具体实施方式

本发明提供了地质物质介导的二氧化碳(CO₂)封存方法及系统。所述方法的方面包括使气态CO₂源与水性捕获氨接触，以产生CO₂封存产物和水性铵盐，然后使所述水性铵盐液体与地质物质(例如，碱性废弃物)接触，以再生所述水性捕获氨。CO₂ sequesteringproduct and an aqueous ammonium salt,and then contacting the aqueous ammoniumsalt liquid with a geomass,e.g.,alkaline waste product,to regenerate theaqueous capture ammonia.本发明还提供了经配置用于执行所述方法的系统。

在更加详细地描述本发明之前，应当理解，本发明不限于所描述的特定实施例，因为在实际实施中一定会存在差异。还应当理解，本文中使用的术语仅用于描述特定实施例，而无意限制本发明构思，本发明的范围将仅由所附权利要求书限定。

在提供数值范围的情况下，应当理解，该范围的上限和下限之间的每个中间值以及在该范围内的任何其他规定值或中间值都包含在本发明的范围内。除非上下文另有明确规定，否则每个中间值应低至下限单位的十分之一。这些较小范围的上限和下限可独立地包括在较小范围内，并且也包括在本发明内，需遵守所述范围内任何特别排除的限值的要求。在所述范围包括一个或两个限值的条件下，排除了那些所包括限值中的任一个或两个的范围也包括在本发明内。

本文中提出的某些范围在数值前带有术语“大约”。本文中使用术语“大约”的目的是为其后的精确数字以及与该术语之后数字接近或近似的数字提供文字支持。在确定某一数字是否接近或近似于具体列举的数字时，接近或近似的未列举数字在其出现的上下文中可以是基本上等同于所具体列举数字的数字。

除非另有定义，否则本文所用的所有技术和科学术语的含义与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同。尽管与本文所描述的方法和材料类似或等同的方法和材料也可用于本发明的实施或测试中，但下文描述了具有代表性的示例性方法和材料。

在本说明书中引用的所有出版物和专利通过引用方式并入本文中，犹如每一单独出版物或专利被具体地和单独地表明通过引用方式并入，且通过引用并入本文的目的是公开和描述与引用的出版物相关的方法和/或材料。任何出版物的引用均是针对其在申请日之前公开的内容，并且不应将其解释为承认由于之前的发明使得本发明无权早于此类出版物。此外，所提供的出版日期可能与实际出版日期不同，可能需要单独确认。

需要注意的是，如本文和所附权利要求书中所使用的，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”包括复数指代对象，除非上下文另有明确说明。还应注意，可以起草权利要求以排除任何可选要素。因此，该陈述旨在作为使用诸如“单独”、“仅”等与陈述权利要求要素有关的专用术语或使用“否定”限制的前置基础。

在阅读本发明后，以下内容对所属领域的技术人员来说是显而易见的，本文所描述和列出的每个单独的实施例都具有分层的组分和特征，这些组分和特征可在不脱离本发明的范围和精神的情况下与其他几个实施例中任一实施例的特征进行快速分解或合并。可按陈述的事件顺序或逻辑上可能的任何其他顺序实施任何陈述的方法。

尽管为了语法的流畅性已经或将要描述该设备和方法，并进行功能上的说明，但应明确理解，除非《美国法典》第35章有明确规定，否则任何情况下都不得将权利要求解释为必须受“方式”或“步骤”的限制，而应按照等效物的司法原则与权利要求中所述定义的含义和等效物的完整范围相符，当明确按照《美国法典》第35章第112节的规定编写权利要求时，权利要求应与《美国法典》第35章第112节中的法定等效物完全相符。

方法

如上所述，本发明的方面包括使用地质物质(例如，碱性废弃物)以产生二氧化碳(CO₂)封存材料的方法。因此，本发明的方面包括CO₂封存工艺，即，使CO₂封存的工艺(方法、方案等)。“CO₂封存”意指从环境(例如，地球大气或由工业工厂产生的气态废弃物流)中移除或分离一定量的CO₂，使得所述CO₂中的一部分或全部不再存在于将其从中移除的环境中。本发明的CO₂封存方法通过如下方式来封存CO₂：利用一定量的CO₂产生固态储存稳定的CO₂封存产物，以封存所述CO₂。所述固态储存稳定的CO₂封存产物是储存稳定的组合物，所述组合物将一定量的CO₂结合成储存稳定的形式，例如地上储存或水下储存稳定的形式，使得所述CO₂不再以气体、或可成为气体的形式存在于大气中。根据本发明的方法的CO₂的封存允许以使得CO₂不会变成大气的一部分的方式长期储存CO₂。

如上所述，所述方法的方面包括：使气态CO₂源与水性捕获氨接触，以产生CO₂封存产物和水性铵盐，然后使所述水性铵盐与地质物质(例如，碱性废弃物)接触，以再生所述水性捕获氨。接下来进一步对所述方法的这些方面中的每一项作更为详细的描述。

CO₂捕获

所述方法的实施例包括在足以产生水性碳酸盐液体(例如水性碳酸铵)的条件下使水性捕获液体(例如水性捕获氨)与气态CO₂源(即，含有CO₂的气体)接触。

所述气态CO₂源(即，所述含有CO₂的气体)可以是纯CO₂或与一种或更多种其他气体和/或微粒组分组合，这取决于所述来源，例如，它可以是多组分气体(即，多组分气态流)。在某些实施例中，所述含有CO₂的气体从工业工厂处获得，例如，其中所述含有CO₂的气体是来自工业工厂的废弃物进料。从其中可以获得所述含有CO₂的气体(例如，以来自所述工业工厂的废弃物进料的形式)的工业工厂可以发生变化。目的工业工厂包括但不限于发电厂和工业产品制造厂，例如但不限于化学和机械加工厂、精炼厂、水泥厂、钢铁厂等，以及产生CO₂——燃料燃烧或其他加工步骤(例如水泥厂煅烧)的副产品的其他工业工厂。目的废弃物进料包括由工业工厂产生的气态流，例如作为所述工业工厂进行的工艺的次生产物或附带产物。

在某些实施例中，受关注的是由燃烧化石燃料(例如，煤、石油、天然气)以及天然存在的有机燃料沉积物(例如但不限于焦油砂、重油、油页岩等)的人造燃料产物的工业工厂产生的废弃物流。在某些实施例中，发电厂是煤粉发电厂、超临界燃煤发电厂、大规模燃煤发电厂、流化床燃煤发电厂、燃气或燃油锅炉和蒸汽涡轮发电厂、燃气或燃油锅炉简单循环燃气涡轮发电厂以及燃气或燃油锅炉联合循环燃气涡轮发电厂。在某些实施例中，受关注的是由燃烧合成气(即，通过有机物质(例如煤、生物质等)的气化产生的气体)的发电厂产生的废弃物流，其中在某些实施例中，此类工厂是整体煤气化联合循环(IGCC)工厂。在某些实施例中，受关注的是由热回收蒸汽发生器(HRSG)工厂产生的废弃物流。目的废弃物流还包括由水泥厂产生的废弃物流。其废弃物流可用于本发明的方法的水泥厂包括湿法工厂和干法工厂，这些工厂可以采用竖窑或回转窑，并且可以包括预煅烧炉。这些类型的工业工厂中的每一种都可以燃烧单一燃料，或者可以依次或同时燃烧两种或更多种燃料。目的废弃物流是工业工厂排放气体，例如烟道气。“烟道气”意指从燃烧化石燃料或生物质燃料的燃烧产物中获得的气体，所述气体之后被导向工业工厂的烟囱，也被称为烟道。

由水泥厂产生的废弃物流也适用于本发明的系统和方法。水泥厂废弃物流包括来自湿法工厂和干法工厂的废弃物流，这些工厂可以采用竖窑或回转窑，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，或者可以依次或同时燃烧两种或更多种燃料。其他工业工厂(例如冶炼厂和精炼厂)也是包含二氧化碳的废弃物流的有用来源。

工业废弃物气体流可以含有二氧化碳作为主要非空气来源组分，或者，尤其是对于燃煤发电厂，可以含有其他组分(可以统称为非CO₂污染物)，例如氮氧化物(NOx)、硫氧化物(SOx)以及一种或更多种另外的气体。另外的气体和其他组分可以包括CO、汞和其他重金属以及粉尘颗粒(例如，来自煅烧和燃烧过程)。所述气体流中另外的非CO₂污染物组分还可以包括卤化物，例如氯化氢和氟化氢；微粒物质，例如飞灰、粉尘和金属，所述金属包括砷、铍、硼、镉、铬、铬VI、钴、铅、锰、汞、钼、硒、锶、铊和钒；以及有机物，例如烃类、二恶英和PAH化合物。在一些实施例中，可以加以处理的合适的气态废弃物流具有以以下量存在的CO₂：200ppm至1,000,000ppm；或200ppm至500,000ppm；或200ppm至100,000ppm；或200ppm至10,000；或200ppm至5,000ppm；或200ppm至2000ppm；或200ppm至1000ppm；或200ppm至500ppm；或500ppm至1,000,000ppm；或500ppm至500,000ppm；或500ppm至100,000ppm；或500ppm至10,000；或500ppm至5,000ppm；或500ppm至2000ppm；或500ppm至1000ppm；或1000ppm至1,000,000ppm；或1000ppm至500,000ppm；或1000ppm至100,000ppm；或1000ppm至10,000；或1000ppm至5,000ppm；或1000ppm至2000ppm；或2000ppm至1,000,000ppm；或2000ppm至500,000ppm；或2000ppm至100,000ppm；或2000ppm至10,000；或2000ppm至5,000ppm；或2000ppm至3000ppm；或5000ppm至1,000,000ppm；或5000ppm至500,000ppm；或5000ppm至100,000ppm；或5000ppm至10,000；或10,000ppm至1,000,000ppm；或10,00ppm至500,000ppm；或10,000ppm至100,000ppm；或50,000ppm至1,000,000ppm；或50,000ppm至500,000ppm；或50,000ppm至100,000ppm；或100,000ppm至1,000,000ppm；或100,000ppm至500,000ppm；或200,000ppm至1000ppm，包括200,000ppm至2000ppm，例如180,000ppm至2000ppm，或180,000ppm至5000ppm，还包括180,000ppm至10,000ppm。

所述废弃物流，特别是各种燃烧气体的废弃物流，可以包括一种或更多种另外的非CO₂组分，仅作为示例，水、NOx(一氮氧化物：NO和NO₂)、SOx(一硫氧化物：SO、SO₂和SO₃)、VOC(挥发性有机化合物)、重金属(例如但不限于汞)以及微粒物质(悬浮于气体中的固体或液体颗粒)。烟道气温度也可以发生变化。在一些实施例中，包含CO₂的所述烟道气的所述温度的范围为0℃至2000℃、0℃至1000℃、0℃至500℃、0℃至100℃、0℃至50℃、10℃至2000℃、10℃至1000℃、10℃至500℃、10℃至100℃、10℃至50℃、50℃至2000℃、50℃至1000℃、50℃至500℃、50℃至100℃、100℃至2000℃、100℃至1000℃、100℃至500℃、500℃至2000℃、500℃至1000℃或500℃至800℃，或者例如范围为60℃至700℃，并且包括100℃至400℃。

在一些情况下，所述气态CO₂源是直接空气捕获(DAC)系统产生的空气和产物气体。DAC系统是一种能够直接从环境空气中分离出二氧化碳CO₂的技术。DAC系统是任何直接从空气中捕获CO₂并产生包括CO₂(其浓度高于输入至所述DAC系统的空气中的CO₂浓度)的产物气体的系统。输入至所述DAC系统的空气中的CO₂浓度可能发生变化，因为地球大气中的CO₂浓度不均匀。在一些情况下，相应浓度为100ppm或更高，例如500ppm或更高，包括5,000ppm或更高，使得所述DAC系统所处的位置在CO₂捕获方面比CO₂浓度相对较高的位置(例如，在拥挤的高速公路互通式立交附近、拥堵的通勤走廊、大都市地区的工业区等)更为有效。虽然所述DAC生成的气态CO₂源中的CO₂浓度可能发生变化，但在一些情况下，所述浓度为1,000ppm或更高，例如10,000ppm或更高，包括100,000ppm或更高，其中所述产物气体可能并非纯CO₂，这使得在一些情况下，所述产物气体是占比3％或更多的非CO₂成分，例如占比5％或更多的非CO₂成分，包括占比10％或更多的非CO₂成分。所述产品流中可能存在的非CO₂成分可以是源自所述输入空气和/或所述DAC系统的成分。在一些情况下，所述DAC产物气体中的CO₂浓度范围为1,000至999,000ppm，例如1,000至10,000ppm、10,000至100,000ppm或100,000至999,000ppm。在一些实施例中，DAC生成的气态流具有以以下量存在的CO₂：200ppm至1,000,000ppm；或200ppm至500,000ppm；或200ppm至100,000ppm；或200ppm至10,000；或200ppm至5,000ppm；或200ppm至2,000ppm；或200ppm至1000ppm；或200ppm至500ppm；或500ppm至1,000,000ppm；或500ppm至500,000ppm；或500ppm至100,000ppm；或500ppm至10,000；或500ppm至5,000ppm；或500ppm至2,000ppm；或500ppm至1000ppm；或1000ppm至1,000,000ppm；或1000ppm至500,000ppm；或1000ppm至100,000ppm；或1000ppm至10,000；或1000ppm至5,000ppm；或1000ppm至2,000ppm；或2,000ppm至1,000,000ppm；或2,000ppm至500,000ppm；或2,000ppm至100,000ppm；或2,000ppm至10,000；或2,000ppm至5,000ppm；或2,000ppm至3,000ppm；或5000ppm至1,000,000ppm；或5000ppm至500,000ppm；或5000ppm至100,000ppm；或5000ppm至10,000；或10,000ppm至1,000,000ppm；或10,00ppm至500,000ppm；或10,000ppm至100,000ppm；或50,000ppm至1,000,000ppm；或50,000ppm至500,000ppm；或50,000ppm至100,000ppm；或100,000ppm至1,000,000ppm；或100,000ppm至500,000ppm；或200,000ppm至1000ppm，包括200,000ppm至2,000ppm，例如180,000ppm至2,000ppm，或180,000ppm至5000ppm，还包括180,000ppm至10,000ppm。与所述水性捕获液体接触的所述DAC产物气体可以由任何适宜的DAC系统产生。DAC系统是使用与CO₂结合但不与其他大气化学物质(例如氮和氧)结合的介质从空气中提取CO₂的系统。当空气经过所述CO₂结合介质时，CO₂会“粘”在所述结合介质上。然后，在对刺激(例如，高温、湿度等)做出响应时，所述结合的CO₂可以从所述结合介质中释放出来，从而产生含有气态CO₂的产物。目的DAC系统包括基于碱的系统，但不限于：基于胺或基于氢氧化物的系统；基于CO₂吸附剂/温度变化的系统；以及基于CO₂吸附剂/温度变化的系统。在一些情况下，所述DAC系统是基于胺或基于氢氧化物的系统，其中CO₂通过使空气与水性胺或水性氢氧化物液体接触以产生水性碳酸盐(例如水性碳酸铵)，从而与所述空气分离。基于氢氧化物的DAC系统的示例包括但不限于编号如下的PCT公开申请案中所述的系统：WO/2009/155539；WO/2010/022339；WO/2013/036859；以及WO/2013/120024；这些申请案中的内容以引用方式并入本文。在一些情况下，所述DAC系统是基于CO₂吸附剂的系统，其中CO₂通过使空气与吸附剂(例如胺吸附剂)接触，然后使所述吸附剂受到一种或更多种刺激(例如，温度变化、湿度变化等)来释放所述吸附剂捕获的CO₂，从而与所述空气分离。此类DAC系统的示例包括但不限于编号如下的PCT公开申请案中所述的系统；WO/2005/108297；WO/2006/009600；WO/2006/023743；WO/2006/036396；WO/2006/084008；WO/2007/016271；WO/2007/114991；WO/2008/042919；WO/2008/061210；WO/2008/131132；WO/2008/144708；WO/2009/061836；WO/2009/067625；WO/2009/105566；WO/2009/149292；WO/2010/019600；WO/2010/022399；WO/2010/107942；WO/2011/011740；WO/2011/137398；WO/2012/106703；WO/2013/028688；WO/2013/075981；WO/2013/166432；WO/2014/170184；WO/2015/103401；WO/2015/185434；WO/2016/005226；WO/2016/037668；WO/2016/162022；WO/2016/164563；WO/2016/161998；WO/2017/184652；以及WO/2017/009241；这些申请案中的内容以引用方式并入本文。

如上所述，在足以产生CO₂封存材料的条件下使水性捕获液体与气态CO₂源接触。所述CO₂封存材料可以根据需要采用多步方案或单步方案利用所述气态CO₂源和捕获液体产生。例如，在一些实施例中，所述CO₂捕获液体与气态CO₂源组合会产生水性碳酸盐，然后使所述水性碳酸盐与二价阳离子源(例如，Ca²⁺和/或Mg²⁺源)接触，以产生所述CO₂封存材料。在其他实施例中，采用一步CO₂气体吸收碳酸盐沉淀方案。

所述水性捕获氨中氨的浓度可以发生变化，其中在一些情况下，所述水性捕获氨包括一定浓度的氨(NH₃)，所述浓度范围为0.1至20.0摩尔每升(M)，并且在一些情况下为0.1至5.0M，例如0.1至4.0M，例如，4.0M，而在其他情况下为2至20M，例如4至20M。所述水性捕获氨可以包括任何适宜的水。利用其可以产生所述水性捕获氨的目的水包括但不限于淡水、海水、盐水、采出水和废水。在一些情况下，目的水可以是来自废水处理厂的再循环水，其中所述再循环水包括NH₃，其浓度范围为10至500ppm，并且在一些情况下为10至100ppm，例如10至90ppm，而在其他情况下为100至500ppm，例如150至500ppm NH₃。所述水性捕获氨的pH可以发生变化，在一些情况下，所述pH的范围为10.0至13.5，例如10.0至13.0，包括10.5至12.5。关于目的水性捕获氨的更多详细信息请参阅编号为WO/2017/165849的PCT公开申请案；该申请案中的内容以引用方式并入本文。

可以采用任何适宜的方案使所述含有CO₂的气体(例如，如上所述)与所述水性捕获液体(例如，水性捕获氨)接触。例如，目的接触方案包括但不限于：直接接触方案(例如，使气体鼓泡通过一定体积的水性介质)、同时接触方案(即，单向流动的气相流与液相流之间的接触)、逆流方案(即，反向流动的气相流与液相流之间的接触)等。在可能适宜的情况下，可以通过使用注入器、鼓泡器、流体文丘里反应器、分布器、气体过滤器、喷雾器、托盘、洗涤器、吸收器或填充柱反应器等来实现接触。在一些情况下，所述接触方案可以使用常规吸收器或吸收器泡沫柱，例如以下出版物中所述的吸收器或吸收器泡沫柱：第7,854,791、6,872,240和6,616,733号美国专利；以及第US/2012/0237420号美国专利申请出版物；这些出版物中的内容均以引用方式并入本文。所述工艺可以是间歇或连续工艺。

在一些情况下，使用微孔膜接触器使所述气态CO₂源与所述液体接触。目的微孔膜接触器包括存在于合适壳体中的微孔膜，其中所述壳体包括气体入口和液体入口以及气体出口和液体出口。所述接触器被配置成使得所述气体和所述液体以如下方式接触所述膜的相对侧：即，使得分子可以通过所述微孔膜的孔从所述气体溶解到所述液体中。所述膜可以任何适宜的形式配置，其中在一些情况下，所述膜以中空纤维形式配置。可以采用的中空纤维膜反应器形式包括但不限于第7,264,725和5,695,545号美国专利中所述的形式；这些专利中的内容以引用方式并入本文。在一些情况下，所采用的微孔中空纤维膜接触器是Liqui-中空纤维膜接触器(可从3M Company获取)，所述膜接触器包括聚丙烯膜接触器和聚烯烃膜接触器。

所述捕获液体与所述含有CO₂的气体之间的接触在一定条件下发生，所述条件使得存在于所述含有CO₂的气体中的相当大一部分的CO₂进入溶液，例如，以产生碳酸氢根离子。相当大一部分意指10％或更多，例如50％或更多，包括80％或更多。

与所述含有CO₂的气体接触的所述捕获液体的温度可以发生变化。在一些情况下，所述温度范围为-1.4至100℃，例如20至80℃，包括40至70℃。在一些情况下，所述温度范围可以是-1.4至50℃或更高，例如-1.1至45℃或更高。在一些情况下，采用较冷的温度，其中此类温度范围可以是-1.4至4℃，例如-1.1至0℃。在一些情况下，采用较暖的温度。例如，所述捕获液体的温度在一些情况下可以是25℃或更高，例如30℃或更高，并且在一些实施例中，所述温度的范围可以是25至50℃，例如30至40℃。

所述含有CO₂的气体与所述捕获液体在适于产生所需的CO₂装填液体的压力下接触。在一些情况下，选择所述接触条件的压力，以提供最佳CO₂吸收，其中此类压力范围可以是1ATM至100ATM，例如1ATM至50ATM，例如，20-30ATM或1ATM至10ATM。当接触发生在压力自然处于1ATM的位置时，可以使用任何适宜的方案将所述压力增至所需的压力。在一些情况下，接触发生在存在最佳压力的地方，例如，在水体(例如海洋或海)表面下的位置。

接触以足以产生水性碳酸铵的方式进行。所述水性碳酸铵可以发生变化，其中在一些情况下，所述水性碳酸铵包含碳酸铵和碳酸氢铵中的至少一种，并且在一些情况下包含碳酸铵和碳酸氢铵二者。所述水性碳酸氢铵可视为含有溶解性无机碳(DIC)的液体。因此，在向所述水性捕获氨装填CO₂时，可以在足以在所述CO₂捕获液体中产生DIC(即，产生含有DIC的液体)的条件下使含有DAC生成的CO₂的气体与CO₂捕获液体接触。所述DIC是溶液中无机碳物质的浓度的总和，由下式表示：DIC＝[CO₂*]+[HCO₃ ^-]+[CO₃ ^2-]，其中[CO₂*]是二氧化碳([CO₂])和碳酸([H₂CO₃])的浓度的总和，[HCO₃ ^-]是碳酸氢根浓度(其包括碳酸氢铵)，并且[CO₃ ^2-]是所述溶液中的碳酸根浓度(其包括碳酸铵)。所述水性介质中的DIC可以发生变化，并且在一些情况下可以是5,000ppm碳或更高，例如10,000ppm碳或更高，包括15,000ppm碳或更高。在一些情况下，所述水性介质中的DIC的范围可以是5,000至50,000ppm碳，例如7,500至15,000ppm碳，包括8,000至12,000ppm碳。溶于所述液体中的CO₂的量可以发生变化，并且在一些情况下，所述量的范围为0.05至40mM，例如1至35mM，包括25至30mM。所得的含有DIC的液体的pH可以发生变化，在一些情况下所述pH的范围为4至12，例如6至11，并且包括7至10，例如8至8.5。

如有需要，所述含有CO₂的气体在催化剂(即，吸收催化剂，性质上是非均质或均质的)存在下与所述捕获液体接触，所述催化剂介导CO₂到碳酸氢根的转化。受关注的是，吸收催化剂是在范围为8至10的pH水平下使得由溶解的CO₂产生碳酸氢根离子的速率增加的催化剂。所述速率增加的幅度(例如，与其中不存在所述催化剂的对照相比)可以发生变化，并且在一些情况下，与合适的对照相比，所述幅度为2倍或更大，例如5倍或更大，例如，10倍或更大。关于用于此类实施例的合适催化剂的示例的更多详细信息请参阅第9,707,513号美国专利，该专利中的内容以引用方式并入本文。

在一些实施例中，所得的水性碳酸铵是两相液体，所述两相液体包括在本体液体(例如，本体溶液)中的液体凝聚相(LCP)的液滴。“液体凝聚相”或“LCP”意指包括碳酸氢根离子的液体溶液相，其中碳酸氢根离子在所述LCP相中的浓度高于在所述周围本体液体中的浓度。LCP液滴的特征在于存在富含亚稳定碳酸氢根的液体前体相，在所述液体前体相中，碳酸氢根离子结合成超过所述本体溶液的浓度的浓缩浓度并且以非结晶溶液状态存在。所述LCP含有在界面外部的本体溶液中发现的所有组分。然而，所述碳酸氢根离子的浓度高于在所述本体溶液中的浓度。在其中存在LCP液滴的情况下，所述LCP和本体溶液可以各自含有离子对和预成核簇(PNC)。在存在时，与溶液中的离子对和PNC相比，所述离子长时间保持在其各自的相中。关于含有LCP的液体的更多详细信息请参阅第9,707,513号美国专利，该专利中的内容以引用方式并入本文。

固体CO₂封存碳酸盐的产生

如上所述，可以采用多步方案和单步方案，利用所述水性捕获氨中的含有CO₂的气体产生所述CO₂封存碳酸盐材料。例如，在一些实施例中，所述产物水性碳酸铵被传送至CO₂封存碳酸盐产生模块，其中二价阳离子(例如，Ca²⁺和/或Mg²⁺)与所述水性碳酸铵组合以产生所述CO₂封存碳酸盐。在其他情况下，水性捕获氨包括二价阳离子源，例如，Ca²⁺和/或Mg²⁺，这使得水性碳酸铵在其产生时与所述二价阳离子组合，以产生CO₂封存碳酸盐。

相应地，在一些实施例中，在水性碳酸盐(例如水性碳酸铵，例如，如上所述)产生后，所述水性碳酸盐随后在足以产生固体CO₂封存碳酸盐的条件下与阳离子源组合。不同价态的阳离子可形成固体碳酸盐组合物(例如，以碳酸盐矿物的形式)在一些情况下，可以采用单价阳离子，例如钠阳离子和钾阳离子。在其他情况下，可以采用二价阳离子，例如碱土金属阳离子，例如钙(Ca²⁺)阳离子和镁(Mg²⁺)阳离子。当将阳离子添加至所述水性碳酸盐中时，碳酸盐固体(例如当所述二价阳离子包括Ca²⁺时，无定形碳酸钙(CaCO₃))的沉淀可以一个碳酸盐-物质离子/阳离子的化学计量比产生。

在此类情况下，可以采用任何适宜的阳离子源。目的阳离子源包括但不限于来自水处理设施(例如海水淡化厂、微咸水淡化厂、地下水回收设施、废水设施)的盐水以及来自具有冷却塔的设施等的排污水，所述设施会产生高阳离子含量的浓缩溶液流。作为阳离子源另外受关注的是天然存在的来源，例如但不限于天然海水和地质盐水，所述天然存在的来源可以具有不同的阳离子浓度，并且还可以提供现成的阳离子源，以触发由所述水性碳酸铵产生碳酸盐固体。在一些情况下，所述阳离子源可以是所述工艺的另一步骤的废弃物，例如，在由所述水性铵盐再生氨期间产生的钙盐(例如CaCl₂)。

在其他实施例中，所述水性捕获氨包括阳离子，例如，如上所述。所述阳离子可以采用任何适宜的方案以水性捕获氨的形式提供。在一些情况下，存在于所述水性捕获氨中的阳离子衍生自用于由水性铵盐再生所述水性捕获氨的地质物质。另外和/或再者，所述阳离子可以通过使水性捕获氨与阳离子源组合(例如，如上所述)来提供。

通过本发明的方法的实施例产生的所述产物CO₂封存碳酸盐组合物可以发生显著变化。所述沉淀产物可以包括一种或更多种不同的碳酸盐化合物，例如两种或更多种不同的碳酸盐化合物，例如，三种或更多种不同的碳酸盐化合物、五种或更多种不同的碳酸盐化合物等，包括非独特的无定形碳酸盐化合物。本发明的沉淀产物的碳酸盐化合物可以是具有分子式X_m(CO₃)_n的化合物，其中X是可与碳酸根基团或其多价基团化学键合的任何元素或元素的组合，其中X在某些实施例中是碱土金属而非碱金属；其中m和n是化学计量的正整数。这些碳酸盐化合物可以具有分子式X_m(CO₃)_n·H₂O，其中所述分子式中存在一个或更多个结构水。所述产物中碳酸盐的量(通过库仑法(采用被描述为库仑滴定法的方案)或通过烧失量(LOI)(采用符合ASTM D7348规定、适用于固体燃烧残留物的LOI的标准测试方法)来测定)可以是40％或更高，例如70％或更高，包括80％或更高。

所述沉淀产物的碳酸盐化合物可以包括许多不同的阳离子，例如但不限于以下离子物质：钙、镁、钠、钾、硫、硼、硅、锶及其组合。受关注的是二价金属阳离子的碳酸盐化合物，例如碳酸钙和碳酸镁化合物。具体目的碳酸盐化合物包括但不限于：碳酸钙矿物、碳酸镁矿物和碳酸钙镁矿物。目的碳酸钙矿物包括但不限于：方解石(CaCO₃)、霰石(CaCO₃)、球霰石(CaCO₃)、六水碳钙石(CaCO₃·6H₂O)和无定形碳酸钙(CaCO₃)。目的碳酸镁矿物包括但不限于：菱镁矿(MgCO₃)、水碳镁石(MgCO₃·2H₂O)、三水菱镁矿(MgCO₃·3H₂O)、五水碳镁石(MgCO₃·5H₂O)、水菱镁矿和无定形碳酸镁钙(MgCO₃)。目的碳酸钙镁矿物包括但不限于：白云石(CaMg)(CO₃)₂)、碳酸钙镁石(Mg₃Ca(CO₃)₄)和水碳镁钙石(Ca₂Mg₁₁(CO₃)₁₃·H₂O)。所述产物的碳酸盐化合物可以包括一个或更多个水合水，也可以是无水的。在一些情况下，所述沉淀物中碳酸镁化合物的按重量计的量超过所述沉淀物中碳酸钙化合物的按重量计的量。例如，所述沉淀物中碳酸镁化合物的按重量计的量可以超过所述沉淀物中碳酸钙化合物按重量计的量5％或更多，例如10％或更多、15％或更多、20％或更多、25％或更多、30％或更多。在一些情况下，所述沉淀物中碳酸镁化合物与碳酸钙化合物的重量比范围为1.5-5比1，例如2-4比1，包括2-3比1。在一些情况下，所述沉淀产物可以包括氢氧化物，例如二价金属离子氢氧化物，例如，氢氧化钙和/或氢氧化镁。

关于碳酸盐产生以及使用由此产生的碳酸盐的方法的更多详细信息请参阅：公开号为US-2014-0322803-A1、序列号为14/204,994的美国专利申请案；公开号为US 2014-0271440 A1、序列号为14/214,129的美国专利申请案；公开号为US 2016-0082387 A1、序列号为14/861,996的美国专利申请案；以及第9,707,513、9,714,406和9,993,799号美国专利；这些出版物中的内容以引用方式并入本文。

在一些情况下，碳酸盐产生以连续方式进行，例如，如第9,993,799号美国专利中所述，该专利中的内容以引用方式并入本文。在一些此类情况下，碳酸盐产生可以在种子结构的存在下进行。种子结构意指在二价阳离子引入流动液体之前，例如在材料产生区中存在于所述液体中的固体结构或材料。“与......结合”意指材料在所述种子结构的表面或凹陷处(例如，孔隙、缝隙等)中的至少一项上产生。在此类情况下，产生所述碳酸盐材料和所述种子结构的复合结构。在一些情况下，所述产物碳酸盐材料涂覆种子结构(例如，碳酸盐涂覆的种子结构)的表面的一部分(如果并非全部涂覆)。在一些情况下，所述产物碳酸盐材料填充所述种子结构的凹陷处，例如孔隙、缝隙、裂缝等。

种子结构可以根据需要而广泛地变化。术语“种子结构”用于描述在其上和/或其中形成所述产物碳酸盐材料的任何物体。根据需要，种子结构可以是单一物体或微粒组合物。在所述种子结构是单一物体的情况下，它可以具有多种不同的形状并且具有多种不同的尺寸，所述形状可以是规则的或不规则的。目的形状包括但不限于：棒状、网状、块状等。另外受关注的是由多个颗粒组成的微粒组合物，例如，颗粒状组合物。在所述种子结构是微粒组合物的情况下，颗粒的尺寸可以发生变化，在一些情况下，所述尺寸的范围为0.01至1,000,000μm、例如0.1至100,000μm。

所述种子结构可以由任何适宜的材料构成。目的材料包括碳酸盐材料(例如如上所述)和非碳酸盐材料。所述种子结构可以是天然存在的，例如，天然存在的砂、来自牡蛎壳的贝壳碎片或其他碳酸盐骨骼异化颗粒、砾石等；或者是人造的，例如粉碎的岩石、经研磨的高炉矿渣、飞灰、水泥窑粉尘、赤泥、退回的混凝土、再循环混凝土、拆卸所得的混凝土等。例如，所述种子结构可以是颗粒状组合物，例如砂，所述颗粒状组合物在工艺过程中涂覆有碳酸盐材料(例如，白色碳酸盐材料或有色碳酸盐材料，例如，如上所述)。

在一些情况下，种子结构可以是粗骨料，例如易碎更新世珊瑚岩(例如，可以从热带地区(例如，佛罗里达州)获取)，所述更新世珊瑚岩过于脆弱而无法用作混凝土的骨料。在这种情况下，所述易碎珊瑚岩可用作种子，并且所述固体CO₂封存碳酸盐矿物可以沉积于所述内部孔隙中，使得所述粗骨料适用于混凝土，从而使其通过符合AASHTO 96和ASTMC131或ASTM C535规定的洛杉矶磨耗测试。在一些情况下，在需要轻质骨料的情况下，所述外表面将仅被沉积物溶液渗透，使所述内芯相对“中空”，从而使得轻质骨料用于轻质混凝土中。

利用CO₂封存碳酸盐产物产生材料

所述产物碳酸盐材料可以被进一步使用、操作和/或与其他组合物组合，以产生多种最终用途的材料。在某些实施例中，将所述产物碳酸盐组合物以某种方式精制(即，加工)。精制可以包括多种不同方案。在某些实施例中，将所述产物进行机械精制，例如研磨，以便获得具有所需的物理特性(例如，粒度等)的产物。在某些实施例中，将所述产物与水硬性水泥(例如，作为砂、砾石、骨料等)组合，例如，以产生最终产物，例如，混凝土或砂浆。

另外受关注的是形成的建筑材料。本发明的形成的建筑材料可以发生显著变化。“形成的”意指成形(例如，模制、铸造、切割或以他它方式产生)为人造结构限定的物理形状，即，构造。形成的建筑材料不同于无定形建筑材料，例如，微粒(例如粉末)组合物，所述微粒组合物不具有限定且稳定的形状，而是与保存其的容器(例如，袋或其他容器)相适应。例证性形成的建筑材料包括但不限于：砖；板；导管；梁；盆；柱；干墙等。关于形成的建筑材料的其他示例和详细信息包括第7,771,684号美国专利中所述的示例和详细信息；该专利中的内容以引用方式并入本文。

另外受关注的是包括本发明的产物作为组分的非胶结制造物品。本发明的非胶结制造物品可以发生显著变化。非胶结的意指组合物并非水硬性水泥。因此，所述组合物并非在与凝固流体(例如水)组合时凝固以产生稳定产物的干燥组合物。例证性组合物包括但不限于：纸制品；聚合物产品；润滑剂；沥青产品；涂漆；个人护理产品，例如化妆品、牙膏、除臭剂、肥皂和洗发水；人体可摄入的产品，包括液体和固体；农业产品，例如土壤改良产品和动物饲料；等等。非胶结制造物品的其他示例和详细信息包括第7,829,053号美国专利中所述的示例和详细信息；该专利中的内容以引用方式并入本文。

骨料

如上所述，本发明的方法和系统可用于产生碳酸盐涂覆的种子结构(例如，碳酸盐涂覆的骨料)，或者优选地产生不含种子结构的物质(例如，纯碳酸盐骨料、岩石等)，以便用于混凝土和其他应用。所述碳酸盐涂覆的骨料可以是常规或轻质骨料。

本发明的方面包括CO₂封存骨料组合物。所述CO₂封存骨料组合物包括具有核以及在所述核的表面的至少一部分上的CO₂封存碳酸盐涂层的骨料颗粒。所述CO₂封存碳酸盐涂层由CO₂封存碳酸盐材料(例如，如上所述)构成。存在于标的骨料组合物的涂覆颗粒的涂层中的CO₂封存碳酸盐材料可以发生变化。在一些情况下，所述骨料的核的同位素分布与所述骨料的碳酸盐涂层有所不同，这使得所述骨料具有碳酸盐涂层和核，所述碳酸盐涂层具有第一同位素分布，所述核具有与所述第一同位素分布不同的第二同位素分布。

在一些情况下，所述碳酸盐材料是高反射微晶/无定形碳酸盐材料。存在于本发明的涂层中的所述微晶/无定形材料可以是高反射性的。由于所述材料可以是高反射性的，因此包括所述材料的涂层可以具有较高的总表面反射率(TSR)值。TSR可以采用任何适宜的方案测定，例如ASTM E1918现场测量水平和低斜表面太阳反射率的标准测试方法(另请参见R.Levinson，H.Akbari，P.Berdahl，测量太阳反射率–第II部分：实用方法综述，LBNL2010)。在一些情况下，所述背板展现出范围为Rg；0＝0.0至Rg；0＝1.0，例如Rg；0＝0.25至Rg；0＝0.99，包括Rg；0＝0.40至Rg；0＝0.98的TSR值，例如，所述TSR值采用上述引用的方案测量得出。

在一些情况下，包括所述碳酸盐材料的涂层对近红外(NIR)光具有高度反射性，在一些情况下，所述反射率范围为10至99％，例如50至99％。NIR光意指波长范围为700纳米(nm)至2.5毫米(mm)的光。NIR反射率可以采用任何适宜的方案测定，例如ASTM C1371使用便携式发射计测定接近室温的材料的发射率的标准测试方法或ASTM G173参考太阳光谱辐照度的标准表：37°斜面上正向直射和半球照射。在一些情况下，所述涂层展现出范围为Rg；0＝0.0至Rg；0＝1.0，例如Rg；0＝0.25至Rg；0＝0.99，包括Rg；0＝0.40至Rg；0＝0.98的NIR反射率值，例如，所述NIR反射率值采用上述引用的方案测量得出。

在一些情况下，所述碳酸盐涂层对紫外(UV)光具有高度反射性，在一些情况下，所述反射率范围为10至99％，例如50至99％。UV光意指波长范围为400nm至10nm的光。UV反射率可以采用上述引用的任何适宜的方案测定，例如ASTM G173。在一些情况下，所述材料展现出范围为Rg；0＝0.0至Rg；0＝1.0，例如Rg；0＝0.25至Rg；0＝0.99，包括Rg；0＝0.4至Rg；0＝0.98的UV值，例如，所述UV值采用上述引用的方案测量得出。

在一些情况下，所述涂层对可见光具有反射性，例如，其中可见光的反射率可以发生变化，在一些情况下所述反射率的范围为10至99％，例如10至99％。可见光意指波长范围为380nm至740nm的光。可见光反射特性可以采用上述引用的任何适宜的方案测定，例如ASTM G173。在一些情况下，所述涂层展现出范围为Rg；0＝0.0至Rg；0＝1.0，例如Rg；0＝0.25至Rg；0＝0.99，包括Rg；0＝0.4至Rg；0＝0.98的可见光反射率值，例如，所述可见光反射率值采用上述引用的方案测量得出。

在一些情况下，构成所述碳酸盐组分的材料是无定形材料或微晶材料。在所述材料是微晶材料的情况下，所述晶体尺寸(例如，使用应用于X射线衍射图的FWHM的谢乐方程测定)较小，并且在一些情况下直径为1000微米(μm)或更小，例如直径为100微米或更小，包括直径为10微米或更小。在一些情况下，所述晶体尺寸的直径范围为1000μm至0.001μm，例如10至0.001μm，包括1至0.001μm。在一些情况下，基于待反射的光的波长来选择所述晶体尺寸。例如，在待反射的是可见光谱中的光的情况下，可以将所述材料的晶体尺寸范围选定为小于“待反射”范围的一半，以便产生光子带隙。例如，在待反射光波长范围为100至1000nm的情况下，所述材料的晶体尺寸可以选定为50nm或更小，例如范围为1至50nm，例如，5至25nm。在一些实施例中，通过本发明的方法产生的材料可以包括棒状晶体和无定形固体。所述棒状晶体的结构可以发生变化，并且在某些实施例中，所述棒状晶体的长径比范围为500至1，例如10至1。在某些实施例中，所述晶体的长度范围为0.5μm至500μm，例如5μm至100μm。在其他实施例中，产生实质上完全无定形的固体。

所述涂层材料的密度、孔隙率和渗透性可根据所述应用而发生变化。关于密度，虽然所述材料的密度可以发生变化，但在一些情况下，所述密度的范围为5g/cm³至0.01g/cm³，例如3g/cm³至0.3g/cm³，并且包括2.7g/cm³至0.4g/cm³。关于孔隙率——由BET方法测定的气体表面吸附值测定(Brown Emmett Teller(例如，如以下出版物中所述：S.Brunauer、P.H.Emmett和E.Teller，美国化学学会会志，1938，60，309.doi:10.1021/ja01269a023))，在一些情况下，所述孔隙率的范围可以是100m²/g至0.1m²/g，例如60m²/g至1m²/g，并且包括40m²/g至1.5m²/g。关于渗透性，在一些情况下，所述材料的渗透性范围可以是0.1至100达西，例如1至10达西，包括1至5达西(例如，如采用以下出版物中所述的方案所测定：H.Darcy，Les Fontaines Publiques de la Ville de Dijon，Dalmont，Paris(1856))。渗透性还可以通过评估所述材料的吸水率来表征。如通过吸水率方案所测定，例如，在一些实施例中，所述材料的吸水率范围为0至25％，例如1至15％，并且包括2至9％。

所述材料的硬度也可以发生变化。在一些情况下，所述材料展现出的莫氏硬度为3或更大，例如5或更大，包括6或更大，其中所述硬度范围在一些情况下为3至8，例如4至7，并且包括5至6Mohs(例如，如采用以下出版物中所述的方案所测定：美国矿物学学会联合会，“莫氏矿物硬度表”)。硬度也可以用拉伸强度表示，例如，如采用ASTM C1167中所述的方案所测定。在一些此类情况下，所述材料可以展现出的压缩强度为100至3000N，例如400至2000N，包括500至1800N。

在一些实施例中，所述碳酸盐材料包括一种或更多种污染物，通过一种或更多种选自由以下各项组成的群组的测试预计所述污染物不会浸出至环境中：毒性特性浸出程序(TCLP)、提取程序毒性测试、合成沉淀浸出程序、加州废弃物提取测试、可溶性阈值极限浓度、美国试验与材料学会提取测试以及多次提取程序。可以根据组合物的可能污染物和储存条件来选择测试以及测试组合。例如，在一些实施例中，所述组合物可以包括As、Cd、Cr、Hg和Pb(或其产物)，其中每一种均可能见于CO₂排放源的废气流中(例如燃煤发电厂的烟道气中)。由于TCLP可用于测试As、Ba、Cd、Cr、Pb、Hg、Se和Ag，因此TCLP可以是适用于本文所述的骨料的适当测试。在一些实施例中，本发明的碳酸盐组合物包括As，其中预计所述组合物不会有As浸出至环境中。例如，所述组合物的TCLP提取物可以提供低于5.0mg/L的As，这表明就As而言，所述组合物无害。在一些实施例中，本发明的碳酸盐组合物包括Cd，其中预计所述组合物不会有Cd浸出至环境中。例如，所述组合物的TCLP提取物可以提供低于1.0mg/L的Cd，这表明就Cd而言，所述组合物无害。在一些实施例中，本发明的碳酸盐组合物包括Cr，其中预计所述组合物不会有Cr浸出至环境中。例如，所述组合物的TCLP提取物可以提供低于5.0mg/L的Cr，这表明就Cr而言，所述组合物无害。在一些实施例中，本发明的碳酸盐组合物包括Hg，其中预计所述组合物不会有Hg浸出至环境中。例如，所述组合物的TCLP提取物可以提供低于0.2mg/L的Hg，这表明就Hg而言，所述组合物无害。在一些实施例中，本发明的碳酸盐组合物包括Pb，其中预计所述组合物不会有Pb浸出至环境中。例如，所述组合物的TCLP提取物可以提供低于5.0mg/L的Pb，这表明就Pb而言，所述组合物无害。在一些实施例中，在给定测试中，就不同污染物的组合而言，本发明的碳酸盐组合物以及包括其的骨料可以是无害的。例如，在给定测试中，就所有金属污染物而言，所述碳酸盐组合物可以是无害的。例如，组合物的TCLP提取物可以具有低于5.0mg/L的As、低于100.0mg/L的Ba、低于1.0mg/L的Cd、低于5.0mg/mL的Cr、低于5.0mg/L的Pb、低于0.2mg/L的Hg、低于1.0mg/L的Se以及低于5.0mg/L的Ag。实际上，在对本发明的组合物进行TCLP分析时，所测试的金属中的大多数(如果并非全部)可以低于检测限。在一些实施例中，在给定测试中，就所有(例如，无机、有机等)污染物而言，本发明的碳酸盐组合物可以是无害的。在一些实施例中，在选自由以下各项组成的群组的测试的任何组合中，就所有污染物而言，本发明的碳酸盐组合物可以是无害的：毒性特性浸出程序、提取程序毒性测试、合成沉淀浸出程序、加州废弃物提取测试、可溶性阈值极限浓度、美国试验与材料学会提取测试以及多次提取程序。因此，本发明的碳酸盐组合物以及包括其的骨料可以有效封存CO₂(例如，碳酸盐、碳酸氢盐或其组合形式)以及如果释放至环境中可能被视为是污染物的各种化学物质(或其副产物)，所述化学物质来自废气流、工业二价阳离子的废弃物源、工业质子去除剂的废弃物源或其组合。本发明的组合物与不可浸出形式的环境污染物(例如，金属和金属的副产物，例如Hg、Ag、As、Ba、Be、Cd、Co、Cr、Cu、Mn、Mo、Ni、Pb、Sb、Se、Tl、V、Zn或其组合)结合。

本发明的骨料组合物包括具有核区以及在所述核的表面的至少一部分上的CO₂封存碳酸盐涂层的骨料颗粒。所述涂层可以覆盖所述核的表面的10％或更多、20％或更多、30％或更多、40％或更多、50％或更多、60％或更多、70％或更多、80％或更多、90％或更多，包括95％或更多。根据需要，所述碳酸盐层的厚度可以发生变化。在一些情况下，所述厚度的范围可以是0.1μm至10mm，例如1μm至1000μm，包括10μm至500μm。

本文所述的骨料组合物的涂覆颗粒的核可以发生广泛变化。所述核可以由任何适宜的骨料材料构成。合适的骨料材料的示例包括但不限于：天然矿物骨料，例如，碳酸盐岩、砂(例如，天然硅砂)、砂岩、砾石、花岗岩、闪长岩、辉长岩、玄武岩等；以及合成骨料，例如工业副产品骨料材料，例如，高炉矿渣、飞灰、城市废弃物和再生混凝土等。在一些情况下，所述核包含不同于所述碳酸盐涂层的材料，例如由上述引用的超细材料中的任一种制成的丸状物。

在一些实施例中，产生碳酸盐骨料的方法包含于2019年1月23日提交的序列号为62/795,986的美国临时专利申请案(该申请案中的内容以引用方式并入本文)中详述的方法，并且包括其中任选地产生不含种子结构的所述碳酸盐骨料(例如，纯碳酸盐骨料)的方法。

在一些情况下，所述骨料是轻质骨料。在此类情况下，本文所述的骨料组合物的涂覆颗粒的核可以发生广泛变化，前提是在其被涂覆时可提供所需的轻质骨料组合物。所述核可以由任何适宜的材料构成。合适的骨料材料的示例包括但不限于：常规轻质骨料材料，例如，天然存在的轻质骨料材料(例如压碎的火山岩，例如，浮石、火山渣或凝灰岩)和合成材料(例如经热处理的粘土、页岩、板岩、硅藻土、珍珠岩、蛭石、高炉矿渣、碱性氧气转炉渣、电弧炉渣和飞灰)；以及非常规多孔材料，例如，压碎的珊瑚、合成材料(如聚合物和低密度聚合物材料)、再循环废弃物(例如木材)、纤维材料、水泥窑粉尘残余材料、拆卸所得/再循环/退回的混凝土材料、再生玻璃、各种火山矿物、花岗岩、含二氧化硅的矿物、尾矿等。

所述骨料组合物的涂覆颗粒的物理特性可以发生变化。本发明的骨料具有可以发生变化的密度，前提是所述骨料就其中会使用骨料的用途(例如，其中使用骨料的建筑材料)提供所需特性。在某些情况下，所述骨料颗粒的密度范围为1.1至5g/cm³，例如1.3g/cm³至3.15g/cm³，并且包括1.8g/cm³至2.7g/cm³。本发明的实施例中的其他颗粒密度，例如，对于轻质骨料，范围可以是1.1至2.2g/cm³，例如，1.2至2.0g/cm³或1.4至1.8g/cm³。在一些实施例中，本发明提供了骨料，所述骨料的堆积密度(单位重量)范围为35lb/ft³至200lb/ft³、50lb/ft³至200lb/ft³、75lb/ft³至175lb/ft³、50lb/ft³至100lb/ft³、75lb/ft³至125lb/ft³、85lb/ft³至115lb/ft³、100lb/ft³至200lb/ft³、125lb/ft³至150lb/ft³、140lb/ft³至160lb/ft³、50lb/ft³至200lb/ft³或35lb/ft³至200lb/ft³。本发明的一些实施例提供了轻质骨料，例如，堆积密度(单位重量)范围为75lb/ft³至125lb/ft³，例如90lb/ft³至115lb/ft³的骨料。在一些情况下，所述轻质骨料的重量范围为50至1200kg/m³，例如80至11kg/m³。

构成本发明的骨料组合物的骨料颗粒的硬度也可以发生变化，并且在某些情况下，以莫氏标度表示的所述硬度的范围为1.0至9，例如1至7，包括1至6或1至5。在一些实施例中，本发明的骨料的莫氏硬度范围为2-5或2-4。在一些实施例中，所述莫氏硬度范围为2-6。其他硬度标度(例如洛氏标度、维氏标度或布氏标度)也可用于表征所述骨料，并且与莫氏标度的相应硬度等效的值可用于表征本发明的骨料；例如，维氏硬度等级为250相当于莫氏等级为3；所述标度之间的换算在本领域中是已知的。

骨料的耐磨性也可能较为重要，例如，用于道路表面，其中具有高耐磨性的骨料可用于使表面免受抛磨。耐磨性与硬度有关，但不相同。本发明的骨料包括耐磨性与天然石灰石相似的骨料、耐磨性优于天然石灰石的骨料以及耐磨性低于天然石灰石的骨料，所述耐磨性通过本领域接受的方法(例如ASTM C131)进行测量。在一些实施例中，通过上述引用的ASTM C131进行测量时，本发明的骨料的耐磨性小于50％、小于40％、小于35％、小于30％、小于25％、小于20％、小于15％或小于10％。

本发明的骨料还可以具有在特定范围内的孔隙率。本领域技术人员应当理解，在一些情况下，需要高度多孔的骨料，在另一些情况下，需要具有中等孔隙率的骨料，而在其他情况下，需要低孔隙率或无孔隙率的骨料。本发明的一些实施例的骨料的孔隙率(先进行烘箱干燥，随后全浸没60分钟，而后通过水吸收情况来测量)以％干重表示，其范围可以是1至40％，例如2至20％或2至15％，包括2至10％，甚至是3至9％。

所述骨料颗粒的尺寸可以发生变化。本发明的骨料组合物是微粒组合物，所述微粒组合物在一些实施例中被归类为细料或粗料。根据本发明的实施例的细骨料是几乎全部通过4号筛(ASTM C125和ASTM C33)的微粒组合物。根据本发明的实施例的细骨料组合物的平均粒度范围为10μm至4.75mm，例如50μm至3.0mm，并且包括75μm至2.0mm。本发明的粗骨料是主要保留在4号筛(ASTM C125和ASTM C33)上的组合物。根据本发明的实施例的粗骨料组合物是平均粒度范围为4.75mm至200mm(例如4.75至150mm，并且包括5至100mm)的组合物。本文中使用的“骨料”在一些实施例中还可以涵盖更大的尺寸，例如3英寸(in.)至12英寸，甚至是3英寸至24英寸或更大，例如12英寸至48英寸或大于48英寸。

在一些情况下，本文所述的骨料可用作内部固化混凝土的骨料，其中所述骨料允许随着时间释放水，以使所述混凝土的胶结组分充分且均匀地水合。此类实施例的内部固化骨料产物可用于通过增加自养护并减少化学收缩来改善混凝土的性能，从而通过使整个浇筑混凝土缓慢而均匀地释放水来减少所述混凝土的开裂。这些实施例的方面包括使用如上所述的内部固化骨料产品来提高各种形式和类型的混凝土的性能。如上所述，所述内部固化骨料产物部分或全部由来自点源CO₂排放源(例如DAC系统和发电厂、精炼厂和水泥厂)的封存人为碳组成。来自二氧化碳气体的所述碳通过碳捕获和矿化方法来封存，例如以下出版物中所述的方法：公开号为US-2014-0322803-A1、序列号为14/204,994的美国专利申请案；公开号为US 2014-0271440 A1、序列号为14/214,129的美国专利申请案；公开号为US2016-0082387 A1、序列号为14/861,996的美国专利申请案；以及第9,707,513、9,714,406和9,993,799号美国专利；这些出版物中的内容以引用方式并入本文。所述捕获的CO₂使得钙或其他二价阳离子碳酸盐固体形式的合成石灰石构成混凝土的内部固化骨料产物的一部分或全部。本发明的方面包括使用全部或部分由骨料组成的岩石，以用于混凝土、砂浆、路面或其他建筑材料中，所述材料含有源自DAC系统或化石燃料或其他形式的燃料燃烧以及其他CO₂标准污染源的CO₂。在一些实施例中，采用通过如上所述的碳捕获和矿化方法制造的细骨料或粗骨料作为混凝土的内部固化骨料，并且所述细骨料或粗骨料符合ASTM C1761混凝土内部固化用轻质骨料的标准规范，所述规范提供了估计每单位体积混凝土内部固化所需的轻质骨料的量的准则。关于在内部固化混凝土应用中使用骨料的更多详细信息请参阅于2018年1月30日提交的序列号为62/624,022的美国临时专利申请案，该申请案中的内容以引用方式并入本文。

混凝土干式复合材料

本发明还提供了混凝土干式复合材料，所述混凝土干式复合材料在与合适的凝固液(例如，如下所述)组合时产生可凝固组合物，所述可凝固组合物凝固并且硬化，构成混凝土或砂浆。本文所述的混凝土干式复合材料包括一定量的骨料(例如，如上所述)和水泥，例如水硬性水泥。依照常规含义，术语“水硬性水泥”是指在与水或其中所述溶剂为水的溶液(例如，外加剂溶液)组合后凝固并且硬化的组合物。通过将本发明的混凝土干式复合材料与水性液体组合产生的产物的凝固和硬化是由在与水反应时由水泥形成的水合物的产生引起的，其中所述水合物基本上不溶于水。

当与纯波特兰水泥组合时，本发明的骨料可用于代替常规混凝土中使用的常规天然岩石骨料。在某些实施例中，其他目的水硬性水泥是波特兰水泥共混物。短语“波特兰水泥共混物”包括水硬性水泥组合物，所述水硬性水泥组合物包括波特兰水泥组分和大量的非波特兰水泥组分。由于本发明的水泥是波特兰水泥共混物，因此所述水泥包括波特兰水泥组分。所述波特兰水泥组分可以是任何适宜的波特兰水泥。如本领域所熟知，波特兰水泥是通过研磨波特兰水泥熟料(大于90％)、有限量的控制凝固时间的硫酸钙以及至多5％的少量成分(如各种标准所允许)产生的粉末组合物。当用于为反应提供二氧化碳的排放气体含有SOx时，足够的硫酸盐可以硫酸钙的形式存在于沉淀的材料中，作为水泥或骨料，以抵消对额外硫酸钙的需求。如欧洲标准EN197.1所定义，“波特兰水泥熟料是一种水硬性材料，所述水硬性材料应由至少三分之二的硅酸钙(3CaO·SiO₂和2CaO·SiO₂)(按质量计)组成，其余部分由含铝和含铁熟料相以及其他化合物组成。CaO与SiO₂的比值应不小于2.0。所述镁含量(MgO)应不超过5.0％(按质量计)。”有关MgO的担忧事项是，在凝固反应后期，可能形成氢氧化镁(Mg(OH)₂)、水镁石，导致水泥变形、弱化和开裂。对于含有碳酸镁的水泥，则不会如同MgO一般形成水镁石。在某些实施例中，本发明的波特兰水泥组分是满足ASTM C150波特兰水泥标准规范的任何波特兰水泥。ASTM C150涵盖八种类型的波特兰水泥(I-VIII型)，每种均具有不同的特性，并且专门针对这些特性来使用。

作为水硬性水泥另外受关注的是含有碳酸盐的水硬性水泥。此类含有碳酸盐的水硬性水泥、其制造方法和用途请参阅第7,735,274号美国专利；该专利申请案中的内容以引用方式并入本文。

在某些实施例中，所述水硬性水泥可以是两种或更多种不同种类的水硬性水泥(例如波特兰水泥和含有碳酸盐的水硬性水泥)组成的共混物。在某些实施例中，所述共混物中第一水泥(例如，波特兰水泥)的量的范围为10至90％(w/w)，例如30至70％(w/w)，并且包括40至60％(w/w)，例如，80％OPC和20％碳酸盐水硬性水泥组成的共混物。

在一些情况下，所述混凝土干式复合材料组合物以及由其产生的混凝土具有等级(CSR)，所述等级小于不包括本发明的骨料的对照组合物的CSR。所述CSR是表征与任何产品本身的碳密集产生情况(即，就产生CO₂而言)相比较，所述产品的隐含碳(CaCO₃或其他X_mCO₃形式)的值。所述CSR是基于一单位混凝土中CO₂的隐含质量或抵消量的度量。在混凝土的三种组分——水、水泥和骨料中，水泥是迄今为止最显著的CO₂排放量贡献者，相应比例大致为1:1(1吨水泥产生大致1吨CO₂)(按质量计)。因此，如果一立方码混凝土使用600lb水泥，则其CSR为600。根据本发明的实施例的一立方码包括600lb水泥并且其中至少一部分骨料是碳酸盐涂覆的骨料(例如，如上所述)的混凝土的CSR小于600，例如，其中所述CSR可以是550或更小，例如500或更小，包括400或更小，例如，250或更小，例如100或更小，其中在一些情况下，所述CSR可以是负值，例如，-100或更小，例如-500或更小，包括-1000或更小，其中在一些情况下，一立方码具有600lb水泥的混凝土的所述CSR范围可以是500至-5000，例如-100至-4000，包括-500至-3000。为了确定给定的一立方码包括本发明的碳酸盐涂覆的骨料的混凝土的所述CSR，确定为产生所述混凝土立方码的所述水泥组分而生成的CO₂的初始值。例如，在所述码包括600lb水泥的情况下，所述码的所述初始值为600。接下来，确定所述码中碳酸盐涂层的量。由于碳酸盐的分子量为100a.u.，并且碳酸盐中44％为CO₂，因此将存在于所述码中的碳酸盐涂层的量乘以44％(0.44)，并且用所述初始值减去所得值以获得所述码的CSR。例如，在给定的一立方码混凝土混合物由600lb水泥、300lb水、1429lb细骨料和1739lb粗骨料构成的情况下，混凝土码的重量为4068lb，并且CSR为600。如果骨料在此混合物中的总质量的10％被碳酸盐涂层(例如，如上所述)替代，则所述修正的混凝土码中存在的碳酸盐的量为317lb。将此值乘以44％得到139。用600减去此数字，得到CSR为461。

可凝固组合物

本发明的可凝固组合物(例如混凝土和砂浆)通过如下方式产生：将水硬性水泥与一定量的骨料(适用于砂浆的细料，例如，砂；具有或不具有适用于混凝土的细料的粗料)和水性液体(例如，水)组合，所述组合可以同时进行，也可以预先将所述水泥与骨料组合，然后将所得干组分与水组合来进行。针对采用本发明的水泥组合物的混凝土混合物选择的粗骨料材料的最小尺寸可以为约3/8英寸，并且尺寸范围可以是所述最小尺寸至1英寸或更大，包括在这些限值之间的等级。细碎的骨料尺寸小于3/8英寸，并且所述骨料可以再次以更精细的尺寸分级，直至达到200筛尺寸左右。细骨料可以存在于本发明的砂浆和混凝土中。所述水泥的干组分中水泥与骨料的重量比可以发生变化，并且在某些实施例中，所述重量比的范围为1:10至4:10，例如2:10至5:10，并且包括55:100至70:100。

与干组分组合以产生所述可凝固组合物(例如，混凝土)的液相(例如，水性流体)可以发生变化，从纯水到根据需要包括一种或更多种溶质、添加剂、共溶剂等的水。在制备所述可凝固组合物时组合的干组分与液相的比值可以发生变化，并且在某些实施例中，所述比值的范围为2:10至7:10，例如3:10至6:10，并且包括4:10至6:10。

在某些实施例中，所述水泥可以与一种或更多种外加剂一起使用。外加剂是添加至混凝土中以使其具有用基础混凝土混合物无法获得的所需特征或改变所述混凝土的特性以使其更易于使用或更适合于特定目的或降低成本的组合物。如本领域所熟知，外加剂是除所述水硬性水泥、骨料和水之外的任何材料或组合物，所述材料或组合物用作混凝土或砂浆的组分以增强其某些特征或降低其成本。所采用的外加剂的量可根据所述外加剂的性质而变化。在某些实施例中，这些组分的量的范围为0.1至50％w/w，例如2至10％w/w。

目的外加剂包括细碎的矿物外加剂，例如胶结材料；火山灰；火山灰材料和结材料；以及名义上惰性的材料。火山灰包括硅藻土、乳白色燧石、粘土、页岩、飞灰、硅灰、火山凝灰岩和浮岩，这些都是已知火山灰中的一部分。某些研磨的粒化钢铁渣和高钙飞灰具有火山灰特性和胶结特性。名义上惰性的材料还可包括细碎的未加工的石英、白云石、石灰石、大理石、花岗岩等。飞灰的定义如ASTM C618所示。

其他类型的目的外加剂包括增塑剂、促进剂、缓凝剂、引气剂、发泡剂、减水剂、腐蚀抑制剂和颜料。

因此，目的外加剂包括但不限于：促凝剂、缓凝剂、引气剂、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、泵送助剂、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、防水剂以及任何其他混凝土或砂浆外加剂或添加剂。外加剂是本领域所熟知的，并且可以使用任何合适的以上类型的或任何其他所需类型的外加剂；参见，例如，第7,735,274号美国专利，该专利全文以引用方式并入本文。

在一些情况下，所述可凝固组合物是使用一定量的富含碳酸氢根的产物(BRP)外加剂产生的，其可以是液体或固体形式，例如，如第9,714,406号美国专利中所述；该专利中的内容以引用方式并入本文。

在某些实施例中，本发明的可凝固组合物包括与纤维一起使用的水泥，例如，在相关人员需要纤维增强的混凝土的情况下。纤维可由含有氧化锆的材料、钢、碳、玻璃纤维或合成材料(例如，聚丙烯、尼龙、聚乙烯、聚酯、人造丝、高强度芳族聚酰胺(即，)或其混合物制成。

所述可凝固组合物的组分可以使用任何适宜的方案组合。可以在工作时将每种材料混合，或者可以预先将部分或全部所述材料混合。或者，将所述材料中的一些与含或不含外加剂(例如高幅度减水外加剂)的水混合，然后可以将所述剩余的材料与其混合。作为混合装置，可以使用任何常规装置。例如，可以采用Hobart混合器、斜圆筒混合器、Omni混合器、Henschel混合器、V型混合器和Nauta混合器。

在将所述组分组合产生可凝固组合物(例如，混凝土)之后，所述可凝固组合物在一些情况下是最初可流动的组合物，然后在给定的时间段后凝固。所述凝固时间可以发生变化，并且在某些实施例中，所述凝固时间的范围为30分钟至48小时，例如30分钟至24小时，并且包括1小时至4小时。

所述凝固产物的强度也可以发生变化。在某些实施例中，所述凝固水泥的强度范围可以是5MPa至70MPa，例如10MPa至50MPa，并且包括20MPa至40MPa。在某些实施例中，由本发明的水泥产生的凝固产物非常耐久，例如，如使用ASTM C1157中所述的测试方法所测定。

结构

本发明的方面进一步包括由本发明的骨料和可凝固组合物产生的结构。因此，进一步实施例包括含有本发明的骨料的人造结构及其制造方法。因此，在一些实施例中，本发明提供了包括一种或更多种本文所述的骨料的人造结构。所述人造结构可以是其中可以使用骨料的任何结构，例如建筑物、坝、堤、道路或掺入骨料或岩石的任何其他人造结构。在一些实施例中，本发明提供了人造结构，例如，建筑物、坝或道路，所述人造结构包括本发明的骨料，其中在一些情况下，所述骨料可以含有来自化石燃料源的CO₂(例如，如上所述)。在一些实施例中，本发明提供了一种用于制造结构的方法，所述方法包含提供本发明的骨料。

反照率增强应用

在一些情况下，所述固体碳酸盐产物可用于反照率增强应用。反照率，即，反射系数，是指表面的漫反射率或反射能力。它被定义为来自表面的反射辐射与朝向其的入射辐射的比值。反照率是无量纲分数，并且可以表示为比值或百分比。反照率是基于从零(对全黑表面的无反射能力)至1(对白色表面的完全反射)的标度测量的。虽然反照率取决于辐射的频率，但是本文中使用的反照率是在不参考特定波长的情况下给出的，因此是指整个可见光光谱(即，约380nm至约740nm)的平均值。

由于这些实施例的方法是增强表面反照率的方法，因此所述方法在一些情况下使得反照率的增加幅度(与合适的对照相比，例如，未经本发明的方法处理的同一表面的反照率)为0.05或更大，例如0.1或更大，例如，0.2或更大、0.3或更大、0.4或更大、0.5或更大、0.6或更大、0.7或更大、0.8或更大、0.9或更大，包括0.95或更大，包括至多为1.0。因此，标的方法的方面包括将表面的反照率增加至0.1或更大，例如0.2或更大，例如，0.3或更大、0.4或更大、0.5或更大、0.6或更大、0.7或更大、0.8或更大、0.9或更大、0.95或更大，包括0.975或更大，并且至多约为1.0。

所述方法的方面包括将目的表面与一定量的高反射微晶或无定形材料组合物(例如，如上所述)结合，使所述表面的反照率有效地增强所需的量，例如上文列出的量。可以使用任何适宜的方案将所述材料组合物与所述目标表面结合。因此，通过将所述材料并入具有待改良表面的所述物体的材料中，可以将所述材料组合物与所述目标表面结合。例如，在所述目标表面是建筑材料(例如屋顶瓦或混凝土混合物)的表面的情况下，所述材料组合物可以包括在所述材料的组合物中，从而存在于所述物体的所述目标表面上。或者，例如，通过用所述组合物涂覆所述目标表面，可以将所述材料组合物定位在所述目标表面的至少一部分上。在用所述材料组合物涂覆所述表面的情况下，所述表面上所得涂层的厚度可以发生变化，并且在一些情况下，所述厚度范围可以是0.1mm至25mm，例如2mm至20mm，并且包括5mm至10mm。另外受关注的是在涂漆和其他涂料中用作高反射颜料用途的应用，例如光伏太阳能面板。

可以增强多种表面的反照率。目的表面包括人造物体和天然存在的物体的至少部分面向天空的表面。目的人造表面包括但不限于：道路、人行道、建筑物及其组成部分(例如，屋顶及其组成部分(屋顶木瓦、屋面颗粒等)和侧面)、跑道以及其他人造结构(例如，墙壁、坝、纪念碑、装饰性物体等)。目的天然存在的表面包括但不限于：植物表面(例如，见于森林地区和非森林地区)、非植被地点、水(例如，湖泊、海洋和海表面)等。

例如，可以使用本文所述的方法在所述着色屋面颗粒表面上产生碳酸盐层来轻易地增加着色颗粒的反照率。虽然存在于所述着色屋面颗粒表面上的碳酸盐材料层的厚度可以发生变化，但在一些情况下，所述厚度范围为0.1至200μm，例如1至150μm，包括5至100μm。可以如上所述涂覆多种不同类型的着色颗粒，例如，以增强其反射率且基本上不会使其减色(如有)。可以用本文所述的碳酸盐层涂覆的颗粒类型的示例包括屋面颗粒。

可以用碳酸盐层涂覆(例如，以改进屋面颗粒的反射率且基本上不会使其减色(如有))的屋面颗粒可以包括由压碎和筛分的矿物材料形成的核，所述核随后被涂覆有一个或更多个颜色涂层，所述颜色涂层包含其中分散有一种或更多种着色颜料(例如合适的金属氧化物)的粘合剂。可以采用无机粘合剂。所述粘合剂可以是可溶性碱性硅酸盐，所述可溶性碱性硅酸盐随后通过高温或化学反应(所述化学反应诸如酸性材料与碱性硅酸盐之间的反应)使其不溶，从而在所述矿物颗粒上产生不溶性着色涂层。在制备本发明的屋面颗粒的过程中采用的基础颗粒可以采用若干种形式。所述基础颗粒可以是惰性核颗粒。所述核颗粒可以是化学惰性材料，例如惰性矿物颗粒、固体或中空玻璃或陶瓷球、或泡沫玻璃或陶瓷颗粒。合适的矿物颗粒可以通过一系列采石、压碎和筛分操作来产生，尺寸通常介于砂与砾石之间(即，在约8目与70目之间)。所述核颗粒的平均粒度范围为约0.2mm至约3mm，例如，约0.4mm至约2.4mm。尤其是，可以使用合适尺寸的由天然存在的材料制成的颗粒，所述材料诸如滑石、矿渣、花岗岩、硅砂、绿岩、安山岩、斑岩、大理石、正长岩、流纹岩、辉绿岩、玄武石、石英、板岩、暗色岩、玄武岩和海贝壳等；制造材料，例如陶瓷熟料和支撑剂；以及再循环制造材料，例如碎砖、混凝土、瓷、耐火粘土等。实心和中空玻璃球可以获取自，例如，PottersIndustries Inc.，P.O.Box 840，Valley Forge，Pa.19482-0840，例如平均尺寸为0.203mm的实心“A”级玻璃球产品1922、平均尺寸为0.59mm的产品(产品代码：602578)、尺寸范围为600至850微米(20至30目)的BALLOTTINI冲击珠产品(产品等级：A级)以及平均粒度为0.090mm的QCEL中空球(产品代码：300)。如有需要，可以用合适的偶联剂涂覆或处理玻璃球，以便与所述内涂层组合物的粘合剂更好地粘附。在所述颗粒中，所述颗粒可以用包含粘合剂和颜料的涂覆组合物涂覆。所述涂覆粘合剂可以是无机材料，例如金属-硅酸盐粘合剂，例如，碱金属硅酸盐，例如硅酸钠。

可使用的所述涂料颜料包括但不限于PC-9415 Yellow、PC-9416 Yellow、PC-9158Autumn Gold、PC-9189 Bright Golden Yellow、V-9186 Iron-Free Chestnut Brown、V-780 Black、V0797 IR Black、V-9248 Blue、PC-9250 Bright Blue、PC-5686 Turquoise、V-13810 Red、V-12600 Camouflage Green、V12560 IR Green、V-778 IR Black和V-799Black。

本文所述的方法还可用于产生压裂砂。压裂砂用于油气回收行业，以维持裂缝的地质结构中的多孔空隙空间，从而保持地质裂缝的完整性。本文所述的方法可用于产生具有可定制表面涂层的涂覆基材和机制砂，所述表面涂层在流体流动时可提升砂的浮力。本文所述的方法可用于产生具有紧密规则图案结构或不规则图案结构的碳酸盐材料(结晶或无定形)的基材，以有效设计所述砂的表面，从而在压裂流体的流动中保持高于平均值的浮力，同时所述流体在非常高的压力下被泵送至地质裂缝位点。在一些情况下，所述方法产生出具有结晶或无定形但未反应的胶结涂层化合物的产物，使得在与第二介质接触时，所述材料可作为膨胀水泥反应，为来自周围地质结构的气体和流体流动提供空隙空间。这种膨胀特性可以通过紧密的流体或气体接触、持续的流体接触或从所述地质表面提供的其他磁波或声波激活来激活。

在上述不同应用(包括反照率增强应用)中使用本文所述的碳酸盐沉淀化合物以及由其产生的组合物的方法的更多信息请参阅第9,993,799号美国专利以及第WO/2014/144/848号PCT公开申请案；这些出版物中的内容以引用方式并入本文。

氨再生

如上所述，用所述水性捕获氨液体和所述气态CO₂源产生CO₂封存碳酸盐时，会产生水性铵盐。所述产生的水性铵盐可以根据所述铵盐的阴离子的性质而发生变化，其中可以存在于所述水性铵盐中的特定铵盐包括但不限于氯化铵、乙酸铵、硫酸铵、硝酸铵等。

如上所述，本发明的方面进一步包括用所述水性铵盐再生水性捕获氨(例如，如上所述)。再生水性捕获铵意指以足以用所述水性铵盐产生大量铵的方式处理所述水性铵盐。在此再生步骤过程中被转化为氨的输入铵盐的百分比可以发生变化，在一些情况下，所述百分比范围为20至80％，例如35至55％。

可以使用任何适宜的再生方案在此再生步骤中用水性铵盐再生氨。在一些情况下，采用蒸馏方案。虽然可采用任何适宜的蒸馏方案，但在一些实施例中，所采用的蒸馏方案包括在碱性源存在的情况下加热所述水性铵盐，以产生气态氨/水产物，然后可以将其冷凝以产生水性捕获氨液体。在一些情况下，所述方案在分步过程中连续发生，其中在碱性源存在的情况下加热所述水性铵盐在水性捕获氨液体蒸馏和冷凝之前发生。

所述碱性源可以发生变化，前提是它足以将所述水性铵盐中的铵转化为氨。可以采用任何适宜的碱性源。

在此再生步骤中可以采用的碱性源包括化学试剂。可用作碱性源的化学试剂包括但不限于氢氧化物、有机碱、超强碱、氧化物和碳酸盐。氢氧化物包括在溶液中提供氢氧根阴离子的化学物质，包括，例如，氢氧化钠(NaOH)、氢氧化钾(KOH)、氢氧化钙(Ca(OH)₂)或氢氧化镁(Mg(OH)₂)。有机碱是通常为含氮碱的含有碳的分子，包括伯胺(例如甲胺)、仲胺(例如二异丙胺)、叔胺(例如二异丙基乙胺)、芳族胺(例如苯胺)、杂芳族化合物(例如吡啶、咪唑和苯并咪唑)及其各种形式。适合用作质子去除剂的超强碱包括乙醇钠、氨基钠(NaNH₂)、氢化钠(NaH)、丁基锂、二异丙基氨基锂、二乙基氨基锂和双(三甲基硅烷基)氨基锂。氧化物(包括，例如，氧化钙(CaO)、氧化镁(MgO)、氧化锶(SrO)、氧化铍(BeO)和氧化钡(BaO))也是可以使用的合适的质子去除剂。

作为碱性源另外受关注的是二氧化硅源。所述二氧化硅源可以是纯二氧化硅或包括二氧化硅并与其他化合物(例如，矿物质)组合的组合物，前提是所述二氧化硅源足以赋予所需的碱性。在一些情况下，所述二氧化硅源是天然存在的二氧化硅源。天然存在的二氧化硅源包括含有二氧化硅的岩石，所述源可以砂或较大岩石形式存在。当所述源为较大岩石时，在一些情况下，所述岩石已作破碎处理，以减小其尺寸并增加其表面积。受关注的是由具有如下最长尺寸的组分构成的二氧化硅源，所述最长尺寸范围为0.01mm至1米，例如0.1mm至500cm，包括1mm至100cm，例如，1mm至50cm。如有需要，可以对所述二氧化硅源进行表面处理，以增加所述源的表面积。可以采用多种不同的天然存在的二氧化硅源。目的天然存在的二氧化硅源包括但不限于火成岩，所述火成岩包括：超镁铁质岩，例如科马提岩、苦橄玄武岩、金伯利岩、钾镁煌斑岩、橄榄岩；镁铁质岩，例如玄武岩、辉绿岩(粗玄岩)和辉长岩；中间岩，例如安山岩和闪长岩；中间长英质岩，例如英安岩和花岗闪长岩；以及长英质岩，例如流纹岩、细晶岩—伟晶岩和花岗岩。另外受关注的是人造二氧化硅源。人造二氧化硅源包括但不限于：废弃物流，例如采矿废弃物；化石燃料燃烧灰烬；炉渣，例如，钢铁渣、磷渣；水泥窑废弃物；油精炼厂/石化精炼厂废弃物，例如，油田和甲烷层盐水；煤层废弃物，例如，燃气产生盐水和煤层盐水；纸张加工废弃物；水软化，例如，离子交换废盐水；硅加工废弃物；农业废弃物；金属抛光废弃物；高pH纺织废弃物；以及碱渣。采矿废弃物包括从土地中提取金属或其他珍贵或有用矿物产生的任何废弃物。目的废弃物包括用于提高pH的采矿废弃物，包括：来自拜耳法铝提取工艺的红泥；来自海水中镁提取(例如，在加利福尼亚州莫斯兰丁)的废弃物；以及来自涉及浸出的其他采矿过程的废弃物。来自燃烧化石燃料的过程(例如燃煤发电厂)的灰烬产生通常富含二氧化硅的灰烬。在一些实施例中，由燃烧化石燃料(例如，燃煤发电厂)产生的灰烬作为二氧化硅源提供，包括飞灰，例如从烟囱排出的灰烬和底灰。关于二氧化硅源及其用途的附加详细信息请参阅第9,714,406号美国专利，该专利中的内容以引用方式并入本文。

在本发明的实施例中，采用灰烬作为碱性源。在某些实施例中，受关注的是使用煤灰作为所述灰烬。在本发明中采用的煤灰是指在发电厂锅炉或燃煤炉(例如，链式排锅炉、旋风锅炉和流化床锅炉)中由燃烧的粉碎无烟煤、褐煤、烟煤或次烟煤产生的残余物。此类煤灰包括飞灰(其是从炉中由排放气或烟道气携带的细碎煤灰)和底灰(其作为附聚物聚集在炉底)。

飞灰通常是高度不均质的，并且包括具有各种可识别的结晶相(例如石英、莫来石和各种铁氧化物)的玻璃状颗粒组成的混合物。目的飞灰包括F型和C型飞灰。上文提到的所述F型和C型飞灰是由上文提及的CSA标准A23.5和ASTM C618定义的。这些类别之间的主要区别是所述灰烬中钙、二氧化硅、氧化铝和铁的含量的量。所述飞灰的化学特性很大程度上受燃烧的煤(即，无烟煤、烟煤和褐煤)的化学成分含量的影响。目的飞灰包括大量的二氧化硅(二氧化硅，SiO₂)(无定形和结晶形态)和石灰(氧化钙，CaO；氧化镁，MgO)。

燃烧较硬、成煤时间较久的无烟煤和烟煤通常会产生F类飞灰。F类飞灰本质上是火山灰，并且含有少于10％的石灰(CaO)。由燃烧成煤时间较短的褐煤或次烟煤产生的飞灰除具有火山灰特性外，还具有一些自胶结特性。在水存在的情况下，C类飞灰将随着时间硬化并且强度增加。C类飞灰通常含有大于20％的石灰(CaO)。C类飞灰中碱和硫酸盐(SO₄ ^2-)的含量通常较高。在一些实施例中，受关注的是使用C类飞灰以由水性铵盐(例如，如上所述)再生氨，其意在提取C类飞灰中存在的一定量的组分，以产生相较于F类飞灰更为紧密的飞灰，例如，在具有20％CaO的C类飞灰中提取95％的CaO，从而得到具有1％CaO的经修复的飞灰材料。

飞灰材料在悬浮于排放气体中时固化，并且使用各种方法收集，例如通过静电沉淀器或过滤袋收集。由于所述颗粒在悬浮于排放气体中时固化，因此飞灰颗粒通常为球形，并且尺寸范围为0.5μm至100μm。目的飞灰包括其中小于45微米的颗粒占至少约80％(按重量计)的飞灰。在本发明的某些实施例中，另外受关注的是高碱性流化床燃烧器(FBC)飞灰的使用。

在本发明的实施例中，另外受关注的是底灰的使用。底灰是作为附聚物在煤燃烧锅炉中通过煤的燃烧形成的。此类燃烧锅炉可以是湿底锅炉或干底锅炉。当在湿底或干底锅炉中产生时，将所述底灰在水中淬火。所述淬火产生具有其中90％落在0.1mm至20mm的粒度范围内的尺寸的附聚物，其中所述底灰附聚物在此范围内具有较宽的附聚物尺寸分布。底灰的主要化学组分是二氧化硅和氧化铝，具有较少量的Fe、Ca、Mg、Mn、Na和K以及硫和碳的氧化物。

在某些实施例中，另外受关注的是使用火山灰作为所述灰烬。火山灰由小火山喷发碎屑构成，所述小火山喷发碎屑即为由火山喷发产生的直径小于2毫米的粉碎岩石和玻璃碎片。

在本发明的一实施例中，采用水泥窑粉尘(CKD)作为碱性源。产生所述灰烬和/或CKD的燃料的特性以及所述燃料的燃烧方式将影响所得灰烬和/或CKD的化学组成。因此，灰烬和/或CKD可以用作调节pH的方式的一部分，或者用作所述唯一方式，并且基于所述灰烬和/或CKD的化学组成，可以将多种其他组分与特定灰烬和/或CKD结合使用。

在本发明的某些实施例中，采用矿渣作为碱性源。所述矿渣可以用作所述唯一的pH调节剂或与一种或更多种另外的pH调节剂(例如灰烬等)结合使用。矿渣是由金属加工产生的，并且可能含有钙和镁氧化物以及铁、硅和铝化合物。在某些实施例中，通过将活性硅和氧化铝引入所述沉淀产物中，炉渣作为pH调节材料的使用提供了另外的益处。目的炉渣包括但不限于来自铁冶炼的高炉矿渣；来自铁和/或钢的电弧炉或高炉加工的矿渣；铜渣；镍渣；以及磷渣。

如上所示，在某些实施例中，采用灰烬(或矿渣(在某些实施例中))作为改变所述水的pH值以使其达到所需的水平的唯一方式。在其他实施例中，与灰烬的使用相结合，采用一种或更多种另外的pH调节方案。

在某些实施例中，另外受关注的是使用其他废弃物材料(例如，压碎或拆卸所得或再循环或退回的混凝土或砂浆)作为碱性源。使用时，所述混凝土溶解释放出砂和骨料，如有需要，所述砂和骨料可以再循环至所述工艺的碳酸盐产生部分。拆卸所得或再循环的混凝土或砂浆的使用在下文中作了进一步描述。

在某些实施例中，受关注的是矿物碱性源。在此类情况下，与所述水性铵盐接触的所述矿物碱性源可以发生变化，其中目的矿物碱性源包括但不限于：硅酸盐、碳酸盐、飞灰、矿渣、石灰、水泥窑粉尘等，例如，如上所述。在一些情况下，所述矿物碱性源包含岩石，例如，如上所述。

在实施例中，所述碱性源是地质物质，例如，下文更为详细地描述的地质物质。

虽然在这些实施例中，所述水性铵盐加热后所达到的温度可以发生变化，但在一些情况下，所述温度范围为25至200℃，例如25至185℃。用于提供所需温度的所述热量可以从任何适宜的来源获得，所述来源包括蒸汽、废热源(例如烟道气废热)等。

可以在任何压力下进行蒸馏。在大气压下进行蒸馏时，进行蒸馏的温度可以发生变化，在一些情况下，所述温度范围为50至120℃，例如60至100℃，例如，70至90℃。在一些情况下，蒸馏在亚大气压下进行。虽然所述压力在此类实施例中可以发生变化，但在一些情况下，所述亚大气压范围为1至14psig，例如2至6psig。在亚大气压下进行蒸馏时，与在大气压下进行蒸馏的实施例相比，所述蒸馏可以在降低的温度下进行。虽然在此类情况下，所述温度可以根据需要而发生变化，但在其中采用亚大气压的一些实施例中，所述温度范围为15至60℃，例如25至50℃。在亚大气压的实施例中，受关注的是使用废热以在蒸馏过程中提供所采用的热量中的一部分(如果并非全部)。在此类情况下，可以采用的废热源包括但不限于：烟道气、工艺蒸汽冷凝、通过CO₂捕获和所得碳酸铵产生而产生的吸收热；以及冷却液(例如来自共处一地的含有CO₂的气体的来源，例如发电厂、工厂等，例如，如上所述)及其组合

还可以使用电解介导的方案实现水性捕获氨再生，在所述方案中，将直流电引入所述水性铵盐中以再生氨。可以采用任何适宜的电解方案。适用于由水性铵盐再生氨的电解方案的示例可以采用一个或更多个来自电解系统的元件，所述电解系统的信息请参阅第7,727,374和8,227,127号美国专利以及第WO/2008/018928号公开的PCT申请出版物；这些出版物中的内容以引用方式并入本文。

在一些情况下，所述水性捕获氨在无能量输入(例如，以热量和/或电流形式，例如如上所述)的情况下由所述水性铵盐再生。在此类情况下，所述水性铵盐以足以产生再生的水性捕获氨的方式与碱性源(例如地质物质源，例如，如上所述)组合。所得的水性捕获氨之后未被纯化，例如，通过能量输入，例如通过汽提方案等。

所得的再生的水性捕获氨可以发生变化，例如，取决于所采用的特定再生方案。在一些情况下，所述再生的水性捕获氨包括氨(NH₃)，所述氨的浓度范围为0.1至25摩尔每升(M)，例如4至20M，包括12.0至16.0M以及上述提供的针对所述水性捕获氨提供的任何范围。所述水性捕获氨的pH可以发生变化，在一些情况下，所述pH的范围为10.0至13.0，例如10.0至12.5。在一些情况下，例如，在不包括能量输入的地质物质介导的方案中再生所述水性捕获氨的情况下(例如，如上所述)，所述再生的水性捕获氨可以进一步包括阳离子，例如二价阳离子，例如Ca²⁺。另外，所述再生的水性捕获氨可以进一步包括一定量的铵盐。在一些情况下，氨(NH₃)的浓度范围为0.05至4摩尔每升(M)，例如0.05至1M，包括0.1至2M。所述水性捕获氨的pH值可以发生变化，在一些情况下，所述pH值范围为8.0至11.0，例如8.0至10.0。所述水性捕获氨可以进一步包含离子，例如，一价阳离子，例如铵(NH₄ ⁺)，其浓度范围为0.1至5摩尔每升(M)，例如0.1至2M，包括0.5至3M；二价阳离子，例如钙(Ca²⁺)，其浓度范围为0.05至2摩尔每升(M)，例如0.1至1M，包括0.2至1M；二价阳离子，例如镁(Mg²⁺)，其浓度范围为0.005至1摩尔每升(M)，例如0.005至0.1M，包括0.01至0.5M；二价阴离子，例如硫酸根(SO₄ ^2-)，其浓度范围为0.005至1摩尔每升(M)，例如0.005至0.1M，包括0.01至0.5M。

所述方法的方面进一步包括在足以产生CO₂封存碳酸盐(例如，如上所述)的条件下，使所述再生的水性捕获氨与气态CO₂源(例如，如上所述)接触。换句话说，所述方法包括将所述再生的氨再循环至所述工艺中。在此类情况下，所述再生的水性捕获氨可以用作唯一的捕获液体，或者与另一种液体(例如，补给水)组合，以产生适合用作CO₂捕获液体的水性捕获氨。在所述再生的氨水与另外的水组合时，可以采用任何适宜的水。利用其可以产生所述水性捕获氨的目的水包括但不限于淡水、海水、盐水、采出水和废水。

再循环

在一些情况下，所述方法可以包括将所述反应组分中的一种或更多种从所述工艺的一个阶段再循环至所述工艺的另一个阶段。例如，如上所述，可以将再生的氨水再循环至所述CO₂捕获阶段。可以将在氨再生过程中产生的阳离子盐和/或附聚物再循环至所述碳酸盐产生阶段。在一个阶段(例如，CO₂捕获)产生的废热可以在另一个阶段(例如，氨再生，例如，如上所述)中使用。以上是其中发生再循环的实施例的非限制性示例。

纯CO₂气体的产生

所述方法的一个或更多个阶段可能导致产生纯CO₂气体。例如，在由所述水性碳酸铵产生固体碳酸盐的过程中，每2摩尔碳酸氢铵可产生至多1摩尔CO₂。此外或另外，所述氨再生步骤可能导致产生废CO₂。例如，在所述氨再生步骤中，废CO₂可以来自加热期间失去的逸散性CO₂，或者可以来自含有隐含碳酸盐矿物的碱性源。虽然此类情况可能导致产生CO₂，但是整个过程会将一定净量的CO₂封存于碳酸盐化合物中。任何产生的CO₂均可以是基本上纯的CO₂产物气体，其可以通过注入地表下地质位置予以封存，下文对此提供了更为详细的描述。因此，所述过程是有效的CO₂封存过程。短语“基本上纯的”意指所述产物气体是纯CO₂或是含有CO₂的气体，所述含有CO₂的气体具有有限量的其他非CO₂组分。

在此类实施例中，所述CO₂产物气体产生之后，本发明的方面可以包括将所述CO₂产物气体注入地表下地质位置以封存CO₂。注入意指将CO₂产物气体引入或置于地表下地质位置。地表下地质位置可以发生变化，并且包括地下位置和深海位置。目的地下位置包括多种不同的地面下地质地层，例如化石燃料储层，例如，油田、气田和不可开采煤层；盐水储层，例如盐水地层和盐水填充的玄武岩地层；深层含水层；多孔地质地层，例如部分或完全枯竭的油层或气层、盐穴、硫磺穴和硫磺穹顶；等等。

在一些情况下，可以在注入所述地表下地质位置之前对所述CO₂产物气体加压。为了实现此类加压，可以在一个或更多个阶段压缩所述气态CO₂，如有需要，所述压缩在另外的水冷却和冷凝之后进行。然后，如有需要，通过常规方法(例如通过使用分子筛)将所述适度加压的CO₂作进一步干燥处理，并且使其通过CO₂冷凝器，在所述冷凝器中，所述CO₂冷却并液化。然后，可以用最小功率将所述CO₂有效地泵压至一定压力，所述压力是将所述CO₂输送至所述地质地层内一定深度或所述海洋深度所必需的压力，所述深度是注入CO₂所需的深度。或者，可以通过一系列阶段压缩所述CO₂，并且在与注入所述地质地层或深海所必需的压力相匹配的压力下使其作为超临界流体排出。如有需要，可以诸如通过管道、铁路、卡车或其他合适的方案将所述CO₂从所述产生地点运输至所述地表下地质地层。

在一些情况下，所述CO₂产物气体用于强化采油(EOR)方案。强化采油(缩写为EOR)是用于增加可从油田采出的原油的量的技术的通称。强化采油也被称为提高原油采收率或三次采油法。在EOR方案中，将所述CO₂产物气体注入地下油矿或储层中。

在一些实施例中，所述CO₂产物气体通过与水性捕获氨(例如，如上所述)接触来回收，以产生固体CO₂封存碳酸盐，例如，如上所述。例如，来自一种方法的一个阶段的所述CO₂产物气体可以与来自一种方法的另一单独的阶段的逸散性水性捕获氨蒸气组合，以生产水性碳酸铵，所述水性碳酸铵在一种方法的不同阶段用于生产固体CO₂封存碳酸盐，例如，如上所述。

CO₂气体产生及其封存在以下出版物中作了进一步描述：公开号为US 2016-0082387 A1的第14/861,996号美国专利申请案以及现以编号10,197,747发布的美国专利，这些出版物中的内容以引用方式并入本文。

碱富集

在一些情况下，所述方法进一步包括用碱富集方案处理所述水性碳酸铵，所述方案诸如膜介导的方案，例如包括使第一和第二液体与膜的相对侧接触的方案。在此类情况下，所述膜可以是阳离子膜或阴离子膜。关于碱富集方案(例如膜介导的碱富集方案)的更多详细信息请参阅第9,707,513号美国专利；该专利中的内容以引用方式并入本文。在一些此类情况下，所述方法包括在组合的捕获和碱富集反应器中使所述水性捕获氨与所述气态CO₂源接触，其中所述反应器可以包括：核中空纤维膜组件，例如，包括多张中空纤维膜的组件；碱富集膜组件，所述碱富集膜组件包围所述核中空纤维膜组件，并且限定第一液体流动路径，其中所述核中空纤维膜组件存在于所述第一液体流动路径中；以及壳体，所述壳体被配置成含有所述碱富集膜组件和核中空纤维膜组件，其中所述壳体被配置成限定位于所述碱富集膜组件与所述壳体的内表面之间的第二液体流动路径。在此类情况下，所述碱富集膜组件可以被配置为管，并且所述中空纤维膜组件被轴向定位于所述管中。在此类情况下，所述壳体可以被配置为管，其中所述壳体和所述碱富集膜组件是同轴的。

再循环拆卸所得和经修复的混凝土

在本发明的一些方面，所述方法进一步包括利用拆卸所得或退回的混凝土地质物质为所述工艺中的一个或更多个步骤提供钙和/或碱性，以便在再循环混凝土地质物质材料部分溶解后，通过碳酸钙矿化以及将所述残余或经修复的混凝土用作新混凝土中的良好骨料来实现碳封存和利用。本文中使用的地质物质或地质物质材料是指已由施工现场退回或在其使用寿命结束后或出于其他原因而被拆卸和压碎的混凝土。虽然通常情况下，地质物质通常是工业废弃物，但地质物质也可以指初级、次级、三级工业产品，工业副产品或其他工业产品。工业地质物质材料的通用商品名的一些示例可以包括尾矿、矿尘、砂、袋滤细粉、土尘、粉尘、水泥窑粉尘、矿渣、钢渣、铁渣、锅炉渣、煤燃烧残余物、灰烬、飞灰、泥浆、石灰浆、石灰、窑灰、窑粉、残余物、铝土矿渣、拆卸所得的混凝土、退回的混凝土、压碎的混凝土、再循环混凝土、再循环砂浆、再循环水泥、拆卸所得的建筑材料、再循环的建筑材料、再循环的骨料等。地质物质通常具有含有金属氧化物的成分，这些金属氧化物为结晶相或无定形相，例如氧化钠、氧化钾或其他碱金属氧化物；氧化镁、氧化钙或其他碱土金属氧化物；氧化锰、氧化铜或其他过渡金属氧化物；氧化锌或任何其他金属氧化物或其衍生物；以晶体形式存在于简单或复杂矿物中的金属氧化物；金属氧化物的无定形相或其衍生物；或上述任意一种的组合。

本文所述的实施例包括通过再循环拆卸所得的混凝土并使用在地质物质溶解后剩余的残余材料作为新混凝土中的骨料来减少骨料的运输距离的方法。在新混凝土中使用经修复的混凝土地质物质作为骨料可以降低/减少所述混凝土相关的价格和碳足迹。例如，采用本发明的方法时，如果混凝土地质物质含有60％(按重量计)的氧化钙(CaO)类水泥，并且所述水泥占所述混凝土地质物质的10％，则CaO的100％溶解效率会导致溶解的所述混凝土地质物质中6％(按质量计)用于碳捕获和利用，剩下的94％则用作新混凝土中的再循环骨料。因此，标的方法的方面包括存在于所述地质物质中的金属氧化物的溶解效率为0.05％或更高，例如1.1％或更高，例如，2.1％或更高、3.1％或更高、4.1％或更高、5.1％或更高、6.1％或更高、7.1％或更高、8.1％或更高、9.1％或更高，包括10％或更高、20％或更高、30％或更高、40％或更高、50％或更高、60％或更高、70％或更高、80％或更高、90％或更高，并且溶解效率至多为100％。在实施例的另外的方面，标的方法包括以类似于其原始天然特征、可用于混凝土(不同于机械压碎并分类的再循环混凝土)的形式，作为存在于所述混凝土地质物质中的单独颗粒释放，所述释放量为所述拆卸所得的混凝土中的原砂和砾石骨料的0.05％或更高，例如1.1％或更高，例如，2.1％或更高、3.1％或更高、4.1％或更高、5.1％或更高、6.1％或更高、7.1％或更高、8.1％或更高、9.1％或更高，包括10％或更高、20％或更高、30％或更高、40％或更高、50％或更高、60％或更高、70％或更高、80％或更高、90％或更高，并且至多为100％。

所述方法的方面包括利用经修复的混凝土骨料作为基材，以涂覆源自捕获二氧化碳的碳酸盐矿物涂层，以便将其永久封存于所述矿物相中(例如，如上所述)，从而形成用作混凝土骨料的复合骨料。类似地，这种获取适用于所述矿物涂层的基材的方法具有避免新制原始骨料的开采和运输的优点。

所述方法的方面包括使用所述经修复的残余混凝土骨料材料(单独或涂覆有CO₂封存碳酸盐矿物)来配制混凝土、砂浆和沥青。所述混凝土、砂浆或沥青中经修复的涂覆或未涂覆的骨料颗粒可以类似于其原始天然特征、可用于混凝土(不同于机械压碎并分类的再循环混凝土)的形式存在，其量为所述混凝土、砂浆或沥青中所述原砂和砾石骨料的0.05％或更高，例如1.1％或更高，例如，2.1％或更高、3.1％或更高、4.1％或更高、5.1％或更高、6.1％或更高、7.1％或更高、8.1％或更高、9.1％或更高，包括10％或更高、20％或更高、30％或更高、40％或更高、50％或更高、60％或更高、70％或更高、80％或更高、90％或更高，并且至多为100％。

多种混凝土和砂浆材料的溶解可能有用，所述残余的经修复的骨料可用于大量建筑材料应用中，包括开采的骨料的所有用途。混凝土和砂浆材料以及包含波特兰水泥的任何材料都受到了关注，所述材料至少包括来自道路、建筑物、坝、桥梁、人行道、管道、涵洞、水电导系统、井管等的材料。

拆卸所得的混凝土可以从多种不同的来源获得，所述来源包括但不限于建筑物、道路、路面、人行道、障碍和其他结构。退回的混凝土的来源可能来自多种来源，包括但不限于从施工现场返回其工厂的装有未使用或退回的混凝土的预拌混凝土罐车。可以使用任何适宜的方案来拆卸所述源，以产生拆卸所得的地质物质。然后，可以在固体CO₂封存碳酸盐产生过程(例如，如上所述)的一个或更多个阶段中使用所述拆卸所得的地质物质，以产生一种或更多种类型的产物，包括经修复的建筑组合物，这些产物可以在各种市场(包括建筑市场)中使用。

拆卸所得的混凝土可以从多种不同的来源获得，所述来源包括但不限于建筑物、道路、路面、人行道、障碍和其他结构。可以使用任何适宜的方案来拆卸所述源，以产生拆卸所得的地质物质。然后，可以在固体CO₂封存碳酸盐产生过程(例如，如上所述)的一个或更多个阶段中使用所述拆卸所得的地质物质，以产生一种或更多种类型的产物，包括经修复的建筑组合物，这些产物可以在各种市场(包括建筑市场)中使用。在此实施例中，将所述经修复的建筑复合材料再循环至新的建筑复合材料，所述新材料可以根据需要并入现有的建筑复合材料中。

再循环拆卸所得和/或退回以及经修复的混凝土的上述实施例不限于特定气态CO₂源。相反，再循环拆卸所得和经修复的混凝土的上述实施例可以与采用任何适宜的气态CO₂源的工艺结合使用，所述气态源诸如由燃烧化石燃料(例如，煤、石油、天然气)以及天然存在的有机燃料沉积物(例如但不限于焦油砂、重油、油页岩等)的人造燃料产物的工业工厂产生的废弃物流。在某些实施例中，发电厂是煤粉发电厂、超临界燃煤发电厂、大规模燃煤发电厂、流化床燃煤发电厂、燃气或燃油锅炉和蒸汽涡轮发电厂、燃气或燃油锅炉简单循环燃气涡轮发电厂以及燃气或燃油锅炉联合循环燃气涡轮发电厂，其中采用所述来源的方法在以下出版物中作了进一步描述：公开号为US-2014-0322803-A1、序列号为14/204,994的美国专利申请案；公开号为US 2014-0271440 A1、序列号为14/214,129的美国专利申请案；公开号为US 2016-0082387 A1、序列号为14/861,996的美国专利申请案；以及第9,707,513、9,714,406和9,993,799号美国专利；这些出版物中的内容以引用方式并入本文。

增强地质物质溶解的方法

在所述方法包括溶解地质物质的情况下(例如，如上所述)，所述方法的方面可以包括增强所述地质物质的溶解，其中地质物质和液相在足以产生所需溶解效率的条件下于系统中组合。这些实施例的方面还包括被配置成产生溶解的地质物质组合物的系统，以及包括所述系统的方法和装置。本发明还提供了使用溶解的地质物质组合物的方法。

如上所述，本文中使用的地质物质或地质物质材料是指来自诸如采矿业、电力工业和重工业等工业的工业产品。虽然，地质物质通常是工业废弃物，但地质物质也可以指初级、次级、三级工业产品，工业副产品或其他工业产品。工业地质物质材料的商品名的一些示例可以包括尾矿、矿尘、砂、袋滤细粉、土尘、粉尘、水泥窑粉尘、矿渣、钢渣、铁渣、锅炉渣、煤燃烧残余物、煤燃烧产物、灰烬、飞灰、泥浆、石灰浆、石灰、电石石灰、电石渣、窑灰、窑粉、残余物、铝土矿渣、拆卸所得的混凝土、再循环混凝土、退回的混凝土、再循环砂浆、再循环水泥、拆卸所得的建筑材料、再循环的建筑材料、再循环的骨料等。地质物质通常具有含有金属氧化物的成分，这些金属氧化物为结晶相或无定形相，例如氧化钠、氧化钾或其他碱金属氧化物；氧化镁、氧化钙或其他碱土金属氧化物；氧化锰、氧化铜或其他过渡金属氧化物；氧化锌或任何其他金属氧化物或其衍生物；以晶体形式存在于简单或复杂矿物中的金属氧化物；金属氧化物的无定形相或其衍生物；或上述任意一种的组合。

由于所述方法是增强地质物质溶解的方法，因此所述方法会导致金属氧化物或矿物质从所述地质物质中浸出、渗出、滤过、释放等，形成液相，例如水相或有机相或任何其他液相的组合，使得存在于所述地质物质组合物中的所需金属氧化物的溶解效率至多为100％(与合适的对照相比，例如未经本发明的方法处理的地质物质)。例如，采用本发明的方法时，如果地质物质含有25％(按重量计)的氧化钙(CaO)，则CaO的100％溶解效率会导致所述地质物质溶解25％(按质量计)。因此，标的方法的方面包括存在于所述地质物质中的金属氧化物的溶解效率为0.05％或更高，例如1.1％或更高，例如，2.1％或更高、3.1％或更高、4.1％或更高、5.1％或更高、6.1％或更高、7.1％或更高、8.1％或更高、9.1％或更高，包括10％或更高、20％或更高、30％或更高、40％或更高、50％或更高、60％或更高、70％或更高、80％或更高、90％或更高，并且溶解效率至多为100％。

在一些实施例中，所述方法使用微波辐射来增强地质物质的所述溶解效率。微波、微波辐射、微波能量等是非电离电磁辐射能量形式，其波长范围为一米(1m)至一毫米(1mm)，其频率高于普通无线电波频率，但低于红外光频率，所述频率范围为300兆赫(MHz)至300千兆赫(GHz)。为了改善总产率和处理时间，已经研究了微波辐射以提高溶解效率。与常规加热相比，微波辐射具有以下优势：非接触加热；能量(非热量)传递；快速加热；材料选择性加热；容积式加热；加热快速启动和停止；从内部开始加热；以及安全性有所提高。在本发明的方法中采用的微波辐射可以根据工艺的特异性而变化，前提是它在所述地质物质的溶解效率方面实现了所需的增强。微波、微波辐射、微波能量等是指频率发生变化的能量形式，并且在一些情况下，所述频率范围可以是500MHz至100GHz，例如900MHz至5GHz，并且包括300MHz至300GHz或整个微波频谱。所述方法使用微波、微波辐射、微波能量等来提供增强所述地质物质的溶解效率所必需的功率，所述功率可以发生变化，并且在一些情况下，所述功率范围可以是一瓦(1W)至一千兆瓦(1GW)，例如一千瓦(1kW)至一兆瓦(1MW)，包括500kW至500MW。

所述方法的方面包括微波处理地质物质材料与液相的组合，以增强所述地质物质的溶解效率。所述处理可以在(但不限于)以连续、间歇或其组合形式运行的容器或装置中进行。在某些实施例中，所述地质物质材料以尺寸发生变化的颗粒的形式存在，例如，粒径范围为0.1微米至几英寸(以直径计)，例如1微米至20英寸、100微米至10英寸或500微米至20英寸，在一些实施例中为25微米至3/8英寸。在一些实施例中，在所述方法中使用的液相是水性介质、有机介质、其组合或通过本文所述的方法、系统和装置有助于促使所述地质物质的溶解效率增强的任何其他液体介质。

由于所述方法是增强地质物质溶解效率的方法，因此增强的微波处理或介电加热机制被视为是本文所述的方法、系统和装置。地质物质材料溶解的速率涉及表面积、地质物质本身的组成(其可能由许多不同的矿物相组成)以及系统温度(其可能取决于微波辐射的穿透情况)、介电加热的有效性等。介电加热是其中高频交变电场或射频或微波电磁辐射加热具有介电特性的材料的方法。介电加热由具有电偶极矩的能使分子转动的材料强化，所述分子即为H₂O、具有羧酸或羧酸根基团的分子，例如但不限于乙酸根、草酸根、谷氨酸根、苹果酸根或其他有机或天然羧酸或含羧酸根的分子。分子试图在电场中重新定向并且无法响应于摩擦，因此产生了更强的加热效应。此方法中所述的更强的加热效应是一种增强所述地质物质中含有的不同相的溶解的局部化方法。

本文所述的增强方法中由微波辐射引起的加热效应还可以降低碳封存方法的热量需求，所述碳封存方法采用所述增强的溶解方法作为其捕获和封存二氧化碳的工艺的一部分。例如，所述增强的方法可以减少碳封存方法的辅助功率需求，从而减少与所述辅助功率需求相关的寄生负载。所述增强的溶解方法可以降低甚至减少对热源的需求，这些热源诸如来自蒸汽的热量或来自有时是驱动碳封存方法、装置和系统所必需的电功率的热量。

作为使用微波(例如，如上所述)的替代或补充，增强地质物质材料的溶解效率可以涉及在液相中混合或加热所述地质物质材料，所述液相含有可在间歇或连续流水作业中再生的铵盐、酸性介质、表面活性剂或催化剂。

此方法中所述的溶解效率可由含有电偶极矩范围为0至80德拜的有机或无机材料的液相溶液增强，所述材料诸如电偶极矩为0.01德拜或更大、0.1德拜或更大、1.0德拜或更大的材料(例如，电偶极矩范围为0.5至0.9德拜)，并且包括电偶极矩为2.0德拜或更大、3.0德拜或更大、4.0德拜或更大的材料。在此方法中采用的溶液可以进一步包括催化剂、有机配体或表面活性剂。所采用的溶液可以含有具有电偶极矩的有机盐或有机酸，以提高介电加热的加热效率。可以优化所述溶液以减少反射，所述反射使得微波能量穿透效率降低。优化此方法中的所述溶液以产生均匀的温度，从而提高所述溶液的加热效率以及此材料的溶解效率。

可以增强多种地质物质材料的溶解。目的地质物质材料至少包括来自电力工业、重工业和采矿业的地质物质材料。

使用增强溶解方法(例如，微波介导的溶解方法，例如如上所述)溶解来自多种工业(例如，采矿业、电力工业、重工业)的初级工业产品(例如，开采的矿物质、电力、钢铁、水泥、氧化铝)的生产中作为废弃物生成的地质物质。然后，可以在固体CO₂封存碳酸盐产生过程(例如，如上所述)的一个或更多个阶段中使用所述溶解的地质物质和母液，以产生一种或更多种类型的固体碳酸盐产物，这些产物可以在各种市场(包括建筑市场)中使用。如相应说明所示，可以根据需要将所述母液再循环至所述溶解方法中。未溶解的地质物质也可用于建筑市场，例如，作为骨料等。

增强地质物质溶解的上述实施例不限于特定气态CO₂源的实施例。相反，地质物质溶解的上述实施例可以与采用任何适宜的气态CO₂源的工艺结合使用，所述气态源诸如由燃烧化石燃料(例如，煤、石油、天然气)以及天然存在的有机燃料沉积物(例如但不限于焦油砂、重油、油页岩等)的人造燃料产物的工业工厂产生的废弃物流。在某些实施例中，发电厂是煤粉发电厂、超临界燃煤发电厂、大规模燃煤发电厂、流化床燃煤发电厂、燃气或燃油锅炉和蒸汽涡轮发电厂、燃气或燃油锅炉简单循环燃气涡轮发电厂以及燃气或燃油锅炉联合循环燃气涡轮发电厂，其中采用所述来源的方法在以下出版物中作了进一步描述：公开号为US-2014-0322803-A1、序列号为14/204,994的美国专利申请案；公开号为US 2014-0271440 A1、序列号为14/214,129的美国专利申请案；公开号为US 2016-0082387 A1、序列号为14/861,996的美国专利申请案；以及第9,707,513、9,714,406和9,993,799号美国专利；这些出版物中的内容以引用方式并入本文。

系统

本发明的方面进一步包括用于通过诸如如上所述的方案封存来自气态CO₂源中的CO₂的系统。系统是包括功能模块或反应器的装置(例如，如上所述)，所述功能模块或反应器以足以执行本发明的方法(例如，如上所述)的方式可操作地耦合。在一些实施例中，此类系统的方面包括：CO₂气体/水性捕获模块和碳酸盐产生模块。在一些实施例中，此类系统的方面包括组合的CO₂气体/水性捕获模块碳酸盐产生模块。在一些情况下，所述系统包括水性捕获氨模块、碳酸盐产生模块以及水性捕获氨再生模块中的一项或更多项。

在一些情况下，所述CO₂气体/水性捕获氨模块包含中空纤维膜接触器。在一些情况下，所述CO₂气体/水性捕获氨模块包含再生泡沫接触器。在一些情况下，所述CO₂气体/水性捕获氨模块含有以不同方式排列的接触器(例如，如上所述)的组合。在一些情况下，所述系统与气态CO₂源可操作地耦合。如上所述，所述气态CO₂源可以是多组分气态流，例如烟道气。

与所述CO₂气体/水性捕获氨模块可操作地耦合的是碳酸盐产生模块。模块的实施例包括连续反应器，所述连续反应器被配置成用于产生CO₂封存碳酸盐材料。由于所述系统包括连续反应器(即，流动反应器)，它们包括其中以流动流携带材料的反应器，其中反应物(例如，二价阳离子、富含碳酸氢盐的水性液体等)被连续地进料至所述反应器中，并且以连续的产物流出现。因此，所述系统的连续反应器组件并非间歇式反应器。给定系统可以包括所述连续反应器(例如，如本文所述)，其与一个或更多个另外的元件(详见下文)组合。

在一些实施例中，所述系统的连续反应器包括：流动的水性液体，例如，水性碳酸铵；二价阳离子引入器，所述二价阳离子引入器被配置成在引入位置将二价阳离子引入所述流动的水性液体中；以及非浆料固相CO₂封存碳酸盐材料产生位置，其位于距所述二价阳离子引入器一定距离处。所述流动的水性液体是移动的水性液体(例如，如上所述)流，所述流可以存在于所述连续反应器中，其中所述连续反应器可以具有任何适宜的构造。目的连续反应器包括液体入口和废液出口，其中所述入口和所述出口相对于彼此布置，以提供所述液体进出所述反应器的连续移动或流动。所述反应器可以具有任何适宜的结构，其中在一些情况下，所述反应器可以具有所述液体沿其流动的长度，所述长度比所述反应器的任何给定横截面尺寸更长，其中所述入口位于所述反应器的第一端处，并且所述出口位于所述反应器的第二端处。所述反应器的体积可以发生变化，在一些情况下，所述体积范围为10L至1,000,000L，例如1,000L至100,000L。

目的连续反应器还包括二价阳离子引入器，所述二价阳离子引入器被配置成在引入位置将二价阳离子引入所述流动的水性液体中。可以使用任何适宜的引入器，其中所述引入器可以是液相或固相引入器，这取决于二价阳离子源的性质。在一些情况下，所述引入器可以位于与含有富含碳酸氢盐的产物的液体的入口基本相同的位置(如果并非完全相同)。或者，所述引入器可以位于所述入口下游一定距离处。在此类情况下，所述入口与所述引入器之间的距离可以发生变化，在一些实施例中，所述距离的范围为1cm至10m，例如10cm至1m。所述引入器可以与二价阳离子的来源或储库可操作地耦合。

目的连续反应器还包括非浆料固相CO₂封存碳酸盐材料产生位置。所述位置是所述连续反应器的区或区域，其中非浆料固相CO₂封存碳酸盐材料是作为所述二价阳离子与含有富含碳酸氢根的产物的液体的碳酸氢根离子反应的结果产生的。所述反应器可以被配置成在产生位置产生上述非浆料固相CO₂封存碳酸盐材料中的任何一种。在一些情况下，所述产生位置位于距所述二价阳离子引入位置一定距离处。虽然此距离可以发生变化，但在一些情况下，所述二价阳离子引入器与所述材料产生位置之间的距离范围为1cm至10m，例如10cm至1m。

所述产生位置可以包括诸如如上所述的种子结构。在此类情况下，所述反应器可以被配置成以浸没或非浸没形式接触诸如如上所述的种子结构。在非浸没形式中，所述流动液体可以作为层(例如，具有不同厚度)存在于种子结构的表面上，但是气体(例如，空气)将所述种子结构的至少两部分(例如，两种不同颗粒)分开，使得所述颗粒不会浸没在所述液体中。

关于可用作本系统的实施例中的碳酸盐产生模块的此类反应器的更多详情请参阅第9,993,799号美国专利；该专利中的内容以引用方式并入本文。

所述水性捕获氨再生模块可以发生变化，前提是它被配置成由所述水性铵盐产生氨，例如，通过蒸馏或电解，或者通过不会引入能量的工艺，例如如上所述。在一些情况下，所述再生模块将被配置成操作亚大气压(例如，如上所述)，使得它包括一个或更多个用于产生亚大气压的组件，例如，泵等。在一些情况下，所述再生模块与产生的热量的来源(例如，蒸汽)和/或一个或更多个废热源(例如，如上所述)可操作地耦合。在一些实施例中，所述再生模块包括碱性源，例如矿物碱源(例如，如上所述)。

在一些情况下，所述系统被配置成用于将再生的水性捕获氨再循环至所述CO₂气体/水性捕获氨模块(例如，如上所述)。

在一些情况下，所述系统及其模块是工业规模系统，这意味着它们被配置成加工工业规模量/体积的输入组合物(例如，气体、液体、固体等)。例如，所述系统及其模块(例如，CO₂接触器模块、碳酸盐产生模块、氨再生模块等)被配置成加工工业规模体积的液体，所述工业规模体积诸如1,000加仑/天或更多，例如10,000加仑/天或更多，包括25,000加仑/天或更多，其中在一些情况下，所述系统及其模块被配置成加工1,000,000,000加仑/天或更少，例如500,000,000加仑/天或更少。类似地，所述系统及其模块(例如，CO₂接触器模块等)被配置成加工工业规模体积的气体，所述工业规模体积诸如25,000立方英尺/小时或更多，例如100,000立方英尺/小时或更多，包括250,000立方英尺/小时或更多，其中在一些情况下，所述系统及其模块被配置成加工500,000,000立方英尺/小时或更少，例如100,000,000立方英尺/小时或更少。

在一些实施例中，系统与水性介质源(例如天然存在的或人造的水性介质源)实现流体连通，并且可以与执行CO₂封存方案的位置共处一地。所述系统可以存在于陆地或海上。例如，系统可以是位于沿海地区(例如，靠近海水源)甚至是内部位置的基于陆地的系统，其中水从盐水源(例如，海洋)通过管道被输送至所述系统中。或者，系统可以是基于水的系统，即，存在于水上或水中的系统。根据需要，此类系统可以存在于船、基于海洋的平台等上。在某些实施例中，系统可以在任何适宜的位置与工业工厂(例如，发电厂)共处一地。

除上述组成部分外，本发明的系统进一步包括含有CO₂的气体的来源，所述来源产生被引入所述水性捕获模块(例如，如上所述)的含有CO₂的气体。

图1提供了根据本发明的实施例所述的系统的示意图。如图1所示，系统100包括CO₂气体/水性捕获液体模块102；CO₂封存碳酸盐产生模块104；以及水性捕获液体再生模块106。系统100被配置成使得来自气态CO₂源(例如，环境空气109)的含有CO₂的气体108与所述CO₂气体/水性捕获氨模块102中的水性捕获氨液体122组合，以产生水性碳酸铵液体110，所述水性碳酸铵液体之后被输送至所述流体连接的CO₂封存碳酸盐产生模块104中。在所述CO₂封存碳酸盐产生模块104中，所述水性碳酸铵液体110在足以产生固体CO₂封存碳酸盐114和水性铵盐液体116的条件下与阳离子液体112组合。所述水性铵盐液体116之后被输送至所述流体连接的水性捕获液体再生模块106，在所述水性捕获液体再生模块中，所述水性铵盐液体在地质物质(例如，拆建废料(C&DW)118)存在的情况下被加热(例如，通过工艺蒸汽120)。再生的水性捕获液体122之后被输送至流体连接的CO₂气体/水性捕获液体模块102中。

图2提供了根据本发明的实施例所述的系统的示意图。如图2所示，系统200包括CO₂气体/水性捕获液体模块202；CO₂封存碳酸盐产生模块204；以及水性捕获液体再生模块206。系统200被配置成使得来自气态CO₂源(例如，烟道气209)的含有CO₂的气体208与所述CO₂气体/水性捕获氨模块202中的水性捕获氨液体222组合，以产生水性碳酸铵液体210，所述水性碳酸铵液体之后被输送至所述流体连接的CO₂封存碳酸盐产生模块204中。在所述CO₂封存碳酸盐产生模块204中，所述水性碳酸铵液体210在足以产生固体CO₂封存碳酸盐214和水性铵盐液体216的条件下与阳离子液体212和添加剂(例如，聚苯乙烯微球224)组合。所述水性铵盐液体216之后被输送至所述流体连接的水性捕获液体再生模块206，在所述水性捕获液体再生模块中，所述水性铵盐液体在地质物质(例如，拆建废料(C&DW)218)存在的情况下被加热(例如，通过可再生能源220)。再生的水性捕获液体222之后被输送至流体连接的CO₂气体/水性捕获液体模块202中。

图3提供了根据本发明的实施例所述的系统的示意图。如图3所示，系统300包括CO₂气体/水性捕获液体模块302；CO₂封存碳酸盐产生模块304；以及水性捕获液体再生模块306。系统300被配置成使得来自气态CO₂源(例如，烟道气309)的含有CO₂的气体308和326以及在CO₂封存碳酸盐产生模块304中由CO₂封存碳酸盐的产生而产生的CO₂气体326与水性捕获氨液体322以及诸如来自CO₂气体/水性捕获液体模块302中的冷凝的逸散性氨蒸气328在所述CO₂气体/水性捕获氨模块302中组合，以产生水性碳酸铵液体310，所述水性碳酸铵液体之后被输送至所述流体连接的CO₂封存碳酸盐产生模块304中。在所述CO₂封存碳酸盐产生模块304中，所述水性碳酸铵液体310在足以产生固体CO₂封存碳酸盐314和水性铵盐液体316的条件下与阳离子液体312组合。所述水性铵盐液体316之后被输送至所述流体连接的水性捕获液体再生模块306，在所述水性捕获液体再生模块中，所述水性铵盐液体在地质物质(例如，碱性废弃物332)存在的情况下被加热(例如，通过工艺蒸汽冷凝形式的废热330)。再生的水性捕获液体322之后被输送至流体连接的CO₂气体/水性捕获液体模块302中。

图4提供了根据本发明的另一实施例的示意图。如图4所示，将含有CO₂的烟道气和氨水(NH₃(aq))在CO₂捕获模块中组合，这导致产生了CO₂耗竭的烟道气和水性碳酸铵(NH₄)₂CO₃(aq)。然后，将所述水性碳酸铵与水性氯化钙(CaCl₂(a))和水性氯化铵(NH₄Cl(aq))以及升级改造的地质物质(例如，来自重整模块和/或碳酸盐涂层模块中的新骨料)组合，其中碳酸钙沉淀并覆盖所述升级改造的地质物质和/或新骨料基材，以产生包括CO₂封存碳酸盐材料涂层的骨料产物。除所述骨料产物外，所述碳酸盐涂层模块还产生水性铵盐，特别是水性氯化铵(NH₄Cl(aq))，所述水性铵盐之后被输送至重整模块中。在所述重整模块中，所述水性铵盐与固体地质物质(CaO(s))组合，以产生可以升级改造的地质物质骨料和初始再生的氨水液体，其中包括氨水(NH₃(aq))、水性氯化钙(CaCl₂(aq))和水性氯化铵(NH₄Cl(aq))。然后，所述初始再生的氨水液体被输送至汽提塔模块，在所述汽提塔模块中，利用蒸汽提供的热量对来自所述初始再生的液体的氨水(NH₃(aq))捕获液体进行蒸馏。(应当注意，在图4中，化学方程式并未配平，仅作参考说明)。

图5提供了本发明的另一实施例的示意图，其中未采用蒸汽汽提或高压系统，因此所描绘的工艺可以视为是冷制工艺。如图5所示，在气体吸收碳酸盐沉淀(GACP)模块中，将富含CO₂的气体(例如烟道气)与氨水(NH₃(aq))捕获液体(其还包括水性氯化钙(CaCl₂(aq))和水性氯化铵(NH₄Cl(aq)))组合，这可以产生CO₂耗竭的气体和碳酸钙浆料(CaCO₃(s))。在气体吸收碳酸盐沉淀(GACP)模块中，使来自所述重整模块的悬浮液(以具有悬浮固体的水溶液形式或不含固体的水溶液形式存在)与气态二氧化碳(CO₂)源直接接触，从而在所述模块内产生固体碳酸钙(CaCO₃)。在所述GACP模块中，所述pH可以为碱性，在一些情况下，所述pH为9或更高，所述氨水(或碱性)浓度可以为0.20mol/L或更高，并且所述钙离子浓度可以为0.10mol/L或更高。GACP中的温度可以发生变化，在一些情况下，所述温度范围为10至40，例如15至35℃，其中在一些情况下，所述温度为环境温度或更低，范围为2至10，例如2至5℃。在一些情况下，使用热源(例如废热源，例如来自发电厂的热烟道气)和吸收或吸收原理(例如，使用吸收或具有热源输入(提供驱动所述冷却过程所需的能量)的吸收式冰箱或冷却器)来冷却送入所述GACP模块的所述氨水捕获液体。关于由所述GACP产生的碳酸钙浆料，在一些情况下，所述沉淀的碳酸钙浆料无可检测到的方解石形态，并且可以是无定形(ACC)的球霰石、霰石或其他形态，包括此类形态的任何组合。然后，将所得的碳酸钙浆料输送至碳酸钙附聚模块，在此模块中使所述浆料与升级改造的地质物质(例如，来自重整模块)和/或新骨料基材组合，以产生包括CO₂封存碳酸盐材料的附聚骨料产物。在所述碳酸盐附聚模块中，对来自GACP模块的所述CaCO₃浆料进行加工以产生适用于混凝土的骨料岩石，其可以是纯CaCO₃岩石，也可以是CaCO₃与重整模块中的地质物质粉尘/超细材料组成的混合物。除所述碳酸钙浆料(CaCO₃(s))外，所述GACP模块还会产生水性氯化铵(NH₄Cl(aq))，所述水性氯化铵(NH₄Cl(aq))之后被输送至重整模块中。在所述重整模块中，所述水性氯化铵(NH₄Cl(aq))与固体地质物质(CaO(s))组合，以产生可以升级改造的地质物质骨料和再生的氨水液体，其中包括氨水(NH₃(aq))、水性氯化钙(CaCl₂(a))和水性氯化铵(NH₄Cl(aq))。在所述重整模块中，通过将地质物质与水性氯化铵(NH₄Cl)溶液混合，从气体吸收碳酸盐沉淀(GACP)模块中提取金属氧化物(例如氧化钙(CaO)，从而将铵(NH₄ ⁺)离子部分重整入氨水(NH₃)中，同时使来自所述地质物质的钙(Ca²⁺)离子溶解。然后，将所述再生的氨水液体输送至GACP模块中。(应当注意，在图5中，化学方程式并未配平，仅作参考说明)。如有需要，例如，从所述重整的地质物质的表面和孔隙中以及从所述碳酸钙(CaCO₃)浆料中除去和回收化学物质(例如，氯化铵(NH₄Cl)、钙离子、氨水等)，所述材料可以在最终脱水之前使用以下技术中的一种或更多种来洗涤：(a)在湿度室等中进行汽蒸，例如，使用低级蒸汽、来自热烟道气等的废热；(b)浸泡，例如，使低盐度水扩散至骨料的孔隙中，以提取出所需的化学物质；(c)超声处理，例如，对连续或间歇工艺施加超声频率，以使所述骨料震动以释放出所需的化学物质；以及(d)化学品添加，例如，使用添加剂以化学中和所述骨料。

在一些情况下，所述CO₂气体/水性捕获氨模块包含组合的捕获和碱富集反应器，所述反应器包含：核中空纤维膜组件(例如，包含多张中空纤维膜的组件)；碱富集膜组件，所述碱富集膜组件包围所述核中空纤维膜组件，并且限定第一液体流动路径，其中所述核中空纤维膜组件存在于所述第一液体流动路径中；以及壳体，所述壳体被配置成含有所述碱富集膜组件和核中空纤维膜组件，其中所述壳体被配置成限定位于所述碱富集膜组件与所述壳体的内表面之间的第二液体流动路径。在一些情况下，所述碱富集膜组件被配置为管，并且所述中空纤维膜部件被轴向定位于所述管中。在一些情况下，所述壳体被配置为管，其中所述壳体和所述碱富集膜组件是同轴的。本发明的方面进一步包括组合的捕获和碱富集反应器，例如，如上所述。

在一些情况下，使用具有一个或更多个可装运模块化单元的系统执行上述方案，所述模块化单元被配置成用于封存CO₂，例如，第WO2016/160612号PCT公开申请案中所述的可装运模块化单元；该申请案中的内容以引用方式并入本文。所述单元的方面包括支撑件，例如，壳体或基座，所述支撑件具有与其相关联的以下各项中的一项或更多项：CO₂气体/液体接触器子单元、碳酸盐产生子单元、碱富集子单元、水软化子单元、阳离子回收子单元、热交换子单元、反渗透子单元、纳滤子单元、微滤子单元、超滤子单元以及纯化CO₂收集子单元。配置成用于本发明的模块化单元还可以包括氨再生单元，例如，如上所述。本发明还提供了由一个或更多个此类模块化单元组成的系统。本文所揭示的系统包括大容量系统，其中单独的模块化单元可以仅含有一种或更多种类型的给定子单元，所述给定子单元诸如CO₂气体/液体接触器子单元、碳酸盐产生子单元、碱富集子单元、水软化子单元、阳离子回收子单元、热交换子单元、反渗透子单元、纳滤子单元、微滤子单元、超滤子单元以及纯化CO₂收集子单元。本发明的方面包括多个单独的模块化单元的较大组装件，所述模块化单元已接合并且可以具有一个或许多个包括以下各项的单独的模块化单元：CO₂气体/液体接触器子单元、碳酸盐产生子单元、碱富集子单元、水软化子单元、阳离子回收子单元、热交换子单元、反渗透子单元、纳滤子单元、微滤子单元、超滤子单元以及纯化CO₂收集子单元。本发明还提供了在CO₂封存方案中使用所述单元/系统的方法。

虽然本文附有权利要求书，但本发明的范围还受以下条款限定：

1.一种封存来自气态CO₂源中的CO₂的方法，所述方法包含：

(a)在足以产生CO₂封存碳酸盐和水性铵盐的条件下使水性捕获氨液体与气态CO₂源接触；以及

(b)使所述水性铵盐与地质物质组合，以产生再生的水性捕获氨液体。

以封存来自所述气态CO₂源中的CO₂。

2.根据条款1所述的方法，其中步骤(a)包含在足以产生水性碳酸铵的条件下使所述水性捕获氨液体与所述气态CO₂源接触，然后使所述水性碳酸铵与阳离子源接触，以产生所述CO₂封存碳酸盐。

3.根据条款1所述的方法，其中步骤(a)包含在足以产生所述CO₂封存碳酸盐和所述水性铵盐的条件下使所述水性捕获氨液体(包括阳离子源)与所述气态CO₂源接触。

4.根据前述条款中任一项所述的方法，其中所述CO₂封存碳酸盐的产生会产生CO₂气体。

5.根据条款4所述的方法，其中所述产生的CO₂气体通过与水性捕获氨液体接触来回收。

6.根据前述条款中任一项所述的方法，其中所述地质物质包含拆建废料(C&DW)。

7.根据条款1至5中任一项所述的方法，其中所述地质物质包含煤燃烧产物(CCP)。

8.根据条款1至5中任一项所述的方法，其中所述地质物质包含碱性废弃物。

9.根据前述条款中任一项所述的方法，其中所述方法进一步包含纯化所述再生的氨水。

10.根据条款9所述的方法，其中所述纯化包含从所述再生的氨水中汽提水性捕获氨。

11.根据条款1至8中任一项所述的方法，其中所述方法不包含纯化所述再生的氨水。

12.根据前述条款中任一项所述的方法，其中所述气态CO₂源包含烟道气。

13.根据前述条款中任一项所述的方法，其中所述方法产生CO₂封存骨料。

14.一种用于封存来自气态CO₂源中的CO₂的系统，所述系统包含：

(a)CO₂气体/水性捕获液体模块；以及

(b)与CO₂封存碳酸盐产生模块耦合的水性捕获液体再生模块。

15.根据条款14所述的系统，其中所述系统进一步包含与CO₂气体/水性捕获液体模块可操作地耦合的CO₂封存碳酸盐产生模块。

16.根据条款14所述的系统，其中所述系统不包括与所述CO₂气体/水性捕获液体模块分离的CO₂封存碳酸盐产生模块。

17.一种封存来自气态CO₂源中的CO₂的方法，所述方法包含：

在足以产生水性碳酸铵液体的条件下使水性捕获氨液体与气态CO₂源接触；

在足以产生CO₂封存碳酸盐和铵盐液体的条件下使阳离子源与所述水性碳酸铵液体接触；以及

使所述水性铵盐液体与地质物质组合，以产生再生的水性捕获氨液体。

以封存来自所述气态CO₂源中的CO₂。

18.根据条款17所述的方法，其中所述CO₂封存碳酸盐和铵盐液体的产生会产生CO₂气体。

19.根据条款18所述的方法，其中所述产生的CO₂气体通过与水性捕获氨液体接触来回收。

20.根据条款17至19中任一项所述的方法，其中所述地质物质包含拆建废料(C&DW)。

21.根据条款17至19中任一项所述的方法，其中所述地质物质包含煤燃烧产物(CCP)。

22.根据条款17至19中任一项所述的方法，其中所述地质物质包含碱性废弃物。

23.根据条款17至22中任一项所述的方法，其中所述方法进一步包含纯化所述再生的氨水。

24.根据条款23所述的方法，其中所述纯化包含从所述再生的氨水中汽提水性捕获氨。

25.根据条款17至24中任一项所述的方法，其中阳离子源包含碱土金属阳离子。

26.根据条款25所述的方法，其中所述阳离子源是二价阳离子源。

27.根据条款26所述的方法，其中所述二价阳离子包含碱土金属阳离子。

28.根据条款27所述的方法，其中所述二价碱土金属阳离子选自由Ca²⁺和Mg²⁺及其组合组成的群组。

29.一种用于封存来自气态CO₂源中的CO₂的系统，所述系统包含：

(a)CO₂气体/水性捕获液体模块；以及

(b)与CO₂气体/水性捕获液体模块可操作地耦合的CO₂封存碳酸盐产生模块；以及

(c)与CO₂封存碳酸盐产生模块耦合的水性捕获液体再生模块，所述产生模块被配置成通过地质物质介导的过程使水性捕获液体再生。

30.一种封存来自气态CO₂源中的CO₂的方法，所述方法包含：

(a)在足以产生CO₂封存碳酸盐和水性铵盐的条件下使水性捕获氨液体(包括阳离子源)与气态CO₂源接触；以及

(b)使所述水性铵盐与地质物质组合，以产生再生的水性捕获氨液体。

以封存来自所述气态CO₂源中的CO₂。

31.根据前述条款中任一项所述的方法，其中所述CO₂封存碳酸盐的产生会产生CO₂气体。

32.根据条款31所述的方法，其中所述产生的CO₂气体通过与水性捕获氨液体接触来回收。

33.根据条款30至32中任一项所述的方法，其中所述地质物质包含拆建废料(C&DW)。

34.根据条款30至32中任一项所述的方法，其中所述地质物质包含煤燃烧产物(CCP)。

35.根据条款30至32中任一项所述的方法，其中所述地质物质包含碱性废弃物。

36.根据条款30至35中任一项所述的方法，其中所述气态CO₂源包含烟道气。

37.根据条款30至35中任一项所述的方法，其中所述方法产生CO₂封存骨料。

38.一种用于封存来自气态CO₂源中的CO₂的系统，所述系统包含：

(a)CO₂气体捕获和封存碳酸盐产生模块；以及

(b)与CO₂气体捕获和封存碳酸盐产生模块耦合的水性捕获液体再生模块。

39.根据条款38所述的系统，其中所述系统进一步包含CO₂碳酸盐凝聚模块。

在至少一些前述实施例中，一实施例中使用的一个或更多个元件可以在另一实施例中互换使用，除非这种替换在技术上不可行。本领域技术人员应当理解，在不脱离所主张的标的的情况下，可对上述方法和结构进行各种其他省略、添加和修改。所有这些修改和变更内容都旨在被所附权利要求书中定义的标的范围覆盖。

本领域技术人员应当理解，一般而言，本文使用的术语，特别是所附权利要求书中(例如，在所附权利要求书的主体部分中)使用的术语，通常应理解为“开放”术语(例如，术语“包括”应解释为“包括但不限于”，术语“具有”应解释为“至少具有”等)。本领域技术人员还应理解，如果意在所引入的权利要求中标明具体数目，则这种意图将在该权利要求中明确指出，而在无这种明确标明的情况下，则视为不存在这种意图。例如，为帮助理解，所附权利要求可能使用了引导短语“至少一个”和“一个或更多个”来引入权利要求中的特征。然而，这种短语的使用不应被解释为暗示着由不定冠词“一”或“一个”引入的权利要求特征将含有该特征的任意特定权利要求限制为仅含有一个该特征的实施例，即便是该权利要求既包括引导短语“一个或更多个”或“至少一个”又包括不定冠词如“一”或“一个”(例如，“一”和/或“一个”应当被解释为意指“至少一个”或“一个或更多个”)；在使用定冠词来引入权利要求中的特征时，同样如此。另外，即使明确指出了所引入权利要求特征的具体数目，本领域技术人员应当认识到，这种列举应解释为意指至少是所列数目(例如，不存在其他修饰语的短语“两个特征”意指至少两个该特征，或者两个或更多该特征)。另外，在使用类似于“A、B和C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B和C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C和/或具有A、B和C的系统等)。在使用类似于“A、B或C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B或C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C和/或具有A、B和C的系统等)。本领域技术人员还应当理解，实质上任意表示两个或更多可选项目的转折连词和/或短语，无论是在说明书、权利要求书还是附图中，都应被理解为给出了包括这些项目之一、这些项目任一方或两个项目的可能性。例如，短语“A或B”应当被理解为包括“A”或“B”或“A和B”的可能性。

另外，在以马库什组描述本发明的特征或方面的情况下，本领域技术人员应当认识到，本发明因此也是以该马库什组中的任意单独成员或成员子组来描述的。

本领域技术人员应当理解，出于任意和所有目的，例如为了提供书面说明，本文所揭示的所有范围也包含任意及全部可能的子范围及其子范围的组合。任意列出的范围可被轻易地视作充分描述且实现了将该范围至少进行二等分、三等分、四等分、五等分、十等分等。作为非限制性示例，在此所讨论的每一范围均可被轻易地分成下三分之一、中三分之一和上三分之一等。本领域技术人员应当理解，所有诸如“直至”、“至少”、“大于”、“小于”之类的语言包括所列数字，并且指代了随后可以如上所述被分成子范围的范围。最后，本领域技术人员应当理解，范围包括每一单独数字。因此，例如具有1-3个单元的组是指具有1、2或3个单元的组。类似地，具有1-5个单元的组是指具有1、2、3、4或5个单元的组，以此类推。

尽管为了达到清晰理解的目的采用图示和示例的方式详细描述了前述发明，但是鉴于本发明的教学意义，对于本领域普通技术人员而言显而易见的是，在不脱离所附权利要求书的精神或范围的情况下，可对其进行特定的变更和修改。

因此，前述内容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出各种结构，尽管这里没有明确表述或示出，但这些设计反应了本发明的原理，未超出本发明的精神和范围。此外，本文列举的所有示例和条件语言主要为了帮助读者理解本发明的原理和发明人为进一步拓展本领域所提供的构想，并且应解释为不受这些具体列举的示例和条件的限制。而且，本文中引用本发明的原理、方面和实施例及其特定示例的所有陈述旨在涵盖其在结构和功能上的等同物。此外，所述等同物拟包括目前已知的等同物和日后待开发的等同物，即，开发出的任何功能相同且不考虑其结构的元件。而且，无论在权利要求书中是否明确叙述了本发明的公开内容，都不会向公众披露其中的任何内容。

因此，本发明的范围并不限于本文中显示和描述的示例性实施例。相反，本发明的范围和精神通过所附权利要求书体现。在权利要求书中，只有当权利要求书的限制内容开头明确使用短语“用于……的手段”或“用于……的步骤”时，《美国法典》第35章第112节(f)或《美国法典》第35章第112节(6)明确定义为被援引；如果权利要求书的限制内容中未使用所述短语，则《美国法典》第35章第112节(f)或《美国法典》第35章第112节(6)未被援引。