BR112017002406B1

BR112017002406B1 - Composição de silicato de cálcio carbonatável

Info

Publication number: BR112017002406B1
Application number: BR112017002406-3A
Authority: BR
Inventors: Vahit Atakan; Sean Quinn; Sadananda Sahu; Deepak Ravikumar; Nicholas DeCristofaro
Original assignee: Solidia Technologies, Inc
Priority date: 2014-08-04
Filing date: 2015-08-03
Publication date: 2022-05-17
Also published as: US20190152856A1; TW201619091A; CA2957395A1; US10173927B2; EP3177578A4; EP3177578A1; CN115432987A; CN107108361A; WO2016022485A1; EA201790176A1; CA2957395C; US10611690B2; BR112017002406A2; EA036120B1; SA517380844B1; US20160031757A1; JP2017527516A; JP6957346B2; EP3177578B1

Abstract

COMPOSIÇÕES DE SILICATO DE CÁLCIO CARBONATÁVEL E MÉTODOS. A presente invenção refere-se a novas composições de silicato de cálcio carbonatável e fases de silicato de cálcio carbonatável que são feitas a partir de matérias-primas de baixo custo amplamente disponíveis por um processo adequado para produção em larga escala. O método da invenção é flexível em termos de equipamento e exigências de produção e é facilmente adaptável a instalações de fabricação de cimento convencionais. A invenção oferece uma capacidade excepcional para sequestrar segura e permanentemente CO2.

Description

Reivindicações de prioridade e pedidos de patente relacionados

[0001]Este pedido reivindica o benefício de prioridade a partir do Pedido Provisório US. No. 62/032.862 depositado em 4 de agosto de 2014, cujo conteúdo é incorporado aqui por referência em sua totalidade.

Campo da Invenção

[0002]A presente invenção refere-se genericamente a composições de silicato de cálcio. Mais particularmente, a invenção refere-se a novas composições e fases de silicato de cálcio carbonatável, e métodos para a sua fabricação e uso. Estas composições e fases de silicato de cálcio são adequados para uso como cimento não hidráulico que endurece por um processo de carbonatação. Elas podem ser aplicadas em uma variedade de componentes de concreto nas indústrias de infraestrutura, construção, pavimentação e paisagismo.

Fundamentos da Invenção

[0003]0 concreto é o material feito pelo homem mais consumido no mundo. Um concreto típico é feito através da mistura de cimento Portland, água e agregados tal como a areia e brita. O cimento Portland é um material sintético feito através da queima de uma mistura de pedra calcária moída e argila, ou materiais de composição similar em um forno rotativo a uma temperatura de sinterização de 1450° C. A fabricação de cimento Portland não é apenas um processo de energia intensiva, mas o que libera quantidades significativas de gases de efeito estufa (CO2). A indústria do cimento representa aproximadamente 5% das emissões antropogênicas globais de CO2. Mais do que 60% desse CO2 provém da decomposição química, ou da calcinação da pedra calcária.

[0004]Não tem-se esforço crescente para reduzir as emissões totais de CO2 dentro da indústria de cimento. De acordo com a proposta da Agência Internacional de Energia, a indústria de cimento precisa reduzir s emissões de CO2 de 2,0 Gt em 2007 para 1,55 Gt em 2050. Isto representa uma tarefa difícil porque, ao longo desse mesmo período, a produção de cimento deverá crescer de 2,6 Gt para 4,4 Gt.

[0005]Para atender esse tremendo desafio, uma abordagem revolucionária para a produção de cimento é exigida, que reduz significativamente a exigência de energia e as emissões de CO2 de uma fábrica de cimento. Idealmente, a nova abordagem oferece preferencialmente a capacidade de sequestrar segura e permanentemente o CO2, enquanto é adaptável e flexível em termos de exigências de equipamentos e de produção, permitindo que os fabricantes de cimento convencional facilmente convertam para a nova plataforma.

Descrição Resumida da Invenção

[0006]As composições de silicate de cálcio da invenção fornecem uma base para uma abordagem revolucionária para a produção de cimento que reduz significativamente a exigência de energia e as emissões de CO2. As composições de silicate de cálcio carbonatável descritas são feitas de matérias-primas de baixo custo amplamente disponíveis por um processo adequado para a produção em larga escala. O método da invenção é flexível em termos de exigências de equipamento e de produção e é facilmente adaptável para instalações de fabricação de cimento convencional. A abordagem única oferece também uma capacidade excepcional de sequestrar segura e permanentemente CO2.

[0007]Essas composições de silicate de cálcio podem ser usadas em uma variedade de aplicações de concreto: tal como em construção, pavimentos e paisagismo, e infraestrutura com necessidade de equipamento reduzida, melhora do consumo de energia, e pegada de carbono mais desejável.

[0008] Em um aspecto, a invenção refere-se genericamente às composições de silicate de cálcio e sua química. A composição inclui vários silicates de cálcio. A razão molar de Ca elementar para Si elementar na composição é de aproximadamente 0,8 a aproximadamente 1,2. As composições podem incluir também óxidos metálicos de Al, Fe, Mg constituindo aproximadamente 30% ou menos em massa de óxido total. A composição de silicate de cálcio compreende uma blenda de fases de silicate de cálcio discretas, selecionadas a partir de um ou mais de CS (wollastonita ou pseudowollastonita), C3S2 (rankinita), C2S (belita ou larnita ou bredigita) e uma fase amorfa baseada em silicate de cálcio compreendendo aproximadamente 30% ou mais das fases totais. A fase amorfa pode adicionalmente incorporar íons de Al, Fe e Mg e outras impurezas ou íons traço presentes nas matérias-primas. Cada uma destas fases de silicate de cálcio é apropriada para a carbonatação com CO2.

[0009]As composições de silicate de cálcio também podem incluir pequenas quantidades de CaO residual (cal) e SÍO2 (sílica).

[0010]A composição de silicate de cálcio pode incluir também pequenas quantidades de C3S (alita, CaaSiOs).

[0011]A fase C2S presente dentro da composição de silicato de cálcio pode existir como (Ca?Mg (5104)4) (bredigita) ou como qualquer um de α-Ca2Siθ4, β-Ca2Siθ4 ou y-Ca2SiO4 polimorfo ou uma combinação destes.

[0012]As composições de silicato de cálcio podem incluir também quantidades de fases inertes (isto é, não carbonatáveis sob condições típicas de carbonatação) tal como minerais do tipo melilita (melilita ou gehlenita ou akermanita) com a fórmula geral (Ca, Na, K)2[(Mg, Fe2+, Fe3+, Al, SO3O7] e minerais do tipo ferrita (ferrita ou brownmillerita ou C4AF) com a fórmula geral Ca2(AI, Fe3+)20s.

[0013]A composição de silicato de cálcio é adequada para carbonatação com CO2 a uma temperatura de 30° C a aproximadamente 90° C para formar CaCCh com ganho de massa de 10% ou mais.

[0014]Em outro aspecto, a presente invenção refere-se genericamente a uma composição de silicato de cálcio carbonatável em forma de pó tendo um tamanho de partícula médio (d50) de aproximadamente 8 μm a aproximadamente 25 μm, com 10% das partículas (dlO) dimensionada abaixo de aproximadamente 0,1 μm a aproximadamente 3 μm, e 90% das partículas (d90) dimensionadas acima de aproximadamente 35 μm a aproximadamente 100 μm.

[0015]Em ainda outro aspecto, a presente invenção refere-se genericamente a um material carbonatado que é produzido a partir de uma composição de silicato de cálcio aqui descrita.

Breve Descrição dos Desenhos

[0016]Os objetivos e características da invenção podem ser compreendidos melhor com relação aos desenhos descritos a seguir e às reivindicações. Os desenhos não estão necessariamente em escala, geralmente sendo dada ênfase à ilustração dos princípios da invenção. Nos desenhos, os números similares são utilizados para indicar partes similares ao longo das várias vistas.

[0017]A Figura 1 é um diagrama de fases de pressão-temperatura que mostra as fases presentes na reação reversível CaCCh + SÍO2 ++ CaSiOa (silicato de cálcio) + CO2.

[0018]A Figura 2 é um diagrama de fases de pressão-temperatura que mostra as fases presentes na reação reversível 3CaCÜ3 + 2CaSiθ3 θ CaCCh + CO2 ■ 2Ca2SiO4.

[0019]A Figura 3 é um diagrama de fases do sistema CaO-SiOz-CCh a uma pressão de 1 kilobar.

[0020]A Figura 4 é um diagrama de fases de pressão-temperatura que mostra as fases presentes na reação reversível MgO + CO2 θ MgCCh.

[0021]A Figura 5 é um diagrama de fases de pressão-temperatura que mostra as curvas de equilíbrio para a reação reversível MgO + CO2 <-> MgCOs como uma função da proporção de CO2 em um gás inerte.

[0022]A Figura 6 é um diagrama de fases de temperatura-composição que ilustra as regiões de estabilidade para várias fases no sistema CaCO3-MgCO3.

[0023]A Figura 7 é um diagrama em tetraedro que ilustra as relações de fase entre os compostos de CaO, MgO, SÍO2 e CO2, e que mostra a região deficiente de CO2 abaixo dos planos CC-Di-Wo e Cc-Wo-Mo (sombreado), onde Cc denota calcita, Wo denota Wollastonita, Ak denota Akermanita, Di denota diopsídeo, e Mo denota monticellita (CaMgSiO4).

[0024]A Figura 8 é um diagrama de fases de pressão-temperatura que ilustra as relações de fase entre os compostos CaO, MgO, SÍO2 e CO2, com curvas univariantes que emanam do ponto invariante quaternário envolvendo as fases de calcita (Cc), diopsídeo (Di), forsterita (Fo) monticellita (Mo), akermanita (Ak) e CO2. A inserção é 0 diagrama de fases para os três sistemas de compostos CaCOs, MgO e SÍO2.

[0025]A Figura 9 é um diagrama esquemático de uma câmara de cura de material compósito de CO2 que fornece umidificação de acordo com os princípios invenção.

[0026]A Figura 10 é um diagrama esquemático de uma câmara de cura com vários métodos de controle de umidade, bem como a capacidade de controlar e reabastecer CO2 usando regulação de pressão ou fluxo constante e que pode controlar a temperatura de acordo com os princípios da invenção.

[0027]A Figura 11 mostra os resultados exemplificados com relação ao ganho de massa de wollastonita mineral NYAD 400 após a reação a 60°C com CO2.

[0028]A Figura 12 mostra os resultados exemplificados com relação ao ganho de massa de alguns materiais de amostra em forno rotativo após uma reação a 60°C com CO2. O ganho de massa às 0 horas indica 0 ganho de massa após molhar 0 pó, devido à hidratação da cal livre.

[0029]A Figura 13a mostra os resultados exemplificados com relação aos dados de difração de raios X e picos de cristalográficos utilizados para refinamento de Reitveld, como a amostra de cimento 12.

[0030]A Figura 13b mostra os resultados exemplificados com relação aos dados de difração de raios X e picos de cristalográficos utilizados para refinamento de Reitveld, como a amostra de cimento 12 após uma carbonatação de 20 horas a 60°C.

[0031]A Figura 14 mostra os resultados exemplificados com relação ao padrão de difração de raios X e picos cristalográficos associados de fases de silicato de cálcio produzidas a partir de produtos químicos de alta pureza em um forno em caixa.

[0032]A Figura 15a mostra os resultados exemplificados com relação ao padrão de difração de raios X de calcário silícico calcinado a 1000°C.

[0033]A Figura 15b mostra os resultados exemplificados com relação ao padrão de difração de raios X de calcário silícico calcinado a 1100°C.

[0034]A Figura 15c mostra os resultados exemplificados com relação ao padrão de difração de raios X de calcário silícico calcinado a 1200°C.

[0035]A Figura 16 mostra os resultados exemplificados com relação ao cimento sintético wollastonita de alta temperatura. O padrão de difração de raios X indica que o material tem estrutura principalmente amorfa.

[0036]A Figura 17 mostra os resultados exemplificados com relação ao espectro de difração de raios X de um vidro sintético wollastonita (parte inferior) e a mesma amostra \ após a cura de CO2 a 60°C (parte superior).

[0037]A Figura 18 mostra a distribuição exemplificada de tamanho de partícula da composição de cimento exemplificada moída a jato (SC-C2).

[0038]A Figura 19 mostra a distribuição exemplificada de tamanho de partícula da composição de cimento exemplificada moída a jato + moída em esferas (SC-C2a).

[0039]A Figura 20 mostra os dados exemplificados no fluxo de argamassas SC-C2 e CS-C2a com uma relação água-aglutinante de 0,375 com (a) SC-C2 (b) SC-C2a.

[0040]A Figura 21 mostra a resistência à compressão de um cilindro de 10,16 cm x 20,32 cm (4" x 8"), sob condição diferente para misturas de concreto feitas com SC-C2 (superior) e SC-C2a (inferior). (0 teste a seco e impregnado em 24 horas é uma média de 5 amostras cada e um teste de saturação a vácuo foi conduzido com 3 cilindros).

[0041]A Figura 22 mostra o cimento clínquer moído produzido em um moinho de esferas de circuito fechado com uma distribuição relativamente estreita.

[0042]A Figura 23 mostra clínquer moído para obter um tamanho de partícula amplo com um tamanho de partícula médio reduzido versus o pó moído comercialmente.

[0043]A Figura 24 mostra clínquer moído para obter um tamanho de partícula amplo com tamanho de partícula médio aumentado versus pó moído comercial mente.

[0044]A Figura 25 mostra o cimento moído industrialmente (azul) em comparação com amplas distribuições moídas para tamanhos de partículas médios mais grosseiros e mais finos.

Descrição Detalhada da Invenção

[0045]A presente invenção fornece novas composições de silicato de cálcio carbonatável, uma substituição revolucionária para cimento convencional. Estes materiais podem ser produzidos e utilizados com emissões de CO2 e exigências de energia significativamente reduzidas. As composições descritas de silicato de cálcio carbonatável são disponibilizadas a partir de matérias-primas de baixo custo amplamente disponíveis por um processo adequado para a produção em larga escala com exigências flexíveis de equipamento e de produção. Esta abordagem única é também acompanhada com uma proficiência notável para sequestro seguro e permanente de CO2. Uma grande variedade de aplicações que podem se beneficiar da invenção, de construção, pavimentação e paisagismo, infraestrutura e transporte através do consumo de energia melhorado e pegada de carbono mais desejável.

[0046]Em um aspecto, a invenção refere-se genericamente às composições de silicato de cálcio e sua química. A composição inclui vários silicatos de cálcio. A razão molar de Ca elementar para Si elementar na composição é de aproximadamente 0,8 a aproximadamente 1,2. A composição é constituída de uma blenda de fases silicato de cálcio cristalino discretas selecionadas a partir de um ou mais de CS (wollastonita ou pseudowollastonita), C3S2 (rankinita) e C2S (belita ou larnita ou bredigita), em aproximadamente 30% ou mais em massa das fases totais. As composições de silicato de cálcio são caracterizadas por terem aproximadamente 30% ou menos de óxidos metálicos de Al, Fe e Mg por massa de óxido total, e sendo adequadas para carbonatação com CO2 a uma temperatura de aproximadamente 30° C a aproximadamente 90°C para formar CaCCh com ganho de massa de aproximadamente 10% ou mais.

[0047]As composições de silicate de cálcio podem conter fases de silicate de cálcio amorfo (não cristalino) em adição às fases cristalinas descritas acima. A fase amorfa pode adicionalmente incorporar íons de Al, Fe e Mg e outros íons de impurezas presentes nas matérias-primas.

[0048]Cada uma destas fases de silicate de cálcio cristalinas e amorfas é adequada para carbonatação com CO2.

[0049]As composições de silicate de cálcio podem também incluir pequenas quantidades de CaO residual (cal) e SÍO2 (sílica).

[0050]A composição de silicate de cálcio pode incluir também pequenas quantidades de C3S (alita, CaaSiOs).

[0051]A fase C2S presente dentro da composição de silicate de cálcio pode existir em qualquer α-Ca2Siθ4, β-Ca2Siθ4 ou y-Ca2SiO4 polimorfo ou combinação dos mesmos.

[0052]As composições de silicate de cálcio podem incluir também quantidades de fases inertes tal como minerais tipo melilita (melilita ou guelenita ou akermanita) com a fórmula geral (Ca, Na, K)2[(Mg, Fe2+, Fe3+, Al, SO3O7] e minerais do tipo ferrita (ferrita ou brownmillerita ou C4AF) com a fórmula geral Ca2(AI, Fe3+)2Ü5. Em certas modalidades, a composição de silicate de cálcio é composta apenas de fases amorfas. Em certas modalidades, 0 silicate de cálcio compreende apenas fases cristalinas. Em modalidades, alguma da composição de silicate de cálcio existe em uma fase amorfa e alguma existe em uma fase cristalina.

[0053]Em certas modalidades preferenciais, a razão molar de Ca elementar para Si elementar da composição de silicate de cálcio é de aproximadamente 0,80 a aproximadamente 1,20. Em certas modalidades preferenciais, a razão molar de Ca para Si da composição é de aproximadamente 0,85 a aproximadamente 1,15. Em certas modalidades preferenciais, a razão molar de Ca para Si da composição é de aproximadamente 0,90 a aproximadamente 1,10. Em certas modalidades preferenciais, a razão molar de Ca para Si da composição é de aproximadamente 0,95 a aproximadamente 1,05. Em certas modalidades preferenciais, a razão molar de Ca para Si da composição é de aproximadamente 0,98 a aproximadamente 1,02. Em certas modalidades preferenciais, a razão molar de Ca para Si da composição é de aproximadamente 0,99 a aproximadamente 1,01.

[0054]0s óxidos metálicos de Al, Fe e Mg, contidos dentro da composição de silicato de cálcio são geralmente controlados para serem menos do que aproximadamente menos 30%. Em certas modalidades preferenciais, a composição tem aproximadamente 20% ou menos de óxidos metálicos de Al, Fe e Mg por massa de óxido total. Em certas modalidades preferenciais, a composição tem aproximadamente 15% ou menos de óxidos metálicos de Al, Fe e Mg, por massa de óxido total. Em certas modalidades preferenciais, a composição tem aproximadamente 12% ou menos de óxidos metálicos de Al, Fe e Mg por massa de óxido total. Em certas modalidades preferenciais, a composição tem aproximadamente 10% ou menos de óxidos metálicos de Al, Fe e Mg, por massa de óxido total. Em certas modalidades preferenciais, a composição tem aproximadamente 5% ou menos de óxidos de metais de Al, Fe e Mg por massa de óxido total.

[0055]Cada uma destas fases de silicato de cálcio é adequada para a carbonatação com CO2. Em seguida, as fases de silicato de cálcio discretas que são adequadas para a carbonatação serão chamadas de fases reativas.

[0056]As fases reativas podem estar presentes na composição em qualquer quantidade adequada. Em certas modalidades preferenciais, as fases reativas estão presentes em aproximadamente 50% ou mais em massa. Em certas modalidades preferenciais, as fases reativas estão presentes em aproximadamente 60% ou mais em massa. Em certas modalidades preferenciais, as fases reativas estão presentes em aproximadamente 70% ou mais em massa. Em certas modalidades preferenciais, as fases reativas estão presentes em aproximadamente 80% ou mais em massa. Em certas modalidades preferenciais, as fases reativas estão presentes em aproximadamente 90% ou mais em massa. Em certas modalidades preferenciais, as fases reativas estão presentes em aproximadamente 95% ou mais em massa.

[0057]As várias fases reativas podem ser responsáveis por quaisquer porções adequadas das fases reativas gerais. Em certas modalidades preferenciais, as fases reativas de CS estão presentes em aproximadamente 10 a aproximadamente 60% em peso (por exemplo, aproximadamente 15% em peso a aproximadamente 60% em peso, de aproximadamente 20% em peso a aproximadamente 60% em peso, de aproximadamente 25% em peso a aproximadamente preparação 60% em peso, de aproximadamente 30% em peso a aproximadamente 60% em peso, de aproximadamente 35% em peso a aproximadamente 60% em peso, de aproximadamente 40% em peso a aproximadamente 60% em peso, de aproximadamente 10% em peso a aproximadamente 50% em peso, de aproximadamente 10% em peso a aproximadamente 40% em peso, de aproximadamente 10% em peso a aproximadamente 30% em peso, de aproximadamente 10% em peso a aproximadamente 25% em peso, de aproximadamente 10% em peso a aproximadamente 20% em peso); C3S2 de aproximadamente 5 a 50% em peso (por exemplo, de aproximadamente 10% em peso a 50% em peso, de aproximadamente 15% em peso a 50% em peso, de aproximadamente 20% em peso a 50% em peso, de aproximadamente 30% em peso a 50% em peso, de aproximadamente 40% em peso a aproximadamente 50% em peso, de aproximadamente 5% em peso a 40% em peso, de aproximadamente 5% em peso a 30% em peso, de aproximadamente 5% em peso a 25% em peso, de aproximadamente 5% em peso a 20% em peso, de aproximadamente 5% em peso a 15% em peso); e C2S de aproximadamente 5% em peso a 60% em peso (por exemplo, de aproximadamente 10% em peso a aproximadamente 60% em peso, de aproximadamente 20% em peso a aproximadamente 60% em peso, de aproximadamente 25% em peso a aproximadamente 60% em peso, de aproximadamente 30% em peso a aproximadamente 60% em peso, de aproximadamente 35% em peso a aproximadamente 60% em peso, de aproximadamente 40% em peso a aproximadamente 60% em peso, de aproximadamente 5% em peso a aproximadamente 50% em peso, de aproximadamente 5% em peso a aproximadamente 40% em peso, de aproximadamente 5% em peso a aproximadamente 30% em peso, de aproximadamente 5% em peso a aproximadamente 25% em peso, de aproximadamente 5% em peso a aproximadamente 20% em peso, de aproximadamente 5% em peso a aproximadamente 20% em peso), e C de aproximadamente 0% em peso a 3% em peso (por exemplo, 0% em peso, 1% em peso ou menos, 2% em peso ou menos, 3% em peso ou menos, de aproximadamente 1% em peso a 2% em peso, de aproximadamente 1% em peso a 3% em peso, de aproximadamente 2% em peso a 3% em peso).

[0058]Em certas modalidades, as fases reativas compreendem uma fase amorfa baseada em silicato de cálcio, por exemplo, em aproximadamente 40% ou mais (por exemplo, aproximadamente 45% ou mais, aproximadamente 50% ou mais, aproximadamente 55% ou mais, aproximadamente 60% ou mais, aproximadamente 65% ou mais, aproximadamente 70% ou mais, aproximadamente 75% ou mais, aproximadamente 80% ou mais, aproximadamente 85% ou mais, aproximadamente 90% ou mais, aproximadamente 95% ou mais), em massa das fases totais. Nota-se que a fase amorfa pode incorporar adicionalmente íons de impureza presentes nas matérias-primas.

[0059]As composições de silicato de cálcio da invenção são adequadas para carbonatação com CO2. Em particular, a composição de silicato de cálcio é adequada para carbonatação com CO2 a uma temperatura de aproximadamente 30° C a aproximadamente 90° C para formar CaCCh com ganho de massa de aproximadamente 20% ou mais. O ganho de massa reflete 0 sequestro líquida de CO2 nos produtos carbonatados. Em certas modalidades preferenciais, a composição é adequada para carbonatação com CO2 a uma temperatura de aproximadamente 30° C a aproximadamente 90° C (por exemplo, de aproximadamente 40° C a aproximadamente 90° C, de aproximadamente 50° C a aproximadamente 90° C, de aproximadamente 60° C a aproximadamente 90° C, de aproximadamente 30° C a aproximadamente 80° C, de aproximadamente 30° C a aproximadamente 70° C, de aproximadamente 30° C a aproximadamente 60° C, de aproximadamente 40° C a aproximadamente 80° C, de aproximadamente 40° C a aproximadamente 70° C, de aproximadamente 40° C a aproximadamente 60° C) para formar CaCCh com ganho de massa de 10% ou mais (por exemplo, 15% ou mais, 20% ou mais, 25% ou mais, 30% ou mais).

[0060]Em outro aspecto, a invenção refere-se geralmente a um material carbonatado que é produzido a partir de uma composição de silicato de cálcio aqui descrita.

[0061]Ainda em outro aspecto, a invenção refere-se, de um modo geral, a uma composição de silicato de cálcio carbonatável na forma de pó tendo um tamanho de partícula médio (d50) de aproximadamente 8 μm a aproximadamente 25 μm, com 10% das partículas (dlO) dimensionadas abaixo de aproximadamente 3 μm, e 90% das partículas (d90) dimensionadas acima de aproximadamente 35 μm a aproximadamente 100 μm.

[0062]Em certas modalidades, a relação de d90:dl0 é selecionada para permitir um fluxo de pó melhorado ou uma menor demanda de água para a fundição. Em certas modalidades, a relação de d50:dl0 é selecionada para permitir uma reatividade melhorada, empacotamento melhorado, ou diminuição da demanda de água para a fundição. Em certas modalidades, a relação de d90:d50 é selecionada para permitir melhorar a reatividade, empacotamento melhorado ou diminuição da demanda de água para a fundição.

[0063]Qualquer composição de silicato de cálcio adequada pode ser utilizada como um precursor para os elementos de ligação. Tal como aqui utilizado, o termo "composição de silicato de cálcio" refere-se geralmente a minerais de ocorrência natural ou materiais sintéticos que são constituídos por uma ou mais de um grupo de fases de silicato de cálcio incluindo CS (wollastonita ou pseudowollastonita, e às vezes formulado como CaSiOa ou CaO ■ SiOz), C3S2 (rankinita, e às vezes formulado como CaaSÍ2O? ou SCaChSiCk), C2S (belita, β-Ca2Siθ4 ou larnita, β-Ca2Siθ4 ou bredigita, α-Ca2Siθ4 ou y-Ca2SiO4 e às vezes formulado como Ca2SiO4 ou 2CaO ■ SÍO2), uma fase amorfa à base de silicato de cálcio, cada material que pode incluir um ou mais outros íons e óxidos metálicos (por exemplo, óxidos de alumínio, magnésio, ferro ou manganês) ou blendas destes, ou pode incluir uma quantidade de silicato de magnésio em forma de ocorrência natural ou sintética que variam desde a quantidade traço (1%) até aproximadamente 50% ou mais em peso.

[0064]Nota-se que, de preferência, as composições de silicato de cálcio carbonatáveis da invenção não se hidratam. Contudo, pequenas quantidades de fases de silicato de cálcio hidratáveis (por exemplo, C2S, C3S e CaO) podem estar presentes. C2S exibe cinética lenta de hidratação quando exposto à água e é rapidamente convertido em CaCCh durante os processos de cura de CO2. C3S e CaO hidratam-se rapidamente após a exposição à água e assim deveriam ser limitados a < 5% em massa.

[0065]As fases de silicato de cálcio incluídas na composição de silicato de cálcio não se hidratam quando expostas à água. Devido a isso, os compósitos produzidos utilizando uma composição de silicato de cálcio como agente de ligação não geram resistência significativa quando combinados com água. A geração de força é controlada pela exposição da composição de silicato de cálcio contendo compósitos a regimes específicos de cura na presença de CO2.

[0066]Dever-se-ia entender que as composições de silicato de cálcio, fases e métodos aqui descritos podem ser adotados para utilizar fases de silicato de magnésio em lugar ou em adição a fases de silicato de cálcio. Como aqui utilizado, 0 termo "silicato de magnésio" refere-se a minerais de ocorrência natural ou materiais sintéticos que são constituídos de um ou mais de um grupo de compostos contendo magnésio e silício incluindo, por exemplo, Mg2SiO4 (também conhecido como fosterita) e Mg3SÍ40io(OH)2 (também conhecido como "talco") e CaMgSiCM (também conhecido como "monticelita"), cada um dos quais material pode incluir um ou mais outros íons e óxidos metálicos (por exemplo, óxidos de cálcio, alumínio, ferro ou manganês), ou blendas destes, ou pode incluir uma quantidade de silicato de cálcio em na forma de ocorrência natural ou sintética variando da quantidade traço (1%) a aproximadamente 50% ou mais em peso.

[0067]Uma grande utilidade da composição carbonatável da invenção é que ela pode ser carbonatada para formar materiais compósitos que são úteis em uma variedade de aplicações. A carbonatação, por exemplo, pode ser realizada reagindo-a com CO2 através de um processo de sinterização de fase líquida hidrotérmica (HLPS) controlada para criar elementos de ligação que mantêm juntos os vários componentes do material compósito. Por exemplo, em modalidades preferenciais, 0 CO2 é utilizado como uma espécie reativa resultando no sequestro de CO2 e na criação de elementos de ligação nos materiais compósitos produzidos com uma pegada de carbono não correspondida por qualquer tecnologia de produção existente. O processo HLPS é termodinamicamente conduzido pela energia livre da(s) reação(ões) química(s) e pela redução da energia de superficial (área) causada pelo crescimento de cristal. A cinética do processo HLPS prosseguiu a uma taxa razoável em baixa temperatura porque uma solução (aquosa ou não aquosa) é utilizada para transportar espécies reativas em vez de utilizar um fluido de alto ponto de fundição ou meio em estado sólido de alta temperatura.

[0068]Podem encontrar-se discussões de várias características de HLPS na Patente US. No. 8.114.367, Pub. US. No. US 2009/0143211 (Pedido de Patente US. No. 12/271 566), Pub. US. No. US 2011/0104469 (Pedido de Patente US. No. 12/984.299), Pub. US. No. 2009/0142578 (Pedido de Patente US. No. 12/271.513), Pub. US. No. 2013/0122267 (Pedido de Patente US. No. 13/411.218), Pub. US. No. 2012/0312194 (Pedido No. 13/491.098), WO 2009/102360 (PCT/US2008/083606), WO 2011/053598 (PCT/US2010/054146), WO 2011/090967 (PCT/US2011/021623), Pedido de Patente Provisória US. No. 61/708 423, depositado em 1 de outubro de 2012, e Pedidos de Patente US. Nos. 14/045.758, 14/045.519, 14/045.766, 14/045.540, todos depositados em 3 de outubro de 2013, Pedidos de Patente US. Nos. 14/207.413,14/207.421, depositados em 12 de março de 2014, Pedidos de Patente US. Nos. 14/207.920, 14/209.238, depositados em 13 de março de 2014, Pedidos de Patente US Nos. 14/295.601, 14/295.402 depositados em 4 de junho de 2014, cada um dos quais é aqui expressamente incorporado por referência na sua totalidade para todos os propósitos.

[0069]A Figura 1 até a Figura 8 são diagramas de fases que mostram várias inter-relações de fase entre alguns dos materiais descritos. A Figura 9 é um diagrama esquemático de uma câmara de cura de material compósito de CO2 que fornece umidificação de acordo com os princípios da invenção. Na Figura 9, um fornecimento de água é fornecido e vapor de água é adicionado à atmosfera que está circulando dentro da câmara de cura. Figura 10 é um diagrama esquemático de uma câmara de cura com múltiplos métodos de controle de umidade bem como a capacidade para controlar e reabastecer CO2 utilizando regulação de fluxo constante ou de pressão e que pode controlar a temperatura de acordo com os princípios da invenção. Este sistema é um exemplo de um sistema que pode fornecer controle de malha fechada ou controle usando realimentação, no qual são fornecidos valores de ajuste de parâmetros operacionais tais como concentração de CO2, umidade e temperatura que são desejados em tempos específicos no ciclo de processo, e medidas são tomadas para ver se 0 valor real do parâmetro sendo controlado é 0 valor desejado.

[0070]Em modalidades exemplificativas de carbonatação da composição da invenção, a composição de silicato de cálcio moído é usada. A composição de silicato de cálcio moído pode ter um tamanho de partícula médio de aproximadamente 1 μm a aproximadamente 100 μm (por exemplo, de aproximadamente 1 μm a aproximadamente 80 μm, de aproximadamente 1 μm a aproximadamente 60 μm, de aproximadamente 1 μm a aproximadamente 50 μm, de aproximadamente 1 μm a aproximadamente 40 μm, de aproximadamente 1 μm a aproximadamente 30 μm, de aproximadamente 1 μm a aproximadamente 20 μm, de aproximadamente 1 μm a aproximadamente 10 μm, de aproximadamente 5 μm a aproximadamente 90 μm, de aproximadamente 5 μm a aproximadamente 80 μm, de aproximadamente 5 μm a aproximadamente 70 μm, de aproximadamente 5 μm a aproximadamente 50 μm, de aproximadamente 5 μm a aproximadamente 40 μm, de aproximadamente 10 μm a aproximadamente 80 μm, de aproximadamente 10 μm a aproximadamente 70 μm, de aproximadamente 10 μm a aproximadamente 60 μm, de aproximadamente 10 μm a aproximadamente 50 μm, de aproximadamente 10 μm a aproximadamente 40 μm, de aproximadamente 10 μm a aproximadamente 30 μm, de aproximadamente 10 μm a aproximadamente 20 μm, de aproximadamente 1 μm, 10 μm, 15 μm, 20 μm, 25 μm, 30 μm , 40 μm, 50 μm, 60 μm, 70 μm, 80 μm, 90 μm, 100 μm), uma densidade aparente de aproximadamente 0,5 g/mL a aproximadamente 3,5 g/mL (solta, por exemplo, 0,5 g/mL, 1,0 g/ML, 1,5 g/mL, 2,0 g/mL, 2,5 g/mL, 2,8 g/mL, 3,0 g/mL, 3,5 g/mL) e aproximadamente 1,0 g/mL a aproximadamente 1,2 g/mL (compactado), uma área de superfície de Blaine de aproximadamente 150 m2/kg a aproximadamente 700 m2/kg (por exemplo, 150 m2/kg, 200 m2/kg, 250 m2/kg, 300 m2/kg, 350 m2/kg, 400 m2/Kg, 500 m2/kg, 550 m2/kg, 600 m2/kg, 650 m2/kg, 700 m2/kg).

[0071]Quaisquer agregados adequados podem ser utilizados para formar materiais compósitos a partir da composição carbonatável da invenção, por exemplo, materiais contendo óxido de cálcio ou contendo sílica. Exemplos de agregados incluem materiais inertes tais como rocha de armadilha, areia de construção, cascalho de ervilha. Em certas modalidades preferenciais, agregados leves tais como perlita ou vermiculita podem também ser utilizados como agregados. Materiais tais como resíduos industriais (por exemplo, cinzas volantes, escórias, fumos de sílica) podem também ser utilizados como cargas finas.

[0072]A pluralidade de agregados pode ter qualquer tamanho de partícula médio e distribuição de tamanho adequados. Em certas modalidades, a pluralidade de agregados tem um tamanho de partícula médio na gama de aproximadamente 0,25 mm a aproximadamente 25 mm (por exemplo, de aproximadamente 5 mm a aproximadamente 20 mm, de aproximadamente 5 mm a aproximadamente 18 mm, de aproximadamente 5 mm a aproximadamente 15 mm, de aproximadamente 5 mm a aproximadamente 12 mm, de aproximadamente 7 mm a aproximadamente 20 mm, de aproximadamente 10 mm a aproximadamente 20 mm, de aproximadamente 3,175 mm (1/8"), aproximadamente 6,35 mm CA"), aproximadamente 9,52 mm (3/8"), aproximadamente 12,7 mm (1/2"), aproximadamente 19 mm (%")).

[0073]0s aditivos químicos podem também ser incluídos no material compósito; por exemplo, plastificantes, retardadores, aceleradores, dispersantes e outros agentes modificadores da reologia. Certos aditivos químicos comercialmente disponíveis tais como Glenium™ 7500 por BASF® Chemicals e Acumer™ por Dow Chemical Company podem também ser incluídos. Em certas modalidades, um ou mais pigmentos podem estar uniformemente dispersos ou substancialmente desigualmente dispersos nas matrizes de ligação, dependendo do material compósito desejado. O pigmento pode ser qualquer pigmento adequado incluindo, por exemplo, óxidos de vários metais (por exemplo, óxido de ferro negro, óxido de cobalto e óxido de cromo). O pigmento pode ser de qualquer cor ou cores, por exemplo, selecionadas a partir de preto, branco, azul, cinzento, rosa, verde, vermelho, amarelo e castanho. O pigmento pode estar presente em qualquer quantidade adequada dependendo do material compósito desejado, por exemplo, em uma quantidade que varia entre aproximadamente 0,0% e aproximadamente 10% em peso.

[0074]Uma variedade de produtos compósitos pode ser produzida a partir das composições de silicato de cálcio carbonatável da invenção por um processo que não exige autoclave(s) e é adequado para a produção contínua em larga escala. Os métodos de produção são muito melhorados em relação aos concretos convencionais em termos de economia e impacto ambiental.

xemplos

[0075]Composições e fases de silicato de cálcio carbonatável

[0076]0 NYAD 400, um produto de wollastonita mineral (CaSiOa, minerais de NYCO) foi submetido a um regime de cura de CO2 em um reator feito sob encomenda para demonstrar a capacidade desta composição para ser carbonatada. O reator era um recipiente de esterilização de 39 litros que consiste em um tanque de aço inoxidável com um elemento de aquecimento resistivo submerso em água. A tampa do recipiente é usinada para permitir a injeção e ventilação de gás CO2. A tampa do recipiente também contém uma ventoinha que pode ser controlada por um dispositivo de agitação externo. As amostras foram reagidas em uma bandeja de arame acima do nível da água e embaixo de um cone metálico para evitar que gotículas aleatórias de água interferissem no processo. As amostras foram carbonatadas por reação a 60°C sob uma atmosfera de CO2 agitada que estava parcialmente saturada com água. As amostras foram deixadas reagir durante vários intervalos de tempo e analisadas para determinar 0 seu ganho de massa a partir da exposição a CO2. Os resultados desses experimentos são apresentados na Figura 11.

[0077]Síntese de composições de silicato de cálcio a partir de calcário, argila e areia em fornos rotativos experimentais

[0078]Fontes naturais de calcário, argila e areia foram usadas para sintetizar composições de silicato de cálcio em um forno rotativo alimentado diretamente. Três misturas de matérias-primas diferentes foram moídas até um tamanho médio de partícula (d50) de ~ 30 μm. Estas misturas estão descritas na Tabela 2. O "ajuste da moagem" na Tabela 2 indica se as misturas de matéria-prima foram trituradas em conjunto ou misturadas após a moagem dos materiais de componentes individuais. Tabela 2 Misturas de matérias-primas preparadas para ensaios em forno rotativo

[0079]Após a moagem das matérias-primas, um processo de granulação foi utilizado para permitir um fluxo de material adequado no forno rotativo piloto.

[0080]A matéria-prima granulada foi introduzida em um forno rotativo alimentado com gás natural com dimensões e parâmetros operacionais descritos na Tabela 3. As composições de silicato de cálcio criadas no forno rotativo emergiram na forma de "clínquer", isto é, em pequenos grânulos de aproximadamente 1 a 4 mm de diâmetro. O clínquer foi triturado em um pó com um tamanho médio de partícula (d50) de aproximadamente 12 μm antes da análise. Tabela 3

[0081]As amostras do clínquer moído foram submetidas a um regime de cura de CO2 em um reator feito sob encomenda. As amostras foram carbonatadas a 60°C sob uma atmosfera de CO2 agitada enquanto parcialmente saturada com água. As amostras foram deixadas reagir durante vários intervalos de tempo e analisadas para determinar 0 seu ganho de massa a partir da exposição a CO2. Os resultados desses experimentos são apresentados na Figura 12.

[0082]A Tabela 4 apresenta a quantificação de difração de raios X (XRD) das fases mineralógicas presentes no clínquer moído (Amostra 12, no estado em que se encontra) e do clínquer moído submetido ao regime de cura de CO2. (Amostra 12, Carbonatada (20 horas)). A Amostra 12 refere-se ao calcário, argila, blenda de areia 2T queimada a uma temperatura do forno de pico de ~ 1220°C. A quantificação foi feita pelo refinamento de Reitveld dos dados coletados. Tabela 4 Quantificação de difração de raios-X de fases mineralógicas na composição de silicato de cálcio no estado em que se encontra e composição de silicato de cálcio carbonatada

[0083]Síntese de composições de silicato de cálcio a partir de reagentes químicos puros em fornos em caixa.

[0084]As composições de silicato de cálcio sintetizadas foram também produzidas a partir de reagentes químicos puros para verificar as fases de silicato de cálcio formadas e o seu comportamento após a carbonatação. As amostras foram sintetizadas com 60 g de SÍO2 (sílica fumada de Evonik Industries, Aerosil 98) e 100 g de CaCCh (Sigma Aldrich, C6763). Os componentes foram fornecidos para obter uma estequiometria de massas de CaSiOs após a calcinação. Os componentes foram misturados e compactados em um recipiente de PTFE com água para granular. Os grânulos úmidos foram então secos em um forno de convecção e cozidos em um forno em caixa (Sentro Tech, ST-1500C-121216) a 1200°C a uma taxa de aquecimento de 10°C/minuto e mantidos na temperatura de pico durante 1 hora. As composições de silicato de cálcio foram então moídas (Retch, PM 100) e carbonatadas a 60°C sob uma atmosfera de CO2 agitada enquanto parcialmente saturadas com água. As composições de silicato de cálcio moído e as composições de silicato de cálcio carbonatadas foram analisadas por XRD. Os dados de XRD, apresentados na Figura 13a, indicam 0 desenvolvimento de todas as três espécies carbonatáveis cristalinas (wollastonita/pseudowollastonita, rankinita, larnita) mesmo em uma mistura com uma química a granel de CaSiOs. A Figura 13b indica a presença de espécies carbonatadas calcita, aragonita e vaterita após cura em CO2.

[0085] Síntese de composições de silicato de cálcio a partir de calcário silícico em forno em caixa

[0086] Um calcário silícico de ocorrência natural foi usado para determinar as fases de silicato de cálcio formadas em altas temperaturas a partir de um material impuro de ocorrência natural. O calcário possui naturalmente uma razão molar de Ca elementar para Si elementar (Ca : Si) de 1,12 e assim poderia atuar como uma matéria prima única para a síntese de composições de silicato de cálcio. A química do calcário é mostrada na Tabela 5. Tabela 5 Composição de óxido do calcário silícico exemplificado, após a ignição a 1000°C

[0087]0 calcário foi triturado em um pó e depois granulado. O material granulado foi queimado em um forno em caixa até temperaturas entre 1.000°C e 1.250°C a 10°C/minuto com retenções de 3 horas. O produto dos experimentos no forno foi moído em um pó e analisado com XRD para quantificar o desenvolvimento de fases de silicato de cálcio carbonatável. Os resultados da quantificação de difração de raios X em calcário silícico calcinado em diferentes temperaturas são mostrados na Tabela 6 e nas Figuras 15a-15c. Tabela 6 Resultados da quantificação de difração de raios X em calcário silícico

[0088]Após esses experimentos, uma grande quantidade deste calcário foi preparada e processada como descrito anteriormente no forno em caixa a 1.150°C. O material foi então moído para um pó com um tamanho médio de partícula (d50) de aproximadamente 12 μm e incorporado em uma mistura de concreto. Esta mistura foi formada por fundição vibratória em cilindros de 10x,16 cm x 20,32 cm (4" x 8"). Os cilindros foram carbonatados a 60°C em um ambiente de CO2. Após a cura, a resistência à compressão das amostras foi testada. As amostras de concreto apresentaram uma resistência média de 10,818 ± 872 psi. O desenho do concreto é mostrado na Tabela 7. Tabela 7 Projeto de mistura de concreto experimental

[0089]Preparação e carbonatação de fases amorfas de silicato de cálcio

[0090]Além da carbonatação de fases de silicato de cálcio cristalino, é também possível carbonatar silicato de cálcio em um estado amorfo. Uma de silicato de cálcio composição sintética foi produzida por cozedura de calcário de alta pureza e areia de alta pureza a 1500°C. O material resultante foi moído em um pó com um tamanho médio de partícula (d50) de aproximadamente 12 μm. Esta composição de silicato de cálcio demonstra uma razão molar de Ca:Si de 1,08 medida por fluorescência de raios X (Tabela 8), tornando-a similar às composições de silicato de cálcio descritas nos exemplos anteriores. Contudo, o padrão XRD desta composição de silicato de cálcio, ilustrada na Figura 16, revela que é altamente amorfa (> 95% amorfa pelo refinamento de Reitveld).

[0091]A composição foi carbonatada por reação a 60°C sob uma atmosfera de CO2 agitada que estava parcialmente saturada com água. Após 18 horas da carbonatação, a amostra teve um ganho de massa de 25% apesar da sua falta de fases de silicato de cálcio cristalino significativas. Tabela 8 Composição de óxido de cimento sintético de wollastonita de alta temperatura porXRF

[0092]Preparação e carbonatação de composições de silicato de cálcio amorfo contendo AI2O3 com uma razão molar de Ca:Si de 1:1

[0093]As composições amorfas de silicato de cálcio contendo AI2O3 foram preparadas a partir de reagentes de grau químico para verificar 0 seu potencial de carbonatação. As amostras foram preparadas a partir de 60 g de S1O2 (Min-u-sil 5, US Sílica), 100 g de CaCCh (Sigma Aldrich, C6763) e quantidades variáveis de AI(OH)3 (Sigma Aldrich, 239186). As matérias-primas foram misturadas à mão e aquecidas a 1.600°C a 10°C/minuto em um forno de carregamento de fundo (Sentro Tech, ST-1600C-101012-BL). Após uma espera de uma hora em temperatura máxima, 0 material foi removido do forno e imediatamente resfriado derramando-o sobre uma chapa de aço. As composições de silicato de cálcio amorfo resultantes foram moídas em um pó com um tamanho médio de partícula (d50) de 12 μm e carbonatadas durante 20 horas a 60°C sob uma atmosfera de CO2 agitada enquanto parcialmente saturada com água. As amostras de composição de silicato de cálcio foram analisadas por XRD antes e após a carbonatação para determinar a sua cristalinidade e identificar os produtos de carbonatação. Os resultados desses experimentos estão resumidos na Tabela 9. Uma comparação do padrão XRD obtido para a amostra 1 antes e depois da carbonatação é mostrada na Figura 17. Tabela 9 Amostras de vidro de wollastonita preparadas por fundição em forno e resfriamento em chapa de aço

a - Composição de óxido em % em massa. O ganho de massa após uma reação de 20 horas a 60°C em uma atmosfera de CO2 também é relatado.

[0094]Síntese e carbonatação de silicates de cálcio com várias inclusões de impurezas

[0095]0s silicates de cálcio foram preparados misturando-se reagentes de grau químico em várias proporções para obter amostras com uma razão molar de Ca:Si de 1:1 com uma gama de impurezas de AI2O3, Fe2θ3 e MgO para determinar 0 efeito destas impurezas na composição de silicato de cálcio. Foram utilizados CaCCh (Sigma Aldrich, C6763), SÍO2 (US Silica, Min-u-sil 5), AI(OH)3 (Sigma Aldrich, 239186), Fe2Ü3 (Fisher Scientific, 1116) e MgCCh (Sigma Aldrich, 342793) na síntese das amostras. Uma descrição dos níveis de impurezas nestas amostras é mostrada na Tabela 10. As amostras foram preparadas e misturadas à mão e prensadas utilizando uma prensa hidráulica em peletes de 2,54 cm (1") de diâmetro. Os peletes foram cozidos em um forno em caixa até temperaturas entre 1150°C e 1250°C a 10°C/min com uma espera de 1 hora. Após cozedura, as amostras foram moídas em um pó. Os cimentos moídos foram analisados por difração de raios X. Os resultados da análise XRD são apresentados na Tabela 11 para as amostras a 1150°C e na Tabela 12 para as amostras a 1250°C. Tabela 10 Teor de impurezas calculado das amostras produzidas com uma razão molar de Ca:Si de 1,0

[0096]Síntese e carbonatação de silicates de cálcio de várias razões molares de Ca:Si

[0097]Os silicates de cálcio foram preparados misturando-se os reagentes de grau químico em várias proporções para obter amostras com uma razão molar de Ca:Si variando de 0,8 a 1,2 para determinar o efeito e a composição de silicato de cálcio. CaCCh (Sigma Aldrich, C6763) e SiOz (U.S. Silica, Min-u-sil 5) foram usados na síntese das amostras. As amostras foram preparadas e misturadas à mão e prensadas utilizando uma prensa hidráulica em peletes de 2,54 cm (1") de diâmetro. Os peletes foram cozidos em um forno em caixa até 1250°C a 10°C/min com uma espera de 1 hora. Após cozedura, as amostras foram moídas em um pó. Os cimentes moídos foram analisados por difração de raios X, mostrados na Tabela 13. Tabela 13

[0098]Estatísticas de distribuição de tamanho de partícula

[0099]As Figuras 18 e 19 mostram os perfis de distribuição de tamanho de partícula das duas composições de silicato de cálcio moídas para produzir uma distribuição de tamanho de partícula estreita e larga. SC-C2 foi produzido por moagem a jato de um pó grosseira mente moído e SC-C2a foi produzido por moagem em esferas de um pó grosseira mente moído. Tabela 14 Estatísticas de distribuição de tamanho de partículas de cimentos SC-C2 e SC-C2a

[0100] As características de empacotamento dos pós SC-C2 e SC-2Ca foram medidas por testes de fluxo realizados em argamassas. As argamassas foram produzidas misturando-se a composição experimental de silicato de cálcio com areia padrão ASTM C109 (Humbolt Manufacturing, H-3825) com uma relação de composição de silicato de cálcio para areia de 1:3 em massa e uma razão de água para composição de silicato de cálcio de 0,375 em massa. O fluxo da argamassa após 20 derivações em uma mesa de fluxo motorizada foi medido. A Figura 20 mostra a melhora significativa da propriedade de fluxo da argamassa preparada com SC-C2a. Este resultado indica que as misturas preparadas com SC-C2a largo exigirão menos água para conseguir um comportamento de fluxo desejado do que os concretos comparáveis feitos com SC-C2 estreito.

[0101] Cilindros de concreto de dimensões de 10,16 cm de diâmetro e 20,32 cm de altura (4"D x 8"H) foram preparados para medir a resistência à compressão de concretos carbonatados em estados secos e saturados com água. Os componentes secos das amostras de concreto foram misturados nas proporções listadas na Tabela 15. Tabela 15

[0102] Glenium 7500 (BASF) foi usado como uma mistura redutora de água para ajudar a dispersar a composição de silicato de cálcio em baixas razões de composição de silicato de cálcio-água. Uma dosagem de 10 mL/Kg de aglutinante foi usada para todas as misturas. Uma razão de composição de silicato de cálcio para água de 0,271 foi usada.

[0103] O cilindro de concreto foi submetido à cura sob alta concentração de CO2 a 60° C. Os cilindros de concreto resultantes foram testados nos estados seco e molhado de acordo com ASTM C-39 quando aplicável. Para o ensaio saturado com água, os cilindros foram embebidos durante 24 horas em água para saturar a microestrutura com água. Adicionalmente, as amostras de SC-C2a foram submetidas a uma saturação a vácuo de 24 horas para assegurar a saturação total da microestrutura. Os resultados dos testes indicam uma resistência à compressão melhorada para a amostra produzida com a composição de silicato de cálcio SC-C2a larga (Figura 21). Verifica-se também que a alteração relativa da resistência à compressão após a saturação da amostra com água é diminuída quando é utilizada uma composição de silicato de cálcio amplamente distribuída.

[0104] SC-L - Distribuição super ampla

[0105] A Figura 22 mostra o perfil de distribuição de tamanho de partícula para um clínquer de composição de silicato de cálcio que foi moído em um moinho de esferas de malha fechada industrial para alcançar uma distribuição de tamanho de partícula alvo. O mesmo clínquer utilizado para produzir esta composição de silicato de cálcio foi moído em moinhos de esferas de lote com uma carga de meio diferente para produzir um tamanho de partícula largo com um tamanho de partícula médio mais elevado (d50) no caso da Figura 23, e um tamanho de partícula largo (d50) no caso da Figura 24. As distribuições estão sobrepostas na Figura 25. Tabela 16 Estatísticas gerais de tamanho de partícula que descrevem o cimento tipo I, tipo III e um cimento hipotético amplamente distribuído

Tabela 17 Estatísticas de distribuição de tamanho de partícula de cimentos exemplificados em comparação com amostras de cimento Portland de tipo I e tipo III

[0106] Nesta especificação e nas reivindicações em anexo, as formas singulares "um", "uma", e "o", "a" incluem referência plural, a menos que o contexto indique claramente o contrário.

[0107] A menos que definido de outro modo, todos os termos técnicos e científicos aqui utilizados têm o mesmo significado geralmente entendido por um versado na técnica. Embora quaisquer métodos e materiais similares ou equivalentes aos aqui descritos possam também ser utilizados na prática ou teste da presente descrição, os métodos e materiais preferenciais são agora descritos. Os métodos aqui citados podem ser realizados em qualquer ordem que seja logicamente possível, em adição a uma ordem particular descrita.

[0108] Incorporação por Referência

[0109] Foram feitas nesta descrição referências e citações a outros documentos, tais como patentes, pedidos de patentes, publicações de patentes, revistas, livros, artigos, conteúdo da rede. Todos estes documentos são aqui incorporados por referência na sua totalidade para todos os propósitos. Qualquer material ou parte dele, que é dito incorporado por referência neste documento, mas que entra em conflito com definições existentes, declarações ou outro material de descrição explicitamente apresentado neste documento, só é incorporado na medida em que não surja conflito entre esse material incorporado e o material da presente descrição. Em caso de conflito, o conflito deve ser resolvido em favor da presente descrição como a descrição preferencial.

Equivalentes

[0110] Os exemplos representativos aqui descritos destinam-se a ajudar a ilustrar a invenção, e não se destinam, nem deveriam ser interpretados, a limitar o escopo da invenção. De fato, várias modificações da invenção e muitas outras modalidades da mesma, em adição as aqui ilustradas e descritas, tornar-se-ão evidentes para os versados na técnica a partir do conteúdo completo deste documento, incluindo os exemplos que se seguem e as referências à literatura de patentes e científica aqui citada. Os exemplos que se seguem contêm importantes informações adicionais, exemplificação e orientação que podem ser adaptadas à prática desta invenção nas suas várias modalidades e seus equivalentes.

Claims

1. COMPOSIÇÃO, caracterizada por compreender: silicato de cálcio na forma de fases de silicato de cálcio cristalinas discretas selecionadas a partir de um ou mais de CS (wollastonita ou pseudowollastonita), C3S2 (rankinita), C2S (belita, larnita, bredigita), e silicato de cálcio na forma de uma fase amorfa de silicato de cálcio, em que uma ou mais fases de silicato de cálcio cristalinas discretas estão presentes em 30% ou mais em massa das fases totais, Ca elementar e Si elementar estão presentes na composição em uma razão molar de 0,8 a 1,2; e os óxidos metálicos de Al, Fe e Mg estão presentes na composição em 30% ou menos em massa, em que cada uma das fases de silicato de cálcio é adequada para carbonatação com CO2, e a composição é adequada para carbonatação com CO2 a uma temperatura de 30°C a 90°C para formar CaCO3 com um ganho de massa de 10% ou mais.

2. COMPOSIÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por compreender uma ou mais fases de SiO2 e CaO.

3. COMPOSIÇÃO, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada por compreender uma ou mais fases do tipo melilita com a fórmula geral (Ca, Na, K)2[(Mg, Fe2+, Fe3+, Al, Si)3O7] ou fases do tipo ferrita com a fórmula Ca2(Al, Fe3+)2O5.

4. COMPOSIÇÃO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada por os elementos de impurezas Al, Fe e Mg ou outras impurezas traço estarem presentes por substituição em qualquer silicato de cálcio cristalino ou incorporados na fase amorfa de silicato de cálcio.

5. COMPOSIÇÃO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada por a razão molar de Ca elementar para Si elementar ser de 0,90 a 1,10.

6. COMPOSIÇÃO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada por compreender 25% ou menos de óxidos metálicos de Al, Fe e Mg por massa de óxido total.

7. COMPOSIÇÃO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada por CS estar presente de 10% em peso a 60% em peso, C3S2 de 5% em peso a 50% em peso, C2S de 5% em peso a 60%, e C em 0% em peso a 3% em peso.

8. COMPOSIÇÃO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada por ser adequada para a carbonatação com CO2 a uma temperatura de 30°C a 90°C para formar CaCOs com ganho de massa de 20% ou mais.