用于处理硅酸盐矿物的方法 |
|||||||
| 申请号 | CN201380061823.9 | 申请日 | 2013-11-26 | 公开(公告)号 | CN104812468A | 公开(公告)日 | 2015-07-29 |
| 申请人 | 拉法基公司; | 发明人 | A·皮施; E·加特内尔; V·迈尔; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种用于制备第二组合物的方法，所述方法包括如下步骤：-在500至1200℃的 温度 下通过 碱 金属 碳 酸盐化合物和 硅 酸镁的反应制备第一组合物，所述第一组合物包含碱金属原 硅酸 镁并任选地包含或者(i) 氧 化镁或者(ii)碱金属硅酸盐，所述碱金属碳酸盐化合物为碱金属碳酸盐、碱金属碳酸氢盐或它们的混合物，所述碱金属碳酸盐化合物与所述硅酸镁的摩尔比为4:1至1:4，所述碱金属碳酸盐化合物以式为R2O的碱金属氧化物表示，其中R表示碱金属，所述硅酸镁以式为SiO2的 二氧化硅 表示，以及-将第一组合物与 水 接触 以产生包含非晶硅酸镁水合物(M-S-H)的第二组合物。可能的是从第二组合物中 离析 或产生进一步有用的产物。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于制备第二组合物的方法，所述方法包括如下步骤： |
||||||
| 说明书全文 | 用于处理硅酸盐矿物的方法技术领域[0001] 本发明涉及一种用于处理硅酸盐矿物的方法。所述方法使用硅酸镁作为起始材料并产生包含碱金属原硅酸镁的无水产物，所述无水产物然后用水进行处理从而获得包含非晶硅酸镁水合物的产物，所述包含非晶硅酸镁水合物的产物可以经受进一步处理以产生其它产物。 背景技术[0002] 硅酸镁岩石构成大部分的地幔，并且在许多地方还发现这种岩石的大面积的沉积物。地幔的组成为大约70％的碱性原硅酸镁(Mg2SiO4)，并且，当此材料在接近地表以晶体形式发现时它通常是以橄榄石的形式，这基本上是代表地幔的两个主要成分的镁橄榄石(纯Mg2SiO4)和铁橄榄石(纯Fe2SiO4)之间的固溶体。在地壳中，除了橄榄石，无水硅酸镁也作为辉石出现，如顽辉石(MgSiO3)。或者在表面或者在地壳内部的深处，由于水的作用，无水硅酸镁转化成普通的硅酸镁水合物矿物如蛇纹石(理想化的全部组成为Mg3Si2O5(OH)4)，以及滑石(理想化的全部组成为(Mg3Si4O10(OH)2)。 [0004] 尽管硅酸镁矿物往往是非常“不反应的”(例如，因为它们具有高的熔点并且也仅仅非常缓慢地溶解在水或稀酸中)，然而已知硅酸镁矿物会与熔融碱金属碳酸盐(如碳酸钠(Na2CO3))迅速发生反应。这种方法，通常称为“碳酸盐熔合”，常被用于制备用于化学分析的矿物。通常地，添加大量过量的固体碱金属碳酸盐(通常相对于一份的硅酸镁岩石至少十份的碱金属碳酸盐)并将混合物加热至适当地高于碱金属碳酸盐的熔点。硅酸镁完全溶解在所得的熔化物中，在其冷却后可以容易并快速地溶解在强酸性水溶液中，然后通过标准的化学技术来分析溶液，从而允许岩石的所有元素的分析。碳酸盐熔合方法是小规模的方法；其是分析方法而不是制备方法，并且其是不节能的，因为它涉及熔化大量过量的碱金属碳酸盐以充分溶解硅酸镁。 [0005] 根据国际化妆品原料命名(INCI)，有时使用术语硅酸钠镁来鉴定以纳米颗粒的形式的合成的锂蒙脱石，其在水中形成透明凝胶。根据这种产品的一个制造商，锂蒙脱石具有式(Mg5.2Li0.8)(Si8)O20(OH)4Na0.8。 发明内容[0006] 本发明试图提供一种用于从硅酸镁岩石生产碱金属原硅酸镁以及氧化镁和/或碱金属硅酸盐的方法，并且碱金属原硅酸镁和氧化镁和/或碱金属硅酸盐可以用于经受化学作用以捕获二氧化碳(CO2)并且可以经受进一步处理以生产多种有用的产物。 [0007] 因此本发明提供一种用于制备第二组合物的方法，所述方法包括步骤： [0008] -在500至1200℃的温度下通过碱金属碳酸盐化合物与硅酸盐的反应而制备第一组合物，所述第一组合物包含碱金属原硅酸镁和任选地包含或者(i)氧化镁或者(ii)碱金属硅酸盐，所述碱金属碳酸盐化合物为碱金属碳酸盐、碱金属碳酸氢盐或它们的混合物，碱金属碳酸盐化合物与硅酸镁的摩尔比为4:1至1:4，碱金属碳酸盐化合物以式为R2O的碱金属氧化物表示，其中R表示碱金属，所述硅酸镁以式为SiO2的二氧化硅表示，以及[0009] -将第一组合物与水接触以产生包含非晶硅酸镁水合物(M-S-H)的第二组合物。 [0010] M-S-H表示可变组分的非晶硅酸镁水合物。其可以通过以pMgO.SiO2.qH2O的形式的氧化物的式来表示，其中p通常为0.5至2.0，优选为0.6至1.5；并且q通常为1至4。 [0011] 碱金属碳酸盐化合物(以碱金属氧化物表示)与硅酸镁(以二氧化硅表示)的摩尔比优选为<4:1至1:4，更优选为3:1至1:3，例如2:1至1:2。所述比最优选约为1。 [0012] 碱金属优选为钾或，更优选为钠。 [0013] 碱金属碳酸盐化合物优选为碱金属碳酸盐。应理解当碱金属碳酸盐化合物包含碳酸氢盐时，在本发明的方法中所用的温度下碳酸氢盐将通常分解为相应的碳酸盐。 [0014] 碱金属碳酸盐化合物可以为无水或水合的。碳酸钠水合物包括一水合物和十水合物。碳酸钾水合物包括倍半水合物(也称为半水合物)。在经济上可行时，优选使用无水碱金属碳酸盐化合物以避免去除水合的水所需能量的费用。 [0015] 在本发明的方法中所用的硅酸镁通常为硅酸盐矿物，例如包含以下通常组分的硅酸镁的硅酸镁岩石： [0016] m(MgO)·t(QO)·SiO2·xH2O [0017] 其中m为0.5至3，t为小于或等于1，x为0至2；并且Q表示金属或除了镁以外的金属(例如钙和/或过渡族金属(如铁、铬或镍))。优选地，硅酸镁岩石包含20％或更多，更优选50％或更多的上文所述的通常组分的硅酸镁。优选地，当Q表示铁、镍和/或铬时，根据本发明的方法包括铁、镍和/或铬化合物的离析。 [0018] 应该理解的是矿物的组分或通式经常以它们所含有的氧化物的理论量的方式来描述：然而，氧化物本身并不出现在其组分以这种方式描述的矿物中。 [0019] 这些矿物包括橄榄石，例如镁橄榄石和钙镁橄榄石；蛇纹石，例如叶蛇纹石、纤维蛇纹石、利蛇纹石、海泡石和硅镁镍矿；辉石，如顽火辉石、透辉石、古铜辉石和紫苏辉石；角闪石，例如铁石棉、直闪石、透闪石和阳起石；硅镁石，例如粒硅镁石和块硅镁石；以及其他矿物如绿泥石，滑石，伊丁石和锂蒙脱石。这些矿物除了镁和硅以外可以含有大量的铁，以及显著量的钙、铝和碱金属。 [0020] 石棉包含一组天然存在的矿物，其包括纤维蛇纹石(如温石棉)和角闪石(如铁石棉，直闪石，透闪石和阳起石)矿物。石棉的纤维状形式已知对健康是有害的并被认为是人类致癌物。本发明的方法提供一种将这些矿物转化为有用的(并且非致癌的)材料的装置。 [0021] 在本发明的方法中所用的硅酸盐矿物优选为硅酸镁。MgO/SiO2的摩尔比优选为0.5至3，更优选为0.65至2。CaO/SiO2的摩尔比优选为≤0.5。FeO/SiO2的摩尔比优选为≤0.5。以全部的氧化物计的其他元素的含量/SiO2的摩尔比优选≤0.2。 [0022] 在本发明的方法中所用的碱金属碳酸盐化合物可以为矿物，例如天然碱(碳酸氢三钠二水合物；Na3H(CO3)2·2H2O)，或可市购得到的化合物。其可能含有杂质，例如氢氧化物和硅酸盐以及，通常较小量的其它杂质，例如氯化物，硫酸盐，亚硫酸盐，硝酸盐和亚硝酸盐。如果存在杂质(例如碱金属硝酸盐或氢氧化物)，在本发明的方法中所用的温度下，所述杂质分解为碱金属氧化物，当计算碱金属氧化物的量时它们应考虑在内。 [0023] 本发明的方法优选在600至1100℃的温度，更优选800至1000℃的温度下进行。加热通常进行几分钟至几小时。 [0024] 所述方法优选在硅酸镁为固体并且对应于碱金属碳酸盐化合物的碱金属碳酸盐为固体或液体时的温度下进行。 [0025] 根据本发明的特征，所述方法在低于对应于碱金属碳酸盐化合物的碱金属碳酸盐的熔点的温度下进行。 [0026] 出乎意料地，申请人已经发现当碱金属碳酸盐化合物和硅酸镁此两种材料在固态下相互接触时可以获得在碱金属碳酸盐化合物(优选碱金属碳酸盐)和硅酸镁之间的高反应度。它们优选以微粒的形式，例如粉末。优选加热化合物的混合物(例如在炉中)至接近但低于对应于碱金属化合物的碱金属碳酸盐的熔点的温度。所用的碳酸盐和硅酸盐的比优选基本上等于这样的化学计量比：其基于一摩尔的碱金属氧化物(通常写为“R2O”，其中R如上文所限定的存在于碱金属碳酸盐化合物中)相当于一摩尔的存在于硅酸镁中的二氧化硅(SiO2)而计算得到。例如，对于在纯镁橄榄石((Mg2SiO4，摩尔重量＝140)和纯无水碳酸钠(Na2CO3，摩尔重量＝106)之间的反应的化学计量质量比为140:106。应理解在实践中实际所用的硅酸盐和碳酸盐的来源往往是不纯的，然而理想化的化学计量比指的是其中经加热的混合物具有的R2O:SiO2的总摩尔比基本上等于一。 [0027] 在本发明的方法中所用的硅酸镁和碱金属碳酸盐化合物优选以微粒的形式或以成型的形式，例如粒料。 [0028] 用于提供本发明的方法的硅酸盐和/或碱金属碳酸盐化合物的岩石通常将被干燥，压碎并且，如果有必要则被研磨(例如共研磨)至所需的粒度分布。例如硅酸镁可以压碎至细沙的粒度标准(颗粒尺寸0.06至0.2mm)或者，如果有必要，研磨至细粉末(颗粒尺寸低于0.06mm)。颗粒尺寸大于0.06mm通常通过筛分来确定。颗粒尺寸小于0.06mm通常通过激光粒度测定法来确定。不希望的矿物杂质通过机械或其他分离方法可以分离至与能量效率相一致的程度。 [0030] 碱金属碳酸盐化合物与硅酸镁(每个以微粒的形式)的混合物形成粒料(例如使用盘式或鼓式造粒机)。可以添加水至混合物以促进造粒过程。供给粒料至活动炉排上，所述活动炉排包括例如耐高温钢合金，粒料例如通过热气体(例如燃料燃烧气体)的通路而被加热。热气体可以通过风扇吸入而经过炉排上的粒料的层，所述风扇通常放置在炉排下面。所述方法在附图的图1中示意性地示出。 [0031] 通常地，热气体通过在过量空气中燃烧化石燃料，如天然气、石油或煤而产生；也可以使用源自废料或生物质的燃料，如木屑或废弃物发酵气体。优选地所用的燃料应该具有低的硫含量，例如<1％。通过层的热气体的通路加热颗粒直至最终到达所需的温度。 [0032] 加热的速率是受控的，例如通过改变燃料的量、活动炉排的速度和/或通风风扇的速度从而确保良好的整体能量效率并且也确保粒料在过程中保持其机械完整性。设计活动炉排使得气体可以沿着炉排的长度而穿过层数次以允许在气体和粒料之间有效的热传递，使得离开炉的气体尽可能的冷。而且，一旦粒料在燃料燃烧之后立即经过最热的区域(“燃烧区”)，粒料通过经过层的空气而被冷却，使得粒料在从层中排出以前达到尽可能低的温度。因此通过流出的固体粒子而被预热的进入的空气被用作在燃烧区域中用于燃料燃烧的主要的空气供给，因此导致这种类型炉的高的总的热效率。在加热过程中发生的理论总化学反应为如下反应式(1a)，其为镁橄榄石(Mg2SiO4)和碱金属碳酸盐(R2CO3)之间的反应： [0033] (1a) [0034] 其中R为如上文所限定的。此反应的更多的通常的形式可以写成反应式(1b)(m>＝1)以及反应式(1c)(m<1): [0035] (1b) [0036] (1c) [0037] 其中对于反应(1b)m大于或等于1，而对于反应(1c)m小于或等于1；并且Q，t和x如上文所限定。竖直箭头↑表示由此反应产生的从层中逸出并且与其它排放气体一起脱离的二氧化碳气体和水蒸汽。因此，理想的是，在经处理的粒料中残留的最终固体产物是包含碱金属原硅酸镁(R2MgSiO4)并任选地包含或者氧化镁(MgO，也称为方镁石)或者碱金属硅酸盐(R2SiO3)的紧密混合物，以及包含其它金属(Q)，特别是铁(其可以作为磁铁矿(Fe3O4)或可能作为碱金属铁酸盐(RFeO2)而存在)、钙(其可以作为硅酸盐而存在)、铬(其可以作为碱金属铬酸盐(R2CrO4)而存在)以及镍(其可以作为氧化物而存在)的其它固体产物。 [0038] 在反应式(1a、b、c)中描述的理想化的反应说明了通过硅酸镁和碱金属碳酸盐的化学计量(即1:1R2O:SiO2)的混合物的直接反应产生碱金属原硅酸镁加上镁和/或其它氧化物以及硅酸盐。 [0039] 此类型的反应是非常吸热的，主要是由于二氧化碳气体的释放：其消耗大约3.4kJ(即大约0.8kcal)的热量/克的释放的CO2。因此，不管反应所进行的温度，整个过程会有显著的净能量消耗。然而，如果反应如上所述在炉系统中进行，所述炉系统允许在流出的热气体和进入的固体之间以及同样地在流出的热固体和进入的燃烧空气之间良好的逆流热交换，净能量消耗可以减少至接近上面给出的理论极限的值。对于能量效率，重要的是在过程的开始和末尾、进入和流出(例如在如上描述的活动炉排炉中)两者具有充分的逆流热交换。 [0040] 在进一步实施方案中，对于包括产生二氧化碳的脱二氧化碳步骤的本发明的方法，本发明的方法在包括活动炉排和旋转窑的系统中进行，所述活动炉排用于预加热和冷却。 [0041] 当使用活动炉排系统时，重要的是将固体维持在合适尺寸的粒料的形式使得它们在炉排上形成允许气体通过的多孔的层。粒料优选保持其机械完整性；它们还优选地将其平均尺寸维持在预定的限制内。 [0042] 根据本发明的特征，为了有助于维持粒料的机械完整性，或者(a)在过程中最大的固体温度基本上不超过对应于碱金属碳酸盐化合物的碱金属碳酸盐的熔点，和/或(b)在粒料中熔化形成的材料(基本上为碱金属碳酸盐)的最大固体体积分数通常低于(即使碱金属碳酸盐熔化)结节却显著变形的值。此值通常低于总的固体体积的大约35％。然而，因为反应本身在所用的优选温度下不产生液体产物(仅固体和气体)，因此即使在远高于碱金属碳酸盐的初始体积分数的情况下，由于熔化导致的结节显著变形的风险相当低，只要加热发生得足够慢以允许在碱金属碳酸盐完全熔化之前发生显著程度的反应。 [0043] 根据本发明的另一特征，本发明的方法在悬挂的预热器系统中进行，该系统在预热器中包括多个旋流器和例如旋转窑(例如在典型的现代的水泥厂中所用)。将起始材料(例如以基本上混合的干燥粉末)(冷)进料至预热器的上部旋流器中。在其通过预热器旋流器塔时，通过与窑出口气体的逆流热量交换，材料被加热至接近碱金属碳酸盐化合物相应的碱金属碳酸盐的熔点，但是没有达到此熔点，以避免例如在预热器的壁上形成堆积。在预热器塔的底部，混合的粉末进入旋转窑，在旋转窑中随着温度上升至碱金属碳酸盐的熔点，粉末自身熔结。选择碱金属碳酸盐化合物与硅酸镁的比和/或以微粒形式的硅酸镁与碱金属碳酸盐化合物的粒度分布以促进自身熔结。然后结节在旋转窑中脱二氧化碳。经脱二氧化碳的结节然后进行冷却，例如也在通常现代的水泥工厂中所用的活动炉排冷却器上进行。热结节的热量通过逆流热量交换可以用来预热用于窑的进入的燃烧空气。 [0044] 处理包含碱金属原硅酸镁且任选地包含或者氧化镁或者碱金属硅酸盐的经脱二氧化碳并经冷却的粒料或结节，从而分离反应产物。 [0045] 在本发明的方法中，包含碱金属原硅酸镁和任选地包含或者氧化镁或者碱金属硅酸盐产物的第一组合物与水接触以形成包含固体非晶硅酸镁水合物(和任选的固体氧化镁或氢氧化镁)的第二组合物，以及包含碱金属阳离子、氢氧根阴离子和硅酸根阴离子的水溶液。 [0046] 第一组合物例如粒料或结节优选在一定量的水中进行淬火，使得淬火后的最终混合物具有的温度接近但不超过大约100℃，即足以淬火固体但避免水的过量蒸发。经淬火的热固体然后优选地被压碎并且以浆料的形式机械搅动。如果有必要可以添加更多的水。一些额外的热量可能是有必要的。 [0047] 可替代地，如果使用加压的容器(例如高压釜)，例如在上述的淬火过程和浆料形成过程中用水的处理，可以在大于100℃的温度下进行。 [0048] 可替代地，上述淬火过程和浆料形成过程可以在较低温度或在环境温度下进行。用于将第一组合物转化成第二组合物的水可以任选地再循环自所述方法的另一部分。 [0049] 目的是凭借如下事实来分离第二组合物的组分：(a)在产物中的碱金属碳酸盐、硅酸盐、铬酸盐、硫酸盐和氧化物或氢氧化物往往易于在水中溶解；(b)碱金属原硅酸镁在热水中往往水合以释放碱金属进入水溶液成为硅酸盐和氢氧化物，剩余物提供固体非晶硅酸镁水合物的微悬浮体，以及(c)在样品中的氧化镁(MgO，也称为方镁石)在热水中往往水合以给出氢氧化镁(Mg(OH)2(也称为氢氧镁石)从而形成软且易分散的粉末。 [0050] 浆料可能需要机械搅动。然后，液相可以从未反应的碱金属原硅酸镁和其它未反应的无水化合物的大块中分离(例如通过筛分)，并且作为浆料经过筛子的氢氧化镁和/或非晶硅酸镁水合物的细粒子可以从浆料中分离，例如通过过滤、经过旋液分离器、沉降和/或离心。分离氢氧化镁之后的水相包含碱金属硅酸盐和氢氧化物的水溶液。 [0051] 可替代地，分离过程可以在两步中进行，第一步骤包括快速洗涤过程以去除大量的易溶解的碱金属碳酸盐、硅酸盐和氢氧化物；第二步骤用额外的水进行，其包括氧化镁和碱金属原硅酸镁两者的进一步水合。在此两步法中，第一步骤的水温(例如低于60℃)优选低于第二步骤，并且如果有必要可以在第二步骤中使用高压釜。 [0052] 上述分离方法的总体结果可以总结如下： [0053] 来自本发明的方法的固体产物，例如来自炉或窑(例如未反应较大粒子的生料与R2MgSiO4、MgO或R2SiO3、QO以及可能的一些残留的R2CO3的混合物)与水接触以产生第二组合物，其包含： [0054] (a)微悬浮体，其包含非晶硅酸镁水合物且任选地在富含碱金属硅酸盐、氢氧化物以及可能的碳酸盐的高度碱性溶液中包含Mg(OH)2，以及 [0055] (b)粗糙的未反应固体，其包含R2MgSiO4且任选地包含通过沉淀作用(例如，在旋流分离器中)从微粒悬浮体中容易分离MgO、QO以及原始硅酸镁岩石的未反应的粒子(例如Mg2SiO4)。 [0056] 然后可以进一步分离微悬浮体(例如通过过滤)以提供 [0057] (c)微细固体，其富含非晶硅酸镁水合物且任选地包含Mg(OH)2，以及[0058] (d)溶液，其富含碱金属硅酸盐，氢氧化物和可能的碳酸盐，其还包含少量的碱性可溶解的杂质，例如硫酸盐和铬酸盐。 [0059] 在本发明的方法中，固体产物与水反应的初始部分可以定性写成如下，对于m≥1的情况(反应式2a)，以及m≤1的情况(反应式2b)： [0060] (2a) [0061] (2b) [0062] 在上述反应中，产生的主要固体化合物为的不同组分的非晶硅酸镁水合物(“M-S-H”)，在m>1的情况下另有氢氧化镁(水镁石)。碱金属可以完全地溶解在水相中+成为碱金属阳离子(R)，并且这些碱金属阳离子的电荷通过溶解的阴离子的混合物而电荷- ＝ 平衡，例如：取决于所用的条件和材料而以各种比例存在的氢氧根(OH)、硅酸根(H2SiO4 )＝ 和可能的碳酸根(CO3 )。应理解反应式2(a)和2(b)不是完美平衡的反应式而是简单地旨在表示本发明的方法的固体产物与水之间反应的主要的初始产物。 [0063] 在本发明的另一实施方案中，在步骤(d)中产生的碱性溶液与含有二氧化碳的气体(例如燃烧排放气体)接触以吸收二氧化碳并产生通常为溶液的碱金属碳酸盐、碱金属碳酸氢盐或它们的混合物和(沉淀的)二氧化硅。 [0064] 例如，来自步骤(d)的主要包含碱金属氢氧化物和硅酸盐以及一些残留的碱金属碳酸盐的水溶液与含有二氧化碳的气体(例如富含CO2燃烧排放气体)接触，如用于热处理粒料或结节的离开窑的气体和那些离开预热器的气体。溶液根据以下或类似的反应式从这些气体中快速地吸收CO2以产生碱金属碳酸盐和碳酸氢盐溶液以及非晶二氧化硅沉淀物： [0065] (3) [0066] (4) [0067] (5) [0068] 从溶液中分离所得的固体二氧化硅沉淀物，例如通过过滤，经过旋液分离器、沉降和/或离心。为了避免非晶二氧化硅沉淀物过度地细微而控制在中和过程中的溶液的浓度、温度和/或中和的速率，过度地细微可以引起溶液完全地胶化或者难于过滤或分离。额外的溶质例如已知的盐，也可以掺入至溶液中。通过上述反应(4)形成的沉淀二氧化硅可以进行分离、洗涤并干燥从而在各种应用中使用。 [0069] 通过质量平衡将可以理解反应(3)和(4)原则上应当能够吸收由在本发明的方法中发生的如反应(1)所示的化学反应所释放的基本上所有的CO2，但是由加热起始材料所需的燃烧过程所产生的额外的CO2将需要额外的反应而被完全地吸收，例如或者如反应(5)，或者具有另一吸收剂的另一反应。 [0070] 因此本发明提供如上描述的方法，其进一步包括离析或产生来自第二组合物的氧化镁、氢氧化镁或碱金属硅酸盐。 [0071] 在本发明的另一实施方案中，使包含M-S-H的第二组合物碳酸化，例如与含有二氧化碳的气体接触，优选在水的存在下，以产生包含碳酸镁化合物的第三组合物。此反应的速率可以通过温度、压力、相对湿度、催化剂的存在和/或使用的反应器的类型而控制。碳酸化反应可以例如由以下反应式表示： [0072] (6) [0073] 根据所用的条件，此碳酸化反应的第一产物，如上所示的“MgCO3”可以为或者简单的碳酸镁，如菱镁矿(MgCO3)或三水菱镁矿(MgCO3·3H2O)，或者络合的氢氧基碳酸镁水合物如水菱镁矿(Mg(OH)2·4MgCO3·4H2O)或纤菱镁矿(Mg(OH)2·MgCO3·3H2O)。此反应的第二产物，如上所示的“(p-s)MgO.SiO2.q’H2O”表示或者具有镁/硅比(p-s)低于起始硅酸镁水合物的镁/硅比(p)的非晶硅酸镁水合物；或者在p＝s的情况下，“(p-s)MgO.SiO2.q’H2O”表示简单的(水合的)非晶二氧化硅。 [0074] 在本发明的另一实施方案中，在上述步骤1(b)的反应产物中分离的粗糙的部分反应的固体主要包含与一些中间产物(例如Na2MgSiO4)混合的未反应的硅酸镁(例如Mg2SiO4)。这些可以干燥和再循环以与额外的生硅酸镁起始材料混合用于返回方法的进料。应该理解的是，干燥应以节能的方式实现例如首先通过排水，然后通过使用炉或其他来源的余热。 [0075] 根据本发明的另一特征，来自本发明的方法的所有固体产物，例如来自炉或窑(例如，较大粒子的未反应的生料与R2MgSiO4和MgO或R2SiO3和/或QO以及可能的一些残留的R2CO3的较大颗粒的混合物)一起用水研磨以产生悬浮体或浆料，然后悬浮体或浆料与含有二氧化碳的气体(例如富含CO2的燃烧排放气体，如用于热处理粒料或结节的离开窑的气体和那些离开预热器的气体)接触。在此处理过程中，除了如上描述的其它反应(例如反应式(2)、(3)、(4)、(5)和(6))之外，碱金属原硅酸镁化合物还可以直接与CO2反应，如由以下的反应式(7)和(8)所示： [0076] (7) [0077] 或者，可替代地，使用碱性碳酸氢盐溶液来获得相同的反应： [0078] (8) [0079] 在反应(8)中所用的碱金属碳酸氢盐RHCO3可以通过在反应(7)中产生的碱金属碳酸盐溶液R2CO3与二氧化碳的反应而形成，如反应式(5)所示。 [0080] 由反应式(7)和(8)所示的类型的反应可以在环境温度和压力下进行，或在高达300个大气压和300℃的升高的温度和压力下进行。额外的固体产物，如络合的碱金属碳酸镁(例如碳镁钠石Na2CO3·MgCO3)可以形成并可以分离，或者在方法中再利用或者凭其自己的特性作为有用的产物。 [0081] 这些类型的反应能够捕获大量的二氧化氮并将其转化成基本上稳定的固体产物。根据条件和起始材料，产生的碳酸镁固体可以或者为简单的碳酸镁，如菱镁矿(MgCO3)或三水菱镁矿(MgCO3·3H2O)，或者络合的氢氧化镁碳酸镁水合物如水菱镁矿(Mg(OH)2·4MgCO3·4H2O)或纤菱镁矿(Mg(OH)2·MgCO3·3H2O)。产生的二氧化硅固体可以或者为简单的非晶二氧化硅或者为络合的混合的金属氢氧基硅酸盐如非晶硅酸镁水合物(“M-S-H”)。由如反应(3)、(4)、(5)、(7)和(8)中所示的完全碳酸化产生的碱金属碳酸盐或碳酸氢盐溶液可以浓缩(例如通过蒸发)使得固体结晶，然后再循环至方法的开始。由这些反应产生的碳酸镁和二氧化硅的固体混合物是整个方法的最终产物中的一个，如果有必要，洗涤后尽可能多地回收可溶的碱金属盐，其可以分离而弃置或在其它方法中使用。 [0082] 所述方法的整体目的是将硅酸镁岩石转化成有用的工业产品并具有低的总CO2排放。所述方法的另一益处是捕获气体CO2(例如来自工业的烟气)并将其转化成基本上稳定的包含碳酸镁化合物的矿物碳酸盐。以下为所述方法可以使用的一些不同方式的一些实施例： [0083] 用组合物m(MgO)·t(QO)·SiO2·xH2O的硅酸镁岩石开始，并再循环基本上全部的用于返回过程中的碱金属(R)化合物，至少两个分离的主要的产物流可以在以下产物中确保： [0084] (i)富含氧化镁或氢氧化镁(MgO或Mg(OH)2)的产物 [0085] (ii)富含非晶二氧化硅(SiO2)的产物 [0086] (iii)富含非晶硅酸镁水合物(M-S-H)的产物 [0087] (iv)富含碳酸镁化合物的产物，例如或者为简单的碳酸镁，如无水碳酸镁本身(MgCO3，也称为菱镁矿)；或三水碳酸镁(MgCO3·3H2O，也称为三水菱镁矿)；或氢氧基碳酸镁水合物，例如Mg(OH)2·4MgCO3·4H2O，其也称为水菱镁矿，或Mg(OH)2·MgCO3·3H2O，其也称为纤菱镁矿。 [0088] 以上主要固体产物流的改进的分离还可以通过应用其它已知的矿物分离技术如例如浮选而实现。这种浮选技术可以使用包括油酸钠、羧甲基纤维素和甲基异丁基甲醇的浮选辅助剂而进行。 [0089] 为了通过在方法中所用的燃料的燃烧而产生的CO2达到例如加热窑或炉、或干燥材料的程度，可以在过程中通过使用基于上面所示的反应的处理方法将此CO2以上列产物(iv)的形式捕获。为了使所述方法达到节能的程度，在方法中由所用的燃料的燃烧而产生的前述CO2即使基本上完全地由所示的反应(例如反应式(3)、(4)和(5))而被捕获，这将不足以将过程中的所有的镁转化成产物流(iv)，而留下部分镁可用于产物流(i)和(iii)的产生。然而，在本方法的另一实施方案中，额外的CO2可以从其他来源而获得并且包括在处理过程中并因此而被捕获。在这种情况下，可能以不产生产物流(i)的方式操作，但是过程本身成为CO2的净消耗。而且，还可以不分离任何产物流的情况下操作所述方法，使得产生的仅有的产物流为部分或所有的上述产物流的混合物。 [0090] 在另一方式中，所述方法使用如上所示的相同的硅酸镁生料，但是在这种情况下，并非将所述方法的所有富含碱金属的产品再循环在过程中。因此，可以有一个或多个额外的产物流，以及那些上面已经列出的产物流。例如，一个非常有用的产物流是碱金属硅酸盐(R2SiO3)，其或者以还含有碱金属氢氧化物和/或碳酸盐碱性水溶液的形式，或者作为固体产物(例如通过蒸发和/或结晶而获得的)。 [0091] 根据本发明的特征，所述方法进一步包括第二组合物的碳酸化，例如，通过用含有CO2的气体处理以产生包含碳酸镁的第三组合物，所述碳酸镁为例如或者简单的碳酸镁，如无水碳酸镁本身(MgCO3)，也称为菱镁矿；或者为三水碳酸镁(MgCO3·3H2O)，也称为三水菱镁矿；或氢氧化镁碳酸镁水合物，如Mg(OH)2·4MgCO3·4H2O，其也称为水菱镁矿，或Mg(OH)2·MgCO3·3H2O，其也称为纤菱镁矿。 [0092] 根据本发明的另一特征，所述方法进一步包括如前一段落描述的进行第二组合物的碳酸化，但是其中首先通过模制或挤压形成第二组合物从而形成成型的制品，使得所得的最终碳酸组合物保留成型制品的形式，但进一步通过碳酸镁的原位形成而硬化。因此本发明提供一种如上所述的方法，其中第二组合物的碳酸化是在第一步骤后的第二步骤中进行，在第一步骤过程中通过模制或挤压形成第二组合物从而形成成型的制品，从而获得碳酸化的成型制品。 [0093] 本发明进一步提供通过如上描述的方法而获得的碳酸化的成型制品。 [0094] 根据本发明的另一特征，所述方法进一步包括煅烧来自第三组合物的碳酸镁以产生包含氧化镁的第四组合物。 [0095] 本发明还提供一种方法，其中产生包含过渡金属如铁、镍和/或铬化合物的产物。 [0096] 另一有用的产物流富含过渡金属氧化物，例如氧化铁如磁铁矿(Fe3O4)，其还可以含有显著量的氧化铬和/或氧化镍。这些氧化物可以通过浮选和/或磁选而被浓缩。 [0097] 另一有用的产物流是含有铬酸盐的碱性溶液，其可以用还原剂来处理并且控制pH(或者通过电化学还原)以分离相对纯的铬氧化物，或甚至金属铬；例如： [0098] 具体实施方式[0100] 在包括所附的权利要求的此说明书中，所用的术语“粒料”应理解为包括通常基本上以球形的包围成型的形式，如粒料、结节和颗粒。 [0101] 当通过激光粒度测定法测量粒度分布时是使用Malvern MS2000激光粒度测定仪。测量在乙醇中进行。由红色He-Ne激光(632nm)和蓝色二极管(466nm)组成光源。光学模型为Mie模型，计算矩阵为多分散型。 [0103] 测量使用以下参数进行：泵速2300rpm和搅拌器速度800rpm。引入样品从而建立10和20％之间的不透明度。测量在不透明度稳定后进行。在80％下首先将超音波施用1分钟从而保证样品的解附聚。大约30秒之后(用于清除可能的空气泡)，进行测量15s(15000张分析图像)。不清空池，重复测量至少两次从而核实结果的稳定性并去除可能的气泡。 [0105] 应该理解的是在上述文本中，除非另外指出，符号R、Q、m、t、x和p如最初所定义。 [0106] 以下非限定的实施例说明了本发明的实施方案。 [0107] 使用下面的缩写和符号： [0109] XRD X射线衍射 [0110] ICP电感耦合等离子体光度法 [0111] 水菱镁矿Mg(OH)2·4MgCO3·4H2O [0112] 纤菱镁矿Mg(OH)2·MgCO3·3H2O [0113] 碳镁钠石Na2CO3·Mg(CO3) [0114] LOI烧失量 [0115] 实施例1 [0116] 经研磨的纯橄榄石砂(Mg0.94Fe0.06)2SiO4与碳酸钠水合物粉末以14:11的质量比混合。此混合物的摩尔比接近1:1。将25g的此粉末挤压成粒料并将其放入实验室炉的铂坩埚中。将其加热至800℃超过2小时，在800℃下维持1小时，然后通过自然冷却冷却回室温。为了评估反应效率，所用的碳酸钠和橄榄石的单独样品经受完全相同的热处理。测量的烧失量示于以下表中。 [0117] [0118] 纯碳酸钠的烧失量完全是由于水合物水的损失产生而不是碳酸盐的分解或蒸发。在热处理过程中剩余的纯橄榄样品基本上保持不变，但是混合的样品反应。根据测量的LOI数据，估计来自碳酸盐的60％的CO2从混合物中损失。经反应的样品的相组成通过XRD确定。通过此技术观察的反应产物是Na2MgSiO4、MgO和Fe2O3和部分未反应的橄榄石和碳酸钠。 [0119] 10g的经反应的样品放入100ml的去离子水中，在40℃下不断地搅拌1小时，以评估其溶解行为。过滤溶液并通过XRD分析固体残留物。在水溶液中溶解的元素的量通过ICP测量。 [0120] 在经过滤的固体残留物中检测到的主要固体相为Na2MgSiO4、MgO、Fe2O3和橄榄石。所有未反应的碳酸钠溶解于水溶液中。此外，检测到一些溶解的SiO2的浓度为667mg/l。根据此值，可以估计这些条件下混合物中的总二氧化硅的2至3％在溶解于水中(假设为硅酸钠，因为测量的溶液的pH大约为12)。 [0121] 实施例2 [0122] 如在实施例1中所用的相同的经研磨的纯橄榄石砂(Mg0.94Fe0.06)2SiO4与碳酸钠水合物粉末以1400:1235的质量比混合。此混合物的摩尔比大约为1:1。将粉末挤压成粒料并放入实验室炉中(在铂坩埚中)，保持炉在900℃。热处理1小时后进行样品空淬。所用的碳酸钠和橄榄石的单独样品经受相同的热处理。重要的是提及碳酸钠在此温度下时为液态。(此化合物的熔化温度为851℃)。所有样品所测量的烧失量示于下表中。 [0123]样品 烧失量 碳酸钠 14.96％ 橄榄石 0.04％ 橄榄石+碳酸钠 23.02％ [0124] 根据测量的LOI数据，获得的转化率(脱二氧化碳的程度)接近100％，这意味着反应基本上是完全的。通过XRD分析反应产物并且检测到的相为Na2MgSiO4、MgO、NaFeO2以及一些未反应的橄榄石。没有检测到剩余的碳酸钠，与所观察到的烧失量数据一致。MgO与Na2MgSiO4的质量比通过XRD数据的Rietveld分析而估计为14:86，合理地，其与质量平衡计算一致。 [0125] 实施例3 [0126] 13g的实施例2的粉末状产物与260ml的水混合以产生具有大约50g/L固体浓度的浆料。将此浆料放入具有2升总体积、保持在25℃的密闭压力反应器中。反应器首先抽真空然后填充纯的气体CO2直至一个大气压的压力。记录气体的压力和水溶液的pH随着时间的变化并示于图2中。压力下降的速率说明浆料快速捕获气体CO2，并且同时地，溶液的pH从大于12的初始值快速地下降到大约8.5的最终值，与混合的碳酸钠/碳酸氢钠溶液的形成一致。在此反应后，过滤浆料中的固体并通过XRD对此固体进行分析。不再检测到NaFeO2，而MgO:Na2MgSiO4的比上升至18:82的估计值，这表示一些硅酸钠从Na2MgSiO4中浸出并进入溶液中，然后被碳酸化。 [0127] 实施例4 [0128] 5g的实施例2的粉末状产物与200ml的水混合以产生具有大约25g/L固体浓度的浆料。然后将此浆料温和地煮沸一小时，然后进行过滤并通过XRD分析固体残留物。在残留物中Na2MgSiO4相的相对浓度与原始的未处理的残留物相比明显地大大降低，并且MgO的相对浓度大大增加。NaFeO2相也完全消失，但是清晰地看到可能具有接近4MgO·Fe2O3·CO2·10H2O的式的层状的双氢氧化物相的峰，以及Fe2O3(赤铁矿)和未反应的橄榄石的较弱峰。 [0129] 液体滤液也通过ICP进行分析，结果(见下表)显示出在溶液中高浓度的钠(6.92g/L Na2O)，以及0.47g/L的SiO2。这证实了大多数的钠从样品中浸出，并证实了大约15％的钠可能是偏硅酸钠溶液的形式，其余的钠假定为氢氧化钠和碳酸钠的混合物。 [0130] 水溶液的化学分析 [0131]化学物种 浓度[mg/l] SiO2 466 Al2O3 6.65 Fe2O3 1.78 CaO 0.51 MgO 1.51 K2O 2.40 Na2O 6920 SO3 2.53 P 0.58 [0132] 实施例5 [0133] 实施例2的粉末状产物与水混合而得到不同固体浓度的浆料(悬浮体)，在一些情况下将各种可溶解的盐添加至初始水溶液中。将浆料的样品放入具有1.65升的总体积、维持在35℃并用500rpm操作的机械搅拌器进行搅拌的密闭反应器中。反应器首先被抽真空然后填充纯气体CO2直至一个大气压。持续记录气体的压力，气体的压力由于浆料的吸收而随时间下降。当压力达到相对稳定的值时，再次添加另外CO2从而将压力返回至一个大气压。通过以下再填充之间的时间内压力的改变，可以估计通过与浆料反应所消耗的CO2的总量。一组这种实验的结果总结于下表中。 [0134] [0135] 捕获的理论的最大CO2在假设所有的可碳酸化的固体(以固体MgO和Na2O表示)将碳酸化以分别得到MgCO3和Na2CO3的情况下计算，不管存在任何的浆料添加剂。然而，观察到主要的固体产物通常是水菱镁矿以及在一种情况下的纤菱镁矿，这将暗示捕获的CO2的量稍微低于最大的理论值。在没有使用浆料添加剂(即，使用纯水制作浆料)的实验4中，如果纤菱镁矿为形成的主要碳酸镁，捕获的CO2的量(其理论值为84％)实际上稍微高于所预期的值，所以可能还形成其它碳酸盐但没有检测到。在任何情况下，实验4的结果显示出在大约1天中在大气压力下，可以基本上充分碳酸化实验2的反应产物的水性悬浮体。(还注意这些实验的持续时间可以比所需要的时间更长，因为它们不得不放置过夜，在这期间没有额外的CO2可以添加以引起压力回升。如果持续维持一个大气压的CO2，反应时间将可能显著地缩短)。 [0136] 实施例6 [0137] 来自Horsmanaho(芬兰)的蛇纹石的压碎的样品(在球磨机中研磨至粉末，其43％通过75微米筛，粉末含有37.9质量％表示为SiO2的硅，38.7质量％表示为MgO的镁，7.4质量％表示为Fe2O3的铁，以及在950℃下14.9％的烧失量)，与无水碳酸钠粉末以 5355:4645质量比混合(摩尔比大约1:1.3)。大约5kg的混合的粉末挤压至钢坩埚中并在实验室的炉中在950℃下煅烧4.5小时。在煅烧过程中质量损失为27.9％。根据所测量的质量损失可以估计脱二氧化碳反应是完全的。反应产物通过XRF光谱进行分析并显示出含有27.8％表示为SiO2的硅，30.4％表示为MgO的镁，5.7％表示为Fe2O3的铁，以及33.4％表示为Na2O的钠。XRD分析显示出在产物中存在的主要相为Na2MgSiO4和方镁石(MgO)。 [0138] 实施例7 [0139] 将实施例2的反应产物(在下文中称为“产物X”)和实施例6的反应产物(在下文中称为“产物XS”)研磨至粉末，所得粉末的细度使用Blaine比表面积(BSS)方法进行测量。对于产物X或XS的每个样品，75g的固体添加至1.5升的在玻璃反应器中的去离子水中，所述玻璃反应器配备有螺旋 搅棒以500rpm操作的搅拌器。在接近一个大气压的绝对压力下通过每小时12标准升的流速的被搅拌的悬浮体(经过在底部的多孔玻璃料)连续地用纯CO2气体起泡。将反应器内容物通过由循环热水加热的夹套保持在70℃。在不同的时期之后，取出悬浮体的样品以评估碳酸化反应的进展。过滤样品然后液体滤液通过ICP分析溶解元素。固体滤饼在110℃下进行干燥，然后通过XRF光谱分析元素组成，通过XRD定性分析相组合物，并通过热分析和逸出气体分析的结合用于结合二氧化碳和水的定量检测。为了计算已反应的镁的量，假设所有的在经干燥的滤饼中所有的CO2以水菱镁矿的形式存在。 [0140] 对于三种不同产物样品的结果在下表中给出。 [0141] [0142] (1)在实验6中，使用高功率的搅拌系统来代替普通的搅拌器。 [0143] 根据上面的结果可以看出可以在仅一个大气压下在水性悬浮体中碳酸化产物X和XS，并在大约3.5至4小时获得起始材料总镁的大约60-70％的转化率。基于固相的XRF分析结合液相的ICP分析，估计在产物中大约90％的初始Na和50％的初始Cr在实验过程中浸出。 [0144] 实施例8 [0145] 碳镁钠石的形成。 [0146] 使用两个浆料(分别来自实施例2和实施例6的产物X和产物XS而制备)以150g/L的浓度重复实施例7的步骤，即在实施例7中所用的3倍浓度。 [0147] 在前3小时期间，观察到如实施例7中相同的趋势。但是4小时之后，XRD揭示了碳镁钠石以及水菱镁矿的存在。结果在以下表中给出。 [0148] [0149] 实施例9 [0150] 水浸出的有效性 [0151] 50g的产物X在1L去离子水中连续地洗涤6次(在室温和大气压即25℃和1巴下在15分钟的搅拌之间)。每次取出小量的样品进行固体和液体分析。对于产物X的XRF结果结合ICP的溶液分析得出在下表中的结果，其中从产物中浸出的每种元素的百分数随着洗涤步骤的次数而变化。 [0152]％浸出 Si Ca Mg K Na S Cr 洗涤1 9.85 0.46 0.00 19.76 36.44 13.77 46.12 洗涤2 3.20 0.09 0.00 1.94 8.69 0.60 1.30 洗涤3 1.41 0.02 0.00 0.25 3.47 0.04 0.21 洗涤4 1.22 0.02 0.00 0.03 3.53 0.13 0.32 洗涤5 0.75 0.02 0.00 0.02 1.87 0.14 0.12 洗涤6 0.51 0.05 0.00 0.00 1.30 0.05 0.08 总计 16.94 0.66 0.01 22.00 55.31 14.73 48.15 [0153] 第一洗涤步骤显然是最有效的。因此500g的产物X在相同条件下洗涤，然后过滤固体并在110℃下干燥过夜。最终在此固体产物上进行如在实施例8中所描述的相同的碳酸化实验。此次XRD分析仅揭示了水菱镁矿，没有检测到碳镁钠石。这显示了可以使用洗涤来加强方法中的Na的再循环。 [0154] 第一次洗涤后获得的溶液的分析(下表)显示出其具有高pH并含有大约4000mg/L的Na和637mg/L的Si，其它元素以非常小的量存在。基于此，估计溶液含有大约23毫摩尔/升的偏硅酸钠(Na2SiO3)和130毫摩尔/升的氢氧化钠(NaOH)，还可能包括一些碳酸离子。 [0155] [0156] 实施例10 [0157] 在60℃下形成水菱镁矿 [0158] 制备1L的50g/L的产物X的浆料然后倒入2L的高压釜中。系统密闭并以10巴添加1L的纯CO2而不清除残留的空气，然后搅拌浆料并加热至60℃(这大致对应于水泥厂中排放气体的露点)。2小时后压力下降至接近大气压并停止加热高压釜。第二天，过滤浆料并在110℃下干燥过夜。XRD揭示了作为主要晶体产物的水菱镁矿。 [0159] 实施例11 [0160] 在120℃下形成作为主要产物的水菱镁矿。 [0161] 重复实施例10的程序但是在120℃(来自水泥厂的排放气体的通常温度)使用相同的高压釜，每次压力下降接近至2巴(在120℃下平衡的水蒸汽压力)时添加CO2。在一天的空当中进行三次CO2的添加直至10巴。在经干燥的固体上的XRD揭示了菱镁矿(MgCO3)作为主要产物，但也显示出一些微量的磁铁矿(Fe3O4)。水相的ICP分析显示出90％的Na浸出。通过高频感应炉结合Horiba EMIA-820V气体分析仪的方式而进行在固体中结合的CO2含量的分析，显示出MgCO3存在的量占产物X中原始Mg的大约47％。 [0162] 实施例12 [0163] 通过溶液中的还原反应选择性地分离铬。 [0164] 粉末状的产物X与去离子水以2:1水：固体的质量比搅拌15分钟。过滤黄色的水相并取样用于ICP分析。然后将粉末形式的过量的硫酸亚铁(FeSO4)(还原剂)添加至溶液中，之后形成含有铬的沉淀物。再次过滤液体，得到无色的溶液，并再次通过ICP进行分析。黄色水相的铬含量为772mg/L。无色溶液仅含有29mg/L的铬。 [0165] 当与生料的分析相比时，这些结果显示出在原始生料(橄榄石)中大约50％的总铬通过用于制备“产物X”的方法而转化成易溶解的形式(铬酸盐)，并且96％的浸出至溶液中的Cr通过硫酸亚铁的添加而沉淀。 [0166] 实施例13 [0167] 通过浮选浓缩来自固体残留物的水菱镁矿 [0168] 在将所述方法应用至橄榄石和蛇纹石而产生的碳酸化的产物上通过浮选而进行分离测试，所述碳酸化的产物类似于实施例7表中的实验5和实验7分别所示的产物。在水相中连续地使用油酸钠，羧甲基纤维素(CMC)和甲基异丁基甲醇(MIBC)的组合以将固体分散在固体浓度为90g/L的浆料的形式中。 [0169] 首先将油酸钠添加至浆料然后在烧杯中搅拌5分钟以使碳酸化的粒子疏水。然后添加CMC以压低硅酸盐的疏水性，接着进一步搅拌5分钟；最后添加MIBC以稳定通过空气起泡形成的泡沫。 [0170] 空气通过在微型浮选单元中的经处理的浆料而起泡，并且收集由泡沫携带的固体作为“浓缩物”。收集残留的固体作为“尾矿”。四个这种实验的结果示于下表中。CO2含量通过高频感应炉结合Horiba EMIA-820V气体分析仪的方式而进行分析。浓缩物的CO2含量通常比尾矿的CO2含量大3-4倍，这表明水菱镁矿可以以此方式通过浮选而被有效地分离。 [0171] XRD结果证实了分离。它们以定性的方式通过表示相存在的可能性的不同符号来表示： [0172] ·(o)不存在， [0173] ·(*)可能存在， [0174] ·(X)确定存在， [0175] ·(X+)大量存在。 [0176] [0177] 实施例14 [0178] 来自Luzenac(法国)的具有公称成分Mg3Si4O10(OH)2且含有部分微量杂质(1.1质量％Al2O3、0.9质量％Fe2O3和0.9质量％CaO)的经研磨的天然滑石与无水碳酸钠(Na2CO3)以4863:5136质量比混合(摩尔比接近1:1)。选择的成分以获得在最终样品中2:1的Na:Si的原子比。20.5g的此粉末挤压成粒料然后放入实验室炉铂坩埚中。将样品在900℃下加热1小时，然后在空气中冷却。在处理之前和之后进行称重，所测量的23.3％的烧失量与来自碳酸钠的二氧化碳的蒸发加上来自滑石的结合水的蒸发一致；这占完全反应的理论值24.6％的大约95％。经反应的样品的相组成通过X射线衍射而确定：检测到的主要产物为Na2MgSiO4和Na2SiO3。 [0179] 实施例15 [0180] 产物X的样品按照类似于实施例9中给出的程序而在水中浸出。在105℃下干燥后，粉末状材料(其具有8.9％的烧失量)，通过X射线荧光分析其主要元素，并发现含有28.1％的SiO2，39.1％MgO和17.9％的Na2O。X射线衍射分析表明在粉末中存在的主要晶体化合物为方镁石(MgO)、原硅酸钠镁(Na2MgSiO4)和镁橄榄石(Mg2SiO4)；还已知含有非晶硅酸镁水合物(M-S-H)。5份此材料与1份的去离子水在橡胶碗中使用刮铲手动混合。所得糊剂的7g等份在圆柱形模具中以3吨的负荷压缩以得到直径为19mm且高度为10mm的圆柱形粒料。这些粒料在大气压下在20±2℃的室在纯CO2气体的气流中中经受固化。测试两种不同的湿度条件：干燥(即，在气体流中没有添加水)；以及湿润(其中气体流在经过料粒前通过固化室的底部的水起泡)。粒料摄取CO2和/或水之后，将料粒迅速取出并每天对其称重一次。一周后停止实验，因为重量的增加已开始平稳。在此时，在干燥条件下的碳酸化的粒料已经获得3.0％的重量，而测试的所有四个粒料得到基本上相同的重量变化。 另一方面，在湿润条件下(接近100％的相对湿度)碳酸化的粒料显示出更宽的粒料至粒料的重量增加的变化，平均为7.8％，标准偏差为大约1％。 [0181] 值得注意的是，在一个大气压的CO2下已经被碳酸化的所有粒料在表面上比简单地被储存在空气中的对比粒料变得更硬。在湿润条件下，碳酸化的粒料也表现出相当大量的风化。刮掉此风化的样品然后对其用X射线衍射进行分析。发现含有三水菱镁矿(MgCO3.3H2O)、苏打石(NaHCO3)、天然碱(Na3H(CO3)2·2H2O)、以及一水碳酸钠(Na2CO3.H2O)。湿润的碳酸化的粒料本身通过相同的技术进行分析，显示出主要存在的方镁石(MgO)、原硅酸钠镁(Na2MgSiO4)、橄榄石(Mg2SiO4)和三水菱镁矿(MgCO3.3H2O)。因此看来三水菱镁矿是主要的“粘合剂”相，并且其可能通过M-S-H的碳酸化而产生从而达到显著的程度。 [0182] 将一对经处理的和未处理的粒料在压缩机中压缩至失效。结果总结于以下表中。 [0183] [0184] 很显然，大气压力碳酸化过程大大地增加了粒料的强度，并在干燥条件下碳酸化优于在湿润条件下的碳酸化。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈