(57)【要約】炭酸塩化合物組成物、例えば、結晶質および／または非晶質炭酸塩化合物を含有する塩水由来の炭酸塩化合物組成物を含む水硬性セメント組成物が提供される。更に、水硬性セメントを製造し使用する方法に加え、水硬性セメントから調製されるコンクリートおよびモルタルなどの凝結性組成物が提供される。本セメントおよびそれから生成される組成物は、多種多様な建築材料および建築用途における使用を含む、多種多様な用途に利用される。
2010527898.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルカリ土類金属含有水から沈殿した炭酸塩化合物組成物を含む水硬性セメント。
【請求項２】
前記アルカリ土類金属含有水が塩水である、請求項１に記載の水硬性セメント。
【請求項３】
前記塩水が海水である、請求項２に記載の水硬性セメント。
【請求項４】
前記塩水由来の炭酸塩化合物組成物が、炭酸カルシウム化合物、炭酸マグネシウム化合物、および炭酸カルシウムマグネシウム化合物のうちの少なくとも１つを含む、請求項３に記載の水硬性セメント。
【請求項５】
前記炭酸塩化合物組成物が水酸化物化合物を含む、請求項１に記載の水硬性セメント。
【請求項６】
前記水酸化物化合物が水酸化カルシウム鉱物または水酸化マグネシウム鉱物である、請求項５に記載の水硬性セメント。
【請求項７】
前記セメントがポルトランドセメントクリンカーを更に含む、請求項１に記載の水硬性セメント。
【請求項８】
前記セメントが骨材を更に含む、請求項１に記載の水硬性セメント。
【請求項９】
アルカリ土類金属含有水から沈殿した炭酸塩化合物組成物を含む水硬性セメント；
骨材；および
水
を含む凝結性組成物。
【請求項１０】
前記水硬性セメントが請求項１から８のいずれか一項に記載のセメントである、請求項９に記載の凝結性組成物。
【請求項１１】
前記組成物がコンクリートである、請求項１０に記載の凝結性組成物。
【請求項１２】
凝結性組成物がモルタルである、請求項１０に記載の凝結性組成物。
【請求項１３】
前記凝結性組成物が少なくとも１つの混合剤を含む、請求項１０に記載の凝結性組成物。
【請求項１４】
セメントを製造する方法であって、
或る体積のアルカリ土類金属含有水を炭酸塩化合物沈殿条件下に供して沈殿した炭酸塩化合物組成物と濾過液とを生成すること；および
該沈殿した炭酸塩化合物組成物を該濾過液から分離して該セメントを生成すること
を含む、方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法に従って生成される炭酸塩化合物組成物。
【請求項１６】
請求項１から８のいずれか一項に記載の水硬性セメントを水と混合して水和セメント組成物を生成すること；および
該水和セメント組成物を凝結させて固体生成物とすること
を含む、方法。
【請求項１７】
前記方法が前記セメントを骨材と混合することを更に含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記固体生成物が構造用生成物である、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記水硬性セメントが、或る体積のアルカリ土類金属含有水を炭酸塩化合物沈殿条件下に供して沈殿した炭酸塩化合物組成物と濾過液とを生成すること；および該沈殿した炭酸塩化合物組成物を該濾過液から分離して該セメントを生成することによって調製される、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
水硬性セメントを生成するシステムであって、
アルカリ土類金属含有水用導入部；および
該水を炭酸塩化合物沈殿条件に置いて沈殿した炭酸塩化合物組成物を生成する炭酸塩化合物沈殿区域
を備えるシステム。
【請求項２１】
前記導入部が海水供給源と流体連通している、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
前記システムが前記沈殿した炭酸塩化合物組成物を乾燥する乾燥区域を更に備える、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２３】
前記乾燥区域がろ過要素を備える、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２４】
前記システムが陸上に存在する、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２５】
前記システムが水上または水中に存在する、請求項２０に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
米国特許法§１１９（ｅ）にしたがって、この出願は、２００７年５月２４日に出願された米国仮特許出願第６０／９３１，６５７号、２００７年６月２８日に出願された米国仮特許出願第６０／９３７，７８６号、２００７年１２月２８日に出願された米国仮特許出願第６１／０１７，４１９号、および２００７年１２月２８日に出願された米国仮特許出願第６１／０１７，３７１号（これらの出願の開示は、参考として本明細書に援用される）の出願日の利益を主張する。
【背景技術】
【０００２】
序論
コンクリートは世界で最も広く使用されている工業材料である。世界のコンクリートの現在の消費は年間１１０億メートルトンであると推計されている（Ｃｏｎｃｒｅｔｅ，Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ａｎｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ（２００６、ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ））。コンクリートとは、骨材の粒子または断片を包埋した結合媒体の複合材料を意味する用語である。現在使用されている建設用コンクリートのほとんどにおいて、結合媒体は水硬性セメントと水との混合物で形成されている。
【０００３】
水硬性セメントは、水との混合後に凝結硬化する組成物である。硬化後、組成物は水中でも強度と安定性を保持する。この特徴にとっての重要要件は、水との反応直後にセメント構成物質から形成される水和物が本質的に水に溶解しないということである。セメントはそれ自体で、または骨材、粗骨材および細骨材のどちらとも組み合わせて使用することができる。この場合、組成物はコンクリートまたはモルタルと呼ばれる。
【０００４】
水硬性セメントの凝結硬化は、セメント成分と水との反応の結果形成される水含有化合物の形成によって生じる。この反応および反応生成物は、それぞれ水和、および水和物または水和物相と呼ばれる。即座に始まる反応の結果、剛化ははじめはごくわずかであるが、時間と共に進行するのが観察可能である。或るレベルに到達後、この時点が凝結の開始といわれる。継続的に固差が増すことを凝結と呼び、この後に硬化の段階が始まる。そして、この材料の耐圧強度は「超速硬」セメントの場合の２、３日から、通常のセメントの場合の数年までの範囲の期間にわたって徐々に増していく。
【０００５】
今日使用されている水硬性セメントのほとんどはポルトランドセメントをベースとしている。ポルトランドセメントは、二酸化炭素を追い出し化学的に主原料を結合させて新たな化合物とする高温プロセスにおいて、主に石灰石、或る種の粘土鉱物、および石こうから製造される。混合物を焼成するのに必要なエネルギーは、生成するセメント１トン当たり約４ＧＪが消費される。
【０００６】
セメント生産プロセスそれ自体に加え、生産プロセスを実行するための動力を発生させるエネルギープラントも二酸化炭素を発生するため、目下セメント生産は現在の大気中への二酸化炭素の主たる放出源となっている。推計では、セメントプラントは地球規模の二酸化炭素排出の５％を占めている。地球温暖化および海洋酸性化が深刻化する問題となり、二酸化炭素ガス放出（地球温暖化の主因）を減少させるという要望が存続する中で、セメント生産産業は厳しい監視下に置かれるようになるであろう。
【０００７】
ポルトランドセメント生産に関連する汚染問題に加え、主としてポルトランドセメントから生成される養生生成物の不安定な性質のために、ポルトランドセメントを用いて生成された構造の耐久性が保守修繕費を増加させている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
炭酸塩化合物組成物、例えば、結晶質および／または非晶質炭酸塩化合物を含有する塩水由来の炭酸塩化合物組成物を含む水硬性セメント組成物が提供される。更に、水硬性セメントを製造し使用する方法に加え、水硬性セメントから調製されるコンクリートおよびモルタルなどの凝結性組成物が提供される。本セメントおよびそれから生成される組成物は、多種多様な建築材料および建築用途における使用を含む、多種多様な用途に利用される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態による沈殿プロセスのフローダイヤグラムを示す。
【図２】本発明の一実施形態によるシステムの概略図を示す。
【図３】後述する実施例の項で報告するＰ０００９９沈殿物のＸＲＤ分析結果を示す。
【図４】後述する実施例の項で報告するＰ０００９９沈殿物のＦＴ−ＩＲ分析結果を示す。
【図５】図５Ａおよび図５Ｂは、後述する実施例の項で報告するＰ０００９９沈殿物のＳＥＭ観察結果を示す。
【図６】Ｐ０００９９沈殿物の粒径分布の視覚表示を示す。
【図７】本発明の実施形態による配合セメントを用いた強度到達度調査の結果を示す。
【図８】本発明の実施形態による配合セメントを用いた強度到達度調査の結果を示す。
【図９】本発明の実施形態による配合セメントを用いた収縮調査の結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
炭酸塩化合物組成物、例えば、結晶質および／または非晶質炭酸塩化合物を含有する塩水由来の炭酸塩化合物組成物、を含む水硬性セメント組成物が提供される。更に、水硬性セメントを製造し使用する方法に加え、水硬性セメントから調製される、コンクリートおよびモルタルなどの凝結性組成物が提供される。該セメントおよびそれから製造される組成物は、多種多様な建築材料および建築用途における使用を含む、多種多様な用途に利用される。
【００１１】
本発明を詳細に説明するに先立ち、言うまでもないことであるが、本発明は当然ながら変更することができるものであるから、説明する特定の実施形態に限られるものではない。更に、本発明の範囲は添付の請求項によってのみ制限されるものであるから、本明細書において使用する用語は特定の実施形態の説明のみを目的とし、制限を意図したものでないことは言うまでもない。
【００１２】
値の範囲が与えられている場合、当然ながら、その範囲の上限値と下限値の間にある各中間値は、文脈からそうではないことが明らかな場合を除き、下限値の単位の１０分の１までの値、およびその記載された範囲内にあるその他任意の記載値または中間値が本発明に包括される。記載された範囲内に具体的に除外された限界値がある場合、これら小範囲の上限値および下限値は個別に該小範囲に含まれることがある。記載された範囲が一方または両方の限界値を含む場合、これら含まれる限界値の一方または両方を含まない範囲も本発明に含まれる。
【００１３】
本明細書において、「約」という語が前に付く数値を用いて或る範囲が示されている。本明細書において「約」という語は、それが前に付く正確な数値に加え、その語が前に付く数値に近いまたは近似した数値を文字通りサポートするために使用される。数値が具体的に挙げた数値に近いまたは近似しているかどうか判断する際には、挙げられていない近いまたは近似する数値は、それが示されている文脈において具体的に挙げた数値の実質的な均等物を提供する数値であることがある。
【００１４】
別様に定義しない限り、本明細書において使用される技術用語および科学用語は全て、本発明が属する分野の当業者が通常理解するものと同じ意味を有する。本明細書において説明する方法および材料と類似または同等である任意の方法および材料が本発明を実施または試験する際に使用することが可能であるが、代表的な具体的方法および材料を以下に説明する。
【００１５】
本明細書に引用した刊行物および特許は全て、個々の刊行物または特許それぞれが具体的かつ個別に参照することによって組み込まれることを示されたかのように参照することによって本明細書に組み込まれるものであり、該刊行物が関連して引用されている方法および／または材料を開示および説明するために参照することによって本明細書に組み込まれる。いずれの刊行物の引用もその開示が本出願日以前であるためであり、先行発明であるという理由で本発明がこうした刊行物に先行する権利がないことを認めるものであると解釈すべきではない。更に、出版の日付は実際の出版日とは異なり、個別に確認が必要な場合がある。
【００１６】
なお、本明細書および添付の請求項において使用される場合、単数形である「１つの（ａ）」「１つの（ａｎ）」および「その（ｔｈｅ）」は、文脈からそうでないことが明らかな場合を除き複数への言及を含む。更に、請求項は、随意的要素を除外するように起草されていることがある。従って、本記載は、請求要素の記述に関しての「唯一」、「のみ」などの排他的用語の使用、または「消極的」制限の使用のための先行詞として機能することを意図している。
【００１７】
本開示を読めば当業者には明らかなように、本明細書において説明し図示する個々の実施形態それぞれは、本発明の範囲または精神から逸脱することなく容易に他のいくつかの実施形態の任意の特性から分離することができる、または他のいくつかの実施形態の任意の特性と組み合わせることができる個別の構成要素および特性を有する。記載した方法はいずれも、記載した順序で、または論理的に可能な任意の他の順序で実施することが可能である。
【００１８】
本発明を詳細に記載するに当たり、水硬性セメント組成物に加え、その生成のための方法およびシステムをまず詳細に説明する。次に、本発明の水硬性セメントから調製したコンクリート、更にその使用方法を詳細に検討する。
【００１９】
炭酸塩沈殿物成分を含む水硬性セメント
本発明の態様には、水硬性セメントが含まれる。「水硬性セメント」という用語は従来の意味で使用され、水、または例えば混和剤溶液などの溶媒が水である溶液と混合した後に凝結硬化する組成物を意味する。本発明のセメントを水性液体と混合することによって生成される生成物の凝結硬化は、水との反応の直後にセメントから形成される水和物の生成によって生じるものである。この場合、水和物は本質的に水には不溶である。
【００２０】
水硬性セメント組成物は、例えば、粉末などの乾燥粒子状組成物である。一部の実施形態においては、乾燥粒子状組成物は、多重検出器レーザー散乱または篩分（すなわち、３８ミクロン未満）などの任意の好都合な粒径判定プロトコルを用いて判定した場合に平均粒径が０．１から１００ミクロンの範囲、例えば１０から４０ミクロンの粒子で構成されている。一部の実施形態においては、多峰、例えば双峰またはその他の分布がみられる。双峰分布は表面積を最小にするため、セメントの低液体／固体質量割当量を可能にする一方で早期反応のための小粒径反応性粒子を供給する。これらの例においては、粒径が大きい方の階級の平均粒径は１０００ミクロン（１ｍｍ）以上になることがある。セメントを構成する成分の表面積は一定でなくてもよい。所定のセメントは凝結性組成物（例えば、以下に詳細に示すようなもの）を生成するための液体との混合後に０．５ｍ２／ｇｍから５０ｍ２／ｇｍ、例えば０．７５から２０ｍ２／ｇｍ、特に０．８０から１０ｍ２／ｇｍの範囲の液体固体比を実現するのに十分な平均表面積を有することができる。一部の実施形態においては、Ｂｒｅｕｎｎｅｒ，ＥｍｍｉｔおよびＴｅｌｌｅｒ１９５３に記載されている表面積判定プロトコルを用いて判定した場合、セメントの表面積は０．９から５ｍ２／ｇｍ、例えば０．９５から２ｍ２／ｇｍ、特に１から２ｍ２／ｇｍの範囲である。
【００２１】
本発明の水硬性セメントは、炭酸塩化合物組成物を含む。セメントの炭酸塩化合物組成物は、以下に詳細に示すように、アルカリ土類金属含有水、例えば塩水などの水から沈殿する準安定炭酸塩化合物である。本発明の炭酸塩化合物組成物は、沈殿した結晶質および／または非晶質炭酸塩化合物を含んでいた。
【００２２】
本発明において使用する水は、アルカリ土類金属含有水である。従って、本プロセスにおいて使用する水は、マグネシウム、カルシウムなどのアルカリ土類金属を１つ以上含むものである。対象となる水としては、５０から２０，０００ｐｐｍ、例えば１００から１０，００００ｐｐｍ、特に２００から５０００ｐｐｍの範囲の量のカルシウムを含むものが挙げられる。対象となる水としては、５０から２０，０００ｐｐｍ、例えば２００から１００００ｐｐｍ、特に５００から５０００ｐｐｍの範囲の量のマグネシウムを含むものが挙げられる。
【００２３】
一部の実施形態においては、炭酸塩化合物組成物が沈殿する水は塩水である。こうした実施形態においては、炭酸塩化合物組成物は塩水由来の炭酸塩化合物組成物とみなすことができる。本明細書において使用する場合、「塩水由来の炭酸塩化合物組成物」とは、塩水に由来し１つ以上の炭酸塩結晶質および／または非晶質化合物で構成される組成物を意味する。組成物は１つ以上の水酸化物結晶質または非晶質化合物を含んでも含まなくてもよい。「塩水」という用語は従来の意味で使用され、淡水ではない多数の異なるタイプの水性液体を意味する。この場合、「塩水」という用語には、汽水、海水およびブライン（例えば、地熱発電所廃水、脱塩廃水などの人工ブラインを含む）に加え、淡水よりも塩分濃度の高いその他の含塩水が含まれる。ブラインは塩で飽和またはほぼ飽和し、塩分濃度が５０ｐｐｔ（千分の１）以上の水である。汽水は、淡水よりも塩分が高いが海水程は高くなく、塩分濃度が０．５から３５ｐｐｔの範囲の水である。海水は海または海洋から採取した水であり、塩分濃度は３５から５０ｐｐｔの範囲である。本発明のセメントの鉱物組成物を得る塩水源は、海、海洋、湖、沼沢、河口、潟湖などの自然発生源でも人工源でもよい。一部の実施形態においては、鉱物組成物の塩水源は海水である。
【００２４】
本発明は主として塩水源に関して説明するが、一部の実施形態においては、本発明において使用する水は、鉱物分の豊富な、例えば、カルシウムおよび／またはマグネシウムに富んだ淡水源である。
【００２５】
セメントの実施形態の実施形態の塩水由来の鉱物組成物は、塩水から得られるものである。従って、組成物は、例えば、或る量の塩水を最初の量の塩水から所望の炭酸塩化合物組成物を生成するのに適した方法で処理するなど、何らかの方法で塩水から得られる組成物である。一部の実施形態においては、セメントの塩水由来の炭酸塩化合物組成物は、塩水から沈殿することによって得られる。一部の実施形態においては、例えば以下に詳細に説明するように、炭酸塩化合物組成物は塩水から試薬を用いて固体の形態で分離される。
【００２６】
本発明の水硬性セメントの化合物は、淡水との混合直後に溶解して塩水由来の炭酸塩化合物組成物の化合物よりも淡水中で安定している別の化合物を生成する炭酸塩化合物および／または水酸化物化合物を含むものである。炭酸塩組成物の化合物は、塩水準安定化合物とみなすことができるような、淡水中よりも塩水中で安定しているものでもよい。
【００２７】
塩水由来の炭酸塩化合物組成物は、１つ以上の別の炭酸塩化合物、例えば２つ以上の別の炭酸塩化合物、例えば３つ以上の別の炭酸塩化合物、５つ以上の別の炭酸塩化合物などを含んでもよく、１つ以上の、例えば２つ以上、例えば３つ以上の別の水酸化物化合物を更に含んでもよい。特定の化合物プロファイル、すなわち、異なるタイプの異なる炭酸塩および／または水酸化物化合物が何であるか、および所定の炭酸塩化合物組成物におけるそれぞれの量は異なってもよく、それが由来する水の特有の性質に加えてそれを得るために用いられる特定の条件に依存する。
【００２８】
前述の通り、炭酸塩化合物組成物の化合物は、任意のｐＨの淡水との接触直後に溶解し再沈殿して淡水安定化合物となるような、淡水中よりも塩水中で安定している準安定炭酸塩化合物（１つ以上の準安定水酸化物化合物を含んでもよい）、例えば鉱物である。炭酸塩化合物は非晶質でも結晶質でもよい。一部の実施形態においては、炭酸塩化合物は走査電子顕微鏡法で判定した場合に結晶サイズが０．１ミクロンから１００ミクロン、例えば０．５から１０ミクロンの範囲の小粒子として存在する。一部の実施形態においては、ブルナウナーエメットテラー（ＢＥＴ：Ｂｒａｕｎｅｒ，Ｅｍｍｉｔ＆Ｔｅｌｌｅｒ）表面積分析で判定した場合に結晶は例えば０．５から５０ｍ２ｓｑ．／ｇｍ、例えば０．５から２．０ｍ２／ｇｍの範囲の高表面積を有する。
【００２９】
セメントの炭酸塩および水酸化物化合物は、カルシウム、マグネシウム、ナトリウム、カリウム、硫黄、ホウ素、ケイ素、ストロンチウム、およびこれらの組合せなどだがこれに限らない多数の異なる陽イオンを含んでもよく、対象となる具体的炭酸塩鉱物としては、炭酸カルシウム鉱物、炭酸マグネシウム鉱物および炭酸カルシウムマグネシウム鉱物が挙げられるがこれに限らない。対象となる炭酸カルシウム鉱物としては、方解石（ＣａＣＯ３）、アラレ石（ＣａＣＯ３）、バテライト（ＣａＣＯ３）、イカアイト（ＣａＣＯ３・６Ｈ２Ｏ）、および非晶質炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３・ｎＨ２Ｏ）が挙げられるがこれに限らない。対象となる炭酸マグネシウム鉱物としては、マグネサイト（ＭｇＣＯ３）、バーリントン石（ＭｇＣＯ３・２Ｈ２Ｏ）、ネスケホン石（ＭｇＣＯ３・３Ｈ２Ｏ）、ランフォーダイト（ＭｇＣＯ３・５Ｈ２Ｏ）および非晶質マグネシウム炭酸カルシウム（ＭｇＣＯ３・ｎＨ２Ｏ）が挙げられるがこれに限らない。対象となる炭酸カルシウムマグネシウム鉱物としては、ドロマイト（ＣａＭｇＣＯ３）、ハンチット（ＣａＭｇ（ＣＯ３）４）およびセルギーバイト（Ｃａ２Ｍｇ１１（ＣＯ３）１３・Ｈ２Ｏ）が挙げられるがこれに限らない。対象となる主な水酸化カルシウム鉱物は、ポートランド石（Ｃａ（ＯＨ）２）、およびその非晶質水和物類似体である。対象となる主な水酸化マグネシウム鉱物は、ブルーサイト（Ｍｇ（ＯＨ）２）、およびその非晶質水和物類似体である。
【００３０】
本発明の実施形態の炭酸塩化合物組成物は、塩水源から得るものであるため、塩水源に存在し、塩水源に由来する化合物組成物の出所を示す１つ以上の成分を含み、これら識別成分およびその量を本明細書においてはまとめて塩水源識別物質という。例えば、塩水源が海水である場合、炭酸塩および水酸化物鉱物組成物に存在するかもしれない識別用としては、塩化物、ナトリウム、硫黄、カリウム、臭化物、ケイ素、ストロンチウムなどが挙げられるがこれに限らない。こうした源識別要素または「指標」要素はいずれも一般に２０，０００ｐｐｍ以下、例えば２０００ｐｐｍ以下など少量しか存在しない。一部の実施形態においては、「指標」化合物はアラレ石格子に組み込まれて沈殿物内に存在することがあるストロンチウムであり、１０，０００ｐｐｍ以下、一部の実施形態においては３から１０，０００ｐｐｍ、例えば５から５０００ｐｐｍ、特に５から１０００ｐｐｍ、例えば５から５００ｐｐｍ、特に５から１００ｐｐｍの範囲を占めている。対象となる別の「指標」化合物はマグネシウムであり、炭酸塩化合物において最大で２０％のモル数のカルシウムを置換する量が存在することがある。組成物の塩水源識別物質は、塩水由来の炭酸塩組成物を生成するために使用する個々の塩水源によって異なってもよい。一部の実施形態においては、セメントの炭酸カルシウム含有量は２５％ｗ／ｗ以上、例えば４０％ｗ／ｗ以上、特に５０％ｗ／ｗ以上、例えば６０％ｗ／ｗである。一部の実施形態においては、炭酸塩化合物組成物のカルシウム／マグネシウム比がそれが沈殿した水源に影響されるため、沈殿した水源を反映する。一部の実施形態においては、カルシウム／マグネシウムモル比が１０／１から１／５Ｃａ／Ｍｇの範囲、例えば５／１から１／３Ｃａ／Ｍｇである。一部の実施形態においては、炭酸塩組成物は水源識別炭酸塩の水酸化物化合物に対する比を有することを特徴とし、一部の実施形態においてはこの比が１００から１、例えば１０から１、特に１から１の範囲である。
【００３１】
沈殿した炭酸塩化合物組成物であるセメントの割合は異なってもよい。一部の実施形態においては、セメントは５から５０％ｗ／ｗ、例えば５から２５％ｗ／ｗ、特に５から１０％ｗ／ｗの炭酸塩化合物組成物を含む。一部の実施形態においては、炭酸塩化合物組成物はセメントの５０％超を占めている。一部の実施形態においては、セメントは炭酸塩化合物組成物を２５から８０％ｗ／ｗ、例えば５０から７５％ｗ／ｗ、特に７５から８０％ｗ／ｗ含む。一部の実施形態においては、炭酸塩化合物組成物はセメントの８０％以上、例えば、セメントの９０％ｗ／ｗ以上を占めている。セメントは全てが塩水由来の炭酸塩化合物組成物で構成されてもよく、１つ以上の追加成分を含んでもよい。
【００３２】
一部の実施形態においては、セメントは、炭酸塩化合物組成物成分に加えて、セメントの特性を改変する、例えば、所望の強度到達を実現する、所望の凝結時間を実現するためなどの目的で添加される１つ以上の追加成分を含むという点では配合物である。本発明の配合セメントに存在することができる対象となる成分としては、高炉スラグ、フライアッシュ、珪藻土、およびその他の天然または人工ポゾラン、シリカヒューム、石灰石、石こう、消石灰、空気連行剤、遅延剤、防水剤ならびに着色剤が挙げられるがこれに限らない。本発明の所定の配合セメントに存在するこうした成分の量は異なってもよく、一部の実施形態においてはこれらの成分の量は１から５０％ｗ／ｗ、例えば２から１０％ｗ／ｗの範囲である。
【００３３】
一部の実施形態においては、ポルトランドセメント配合物が対象である。「ポルトランドセメント配合物」というフレーズは、ポルトランドセメント成分および相当量の非ポルトランドセメント成分を含むハイドルアリックセメント組成物を意味する。本発明のセメントがポルトランドセメント配合物である場合、セメントはポルトランドセメント成分を含む。ポルトランドセメント成分は任意の好都合なポルトランドセメントでよい。当技術分野では周知のように、ポルトランドセメントはポルトランドセメントクリンカー（９０％超）、凝結時間を制御する一定限度量の硫酸カルシウム、および最大で５％の微量成分（各種基準で許容される程度の）を粉砕して生成する粉末組成物である。欧州標準ＥＮ１９７．１に定義されるように、「ポルトランドセメントクリンカーは少なくとも質量の３分の２がケイ酸カルシウム類（３ＣａＯ．ＳｉＯ２および２ＣａＯ．ＳｉＯ２）、残りがアルミニウムおよび鉄を含有するクリンカー相およびその他の化合物からなる水硬性材料である。ＣａＯのＳｉＯ２に対する比は、２．０未満であってはならない。マグネシウム含有量（ＭｇＯ）は５．０質量％を超えてはならない」。一部の実施形態においては、本発明のポルトランドセメント構成物質は、米国材料試験協会（Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｆｏｒ  Ｔｅｓｔｉｎｇ  ｏｆ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）のＡＳＴＭ仕様規格Ｃ１５０（タイプＩ−ＶＩＩＩ）（ポルトランドセメントに対するＡＳＴＭ  Ｃ５０標準規格）を満たす任意のポルトランドセメントである。ＡＳＴＭ  Ｃ１５０は、それぞれ異なる特性を有しその特性に応じて使用される８種類のポルトランドセメントをカバーしている。
【００３４】
本発明の所定のポルトランドセメント配合物組成物においては、ポルトランドセメント成分の量は異なってもよい。一部の実施形態においては、配合物におけるポルトランドセメントの量は、１０から９０％（ｗ／ｗ）、例えば３０から７０％（ｗ／ｗ）、特に４０から６０％（ｗ／ｗ）の範囲であり、例えば、ＯＰＣ（普通ポルトランドセメント：ｏｒｄｉｎａｒｙ  ｐｏｒｔｌａｎｄ  ｃｅｍｅｎｔ）８０％と本発明の炭酸塩化合物セメント２０％の配合物である。
【００３５】
一部の実施形態においては、セメントは、セメントの水との混合直後にセメントから生成される凝結性組成物（例えば、モルタルまたはコンクリート）の液体成分のｐＨに影響を与えるｐＨ調節剤を更に含む。水との混合直後にアルカリ性環境を実現する薬剤が対象であり、その場合、水和セメントのｐＨが１２以上、例えば１３以上、特に１３．５以上となることもある。一部の実施形態においては、ｐＨ調節（すなわち、改変）剤は、酸化物または水酸化物、例えば、酸化カルシウム、水酸化カルシウム、酸化マグネシウムまたは水酸化マグネシウムである。存在する場合、こうした薬剤は１から１０％ｗ／ｗ、例えば２から５％ｗ／ｗの範囲の量で存在する。
【００３６】
一部の実施形態においては、セメントは或る量の骨材を含む。細骨材を含むモルタル、および粗骨材を更に含むコンクリートを提供するために、骨材をセメント質組成物に含ませることが可能である。細骨材は、ほぼ完全に４番篩を通過する（ＡＳＴＭ  Ｃ１２５およびＡＳＴＭ  Ｃ３３）ケイ砂などの材料である。粗骨材は、大部分が４番篩を通過しない（ＡＳＴＭ  Ｃ１２５およびＡＳＴＭ  Ｃ３３）材料であり、シリカ、石英、破砕球形大理石、ガラス球、花こう岩、石灰石、方解石、長石、沖積砂、砂またはその他任意の耐久性のある骨材、およびこれらの混合物などである。従って、「骨材」という用語は広い意味で使用され、砂、砂利、砕石、スラグ、および再生コンクリートが挙げられるがこれに限らない多数の異なるタイプの粗粒子および微粒子材料の両方を意味する。骨材の量および性質は大きく異なってもよい。一部の実施形態においては、骨材の量は、セメント成分および骨材の両方から構成される全組成物の２５から８０％、例えば４０から７０％、特に５０から７０％ｗ／ｗの範囲とすることができる。
【００３７】
対象となる具体的な水硬性セメント調合物は、後述の実施例の項で詳細に説明する。
【００３８】
塩水由来鉱物成分の生成
先に概観したように、水硬性セメントは塩水由来の炭酸塩化合物組成物などの炭酸塩化合物組成物を含むセメントである。従って、セメントの炭酸塩化合物組成物は、非晶質でも結晶質でもよい１つ以上の炭酸塩化合物で構成されるものである。先に概観したように、セメントの炭酸塩化合物組成物は、１つ以上の水酸化物化合物を含んでもよい。
【００３９】
先に概観したように、炭酸塩化合物組成物は、アルカリ土類金属含有水、例えば、塩水からの沈殿によって生成される。使用する塩水は方法によって異なってもよい。先に概観したように、対象となる塩水としては、汽水、海水およびブラインに加え、塩分濃度が淡水よりも高いその他の含塩水（５ｐｐｔ未満の溶存塩分濃度を有する）が挙げられる。
【００４０】
本発明のセメントの炭酸塩化合物組成物を生成する方法においては、或る体積の水が、沈殿する炭酸塩化合物組成物および濾過液（すなわち、塩水から炭酸塩化合物（単数または複数）が沈殿した後に残る水）を生成するのに適した炭酸塩化合物沈殿条件下に置かれる。炭酸塩化合物組成物の生成を生じさせる任意の好都合な沈殿条件を用いることができる。
【００４１】
対象となる沈殿条件は、異なってもよい。例えば、水の温度は所望の鉱物の沈殿が生じるのに適した範囲内にすることができる。一部の実施形態においては、水の温度は５から７０℃、例えば２０から５０℃、特に２５から４５℃の範囲とすることができる。従って、所定の沈殿条件として０から１００℃の範囲の温度を含むことができるが、一部の実施形態においては所望の沈殿物を生成するために水の温度を調節しなければならないこともある。
【００４２】
通常の海水では、溶存ＣＯ２の９３％が重炭酸イオン（ＨＣＯ３−）の形態で、６％が炭酸イオン（ＣＯ３−２）の形態である。炭酸カルシウムが通常の海水から沈殿する場合、ＣＯ２が放出される。ｐＨが１０．３３を超えると、９０％超の炭酸塩が炭酸イオンの形態となり、炭酸カルシウムの沈殿中にＣＯ２は放出されない。所定の沈殿プロセス中は使用する水のｐＨを方法によって５から１４の範囲としてもよいが、一部の実施形態においては炭酸塩化合物に加えて必要に応じて他の化合物、例えば、水酸化物化合物の沈殿を促すためにｐＨをアルカリ性レベルにまで上昇させる。これらの実施形態の一部においては、沈殿中のＣＯ２の生成を解消しないまでも減少させるレベルにまでｐＨを上昇させ、例えば、沈殿する炭酸塩化合物に炭酸塩および重炭酸塩の形態の溶存ＣＯ２が補足されるようにする。これらの実施形態においては、ｐＨを１０以上、例えば１１以上に上昇させる。
【００４３】
水のｐＨは、任意の好都合なアプローチを用いて上昇させてもよい。一部の実施形態においてはｐＨ上昇剤を使用してもよく、その場合そうした薬剤の例としては、酸化物、水酸化物（例えば、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、ブルーサイト（Ｍｇ（ＯＨ２）など）、炭酸塩（例えば、炭酸ナトリウム）などが挙げられる。こうしたアプローチの１つでは、海水のｐＨを上昇させるため、多様な酸化物を含む石炭火力発電所からの石炭灰を使用することになる。合成ガスを生成するための石炭ガス化のようなその他の石炭プロセスも水素ガスおよび一酸化炭素を生成し、水酸化物源となることができる、サーピンタインなどの自然発生鉱物の中には水酸化物を含有し、溶解して水酸化物源となるものがある。水に添加されるｐＨ上昇剤の量は、薬剤の特有の性質および改質する塩水の体積次第であり、水のｐＨを所望の値に上昇させるのに十分な量である。あるいは、塩水源のｐＨを水の電気分解によって所望のレベルにまで上昇させることも可能である。電気分解を使用する場合、水銀電池プロセス（キャストナー・ケルナー（Ｃａｓｔｎｅｒ−Ｋｅｌｌｎｅｒ）プロセスとも呼ばれる）の使用；隔膜電解槽プロセスおよび膜電池プロセスなど、多種多様なプロトコルを採用することができる。必要な場合には、加水分解生成物の副生成物、例えば、Ｈ２、ナトリウム金属などを必要に応じて採取して他の目的に使用してもよい。
【００４４】
生成される沈殿物の性質に影響を与えるためにｐＨ上昇剤以外の添加剤を水に導入することができる。従って、方法の実施形態の一部は、水を沈殿条件下に置く前、または置いている最中に添加剤を水に供給することを含む。微量の或る種の添加剤が或る種の炭酸カルシウム多形体に有利に働く場合がある。例えば、微量のランタンを塩化ランタンとして炭酸カルシウムの過飽和溶液に含ませることによって、多種多様な形態で沈殿し急速に方解石に変化するＣａＣＯ３の非常に不安定な多形体であるバテライトを非常に高い収率で得ることが可能である。ラサナム以外の対象となる添加剤としては、遷移金属などが挙げられるがこれに限らない。例えば、鉄は、他の物質を形成しなければ無秩序ドロマイト（プロトドロマイト）の形成に有利に働くことが知られている。
【００４５】
沈殿物の性質は、適切な主要イオン比の選択によって影響を受ける場合もある。主要イオン比は更に、多形体形成に非常に大きな影響を与える。例えば、水中のマグネシウム：カルシウム比が上昇すると、炭酸カルシウムの多形体としてはアラレ石が低マグネシウム方解石よりも優勢となる。マグネシウム：カルシウム比が低い場合、低マグネシウム方解石が優勢な多形体である。
【００４６】
沈殿速度も化合物相形成に影響し、所望の沈殿生成物を生成するのに適した方法で制御することができる。最も急速な沈殿は、所望の相を用いて溶液にシード添加を行うことによって達成することが可能である。シード添加を行わない場合、急速沈殿は急速に海水のｐＨを上昇させることによって達成可能であるが、非晶質構成物質の増加を招く。ｐＨが高いほど沈殿が急速になり、沈殿物がより非晶質となる。
【００４７】
従って、水から所望の沈殿物を生成するための一組の沈殿条件には、一部の実施形態においては、水の温度およびｐＨ、ならびに、場合によっては水中の添加剤およびイオン種の濃度が含まれる。沈殿条件として、混合速度、超音波法などの攪拌の形態、および種晶、結晶、触媒、膜または基質の存在などの要因を更に含んでもよい。一部の実施形態においては、沈殿条件に過飽和条件、温度、ｐＨ、および／または濃度勾配、またはこれらのパラメータのいずれかの循環または変化が含まれる。本発明による炭酸塩化合物沈殿物を調製するために使用するプロトコルは、バッチプロトコルでも連続プロトコルでもよい。当然ながら、連続フロー系において所定の沈殿物を生成するには、バッチ系とは沈殿条件が異なってもよい。
【００４８】
一部の実施形態においては、方法には、鉱物沈殿条件下に置かれる体積の水をＣＯ２源に接触させることが更に含まれる。水と源ＣＯ２との接触は、水がＣＯ２沈殿条件に置かれる前および／またはＣＯ２沈殿条件下にあるときに行うことができる。従って、本発明の実施形態は、当該体積の水を、当該体積の塩水を鉱物沈殿条件下に置く前にＣＯ２源に接触させる方法を含む。本発明の実施形態は、当該体積の塩水を、当該体積の塩水が鉱物沈殿条件下に置かれている間にＣＯ２源に接触させる方法を含む。本発明の実施形態は、当該体積の水を、当該体積の水が鉱物沈殿条件下に置かれる前および炭酸塩化合物沈殿条件下に置かれている間にＣＯ２源に接触させる方法を含む。
【００４９】
これらの実施形態において当該体積の水と接触させるＣＯ２源は、任意の好都合なＣＯ２源とすることができる。ＣＯ２源は液体、固体（例えば、ドライアイス）またはガス状のＣＯ２源でもよい。一部の実施形態においては、ＣＯ２源はガス状ＣＯ２源である。このガス状ＣＯ２は、場合によっては、工業プラントからの廃気流または生成物である。これらの実施形態において工業プラントの性質は多様でよく、その場合、対象となる工業プラントとしては、発電所、化学処理プラント、および副生成物としてＣＯ２を生成するその他の工業プラントが挙げられる。廃気流が意味するのは、工業プラントの能動的プロセスの副生成物として生成されるガスの流れ（または類似の気体流）である。気体流は実質的に純粋なＣＯ２でも、ＣＯ２および１つ以上の別のガスを含む多成分気体流でもよい。対象方法の実施形態においてＣＯ２源として使用することができる多成分気体流（ＣＯ２を含有する）としては、例えば、合成ガス、シフト反応合成ガス、天然ガス、および水素などの還元条件気体流、ならびに燃焼排ガスなどの酸化条件気体流の両方が挙げられる。対象発明に従って処理され得る対象となる特定の多成分気体流としては、酸素を含有する燃焼発電所排ガス、ターボチャージャー付きボイラー生成ガス、石炭ガス化生成ガス、シフト反応石炭ガス化生成ガス、嫌気性消化装置生成ガス、坑口天然ガス気体流、改質天然ガスまたはメタンハイドレートなどが挙げられる。
【００５０】
当該体積の水は、任意の好都合なプロトコルを用いてＣＯ２源と接触させてもよい。ＣＯ２が気体の場合、対象となる接触プロトコルとしては、当該体積の塩水中にガス気泡を通過させるなどの直接接触プロトコル、並流接触手段、すなわち、一方向に流れる気相流と液相流との接触、逆流手段、すなわち、逆向きに流れる気相流と液相流との接触などが挙げられるがこれに限らない。従って、接触は、都合に応じ注入器、バブラー、流体ベンチュリ反応器、スパージャー、ガスフィルター、スプレー、トレイ、または充填カラム反応器などを用いて行ってもよい。
【００５１】
水からの炭酸塩化合物沈殿物の生成に続き、得られる沈殿した炭酸塩化合物組成物を濾過液から分離して炭酸塩化合物沈殿分離生成物を生成する。沈殿物の分離は、例えば重力のみによって、または減圧を付加しながら過剰なバルク水を沈殿物から抜き取るなどの機械的アプローチ、機械的加圧、沈殿物を濾過液から濾し取ってろ過物を生成する方法などを含む任意の好都合なアプローチを用いて達成することができる。バルク水の分離により、湿った脱水沈殿物が生成される。
【００５２】
次に得られる脱水沈殿物を乾燥して生成物を生成する。乾燥はろ過物を空気乾燥することによって達成することが可能である。ろ液を空気乾燥する場合、空気乾燥は必要に応じて−７０から１２０℃の範囲の温度で行うことができる。一部の実施形態においては、この場合、乾燥は、沈殿物を凍結し、周囲圧力を低下させ材料内の凍結水を凍結した沈殿相からガスへと直接昇華させるのに十分な熱を加えるフリーズドライ法（すなわち、凍結乾燥法）によって達成される。更に別の実施形態においては、沈殿物を噴霧乾燥して沈殿物を乾燥させる。この場合、沈殿物を含有する液体を高温ガス（発電所からのガス状廃気流など）中に送り込むことによって、例えば、液体供給物を噴霧器を介して主乾燥室へと圧送し、噴霧器方向に対して並流または逆流として高温ガスを通過させることによって乾燥させる。システムの特有の乾燥プロトコルによっては、乾燥区域がろ過要素、フリーズドライ構造、スプレー乾燥構造などを含んでもよい。
【００５３】
必要であれば、沈殿物を沈殿後例えば乾燥によって分離するまで一定期間濾過液中に保存してもよい。例えば、沈殿物を１日から１０００日以上、例えば１日から１０日以上の期間、１から４０℃、例えば２０から２５℃の範囲の温度で濾過液中に保存してもよい。
【００５４】
図１は、本発明の実施形態による炭酸塩沈殿プロセスの概略フローダイヤグラムを示す。図１において、沈殿ステップ２０にて塩水源１０からの塩水が炭酸塩化合物沈殿条件下に置かれる。先に概観したように、「塩水」という用語は従来の意味で使用し、淡水ではない多数の異なるタイプの水性液体を意味する。この場合、「塩水」という用語には、汽水、海水およびブライン（例えば、地熱発電所廃水、脱塩廃水などの人工ブラインを含む）に加え、塩分濃度が淡水よりも高いその他の含塩水が含まれる。本発明のセメントの炭酸塩化合物組成物を得る塩水源は、海、海洋、湖、沼沢、河口、潟湖などの自然発生源でも人工源でもよい。
【００５５】
一部の実施形態においては、水はガス状廃気流も発生させている発電所から得てもよい。例えば、海水冷却発電所などの水冷発電所においては、発電所が使用した後の水を沈殿システムに送り沈殿反応における水として使用してもよい。これらの実施形態の一部においては、沈殿反応器に入れる前に水を冷却してもよい。
【００５６】
図１に示した実施形態においては、まず塩水源１０からの水にＣＯ２を充填してＣＯ２充填水を生成する。そのＣＯ２は次に炭酸塩化合物沈殿条件下に置かれる。図１に示すように、沈殿ステップ２０にてＣＯ２気体流３０を水と接触させる。沈殿ステップ２０にて、供給される気体流３０を適当な水と接触させてＣＯ２充填水を生成する。ＣＯ２充填水とは、接触させたＣＯ２ガスを取り込んだ水を意味する。その場合、ＣＯ２分子は水分子と結合して例えば、炭酸、重炭酸塩および炭酸イオンを生成する。本ステップにおいて水に充填することにより、水の例えば、炭酸、重炭酸塩および炭酸イオンの形態の「ＣＯ２含有量」が増加し、同時に水と接触させる廃気流のｐＣＯ２が減少する。ＣＯ２充填水は酸性であり、ｐＨが６以下、例えば５以下、特に４以下である。一部の実施形態においては、水に充填するのに使用されるガスのＣＯ２濃度は１０％以上、２５％以上、特に５０％以上、例えば７５％以上である。対象となる接触プロトコルとしては、当該体積の塩水中にガス気泡を通過させるなどの直接接触プロトコル、並流接触手段、すなわち、一方向に流れる気相流と液相流との接触、逆流手段、すなわち、逆向きに流れる気相流と液相流との接触などが挙げられるがこれに限らない。従って、接触は、都合に応じ注入器、バブラー、流体ベンチュリ反応器、スパージャー、ガスフィルター、スプレー、トレイ、または充填カラム反応器などを用いて行ってもよい。
【００５７】
沈殿ステップ２０にて、炭酸塩化合物が沈殿する。炭酸塩化合物は、非晶質でも結晶質でもよいが、対象となる沈殿条件としては、所望の沈殿生成物を生成するために水の物理的環境を変化させるものが挙げられる。例えば、所望の炭酸塩化合物（単数または複数）の沈殿の発生に適する温度に水の温度を上昇させてもよい。こうした実施形態においては、水の温度を５から７０℃、例えば２０から５０℃、特に２５から４５℃の値にまで上昇させてもよい。従って、所定の沈殿条件として０から１００℃の範囲の温度を含むことができるが、一部の実施形態においては所望の沈殿物を生成するために温度を上昇させてもよい。一部の実施形態においては、例えば、太陽エネルギー源、風力エネルギー源、水力発電エネルギー源などの低またはゼロ二酸化炭素排出源が発生させたエネルギーを用いて温度を上昇させる。所定の沈殿プロセス中は水のｐＨは７から１４の範囲とすることができるが、一部の実施形態においては、所望通りの炭酸塩化合物の沈殿を促進するためにｐＨをアルカリ性レベルにまで上昇させる。これらの実施形態の一部においては、沈殿中のＣＯ２の生成を解消しないまでも最小にするレベルにまでｐＨを上昇させる。これらの実施形態においては、ｐＨを１０以上、例えば１１以上に上昇させてもよい。必要な場合は、水のｐＨは任意の好都合なアプローチを用いて上昇させる。一部の実施形態においては、ｐＨ上昇剤を使用することができ、その場合こうした薬剤の例としては、酸化物、水酸化物（例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、ブルーサイト）、炭酸塩（例えば、炭酸ナトリウム）などが挙げられる。塩水源に添加されるｐＨ上昇剤の量は、薬剤の特有の性質および改質する塩水の体積次第であり、塩水源のｐＨを所望の値に上昇させるのに十分な量である。あるいは、塩水源のｐＨを水の電気分解によって所望のレベルにまで上昇させることも可能である。
【００５８】
ＣＯ２充填および炭酸塩化合物沈殿は連続プロセスで行っても別々のステップで行ってもよい。従って、充填および沈殿は、例えば、図１に示すように本発明の一部の実施形態に従ってステップ２０にてシステムの同一の反応器で行ってもよい。本発明の更に別の実施形態においては、充填反応器においてまず水にＣＯ２を充填し、次に別の反応器において得られるＣＯ２充填水を沈殿条件下に置くようにしてこれらの２ステップを別々の反応器で行ってもよい。
【００５９】
水からの炭酸塩沈殿物の生成に続き、図１に示すように、得られる沈殿した炭酸塩化合物組成物をステップ４０にて濾過液から分離して炭酸塩化合物沈殿分離生成物を生成する。沈殿物の分離は、例えば重力のみによって、または減圧を付加しながら過剰なバルク水を沈殿物から抜き取るなどの機械的アプローチ、機械的加圧、沈殿物を濾過液から濾し取ってろ過物を生成する方法などを含む任意の好都合なアプローチを用いて達成することができる。バルク水の分離により、湿った脱水沈殿物が生成される。
【００６０】
次に、図１のステップ６０に示すように、得られる脱水沈殿物を乾燥して生成物を生成する。乾燥はろ過物を空気乾燥することによって達成することが可能である。ろ液を空気乾燥する場合、空気乾燥は室温で行っても高温で行ってもよい。更に別の実施形態においては、沈殿物を噴霧乾燥して沈殿物を乾燥させる。この場合、沈殿物を含有する液体を高温ガス（発電所からのガス状廃気流）中に送り込むことによって、例えば、液体供給物を噴霧器を介して主乾燥室へと圧送し、噴霧器方向に対して並流または逆流として高温ガスを通過させることによって乾燥させる。システムの特有の乾燥プロトコルによっては、乾燥区域がろ過要素、フリーズドライ構造、スプレー乾燥構造などを含んでもよい。
【００６１】
必要な場合、図１の随意ステップ５０に示すように、分離反応器４０からの脱水した沈殿生成物を乾燥する前に洗浄してもよい。例えば、脱水した沈殿物から塩（ＮａＣｌなど）を除去するために沈殿物は淡水で洗浄してもよい。使用後の洗浄水は例えば、残渣池に廃棄するなど都合のいいように処分してよい。
【００６２】
ステップ７０にて、例えば、粒径、表面積など、所望の物理的特徴を付与するために、または沈殿物に混合剤、骨材、補助的なセメント質材料など１つ以上の成分を添加するために乾燥させた沈殿物を精製し、最終生成物８０を生成する。
【００６３】
一部の実施形態においては、上記の方法を実施するためのシステムを使用する。その場合、そうしたシステムとしては以下に詳細に説明するものが挙げられる。
【００６４】
凝結性組成物
本発明の別の態様は、上で説明したような塩水由来の炭酸塩化合物成分などの炭酸塩化合物組成物成分、骨材、および水などの水性液体を含む本発明の水硬性セメントを含む純セメント、コンクリートおよびモルタルなどの凝結性組成物である。コンクリートおよびモルタルなどの本発明の凝結性組成物は、セメントを或る量の骨材（モルタルには砂などの細骨材；コンクリートには細骨材を含むまたは含まない粗骨材）および水を同時に混合することによって、または、セメントと骨材を予め混合し次いで得られた乾燥成分を水と混合することによって生成される。本発明のセメント組成物を用いたコンクリートミックス用の粗骨材材料の選択肢は、最小サイズを約３／８インチとすることができ、最小から最大で１インチ以上までこれら限界値間の漸次的変化を含めてサイズが異なるものとすることが可能である。破砕した石灰石およびその他の岩石、砂利などが対象となる粗骨材である。微粉砕骨材はサイズが３／８インチ未満であり、これも２００番篩サイズなどのより細かいサイズにしてもよい。粉砕した石灰石およびその他の岩石、砂などが対象となる細骨材である。細骨材は、本発明のモルタルとコンクリートの両方に存在してもよい。セメントの乾燥成分におけるセメントの骨材に対する重量比は一定でなくてもよく、一部の実施形態においては、１：１０から４：１０、例えば２：１０から５：１０、特に５５：１０００から７０：１００の範囲である。
【００６５】
コンクリートなどの凝結性組成物を生成するために乾燥成分と混合する液相、例えば、水性液体は、必要に応じて純水から１つ以上の溶質、添加剤、共溶媒などを含む水まで多様でもよい。凝結性組成物の調製に際して混合される液相に対する乾燥成分の比は異なってもよく、一部の実施形態においては２：１０から７：１０、例えば３：１０から６：１０、特に４：１０から６：１０の範囲である。
【００６６】
一部の実施形態においては、セメントは１つ以上の混合剤とともに使用することができる。混合剤はコンクリートに基本的なコンクリート混合物では得られない望ましい特徴を付与するために、またはコンクリートをもっと容易に使用できるようにする、あるいは特定の目的に適するようにするためコンクリートの特性を改質するために、またはコスト削減のためにコンクリートに添加される組成物である。本技術分野では周知のように、混合剤は、一部の特徴を強化する、またはコストを削減するためにコンクリートまたはモルタルの成分として使用される、水硬性セメント、骨材および水以外の任意の材料または組成物である。使用する混合剤の量は、混合剤の性質に応じて変えることができる。一部の実施形態においては、これらの成分の量は１から５０％ｗ／ｗ、例えば２から１０％ｗ／ｗの範囲である。
【００６７】
混合剤を使用する主な理由は、（１）得られる養生コンクリートにおける或る種の構造的向上を達成するため；（２）天候または交通条件が悪い場合に一連の混合、輸送、打設、および硬化段階でのコンクリートの質を向上させるため；（３）コンクリートで固める作業中の或る種の突発事故を克服するため；および（４）コンクリート建設のコストを削減するため、である。場合によっては、所望のコンクリート性能特性は、混合剤を使用することによってのみ得ることが可能である。場合によっては、混合剤を使用することで費用の安い建設方法または設計の使用が可能になり、混合剤のコストを相殺する以上の節約が可能になる。
【００６８】
対象となる混合剤としては、微粉砕鉱物混合剤が挙げられる。微粉砕鉱物混合剤は、ポルトランドセメントコンクリートの塑性特性または硬化性状の一部を向上または変化させるために混合プロセスの前または最中にコンクリートに添加される粉末または微粉形態の材料である。微粉砕鉱混合剤は、化学的または物理的特性に応じて以下のように分類可能である：セメント質の材料；ポゾラン；ポゾラン質かつセメント質の材料；および名目上不活性の材料。ポゾランは、セメントとしての価値はほとんどまたは全くないが、水の存在下でかつ微粉砕形態ではポルトランドセメントの水和によって放出された水酸化カルシウムと化学的に反応してセメント質の特性を有する物質を形成するケイ酸質またはアルミノケイ酸質材料である。ポゾランは、圧力下でコンクリート中を水が移動する速度を減少させるために使用することも可能である。珪藻土、オパール質チャート、粘度、頁岩、フライアッシュ、シリカヒューム、凝灰岩および軽石は周知のポゾランの一部である。或る種の粉砕した粒状化高炉スラグおよび高カルシウムフライアッシュはポゾランとセメントの両方の特性を有する。名目上不活性の材料として更に微粉砕生石英、ドロマイト、石灰石、大理石、花こう岩、その他を挙げることが可能である。フライアッシュはＡＳＴＭ  Ｃ６１８に定義されている。
【００６９】
対象となる混合剤の１つが可塑剤である。固化作業を軽減して打設を容易にするとともに、鉄筋下に空隙を残すことなく均一に流し込むことが要求される鉄筋コンクリートにおいてコンクリートの作業性を向上させることを目的に可塑剤をコンクリートに添加することが可能である。更に対象となる混合剤が促進剤、遅延剤、空気連行剤、発泡剤、減水剤、腐食防止剤および顔料である。促進剤はコンクリート調合物の養生速度（水和）を増加させるために使用され、コンクリートが迅速に硬化することが望ましい用途および低温用途においてはとりわけ重要である。遅延剤は水和の速度を低下させる作用があり、コンクリートを打設して所望の形状に形成する時間的余裕を増加させる。遅延剤はコンクリートが高温気候下で使用されている用途においてはとりわけ重要である。空気連行剤は、小気泡をコンクリート全体に分散させるために使用される。空気連行剤は、連行された小気泡がある程度の伸縮・膨張を促し、凍結融解損傷からコンクリートを保護することができるために、寒冷な天候に晒される地域での使用がとりわけ有用である。美観目的で所望の色特性を付与するために顔料をコンクリートに添加することも可能である。
【００７０】
従って、対象となる混合剤としては、凝結促進剤、凝結遅延剤、空気連行剤、消泡剤、アルカリ反応減力剤、結合混合剤、分散剤、着色混合剤、腐食防止剤、防湿混合剤、ガス形成剤、透過性抑制剤、圧送助剤、収縮補正混合剤、殺真菌混合剤、殺菌混合剤、殺虫混合剤、レオロジー改質剤、微粉砕鉱物混合剤、ポゾラン、骨材、湿潤剤、強度増強剤、撥水剤、およびその他任意のコンクリートまたはモルタル用混合剤または添加剤が挙げられるがこれに限らない。混合剤を使用する場合、混合剤原料が導入されるフレッシュセメント質組成物は、混合剤原料がフレッシュコンクリート全体に比較的均等に分散するように十分な時間混合される。
【００７１】
凝結促進剤は、コンクリートの凝結および早期の強度発現を促進するために使用される。混合剤系と共に使用可能な凝結促進剤は、アルカリ金属、アルカリ土類金属またはアルミニウムの硝酸塩；アルカリ金属、アルカリ土類金属またはアルミニウムの亜硝酸塩；アルカリ金属、アルカリ土類金属またはアルミニウムのチオシアン酸塩；アルカノールアミン；アルカリ金属、アルカリ土類金属またはアルミニウムのチオ硫酸塩；アルカリ金属、アルカリ土類金属またはアルミニウムの水酸化物；アルカリ金属、アルカリ土類金属またはアルミニウムのカルボン酸塩（好ましくはギ酸カルシウム）；ポリヒドロキシルアルキルアミン；アルカリ金属またはアルカリ土類金属のハロゲン化物塩（例えば、塩化物）とすることが可能であるが、これに限らない。本調合方法において使用できる凝結促進剤の例としては、非塩化物タイプ凝結促進剤であるＰＯＺＺＯＬＩＴＨ（登録商標）ＮＣ５３４、および／または亜硝酸カルシウムベースの腐食防止剤であるＲＨＥＯＣＲＥＴＥ（登録商標）ＣＮＩ、両者ともＣｌｅｖｅｌａｎｄ，ＯｈｉｏのＢＡＳＦ  Ａｄｍｉｘｔｕｒｅｓ  Ｉｎｃ．が上記商標名で販売、が挙げられるがこれに限らない。
【００７２】
更に対象となるのが、凝結遅延混合剤である。遅延凝結混合剤または水和制御混合剤としても知られる凝結遅延混合剤は、コンクリートの凝結の速度を鈍らせる、遅らせる、または遅くするために使用する。これらは初期軽量直後に、または水和プロセス開始後しばらくしてからコンクリートミックスに添加することが可能である。凝結遅延剤は、暑い天候がコンクリートの凝結に与える促進効果を相殺するために、または打設条件が厳しい、または作業現場への送達に問題が発生した場合にコンクリートまたはグラウトの初期凝結を遅らせるために、あるいは特別な仕上げプロセスの時間を確保するために使用する。ほとんどの凝結遅延剤は低レベル減水剤としても作用し、コンクリートに空気をいくらか連行させるために使用することが可能である。使用可能な遅延剤としては、オキシホウ素化合物、コーンシロップ、リグニン、ポリホスルホン酸、カルボン酸、ヒドロキシカルボン酸、ポリカルボン酸、フマル酸やイタコン酸、マロン酸、ホウ砂、グルコン酸、酒石酸などの水酸化カルボン酸、リグノスルホン酸塩、アスコルビン酸、イソアスコルビン酸、スルホン酸アクリル酸共重合体、およびこれらの対応する塩、ポリヒドロキシシラン、ポリアクリルアミド、炭水化物、ならびにこれらの混合物が挙げられるがこれに限らない。遅延剤の実例は米国特許第５，４２７，６１７号および第５，２０３，９１９号に記載されており、参照することによって本明細書に組み込まれる。混合剤系での使用に適した遅延剤の更なる例は、Ｃｌｅｖｅｌａｎｄ，ＯｈｉｏのＢＡＳＦ  Ａｄｍｉｘｔｕｒｅｓ  Ｉｎｃ．がＤＥＬＶＯ（登録商標）の商標名で販売する水和制御混合剤である。
【００７３】
混合剤として更に対象となるのが、空気連行剤である。空気連行剤という用語は、セメント質組成物に空気を連行させる任意の物質を含む。一部の空気連行剤は、低濃度で組成物の表面張力を低下させることも可能である。空気連行混合剤は、微細な気泡をコンクリートに意図的に連行させるために使用される。空気連行は凍結融解のサイクルにおいて湿気に晒されるコンクリートの耐久性を劇的に向上させる。加えて、連行された空気は、化学解氷剤によってもたらされる表面剥離に対するコンクリートの耐性を大きく向上させる。更に、空気連行は、偏析およびブリーディングを阻止または緩和しながらフレッシュコンクリートの作業性を向上させる。これらの所望の効果を得るために使用される材料は、樹木樹脂、天然樹脂、合成樹脂、スルホン化リグニン、石油酸類、タンパク質性材料、脂肪酸類、樹脂酸類、アルキルベンゼンスルホン酸塩類、スルホン化炭水化物類、ビンソール樹脂、陰イオン界面活性剤、陽イオン界面活性剤、非イオン性界面活性剤、天然ロジン、合成ロジン、無機空気連行剤、合成洗剤、およびこれらの対応する塩、ならびにこれらの混合物から選択可能である。空気連行剤は、セメント質組成物内に所望のレベルの空気を発生させる量が添加される。混合剤系において利用可能な空気連行剤の例としては、Ｃｌｅｖｅｌａｎｄ，ＯｈｉｏのＢＡＳＦ  Ａｄｍｉｘｔｕｒｅｓ  Ｉｎｃ．の販売するＭＢ  ＡＥ  ９０、ＭＢ  ＶＲおよびＭＩＣＲＯ  ＡＩＲ（登録商標）が挙げられるがこれに限らない。
【００７４】
混合剤として更に対象となるのが、消泡剤である。消泡剤はセメント質組成物の空気含有量を低下させるために使用される。セメント質組成物において利用可能な消泡剤の例としては、鉱油、植物油、脂肪酸類、脂肪酸エステル類、ヒドロキシル官能化合物、アミド類、リン酸エステル類、金属石鹸、シリコーン類、プロピレン酸化物部分を含有するポリマー、炭水化物、アルコキシル化炭水化物、アルコキシル化ポリアルキレンオキシド類、リン酸トリブチル類、フタル酸ジブチル類、オクチルアルコール類、炭酸およびホウ酸の不水溶性エステル、アセチレンジオール類、エチレンオキシド−プロピレンオキシドブロック共重合体、ならびにシリコーン類が挙げられるがこれに限らない。
【００７５】
混合剤として更に対象となるのが、分散剤である。本明細書全体を通して使用される分散剤という用語にはとりわけポリエーテル単位を含むまたは含まないポリカルボン酸塩分散剤が含まれる。分散剤という用語は更に、可塑剤、高性能減水剤などの減水剤、流動化剤、抗凝集剤、またはセメント質組成物用超可塑剤としても機能する化学物質を含むことを意味し、例えばリグノスルホン酸塩類、スルホン化ナフタレンスルホン酸塩縮合体の塩、スルホン化メラミンスルホン酸塩縮合体の塩、ベータナフタレンスルホン酸塩、スルホン化メラミンホルムアルデヒド縮合体、ナフタレンスルホン酸塩ホルムアルデヒド縮合体樹脂、例えばＬＯＭＡＲ  Ｄ（登録商標）分散剤（Ｃｏｇｎｉｓ  Ｉｎｃ．，Ｃｉｎｃｉｎｎａｔｉ，Ｏｈｉｏ）、ポリアスパラギン酸塩、またはオリゴマー分散剤である。懸垂側鎖を持つ炭素骨格を有する分散剤であって、側鎖の少なくとも一部がカルボキシル基またはエーテル基を介して骨格に結合している分散剤を意味するポリカルボン酸塩分散剤を使用することも可能である。ポリカルボン酸塩分散剤の例は、米国公開第２００２／００１９４５９Ａ１号、米国特許第６，２６７，８１４号、米国特許第６，２９０，７７０号、米国特許第６，３１０，１４３号、米国特許第６，１８７，８４１号、米国特許第５，１５８，９９６号、米国特許第６，００８，２７５号、米国特許第６，１３６，９５０号、米国特許第６，２８４，８６７号、米国特許第５，６０９，６８１号、米国特許第５，４９４，５１６号；  米国特許第５，６７４，９２９号、米国特許第５，６６０，６２６号、米国特許第５，６６８，１９５号、米国特許第５，６６１，２０６号、米国特許第５，３５８，５６６号、米国特許第５，１６２，４０２号、米国特許第５，７９８，４２５号、米国特許第５，６１２，３９６号、米国特許第６，０６３，１８４号、米国特許第５，９１２，２８４号、米国特許第５，８４０，１１４号、米国特許第５，７５３，７４４号、米国特許第５，７２８，２０７号、米国特許第５，７２５，６５７号、米国特許第５，７０３，１７４号、米国特許第５，６６５，１５８号、米国特許第５，６４３，９７８号、米国特許第５，６３３，２９８号、米国特許第５，５８３，１８３号、および米国特許第５，３９３，３４３号に記載されており、これらは以下に全て記載したかの如く参照することによって全て本明細書に組み込まれる。対象となるポリカルボン酸塩分散剤としては、ＧＬＥＮＩＵＭ（登録商標）３０３０ＮＳ、ＧＬＥＮＩＵＭ（登録商標）３２００ＨＥＳ、ＧＬＥＮＩＵＭ３０００ＮＳ（登録商標）（ＢＡＳＦ  Ａｄｍｉｘｔｕｒｅｓ  Ｉｎｃ．，Ｃｌｅｖｅｌａｎｄ，Ｏｈｉｏ）、ＡＤＶＡ（登録商標）（Ｗ．Ｒ．Ｇｒａｃｅ  Ｉｎｃ．，Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ，Ｍａｓｓ．）、ＶＩＳＣＯＣＲＥＴＥ（登録商標）（Ｓｉｋａ，Ｚｕｒｉｃｈ，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ）、およびＳＵＰＥＲＦＬＵＸ（登録商標）（Ａｘｉｍ  Ｃｏｎｃｒｅｔｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｉｎｃ．，Ｍｉｄｄｌｅｂｒａｎｃｈ，Ｏｈｉｏ）の商標名で販売されている分散剤または減水剤が挙げられるがこれに限らない。
【００７６】
更に対象となる混合剤としては、アルカリ反応減力剤である。アルカリ反応減力剤は、アルカリ骨材反応を低下させ、この反応が硬化したコンクリートにおいて生成する可能性のある破壊的な膨張力を制限することが可能である。アルカリ反応減力剤としては、ポゾラン（フライアッシュ、シリカヒューム）、高炉スラグ、リチウムおよびバリウムの塩、ならびにその他の空気連行剤が挙げられる。
【００７７】
美観および安全上の理由からコンクリートを着色するために天然および合成混合剤が使用される。こうした着色混合剤は顔料から通常構成され、カーボンブラック、酸化鉄、フタロシアニン、アンバー、酸化クロム、酸化チタン、コバルトブルー、およびその他の有機着色剤が含まれる。
【００７８】
更に混合剤として対象となるのが、腐食防止剤である。コンクリートにおいて腐食防止剤は埋め込まれた補強鋼をその高アルカリ性に起因する腐食から保護する働きをする。コンクリートの高アルカリ性は、鋼材上に不動態耐蝕性保護酸化膜を形成させる。しかし、炭酸化、または解氷剤もしくは海水に由来する塩化物イオンの存在は膜を破壊または貫通して腐食を生じさせる可能性がある。腐食阻害混合剤は化学的にこの腐食反応を阻害する。腐食を阻害するために最も一般に使用される材料は、亜硝酸カルシウム、亜硝酸ナトリウム、安息香酸ナトリウム、或る種のリン酸塩またはフルオロケイ酸塩、フルオロアルミナイト、アミン類、および関連する化学物質である。
【００７９】
更に対象となるのが、防湿混合剤である。防湿混合剤は低セメント含有量、高水セメント比または骨材中の細骨材が不足しているコンクリートの透過性を低下させる。これらの混合剤はコンクリートへの湿気浸透を遅らせるもので、或る種の石鹸、ステアリン酸塩、および石油生成物が含まれる。
【００８０】
更に対象となるのが、ガス形成剤混合剤である。ガス形成物質、またはガス形成剤は、硬化前にわずかに膨張させることを目的に極少量コンクリートおよびグラウトに添加されることがある。膨張の程度は使用するガス形成材料の量とフレッシュ混合物の温度次第である。アルミニウム粉末、樹脂石鹸と植物性あるいは動物性にかわ、サポニンまたはタンパク質加水分解物がガス形成剤として使用可能である。
【００８１】
更に対象となるのが、透過性抑制剤である。透過性抑制剤は、圧力下で水がコンクリート中を移動する速度を低下させるために使用される。シリカヒューム、フライアッシュ、粉砕スラグ、天然ポゾラン、減水剤、およびラテックスがコンクリートの透過性を減少させるために使用可能である。
【００８２】
更に対象となるのが、レオロジー改質剤混合剤である。レオロジー改質剤は、セメント質組成物の粘度を高めるために使用することが可能である。適するレオロジー改質物質の例としては、ファームドシリカ、コロイド状シリカ、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、フライアッシュ（ＡＳＴＭ  Ｃ６１８に定義されているもの）、鉱油（軽質ナフテン系鉱油など）、ヘクトライト粘度、ポリオキシアルキレン類、多糖類、天然ガム、またはこれらの混合物が挙げられる。
【００８３】
更に対象となるのが、収縮補正混合剤である。セメント質組成物に使用可能な収縮補正剤としては、ＲＯ（ＡＯ）１−１０Ｈ、ただしＲはＣ１−５のアルキルまたはＣ５−６のシクロアルキル遊離基であり、ＡはＣ２−３のアルキレン遊離基、アルカリ金属硫酸塩、アルカリ土類金属硫酸塩、アルカリ土類酸化物、好ましくは硫酸ナトリウムおよび酸化カルシウム、を挙げることができるがこれに限らない。ＴＥＴＲＡＧＵＡＲＤ（登録商標）は収縮抑制剤の例であり、Ｃｌｅｖｅｌａｎｄ，ＯｈｉｏのＢＡＳＦ  Ａｄｍｉｘｔｕｒｅｓ  Ｉｎｃ．が販売している。
【００８４】
硬化したコンクリート上または内部での細菌および真菌の成長を、殺真菌混合剤および殺菌混合剤の使用によって部分的に制御することができる。この目的に最も効果的な材料は、ポリハロゲン化フェノール類、ジアルドリンエマルション、および銅化合物である。
【００８５】
一部の実施形態においては、更に対象となるのが作業性向上混合剤である。連行された空気は滑剤のように作用するため、作業性向上薬剤として使用することが可能である。その他の作業性薬剤は、減水剤および或る種の微粉砕混合剤である。
【００８６】
一部の実施形態においては、例えば、繊維強化コンクリートが望まれている場合などは、本発明のセメントが繊維と共に使用される。繊維ジルコニア含有材料、鋼材、炭素、ガラス繊維、またはポリプロピレン、ナイロン、ポリエチレン、ポリエステル、レーヨン、高強度アラミド（すなわちＫｅｖｌａｒ（登録商標））などの合成材料、またはこれらの混合物で構成することが可能である。
【００８７】
凝結性組成物の成分は、任意の好都合なプロトコルを用いて混合することが可能である。各材料は施工時に混合してもよく、材料の一部または全部を予め混合してもよい。あるいは、高性能減水混合剤などの混合剤を含めてまたは含めずに一部の材料と水とを混合し、次いで残りの材料をそれと混合してもよい。混合装置としては、従来の任意の装置を使用することが可能である。例えば、ホバートミキサー、傾斜シリンダーミキサー、オムニミキサー、ヘンシェルミキサー、Ｖ型ミキサー、およびナウターミキサーが使用可能である。
【００８８】
凝結性組成物（例えば、コンクリート）を生成するための成分の混合後、凝結性組成物は所定時間後に凝結する。凝結時間は異なってもよく、一部の実施形態においては、３０分から４８時間、例えば３０分から２４時間、特に１時間から４時間の範囲である。
【００８９】
凝結した生成物の強度も多様でよい。一部の実施形態においては、凝結したセメントの強度は５Ｍｐａから７０ＭＰａ、例えば１０ＭＰａから５０ＭＰａ、特に２０ＭＰａから４０ＭＰａの範囲とすることができる。一部の実施形態においては、本発明のセメントから生成した凝結生成物は、例えば、ＡＳＴＭ  Ｃ１１５７に記載された試験方法を用い判定した場合、非常に高い耐久性を示す。
【００９０】
本発明の態様には、本発明のセメントおよび凝結性組成物から生成される構造が更に含まれる。これらの構造は本発明のセメントから生成されるため、それが水中で沈殿した炭酸塩化合物組成物から得たものであることを示す、先に説明したような初期塩水源に存在する各種微量の元素などの指標または成分を含むことになる。例えば、コンクリートのセメント成分の鉱物成分が海水から生成されたものである場合、凝結生成物は、例えばマグネシウム、カリウム、硫黄、ホウ素、ナトリウム、および塩化物などの様々な要素の海水指標プロファイルを識別可能な量含有することになる。
【００９１】
実用性
対象のセメントおよび同セメントを含む凝結性組成物は、とくに建築または建設材料として多種多様な用途に利用される。本発明の凝結性組成物が利用される具体的構造としては、歩道、建物などの建築物、基礎、自動車道路／道路、陸橋、駐車場、煉瓦／ブロック壁、ならびに門扉、塀およびポール用フーチングが挙げられるがこれに限らない。本発明のモルタルは建築構造ブロック、例えば、煉瓦を結合し構造ブロック間の隙間を埋めるのに利用される。モルタルは既存の構造を固定するために、例えば、用途の中でもとりわけ当初のモルタルの強度が落ちたまたはエロードした場合に部分的に更新するために使用することも可能である。
【００９２】
システム
本発明の態様には、炭酸塩化合物組成物、例えば、塩水由来の炭酸塩および水酸化物鉱物組成物、ならびに本発明のセメント、更には本発明のセメントを含むコンクリートおよびモルタルを生産するシステム、例えば、処理プラントまたは工場が更に含まれる。本発明のシステムは、対象となる特定の生産方法の実施を可能にするいかなる構成を有してもよい。
【００９３】
図２は、本発明の一実施形態によるシステムの概略図を示す。図２において、システム１００は、水源１１０を含む。一部の実施形態においては、水源１１０は、塩水導入部、例えば海洋からのパイプまたは導管などを有する構造を含む。炭酸塩化合物組成物を生成するためにシステムによって処理される塩水源が海水の場合、導入部は海水供給源と流体連通している。例えば、導入部が海洋水から陸上システムに至るパイプラインあるいは供給管である場合、またはシステムが船舶の一部であるなど、海上システムにおける船舶の船体に設けられた導入口である場合などである。
【００９４】
図２には、ＣＯ２気体流源１３０が更に示されている。上記のように、このＣＯ２気体流源は、例えば工業プラントの気体流源など多様でよい。水源およびＣＯ２気体流源は、ＣＯ２充填器・沈殿器反応器１２０に接続している。充填器・沈殿反応器１２０は、温度調節器（例えば、水を所望の温度に加熱するように構成されている）、例えば、化学的ｐＨ上昇剤（ＮａＯＨなど）を水に導入する化学的添加剤要素、カソード／アノードなどの電気分解要素など、任意多数の様々な要素を含んでもよい。この反応器１２０はバッチプロセスまたは連続プロセスとして運転することができる。
【００９５】
沈殿反応の生成物、例えば、スラリーは次に図２に示すように脱バルク水区域１４０で処理される。脱水区域１４０は、連続遠心分離、遠心分離、フィルター遠心分離、重力沈降などのプロセスを含む多種多様な脱水プロセスを使用することができる。
【００９６】
図２に示すシステムは、区域１４０で生成する脱水沈殿物を乾燥する乾燥区域１６０を更に含む。システムの特有の乾燥プロトコルによっては、上で詳細に説明したように、乾燥区域１６０はろ過要素、フリーズドライ構造、炉乾燥、スプレー乾燥構造などを含んでもよい。
【００９７】
随意の洗浄区域１５０が更に示されており、ここでは分離区域１４０からの脱バルク水沈殿物を乾燥区域１６０での乾燥に先立ち例えば、塩およびその他の溶質を沈殿物から除去するために洗浄する。
【００９８】
区域１６０からの乾燥沈殿物は次に精製区域１８０に送られ、最終生成物を生成するためにここで沈殿物は機械的に処理されてもよく、および／または１つ以上の成分が沈殿物に添加され（例えば、先に概説したように）てもよい。
【００９９】
前述の通り、システムは陸上に存在しても海上に存在してもよい。例えば、システムは、例えば海水供給源に近い沿岸地域、または海洋などの塩水源からシステムに水が圧送される内陸部にある陸上システムでもよい。あるいは、システムは水辺システム、すなわち、水上または水中に存在するシステムであってもよい。こうしたシステムは、必要な場合には船、海洋プラットホーム上などに存在してもよい。
【０１００】
以下の実施例は本発明をどのように構成し使用するかに関しての完全な開示および説明を当業者に提供するために提示するものであり、発明者らが自分たちの発明とみなすものの範囲を制限する意図もなければ、以下の実験が実施した全てまたは唯一の実験であることを示すことを意図したものでもない。使用する数値（例えば、量、温度など）に関しては正確さを確保する努力をしたが、多少の実験誤差および偏差を考慮すべきである。他様に示さない限り、部は重量部、分子量は重量平均分子量、温度は摂氏温度、圧力は大気圧またはそれに近い圧力である。
【実施例】
【０１０１】
以下の実施例において、海水から炭酸塩沈殿物（すなわち、Ｐ０００９９沈殿物）を生成するのに用いた方法論に加え、生成した沈殿物の化学的および物理的特徴を説明する。加えて、８０％の普通ポルトランドセメント（ＯＰＣ）と２０％のＰ０００９９で構成した配合セメントの耐圧強度および収縮特性を検討する。
【０１０２】
Ｉ．Ｐ０００９９沈殿プロセス
以下のプロトコルを使用してＰ０００９９沈殿物を生成した。３８０Ｌのろ過した海水を円筒形のポリエチレン製６０°円錐底目盛付きタンクにくみ上げた。この反応タンクは開放系であり、周辺大気に暴露したままであった。反応タンクをオーバーヘッドミキサーで絶え間なく攪拌した。ｐＨ、室温、および水温は反応中絶え間なくモニタリングした。
【０１０３】
粒状（Ｃａ，Ｍｇ）Ｏ（ドライムまたは焼成ドロマイトとしても知られる）２５ｇを海水に混合した。反応物質の適度な混合および溶解を促進するためにタンクの底に沈殿したドライムをタンクの底から上部に手作業で再循環させた。沈殿した反応物質の手作業での再循環も含め、ドライム２５ｇを同じ手順で再び添加した。水のｐＨが９．２に達したら、１０％ＣＯ２（および９０％圧縮空気）のガス混合物をセラミックエアーストーンを通じて溶液中にゆっくり拡散させた。溶液のｐＨが９．０にまで低下したら、更にドライム２５ｇを反応タンクに添加した。これによりｐＨが再び上昇した。合計２２５ｇが添加されるまで、溶液のｐＨが９．０（以下）に低下するたびにドライムの添加を繰り返した。ドライム添加と添加の間に沈殿した反応物質の手作業での再循環を行った。
【０１０４】
ドライムの最後の添加後、溶液中へのガスの連続拡散を停止した。反応物は更に２時間攪拌した。この間ｐＨは上昇し続けた。９．０と９．２の間のｐＨに維持するため、ｐＨが９．２を超えて上昇した場合は９．０に達するまで反応中に更にガスを拡散させた。沈殿した反応物質の手作業での再循環もこの２時間の間に４回実行した。
【０１０５】
ドライムの最後の添加の２時間後、攪拌、ガス拡散および沈殿した反応物質の再循環を停止した。反応タンクをそのまま１５時間放置した（大気に開放）。
【０１０６】
この１５時間の後、水中ポンプを用いて反応タンクの上部から上澄みを除去した。残った混合物をタンクの底から除去した。採集した混合物は２時間安置した。安置した後、上澄みを別容器に移した。残ったスラリーをブフナー漏斗にて細孔径が１１μｍのろ紙で減圧ろ過した。集めたフィルターケーキをパイレックス皿に入れ、１１０℃で２４時間焼成した。
【０１０７】
乾燥生成物をボールミックスで粉砕し、一連の篩を通して粒径によって分級し、Ｐ０００９９沈殿物を生成した。
【０１０８】
ＩＩ．材料分析
集めた篩分級物の中で、目幅３８μｍの篩に残った粒子を含有し目幅７５μｍの篩を通過した分級物のみを使用した。
【０１０９】
Ａ．化学的特徴
ＸＲＦを用いて配合物に使用したＰ０００９９沈殿物を分析し元素組成を調べた。主要元素に関する結果を、本ブレンドに使用したＱｕｉｋｒｅｔｅタイプＩ／ＩＩポルトランドセメントに加え、Ｐ０００９９沈殿物について報告する。以下の表１。
【０１１０】
【表１】
2010527898.tif 000003
本沈殿物のＸＲＤ分析では、アラレ石およびマグネシウム方解石（Ｍｇ０．１Ｃａ０．９ＣＯ３に近い組成）の存在、ならびに少量のブルーサイトおよび岩塩（表２および図３）の存在が示される。Ｐ０００９９沈殿物のＦＴ−ＩＲ分析では、アラレ石、方解石およびブルーサイト（図４）の存在が確認される。
【０１１１】
【表２】
2010527898.tif 000004
クーロメトリーによって測定した全無機炭素含有量は、ＸＲＦ元素組成を加味したＸＲＤリートベルト法で評価した組成物から得た同値と概ね一致している。表３は、ＸＲＤ／ＸＲＦデータから得た％Ｃと比較したＰ０００９９のクーロメトリー分析結果を示す
【０１１２】
【表３】
2010527898.tif 000005
Ｂ．物理的特徴
沈殿物に対するＳＥＭ観察（図５Ａおよび５Ｂ参照）によってアラレ石（針状）の優勢に加え粒子凝集体のサイズが確認される。ポルトランドセメントおよびＰ０００９９沈殿物の判定されたＢＥＴ比表面積（「ＳＳＡ：ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ｓｕｒｆａｃｅ  ａｒｅａ」）を表４に示す。
【０１１３】
【表４】
2010527898.tif 000006
凝集した粒子を解離するための超音波前処理の２分後に粒径分布を判定した。図６はＰ０００９９沈殿物の粒径分布の視覚表示を示す。
【０１１４】
ＩＩＩ．ＯＰＣ／Ｐ０００９９配合セメント
モルタルを混合する直前にＰ０００９９沈殿物を普通ポルトランドセメント（ＯＰＣ）とおよそ２分間手作業でブレンドした。配合セメントは２０％（ｗ／ｗ）のＰ０００９９と８０％（ｗ／ｗ）のＯＰＣを含んでいた。
【０１１５】
Ａ．耐圧強度
ＡＳＴＭ  Ｃ１０９に従って耐圧強度の発現を判定した。１辺が２インチのモルタル立方体を圧縮試験に使用した。この沈殿物に対して２０％の置換率について調査し、プレーンポルトランドタイプＩ／ＩＩセメントモルタル、フライアッシュＦで置換したポルトランドタイプＩ／ＩＩセメントと比較した。水：セメント比はフロー基準１１０％＋／−５％（値：１０７％）を満たすために０．５８に調節した。
【０１１６】
配合物について６個の立方体を用意した。ＡＳＴＭ  Ｃ５１１保存条件との違いは以下の通りである：
・立方体は濡らしたタオル下で２４時間養生させた（推定相対湿度９５％）。
【０１１７】
・離型後、立方体を石灰槽に代えて相対湿度３０〜４０％の実験室内に保存した。
【０１１８】
結果を図７に示す。
【０１１９】
置換率５％の場合のデータについても同じ手順で得た沈殿物（Ｐ００１００、ＢＥＴ比表面積約１１ｍ２／ｇ）を用いて調査した。水：セメント比は１１０％のフロー要件を満たすために０．５４に調節した。結果を図８にまとめた。５％の置換率では、強度発現はプレーンポルトランドセメントの場合と同様であった。
【０１２０】
Ｂ．収縮
ＡＳＴＭ  Ｃ５９６に従い、Ｐ０００９９沈殿物について置換率２０％のモルタルバーの乾燥収縮を調査した。ポルトランドセメントタイプＩ／ＩＩのみ、またはポルトランドセメントとフライアッシュＦとの配合物を用いて構成した同様のバーと比較した。１１０％＋／−５％（値：１０７％）のフロー基準を満たすために水：セメント比は０．５８に調節した。ＡＳＴＭ  Ｃ５９６保存条件との違いは以下の通りであった：実験室内の相対湿度はＡＳＴＭ  Ｃ５９６で推奨される５０％ではなく３０〜４０％に近く、乾燥の可能性を増大させた。結果を図９に示す。
【０１２１】
Ｐ０００９９ミックスは水：セメント比が高いため、プレーンポルトランドまたはポルトランドフライアッシュ対照物よりも乾燥収縮しやすかった。
【０１２２】
【表５】
2010527898.tif 000007
上述の発明の明確な理解を目的として図示および例によってある程度詳細に説明したが、添付の請求項の精神および範囲を逸脱することなく或る種の変更および修正を行うことができることは、本発明の教示に照らせば当業者には容易に明らかである。
【０１２３】
従って、上記は単に本発明の原理を説明するに過ぎない。当然ながら、当業者は本明細書において明確に説明または示されてはいないが本発明の原理を具体化しその精神と範囲に含まれる各種構成を考案することが可能であろう。更に、本明細書において引用した例および条件的文言は全て本発明の原理および発明者らによって本技術の発展のために提供された概念に対する読者の理解を助けることを主に意図したものであり、こうした具体的に引用された例および条件を制限するものではないと解釈すべきである。加えて、本明細書における本発明の原理、態様、および実施形態に加えてその具体例を引用している文言は全て、その構造的および機能的均等物の両方を包括するよう意図されている。加えて、こうした均等物が現在周知の均等物と将来開発される均等物、すなわち、構造に関わらず同じ機能を果たす開発される要素の両方を含むよう意図されている。従って、本発明の範囲は本明細書において示し説明した例示的実施形態に限られるよう意図されてはいない。むしろ、本発明の範囲と精神は添付の請求項によって具体化されるものである。
【図１】
2010527898.tif 000008
【図２】
2010527898.tif 000009
【図３】
2010527898.tif 000010
【図４】
2010527898.tif 000011
【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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