[发明专利]由含钙岩石和矿物生产氧化钙或普通波特兰水泥的工艺

说明书

本发明的方面包括水泥材料的生产方法，包括如下步骤：将含钙起始材料与第一酸进行第一反应以产生含水的第一钙盐；将含水的第一钙盐与第二酸进行第二反应以产生固体的第二钙盐；其中第二酸不同于第一酸且第二钙盐不同于第一钙盐；和将第二钙盐热处理以产生第一水泥材料。优选地但非必要地，在第二反应步骤期间，第一钙盐和第二酸之间的反应使第一酸再生。

相关申请的交叉引用

本申请要求2019年8月13日提交的美国临时申请No.62/886,137、2019年10月10日提交的美国临时申请No.62/913,620、2019年11月7日提交的美国临时申请No.62/932,200和2020年5月4日提交的美国临时申请No.63/019,916的权益和优先权，所述美国临时申请各自特此在不与本文矛盾的程度上以其整体通过援引并入。

背景技术

水泥材料(包括普通波特兰水泥(Ordinary Portland Cement))的生产技艺面临相当大的挑战、不足和/或缺陷。例如，常规的水泥生产工艺为能量密集的，产生使环境恶化的副产物例如CO₂和/或SO₂，和仅利用受限范围的原料(主要是简单的基于钙的材料例如碳酸钙(石灰石)或开采的硫酸钙(石膏))。本申请克服本领域中的这些和其它挑战。

发明内容

本文中提供水泥材料的生产方法，其具有下面的优势或特征的任意组合：与现有途径相比为较不能量密集的，其中一些实施方式为净能量中和的(平衡的，neutral)或甚至产生净能量的，使某些反应物(试剂，reagent)再生，以净反应没有SO₂和/或CO₂为特征，回收某些副产物(byproduct)，不包括产生CO₂，可利用更宽范围的原料材料(包括更复杂材料)，产生增值副产品(side product)，和/或产生复合水泥材料。

本文中包括生产水泥材料的方法，其使用其中材料与两种不同的酸和/或以两个不同的酸反应步骤反应的双酸途径。这些途径的优势包括上述的优势和特征的全部或大多数。例如，所公开的双酸途径提供如下能力：蒸煮(浸提，digest)复杂的含钙材料(包括具有Ca和其它金属(包括准金属)元素如Si、Al的那些材料以及其它物种(species))，和甚至由那些非-Ca金属形成增值副产品，同时还使反应物酸再生。显著地，这些方法还可没有CO₂产生且可包括将SO₂转化为反应物酸，由此消除或大幅减少基于CaSO₄的水泥制造途径的SO₂排放。

发明的方面包括水泥材料的生产方法，包括如下步骤：将含钙起始材料与第一酸进行第一反应以产生含水(水性，水相)的第一钙盐；将含水的第一钙盐与第二酸进行第二反应以产生固体的第二钙盐；其中第二酸不同于第一酸且第二钙盐不同于第一钙盐；和热处理一种或多种钙盐以产生第一水泥材料。优选地但非必要地，所述一种或多种钙盐为第二钙盐。优选地但非必要地，在第二反应步骤期间，第一钙盐和第二酸之间的反应使第一酸再生。优选地但非必要地，所述方法以净反应没有成酸气体产物为特征。优选地但非必要地，所述方法包括形成以纯度大于或等于90干重％纯度为特征的固体的第二钙盐。优选地但非必要地，本文中公开的所述方法的任一个包括在第一反应步骤之后且在第二反应步骤之前的第一分离步骤；第一分离步骤包括将第一含水级分与第一固体级分分离；其中第一含水级分包括含水的第一钙盐且第一固体级分包括在第一反应步骤期间形成的一种或多种固体副产物。优选地但非必要地，本文中公开的所述方法的任一个包括在第二反应步骤之后且在热处理步骤之前的第二分离步骤；第二分离步骤包括将第二固体级分与第二含水级分分离；其中第二固体级分包括固体的第二钙盐且第二含水级分包括在第二反应步骤期间形成的一种或多种含水副产物。优选地，固体级分以干质量的至少90wt.％是第二钙盐为特征。