(57)【要約】  二酸化炭素の鉱物隔離に使用するためにリザーダイトを前処理する方法であって、リザーダイトが約１０％〜約４０％の残存ヒドロキシルを含むまで、リザーダイトを６００℃未満の温度で加熱することを含む、方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化炭素の鉱物隔離に使用するためにリザーダイトを前処理する方法であって、リザーダイトが約１０％〜約４０％の残存ヒドロキシルを含むまで、リザーダイトを６００℃未満の温度で加熱することを含む、方法。
【請求項２】
リザーダイトが５００℃を超える温度で加熱される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
時間が約１分間〜約１６０分間である、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
リザーダイトが、約５５０℃〜約５９５℃の温度で約５分間〜１５０分間の時間加熱される、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
リザーダイトが約５５０℃の温度で加熱される場合、時間が約６０分間〜約１６５分間である、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
リザーダイトが約５７０℃の温度で加熱される場合、時間が約４０分間〜約９５分間である、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
リザーダイトが約５９０℃の温度で加熱される場合、時間が約１０分間〜約４０分間である、請求項４に記載の方法。
【請求項８】
二酸化炭素の鉱物隔離に使用するためにリザーダイトを前処理する方法であって、以下のチャート
【表１】
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の４０％ＯＨの線と１０％ＯＨの線との間の領域によって表される温度および時間の関係で、リザーダイトを加熱することを含む、方法。
【請求項９】
約３０℃／分での初期昇温期間をさらに含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
リザーダイトが前処理方法の前に破砕される、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
リザーダイトが前処理方法の前にすりつぶされる、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
リザーダイトが１μｍ〜２５０μｍの平均粒径を有する、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
リザーダイトが約３０μｍ〜約８０μｍの平均粒径を有する、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素隔離で使用する前のアルカリ土類金属ケイ酸塩の前処理方法に関し、特に、蛇紋石のリザーダイト多形の前処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素を隔離するための１つの方法案は、ＭｇおよびＣａを含む天然鉱物を二酸化炭素と反応させて、炭酸塩を形成させることである。このような方法は、その過程が熱力学的に有利であり、自然に起こるといったいくつかの重要な利点を有する。加えて、橄欖石、蛇紋石および珪灰石を含むアルカリ土類金属ケイ酸塩などの鉱物は、豊富にある。また、このような方法から製造される炭酸塩は安定であるため、大気中への二酸化炭素の再放出が問題にならない。しかしながら、従来の炭酸化経路は、環境温度および環境気圧下で遅い。このような炭素隔離方法を経済的に実行可能なものにする工業的および環境的に実行可能な炭酸化経路を特定することは、重要な課題である。
【０００３】
炭酸化の反応速度は、粉砕により鉱物の粒径を減少させること、反応温度および反応圧力を上昇させること、溶液化学を変化させること、ならびに触媒／添加剤を使用することによって加速され得る。
【０００４】
蛇紋岩鉱物のヒドロキシル基の一部を除去することによって、鉱物の反応性を増加させるという別の方法もある。この活性化により鉱物の結晶性が破壊され、マグネシウムが水相で炭酸化しやすくなる。
【０００５】
このような方法の１つは、石炭由来の電力を使用して６３０℃で１２０分間電気加熱することにより、蛇紋石鉱物を活性化することを含んでいた。しかしながら、現在では、これはエネルギー的に禁止されて実行不可能であり、別の熱活性化戦略が必要である。一体型熱回収システムを用いて蛇紋岩を工業規模で熱加工することは、特に魅力的である。炭素−炭化水素燃料の燃焼からの熱およびガス化プロセスを利用する熱効率の良い容器、例えば耐火物を内張した直接燃焼式回転か焼炉は、全体のエネルギー必要量を減少させることができる。
【０００６】
本発明は、蛇紋石鉱物を活性化するための前処理方法であって、エネルギー消費が少ない前処理方法を提供しようとするものである。
【発明の概要】
【０００７】
一態様によれば、本発明は、二酸化炭素の鉱物隔離に使用するためにリザーダイトを前処理する方法であって、リザーダイトが約１０％〜約４０％の残存ヒドロキシルを含むまで、リザーダイトを６００℃未満の温度で加熱することを含む方法を提供する。
【０００８】
一形態において、リザーダイトは、４００℃を超える温度で加熱され、好ましい形態において５００℃を超える温度で加熱される。
【０００９】
一形態において、時間は、約１分間〜約１６０分間である。
【００１０】
一形態において、リザーダイトは、約５５０℃〜約５９５℃の温度で約５分間〜１５０分間の時間加熱される。
【００１１】
一形態において、リザーダイトが約５５０℃の温度で加熱される場合、時間は、約６０分間〜約１６５分間である。一形態において、リザーダイトが約５７０℃の温度で加熱される場合、時間は、約４０分間〜約９５分間である。一形態において、リザーダイトが約５９０℃の温度で加熱される場合、時間は、約１０分間〜約４０分間である。
【００１２】
別の態様によれば、本発明は、二酸化炭素の鉱物隔離に使用するためにリザーダイトを前処理する方法であって、図１として本明細書に含まれるグラフ上にある４０％ＯＨの線と１０％ＯＨの線との間の領域によって表される温度および時間の関係で、リザーダイトを加熱することを含む方法を提供する。
【００１３】
一形態において、この方法は、初期昇温期間をさらに含む。一形態において、初期昇温期間には、環境温度から約３０℃／分である。
【００１４】
一形態において、リザーダイトは、前処理方法の前に破砕される。
【００１５】
一形態において、リザーダイトは、前処理方法の前にすりつぶされる。
【００１６】
一形態において、リザーダイトは、１μｍ〜２５０μｍの平均粒径を有する。一形態において、リザーダイトは、約３０μｍ〜約８０μｍの平均粒径を有する。別の形態において、リザーダイトは、約３８μｍの平均粒径を有する。
【００１７】
本発明は、添付図面に関連して記載される本発明のさまざまな非限定的実施形態の以下の詳細な説明からよりよく理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、残存ヒドロキシル基のパーセントによって示されるリザーダイトの活性化に関する温度および時間の関係を概説するグラフである。
【図２】図２は、残存ヒドロキシル基のパーセントによって示されるアンチゴライトの活性化に関する温度および時間の関係を概説するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以上は本発明のいくつかの実施形態のみを説明するものであるが、本発明の範囲および精神から逸脱することなくそれらに対して改変および／または変更を行うことができ、実施形態は例示的なものであり限定的なものではない。
【００２０】
本明細書の文脈において、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という語は、「主として含むが、必ずしもそれのみを含むわけではない（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  ｐｒｉｎｃｉｐａｌｌｙ，  ｂｕｔ  ｎｏｔ  ｎｅｃｅｓｓａｒｉｌｙ  ｓｏｌｅｌｙ）」または「有する（ｈａｖｉｎｇ）」もしくは「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」を意味し、「のみからなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｏｎｌｙ  ｏｆ）」を意味しない。「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」などの「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という語の変化形は、それに対応して変化した意味を有する。
【００２１】
アルカリ土類金属ケイ素塩のうち蛇紋石群は、一般的な造岩鉱物の１群を表す。３つの重要な蛇紋石の多形鉱物（アンチゴライト、クリソタイルおよびリザーダイト）がある。
【００２２】
本明細書において使用される「リザーダイト」という用語もまた、オルソアンチゴライトとして公知の蛇紋石の多形を指す。
【００２３】
驚くべきことに、多形鉱物リザーダイトを活性化するためには、多形鉱物アンチゴライトを活性化するのに必要とされる温度よりも必要な温度がかなり低いことを見出した。過去の試行では、６３０℃を超える高い温度を使用してアンチゴライトを活性化したところ、その後の炭酸化工程において高変換率が得られた。しかしながら、リザーダイトを同じ温度に活性化した場合、リザーダイトの変換率は低かった（ほぼ４０％）。
【００２４】
このことから、リザーダイトのより良好な変換を得るために、この鉱物は、さらにより高い温度にまたはより長い時間加熱されることを必要とすると以前に仮定した。しかしながら、驚くべきことに、その逆が真実であることを見出した。鉱物リザーダイトを活性化し、ヒドロキシル基の６０〜９０％を除去するために、この鉱物は、より低い温度でおよび／またはより短い時間加熱されることを必要とする。
【００２５】
アンチゴライトの熱活性化は、変化率が最大となる鉱物ＴＢp，Bで実施するのが最良である。図２は、アンチゴライトを活性化して、さまざまな程度の脱ヒドロキシル化を達成することに関する温度および時間の関係を示す。昇温段階および等温段階からなる全過程が３４分以内に完了する場合に、変化率が最大になったことを見出した。３０℃／分で３０℃から７３０℃への昇温期間には２４分を必要とするが、９０％脱ヒドロキシル化を達成するための７３０℃の等温段階は、この操作に６分追加する。昇温期間の間、鉱物の温度が５００℃に達すると、全ヒドロキシルの約６０％が除去される。完全な脱ヒドロキシル化には、７３０℃で１０分間の等温操作を必要とする。しかし、鉱物の反応性は、脱ヒドロキシル化が９０％を超えると低下するので、このような操作は望ましくない。
【００２６】
水溶液系炭酸化における溶解工程の間、脱ヒドロキシル化の期間および温度は、活性化鉱物の反応性を規定する。９０％以下の脱ヒドロキシル化が最適反応性をもたらすことが観察された。一般に、これまでは１２０分使用して、アンチゴライトおよびリザーダイト（大きさ約３８μｍ）の両粒子を活性化していた。しかしながら、アンチゴライトの炭酸化変換率は、リザーダイトの４０％よりも有意に高い９２％であった。
【００２７】
図１は、リザーダイトの活性化に関する温度および時間の関係を示し、６３０℃で１２０分間の等温活性化により、リザーダイトは完全に脱ヒドロキシル化されるが、図２から分かるように、アンチゴライトのＯＨ含有量はほぼ６０％しか除去されないことを示す。リザーダイトと比較してより高いアンチゴライトの変換率は、構造組成に起因する可能性がある。
【００２８】
オープンな層構造を維持するために、蛇紋石の活性化は、脱ヒドロキシル化が９０％を上回ってはならないことを見出した。これらの観察された構造変化に基づくと、適切に活性化されたアンチゴライトは、１０〜４０％の残存ＯＨを含むと思われる。したがって、アンチゴライトを熱活性化するための最適戦略は、７３０℃、６分以下で等温的に６０〜９０％脱ヒドロキシル化された鉱物を製造することになる。他方、本結果は、リザーダイトの低活性の理由が過度の活性化期間にあり、これが、鉱物構造の崩壊、および完全に脱ヒドロキシル化されると比較的非反応性の頑火輝石の形成につながったことを示している。
【００２９】
図１は、リザーダイトを活性化して、さまざまな程度の脱ヒドロキシル化を達成することに関する温度および時間の関係を示す。最高５９０℃に加熱すると、昇温段階および等温段階からなる全過程が５５分以内に完了することを見出した。３０℃／分で３０℃から５９０℃への昇温期間には約１９分を必要とするが、９０％脱ヒドロキシル化を達成するための５９０℃の等温段階は、この操作に３６分追加する。５７０℃の最高温度に加熱すると、過程は最高温度に昇温するのに１８分かかり、６０％脱ヒドロキシル化したリザーダイトを得るのにさらに４７分かかり、９０％脱ヒドロキシル化に達するのにさらに３２分かかった。
【００３０】
本発明の範囲から逸脱せずに多くの改変をすることは、当業者にとって明らかであろう。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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