[发明专利]来自焚烧残渣的碳酸化活化的熟料粘合剂

说明书

一种合成废物来源的CO₂活化熟料的方法，其包括在1000‑1100℃的温度下烧结球结(nodule)足够的时间以在所述球结内获得CO₂‑反应性熟料相，冷却熟料球结，并减小成粉末以获得熟料粉末；其中所述球结是均匀尺寸的城市固体废物(MSW)焚残渣粉末的化学计量混合物的集合体；其中化学计量混合物涉及含有以氧化物形式表示的元素Ca、Al和Si的主要组成，其范围为35‑45wt％CaO，2‑8wt％Al₂O₃和12‑20wt％SiO₂；其中所述化学计量混合物的剩余部分可包括Mg、Fe、Na、K、P、S、C和Cl的氧化物或化合物；其中最终的化学计量混合物的总硫含量为1‑10wt％，总碳含量为2‑20wt％，总氯含量为2‑15wt％。

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年3月23日提交的美国专利临时申请62/475,587的优先权，其说明书的全部内容通过引用结合于此。

背景

(a)领域

本文所公开的主题一般涉及来自碳酸化(carbonation)活化的城市固体废物(MSW)焚烧炉残渣的原料熟料(clinker)组合物、新建筑产品和其制备方法。

(b)相关现有技术

填埋仍然是城市固体废物(MSW)最普遍的处理方法。除了占用大量土地外，传统的填埋还会产生长期问题，如GHG(温室气体)排放物，臭味以及渗滤液渗漏造成的土壤和地下水污染。垃圾填埋场渗滤液含有大量有毒有机物和重金属。焚烧是一种侵入性较少的替代方案，因为它将MSW的体积减少了90％，消除了有机污染物，并利用MSW的热值来产生能量。焚烧炉也被称为废物再生能源(WTE)设施。尽管如此，焚烧会产生碳排放物和灰分副产物，这些副产物主要集中在垃圾填埋场。

鉴于全球对环境可持续性的稳定推动，新出现的举措旨在实施更全面的措施，以满足回收工业废物、减少人为排放物和降低能源消耗的需求。混凝土是世界上使用最多的建筑材料，全球估计每年使用38亿m³(约90亿吨)。它基本上由骨料(天然石)、水泥粘合剂和水组成，按重量百分比含量递减。它的生产是最多生态税收的工业实践之一，面临越来越多的限制和越来越严格的监管法规。除了能源和排放密集之外，获得混凝土的主要成分(水泥和骨料)也会导致自然资源的严重枯竭。水泥生产中的碳排放物占全球人为二氧化碳总量的5％，主要归因于水泥的高温烧结步骤(～1500℃)和伴随的石灰石煅烧。据估计，生产一吨水泥熟料消耗850,000千卡能量，需要1.7吨天然原料，并产生约0.85吨CO₂。另一方面，天然骨料(混凝土的主要成分)的提取与大量的挖掘工作有关，并继续引起与侵蚀有关的环境问题。当前的消费率可能会限制未来可得资源的存在。因此，用符合减少排放物和/或能源消耗标准的合适废物替代品替代天然原料混凝土成份，为可持续建筑最佳实践提供了积极的努力。

另一方面，减少二氧化碳已成为一项集体的全球挑战，许多国家的立法努力要求更严格的排放限制，并通过实施从烟气中捕获CO₂的技术寻求碳从大气中转移以供后续利用和/或储存。西方气候倡议框架下的上限和贸易制度(安大略省、魁北克省、不列颠哥伦比亚省和马尼托巴省)以及艾伯塔省的艾伯塔省减排基金(前身为CCEMC)都是此类国内倡议的例子。这些计划强制GHG排放者的允许配额，其中偏差将通过征税和/或以吨为单位的碳信用额交易来抵消。这种CO₂的货币化已被证明可有效减少排放物，进一步激励碳捕获和利用/储存。碳捕与储存(CCS)的概念为CO₂的有效遏制和长期固定提供了有效手段。2005年，IPCC(政府间气候控制小组)启动了一个在政策制定层面上讨论CCS的全球论坛。

非常希望获得主要由城市固体废物(MSW)焚烧炉残渣制成的熟料产品，其粘合强度通过碳酸化来激活，因为可持续性益处将是众多的并且涉及与以下相关的主题：危险废物控制和回收利用；垃圾填埋转移；资源保护；和碳排放物减少。