動性和/或降低開裂的一部分細長形狀(即具有如本文其它地方所述的高長寬比)的更大 粒子。另一些可能性是具有一些用于彼此互鎖結合的星形件、用于填裝和降低水泥需要的 較小件的集料的組合。這些可能性僅是示例性的，本領域技術人員會認識到，可以根據它們 要用于的作業，以尺寸和形狀的幾乎任何組合制造集料組合；可以由這種作業決定該集料 組合的特性并可以“定制”該組合。除尺寸和形狀外還可以包括其它有用的特性，如反應性。在一些用途中，一定程度 的反應性可能有用，或一定百分比的集料組合而非該組合全部是反應性可能是有用的。在 道路的建造中，例如，基層由一定程度的反應性集料構成可能有用，以致滲透通過道路表面 的水使下方集料反應和形成更強的基底。本發明的方法允許在成組的集料中使用校準量的 反應性集料，例如含硅質材料的集料，以實現所需程度的總體反應性。這可以是一定百分比 的集料具有某一尺寸，或全部都具有特定集料尺寸或形狀等。可根據該集料的制造條件改變的其它特性包括硬度。盡管較硬的集料一般是優選 的，在組合中的某些尺寸級或形狀的集料如果略軟則更有用，例如以在某些高填裝用途中 提供形變。例如，如果集料用于回填采礦空隙，例如在煤礦中，制造具有用于填裝的各種尺 寸以及具有一定百分比的用于形變的略軟的較小集料的成組的集料可能是合意的，因為該 集料緊密填塞以在采煤留下的空隙中切實有用。其它特性包括穩定性，例如溶解度，如在中性、酸性或堿性pH中的溶解度。一組的 集料可以都具有相同溶解度或不同溶解度。一組的某些集料可以有意制成在它們的使用條 件下可溶以便經過一段時間(這可以是任何持續時間)，它們溶解，在混凝土或其它材料中 留下與集料的尺寸和形狀匹配的空隙空間。這能夠制造具有受控滲透性的混凝土。也可以控制集料組合中的抗磨性，由此可以以全部相同的抗磨性制造集料或可以 是具有不同抗磨性的不同集料的組合。IV .系統本發明的方面進一步包括用于制造碳酸鹽化合物組合物，例如咸水衍生的碳酸鹽 和氫氧化物礦物組合物，和本發明的集料，以及包括本發明的集料的混凝土和灰漿的系統， 例如加工裝置或工廠。本發明的系統可具有能夠實施相關的特定制造方法的任何構造。本發明的方面進一步包括用于由二價陽離子和工業廢氣的組分制造本發明的集 料，以及包括本發明的集料的混凝土和灰漿的系統，例如加工裝置或工廠。本發明的系統可 具有能夠實施相關的特定制造方法的任何構造。本發明的系統包括制造集料的系統，其中 該系統包括含二價陽離子的水的輸入端、對該水施以碳酸鹽化合物沉淀條件和制造沉淀碳物沉淀站；和由該沉淀碳酸鹽化合物組合物制造集料的集 料制造器。在一些實施方案中，該系統進一步包括含CO2的工業廢氣流(其在一些實施方 案中可以是來自發電廠、鑄造廠、水泥廠或冶煉廠；例如在一些實施方案中發電廠，如燃煤 發電廠的廢氣流)的輸入端。該系統的集料制造器可以是使用任何適用于制造所需品質的 集料的方法，例如本文所述的任何方法(如使用溫度和壓力的組合，例如在印壓機、擠出機 或輥系統中)的集料制造器。在一些實施方案中，該集料制造器能夠制造具有特定尺寸和 /或特定形狀的集料。在一些實施方案中，該集料制造器能夠制造各種尺寸和/或形狀的 集料。該集料制造器可以在一個步驟中或在多于一個步驟中制造集料，例如制造固體塊的 步驟，任選此后一個或多個由該固體塊制造具有所需性質，例如尺寸和/或形狀的集料的 步驟。在一些實施方案中，本發明的系統能夠每天制造至少0. 5、1、2、5、10、50、100、1000， 或10，000噸集料，其含有每噸集料至少0. 1、0. 2、0. 3、0. 4或0. 5噸從CO2源封存的CO2。在 一些實施方案中，本發明的系統能夠每天制造至少1噸集料，其含有每噸集料至少0. 1噸從 0)2源封存的C02。在一些實施方案中，本發明的系統能夠每天制造至少1噸集料，其含有每 噸集料至少0. 2噸從CO2源封存的C02。在一些實施方案中，本發明的系統能夠每天制造至 少1噸集料，其含有每噸集料至少0. 3噸從CO2源封存的CO2。在一些實施方案中，本發明 的系統能夠每天制造至少10噸集料，其含有每噸集料至少0. 3噸從CO2源封存的C02。在 這些實施方案的一些中，該集料適合用作建筑材料。圖2提供根據本發明的一個實施方案的沉淀和集料制造系統的示意圖。在圖2中， 系統100包括二價陽離子源110。在某些實施方案中，二價陽離子源110包括具有二價陽離 子水溶液輸入端，如來自海洋的管道或導管等的結構。如果該系統加工以制造沉淀材料和 隨后集料的二價陽離子水溶液是海水，該輸入端與該海水流體連通。例如，該輸入端可以是 從海水到陸地基系統的管路或進料端，或該輸入端可以是在船體中的入口端(例如，當該 系統是海運船的一部分時)。在圖2中也顯示了氣態廢料流源130，其包含二氧化碳和燃燒氣體的其它組分。該 廢氣流可如上所述不等。將二價陽離子源和氣態廢料流源連接到充料器和沉淀器反應器 120。該充料器和沉淀器120可包括許多不同的元件，如溫度調節器(例如構造成將該水加 熱至所需溫度)、化學添加劑元件(例如用于將化學PH升高劑(如飛灰)引入水中)和電 解元件(例如，陰極/陽極等)。充料器和沉淀器120可以以分批法、半分批法或連續法運 行。沉淀反應的產物(例如，漿料)任選如圖2中所示在分離器140中加工。分離器 140可以使用各種不同的除水法，包括如連續離心、離心、過濾器離心、重力沉降之類的方 法。該沉淀材料可以簡單地用淡水洗滌，并保持濕潤以使淡水水淬硬化反應(fresh water hardeningreaction)繼續進行。可以進行部分機械除水以調節凝固產物的密度，從而控制 強度和硬度。圖2中所示的系統還包括用于干燥分離器140中制成的脫水沉淀材料的任選干燥 器160。根據該系統的特定干燥程序，該干燥器160可以包括如上文更詳細描述的過濾元 件、凍干結構、烘干、噴霧干燥結構等。也顯示了任選洗滌站150，其中在干燥器160中干燥之前洗滌來自分離器140的大 部分脫水沉淀材料以例如從該沉淀材料中除去鹽和其它溶質。
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隨后將來自干燥器160的干燥的沉淀材料供應至集料制造單元180，其中該沉淀 材料可以凝固和機械加工以制造最終集料產物。如上所述，該系統可位于陸地或海洋。例如，該系統可以是陸地基系統，其位于海 岸區(例如接近海水源)，或甚至內陸地點，其中將水從二價陽離子源(例如海洋)用管輸 送到沉淀和集料制造系統。或者，該沉淀和集料制造系統可以是水基系統(即位于水上或 水中的系統)。這種系統可以按需要位于船、海洋平臺等上。IV .用途本集料和包含它的可凝固組合物可用于各種不同的用途，如地上穩定的(above ground stabl)C02封存產物，以及建筑或建造材料。可以使用本發明的可凝固組合物的具 體結構包括，但不限于鋪砌路面、建筑結構，例如建筑物、地基、汽車道/公路、天橋、停車 結構、磚/砌塊墻以及門、柵欄和柱桿的基座。本發明的灰漿可用于將建筑塊，例如磚粘合 在一起和填充建筑塊之間的間隙。除其它用途外，灰漿也尤其可用于修理現有結構，例如替 代原始灰漿已受損或被侵蝕的部分。列出下列實施例以便為本領域普通技術人員提供如何制造和利用本發明的完整 公開和描述，并且不是要限制被本發明人視為其發明的內容的范圍，也不是要表明，下列實 驗是所實施的所有或唯一實驗。已經努力確保所用數值(例如量、溫度等)的精確性，但應 該考慮一些實驗誤差和偏差。除非另行指明，份數為按重量計的份數，分子量為重均分子 量，溫度為。C，且壓力為等于或接近大氣壓。實施例實施例1.用在集料中的沉淀材料的制備76，000加侖海水以40加侖/分鐘泵入在罐底配有鼓泡器(sparger)的 250，000-加侖敞口罐，直至罐中的海水高度為鼓泡器上方6英尺。隨后將二氧化碳以使pH 保持高于5. 6的速率鼓泡進入海水。在繼續鼓泡通入二氧化碳的情況下，通過用聯機(in-line)混合器經管道加入含 有4，500千克噴射研磨的(以降低粒度和改進溶解速率)氫氧化鎂的漿料。(用于此實驗的 氫氧化鎂是來自海水氧化鎂(MgO)裝置的廢料，該氫氧化鎂為大約85%Mg(0H)2、大約12% CaCO3和大約3% SiO2)。在完全添加氫氧化鎂后繼續鼓泡通入二氧化碳，直至加入9，400磅 二氧化碳。隨后將該罐(罐A)中的一半反應混合物轉移到另一罐(罐B)中。完成這些步 驟的總時間為大約30小時的期間。經4-6小時向罐A中加入大約300加侖50% (w/w)氫氧化鈉溶液，直至pH達到 9. 5。隨后將該混合物經大約5小時的期間轉移到罐B中，并使其在重力作用下沉降8-12 小時。從罐B底部取出沉降的沉淀材料并隨后用淡水洗滌部分的該沉降的沉淀材料，在 壓濾機中脫水以制造大約30%固含量的濾餅，并用于制造集料(見實施例2)。X-射線熒光(XRF)數據(表3)表明，該沉淀材料具有12的高Mg Ca重量比。 由此提供的熱解重量分析(TGA)數據(圖5和圖6)表明，該沉淀材料保持濕潤。圖5提供 濕沉淀材料的TGA分析。圖6提供在干燥器中干燥的沉淀材料的TGA分析。
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權利要求
包含CO2 封存組分的集料。
2.權利要求1的集料，其中該CO2-封存組分包含一種或多種碳酸鹽化合物。
3.權利要求2的集料，其中所述一種或多種碳酸鹽化合物構成該集料的至少50%w/w。
4.權利要求2的集料，其中所述一種或多種碳酸鹽化合物構成該集料的至少90%w/w0
5.權利要求2的集料，其中所述一種或多種碳酸鹽化合物構成該集料的至少98%w/w0
6.權利要求2的集料，其中該碳酸鹽化合物包含碳酸鎂、碳酸鈣、碳酸鎂鈣或其組合。
7.權利要求6的集料，其中該集料中鈣與鎂的摩爾比為Ι/lCa/Mg至1/lOCa/Mg。
8.權利要求6的集料，其中該集料中鈣與鎂的摩爾比為150/lCa/Mg至10/lCa/Mg。
9.權利要求6的集料，其中該集料中鈣與鎂的摩爾比為2/lCa/Mg至l/2Ca/Mg。
10.權利要求1的集料，具有比-10%。更負的碳同位素分餾(δ13C)值。
11.權利要求1的集料，具有比_20%。更負的碳同位素分餾(δ13C)值。
12.權利要求1的集料，具有751b/ft3至1251b/lb/ft3的堆積密度。
13.權利要求1的集料，具有901b/ft3至1151b/lb/ft3的堆積密度。
14.權利要求2的集料，還包含硫酸鹽和/或亞硫酸鹽。
15.權利要求14的集料，其中合并的硫酸鹽和/或亞硫酸鹽構成該集料的至少0.1%
16.包含權利要求1的集料的結構。
17.權利要求16的結構，其是建筑物、道路或水壩。
18.權利要求17的結構，其是道路。
19.權利要求18的道路，其中該道路封存至少1噸CO2/每車道英里的道路。
20.權利要求18的道路，其中該道路封存至少100噸CO2/每車道英里的道路。
21.權利要求18的道路，其中該道路封存至少1000噸CO2/每車道英里的道路。
22.包含碳的集料，其中該碳具有比_10%。更負的碳同位素分餾(S13C)值。
23.權利要求22的集料，其中該碳具有比-20%。更負的δ13C值。
24.權利要求22的集料，其中該碳具有比-30%。更負的δ13C值。
25.權利要求22的集料，其中該集料包含碳酸鹽。
26.權利要求25的集料，其中該集料的碳酸鹽含量為至少10%w/w。
27.權利要求25的集料，其中該集料的碳酸鹽含量為至少50%w/w。
28.權利要求26的集料，還包含硫酸鹽和/或亞硫酸鹽。
29.權利要求28的集料，其中合并的硫酸鹽和亞硫酸鹽構成該集料的至少0.l%w/w0
30.權利要求25的集料，其中該碳酸鹽包含碳酸鈣、碳酸鎂、碳酸鈣鎂或其組合。
31.權利要求30的集料，其中鈣鎂摩爾比為200 1至1 2。
32.權利要求22的集料，其具有751b/ft3至1251b/lb/ft3的堆積密度。
33.權利要求22的集料，其具有901b/ft3至1151b/lb/ft3的堆積密度。
34.包含權利要求22的集料的結構。
35.權利要求34的結構，其是建筑物、道路或水壩。
36.權利要求35的結構，其是道路。
37.包含90-99.9%碳酸鹽、0. 1至10%硫酸鹽和/或亞硫酸鹽的集料。
38.權利要求37的集料，進一步含有0.00000001至0. 000001 %汞或含汞化合物。
39.權利要求37的集料，具有比-10%。更負的碳同位素分餾(δ13C)值。
40.權利要求37的集料，具有751b/ft3至1251b/lb/ft3的堆積密度。
41.權利要求40的集料，具有901b/ft3至1151b/lb/ft3的堆積密度。
42.包含權利要求37的集料的結構。
43.權利要求42的結構，其是建筑物、道路或水壩。
44.權利要求43的結構，其是道路。
45.封存CO2的方法，包括(i)由含二價陽離子的水沉淀封存C02的碳酸鹽化合物組合物以形成沉淀物；和 ( )制造包含該封存C02的碳酸鹽化合物組合物的集料；
46.權利要求45的方法，其中該集料的制造包括對權利要求45的沉淀物施以升高的溫 度、升高的壓力或其組合。
47.權利要求46的方法，其中所述升高的溫度、升高的壓力或其組合由擠出機產生。
48.權利要求45的方法，進一步包括使含二價陽離子的水與來自工業廢氣流的CO2接觸。
49.權利要求45的方法，進一步包括使含二價陽離子的水與來自化石燃料燃燒的CO2 接觸。
50.權利要求48的方法，其中該工業廢氣流是發電廠或水泥廠的煙道氣。
51.權利要求50的方法，其中該煙道氣是來自發電廠的煙道氣。
52.權利要求51的方法，其中該發電廠是燃煤發電廠。
53.權利要求45的方法，其中該含二價陽離子的水的二價陽離子至少部分來自咸水。
54.權利要求53的方法，其中該咸水包含海水或鹽水。
55.權利要求53的方法，其中該咸水包含海水。
56.權利要求45的方法，其中該集料的制造包括制造預定尺寸和形狀的集料。
57.制造集料的方法，包括由含二價陽離子的水沉淀碳酸鹽化合物和加工該沉淀物以 產生集料。
58.權利要求57的方法，進一步包括使含二價陽離子的水與來自工業廢氣流的CO2接觸。
59.權利要求58的方法，其中該工業廢氣流是發電廠或水泥廠的煙道氣。
60.權利要求59的方法，其中該煙道氣是來自發電廠的煙道氣。
61.權利要求60的方法，其中該發電廠是燃煤發電廠。
62.權利要求57的方法，進一步包括使含二價陽離子的水與來自化石燃料燃燒的CO2 接觸。
63.權利要求62的方法，其中該化石燃料包含天然氣或煤。
64.權利要求63的方法，其中該化石燃料包含煤。
65.權利要求57的方法，其中該沉淀物的加工包括用升高的溫度、升高的壓力或其組 合處理該沉淀物。
66.權利要求57的方法，其中該沉淀物的加工包括將該沉淀物與粘結材料和水混合， 使該混合物凝固以提供固化材料。
67.權利要求66的方法，進一步包含打碎該固化材料。
68.制造集料的系統，包括(i)含二價陽離子的水的輸入端；(ii)對該水施以碳酸鹽化合物沉淀條件和制造沉淀碳酸鹽化合物組合物的碳酸鹽化 合物沉淀站；和(iii)由該沉淀碳酸鹽化合物組合物制造集料的集料制造器。
全文摘要
提供包含合成巖石，例如集料的組合物及其制造和使用方法。該巖石，例如集料含有CO2和/或工業廢物流的其它組分。該CO2可以是二價陽離子碳酸鹽，例如碳酸鎂和碳酸鈣形式。本發明的方法包括使含CO2的氣流與水接觸以溶解CO2和將該水置于足以制造含碳酸鹽的沉淀產物，例如二價陽離子碳酸鹽的沉淀條件下。
文檔編號B01D53/14GK101952012SQ200980101586
公開日2011年1月19日 申請日期2009年5月29日 優先權日2008年5月29日
發明者A·楊斯, B·康斯坦茨, C·凱米爾, J·奧奈爾, J·帕特森, J·斯塔納羅, K·法薩, R·撒切爾 申請人:卡勒拉公司