形成球霰石与氧化镁的组合物、方法和系统

相关申请的交叉引用

本申请要求2021年4月19日提交的美国临时申请第63/176,709号的权益，该美国临时申请在本文中通过引用以其整体并入本公开内容中。

背景

二氧化碳(CO

概述

本文提供了与捕获CO

在一个方面中，提供了水泥组合物或非水泥组合物，该组合物包含：球霰石和氧化镁。在上述方面的一些实施方案中，球霰石在约30wt％-99wt％之间，并且氧化镁在约1wt％-70wt％之间。在上述方面和实施方案的一些实施方案中，球霰石的粒度在约0.1微米-100微米之间。在上述方面和实施方案的一些实施方案中，组合物是干粉组合物。在上述方面和实施方案的一些实施方案中，组合物是湿饼组合物或者是浆料。在上述方面和实施方案的一些实施方案中，氧化镁是欠烧氧化镁(under burnt magnesium oxide)、轻烧氧化镁(soft burnt magnesium oxide)、僵烧氧化镁(dead burnt magnesium oxide)或其组合。在上述方面和实施方案的一些实施方案中，球霰石部分地在氧化镁的表面上。在上述方面和实施方案的一些实施方案中，组合物还包含外加剂(admixture)、骨料、添加剂、硅酸盐水泥熟料、辅助胶凝材料(supplementary cementitious material)(SCM)或其组合。

在上述方面和实施方案的一些实施方案中，组合物还包含文石、方解石、氢氧化镁或其组合，以及水，其中组合物是浆料组合物。在一个方面中，提供了包含球霰石、文石、方解石、氧化镁、氢氧化镁或其组合以及水的水泥浆料组合物或非水泥浆料组合物。在上述方面的一些实施方案中，球霰石在水中溶解和再沉淀时转化为文石和/或方解石，并且氧化镁转化为氢氧化镁。在上述方面和实施方案的一些实施方案中，文石呈针状物的网络的形状。在上述方面和实施方案的一些实施方案中，氢氧化镁将文石针状物结合在一起。在上述方面和实施方案的一些实施方案中，氢氧化镁将方解石结合在一起。在上述方面和实施方案的一些实施方案中，氢氧化镁使文石稳定并且防止文石转化为方解石。在上述方面和实施方案的一些实施方案中，水以氢氧化镁的形式结合到组合物上。在上述方面和实施方案的一些实施方案中，组合物具有高于10的pH。在上述方面和实施方案的一些实施方案中，组合物还包含外加剂(admixture)、骨料、添加剂、硅酸盐水泥熟料、辅助胶凝材料(SCM)或其组合。

在一个方面中，提供了包含文石和/或方解石以及氢氧化镁的胶凝产品或非胶凝产品，其中氢氧化镁将文石和/或方解石结合在一起。在上述方面的一些实施方案中，产品具有在0-95％之间的孔隙率。在上述方面和实施方案的一些实施方案中，产品具有大于0.05MPa的抗压强度。在上述方面和实施方案的一些实施方案中，产品具有高于10的pH，并且防止钢腐蚀。在上述方面和实施方案的一些实施方案中，文石呈针状物的网络的形状。在上述方面和实施方案的一些实施方案中，氢氧化镁将文石和/或方解石结合在一起。在上述方面和实施方案的一些实施方案中，氢氧化镁填充文石和/或方解石的孔隙(porosity)，使其致密且孔隙较少。在上述方面和实施方案的一些实施方案中，氢氧化镁使文石稳定并防止文石转化为方解石。

在一个方面中，提供了形成组合物的方法，该方法包括：

(i)煅烧石灰石以形成包含石灰和氧化镁的混合物以及包含二氧化碳的气流；

(ii)将包含石灰和氧化镁的混合物溶解在含N盐溶液中，以产生包含钙盐和氧化镁的水溶液；以及

(iii)用包含二氧化碳的气流处理包含钙盐和氧化镁的水溶液，以形成包含球霰石和氧化镁的组合物。

在上述方面的一些实施方案中，该方法还包括在步骤(ii)中产生包含氧化镁的固体，以及用包含二氧化碳的气流处理包含钙盐和氧化镁的水溶液以及包含氧化镁的固体，以形成包含球霰石、氧化镁和包含氧化镁的固体的组合物。

在一个方面中，提供了形成组合物的方法，该方法包括：

(i)煅烧石灰石以形成包含石灰和氧化镁的混合物以及包含二氧化碳的气流；

(ii)将包含石灰和氧化镁的混合物溶解在含N盐溶液中，以产生包含钙盐的水溶液和包含氧化镁的固体；

(iii)将固体与水溶液分离；

(iv)用包含二氧化碳的气流处理包含钙盐的水溶液，以形成包含球霰石的组合物；以及

(v)将包含球霰石的组合物和包含氧化镁的固体混合。

在一个方面中，提供了形成组合物的方法，该方法包括：

(i)煅烧石灰石以形成包含石灰和氧化镁的混合物以及包含二氧化碳的气流；

(ii)将包含石灰和氧化镁的混合物溶解在水性含N盐溶液中，以产生包含钙盐和氧化镁的第一水溶液以及包含氨的气流；

(iii)回收包含二氧化碳的气流和包含氨的气流，并使这些气流经历冷却过程，以冷凝包含碳酸氢铵、碳酸铵、氨、氨基甲酸铵或其组合的第二水溶液；以及

(iv)用包含碳酸氢铵、碳酸铵、氨、氨基甲酸铵或其组合的第二水溶液处理包含钙盐和氧化镁的第一水溶液，以形成包含球霰石和氧化镁的组合物。

在上述方面的一些实施方案中，该方法还包括在步骤(ii)中产生包含氧化镁的固体，以及用第二水溶液处理包含钙盐和氧化镁的第一水溶液和包含氧化镁的固体，以形成包含球霰石、氧化镁和包含氧化镁的固体的组合物。

在一个方面中，提供了形成组合物的方法，该方法包括：

(i)煅烧石灰石以形成包含石灰和氧化镁的混合物以及包含二氧化碳的气流；

(ii)将包含石灰和氧化镁的混合物溶解在水性含N盐溶液中，以产生包含钙盐的第一水溶液、包含氧化镁的固体以及包含氨的气流；

(iii)将固体与第一水溶液分离；

(iv)回收包含二氧化碳的气流和包含氨的气流，并且使这些气流经历冷却过程，以冷凝包含碳酸氢铵、碳酸铵、氨、氨基甲酸铵或其组合的第二水溶液；

(v)用包含碳酸氢铵、碳酸铵、氨、氨基甲酸铵或其组合的第二水溶液处理包含钙盐的第一水溶液，以形成包含球霰石的组合物；以及

(vi)将包含球霰石的组合物和包含氧化镁的固体混合。

在前述方面的一些实施方案中，石灰石包含在约1％-70％之间的镁或含镁矿物(magnesium bearing mineral)。在前述方面和实施方案的一些实施方案中，所述方法还包括在煅烧之前将含镁矿物与石灰石混合。在前述方面和实施方案的一些实施方案中，含镁矿物包含在约1％-70％之间的镁。在前述方面和实施方案的一些实施方案中，镁或含镁矿物在煅烧时形成氧化镁。在前述方面和实施方案的一些实施方案中，含镁矿物包括碳酸镁、碳酸钙镁、镁盐、钾镁盐、氢氧化镁、硅酸镁、硅酸镁铁、硫酸镁或其组合。在前述方面和实施方案的一些实施方案中，含镁矿物包括碳酸镁、镁盐、氢氧化镁、硅酸镁、硫酸镁或其组合。在前述方面和实施方案的一些实施方案中，含镁矿物选自由白云石、菱镁矿、水镁石、光卤石、滑石、橄榄石、水纤菱镁矿、水菱镁矿、球碳镁石、二菱镁矿、水碳镁石、多水菱镁矿、水镁钒及其组合组成的组。

在前述方面和实施方案的一些实施方案中，煅烧产生包含欠烧石灰、轻烧石灰、僵烧石灰、欠烧氧化镁、轻烧氧化镁、僵烧氧化镁或其组合的混合物。在前述方面和实施方案的一些实施方案中，所述方法还包括控制煅烧过程以控制混合物的组分。在前述方面和实施方案的一些实施方案中，控制煅烧过程包括控制石灰石的加热的温度和/或持续时间。

在前述方面和实施方案的一些实施方案中，所述方法还包括使球霰石在水中溶解和再沉淀时转化为文石和/或方解石，并且使氧化镁转化为氢氧化镁。在前述方面和实施方案的一些实施方案中，所述方法还包括形成呈针状物形状的文石。在前述方面和实施方案的一些实施方案中，所述方法还包括将文石和/或方解石与氢氧化镁结合在一起。在前述方面和实施方案的一些实施方案中，所述方法还包括用氢氧化镁稳定文石并防止文石转化为方解石。在前述方面和实施方案的一些实施方案中，所述方法还包括形成pH高于10的组合物。在前述方面和实施方案的一些实施方案中，所述方法还包括将水以氢氧化镁的形式结合到组合物上，从而防止组合物中的未结合水。

在前述方面和实施方案的一些实施方案中，所述方法还包括使文石和/或方解石凝固和硬化以及形成胶凝产品。在前述方面和实施方案的一些实施方案中，所述方法还包括用氢氧化镁填充文石和/或方解石的孔隙，使其致密且孔隙较少。在前述方面和实施方案的一些实施方案中，所述方法还包括防止由于氢氧化镁的存在而使文石转化为方解石。

在前述方面和实施方案的一些实施方案中，含N盐选自由含N无机盐、含N有机盐及其组合组成的组。在前述方面和实施方案的一些实施方案中，煅烧在竖窑、回转窑或电窑中进行。在前述方面和实施方案的一些实施方案中，含N无机盐选自由卤化铵、乙酸铵、硫酸铵、亚硫酸铵、硝酸铵、亚硝酸铵及其组合组成的组。在前述方面和实施方案的一些实施方案中，卤化铵是氯化铵。

在前述方面和实施方案的一些实施方案中，水溶液或第一水溶液还包含氨和/或含N盐。

在前述方面和实施方案的一些实施方案中，含N盐∶包含石灰和氧化镁的混合物的摩尔比在约0.5∶1-3∶1之间。

在前述方面和实施方案的一些实施方案中，溶解的步骤在一种或更多种溶解条件下进行，所述溶解条件选自由在约30℃-200℃之间的温度、在约0.1atm-10atm之间的压力、在0.5％-50％之间的含N盐在水中的wt％及其组合组成的组。

在前述方面和实施方案的一些实施方案中，不使用二氧化碳和/或氨的外部源，并且工艺是闭环工艺。

在前述方面和实施方案的一些实施方案中，包含氨的气流还包含水蒸气。

在前述方面和实施方案的一些实施方案中，气流还包括在约20％-90％之间的水蒸气。

在前述方面和实施方案的一些实施方案中，不向冷却过程中添加外部水。

在前述方面和实施方案的一些实施方案中，冷却的步骤在一种或更多种冷却条件下进行，所述冷却条件包括在约0-100℃之间的温度；在约0.5atm-50atm之间的压力；在约8-12之间的水溶液的pH；CO

在前述方面和实施方案的一些实施方案中，第二水溶液通过气体的冷凝形成。

在前述方面和实施方案的一些实施方案中，处理的步骤在一种或更多种沉淀条件下进行，所述沉淀条件选自由在7-9之间的水溶液或第一水溶液的pH、在20℃-60℃之间的溶液的温度、在5分钟-60分钟之间的停留时间或其组合组成的组。

在形成包含氧化镁的固体的前述方面和实施方案的一些实施方案中，固体还包含硅酸盐、氧化铁、氧化铝或其组合。在前述方面和实施方案的一些实施方案中，在水溶液或第一水溶液中、在组合物中或其组合，固体在1wt％-40wt％之间。

在前述方面和实施方案的一些实施方案中，所述方法还包括在处理的步骤之前通过过滤和/或离心将固体与水溶液或第一水溶液分离。在前述方面和实施方案的一些实施方案中，分离的固体作为填料被添加回到组合物中。

在前述方面和实施方案的一些实施方案中，当含N无机盐是卤化铵时，分离的固体还包括残余的卤化铵。

在前述方面和实施方案的一些实施方案中，所述方法还包括使用选自由漂洗、热分解、pH调节及其组合组成的组的回收工艺从固体中回收残余的卤化铵。

在前述方面和实施方案的一些实施方案中，所述方法还包括使沉淀材料/组合物脱水，以将组合物与上清液溶液分离。

在前述方面和实施方案的一些实施方案中，组合物和上清液溶液包含残余的含N盐。

在前述方面和实施方案的一些实施方案中，所述方法还包括从残余的含N无机盐中去除和任选地回收氨和/或含N无机盐，包括从上清液水溶液中去除和任选地回收残余的含N无机盐和/或从沉淀材料/组合物中去除和任选地回收残余的含N无机盐。

在前述方面和实施方案的一些实施方案中，所述方法还包括使用选自由热分解、pH调节、反渗透、多级闪蒸、多效蒸馏、蒸气再压缩、蒸馏及其组合组成的组的回收工艺从上清液水溶液中回收残余的含N无机盐。

在前述方面和实施方案的一些实施方案中，从沉淀材料/组合物中去除和任选地回收残余的含N无机盐的步骤包括在约300℃-360℃之间加热组合物，以从组合物中蒸发含N无机盐，任选地通过含N无机盐的冷凝进行回收。

在前述方面和实施方案的一些实施方案中，含N无机盐是氯化铵，该氯化铵以包含氨气、氯化氢气体、氯气或其组合的形式从组合物中蒸发。

在前述方面和实施方案的一些实施方案中，所述方法还包括将回收的残余氨和/或含N无机盐再循环回到该工艺的溶解和/或处理的步骤。

在前述方面和实施方案的一些实施方案中，使文石和/或方解石凝固并硬化以形成选自砌体单元、建筑面板、导管、盆(basin)、梁、柱、板、隔音屏障、保温材料及其组合的胶凝产品。

在前述方面和实施方案的一些实施方案中，使文石和/或方解石凝固并硬化以形成非胶凝产品。

在前述方面和实施方案的一些实施方案中，所述方法还包括向水溶液、第一水溶液和/或组合物中添加添加剂，其中添加剂选自由以下项组成的组：脂肪酸盐、癸基硫酸钠、月桂酸、月桂酸的钠盐、尿素、柠檬酸、柠檬酸的钠盐、邻苯二甲酸、邻苯二甲酸的钠盐、牛磺酸、肌酸、右旋糖、聚(n-乙烯基-1-吡咯烷酮)、天冬氨酸、天冬氨酸的钠盐、氯化镁、乙酸、乙酸的钠盐、谷氨酸、谷氨酸的钠盐、氯化锶、石膏、氯化锂、氯化钠、甘氨酸、柠檬酸钠脱水物、碳酸氢钠、硫酸镁、乙酸镁、聚苯乙烯钠、十二烷基磺酸钠、聚乙烯醇及其组合。

在前述方面和实施方案的一些实施方案中，球霰石是平均粒径在约0.1微米-100微米之间的颗粒组合物的单峰分布、双峰分布或多峰分布。

在前述方面和实施方案的一些实施方案中，所述方法还包括将组合物与普通硅酸盐水泥(OPC)、骨料、石灰石或其组合共混。

在前述方面和实施方案的一些实施方案中，所述方法还包括将组合物与选自由以下项组成的组的外加剂混合：凝固促进剂、缓凝剂、引气剂、发泡剂、消泡剂、碱反应性降低剂、粘结外加剂、分散剂、着色外加剂、腐蚀抑制剂、防潮外加剂、发气剂、渗透性降低剂、泵送剂、收缩补偿外加剂、杀真菌外加剂、杀菌外加剂(germicidal admixture)、杀虫外加剂、流变改性剂、细碎矿物外加剂、火山灰、骨料、润湿剂、强度增强剂、防水剂、增强材料及其组合。

在前述方面和实施方案的一些实施方案中，增强材料是由氧化锆、铝、玻璃、钢、碳、陶瓷、草、竹子、木材、玻璃纤维、合成材料或其组合制成的纤维。

在一个方面中，提供了由根据前述方面和实施方案的方法形成的产品。

在一个方面中，提供了形成组合物的系统，该系统包括：

(i)煅烧反应器，其被配置成煅烧石灰石以形成包含石灰和氧化镁的混合物以及包含二氧化碳的气流；

(ii)溶解反应器，其被可操作地连接到煅烧反应器，被配置成将包含石灰和氧化镁的混合物溶解在水性含N盐溶液中，以产生包含钙盐和氧化镁的水溶液；以及

(iii)处理反应器，其被可操作地连接到溶解反应器和煅烧反应器，被配置成用包含二氧化碳的气流处理包含钙盐和氧化镁的水溶液，以形成包含球霰石和氧化镁的组合物。

在一个方面中，提供了形成组合物的系统，该系统包括：

(i)煅烧反应器，其被配置成煅烧石灰石以形成包含石灰和氧化镁的混合物以及包含二氧化碳的气流；

(ii)溶解反应器，其可操作地连接到煅烧反应器，被配置成将包含石灰和氧化镁的混合物溶解在水性含N盐溶液中，以产生包含钙盐和氧化镁的第一水溶液以及包含氨的气流；

(iii)冷却反应器，其可操作地连接到溶解反应器和煅烧反应器，被配置成回收包含二氧化碳的气流和包含氨的气流，并且使这些气流经历冷却过程以冷凝包含碳酸氢铵、碳酸铵、氨、氨基甲酸铵或其组合的第二水溶液；以及

(iv)处理反应器，其可操作地连接到溶解反应器和冷却反应器，被配置成用包含碳酸氢铵、碳酸铵、氨、氨基甲酸铵或其组合的第二水溶液处理包含钙盐和氧化镁的第一水溶液，以形成包含球霰石和氧化镁的组合物。

在前述方面的一些实施方案中，溶解反应器与冷却反应器集成在一起。

附图

本发明的特征特别地在所附权利要求书中阐述。通过参考以下详细描述和附图将获得对本发明的特征和优点的更好理解，所述详细描述阐述了利用本发明的原理的说明性实施方案，在附图中：

图1图示出了本文提供的方法和系统的一些实施方案。

图2图示出了本文提供的方法和系统的一些实施方案。

图3图示出了本文提供的方法和系统的一些实施方案。

图4图示出了包括本文提供的集成的反应器的方法和系统的一些实施方案。

图5图示出了从球霰石到文石的转变的吉布斯自由能图。

图6A和图6B图示出了在1000倍放大倍数(图6A)和2500倍放大倍数(图6B)下包含由球霰石制成的文石的碳酸钙水泥的扫描电子显微镜图像。

图7A和图7B图示出分别在1000倍放大倍数(图7A)和2500倍放大倍数(图7B)下包含由球霰石和氧化镁制成的文石和氢氧化镁的碳酸钙水泥的扫描电子显微镜图像。

描述

碳酸钙水泥的转化可能不会化学结合水；因此，无论用什么水来制造碳酸钙水泥浆、砂浆或混凝土，在转化之后水都可能留在水泥中。在蒸发后，剩余的水可能有助于碳酸钙水泥浆的孔隙率，并且负面地影响硬化的水泥浆的强度、硬度和耐久性。此外，从球霰石到方解石或文石的转变可能导致固体体积的减少，这可能进一步增加水泥的孔隙率，产生胶凝复合材料(cemented composite)的耐久性和强度挑战。

申请人已经发现了包含球霰石和氧化镁(MgO)的独特组合物、方法和系统，它们避免了这些挑战，并且提供具有高抗压强度的耐用文石水泥复合材料和/或方解石水泥复合材料。出乎意料地发现，在用水溶解和再沉淀之后，球霰石向文石和/或方解石以及氧化镁向氢氧化镁的转化形成了具有高耐久性和强度的与氢氧化镁结合的文石水泥和/或方解石水泥。

将氧化镁(例如方镁石)并入到球霰石组合物中可以提供以下优点中的一个或更多个优点。首先，包含球霰石的组合物中的氧化镁可以提供控制球霰石转化为文石(任选地防止进一步转化为方解石)和/或方解石所需的镁离子。第二，氧化镁可以与水发生化学反应以形成氢氧化镁。然后，结合水可以增加硬化的水泥浆的体积，从而降低水泥浆的孔隙率。孔隙率的降低可能导致强度、硬度和耐久性的增加。第三，氢氧化镁的存在可以将水泥的孔隙溶液的pH缓冲到约大于9，这可能足以防止低碳钢钢筋在水泥结构中主动腐蚀。

因此，本文提供了独特的组合物、方法和系统，包括由石灰石形成的球霰石和氧化镁，它们可以用于形成如本文描述的多种产品。石灰石被煅烧以形成石灰，该石灰用水性含N盐溶液诸如例如仅铵盐，例如氯化铵水溶液或乙酸铵水溶液处理，以将石灰中的钙溶解(solubilize)或溶解(dissolve)在水溶液中。氧化镁可以在煅烧期间由石灰石中的矿物形成；可以由在煅烧期间单独添加到石灰石中的任何含镁矿物形成；和/或可以在其形成后被添加到包含球霰石的组合物中。所有这些方法都很好地在本发明的范围内，并且这些方法中的一种或更多种方法可以组合以实现本文提供的组合物、方法和系统。然后用二氧化碳气体(例如，在石灰石的煅烧期间释放的CO

通常，OPC中镁的含量被仔细监控。当采石场遇到含镁岩石的接缝时，这将导致它们超过镁的限值，那么采石场可能被迫单独管理该材料。如果镁含量太高，那么采石场可能会被迫将该材料放在一边，并且不使用它，或者将它用于低价值的操作，诸如在采石场中修建道路。不得不将开采的岩石放在一边是不合意的，因为采石场可能仍然具有爆破和运输岩石的费用，但是可能没有从高镁岩石生产的水泥的价值。然而，本文提供的包含球霰石和氧化镁的独特的组合物、方法和系统通过生产包含球霰石和氧化镁的胶凝组合物(cementitious composition)，增加了利用这些高含镁岩石的额外优势。组合物中的氧化镁可以是呈反应性形式，所述反应性形式在水合(胶凝过程(cementation process))时转化为氢氧化镁。

在一些实施方案中，包含球霰石和氧化镁的组合物具有独特的性质，该独特的性质包括但不限于通过分别转化为文石和/或方解石和氢氧化镁的胶凝性质，所述文石和/或方解石和氢氧化镁以高抗压强度、耐久性和硬度凝固和胶凝。在一些实施方案中，球霰石向文石和/或方解石的转化导致可以用于形成建筑材料和/或胶凝产品的水泥，诸如但不限于形成的建筑材料，诸如本文进一步描述的建筑面板、骨料、混凝土等。在一些实施方案中，当与其他水泥诸如普通硅酸盐水泥(OPC)混合时，球霰石可以用作填料或辅助胶凝材料(SCM)。包含球霰石和氧化镁的组合物可以用作骨料，其中球霰石和氧化镁在与水接触之后分别转化为文石和/或方解石和氢氧化镁，其凝固并胶凝，并且然后在胶凝之后被切碎以形成骨料。在一些实施方案中，在分别转化为文石和/或方解石和氢氧化镁之后，包含球霰石和氧化镁的组合物可以用作非胶凝产品中的填料，所述非胶凝产品诸如纸产品、聚合物产品、润滑剂、粘合剂、橡胶产品、白垩、沥青产品、油漆、用于油漆去除的磨料(abrasive)、个人护理产品、化妆品、清洁产品、个人卫生产品、可摄取产品、农产品、土壤改良产品、杀虫剂、环境修复产品及其组合。这样的非胶凝产品已经在2010年11月9日授权的美国专利第7,829,053号中进行描述，该美国专利通过引用以其整体并入本文。

本文提供的组合物、方法和系统具有若干个优点，诸如但不限于通过将二氧化碳并入回到形成包含球霰石和氧化镁的组合物的工艺中来减少二氧化碳排放物。在本文提供的方法和系统中生产包含球霰石的组合物提供了优点，该优点包括通过减少燃料消耗和减少碳足迹来节省操作费用。水泥是全球二氧化碳排放物的重要贡献者，其中每年排放超过15亿公吨，对应于总排放物的约5％。超过50％的水泥排放物可能由来自石灰石原料的分解的二氧化碳的释放引起(CaCO

I.方法和系统

在一个方面中，提供了形成包含球霰石和氧化镁的组合物的方法和系统。

在一个方面中，提供了形成组合物的方法，该方法包括在一种或更多种沉淀条件下将石灰和氧化镁溶解在水性含N盐溶液中，以产生包含球霰石和氧化镁的组合物。

在一个方面中，提供了形成组合物的方法，该方法包括在一种或更多种溶解条件下将包含石灰和氧化镁的混合物溶解在含N盐溶液中，以产生包含钙盐和氧化镁的水溶液；以及在一种或更多种沉淀条件下用包含二氧化碳的气流处理包含钙盐和氧化镁的水溶液，以形成包含球霰石和氧化镁的组合物。

在一个方面中，提供了形成组合物的方法，该方法包括：

(i)煅烧石灰石以形成包含石灰和氧化镁的混合物以及包含二氧化碳的气流；

(ii)将包含石灰和氧化镁的混合物溶解在含N盐溶液中，以产生包含钙盐和氧化镁的水溶液；以及

(iii)用包含二氧化碳的气流处理包含钙盐和氧化镁的水溶液，以形成包含球霰石和氧化镁的组合物。

在上述方面中，在一些实施方案中，包含钙盐和氧化镁的水溶液还包含溶解的氨和/或溶解的含N盐。

在一个方面中，提供了形成组合物的方法，该方法包括：

(i)煅烧石灰石以形成包含石灰和氧化镁的混合物以及包含二氧化碳的气流；

(ii)将包含石灰和氧化镁的混合物溶解在含N盐溶液中，以产生包含钙盐和氧化镁的水溶液以及包含氨的气流；以及

(iii)用包含二氧化碳的气流和包含氨的气流处理包含钙盐和氧化镁的水溶液，以形成包含球霰石和氧化镁的组合物。

在一个方面中，提供了形成组合物的系统，该系统包括：

(i)煅烧反应器，其被配置成煅烧石灰石以形成包含石灰和氧化镁的混合物以及包含二氧化碳的气流；

(ii)溶解反应器，其可操作地连接到煅烧反应器，被配置成将包含石灰和氧化镁的混合物溶解在水性含N盐溶液中，以产生包含钙盐和氧化镁的水溶液；以及

(iii)处理反应器，其可操作地连接到溶解反应器和煅烧反应器，被配置成用包含二氧化碳的气流处理包含钙盐和氧化镁的水溶液，以形成包含球霰石和氧化镁的组合物。

在上述方面中，在一些实施方案中，包含钙盐和氧化镁的水溶液还包含溶解的氨和/或溶解的含N盐。

在一个方面中，提供了形成组合物的系统，该系统包括：

(i)煅烧反应器，其被配置成煅烧石灰石以形成包含石灰和氧化镁的混合物以及包含二氧化碳的气流；

(ii)溶解反应器，其可操作地连接到煅烧反应器，被配置成将包含石灰和氧化镁的混合物溶解在水性含N盐溶液中，以产生包含钙盐和氧化镁的水溶液以及包含氨的气流；以及

(iii)处理反应器，其可操作地连接到溶解反应器和煅烧反应器，被配置成用包含二氧化碳的气流和包含氨的气流处理包含钙盐和氧化镁的水溶液，以形成包含球霰石和氧化镁的组合物。

在上述方面的一些实施方案中，水溶液还包含氨和/或含N盐。

本文提供的方法和系统的一些方面和实施方案如图1-图4所图示。应当理解，根据期望的结果，可以修改图1-图4中所图示的步骤，或者可以改变步骤的顺序，或者可以添加或删除更多的步骤。如图1-图4所图示，石灰经历本文提供的方法和系统以产生包含球霰石和氧化镁的组合物。

如本文使用的“石灰”或“CaO”涉及氧化钙和/或氢氧化钙。石灰中氧化钙和/或氢氧化钙的存在和量将根据石灰形成的条件而变化。

煅烧(calcination)或煅烧(calcining)是使石灰石热分解的热处理过程。如本文使用的“石灰石”意指CaCO

石灰石矿床分布广泛。来自多种矿床的石灰石可能在物理化学性质方面不同，并且可以根据其化学组成、结构(texture)和地质构造进行分类。石灰石可以分为以下类型：高钙石灰石，其中碳酸盐含量可以主要包含碳酸钙，其中碳酸镁含量不超过5％；包含约5％-35％的碳酸镁的镁石灰石；或白云质石灰石，其可能包含在35％-46％之间的MgCO

石灰石煅烧是分解过程，其中用于分解石灰石的化学反应是：

CaCO

石灰石可以包含一种或更多种含镁矿物。在前述方面的一些实施方案中，石灰石包含在约1％-70％之间的镁或含镁矿物或在约1％-60％之间的镁或含镁矿物、或在约1％-50％之间的镁或含镁矿物、或在约1％-40％之间的镁或含镁矿物、或在约1％-30％之间的镁或含镁矿物、或在约1％-20％之间的镁或含镁矿物、或在约1％-10％之间的镁或含镁矿物。

在一些实施方案中，石灰石可以是纯碳酸钙。在一些实施方案中，石灰石可以包含镁或含镁矿物，和/或单独的含镁矿物可以在煅烧之前和/或在煅烧期间与石灰石混合。如本文使用的“含镁矿物”包括任何包含镁的矿物。

在前述方面和实施方案的一些实施方案中，石灰石和/或含镁矿物中的镁在煅烧时部分地或全部形成氧化镁。由含镁矿物例如碳酸镁形成氧化镁的化学方程式如下：

MgCO

在前述方面和实施方案的一些实施方案中，含镁矿物包括碳酸镁，诸如例如碳酸钙镁；镁盐，诸如例如钾镁盐；氢氧化镁；硅酸镁，诸如例如硅酸镁铁；硫酸镁；或其组合。在前述方面和实施方案的一些实施方案中，含镁矿物选自由白云石(CaMg(CO

该步骤在图1-图3中被图示出为煅烧包含含镁矿物和/或与含镁矿物结合的石灰石以形成包含石灰和氧化镁的混合物的第一步骤。石灰可以是呈干燥形式，即氧化钙，和/或呈湿形式，例如氢氧化钙，这取决于条件。石灰的生产可能取决于窑的类型、煅烧的条件和原材料即石灰石的性质。在相对低的煅烧温度，在窑中形成的产品可能包含未燃烧的碳酸盐和石灰两者，并且可以称为欠烧石灰。随着温度升高，可以产生轻烧石灰或高反应性石灰。在仍然更高的温度，可以产生僵烧石灰或低反应性石灰。当反应前沿到达带电石灰石的芯并且将所有存在的碳酸盐转化为石灰时，产生轻烧石灰。高产产品可以相对软，包含小的石灰微晶和/或具有内部易于评估的开放的多孔结构。这样的石灰可以具有高反应性、高表面积和低堆积密度的最佳性质。增加煅烧程度超过该阶段可能会使石灰微晶变得更大、结块和烧结。这可能导致表面积、孔隙率和反应性的降低以及堆积密度的增加。这种产品可能被称为僵烧石灰或低反应性石灰。不受任何理论的限制，本文提供的方法和系统利用上述石灰中的任何一种或组合。因此，在一些实施方案中，石灰是欠烧石灰、轻烧石灰、僵烧石灰或其组合。类似地，在相对低的煅烧温度，在窑中形成的产品可能包含未燃烧的含镁矿物和氧化镁两者，并且可以被称为欠烧氧化镁。随着温度升高，可以产生轻烧氧化镁或高反应性氧化镁。在仍然更高的温度，可以产生僵烧氧化镁或低反应性氧化镁。当反应前沿到达带电的含镁矿物的芯并且将存在的含镁矿物转化为氧化镁时，产生轻烧氧化镁。高产产品可能相对软，包含小的氧化镁微晶。这样的氧化镁可以具有高反应性、高表面积和低堆积密度的最佳性质。增加煅烧程度超过该阶段可能会使氧化镁微晶变得更大、结块和烧结。这可能导致表面积、孔隙率和反应性的降低以及堆积密度的增加。这种产品可以被称为僵烧氧化镁或低反应性氧化镁。在一些实施方案中，氧化镁的上述反应性与其与水结合以形成氢氧化镁(Mg(OH)

在一些实施方案中，煅烧石灰石和/或含镁矿物的煅烧温度在约300℃-1200℃之间；或在约400℃-1200℃之间；或在约500℃-1200℃之间；或在约600℃-1200℃之间；或在约700℃-1200℃之间；或在约800℃-1200℃之间；或在约900℃-1200℃之间；或在约1000℃-1200℃之间；或在约300℃-1200℃之间；或在约300℃-1000℃之间；或在约300℃-800℃之间；或在约300℃-500℃之间。

在一些实施方案中，本文提供的方法和系统还包括控制煅烧过程，以控制包含石灰和氧化镁的混合物的组分。在一些实施方案中，可以控制煅烧过程，以便获得轻烧石灰或反应性石灰以及轻烧氧化镁。在一些实施方案中，煅烧过程可以通过控制石灰石的加热的温度和/或持续时间来控制。在一些实施方案中，本文提供的方法和系统还包括将煅烧温度控制在约300℃-1200℃之间；或在约300℃-800℃之间，以燃烧或烧制石灰和含镁矿物。

通过煅烧石灰石来生产石灰可以使用多种类型的窑来进行，所述窑诸如但不限于竖窑或回转窑或电窑。在2020年6月30日提交的美国临时申请第63/046,239号中已经描述了电窑在煅烧中的使用和与其相关的优点，该美国临时申请通过引用以其整体完全并入本文。

这些用于煅烧的设备或煅烧反应器适合于煅烧具有几毫米至几十毫米的直径的团块(lump)形式的石灰石。水泥厂废物流包括来自湿法工厂和干法工厂两者的废物流，这些工厂可以采用竖窑、回转窑、电窑或其组合，并且可以包括预煅烧炉。这些工业工厂可以各自燃烧单一燃料，或者可以顺序地或同时燃烧两种或更多种燃料。

如图1-图3所图示，包含含镁矿物和/或与含镁矿物结合的石灰石在水泥厂经历煅烧，导致形成包含石灰和氧化镁的混合物以及CO

石灰可能微溶于水。在本文提供的方法和系统中，石灰的溶解度通过用增溶剂处理石灰而增加。

在本文提供的方法和系统中，包含石灰和氧化镁的混合物在一种或更多种溶解条件下在溶解反应器中用增溶剂溶剂化或溶解或增溶，以产生包含钙盐和氧化镁的水溶液，所述增溶剂诸如弱酸水溶液，诸如含N盐溶液(图1-图3中的步骤A)。仅出于说明目的，含N盐，例如含N无机盐溶液在图中被图示为氯化铵(NH

含N盐包括但不限于含N无机盐、含N有机盐或其组合。

如本文使用的“含N无机盐”包括其中包含氮的任何无机盐。含N无机盐的实例包括但不限于卤化铵(卤化物是任何卤素)、乙酸铵、硫酸铵、亚硫酸铵、硝酸铵、亚硝酸铵及类似物。在一些实施方案中，卤化铵是氯化铵或溴化铵。在一些实施方案中，卤化铵是氯化铵。

如本文使用的“含N有机盐”包括其中包含氮的有机化合物的任何盐。含N有机化合物的实例包括但不限于脂族胺、脂环胺、杂环胺及其组合。

如本文使用的“脂族胺”包括式(R)

例如，当R是(R)

例如，当R是在(R)

例如，当R是在(R)

例如，当R是在(R)

如本文使用的“脂环胺”包括式(R)

如本文使用的“杂环胺”包括附接到至少一种胺上的至少一个杂环芳环。杂环的实例包括但不限于吡咯、吡咯烷、吡啶、嘧啶等。这样的化学品在本领域是熟知的，并且是可商购获得的。

在本文提供的方法和系统中，在一种或更多种溶解条件下，将包含石灰和氧化镁的混合物用增溶剂诸如含N盐溶液溶解或增溶(图1-图3中的步骤A)，以产生包含钙盐和氧化镁的水溶液。在溶解过程期间和/或之后，氨和/或含N盐可以保持溶解在水溶液中，和/或可以形成包含氨的气流。

如图1-图3的步骤A所图示，含N盐作为氯化铵(NH

CaO+2NH

Ca(OH)

类似地，当碱是含N有机盐时，反应可以如下所示：

CaO+2NH

在一些实施方案中，含N盐，诸如含N无机盐，诸如但不限于铵盐，例如氯化铵溶液或乙酸铵溶液，可以补充有无水氨或氨的水溶液，以保持含N盐诸如氯化铵或乙酸铵在溶液中的最佳水平。

在一些实施方案中，根据石灰的来源，在溶解包含石灰和氧化镁的混合物之后获得的包含钙盐和氧化镁的水溶液可以包含硫。在用本文所述的任何含N盐溶解石灰之后，硫可以被引入到水溶液中。在碱性溶液中，包含多种硫离子物质的多种硫化合物可以存在于溶液中，包括但不限于亚硫酸根(SO

在一些实施方案中，水溶液还包含含N盐，例如氨和/或含N无机盐或含N有机盐。

在一些实施方案中，含N盐诸如含N无机盐、含N有机盐或其组合的量相对于包含石灰和氧化镁的混合物过量超过20％或过量超过30％。在一些实施方案中，含N盐∶包含石灰和氧化镁的混合物(或者含N无机盐∶包含石灰和氧化镁的混合物；或者含N有机盐∶包含石灰和氧化镁的混合物；或者氯化铵∶包含石灰和氧化镁的混合物；或者乙酸铵∶包含石灰和氧化镁的混合物)的摩尔比是在0.5∶1-3∶1、或0.5∶1-2∶1、或0.5∶1-1.5∶1、或1∶1-1.5∶1之间，或是1.5∶1，或2∶1，或2.5∶1，或1∶1，或3∶1。

在本文描述的方法的一些实施方案中，没有使用多羟基化合物来形成本文提供的沉淀材料和/或产物。

在本文描述的方法和系统的一些实施方案中，一种或更多种溶解条件选自由以下项组成的组：在约30℃-200℃之间，或在约30℃-150℃之间，或在约30℃-100℃之间，或在约30℃-75℃之间，或在约30℃-50℃之间，或在约40℃-200℃之间，或在约40℃-150℃之间，或在约40℃-100℃之间，或在约40℃-75℃之间，或在约40℃-50℃之间，或在约50℃-200℃之间，或在约50℃-150℃之间，或在约50℃-100℃之间的温度；在约0.1atm-50atm之间，或在约0.1atm-40atm之间，或在约0.1atm-30atm之间，或在约0.1atm-20atm之间，或在约0.1atm-10atm之间，或在约0.5atm-20atm之间的压力；在约0.5％-50％之间，或在约0.5％-25％之间，或在约0.5％-10％之间，或在约3％-30％之间，或在约5％-20％之间的含N无机盐或含N有机盐在水中的wt％；或其组合。

搅动可以用于影响在溶解反应器中用水性含N盐溶液溶解包含石灰和氧化镁的混合物，例如通过消除热点和冷点。在一些实施方案中，石灰和氧化镁在水中的浓度可以在1g/L和10g/L之间、在10g/L和20g/L之间、在20g/L和30g/L之间、在30g/L和40g/L之间、在40g/L和80g/L之间、在80g/L和160g/L之间、在160g/L和320g/L之间、在320g/L和640g/L之间或在640g/L和1280g/L之间。为了优化石灰的溶解/溶剂化，可以使用高剪切混合、湿磨和/或超声处理来打破石灰。在高剪切混合和/或湿磨期间或之后，可以用含N盐溶液来处理石灰悬浮液。

在一些实施方案中，用含N盐溶液(图示为例如氯化铵)溶解包含石灰和氧化镁的混合物导致形成包含钙盐的水溶液和固体。在一些实施方案中，在煅烧之后形成的氧化镁可以保持为固体，并且可以不溶解或可以部分溶解在含N盐溶液中。该固体可以与包含钙盐的水溶液分离和/或可以不与包含钙盐的水溶液分离。

因此，在一个方面中，提供了形成组合物的方法，该方法包括：

(i)煅烧石灰石以形成包含石灰和氧化镁的混合物以及包含二氧化碳的气流；

(ii)将包含石灰和氧化镁的混合物溶解在含N盐溶液中，以产生包含钙盐的水溶液和包含氧化镁的固体；

(iii)将固体与水溶液分离；

(iv)用包含二氧化碳的气流处理包含钙盐的水溶液以形成包含球霰石的组合物；以及

(v)将包含球霰石的组合物和包含氧化镁的固体混合。

在一个方面中，提供了形成组合物的方法，该方法包括：

(i)煅烧石灰石以形成包含石灰和氧化镁的混合物以及包含二氧化碳的气流；

(ii)将包含石灰和氧化镁的混合物溶解在含N盐溶液中，以产生包含钙盐的水溶液、包含氧化镁的固体以及包含氨的气流；

(iii)将固体与水溶液分离；

(iv)用包含二氧化碳的气流和包含氨的气流处理包含钙盐的水溶液，以形成包含球霰石的组合物；以及

(v)将包含球霰石的组合物和包含氧化镁的固体混合。

在一个方面中，还提供了形成组合物的方法，该方法包括：

(i)煅烧石灰石以形成包含石灰和氧化镁的混合物以及包含二氧化碳的气流；

(ii)将包含石灰和氧化镁的混合物溶解在含N盐溶液中，以产生包含钙盐的水溶液和包含氧化镁的固体；以及

(iii)用包含二氧化碳的气流处理包含钙盐的水溶液和包含氧化镁的固体，以形成包含球霰石和包含氧化镁的固体的组合物。

在一个方面中，还提供了形成组合物的方法，该方法包括：

(i)煅烧石灰石以形成包含石灰和氧化镁的混合物以及包含二氧化碳的气流；

(ii)将包含石灰和氧化镁的混合物溶解在含N盐溶液中，以产生包含钙盐的水溶液、包含氧化镁的固体以及包含氨的气流；以及

(iii)用包含二氧化碳的气流和包含氨的气流处理包含钙盐的水溶液和包含氧化镁的固体，以形成包含球霰石和包含氧化镁的固体的组合物。

在另一方面，提供了形成组合物的系统，该系统包括：

(i)煅烧反应器，其被配置成煅烧石灰石以形成包含石灰和氧化镁的混合物以及包含二氧化碳的气流；

(ii)溶解反应器，其可操作地连接到煅烧反应器，被配置成将包含石灰和氧化镁的混合物溶解在水性含N盐溶液中，以产生包含钙盐的水溶液和包含氧化镁的固体；以及

(iii)处理反应器，其可操作地连接到溶解反应器和煅烧反应器，被配置成用包含二氧化碳的气流处理包含钙盐的水溶液和包含氧化镁的固体，以形成包含球霰石和氧化镁的组合物。

在另一方面中，提供了形成组合物的系统，该系统包括：

(i)煅烧反应器，其被配置成煅烧石灰石以形成包含石灰和氧化镁的混合物，以及包含二氧化碳的气流；

(ii)溶解反应器，其可操作地连接到煅烧反应器，被配置成将包含石灰和氧化镁的混合物溶解在水性含N盐溶液中，以产生包含钙盐的水溶液、包含氧化镁的固体和包含氨的气流；以及

(iii)处理反应器，其可操作地连接到溶解反应器和煅烧反应器，被配置成用包含二氧化碳的气流和包含氨的气流处理包含钙盐的水溶液和包含氧化镁的固体，以形成包含球霰石和氧化镁的组合物。

在另一方面，提供了形成组合物的系统，该系统包括：

(i)煅烧反应器，其被配置成煅烧石灰石以形成包含石灰和氧化镁的混合物以及包含二氧化碳的气流；

(ii)溶解反应器，其可操作地连接到煅烧反应器，被配置成将包含石灰和氧化镁的混合物溶解在水性含N盐溶液中，以产生包含钙盐的水溶液和包含氧化镁的固体；

(iii)分离器，其可操作地连接至溶解反应器，被配置成将固体与水溶液分离；

(iv)处理反应器，其可操作地连接到分离器、溶解反应器和煅烧反应器，被配置成用包含二氧化碳的气流处理包含钙盐的水溶液，以形成包含球霰石的组合物；以及

(v)混合器，其可操作地连接到处理反应器和分离器，被配置成将包含球霰石的组合物和包含氧化镁的固体混合。

如前述方面所述，在本文提供的方法和系统中，包含氧化镁的固体可以与包含钙盐的水溶液分离和/或可以不与包含钙盐的水溶液分离。该步骤在图1-图3中图示为步骤B(包括虚线箭头)。

在一些实施方案中，在该工艺中用二氧化碳处理水溶液之前，可以从钙盐的水溶液中除去包含氧化镁的固体(如来自图1-图3中的步骤B的虚线所示)。包含氧化镁的固体可以任选地通过分离器诸如例如过滤和/或离心从水溶液中除去或分离。

应当理解，图1-图3中的步骤B中的分离是任选的，并且在一些实施方案中，包含氧化镁的固体可以不从水溶液中除去，并且包含钙盐的水溶液以及包含氧化镁的固体与二氧化碳接触(在图1-图3中的步骤C中)以形成沉淀物。在这样的实施方案中，包含球霰石的组合物还包含包含氧化镁的固体。

在一些实施方案中，在溶解石灰之后获得的包含氧化镁的固体还包含钙耗尽的固体，并且可以任选地用作水泥替代品(诸如硅酸盐水泥的替代品)。在一些实施方案中，包含氧化镁的固体还可以包含硅酸盐、氧化铁、铝酸盐或其组合。硅酸盐包括但不限于粘土(层状硅酸盐)、铝硅酸盐等。

在一些实施方案中，在水溶液中，在球霰石饼中，在包含球霰石的组合物中，或在它们的组合中，包含氧化镁的固体在1wt％-75wt％之间；或在1wt％-70wt％之间；或在1wt％-60wt％之间；或在1wt％-50wt％之间；或在1wt％-40wt％之间；或在1wt％-30wt％之间；或在1wt％-20wt％之间；或在1wt％-10wt％之间；或在1wt％-5wt％之间；或1wt％-2wt％之间。在一些实施方案中，包含氧化镁的固体是溶解的水泥质量的在1wt％-75wt％之间；或在1wt％-70wt％之间；或在1wt％-60wt％之间；或在1wt％-50wt％之间；或在1wt％-40wt％之间；或在1wt％-30wt％之间；或在1wt％-20wt％之间；或在1wt％-10wt％之间；或在1wt％-5wt％之间；或在1wt％-2wt％之间。在一些实施方案中，包含氧化镁的固体是产生的总固体(球霰石和固体)的在1wt％-75wt％之间；或在1wt％-70wt％之间；或在1wt％-60wt％之间；或在1wt％-50wt％之间；或在1wt％-40wt％之间；或在1wt％-30wt％之间；或在1wt％-20wt％之间；或在1wt％-10wt％之间；或在1wt％-5wt％之间；或在1wt％-2wt％之间。

如图1中的步骤C所图示，在一种或更多种沉淀条件下，使包含钙盐和氧化镁以及任选地包含氧化镁的固体和溶解的氨和/或铵盐的水溶液与从相应工艺的煅烧步骤再循环的包含二氧化碳的气流接触，以形成包含球霰石、氧化镁的组合物/沉淀材料以及上清液溶液，如下面的反应所示：

CaCl

将CO

在一些实施方案中，如图2所图示，来自煅烧步骤的包含CO

应当理解，图1和图2两者的工艺还可以同时发生，使得含N盐，诸如含N无机盐或含N有机盐和副产物氨可以部分地存在于水溶液中并且部分地存在于气流中。

在上述方面中发生的反应可以如下所示：

CaCl

在本文提供的方面和实施方案的一些实施方案中，包含氨的气流可以具有来自外部源的氨和/或从工艺的步骤A回收并再循环。

在本文提供的方面和实施方案的一些实施方案中，其中气流包含氨和/或气流包含二氧化碳，不使用二氧化碳和/或氨的外部源，并且该工艺是闭环工艺。这样的闭环工艺在本文描述的图中图示出。

在一些实施方案中，用含N有机盐溶解包含石灰和氧化镁的混合物可能不会导致氨气的形成，或者形成的氨气的量可能不是大量的。在没有形成氨气或没有大量形成氨气的实施方案中，图1所图示的方法和系统是适用的，其中包含钙盐的水溶液用二氧化碳气体处理。在这样的实施方案中，有机胺盐可以以完全或部分溶解的状态保留在水溶液中，或者可以分离为有机胺层，如下面的反应所示：

CaO+MgO+2NH

在沉淀之后残余在上清液溶液中的含N有机盐或含N有机化合物可以被称为残余的含N有机盐或残余的含N有机化合物。本文已经描述了从沉淀物以及上清液溶液中回收残余化合物的方法和系统。

在一个方面中，提供了形成组合物的方法，该方法包括：

(i)煅烧石灰石以形成包含石灰和氧化镁的混合物以及包含二氧化碳的气流；

(ii)将包含石灰和氧化镁的混合物溶解在水性含N盐溶液中，以产生包含钙盐和氧化镁的第一水溶液以及包含氨的气流；

(iii)回收包含二氧化碳的气流和包含氨的气流，并且使这些气流经历冷却过程以冷凝包含碳酸氢铵、碳酸铵、氨、氨基甲酸铵或其组合的第二水溶液；以及

(iv)用包含碳酸氢铵、碳酸铵、氨、氨基甲酸铵或其组合的第二水溶液处理包含钙盐和氧化镁的第一水溶液，以形成包含球霰石和氧化镁的组合物。

在一个方面中，提供了形成组合物的方法，该方法包括：

(i)煅烧石灰石以形成包含石灰和氧化镁的混合物以及包含二氧化碳的气流；

(ii)将包含石灰和氧化镁的混合物溶解在水性含N盐溶液中，以产生包含钙盐的第一水溶液、包含氧化镁的固体和包含氨的气流；

(iii)将固体与第一水溶液分离；

(iv)回收包含二氧化碳的气流和包含氨的气流，并且使这些气流经历冷却过程，以冷凝包含碳酸氢铵、碳酸铵、氨、氨基甲酸铵或其组合的第二水溶液；

(v)用包含碳酸氢铵、碳酸铵、氨、氨基甲酸铵或其组合的第二水溶液处理包含钙盐的第一水溶液，以形成包含球霰石的组合物；以及

(vi)将包含球霰石的组合物和包含氧化镁的固体混合。

在一个方面中，提供了形成组合物的方法，该方法包括：

(i)煅烧石灰石以形成包含石灰和氧化镁的混合物以及包含二氧化碳的气流；

(ii)将包含石灰和氧化镁的混合物溶解在水性含N盐溶液中，以产生包含钙盐的第一水溶液、包含氧化镁的固体和包含氨的气流；

(iii)回收包含二氧化碳的气流和包含氨的气流，并使这些气流经历冷却过程，以冷凝包含碳酸氢铵、碳酸铵、氨、氨基甲酸铵或其组合的第二水溶液；以及

(iv)用包含碳酸氢铵、碳酸铵、氨、氨基甲酸铵或其组合的第二水溶液处理包含钙盐的第一水溶液和包含氧化镁的固体，以形成包含球霰石和包含氧化镁的固体的组合物。

在一个方面中，提供了形成组合物的系统，该系统包括：

(i)煅烧反应器，其被配置成煅烧石灰石以形成包含石灰和氧化镁的混合物以及包含二氧化碳的气流；

(ii)溶解反应器，其可操作地连接到煅烧反应器，被配置成将包含石灰和氧化镁的混合物溶解在水性含N盐溶液中，以产生包含钙盐和氧化镁的第一水溶液以及包含氨的气流；

(iii)冷却反应器，其可操作地连接到溶解反应器和煅烧反应器，被配置成回收包含二氧化碳的气流和包含氨的气流，并使这些气流经历冷却过程以冷凝包含碳酸氢铵、碳酸铵、氨、氨基甲酸铵或其组合的第二水溶液；以及

(iv)处理反应器，其可操作地连接到溶解反应器和冷却反应器，被配置成用包含碳酸氢铵、碳酸铵、氨、氨基甲酸铵或其组合的第二水溶液处理包含钙盐和氧化镁的第一水溶液，以形成包含球霰石和氧化镁的组合物。

在另一个方面中，提供了形成组合物的系统，该系统包括：

(i)煅烧反应器，其被配置成煅烧石灰石以形成包含石灰和氧化镁的混合物以及包含二氧化碳的气流；

(ii)溶解反应器，其可操作地连接到煅烧反应器，被配置成将包含石灰和氧化镁的混合物溶解在水性含N盐溶液中，以产生包含钙盐的第一水溶液、包含氧化镁的固体和包含氨的气流；

(iii)分离器，其可操作地连接到溶解反应器，被配置成将固体与第一水溶液分离；

(iv)冷却反应器，其可操作地连接到溶解反应器和煅烧反应器，被配置成回收包含二氧化碳的气流和包含氨的气流，并使这些气流经历冷却过程以冷凝包含碳酸氢铵、碳酸铵、氨、氨基甲酸铵或其组合的第二水溶液；

(v)处理反应器，其可操作地连接到分离器和冷却反应器，被配置成用所述第二水溶液处理所述第一水溶液以形成包含球霰石的组合物；以及

(vi)混合器，其可操作地连接到处理反应器和分离器，被配置成将包含球霰石的组合物和包含氧化镁的固体混合。

在另一个方面中，提供了形成组合物的系统，该系统包括：

(i)煅烧反应器，其被配置成煅烧石灰石以形成包含石灰和氧化镁的混合物以及包含二氧化碳的气流；

(ii)溶解反应器，其可操作地连接到煅烧反应器，被配置成将包含石灰和氧化镁的混合物溶解在水性含N盐溶液中，以产生包含钙盐的第一水溶液、包含氧化镁的固体和包含氨的气流；

(iii)冷却反应器，其可操作地连接到溶解反应器和煅烧反应器，被配置成回收包含二氧化碳的气流和包含氨的气流，并使这些气流经历冷却过程以冷凝包含碳酸氢铵、碳酸铵、氨、氨基甲酸铵或其组合的第二水溶液；以及

(iv)处理反应器，其可操作地连接到溶解反应器和冷却反应器，被配置成用所述第二水溶液处理所述第一水溶液和包含氧化镁的固体，以形成包含球霰石和包含氧化镁的固体的组合物。

在图3中图示出了上述方面，其中来自煅烧步骤/反应器的包含CO

图3的其余步骤与图1和图2的步骤相同。应当理解，如本文提供的包含钙盐的第一水溶液与本文描述的包含钙盐的水溶液相同。当需要将包含钙盐的水溶液与第二水溶液区分时，仅为了清楚起见，将包含钙盐的水溶液描述为第一水溶液。

应当理解，图3所图示的上述方面可以与图1和/或图2所图示的方面相结合，使得沉淀步骤C包括用包含碳酸氢铵、碳酸铵、氨或其组合的第二水溶液处理包含钙盐和氧化镁的第一水溶液或包含氧化镁的固体(如图3所图示)，以及包括用包含二氧化碳的气流处理包含钙盐和氧化镁的水溶液或包含氧化镁的固体(如图1所图示)，和/或包括用包含二氧化碳的气流和包含氨的气流处理包含钙盐和氧化镁的水溶液或包含氧化镁的固体(如图2所图示)。在这样的实施方案中，包含二氧化碳的气流被分成流向冷却过程的流和流向沉淀过程的流。类似地，在这样的实施方案中，包含氨的气流被分成流向冷却过程的流和流向沉淀过程的流。图1-图3中描绘的工艺的任何组合都是可能的，并且都在本公开内容的范围内。

在上述方面的一些实施方案中，第二水溶液包含氨基甲酸铵。氨基甲酸铵具有式为NH

第二水溶液中这些冷凝产物的组合可以取决于冷却条件中的一种或更多种。下面呈现的表1代表第二水溶液中冷凝产物的多种组合。

表1

在上述方面和实施方案的一些实施方案中，气流(例如，流向冷却反应/反应器的气流(图3中的步骤F))还包括水蒸气。在上述方面和实施方案的一些实施方案中，气流还包括在约20％-90％；或在约20％-80％之间；或在约20％-70％之间；或在约20％-60％之间；或在约20％-55％之间；或在约20％-50％之间；或在约20％-40％之间；或在约20％-30％之间；或在约20％-25％之间；或在约30％-90％之间；或在约30％-80％之间；或在约30％-70％之间；或在约30％-60％之间；或在约30％-50％之间；或在约30％-40％之间；或在约40％-90％之间；或在约40％-80％之间；或在约40％-70％之间；或在约40％-60％之间；或在约40％-50％之间；或在约50％-90％之间；或在约50％-80％之间；或在约50％-70％之间；或在约50％-60％之间；或在约60％-90％之间；或在约60％-80％之间；或在约60％-70％之间；或在约70％-90％之间；或在约70％-80％之间；或在约80％-90％之间的水蒸气。

在上述方面和实施方案的一些实施方案中，没有外部水被添加到冷却过程中。应当理解，冷却过程类似于气体在现有水蒸气中的冷凝(但不类似于气体的吸收)，使得气体不被水吸收，而是与水蒸气一起冷却。与吸收蒸气相比，气体冷凝成液体流可以提供过程控制优势。仅例如，气体冷凝成液体流可以允许将液体流泵送到沉淀步骤中。泵送液体流的成本可能低于将蒸气流压缩到吸收过程中的成本。

冷却反应/反应器中的中间步骤可以包括通过如下的反应形成碳酸铵和/或碳酸氢铵和/或氨基甲酸铵：

2NH

NH

2NH

对于含N有机盐，可以示出类似的反应：

2NH

NH

在冷却反应/反应器中冷却氨的优点是氨在溶解反应的气相中可能具有有限的蒸气压。如在上文反应中所示，通过使氨与CO

然后在沉淀反应/反应器中，用来自溶解反应/反应器的包含钙盐和氧化镁的第一水溶液或包含氧化镁的固体处理包含碳酸氢铵、碳酸铵、氨、氨基甲酸铵或其组合物的第二水溶液(离开图3中的冷却反应/反应器)(步骤C)，以形成包含球霰石和氧化镁的组合物/沉淀材料：

(NH

(NH

2(NH

(NH

与任何中间步骤无关，反应的组合导致以下的整体过程化学：

CaO(石灰)+MgO→CaCO

在本文提供的方面和实施方案的一些实施方案中，一种或更多种冷却条件包括在约0-200℃之间、或在约0-150℃之间、或在约0-75℃之间、或在约0-100℃之间、或在约0-80℃之间、或在约0-60℃之间、或在约0-50℃之间、或在约0-40℃之间、或在约0-30℃之间、或在约0-20℃之间、或在约0-10℃之间、或在约10℃-100℃之间、或在约10℃-80℃之间、或在约10℃-60℃之间、或在约10℃-50℃之间、或在约10℃-40℃之间、或在约10℃-30℃之间、或在约20℃-100℃之间、或在约20℃-80℃之间、或在约20℃-60℃之间、或在约20℃-50℃之间、或在约20℃-40℃之间、或在约20℃-30℃之间、或在约30℃-100℃之间、或在约30℃-80℃之间、或在约30℃-60℃之间、或在约30℃-50℃之间、或在约30℃-40℃、或在约40-100℃、或在约40℃-80℃、或在约40℃-60℃之间、或在约50℃-100℃之间、或在约50℃-80℃之间、或在约60℃-100℃之间，或在约60℃-80℃之间，或在约70℃-100℃之间，或在约70℃-80℃之间的温度。

在本文提供的方面和实施方案的一些实施方案中，一种或更多种冷却条件包括约0.5-50atm之间；或在约0.5-25atm之间；或在约0.5-10atm之间；或在约0.1-10atm之间；或在约0.5-1.5atm之间；或在约0.3-3atm之间的压力。

在一些实施方案中，在本文提供的方法和系统中形成的包含球霰石和氧化镁的组合物的形成和品质取决于包含碳酸氢铵、碳酸铵、氨、氨基甲酸铵或其组合的第二水溶液中冷凝产物的量和/或比。

在一些实施方案中，可以控制包含碳酸氢铵、碳酸铵、氨、氨基甲酸铵或其组合的第二水溶液中冷凝产物的存在或不存在或分布，以便最大化包含球霰石和氧化镁的组合物的形成和/或获得期望的粒度分布。这种控制可以基于一种或更多种冷却条件，诸如冷却反应器中水溶液的pH、CO

在一些实施方案中，冷却反应器中水溶液的较高pH(可以通过较高的氨流量实现)可能有利于氨基甲酸盐的形成，而冷却反应器中水溶液的较低pH(可以通过较低的氨流量实现)可能有利于碳酸盐和/或碳酸氢盐的形成。在一些实施方案中，一种或更多种冷却条件包括在冷却反应器中形成的水溶液的pH在约8-12之间，或在约8-11之间，或在约8-10之间，或在约8-9之间。

在一些实施方案中，可以改变二氧化碳的流量，以实现离开冷却反应器的第二水溶液的期望pH。例如，如果第二水溶液的pH高，则可以增加二氧化碳的流量以降低pH，或者如果第二水溶液的pH低，则可以降低二氧化碳的流量以提高pH。

在一些实施方案中，一种或更多种冷却条件包括冷却反应器中CO

应当理解，虽然图3图示出了单独的冷却反应/反应器，但在一些实施方案中，溶解反应/反应器可以与冷却反应/反应器集成在一起，如图4所图示。例如，溶解反应器可以与充当冷却反应器的冷凝器集成在一起。当形成包含钙盐(图示为CaCl

在一个方面中，提供了一种集成的反应器，该集成的反应器包括：

溶解反应器，其与冷却反应器集成，其中所述溶解反应器被定位在所述冷却反应器下方；

溶解反应器被配置成将包含石灰和氧化镁的混合物溶解在含N无机盐水溶液或含N有机盐水溶液中，以产生包含钙盐和MgO的第一水溶液以及包含氨和水蒸气的气流；以及

冷却反应器，其可操作地连接到溶解反应器，并且被配置成接收和冷凝来自溶解反应器的包含氨和水蒸气的气流和来自石灰石煅烧成石灰的包含二氧化碳的气流；并且形成包含碳酸氢铵、碳酸铵、氨、氨基甲酸铵或其组合的第二水溶液。

在一些实施方案中，冷却反应器填充有填装材料。填装材料可以是用于帮助NH

结构化填装材料的实例包括但不限于呈具有特定表面积的不同形状的薄波纹金属板或薄纱(蜂窝结构)。结构化填装材料可以用作环或层、或环或层的堆叠，其具有可以适合反应器的直径的直径。环可以是完全填充反应器的单个环或环的堆叠。在一些实施方案中，在反应器中由结构化填装材料留下的空隙被填充有非结构化填装材料或随机填装材料。

结构化填装材料的实例包括但不限于

在一些实施方案中，冷却反应器还包括入口，用于将洗涤流体，诸如例如氯化铵溶液或乙酸铵或水，引入到冷却反应器的填装材料的顶部。诸如氯化铵溶液、或乙酸铵溶液、或氨溶液、或水或类似流体的洗涤流体促进了诸如碳酸氢铵、碳酸铵、氨、氨基甲酸铵或其组合的冷凝产物的形成。洗涤流体可以为气体的冷凝提供更大的液体体积。在一些实施方案中，如果洗涤流体被预冷却，那么它可以进一步帮助冷凝过程。当洗涤流体是氯化铵溶液时，氯化铵溶液可以是被供应到溶解反应器的氯化铵溶液的一部分。在一些实施方案中，从来自冷却反应器的冷凝液体中收集的包含碳酸氢铵、碳酸铵、氨、氨基甲酸铵、氯化铵或其组合的第二水溶液可以作为洗涤流体被再循环回到冷却反应器，以进一步促进冷凝过程。在一些实施方案中，第二水溶液可以在热交换器中冷却，然后将其再循环回到冷却反应器。

其他气体，诸如包含二氧化碳的气流(从煅烧过程获得)中的烟道气，可以离开冷却反应器(在图4中图示出)。

在上述方面中，溶解反应器和冷却反应器两者都装配有入口和出口，以接收所需的气体并收集水流。在上述方面的一些实施方案中，溶解反应器包括搅拌器，以将包含石灰和氧化镁的混合物与水性含N盐溶液混合。搅拌器还可以促进气体的向上运动。在上述方面的一些实施方案中，溶解反应器被配置成在除去包含钙盐和任选地氧化镁的第一水溶液之后，收集沉降在反应器的底部的包含氧化镁的固体。在上述方面的一些实施方案中，冷却塔包括一个或更多个托盘，所述托盘被配置成捕获和收集冷凝的第二水溶液，并且防止其落回到溶解反应器中。这样，冷却/冷凝可以通过使用注入器、起泡器、流体文丘里反应器、喷洒器、气体过滤器、喷雾器、托盘或填装柱反应器及类似物来实现。

在一些实施方案中，冷却反应器包括反应器中的热交换器、或热交换表面。热交换器可以包括一个或更多个管，其中冷流体在所述管内循环，使得冷流体与冷却反应器中的气相隔离，但有利于降低冷却反应器的温度，用于气体的冷凝。冷流体可以是冷却水、上文描述的洗涤溶液及类似物。在一些实施方案中，离开冷却反应器的第二水溶液在它被用作洗涤溶液之前被热交换器冷却。

如图1-图2中的步骤C所图示，在包含钙盐和氧化镁的水溶液经历一种或更多种沉淀条件(即，允许组合物/沉淀材料的沉淀的条件)之前、期间或之后的任何时间，使来自用如本文描述的含N盐溶液(诸如例如铵盐，例如卤化铵或乙酸铵)对包含石灰和氧化镁的混合物的处理的包含钙盐和氧化镁的第一水溶液与来自步骤A的CO

因此，在一些实施方案中，使包含钙盐和氧化镁的水溶液或第一水溶液与CO

在一些实施方案中，使包含钙盐和氧化镁的水溶液或第一水溶液与二氧化碳和任选地氨或第二水溶液接触通过使用如本文描述的便利方案(一种或更多种沉淀条件)使水溶液或第一水溶液接触和保持期望的pH范围、期望的温度范围和/或期望的二价阳离子浓度来实现。在一些实施方案中，系统包括沉淀反应器，所述沉淀反应器被配置成使包含钙盐和氧化镁的水溶液或第一水溶液与来自该工艺的步骤A的二氧化碳和任选地氨接触；或者该系统包括沉淀反应器，所述沉淀反应器被配置成使包含钙盐和氧化镁的水溶液或第一水溶液与包含碳酸氢铵、碳酸铵、氨、(任选地氨基甲酸铵)或其组合的第二水溶液接触。

在一些实施方案中，包含钙盐和氧化镁的水溶液或第一水溶液可以放置在沉淀反应器中，其中添加的包含钙盐和氧化镁的水溶液或第一水溶液的量足以将pH升高到期望的水平(例如，诱导沉淀材料的沉淀的pH)，诸如pH 7-9、pH 7-8.7、pH 7-8.5、pH 7-8、pH 7.5-8、pH 8-8.5、pH 8.5-9、pH 9-14、pH 10-14、pH 11-14、pH 12-14或pH 13-14。在一些实施方案中，当与二氧化碳和任选地NH

在一些实施方案中，水溶液或第一水溶液被固定在柱或床(沉淀反应器的配置的实例)中。在这样的实施方案中，水通过或流过一定量的钙盐溶液，所述量足以将水的pH升高到所需的pH或特定的二价阳离子(Ca

包含钙盐和氧化镁的水溶液或第一水溶液可以使用任何方便的方案与包含CO

在一些实施方案中，基本上(例如80％或更多或90％或99.9％或100％)全部气态CO

可以使用本文描述的任何数量的气体-液体接触方案。继续气体-液体接触或液体-液体接触，直到沉淀反应混合物的pH为最佳(本文已经描述了多种最佳pH值，以形成包含例如球霰石和氧化镁的组合物/沉淀材料)，之后允许搅拌沉淀反应混合物。pH下降的速率可以通过在气体-液体接触或液体-液体接触期间加入更多的包含钙盐和氧化镁的水溶液或第一水溶液来控制。此外，可以在喷射之后加入另外的水溶液或第一水溶液，以将pH升高回用于部分或全部沉淀材料的沉淀的碱性水平。在任何情况下，沉淀材料可以在从沉淀反应混合物中的某些物质中除去质子时形成。然后可以分离包含碳酸盐的沉淀材料，并且任选地进一步加工。

pH下降的速率可以通过在气体-液体接触或液体-液体接触期间添加另外的上清液或包含钙盐和氧化镁的水溶液或第一水溶液来控制。此外，可以在气体-液体接触或液体-液体接触之后添加另外的上清液或包含钙盐和氧化镁的水溶液或第一水溶液，以将pH升高回碱性水平(例如，在7-9之间或在7-8.5之间或在7-8之间或在8-9之间)，用于部分或全部组合物/沉淀材料的沉淀。

在本文提供的方法和系统中，通过使包含钙盐和氧化镁的水溶液或第一水溶液与包含CO

一种或更多种沉淀条件包括调节沉淀反应混合物的环境以产生包含球霰石和氧化镁的所需组合物的那些条件。可以用于本文描述的方法和系统方面以及实施方案中的适于形成包含球霰石和氧化镁的组合物的这样的一种或更多种沉淀条件包括但不限于，温度、pH、压力、离子比、沉淀速率、添加剂的存在、离子物质的存在、添加剂和离子物质的浓度、搅拌、停留时间、混合速率、搅动形式诸如超声波，晶种、催化剂、膜或基底的存在，脱水、干燥、球磨等。在一些实施方案中，球霰石的平均粒径还可以取决于在组合物的沉淀中使用的一种或更多种沉淀条件。

例如，沉淀反应的温度可以升高到发生适合于所需组合物的沉淀的量的点。在这样的实施方案中，沉淀反应的温度可以升高到这样的值，例如从20℃到60℃，并且包括从25℃到60℃；或从30℃到60℃；或从35℃到60℃；或从40℃到60℃；或从50℃到60℃；或从25℃到50℃；或从30℃到50℃；或从35℃到50℃；或从40℃到50℃；或从25℃到40℃；或从30℃到40℃；或从25℃到30℃。在一些实施方案中，可以使用从低二氧化碳排放源或零二氧化碳排放源(例如，太阳能源、风能源、水电能源、来自碳发射器的烟道气的废热等)产生的能量来提高沉淀反应的温度。

沉淀反应的pH还可以提高到适合于沉淀包含球霰石和氧化镁的所需组合物的量。在这样的实施方案中，沉淀反应的pH可以升高到碱性水平用于沉淀。在一些实施方案中，与包含二氧化碳气体和任选地NH

在沉淀期间调整主离子比(major ion ratio)可能会影响沉淀材料的性质。主离子比可能对多晶型物形成具有相当大的影响。例如，随着水中镁∶钙比增加，文石成为沉淀材料中碳酸钙的主要多晶型物，而不是低镁球霰石。

沉淀速率也可能对组合物的形成具有影响，其中最快的沉淀速率通过在溶液中加入所需的相来实现。在没有晶种的情况下，可以通过快速增加沉淀反应混合物的pH来实现快速沉淀，这可以导致更多的无定形成分。pH越高，沉淀越快，这可能导致更加无定形的沉淀材料。

在使水溶液或第一水溶液与包含二氧化碳气体和任选地NH

在一些实施方案中，如上所述，从沉淀反应产生组合物的一种或更多种沉淀条件可以包括温度和pH，以及在一些情况下，水中添加剂和离子物质的浓度。下文已经描述了添加剂。添加剂的存在和添加剂的浓度还有利于形成包含球霰石和氧化镁的组合物。在一些实施方案中，可以在沉淀期间向水溶液或第一水溶液中加入中链脂肪酸盐或长链脂肪酸盐。脂肪酸盐的实例包括但不限于纤维素诸如羧甲基纤维素、山梨醇、柠檬酸盐诸如柠檬酸钠或柠檬酸钾、硬脂酸盐诸如硬脂酸钠或硬脂酸钾、磷酸盐诸如磷酸钠或磷酸钾、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、EDTA或其组合。在一些实施方案中，可以在该工艺的沉淀步骤期间加入硬脂酸盐和柠檬酸盐的组合，以形成包含球霰石和MgO的组合物。

一种或更多种沉淀条件还可以包括诸如混合速率、诸如超声波的搅动形式以及晶种、催化剂、膜或底物的存在的因素。在一些实施方案中，一种或更多种沉淀条件包括过饱和条件、温度、pH和/或浓度梯度，或者循环或改变这些参数中的任何一个。用于制备沉淀材料的方案可以是间歇方案、半间歇方案或连续方案。一种或更多种沉淀条件可以不同，以与半间歇系统或间歇系统相比在连续流动系统中产生沉淀材料。

在一些实施方案中，离开沉淀反应器的气体(在图1-图3的步骤C中示出为“洗涤气体”)传递到气体处理单元用于洗涤工艺。气体处理单元的质量平衡和设备设计可能取决于气体的性质。在一些实施方案中，气体处理单元可以并入酸洗涤器，诸如例如盐酸(HCl)洗涤器或硫酸(H

NH

来自HCl洗涤器的NH

在一些实施方案中，包含氨的废气流(在图1-图3中示出为“洗涤气体”)可以经历洗涤工艺，其中包含氨的废气流与水和来自工业过程的二氧化碳一起洗涤，以产生氨的溶液。洗涤器的入口可以是二氧化碳(CO

不受任何理论的限制，预期在洗涤器中可以发生以下反应：

NH

包含钙盐和氧化镁的水溶液或第一水溶液当在一种或更多种沉淀条件下与包含CO

在一些实施方案中，组合物中的球霰石可以在合适的条件下形成，使得球霰石是反应性的，并且在水中的溶解-沉淀过程时(在胶凝期间)转化为文石和/或方解石。氧化镁在胶凝过程期间转化为氢氧化镁。文石和/或方解石连同氢氧化镁可以赋予胶凝的产品一个或更多个独特的特征，该独特的特征包括但不限于高抗压强度、复杂的微结构网络、中性pH、用氢氧化镁填充文石和/或方解石网络的孔隙等。包含球霰石和氧化镁的组合物(在整个过程中作为组合物的一部分或作为包含氧化镁的添加的固体，如本文所描述)经历向文石和/或方解石的转化，并且凝固和硬化成胶凝产品(如图1-图3中的产品(A)所示)。在形成包含球霰石和氧化镁的组合物的工艺中不除去氧化镁固体提供了另外的优点，即减少了除去固体的一个步骤，消除潜在的废物流，从而提高效率并且改进该工艺的经济性。

在一些实施方案中，本文提供的方法和系统还包括通过脱水从水溶液中分离组合物/沉淀材料(图1-图3中的步骤D)以形成碳酸钙和氧化镁饼状物(如图1-图3中所示)。碳酸钙和氧化镁饼状物可以任选地经历漂洗和任选地干燥(图1-图3中的步骤E)。包含碳酸钙和氧化镁的组合物的饼状物形式的干燥导致形成包含碳酸钙和氧化镁的组合物的粉末形式，其然后可以用于制造胶凝产品或非胶凝产品(如图1-图3中的产品(B)所示)。在一些实施方案中，碳酸钙和氧化镁饼状物可以包含铵(NH

本文提供的方法和系统可以导致残余的含N无机盐或含N有机盐，例如在上清液溶液中以及在沉淀物形成之后在沉淀物本身中保留的残余铵盐。如本文使用的残余的含N无机盐或残余的含N有机盐，例如残余的铵盐(例如残余的NH

从脱水以及冲洗流中获得的残余的含N无机盐溶液或含N有机盐溶液，例如残余的铵盐溶液(例如残余的NH

在一些实施方案中，如图1-图3所图示的残余的含N无机盐溶液或含N有机盐溶液，例如残余的铵盐溶液(例如残余的NH

在一些实施方案中，残余的含N无机盐溶液或含N有机盐溶液，例如残余的铵盐溶液(例如残余的NH

通常，在338℃，固体NH

NH

CaCO

在一些实施方案中，沉淀物和/或干燥的粉末中的残余铵盐，例如但不限于氯化铵、乙酸铵、硫酸铵、亚硫酸铵、硫化氢铵、硫代硫酸铵、硝酸铵、亚硝酸铵或其组合，可以通过在80℃-840℃之间的温度热分解除去。这可以在正常滤饼干燥工艺期间和/或作为第二次干燥后热处理来完成。这样的温度范围是合意的，即，该温度范围使沉淀中的残余铵盐分解，同时保持组合物中球霰石的胶凝性质，使得球霰石在加热之后保持为球霰石，并且在与水结合之后，成功地转化为文石和/或方解石以形成胶凝产品。

在前述方面和实施方案的一些实施方案中，从沉淀材料中去除和任选地回收残余的含N无机盐或含N有机盐诸如例如铵盐的步骤包括将沉淀材料加热至在约80℃-380℃之间或在约100℃-360℃之间或在约150℃-360℃之间或在约200℃-360℃之间或在约250℃-360℃之间或在约300℃-360℃之间或在约150℃-200℃之间或在约100℃-200℃之间或在约200℃-300℃之间或在约300℃-350℃之间或在约310℃-345℃或在约320℃-345℃之间或在约330℃-345℃之间或在约300℃-345℃之间，以从沉淀材料中蒸发残余的含N无机盐或含N有机盐，并任选地通过浓缩残余的含N无机盐或含N有机盐进行回收。

在前述方面和实施方案的一些实施方案中，从沉淀材料中去除和任选地回收残余的含N无机盐或含N有机盐诸如例如残余的铵盐的步骤包括加热沉淀材料，持续超过约10分钟或超过约15分钟或超过约5分钟或在约10分钟至约1小时之间或在约10分钟至约1.5小时之间或在约10分钟至约2小时之间或在约10分钟至约5小时之间或在约10分钟至约10小时之间的持续时间。

在一些实施方案中，在使组合物经历如上所述的加热步骤以除去和任选地回收残余的含N无机盐或含N有机盐例如残余的铵盐之前，将组合物/沉淀材料脱水(以除去上清液水溶液)并干燥以除去水(例如，通过在约100℃或高于约100℃加热)。在一些实施方案中，在使组合物经历加热步骤以除去和任选地回收残余的含N无机盐或含N有机盐例如残余的铵盐之前，将组合物部分脱水(以除去大部分上清液水溶液)和部分干燥以除去水(或避免干燥步骤)。在一些实施方案中，铵盐以包含氨气、氯化氢气体、氯气或其组合的形式从沉淀材料中蒸发。

申请人已经发现，在一些实施方案中，保持加热的温度和持续时间的量的组合对于从沉淀材料中去除铵盐并保持球霰石的胶凝性能可能是至关重要的。由此形成的胶凝产品具有最小的氯化物含量或没有氯化物含量，并且没有氨或硫的恶臭气味。在一些实施方案中，氯化物含量为约或低于胶凝产品的可接受ASTM标准。

在一些实施方案中，上文叙述的任选地与加热的持续时间相结合的温度条件可以与压力条件组合，所述压力条件提供驱动力以改进残余的含N无机盐或含N有机盐例如残余的铵盐的分解的热力学。例如，沉淀材料的加热可以在顶部空间处于低于大气压力的压力的系统中进行。通过降低反应物在气相中的分压，低于大气压压力的压力可以产生用于加热涉及气相产物(诸如但不限于氨气、氯化氢气体、氯气或其组合)的反应的驱动力。在减压或真空下操作的另一个优点可能是，在较低的压力，一些升华反应可能在较低的温度发生，从而改进加热反应的能量需求。

在上文描述的热分解过程的一些实施方案中，呈氨和HCl气体的形式的分离的氯化铵可以通过组合的热析出气体的重结晶或通过将气体吸收到水性介质中来回收用于再利用。这两种机制都可能导致NH

在一些实施方案中，可以在上文描述的工艺中通过NH

NH

任何碱度源都可以用来增加滤饼水的pH。在一些实施方案中，氧化钙和/或氢氧化物的水溶液、或石灰浆可以提供高碱度源。在一些实施方案中，石灰的水性级分可以被整合到脱水过程的漂洗阶段(例如，滤饼步骤)中，以提高系统的pH并驱动NH

包含球霰石和氧化镁的饼状组合物可以被送到干燥器(图1-图3中的步骤E)以形成包含球霰石和氧化镁的粉末组合物。组合物的粉末形式可以在应用中进一步用于形成产品，如本文所描述的。可以使用本领域中已知的任何干燥技术来干燥饼状物，所述干燥技术诸如但不限于流化床干燥器或涡流流化器。然后将所得的固体粉末与添加剂混合，以制成本文描述的不同产品。在一些实施方案中，具有减少的水的浆料形式或组合物的饼状物形式直接用于形成产品，诸如建筑面板、或混凝土或骨料等，如本文所描述的。

在本文提供的系统中，分离或脱水步骤D可以在分离站上进行。包含球霰石和氧化镁的组合物可以在沉淀之后和在分离之前在上清液中储存持续一段时间。例如，组合物可以在从1℃至40℃，诸如20℃至25℃的范围内的温度，在上清液中储存持续在从几分钟至几小时至1天至1000天或更长时间，诸如1天至10天或更长时间范围内的时间段。分离或脱水可以使用多种方便方法中的任何一种来实现，所述方法包括排水(例如，沉淀材料的重力沉降，然后排水)、倾析、过滤(例如，重力过滤、真空过滤、使用强制空气的过滤)、离心、压制或其任何组合。将本体水从组合物中分离产生了组合物湿饼或脱水的组合物。液固分离器诸如Epuramat的Extrem-Separator(“ExSep”)液固分离器、Xerox PARC的螺旋浓缩器或Epuramat的ExSep或Xerox PARC的螺旋浓缩器的任何一种的改进可以用于从沉淀反应中分离组合物。

在一些实施方案中，所得的脱水的组合物诸如湿饼材料(例如在热除去含N盐之后)可以直接用于制备本文描述的产品(A)。例如，将包含球霰石和氧化镁的组合物的湿饼与本文描述的一种或更多种添加剂混合，并且铺开在传送带上，在传送带上球霰石转化为文石和/或方解石，将氧化镁转化为氢氧化镁，并且使混合物凝固并硬化。然后将硬化的材料切割成所需的形状，诸如本文描述的板或面板。在一些实施方案中，将湿饼倒在传送带顶部的一张纸上。另一张纸可以放在湿饼的顶部上，然后对湿饼进行按压以去除多余的水分。在组合物凝固和硬化(球霰石转化为文石和/或方解石以及氧化镁转化为氢氧化镁)之后，材料被切割成所需的形状，诸如水泥墙板和干墙等。在一些实施方案中，一种或更多种添加剂的量可以根据将球霰石转化为文石和/或方解石所需的期望时间进行优化(如下所述)。例如，对于一些应用，可能期望的是材料快速转化，并且在某些其他情况下，缓慢转化可能是期望的。在一些实施方案中，湿饼可以在传送带上加热，以加速球霰石向文石和/或方解石的转化以及氧化镁向氢氧化镁的转化。在一些实施方案中，可以将湿饼倒入所需形状的模具中，并且然后在高压釜中加热模具，以加速球霰石向文石和/或方解石的转化以及氧化镁向氢氧化镁的转化(并且任选地除去残余的盐)。因此，连续流工艺、间歇工艺或半间歇工艺都完全在本发明的范围内。

在一些实施方案中，包含球霰石和氧化镁的组合物一旦从沉淀反应中分离出来就用淡水洗涤，并且然后放置到压滤机中以生产具有30％-60％固体的滤饼。然后，使用任何方便的手段，例如液压机，在例如在从5psi到5000psi，诸如1000psi到5000psi的范围内的适当的压力，将该滤饼机械压制在模具中，以产生成型的固体(其中球霰石已经转化为文石和/或方解石，并且氧化镁已经转化为氢氧化镁)，例如矩形砖。这些得到的固体然后被固化，例如通过放置在室外并储存，通过放置在室中被固化，在室中它们经历高水平的湿度和热量等。这些得到的固化的固体然后被用作建筑材料本身或被压碎以生产骨料。

在涉及使用温度和压力的工艺中，脱水的饼状物可以被干燥。然后将饼状物暴露于再浇水、和高温和/或高压的组合持续某一时间。添加回的水的量、温度、压力和暴露时间的组合以及饼状物的厚度可以根据起始材料的组成和期望的结果而变化。

本文描述了将材料暴露于温度和压力的多种不同方式；应当理解，可以使用任何方便的方法。饼状物的厚度和大小可以根据需要进行调整；在一些实施方案中，厚度可以从0.05英寸到5英寸变化，例如0.1-2英寸或0.3-1英寸。在一些实施方案中，饼状物可以是0.5英寸到6英尺或者甚至更厚。然后通过任何方便的方法，例如在使用加热的压板的板压机中，将饼状物暴露于高温和/或高压持续给定的时间。例如，用于压板的使温度升高的热量可以例如通过来自工业废气流诸如烟道气流的热量来提供。温度可以是任何合适的温度；一般来说，对于较厚的饼状物，需要较高的温度；温度范围的实例是40℃-150℃，例如60℃-120℃，诸如70℃-110℃，或80℃-100℃。类似地，压力可以是产生期望的结果的任何合适的压力；示例性的压力包括1000-100,000磅每平方英寸(psi)，包括2000-50,000psi，或2000-25,000psi，或2000-20,000psi，或3000-5000psi。最后，饼状物被压制的时间可以是任何合适的时间，例如1-100秒，或1-100分钟，或1-50分钟，或2-25分钟，或1-10,000天。然后可以任选地固化所得的硬压片，例如通过放置在室外并储存，通过放置在室中固化，在室中它们经历高水平的湿度和热量，等等。这些任选地固化的硬压片然后被用作建筑材料本身或被压碎以产生骨料。

另一种提供温度和压力的方法是使用压机。合适的压机，例如板压机，可以用于在期望的温度提供压力(使用例如由烟道气或通过该工艺的其他步骤提供的热量，以产生沉淀物，例如来自电化学工艺)持续期望的时间。一组辊可以以类似的方式使用。

将饼状物暴露于高温和高压的另一种方式是通过挤出机，例如螺杆式挤出机。挤出机的筒体可以被装备成实现高温，例如通过护套被装备成实现高温；这种高温可以由例如烟道气或类似物提供。挤出可以用作在压制操作之前预热和干燥原料的手段。这样的压制可以通过压缩模具、经由辊、经由具有成形凹痕的辊(其可以提供所需骨料的几乎任何形状)、在其行进时提供压缩的带之间、或任何其他方便的方法来进行。可选择地，挤出机可以用于通过模具挤出材料，当材料被迫通过模具时，将材料暴露于压力，并且给出任何期望的形状。在一些实施方案中，将包含球霰石和氧化镁的组合物与淡水混合，并且然后放置到旋转螺杆挤出机的进料区段中。挤出机和/或出口模具可以被加热以进一步辅助该过程。螺杆的转动沿着其长度输送材料，并且随着螺杆的切片厚度减小而压缩材料。挤出机的螺杆和筒体还可以包括筒体中的通风口，其中螺杆中的减压区与筒体通风口开口重合。特别是在加热的挤出机的情况下，这些通风区域允许从输送的物质中释放蒸气，从材料中去除水。

然后，螺杆输送的材料被迫通过进一步压缩材料并使材料成形的模具区段。模具中的典型开口可以是圆形、椭圆形、方形、矩形、梯形等，尽管最终骨料所需的任何形状都可以通过调节开口的形状来制造。离开模具的材料可以通过任何方便的方法，诸如通过飞刀，切割成任何方便的长度。加热的模具区段的使用可以通过加速碳酸盐矿物向坚硬的稳定形式的转变来进一步帮助产品的形成。在粘合剂的情况下，加热的模具还可以用于使粘合剂硬化或凝固。100℃到600℃的温度通常用于加热的模具区段。

在又其他实施方案中，包含球霰石和氧化镁的组合物可以用于原位或原地成型结构制造。例如，道路、铺砌的区域或其他结构可以通过将例如如本文描述的组合物层施加到基底(例如地面、路基等)，并且然后将该组合物水合，例如通过允许该组合物暴露于自然施加的水(诸如以雨水的形式)，或通过浇灌由组合物制造。水合作用将组合物(球霰石转化为文石和/或方解石，并且氧化镁转化为氢氧化镁)固化成所需的原位或原地成型结构，例如道路、铺砌的区域等。例如，在需要较厚的原位形成的结构层的情况下，可以重复该过程。

在一些实施方案中，组合物和产品的生产在同一设施中进行。在一些实施方案中，组合物在一个设施中生产，并且被运输到另一个设施以制造最终产品。组合物可以以浆料形式、湿饼形式或干粉形式运输。

在一些实施方案中，从分离站获得的所得的脱水的组合物在干燥站处干燥，以产生包含球霰石和氧化镁的组合物的粉末形式。干燥可以通过对组合物进行空气干燥来实现。在某些实施方案中，干燥通过冷冻干燥(即冻干)来实现，其中组合物被冷冻，周围压力降低，并且加入足够的热量以允许组合物中的冷冻水直接升华成气体。在又一种实施方案中，对组合物进行喷雾干燥以干燥组合物，其中包含组合物的液体通过将该液体供给通过热气体(诸如来自发电厂的气态废物流)来干燥，并且其中液体进料通过雾化器被泵送到主干燥室中，并且热气体作为顺流或逆流流向雾化器方向。取决于系统的特定干燥方案，干燥站可以包括过滤元件、冷冻干燥结构、喷雾干燥结构等。在一些实施方案中，沉淀物可以通过流化床干燥器干燥。在某些实施方案中，当适当时，来自发电厂或类似操作的废热量可以用于执行干燥步骤。例如，在一些实施方案中，通过使用高温(例如，来自发电厂废热量)、压力或其组合来生产干燥产品。在组合物的干燥之后，然后可以使该材料在高温经历加热以除去残余的含N盐，例如如本文描述的残余的铵盐。

沉淀过程的所得上清液或组合物的浆料还可以根据需要进行加工。例如，上清液或浆液可以返回到水溶液、或第一水溶液、或另一位置。在一些实施方案中，如本文所描述的，上清液可以与包含CO

在一些实施方案中，通过本文提供的方法生产的组合物被用作建筑材料(例如，用于某种类型的人造结构诸如建筑物、道路、桥梁、水坝及类似物的建筑材料)，使得CO

在一些实施方案中，包含球霰石和氧化镁的组合物的粉末形式被用作水泥，其中球霰石转化为文石和/或方解石(溶解-再沉淀过程)，并且氧化镁转化为氢氧化镁，并在与水结合之后凝固和硬化。

在一些实施方案中，骨料由组合物生产。在这样的实施方案中，在干燥过程产生所需尺寸的颗粒的情况下，几乎不需要任何另外的加工来产生骨料。在又其他实施方案中，进行组合物的进一步加工，以便生产所需的骨料。例如，组合物可以以足以使组合物形成固体产物的方式与淡水结合，其中球霰石转化为文石和/或方解石(溶解-再沉淀过程)，并且氧化镁转化为氢氧化镁。通过控制湿材料的含水量，可以控制最终骨料的孔隙率以及最终强度和密度。通常，湿饼可以是40体积％-60体积％的水。对于较致密的骨料，湿饼可以是＜50％的水，对于较不致密的饼状物，湿饼可以是＞50％的水。在硬化之后，所得的固体产品然后可以被机械加工，例如压碎或以其他方式破碎和分类，以生产所需特性例如尺寸、特定形状等的骨料。在这些过程中，凝固步骤和机械加工步骤可以以基本上连续的方式或在单独的时间进行。在某些实施方案中，大量的组合物可以储存在组合物暴露于大气的开放环境中。对于凝固步骤，组合物可以用淡水以方便的方式浇灌，或者允许自然降雨，以便生产凝固产品。然后可以如上文所描述机械地加工该凝固产品。在生产组合物之后，对组合物进行加工以生产所需的骨料。在一些实施方案中，组合物可以留在室外，在室外雨水可以用作淡水源，以引起发生大气水稳定反应，使组合物硬化以形成骨料。

通常，在碳酸钙沉淀时，无定形碳酸钙(ACC)最初可以沉淀并转变成其三个更稳定相(球霰石、文石或方解石)中的一个或更多个。对于从不稳定相到更稳定相的转变，可能存在热力学驱动力。由于该原因，碳酸钙相按以下顺序转变：ACC到球霰石、文石和方解石，其中可能存在中间相或可能不存在中间相。在这种转变期间，释放过量的能量，如图5所展示。这种内在的能量可以用来创建强大的聚集趋势和可能导致聚集和凝固或胶凝的表面相互作用。应当理解，图5中报告的值在本领域中是熟知的，并且可以变化。

本文提供的方法和系统生产或分离包含球霰石和氧化镁的组合物，该组合物在溶解-再沉淀时转化为包含氢氧化镁的文石形式和/或方解石形式。文石形式可以进一步转化为更稳定的方解石形式或者可以不进一步转化为更稳定的方解石形式。包含包含氢氧化镁的文石和/或方解石形式的产品显示出一种或更多种意想不到的性质，该性质包括但不限于高抗压强度、高孔隙率(低密度或轻重量)、中性pH(可用作下文描述的人工礁)、微结构网络等。

除了球霰石之外，可能存在于包含沉淀物质的碳酸盐中的碳酸钙的其他次要多晶型物形式包括但不限于无定形碳酸钙、文石、方解石、球霰石的前体相、文石的前体相、不如方解石稳定的中间相、这些多晶型物之间的多晶型形式或其组合。

球霰石可以以单分散或团聚的形式存在，并且可以是呈球形、椭圆形、板样形状或六边形系统。球霰石通常具有六方晶体结构，并且在生长时形成多晶球形颗粒。球霰石的前体形式包括球霰石的纳米团簇，并且文石的前体形式包括文石针状物的亚微米至纳米团簇。文石，如果与球霰石一起存在于组合物中，则可以是针状物形状、柱状、或斜方晶系的晶体。方解石，如果与球霰石一起存在于组合物中，则可以是立方体、纺锤形、或六方晶系的晶体。不如方解石稳定的中间相可以是在球霰石和方解石之间的相、在球霰石的前体和方解石之间的相、在文石和方解石之间的相和/或在文石的前体和方解石之间的相。

碳酸钙多晶型物之间的转变可以经由固态转变发生，可以是溶液介导的，或者两者。在一些实施方案中，转变是溶液介导的，因为它可能比热活化的固态转变需要更少的能量。球霰石是亚稳态的，并且碳酸钙多晶型物的热力学稳定性的差异可以表现为溶解度的差异，其中最不稳定的相是最可溶的。因此，球霰石可以容易地溶解在溶液中，并且有利地朝向更稳定的多晶型物诸如文石和/或方解石转变。在像碳酸钙的多晶型体系中，在溶液中可能同时存在两个动力学过程：亚稳态相的溶解和稳定相的生长。在一些实施方案中，当球霰石在水性介质中经历溶解时，文石晶体和/或方解石晶体可以生长。

在本文提供的组合物、方法和系统的一些实施方案中，球霰石和氧化镁的组合导致在溶解再沉淀过程期间球霰石活化为文石途径，而不是方解石途径。在一些实施方案中，包含球霰石的组合物以这样的方式被活化，使得在溶解-再沉淀过程之后，文石的形成被增强，并且方解石的形成被抑制。包含球霰石的组合物的活化还可以导致对文石的形成和晶体生长的控制。通过氧化镁的存在可以促进组合物中球霰石仅对文石而不是方解石的选择和活化。如本文前面所描述的，氧化镁不仅可以在凝固和硬化期间控制球霰石向文石的转化，而且自身转化为氢氧化镁，填充文石针状物并与文石针状物结合，从而提供稳定的耐用的和坚硬的材料。

应当理解，氢氧化镁可以完全或部分地与文石针状物或方解石结合，并且没有必要所有的氢氧化镁都与针状物或方解石结合。

在本文提供的组合物、方法和系统的一些实施方案中，球霰石和氧化镁的组合导致在溶解-再沉淀过程期间球霰石活化为方解石途径。该过程可以以这样的方式驱动，使得球霰石转化为方解石，同时氧化镁转化为氢氧化镁。氢氧化镁填充方解石并与方解石结合，从而提供稳定的耐用的和坚硬的材料。

在本文提供的组合物、方法和系统的一些实施方案中，球霰石和氧化镁的组合导致在溶解-再沉淀过程期间球霰石活化为文石和方解石途径两者。该过程可以以这样的方式驱动，使得球霰石转化为文石，并且文石部分或全部转化为方解石，同时氧化镁转化为氢氧化镁。氢氧化镁填充文石以及方解石并且与文石以及方解石结合，从而提供稳定的耐用的和坚硬的材料。

在溶解-再沉淀过程期间，镁离子被释放到溶液中并且形成氢氧化镁。同样，球霰石通过溶液溶解沉淀反应转化为文石和/或方解石。申请人已经令人惊讶地发现，球霰石的溶解可能需要平行于氧化镁的溶解，用于使镁离子以足够的量存在于溶液中，以促进文石的形成。经由控制球霰石和氧化镁的溶解度和溶解速率，可以使溶解时间一致(参见实施例3)。在一些实施方案中，球霰石的溶解速率可以通过改变颗粒尺寸和晶格来改变。例如，减小球霰石的颗粒尺寸可以增加溶解和转化的速率。在一些实施方案中，诱导晶格缺陷可以提高球霰石的溶解度，并且某些离子诸如铵离子和硫酸根离子可以进一步用于稳定球霰石并降低球霰石的溶解速率。在一些实施方案中，氧化镁的溶解速率可能受到其尺寸和结晶度的影响。在一些实施方案中，氧化镁的尺寸和性质(在欠烧、轻烧或僵烧下)可以通过研磨和煅烧(烧制)条件来控制。在一些实施方案中，减小的氧化镁颗粒尺寸、减小的烧制时间和减小的烧制温度可以增加氧化镁的溶解速率。

在一个方面中，提供了形成组合物的方法，该方法包括：

(i)煅烧石灰石以形成包含石灰和氧化镁的混合物以及包含二氧化碳的气流；

(ii)将包含石灰和氧化镁的混合物溶解在含N盐溶液中，以产生包含钙盐和氧化镁的水溶液；

(iii)用包含二氧化碳的气流处理包含钙盐和氧化镁的水溶液，以形成包含球霰石和氧化镁的组合物；以及

(iv)控制球霰石的平均粒径和/或控制石灰石和/或含镁矿物的煅烧温度/烧制温度以形成氧化镁，并且将球霰石转化为文石和/或方解石，并将氧化镁转化为氢氧化镁。

在上述方面中，还包括将球霰石的平均粒径控制在约1微米-50微米之间或在1微米-20微米之间。在上述方面中，还包括将形成石灰和氧化镁的石灰石和/或含镁矿物的煅烧温度/烧制温度控制在约300℃-1200℃之间；或在约300℃-1000℃之间；或在约300℃-800℃之间；或在约500℃-1000℃之间。

包含球霰石和氧化镁的组合物的活化可以任选地通过多种其他工艺进一步实现。本文描述了球霰石的活化的多种实例，诸如但不限于核活化、热活化、机械活化、化学活化或其组合。在一些实施方案中，球霰石通过多种工艺被活化，使得文石和/或方解石的形成及其形态和/或晶体生长可以在包含球霰石的组合物与水反应时被控制。形成的文石和/或方解石导致由球霰石形成的产品具有更高的拉伸强度和断裂耐受性。

在一些实施方案中，球霰石可以通过机械手段激活，如本文所描述。例如，包含球霰石和氧化镁的组合物可以通过在组合物上产生表面缺陷来活化，使得文石和/或方解石的形成被加速。在一些实施方案中，包含球霰石和氧化镁的组合物是球磨的组合物。

包含球霰石和氧化镁的组合物还可以通过向球霰石组合物提供化学活化或核活化来活化。这样的化学活化或核活化可以由文石晶种、方解石晶种、无机添加剂或有机添加剂中的一种或更多种提供。在本文提供的组合物中存在的文石晶种和/或方解石晶种可以从天然来源或合成来源获得。天然来源包括但不限于礁沙、石灰、某些淡水和海洋无脊椎生物体的硬骨骼材料，包括斧足类动物、腹足类动物、软体动物壳以及温水和冷水珊瑚的钙质内骨骼、珍珠、岩石、沉积物、矿石矿物(例如蛇纹石)及类似物。合成来源包括但不限于沉淀的文石和/或方解石，诸如由碳酸钠和氯化钙形成的文石和/或方解石；或者由球霰石的转化形成的文石和/或方解石，诸如本文描述的转化的球霰石。

在一些实施方案中，本文提供的组合物中的无机添加剂或有机添加剂可以是使球霰石活化的任何添加剂。本文提供的组合物中的无机添加剂或有机添加剂的一些实例包括但不限于癸基硫酸钠、月桂酸、月桂酸的钠盐、尿素、柠檬酸、柠檬酸的钠盐、邻苯二甲酸、邻苯二甲酸的钠盐、牛磺酸、肌酸、右旋糖、聚(n-乙烯基-1-吡咯烷酮)、天冬氨酸、天冬氨酸的钠盐、氯化镁、乙酸、乙酸的钠盐、谷氨酸、谷氨酸的钠盐、氯化锶、石膏、氯化锂、氯化钠、甘氨酸、柠檬酸钠脱水物、碳酸氢钠、硫酸镁、乙酸镁、聚苯乙烯钠、十二烷基磺酸钠、聚乙烯醇或其组合。在一些实施方案中，本文提供的组合物中的无机添加剂或有机添加剂包括但不限于牛磺酸、肌酸、聚(n-乙烯基-1-吡咯烷酮)、月桂酸、月桂酸的钠盐、尿素、氯化镁、乙酸、乙酸的钠盐、氯化锶、硫酸镁、乙酸镁或其组合。在一些实施方案中，本文提供的组合物中的无机添加剂或有机添加剂包括但不限于氯化镁、硫酸镁、乙酸镁或其组合。

在一些实施方案中，本文提供的组合物中的无机添加剂可以是外部添加到包含球霰石和氧化镁的组合物中的另外的氧化镁。

不受任何理论的限制，预期用氧化镁活化球霰石和/或通过球磨或通过添加文石和/或方解石晶种、无机添加剂或有机添加剂或其组合的进一步活化可以导致在球霰石的溶解-再沉淀过程期间控制文石和/或方解石的形成，包括控制性质，诸如但不限于多晶型物、形态、颗粒尺寸、交联、团聚、凝结、聚集、沉淀、结晶学、抑制沿着晶体的某一面生长、允许沿着晶体的某一面生长或其组合。例如，氧化镁和任选地其他添加剂诸如文石晶种、无机添加剂或有机添加剂的存在可以选择性地靶向文石的形态，抑制方解石生长并促进文石的形成，这在动力学上通常可能是不利的。

在一些实施方案中，可以添加一种或更多种无机添加剂，以促进球霰石向文石和/或方解石的转化以及氧化镁向氢氧化镁的转化。可以在该工艺的任何步骤期间添加一种或更多种添加剂。例如，一种或更多种添加剂可以在水溶液或第一水溶液与二氧化碳气体和任选地氨气或第二水溶液接触期间；在水溶液或第一水溶液与二氧化碳气体和任选地氨气或第二水溶液接触之后；在组合物沉淀期间，在组合物在浆料中沉淀之后，在组合物脱水之后的浆料中，在浆料干燥之后的粉末中，在与粉末组合物待混合的水溶液中，或在由粉状组合物与水制成的浆料中，或其任何组合中添加。在一些实施方案中，在制备组合物的工艺中使用的水可能已经包含一种或更多种添加剂或一种或更多种添加剂离子。例如，如果在该工艺中使用海水，那么添加剂离子可能已经存在于海水中。

在一些实施方案中，在前述方法中，在工艺期间添加的一种或更多种添加剂的量大于按重量计0.1％、或大于按重量计0.5％、或大于按重量计1％、或大于按重量计1.5％、或大于按重量计1.6％、或大于按重量计1.7％、或大于按重量计1.8％、或大于按重量计1.9％、或大于按重量计2％、或大于按重量计2.1％、或大于按重量计2.2％、或大于按重量计2.3％、或大于按重量计2.4％、或大于按重量计2.5％、或大于按重量计2.6％、或大于按重量计2.7％、或大于按重量计2.8％、或大于按重量计2.9％、或大于按重量计3％、或大于按重量计3.5％、或大于按重量计4％、或大于按重量计4.5％、或大于按重量计5％、或在按重量计0.5％-5％之间、或在按重量计0.5％-4％之间、或在按重量计0.5％-3％之间、或按重量计0.5％-2％、或按重量计0.5％-1％、或按重量计1％-3％、或按重量计1％-2.5％、或按重量计1％-2％、或按重量计1.5％-2.5％、或按重量计2％-3％、或按重量计2.5％-3％、或按重量计0.5％、或按重量计1％、或按重量计1.5％、或按重量计2％、或按重量计2.5％、或按重量计3％、或按重量计3.5％、或按重量计4％、或按重量计4.5％、或按重量计5％。在一些实施方案中，在前述方法中，在工艺期间添加的一种或更多种添加剂的量在按重量计0.5％-3％之间或在按重量计1.5％-2.5％之间。

在一些实施方案中，如通过本文描述的方法和系统制备的包含球霰石和氧化镁的组合物在一种或更多种合适的条件下用水性介质处理之后凝固和硬化(球霰石转化为文石和/或方解石，并且氧化镁转化为氢氧化镁)。水性介质包括但不限于任选地包含添加剂的淡水或盐水。在一些实施方案中，一种或更多种合适的条件包括但不限于温度、压力、用于凝固的时间段、水性介质与组合物的比及其组合。温度可以与水性介质的温度有关。在一些实施方案中，温度在0℃-110℃；或0℃-80℃；或0℃-60℃；或0℃-40℃；或25℃-100℃；或25℃-75℃；或25℃-50℃；或37℃-100℃；或37℃-60℃；或40℃-100℃；或40℃-60℃；或50℃-100℃；或50℃-80℃；或60℃-100℃；或60℃-80℃；或80℃-100℃；或100℃-200℃的范围内。在一些实施方案中，压力是大气压力或高于大气压压力。在一些实施方案中，用于使水泥产品凝固的时间段为30分钟至48小时；或30分钟至24小时；或30分钟至12小时；或30分钟至8小时；或30分钟至4小时；或30分钟至2小时；2小时至48小时；或2小时至24小时；或2小时至12小时；或2小时至8小时；或2小时至4小时；5小时至48小时；或5小时至24小时；或5小时至12小时；或5小时至8小时；或5小时至4小时；或5小时至2小时；或10小时至48小时；或10小时至24小时；或24小时至48小时。

在组合物或沉淀材料与水性介质混合期间，沉淀物可以经历高剪切混合器。在混合之后，沉淀物可以再次脱水并置于预成型的模具中以制造成型的建筑材料，或者可以用于使用本领域中熟知的或如本文所描述的工艺制造成型的建筑材料。可选择地，沉淀物可以与水混合，并且允许凝固。沉淀物可以在数天的时间段内凝固，并且然后可以放置在烘箱中用于干燥，例如在40℃，或从40℃-60℃，或从40℃-50℃，或从40℃-100℃，或从50℃-60℃，或从50℃-80℃，或从50℃-100℃，或从60℃-80℃，或从60℃-100℃干燥。沉淀物可以在高温，诸如从50℃-60℃，或从50℃-80℃，或从50℃-100℃，或从60℃-80℃，或从60℃-100℃，或60℃，或80℃-100℃，或100℃-120℃，在高湿度诸如在30％、或40％、或50％、或60％或100％相对湿度经历固化。

在上述方面和实施方案的一些实施方案中，该系统还包括回收系统，以从待被再循环回到溶解反应器的水溶液中回收残余的含N盐。回收系统是被配置成进行如上文描述的热分解、反渗透、多级闪蒸、多效蒸馏、蒸气再压缩、蒸馏及其组合的系统。

本文提供的方法和系统可以在陆地(例如，在靠近石灰石采石场的位置，或者容易且经济地运输)、在海上或在海洋中进行。在一些实施方案中，煅烧石灰的水泥厂可以用本文描述的系统改装，以形成组合物，并且进一步由该组合物形成产品。

方面包括用于实施如本文描述的方法的系统，包括加工厂或工厂。系统可以具有能够实施感兴趣的特定生产方法的任何配置。

在某些实施方案中，系统包括石灰源和具有用于水性含N盐溶液的输入端的结构。例如，系统可以包括水性含N盐溶液的管道或类似进料部，其中水性含N盐溶液如本文所描述。该系统还包括用于CO

所述系统还包括处理反应器，所述处理反应器使引入到所述处理反应器的水溶液或第一水溶液经历一种或更多种沉淀条件(如本文所描述)并产生组合物和上清液。在一些实施方案中，处理反应器被配置成保持足以生产每天超过1吨、10吨、100吨、1,000吨或10,000吨的组合物的水。处理反应器还可以被配置为包括许多不同元件中的任何一个，所述元件诸如温度调制元件(例如，被配置为将水加热到期望的温度)、化学添加剂元件(例如，被配置成用于将添加剂等引入到沉淀反应混合物中)、计算机自动化及类似元件。

包含CO

在由系统加工以产生沉淀材料的水源是海水的情况下，输入端与海水源流体连通，例如，诸如其中输入端是从海水到基于陆地的系统或船体中的入口端口的管道或进料部，例如，其中系统是船舶的一部分，例如，在基于海洋的系统中。

该方法和系统还可以包括一个或更多个检测器，所述检测器被配置成用于监测水性含N盐溶液、石灰和/或二氧化碳(在图中未图示出)。监测可以包括但不限于收集关于水或二氧化碳气体的压力、温度和组成的数据。检测器可以是任何方便的装置，所述装置被配置成监测例如压力传感器(例如电磁压力传感器、电位压力传感器等)、温度传感器(电阻温度检测器、热电偶、气体温度计、热敏电阻、高温计、红外辐射传感器等)、体积传感器(例如地球物理衍射层析成像、X射线层析成像、水声测量器等)、以及用于确定水或二氧化碳气体的化学组成的装置(例如IR光谱仪、NMR光谱仪、UV-vis分光光度计、高效液相色谱仪、电感耦合等离子体发射光谱仪、电感耦合等离子体质谱仪、离子色谱仪、X射线衍射仪、气相色谱仪、气相色谱-质谱仪、流动注射分析、闪烁计数器、酸度滴定和火焰发射光谱仪等)。

在一些实施方案中，检测器还可以包括计算机接口，所述计算机接口被配置为向用户提供关于水性含N盐溶液、石灰和氧化镁和/或二氧化碳/氨气的收集的数据。在一些实施方案中，概要可以存储为计算机可读数据文件，或者可以打印为用户可读文档。

在一些实施方案中，检测器可以是监测装置，使得它可以收集实时数据(例如，内部压力、温度等)。在其他实施方案中，检测器可以是一个或更多个检测器，其被配置成以规则的间隔确定水性含N盐溶液、石灰和/或二氧化碳和/或NH

在某些实施方案中，该系统还可以包括用于由组合物制备建筑材料诸如水泥或骨料的站。其他材料，诸如成型的建筑材料和/或非胶凝材料，也可以由组合物形成，并且可以使用适当的站来制备它们。

如上所述，该系统可以存在于陆地或海洋上。例如，该系统可以是基于陆地的系统，其在沿海地区例如靠近海水源，或者甚至是内部位置，其中水从水源例如海洋被管道输送到系统中。可选择地，该系统是基于水的系统，即存在于水上或水中的系统。这样的系统根据需要可以存在于船、基于海洋的平台等上。

碳酸钙浆料经由泵被泵送到干燥系统，在一些实施方案中，所述干燥系统包括过滤步骤，随后是喷雾干燥。从干燥系统分离的水被排出或被再循环到反应器。来自干燥系统的所得到的固体或粉末被用作水泥或骨料来生产建筑材料。该固体或粉末还可以用作非胶凝产品诸如纸、塑料、油漆等中的填料。该固体或粉末还可以用于对成型的建筑材料诸如干墙、水泥板等进行成型。

在一些实施方案中，系统可以包括控制站，所述控制站被配置成控制水性含N盐溶液的量和/或输送到处理反应器或溶解反应器的石灰的量；输送到分离器的沉淀物的量；输送到干燥站的沉淀物的量；和/或输送到精炼站(refining station)的沉淀物的量。控制站可以包括一组手动控制的、机械控制的或数字控制的阀或多阀系统，或者可以采用任何其他方便的流量调节器方案。在一些情况下，控制站可以包括计算机接口(其中调节是计算机辅助的或者完全由计算机控制)，所述计算机接口被配置为向用户提供输入参数和输出参数以控制量，如上所描述的。

II.组合物

在一个方面中，提供了包含球霰石和氧化镁的水泥组合物或非水泥组合物。

如本文所述，氧化镁是欠烧氧化镁、轻烧氧化镁、僵烧氧化镁或其组合。

在本文提供的组合物、方法和系统方面的一些实施方案中，球霰石部分地形成在氧化镁的表面上。当石灰和氧化镁经历图1-图4中概述的工艺以形成包含球霰石和氧化镁的组合物时，可以出现上述实施方案。

在一些实施方案中，本文提供的组合物是呈粉末形式。在一些实施方案中，本文提供的组合物是呈干粉形式。在一些实施方案中，本文提供的组合物是湿饼组合物或浆料。在一些实施方案中，本文提供的组合物是无序的或者不呈有序的阵列。在仍然一些实施方案中，本文提供的组合物是呈部分或全部水合的形式。在仍然一些实施方案中，本文提供的组合物是在盐水或淡水中。在仍然一些实施方案中，本文提供的组合物是在包含氯化钠的水中。在仍然一些实施方案中，本文提供的组合物是在包含碱土金属离子的水中，所述碱土金属离子诸如但不限于钙、镁等。在一些实施方案中，本文提供的组合物是非医用的或不用于医疗程序。

在一个方面中，提供了水泥浆料组合物或非水泥浆料组合物，所述水泥浆料组合物或非水泥浆料组合物包含球霰石、文石、方解石、氧化镁、氢氧化镁或其组合以及水。在上述方面中，包含球霰石和氧化镁的组合物，当与水接触以形成浆料时，经历球霰石向文石和/或方解石的转化(在水中溶解和再沉淀)以及氧化镁向氢氧化镁的转化。

在一些实施方案中，本文提供的组合物、方法和系统中的文石是呈针状物的网络的形状。在一些实施方案中，氢氧化镁将文石针状物结合在一起。在一些实施方案中，氢氧化镁使文石稳定并防止其转化为方解石。在一些实施方案中，氢氧化镁将方解石晶体结合在一起。在一些实施方案中，氢氧化镁使方解石稳定。

在一些实施方案中，水以氢氧化镁的形式结合到组合物上。

在一些实施方案中，本文提供的组合物具有高于10的pH。

在前述方面和实施方案的一些实施方案中，组合物包含至少10wt％的球霰石；或至少20wt％的球霰石；或至少30wt％的球霰石；或至少40wt％的球霰石；或至少50wt％的球霰石；或至少60wt％的球霰石；或至少70wt％的球霰石；或至少80wt％的球霰石；或至少90wt％球霰石；或至少95wt％球霰石；或至少99wt％的球霰石；或从10wt％至99wt％的球霰石；或从10wt％至90wt％的球霰石；或从10wt％至80wt％的球霰石；或从10wt％至70wt％的球霰石；或从10wt％至60wt％的球霰石；或从10wt％至50wt％的球霰石；或从10wt％至40wt％的球霰石；或从10wt％至30wt％的球霰石；或从10wt％至20wt％的球霰石；或从20wt％至99wt％的球霰石；或从20wt％至95wt％的球霰石；或从20wt％至90wt％的球霰石；或从20wt％至75wt％的球霰石；或从20wt％至50wt％的球霰石；或从30wt％至99wt％的球霰石；或从30wt％至95wt％的球霰石；或从30wt％至90wt％的球霰石；或从30wt％至75wt％的球霰石；或从30wt％至50wt％的球霰石；或从40wt％至99wt％的球霰石；或从40wt％至95wt％的球霰石；或从40wt％至90wt％的球霰石；或从40wt％至75wt％的球霰石；或从50wt％至99wt％的球霰石；或从50wt％至95wt％的球霰石；或从50wt％至90wt％的球霰石；或从50wt％至75wt％的球霰石；或从60wt％至99wt％的球霰石；或从60wt％至95wt％的球霰石；或从60wt％至90wt％的球霰石；或从70wt％至99wt％的球霰石；或从70wt％至95wt％的球霰石；或从70wt％至90wt％的球霰石；或从80wt％至99wt％的球霰石；或从80wt％至95wt％的球霰石；或从80wt％至90wt％的球霰石；或从90wt％至99wt％的球霰石；或10wt％的球霰石；或20wt％的球霰石；或30wt％的球霰石；或40wt％的球霰石；或50wt％的球霰石；或60wt％的球霰石；或70wt％的球霰石；或75wt％的球霰石；或80wt％的球霰石；或85wt％的球霰石；或90wt％的球霰石；或95wt％的球霰石；或99wt％的球霰石。

在前述方面和实施方案的一些实施方案中，所述组合物在组合物中包含在约10wt％-70wt％之间的氧化镁；或在约10wt％-60wt％之间的氧化镁；或在约10wt％-50wt％之间的氧化镁；或在约10wt％-45wt％之间；或在约10wt％-40wt％之间；或在约10wt％-35wt％之间；或在约10wt％-30wt％之间；或在约10wt％-25wt％之间；或在约10wt％-20wt％之间；或在约10wt％-15wt％之间；或在约20wt％-70wt％之间；或在约20wt％-60wt％之间；或在约20wt％-50wt％之间；或在约20wt％-40wt％之间；或在约20wt％-30wt％之间；或在约20wt％-25wt％之间；或在约30wt％-70wt％之间；或在约30wt％-60wt％之间；或在约30wt％-50wt％之间；或在约30wt％-40wt％之间；或在约40wt％-70wt％之间；或在约40wt％-60wt％之间；或在约40wt％-50wt％之间的氧化镁。

在前述方面和实施方案的一些实施方案中，组合物包含在约30wt％-99wt％之间的球霰石和在约1wt％-70wt％之间的氧化镁；或者在约50wt％-90wt％之间的球霰石和在约10wt％-50wt％之间的氧化镁；或者在约60wt％-90wt％之间的球霰石和在约10wt％-40wt％之间的氧化镁；或者在约70wt％-90wt％之间的球霰石和在约10wt％-30wt％之间的氧化镁；或者在约80wt％-99wt％之间的球霰石和在约1wt％-20wt％之间的氧化镁。

在一些实施方案中，包含球霰石和氧化镁的组合物是平均粒径在约0.1微米-100微米之间的颗粒组合物。平均粒径(或平均颗粒直径)可以使用任何常规粒径测定方法来测定，所述粒径测定方法诸如但不限于多检测器激光散射或激光衍射或筛分。在某些实施方案中，存在单峰分布或多峰分布，例如双峰分布或其他分布。双峰分布可以允许表面积被最小化，从而当组合物与水混合时，允许较低的液体/固体质量比，同时为早期反应提供较小的反应性颗粒。在一些实施方案中，本文提供的包含球霰石和氧化镁的组合物或沉淀材料是平均粒径为0.1微米-1000微米；或0.1微米-500微米；或0.1微米-100微米；或0.1微米-50微米；或0.1微米-20微米；或0.1微米-10微米；或0.1微米-5微米；或1微米-50微米；或1微米-25微米；或1微米-20微米；或1微米-10微米；或1微米-5微米；或5微米-70微米；或5微米-50微米；或5微米-20微米；或5微米-10微米；或10微米-100微米；或10微米-50微米；或10微米-20微米；或10微米-15微米；或15微米-50微米；或15微米-30微米；或15微米-20微米；或20微米-50微米；或20微米-30微米；或30微米-50微米；或40微米-50微米；或50微米-100微米；或50微米-60微米；或60微米-100微米；或60微米-70微米；或70微米-100微米；或70微米-80微米；或80微米-100微米；或80微米-90微米；或0.1微米；或0.5微米；或1微米；或2微米；或3微米；或4微米；或5微米；或8微米；或10微米；或15微米；或20微米；或30微米；或40微米；或50微米；或60微米；或70微米；或80微米；或100微米的颗粒组合物。例如，在一些实施方案中，本文提供的包含球霰石和氧化镁的组合物是平均粒径为0.1微米-20微米；或0.1微米-15微米；或0.1微米-10微米；或0.1微米-8微米；或0.1微米-5微米；或1微米-25微米；或1微米-20微米；或1微米-15微米；或1微米-10微米；或1微米-5微米；或5微米-20微米；或5微米-10微米的颗粒组合物。在一些实施方案中，包含球霰石和氧化镁的组合物在组合物或沉淀材料中包括两种或更多种、或三种或更多种、或四种或更多种、或五种或更多种、或十种或更多种、或20种或更多种、或3-20种或4-10种不同尺寸的颗粒。例如，组合物可以包括两种或更多种、或三种或更多种、或在3-20种之间的颗粒，这些颗粒在颗粒的从0.1微米-10微米、10微米-50微米、50微米-100微米、100微米-200微米、200微米-500微米、500微米-1000微米和/或亚微米大小的范围内。在一些实施方案中，组合物可以具有低于0.1微米、或亚微米或在0.001微米至1微米之间或更大的平均粒径。

在一些实施方案中，包含球霰石和氧化镁的组合物还可以包含OPC或硅酸盐水泥熟料。硅酸盐水泥组分的量可以变化，并且在从10wt％至95wt％；或10wt％至90wt％；或10wt％至80wt％；或10wt％至70wt％；或10wt％至60wt％；或10wt％至50wt％；或10wt％至40wt％；或10wt％至30wt％；或10wt％至20wt％；或20wt％至90wt％；或20wt％至80wt％；或20wt％至70wt％；或20wt％至60wt％；或20wt％至50wt％；或20wt％至40wt％；或20wt％至30wt％；或30wt％至90wt％；或30wt％至80wt％；或30wt％至70wt％；或30wt％至60wt％；或30wt％至50wt％；或30wt％至40wt％；或40wt％至90wt％；或40wt％至80wt％；或40wt％至70wt％；或40wt％至60wt％；或40wt％至50wt％；或50wt％至90wt％；或50wt％至80wt％；或50wt％至70wt％；或50wt％至60wt％；或60wt％至90wt％；或60wt％至80wt％；或60wt％至70wt％；或70wt％至90wt％；或70wt％至80wt％的范围内。例如，包含球霰石和氧化镁的组合物可以包含75％的OPC和25％的组合物；或80％的OPC和20％的组合物；或85％的OPC和15％的组合物；或90％的OPC和10％的组合物；或95％的OPC和5％的组合物的共混物。

在某些实施方案中，包含球霰石和氧化镁的组合物还可以包含骨料。骨料可以包含在组合物或沉淀材料中，以提供包括细骨料的砂浆和还包括粗骨料的混凝土。细骨料是几乎完全通过4号筛(ASTM C 125和ASTM C 33)的材料，诸如硅砂。粗骨料是主要保留在4号筛(ASTM C 125和ASTM C 33)上的材料，诸如硅石、石英、碎圆形大理石、玻璃球、花岗岩、石灰、方解石、长石、冲积砂、砂或任何其他耐用骨料及其混合物。因此，骨料被广泛用于指许多不同类型的粗颗粒材料和细颗粒材料两者，包括但不限于砂、砾石、碎石、矿渣和再生混凝土。骨料的量和性质可能很大地变化。在一些实施方案中，骨料的量可以在由组合物和骨料两者组成的总组合物的从25wt％至80wt％的范围内，诸如40wt％至70wt％，并且包括50wt％至70wt％。

在一些实施方案中，呈湿形式或干燥形式的包含球霰石和氧化镁的组合物还包含一种或更多种外加剂，以赋予产品一种或更多种性质，所述性质包括但不限于强度、弯曲强度、抗压强度、孔隙率、导热性等。所采用的外加剂的量可以根据外加剂的性质而变化。在一些实施方案中，一种或更多种外加剂的量在从0.01wt％-50wt％，诸如1wt％-30wt％，或1wt％-25wt％，或1wt％-20wt％，或2wt％-10wt％的范围内。外加剂的实例包括但不限于凝固促进剂、缓凝剂、引气剂、发泡剂、消泡剂、碱反应性降低剂、粘合外加剂、分散剂、着色外加剂、腐蚀抑制剂、防潮外加剂、发气剂、渗透性降低剂、泵送剂、收缩补偿外加剂、杀真菌外加剂、杀菌外加剂、杀虫外加剂、流变改性剂、细碎矿物外加剂、火山灰、骨料、润湿剂、强度增强剂、防水剂、增强材料诸如纤维和任何其他外加剂。当使用外加剂时，将向其中引入外加剂原料的组合物或沉淀材料混合持续足够的时间，以使外加剂原料相对均匀地分散在整个组合物中。

凝固促进剂可以用于加速水泥的凝固和早期强度发展。可以使用的凝固促进剂的实例包括但不限于

在一些实施方案中，包含球霰石和氧化镁的组合物还包含发泡剂。发泡剂并入大量的空隙/孔隙，并且有助于降低材料的密度。发泡剂的实例包括但不限于皂、洗涤剂(烷基醚硫酸盐)、millifoam

在一些实施方案中，包含球霰石和氧化镁的组合物还包含消泡剂。消泡剂用于降低胶凝组合物中的空气含量。作为外加剂，还感兴趣的是分散剂。分散剂包括但不限于具有或不具有聚醚单元的聚羧酸盐分散剂。术语分散剂还意指包括那些也用作增塑剂、减水剂诸如高效减水剂(high range water reducer)、流化剂、抗絮凝剂或用于组合物的超增塑剂的化学品，诸如木质素磺酸盐、磺化萘磺酸盐缩合物的盐、磺化三聚氰胺磺酸盐缩合物的盐、β萘磺酸盐、磺化三聚氰胺甲醛缩合物、萘磺酸盐甲醛缩合物树脂，例如LOMAR

出于美观和安全的原因，天然外加剂和合成外加剂可以用于对产品进行着色。这些着色外加剂可以包含颜料，并且包括炭黑、氧化铁、酞菁、棕土(umber)、氧化铬、氧化钛、钴蓝和有机着色剂。作为外加剂，还感兴趣的是腐蚀抑制剂。腐蚀抑制剂可以用于保护嵌入的钢筋免受腐蚀。通常用于抑制腐蚀的材料是亚硝酸钙、亚硝酸钠、苯甲酸钠、某些磷酸盐或氟硅酸盐、氟铝酸盐、胺和相关化学品。还感兴趣的是防潮外加剂。防潮外加剂降低具有低水泥含量、高水-水泥比或在骨料中细料不足的产品的渗透性。这些外加剂可以延缓水分渗透到干燥产品中，并且包括某些皂、硬脂酸盐和石油产品。还感兴趣的是发气剂外加剂。发气剂(gas former)或气体形成剂(gas-forming agent)有时被添加到混合物中，以在硬化前引起轻微膨胀。膨胀的量取决于所使用的气体形成材料的量和新鲜混合物的温度。铝粉、树脂皂和植物胶或动物胶、皂甙或水解蛋白可以用作发气剂。还感兴趣的是渗透性降低剂。渗透性降低剂可以用于降低水在压力下被传输通过混合物的速率。硅灰、飞灰、矿渣粉、天然火山灰、减水剂和胶乳可以用于降低混合物的渗透性。

在一些实施方案中，包含球霰石和氧化镁的组合物还包含流变改性剂外加剂。流变改性剂可以用于增加组合物的粘度。流变改性剂的合适的实例包括固化二氧化硅、胶体二氧化硅、羟乙基纤维素、淀粉、羟丙基纤维素、飞灰(如ASTM C618中定义的)、矿物油(诸如轻质环烷)、粘土诸如锂蒙脱石粘土、聚氧化烯、多糖、天然树胶或其混合物。一些矿物填充剂，诸如但不限于海泡石粘土，是流变改性剂。

在一些实施方案中，包含球霰石和氧化镁的组合物还包含收缩补偿外加剂。

在一些实施方案中，例如，在纤维增强产品是合意的情况下，包含球霰石和氧化镁的组合物还包含诸如纤维的增强材料。纤维可以由包含氧化锆的材料、铝、玻璃、钢、碳、陶瓷、草、竹子、木材、玻璃纤维或合成材料，例如聚丙烯、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚乙烯醇、尼龙、聚乙烯、聚酯、人造丝、高强度芳纶(例如

在一些实施方案中，本文提供的组合物还包含一种或更多种另外的组分，该另外的组分包括但不限于高炉矿渣、飞灰、硅藻土和其他天然火山灰或人工火山灰、硅灰、石灰石、石膏、熟石灰、空气夹带剂、缓凝剂、防水剂和着色剂。可以添加这些组分以改变水泥的性质，例如，以提供所需的强度获得，提供所需的凝固时间等。组合物中存在的这样的组分的量可以变化，并且在某些实施方案中，这些组分的量在从0.01wt％至50wt％，或10wt％至50wt％，诸如2wt％至10wt％的范围内。

在一些实施方案中，本文提供的组合物还包含辅助胶凝材料(SCM)。在一些实施方案中，SCM是矿渣、飞灰、硅灰或煅烧粘土。

组合物的组分可以使用任何合适的方案组合。每种材料可以在工作时混合，或者部分或全部材料可以提前混合。可选择地，一些材料在有或没有外加剂诸如高效减水外加剂的情况下与水混合，并且然后剩余的材料可以与其混合。作为混合设备，可以使用任何常规的设备。例如，可以采用Hobart混合器、斜筒混合器、Omni混合器、Henschel混合器、V型混合器和Nauta混合器。

III.产品

本文提供了用于利用由煅烧包含含镁矿物和/或与含镁矿物混合的石灰石形成的包含球霰石和氧化镁的组合物来形成胶凝产品和/或非胶凝产品的方法和系统。本文提供了环境友好的方法和系统，所述方法和系统从石灰石的煅烧中去除或分离气体废物流中的CO

通过本文描述的方法生产的产品可以是骨料或建筑材料或预制材料或成型的建筑材料。在一些实施方案中，通过本文描述的方法生产的产品包括非胶凝材料，诸如纸、油漆、PVC等。在一些实施方案中，通过本文描述的方法生产的产品包括人工礁。本文已经描述了这些产品。

在一个方面中，提供了包含文石和/或方解石和氢氧化镁的水泥产品或非水泥产品。在一些实施方案中，文石是呈针状物的网络的形状。在一些实施方案中，氢氧化镁将文石和/或方解石结合在一起。在一些实施方案中，氢氧化镁赋予文石水泥和/或方解石水泥独特的特性，该独特的特性包括但不限于填充文石和/或方解石的孔隙，使其致密且孔隙较少；使文石稳定并防止其转化为方解石；将文石针状物结合在一起，增强其强度和耐久性；将方解石结合在一起，增强其强度和耐久性；以及赋予产品高于10的pH，并且防止水泥结构中的钢加强件的任何钢腐蚀。

在一些实施方案中，产品的孔隙率在约0-95％之间；或在约0-90％之间；或在约0-80％之间；或在约0-70％之间；或在约0-60％之间；或在约0-50％之间；或在约0-40％之间；或在约0-30％之间；或在约0-20％之间；或在约0-10％之间；或在约10％-95％之间；或在约10％-80％之间；或在约10％-70％之间；或在约10％-60％之间；或在约10％-50％之间；或在约10％-40％之间；或在约10％-30％之间；或在约10％-20％之间；或在约20％-95％之间；或在约20％-80％之间；或在约20％-70％之间；或在约20％-60％之间；或在约20％-50％之间；或在约20％-40％之间；或在约20％-30％之间；或在约30％-95％之间；或在约30％-80％之间；或在约30％-70％之间；或在约30％-60％之间；或在约30％-50％之间；或在约30％-40％之间；或在约50％-95％之间；或在约70％-80％之间；或在约40％-70％之间。在一些实施方案中，可以在包含球霰石的组合物中优化氧化镁的量，使得可以优化由组合物形成的产品的孔隙率(在球霰石转化为文石和/或方解石以及氧化镁转化为氢氧化镁之后)。

不受本文提供的方法和系统的限制，包含球霰石和氧化镁的组合物可以通过将包含球霰石的组合物与氧化镁混合而形成，其中氧化镁作为添加剂被添加到组合物中。在一些实施方案中，可以加入氧化镁以补充在组合物中已经存在的氧化镁。

由本文提供的组合物或沉淀材料制成的产品显示出一种或更多种性质，例如高抗压强度、高耐久性、高孔隙率(重量轻)、高弯曲强度和较少的维护成本。在一些实施方案中，包含球霰石和氧化镁的组合物在与水结合、凝固和硬化时，具有至少0.05MPa(兆帕)、至少3MPa、或至少7MPa、或至少10MPa的抗压强度，或者在一些实施方案中，具有在0.05MPa-30MPa之间、或在3MPa-30 MPa之间、或在14MPa-80MPa之间或在14MPa-35MPa之间的抗压强度。

在前述方面和前述实施方案的一些实施方案中，包含球霰石和氧化镁的组合物在与水结合、凝固和硬化(即球霰石转化为文石和/或方解石并且氧化镁转化为氢氧化镁)之后具有至少0.05MPa；至少3MPa；至少7MPa；至少14MPa；或至少16MPa；或至少18MPa；或至少20MPa；或至少25MPa；或至少30MPa；或至少35MPa；或至少40MPa；或至少45MPa；或至少50MPa；或至少55MPa；或至少60MPa；或至少65MPa；或至少70MPa；或至少75MPa；或至少80MPa；或至少85MPa；或至少90MPa；或至少95MPa；或至少100MPa；或从0.05-50MPa；或从3-50MPa；或从3-25MPa；或从3-15MPa；或从3-10MPa；或从14-25MPa；或从14-100MPa；或从14-80MPa；或从14-75MPa；或从14-50MPa；或从14-25MPa；或从17-35MPa；或从17-25MPa；或从20-100MPa；或从20-75MPa；或从20-50MPa；或从20-40MPa；或从30-90MPa；或从30-75MPa；或从30-60MPa；或从40-90MPa；或从40-75MPa；或从50-90MPa；或从50-75MPa；或从60-90MPa；或从60-75MPa；或从70-90MPa；或从70-80MPa；或从70-75MPa；或从80-100MPa；或从90-100MPa；或从90-95MPa；或14MPa；或3MPa；或7MPa；或16MPa；或18MPa；或20MPa；或25MPa；或30MPa；或35MPa；或40MPa；或45MPa的抗压强度。例如，在前述方面和前述实施方案的一些实施方案中，在凝固和硬化之后的组合物具有3MPa至25MPa；或14MPa至40MPa；或17MPa至40MPa；或20MPa至40MPa；或30MPa至40MPa；或35MPa至40MPa的抗压强度。在一些实施方案中，本文描述的抗压强度是在1天、或3天、或7天、或28天、或56天或更长时间之后的抗压强度。

建筑材料

此处使用的“建筑材料”包括在建筑中使用的材料。在一个方面中，提供了结构或建筑材料，当球霰石转化为文石和/或方解石并且氧化镁转化为凝固和硬化的氢氧化镁时，所述结构或建筑材料包含包含球霰石和氧化镁的组合物的凝固和硬化的形式。在一个方面中，提供了包含文石和/或方解石和氢氧化镁的结构或建筑材料。包含文石和/或方解石和氢氧化镁形式的产品(图1-图3中的产品(A)或(B))显示出一种或更多种意想不到的性质，该性质包括但不限于高抗压强度、高孔隙率(低密度或轻重量)、中性pH(例如，可用作人工礁)、微结构网络等。

这样的结构或建筑材料的实例包括但不限于混凝土、骨料、建筑物、车道、地基、厨房板、家具、路面、道路、桥梁、高速公路、立交桥、停车结构、砖、砌块、墙、大门的基脚、栅栏或电杆及其组合。

成型的建筑材料

本文使用的“成型的建筑材料”包括成形(例如，模制、铸造、切割或以其他方式生产)成具有限定的物理形状的结构的材料。成型的建筑材料可以是预制建筑材料，诸如预制水泥或混凝土产品。在2009年9月30日提交的美国申请序号12/571,398中描述了成型的建筑材料以及制造和使用成型的建筑材料的方法，该美国申请通过引用以其整体并入本文。成型的建筑材料可以变化很大，并且包括成形(例如，模制、铸造、切割或以其他方式生产)成具有限定的物理形状即配置的结构的材料。成型的建筑材料不同于无定形建筑材料(例如，粉末、糊状物、浆料等)，所述无定形建筑材料不具有限定的且稳定的形状，而是与容纳它们的容器一致，容器例如袋或其他容器。成型的建筑材料也不同于不规则或不精确成型的材料(例如，骨料、用于处置的散装形式等)，因为成型的建筑材料是根据允许在例如建筑物中使用成型的建筑材料的规范生产的。成型的建筑材料可以根据用于这样的结构的传统制造方案来制备，除了本文提供的组合物用于制造这样的材料之外。

在一些实施方案中，本文提供的方法和系统还包括使包含球霰石和氧化镁的组合物凝固和硬化，其中球霰石转化为文石和/或方解石，并且氧化镁转化为氢氧化镁，该氢氧化镁凝固和硬化，并形成成型的建筑材料。在一个方面中，提供了包含文石和/或方解石和氢氧化镁的成型的建筑材料。

在一些实施方案中，由包含球霰石和氧化镁的组合物制成的成型的建筑材料具有至少0.05MPa、至少3MPa、至少10MPa或至少14MPa、或在3-30MPa之间、或在约14-100MPa之间、或在约14-45MPa之间的抗压强度或弯曲强度；或者组合物在凝固和硬化之后的抗压强度，如本文所述。

可以通过前述方法和系统生产的成型的建筑材料的实例包括但不限于砌体单元，例如仅砖、砌块和瓷砖，包括但不限于天花板瓷砖；建筑面板，例如仅水泥板(传统上由水泥制成的板，诸如纤维水泥板)和/或干墙(传统上由石膏制成的板)；导管；盆；梁；柱、板；声屏障；保温材料；或其组合。建筑面板是在广泛意义上用于指任何非承重结构元件的成型的建筑材料，其被表征成使得其长度和宽度基本上大于其厚度。因此，面板可以是板条(plank)、板、木瓦(shingles)和/或瓷砖。由本文提供的沉淀材料形成的示例性的建筑面板包括水泥板和/或干墙。建筑面板是多边形结构，其尺寸根据其预期用途而变化很大。建筑面板的尺寸长度可以在从50cm至500cm的范围内，包括100cm至300cm，诸如250cm；宽度在从25cm至200cm的范围内，包括75cm至150cm，诸如100cm；厚度在从5mm至25mm的范围内，包括7mm至20mm，包括10mm至15mm。

在一些实施方案中，水泥板和/或干墙可以用于制造不同类型的板，诸如但不限于纸饰面板(例如具有纤维素纤维的表面增强物)、玻璃纤维饰面板或玻璃垫饰面板(例如具有玻璃纤维垫的表面增强物)、玻璃纤维网增强板(例如具有玻璃网的表面增强物)和/或纤维增强板(例如具有纤维素、玻璃、纤维等的水泥增强物)。这些板可以用于多种应用，应用包括但不限于，墙板，诸如纤维水泥墙板、屋顶、拱腹、覆板、包层、盖板、天花板、竖井衬垫、墙板、衬垫、装饰件、中楣、木瓦和面板，和/或垫层。

通过本文提供的方法和系统制备的水泥板由包含球霰石和氧化镁的组合物制成，该组合物部分或全部替代板中的传统水泥。在一些实施方案中，水泥板可以包括以文石和氢氧化镁水泥的组合或方解石和氢氧化镁水泥与纤维和/或玻璃纤维的组合制备的建筑面板，并且可以在板的两面具有另外的纤维和/或玻璃纤维增强物。

水泥板是成型的建筑材料，在一些实施方案中，所述成型的建筑材料被用作陶瓷的背衬板，其可以在浴室瓷砖、厨房柜台、后挡板等的后面使用，并且可以具有在从100cm至200cm的范围内的长度。水泥板在物理性质和机械性能方面可以变化。在一些实施方案中，弯曲强度可以变化，范围在1MPa至7.5MPa之间，包括2MPa至6MPa，诸如5MPa。抗压强度也可以变化，范围为从5MPa至50MPa，包括10MPa至30MPa，诸如15MPa至20MPa。在一些实施方案中，水泥板可以在大量暴露于湿气的环境(例如，商业桑拿浴室)中使用。本文所述的组合物或沉淀材料可以用于产生所需的形状和尺寸以形成水泥板。此外，还可以向水泥板中添加多种另外的组分，这些组分包括但不限于增塑剂、粘土、发泡剂、促进剂、缓凝剂和空气夹带添加剂。然后将组合物倒入片材模具中，或者可以使用辊来形成所需厚度的片材。成型的组合物可以通过辊压实、液压压力、振动压实或共振冲击压实被进一步压实。然后将片材切割成水泥板的所需的尺寸。

由本文描述的组合物形成的另一种类型的建筑面板是背衬板。背衬板可以用于建造内部和/或外部地板、墙壁和天花板。在实施方案中，背衬板部分地或全部由包含球霰石和氧化镁的组合物制成。

由该组合物形成的另一种类型的建筑板是干墙。干墙包括用于建造内部和/或外部地板、墙壁和天花板的板。传统上，干墙由石膏(称为纸饰面板)制成。在实施方案中，干墙部分地或全部由包含球霰石和氧化镁的组合物制成，从而替代来自干墙产品的石膏。在一些实施方案中，干墙可以包括以文石和/或方解石和氢氧化镁水泥以及纤维素、纤维和/或玻璃纤维的组合制备的建筑面板，并且可以在板的两面具有另外的纸、纤维、玻璃纤维网和/或玻璃纤维垫增强物。用于制造干墙产品的多种工艺在本领域中是熟知的，并且完全在本发明的范围内。一些实例包括但不限于在本文中已经描述的湿法工艺、半干法工艺、挤出工艺、

在一些实施方案中，干墙是由包裹在内芯周围的纸衬垫制成的面板。例如，在一些实施方案中，在由包含球霰石和氧化镁的组合物制造干墙产品的过程期间，将包含球霰石和氧化镁的组合物的浆料倒在一张纸上。然后将另一张纸放在组合物的顶部，使得组合物在两侧上都侧接有纸(所得的组合物夹在两张外层材料例如厚纸或玻璃纤维垫之间)。组合物中的球霰石然后转化为文石和/或方解石，并且氧化镁转化为氢氧化镁(任选地使用加热)，氢氧化镁然后凝固并硬化。当芯凝固并在大的干燥室中干燥时，夹层变得足够坚硬和坚固，以用作建筑材料。然后切割并分离干墙片材。

由包含球霰石和氧化镁的组合物形成的干墙的弯曲强度和抗压强度等于或高于用石膏灰泥制备的常规干墙，石膏灰泥是已知的软建筑材料。在一些实施方案中，弯曲强度可以在0.1MPa至3MPa之间的范围内，包括0.5MPa至2MPa，诸如1.5MPa。抗压强度也可以变化，在一些情况下在从1MPa至20MPa的范围内，包括5MPa至15MPa，诸如8MPa至10MPa。在一些实施方案中，通过本文描述的方法和系统生产的成型的建筑材料，诸如建筑面板，诸如但不限于水泥板和干墙，具有低密度和高孔隙率，使得它们适合于轻质和绝缘应用。所形成的建筑材料诸如建筑面板的高孔隙率和轻重量可能是由于当球霰石转化为文石和/或方解石时文石和/或方解石微结构的发展以及用氢氧化镁填充文石和/或方解石的孔隙。球霰石在溶解/再沉淀过程期间的转化可以导致微孔隙的产生，同时在文石晶体和/或形成的方解石之间产生的空隙可以被填充有氢氧化镁，提供了强度和轻质结构。

在转化过程期间可以加入某些外加剂，外加剂诸如但不限于发泡剂、流变改性剂和矿物填充剂，诸如但不限于粘土、淀粉等，这可以增加产品中的孔隙率，因为发泡剂可以在混合物中夹带空气并降低总密度，并且矿物填充剂诸如海泡石粘土可以增加混合物的粘度，从而防止组合物和水的分离。

水泥板或干墙的应用之一是纤维水泥墙板。由本文提供的方法和系统形成的纤维-水泥墙板包括以文石水泥和/或方解石水泥、骨料、交织纤维素和/或聚合物纤维的组合制备的建筑面板，并且可以具有类似木材的纹理和柔韧性。

在一些实施方案中，形成的建筑材料是砌体单元。砌体单元是用于建造承重结构和非承重结构的成型的建筑材料，所述承重结构和非承重结构通常使用砂浆、灌浆及类似物组装。由组合物形成的示例性的砌体单元包括砖、块和瓷砖。

由本文描述的组合物形成的另一种成型的建筑材料是导管。导管是被配置成将气体或液体从一个位置输送到另一个位置的管或类似结构。导管可以包括用于输送液体或气体的多种不同结构中的任何一种，这些结构包括但不限于管道、涵洞(culvert)、箱形涵洞(box culvert)、排水通道和桥门(portal)、入口结构、进水塔、闸门井(gate well)、出口结构及类似物。

由本文描述的组合物形成的另一种成型的建筑材料是盆。术语盆可以包括用于容纳液体诸如水的任何配置的容器。因此，盆可以包括但不限于诸如井、收集箱、卫生检查井(sanitary manhole)、化粪池、集水池(catch basin)、油脂捕集器/分离器、雨水排放收集储器等的结构。

由本文描述的组合物形成的另一种成型的建筑材料是梁，梁在广义上是指具有大的弯曲强度和压缩强度的水平承重结构。梁可以是矩形十字形、C形槽钢、L形截面边缘梁、工字梁、拱肩梁(spandrel beam)、H形梁，具有倒T形设计等。梁还可以是水平承重单元，水平承重单元包括但不限于托梁、过梁、拱门和悬臂。

由本文描述的组合物形成的另一种成型的建筑材料是柱，柱在广义上是指主要通过轴向压缩来承载载荷的竖向承重结构，并且包括诸如压缩构件的结构元件。本发明的其他竖向压缩构件可以包括但不限于支柱、墩(pier)、基座或立柱。

由本文描述的组合物形成的另一种成型的建筑材料是混凝土板。混凝土板是那些用于建造预制地基、地板和墙面板的建筑材料。在一些情况下，混凝土板可以用作地板单元(例如，中空板条单元或双三通设计)。

由本文描述的组合物形成的另一种成型的建筑材料是声屏障，声屏障指的是用作声音的衰减或吸收的屏障的结构。因此，声屏障可以包括但不限于诸如吸声板、反射屏障、吸收屏障、反应性屏障等的结构。

由本文描述的组合物形成的另一种成型的建筑材料是保温材料，其指的是用于减弱或抑制热传导的材料。保温材料还可以包括那些减少或抑制热量的辐射传递的材料。

在一些实施方案中，诸如预制混凝土产品的其他成型的建筑材料包括但不限于地面青贮窖(bunker silo)；牛饲料铺位；牛网格；农业围栏；H形铺位；J形铺位；牲畜板条；牲畜饮水槽；建筑面板墙；包层(砖)；建筑装饰件；地基；地板，包括地面上的楼板；墙壁；双壁预制夹芯面板；渡槽(aqueduct)；机械稳定的接地面板；箱形涵洞；三面涵洞；桥梁系统；RR交叉口；RR纽带；隔音墙/屏障；Jersey屏障；隧道段；钢筋混凝土箱；效用保护结构；手孔(hand hole)；空芯产品；灯杆底座；电表箱；面板拱顶；拉箱；电信结构；变压器垫；变压器室；沟槽；公用设施保险库(utility vault)；电线杆；受控环境保险库；地下保险库；陵墓；墓碑；棺材；危险防护垫储存容器；拘留所；集水池；检修孔；曝气系统；配电箱；定量供应罐；干井；油脂拦截器；沥滤坑；砂-油/油-水拦截器；化粪池；水/污水储罐；湿井；消防蓄水池；浮船坞；水下基础设施；甲板；栏杆；海堤；屋顶瓦片；铺路机；社区挡土墙；水库挡土墙；模块化闭塞系统；和分段挡土墙。

非胶凝组合物

在一些实施方案中，本文描述的方法和系统包括由本文描述的组合物制备其他产品，该组合物包括但不限于非胶凝组合物，其他产品包括纸、聚合物产品、润滑剂、粘合剂、橡胶产品、白垩、沥青产品、油漆、用于油漆去除的磨料、个人护理产品、化妆品、清洁产品、个人卫生产品、可摄取产品、农产品、土壤改良产品、杀虫剂、环境修复产品及其组合。这样的组合物已经在2010年11月9日授权的美国专利号7,829,053中描述，该美国专利通过引用以其整体并入本文。

人造海洋结构

在一些实施方案中，本文描述的方法包括由本文描述的组合物制造人造海洋结构，人造海洋结构包括但不限于人造珊瑚和人造礁。在一些实施方案中，人造结构可以用于水族馆或海洋中。在一些实施方案中，这些产品由包含球霰石和氧化镁的组合物制成，在凝固和硬化后，球霰石和氧化镁转化为文石和/或方解石和氢氧化镁。文石水泥和/或方解石水泥可以提供中性或接近中性的pH，这可能有利于海洋生物的维持和生长。文石礁可以为海洋物种提供合适的栖息地。

在整个描述中，在组合物被描述为具有、包括或包含特定组分的情况下，或者在工艺和方法被描述为具有、包括或包含特定步骤的情况下，预期另外存在基本上由所陈述的组分组成或由所陈述的组分组成的本发明的组合物，并且存在基本上由所陈述的工艺步骤组成或由所陈述的工艺步骤组成的根据本发明的工艺和方法。

在该申请中，在元件或部件被称为包括在所陈述的元件或部件的列表中和/或从所陈述的元件或部件的列表中选择时，应该理解，该元件或部件可以是所陈述的元件或部件的中的任何一个，或者该元件或部件可以选自由所陈述的元件或部件中的两个或更多个组成的组。

此外，应该理解，本文描述的组合物或方法的要素和/或特征可以以多种方式组合，而不脱离本发明的精神和范围，无论在本文中是显式的还是隐含的。例如，在参考特定组合物的情况下，该组合物可以用于本发明的组合物的多种实施方案和/或本发明的方法中，除非从上下文中另有理解。换句话说，在本申请中，已经以能够书写和绘制清晰且简明的申请的方式描述和描绘了实施方案，但是预期并且将理解实施方案可以在不脱离本教导和发明的情况下被不同地组合或分开。例如，应当理解，本文描述和描绘的所有特征可以适用于本文描述和描绘的本发明的所有方面。

在提供值的范围的情况下，应当理解，在该范围的上限和下限之间的每一个中间值，至下限单位的十分之一(除非上下文另外清楚地指示)，以及在该陈述的范围中的任何其他陈述的值或中间值，被涵盖在本发明内。这些较小的范围的上限和下限可以独立地被包括在较小的范围内，并且还被涵盖在本发明内，受制于陈述的范围中的任何特定排除的限值。在陈述的范围包括限值中的一个或两个的情况下，排除那些所包括的限值中的任一个或两个的范围也被包括在本发明中。

术语“包括(include)”、“包括(includes)”、“包括(including)”、“具有(have)”、“具有(has)”、“具有(having)”、“包含(contain)”、“包含(contains)”或“包含(containing)”(包括其语法等同物)的使用，通常应被理解为开放式和非限制性的，例如，不排除另外的未叙述的要素或步骤，除非从上下文中另有具体陈述或理解。

本文呈现了某些范围，其中数值前面有术语“约”。术语“约”在本文中用于为其前面的确切数字以及接近或近似于该术语前面的数字的数字提供文字支持。如本文所使用的，术语“约”是指与标称值的±10％差异，除非另有说明或推断。

除非另外定义，否则本文使用的所有技术术语和科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。尽管在本发明的实践或测试中还可以使用与本文描述的方法和材料相似或等效的任何方法和材料，但本文描述了代表性的说明性的方法和材料。

在本说明书中提及的所有出版物、专利和专利申请均通过引用并入本文，就像每个单独的出版物、专利或专利申请被具体地且单独地指示通过引用并入一样。此外，每个被引用的出版物、专利或专利申请通过引用并入本文，以公开和描述与出版物被引用相关的主题。对任何出版物的引用是针对其在提交日之前的公开内容，并且不应被解释为承认本文描述的本发明由于先前发明而无权先于这样的出版物。此外，提供的出版物的日期可以不同于可能需要单独证实的实际公布日期。

应当理解，除非从上下文和用法中另有理解，否则表述“......中的至少一个”单独包括在表述之后的每个所叙述的对象以及所叙述的对象中的两个或更多个的多种组合。

应当注意，除非上下文另有明确规定，否则如本文和所附权利要求中所使用的，单数形式“一(a)”、“一(an)”和“该(the)”包括复数指示物。还应当注意，权利要求书可以被撰写为排除任何任选的要素。因此，此陈述意图用作与权利要求要素的叙述结合地使用这样的排他性术语诸如“唯一地(solely)”、“仅(only)”等等或者使用“负面”限制的先行基础。

在阅读本公开内容时，如对于本领域的技术人员将明显的是，本文所描述和说明的单独的实施方案中的每个实施方案具有离散的部件和特征，这些部件和特征可以容易地与任何其他若干实施方案的特征分开或组合，而不偏离本发明的范围或精神。任何叙述的方法可以以叙述的事件的顺序来进行，或以逻辑上可能的任何其他顺序来进行。另外，应当理解，只要本申请保持是可操作的，步骤的顺序或用于执行某些动作的顺序是不重要的。此外，两个或更多个步骤或动作可以同时进行。

提出以下实施例，以便向本领域普通技术人员提供如何制造和使用本发明的完整公开内容和描述，并且这些实施例不意图限制发明人认为是他们的发明的范围，也不意图表示下面的实验是所进行的全部或唯一实验。已经努力确保关于所使用的数字(例如，量、温度等)的准确性，但是应当考虑一些实验误差和偏差。

实施例

实施例1

球霰石和氧化镁的形成与转化

将NH

将干燥的球霰石和氧化镁粉末与水混合成糊状物。使糊状物在80℃和98％的相对湿度固化。在1天之后，将硬化的糊状物从固化环境中取出，并在100℃干燥。硬化的糊状物的XRD分析显示1％球霰石、65％文石、1％方解石、1％方镁石和32％水镁石。

实施例2

球霰石和氧化镁的形成与转化

该实验证明，氧化镁水合以形成氢氧化镁通过化学结合水增加了水泥糊状物的固体级分的体积(球霰石转化为文石)，而球霰石转化为文石(在没有氧化镁的情况下)导致水泥糊状物的体积的减少，因为文石比球霰石更致密。表2比较了(a)纯碳酸钙水泥糊状物与(b)包含25％氧化镁的碳酸钙水泥糊状物的固体体积。下表2显示球霰石、方镁石(MgO)和水形成水泥糊状物，水泥糊状物在凝固和硬化之后形成文石和水镁石(Mg(OH)

表2

图6-图7示出了由球霰石制成的碳酸钙水泥(图6A-图6B)和由球霰石和氧化镁制成的碳酸钙水泥(图7A-图7B)之间的微观结构差异。在图6A-图6B中，可以看到碳酸钙水泥的互连的文石网络。在图7A-图7B中，可以看到氢氧化镁围绕着文石网络，这有助于填充文石网络的孔隙，并将文石针状物结合在一起，导致较低的孔隙率以及较高的强度、硬度和耐久性。

实施例3

通过控制MgO烧制温度控制球霰石向文石的转化

将具有4μm中位尺寸的球霰石与已经单独烧制的氧化镁以4∶1的比混合。氧化镁通过在750℃或950℃烧制氢氧化镁持续4小时来生产。通过将球霰石/氧化镁混合物与水以0.6的水与固体比率混合来形成水泥糊状物。然后将糊状物在密封容器中在80℃固化持续24小时。在固化之后，将糊状物在110℃干燥，然后经由X射线衍射进行分析。表3示出了糊状物转化研究的X射线衍射结果。如表3所示，4μm球霰石与轻度燃烧的氧化镁(在750℃)结合具有足够的镁离子的溶解速率以控制球霰石向文石的转化。相比之下，氧化镁在950℃燃烧，不容易足够地溶解，并且球霰石转化为方解石。

表3：糊状物转化的定量X射线衍射结果

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尽管为了清楚理解的目的，已经通过说明和实例的方式对前述发明进行了一些详细描述，但是对于本领域普通技术人员来说，根据本发明的教导，应该将容易明白，在不脱离所附权利要求的精神或范围的情况下，可以对本发明进行某些改变和修改。因此，前面仅说明了本发明的原理。应当理解，本领域技术人员将能够设计多种布置，尽管在本文中没有明确描述或示出这些布置，但这些布置体现了本发明的原理，并且包括在其精神和范围内。此外，本文列举的所有实例和条件语言主要旨在帮助读者理解本发明的原理和发明人为推进本领域所贡献的概念，并且应被解释为不限于这样的具体列举的实例和条件。

此外，本文列举本发明的原理、方面和实施方案以及其具体实例的所有陈述旨在涵盖其结构等同物和功能等同物两者。此外，意图的是这样的等同物包括当前已知的等同物和将来开发的等同物两者，即，开发的执行相同功能的任何元件，而不管其结构如何。因此，本发明的范围不意图限于本文示出和描述的示例性实施方案。意图所附权利要求限定本发明的范围，并且从而涵盖在这些权利要求的范围内的方法和结构及其等同物。