[发明专利]煤燃烧产物水泥及其相关生产方法

说明书

本申请要求2007年4月25日提交的美国临时申请US60/914021的优先权权益并且将其全文引入作为参考。

技术领域

本申请的技术领域涉及由低价值的矿物质和采矿业、工业、农业和市政的副产物生产得到的低成本水泥。更具体的，本申请涉及由煤燃烧产物例如粉煤灰所形成的水泥，其足以作为波特兰水泥的实用替代品。

背景技术

长期以来，建筑业的特征在于其对波特兰水泥的重要依赖性，一种追溯到两个世纪前的材料，通过技术上原始的生产工艺来制备。波特兰水泥的生产消耗大量能源，运用大量非再生资源，并且是世界温室气体排放的主要来源。尽管在运用副产物和低成本原材料，例如粉煤灰、炉渣、硅粉、沸石和火山灰部分地替代波特兰水泥已经取得显著进步，世界范围的建筑业仍然极大地依赖于波特兰水泥以满足基础结构和建筑的需要。结合主要的波特兰水泥在经济高速发展地区如中国的扩大产能，和波特兰水泥工业上极少量的效率增长，这在未来的数十年转化为增加的环境代价，尤其考虑到二氧化碳的释放和非再生资源的利用。尽管已经致力于发展波特兰水泥的替换品，仍相对缺乏可在工程和经济上替换波特兰水泥而同时显著减少对环境负担的替代技术。

同时，存在多种低价值的矿物质和矿业、工业、农业和市政的副产物，例如煤灰和其它来自煤燃烧电厂、双重燃烧电厂和垃圾转化为能源的发电厂的副产物(CFPPs，DFPPs和WtEPPs)，可被用于水泥生产，但远远未被充分使用。CFPPs，DFPPs和WtEPPs燃烧煤、石油和/或生物质燃料并制造大量的无机副产物，例如粉煤灰、炉底灰和锅炉渣，当是CFPPs时统一称为煤燃烧产物(CCPs)。在世界范围内煤都是电厂应用的主要燃料，2005年仅在美国的CFPPs就产生大约123,000,000吨的CCPs，其中大部分以垃圾掩埋法丢弃。CCPs成为一类未被充分利用的低价值副产物，并可能用于制造廉价水泥。任何一种CFPP产生的CCPs的类型和数量取决于该CFPP的年限和结构、用作燃料的煤的种类，用于燃烧煤的具体燃烧条件和CCPs的收集方式。粉煤灰在CFPPs中尤其经常通过烟道气大量回收。

需要更多的可以由廉价原材料生产的可供使用的水泥，其具有与波特兰水泥相当或更好的性能和成本效益。尽管已经通过加入例如粉煤灰、炉渣、硅粉、沸石和火山灰的材料来制备降低成本水泥作为部分波特兰水泥的替代品，但对波特兰水泥的持续依赖性使得仅表现出有限的经济和环境优势。同样的，尽管基于磷酸镁钾、磷酸铁、磷酸铝和磷酸盐化粉煤灰的多种磷酸盐水泥已经被提倡(例如，美国专利第4328037号，在此全部引入作为参考)，这些产品的生产需要利用昂贵的非再生资源并要求大规模的工艺链和能量输入供其生产。因此，迫切需要廉价水泥，其最大程度地利用低价值的矿物质和矿业、工业、农业和市政的副产物，并且其生产只导致最小化的经济和环境负担。

发明内容

本发明提供廉价副产物水泥和其生产方法。可以制备源自CCPs和其他矿业、农业、工业和市政副产物以及低价值矿物质的多种水泥，从而最大程度地利用廉价原材料，而且这只需要最简单的工艺步骤。因此根据本发明的原理提供高度可用并具有相对较低环境影响的水泥。本发明的多个方面可以分别理解或如下面所述彼此结合。

本发明的一个方面是提供水泥生产工艺，该工艺引入CCPs，后者在CFPPs中以兆吨规模产生否则以垃圾掩埋法丢弃，而在本发明中被设法转变为经济和环境上有益的胶结性材料。