气流多污染物控制系统和方法

专利名称：气流多污染物控制系统和方法
气流多污染物控制系统和方法交叉引用本申请要求2009年3月2日提交的名称为"Gas StreamMulti-Pollutants Control System and Method (气流多污染物控制系统和方法)”的美国临时专利申请 No. 61/156，809 ；2009 年 3 月 18 日提交的名称为 “Neutralizing Industrial Wastes Utilizing CO2 and a Divalent CationSolution(利用 CO2 和二价阳离子溶液中和工 业废料)”的美国临时专利申请No. 61/161,369 ；2010年2月17日提交的名称为“Gas StreamMulti-Pollutants Control System and Method(气流多污染物控制系统和方 法)”的美国临时专利申请No. 61/305，473 ；和2010年3月2日提交的名称为“Gas Stream Multi-Pollutants Control Systems and Methods (气流多污染物控制系统和方法)”的美 国临时专利申请No. 61/309，812的权益，它们各自全文经此引用并入本文。背景来自燃煤发电厂、水泥厂、矿石加工操作等的工业废气流是大气污染的一个主要 来源。特别有利害关系的是由化石燃料的燃烧产生的组分，这些组分包括二氧化碳；一氧 化碳；氮氧化物(NOx)；硫氧化物(SOx)；硫化物；卤化物，如氯化氢和氟化氢；颗粒物，如飞 灰；金属，包括但不限于砷、铍、硼、镉、铬、钴、铅、锰、汞、钼、硒、锶、铊和钒；有机物，如烃、 二噁类化合物(dioxins)和多环芳烃(PAH)；和放射性材料。传统上，这类工业废气流中的组分在一系列步骤中除去，其中，各个组分在单独的 步骤，通常在单独的单元中除去。例如，为了除去颗粒物如飞灰，使用集尘器，如静电除尘器 (ESP)或织物过滤器。为了清洗NOx之类的气体，使用选择性催化还原(SCR)系统。为了清 洗SOx之类的气体，使用烟道气(flue gas)脱硫(FGD)系统。为了清洗来自废气流的C02， 可以使用胺气体处理(例如使用单乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)或甲基二乙醇胺(MDEA) 的气体脱硫)。因此，用于除去工业废气流中的组分的传统多步骤、多单元法需要多重(有 时昂贵的)技术，并产生各自需要专门处理的多个产物流。因此，工业废气流的组分的传统清除和处理由其衍生的材料是复杂的并可能是昂贵的。概述在一些实施方案中，本发明提供处理工业废气的方法，其中该气体包含二氧化 碳和至少一种选自S0x;N0x;金属；非二氧化碳的酸性气体(non-carbon dioxide acid gas)；有机物(organic)；和颗粒物(particulatematter)的其它组分，包括使该气体与液 体在适合使至少一些二氧化碳和所述其它组分离开该气体并进入该液体的条件下接触，其 中该方法在单加工器中进行。在一些实施方案中，该气体在进入该加工器之前不经过除去 一些或所有的该二氧化碳或任何所述其它组分的预处理。在一些实施方案中，该气体在进 入该加工器之前被预处理以除去颗粒物。在一些实施方案中，该气体包含至少两种其它组 分，且其中这两种其它组分离开该气体并进入该液体。在一些实施方案中，这两种其它组分 是SOx和金属。在一些实施方案中，该金属包含重金属。在一些实施方案中，该金属选自锑、 砷、钡、铍、硼、镉、铬、钴、铜、铅、锰、汞、钼、镍、镭、硒、银、锶、铊、钒和锌。在一些实施方案中，该金属是汞。在一些实施方案中，这两种其它组分是SOx和非二氧化碳的酸性气体。在 一些实施方案中，这两种其它组分是金属和非二氧化碳的酸性气体。在一些实施方案中，这 两种其它组分是SOx和颗粒物。在一些实施方案中，该气体在进入该加工器之前不经过除 去一些或所有的该二氧化碳或任何所述其它组分的预处理。在一些实施方案中，该液体包 含水溶液。在一些实施方案中，该水溶液包含二价阳离子。在一些实施方案中，该方法进一 步包括加工该水溶液以产生包含碳酸盐、碳酸氢盐或其组合、和单数种所述其它组分或其 衍生物，或复数种所述其它组分和/或其衍生物的组合物，其中所述碳酸盐、碳酸氢盐或其 组合至少部分衍生自所述二氧化碳。在一些实施方案中，该组合物包括含固体和上清液的 浆料。在一些实施方案中，该固体包含碳酸盐、碳酸氢盐或其组合。在一些实施方案中，该固 体进一步包含所述单数种其它组分或其衍生物，或所述复数种其它组分和/或其衍生物。 在一些实施方案中，该方法进一步包括将该固体与上清液分离。在一些实施方案中，该固体 在经受浸提过程(leaching process)-其基本由下列步骤构成制备2xlL基本由乙酸水溶 液构成的萃取流体，其中每1升萃取流体基本由在去离子水中的5. 7毫升乙酸构成；如果粒 子的最窄尺寸(narrowest dimension)尚未小于1厘米，研磨该固体以使磨碎固体的粒子 的最窄尺寸小于1厘米；将100克该磨碎固体放入含2升萃取流体的萃取容器中以制造萃 取组合物；在室温下以上下翻滚方式旋转该萃取容器18士2小时；经由孔尺寸(pore size) 为0. 6微米至0. 8微米的硼硅酸盐玻璃纤维过滤该萃取组合物以制造浸出液(Ieachate)； 和用IN硝酸将该浸出液的pH调节至pH 2或小于pH 2的pH值-时产生包含少于0. 2毫 克/升汞的浸出液。在一些实施方案中，该浸提过程产生包含少于5. 0毫克/升砷的浸出 液。在一些实施方案中，该浸提过程产生包含少于100毫克/升钡的浸出液。在一些实施 方案中，该浸提过程产生包含少于1.0毫克/升镉的浸出液。在一些实施方案中，该浸提过 程产生包含少于5. 0毫克/升铬的浸出液。在一些实施方案中，该浸提过程产生包含少于 5. 0毫克/升铅的浸出液。在一些实施方案中，该浸提过程产生包含少于1. 0毫克/升硒的 浸出液。在一些实施方案中，该浸提过程产生包含少于5.0毫克/升银的浸出液。在一些 实施方案中，该固体在经受二氧化碳释放程序-其基本由下列步骤构成如果粒子的最窄 尺寸尚未小于1厘米，研磨该固体以使磨碎固体的粒子的最窄尺寸小于1厘米和将该固体 在具有pH 4. 8至pH 5. 2的pH值和60至80°C的温度的溶液中浸渍48小时-时产生不多 于5克二氧化碳/100克固体。在一些实施方案中，该固体在经受二氧化碳释放程序_其基 本由下列步骤构成如果粒子的最窄尺寸尚未小于1厘米，研磨该固体以使磨碎固体的粒 子的最窄尺寸小于1厘米和将该固体在具有PH 4.8至？!1 5. 2的pH值和60至80°C的温度 的溶液中浸渍48小时-时产生不多于5克二氧化碳/100克固体。在一些实施方案中，在 适合使至少50%二氧化碳和至少50%的所述其它组分离开该气体并进入该液体的条件下 进行该接触。 在一些实施方案中，本发明提供一种方法，包括(i)使气流与水溶液在适合使至 少一些二氧化碳和所述其它组分离开该气流并进入该水溶液的条件下接触，其中该气流包 含二氧化碳和至少一种选自SOx ；NOx ；金属；非二氧化碳的酸性气体；有机物；和颗粒物的 其它组分；和(ii)加工该水溶液以产生包含碳酸盐、碳酸氢盐或碳酸盐和碳酸氢盐的组 合、和单数种所述其它组分或其衍生物、或复数种所述其它组分和/或其衍生物的组合物， 其中所述碳酸盐、碳酸氢盐或碳酸盐和碳酸氢盐的组合至少部分衍生自二氧化碳。在一些实施方案中，所述其它组分选自SOx、金属、非二氧化碳的酸性气体和有机物。在一些实施方 案中，所述其它组分选自SOx和金属。在一些实施方案中，该气流包含至少两种其它组分， 且该加工产生包含碳酸盐、碳酸氢盐或碳酸盐和碳酸氢盐的组合、和所述两种其它组分和/ 或其衍生物的组合物。在一些实施方案中，这两种其它组分是SOx和金属。在一些实施方 案中，该金属包含重金属。在一些实施方案中，该金属选自锑、砷、钡、铍、硼、镉、铬、钴、铜、 铅、锰、汞、钼、镍、镭、硒、银、锶、铊、钒和锌。在一些实施方案中，该金属包含汞或汞衍生物。 在一些实施方案中，该气流包含至少三种其它组分，且该加工产生包含碳酸盐、碳酸氢盐或 碳酸盐和碳酸氢盐的组合、和所述三种其它组分和/或其衍生物的组合物。在一些实施方 案中，这三种其它组分是SOx、金属和非二氧化碳的酸性气体。在一些实施方案中，该金属 包含汞或汞衍生物。在一些实施方案中，所述非二氧化碳的酸性气体选自氯化氢、氟化氢和 SO30在一些实施方案中，这三种其它组分是SOx、金属和有机物。在一些实施方案中，该金 属包含汞或汞衍生物。在一些实施方案中，该组合物包括溶液。在一些实施方案中，该组合 物包括包含溶液和固体的浆料。在一些实施方案中，该方法进一步包括将该固体与该溶液 分离。在一些实施方案中，该固体在经受浸提过程-其基本由下列步骤构成制备2xlL基 本由乙酸水溶液构成的萃取流体，其中每1升萃取流体基本由在去离子水中的5. 7毫升乙 酸构成；如果粒子的最窄尺寸尚未小于1厘米，研磨该固体以使磨碎固体的粒子的最窄尺 寸小于1厘米；将100克该磨碎固体放入含2升萃取流体的萃取容器中以制造萃取组合物； 在室温下以上下翻滚方式旋转该萃取容器18士2小时；经由孔尺寸为0. 6微米至0. 8微米 的硼硅酸盐玻璃纤维过滤该萃取组合物以制造浸出液；和用IN硝酸将该浸出液的pH调节 至pH 2或小于pH 2的pH值-时产生包含少于0.2毫克/升汞的浸出液。在一些实施方 案中，该固体在经受二氧化碳释放程序-其基本由下列步骤构成如果粒子的最窄尺寸尚 未小于1厘米，研磨该固体以使磨碎固体的粒子的最窄尺寸小于1厘米和将该固体在具有 PH 4. 8至pH 5. 2的pH值和60至80°C的温度的溶液中浸渍48小时-时产生不多于5克 二氧化碳/100克固体。在一些实施方案中，该气流包含工业过程中产生的气体。在一些实 施方案中，该气流是废气流。在一些实施方案中，该废气流在发电厂、化学加工厂、机械加工 厂、精炼厂(refinery)、水泥厂或炼钢厂中产生。在一些实施方案中，该气流在进入该水溶 液之前不经过除去二氧化碳或所述其它组分的加工。在一些实施方案中，该气流包含金属 或金属衍生物，且其中加工该气流以将该金属或金属衍生物转化成更容易被该水溶液吸收 的形式。在一些实施方案中，所述非二氧化碳的酸性气体包含选自氯化氢、氟化氢和SO3的 气体。在一些实施方案中，至少50%的二氧化碳和至少50%的所述其它组分离开该气体并 进入该液体。在一些实施方案中，至少50%的二氧化碳和至少80%的所述其它组分离开该 气体并进入该液体。在一些实施方案中，至少70%的二氧化碳和至少70%的其它组分离开 该气体并进入该液体。在一些实施方案中，该接触和加工相继进行。在一些实施方案中，该 接触和加工同时进行。在一些实施方案中，该接触和加工在相同单元中进行。在一些实施方案中，本发明提供通过任何上述方法制成的组合物。在一些实施方案中，本发明提供包含碳酸盐、碳酸氢盐或其组合和含硫化合物的 组合物，其中该碳酸盐、碳酸氢盐或其组合具有小于-5. 00%。的相对碳同位素组成(δ 13C) 值，且其中该组合物在经受浸提过程-其基本由下列步骤构成制备2xlL基本由乙酸水溶 液构成的萃取流体，其中每1升萃取流体基本由在去离子水中的5. 7毫升乙酸构成；如果粒子的最窄尺寸尚未小于1厘米，研磨该固体以使磨碎固体的粒子的最窄尺寸小于1厘米； 将100克该磨碎固体放入含2升萃取流体的萃取容器中以制造萃取组合物；在室温下以上 下翻滚方式旋转该萃取容器18士2小时；经由孔尺寸为0. 6微米至0. 8微米的硼硅酸盐玻 璃纤维过滤该萃取组合物以制造浸出液；和用IN硝酸将该浸出液的pH调节至pH 2或小于 PH 2的pH值-时产生包含少于2.0毫克/升汞的浸出液。在一些实施方案中，该浸出液 包含少于1.5毫克/升汞。在一些实施方案中，该浸出液包含少于1.0毫克/升汞。在一 些实施方案中，该浸出液包含少于0. 5毫克/升汞。在一些实施方案中，该浸出液包含少于 0.2毫克/升汞。在一些实施方案中，该浸出液包含少于0.05毫克/升汞。在一些实施方 案中，该组合物包含汞、汞衍生物或其组合。在一些实施方案中，该相对碳同位素组成值小 于10. 00%。。在一些实施方案中，该组合物的相对碳同位素组成(δ 13C)值小于-15. 00%。。 在一些实施方案中，该组合物的相对碳同位素组成(S13C)值小于-20. 00%。。在一些实施 方案中，该组合物包含至少90%碳酸盐。在一些实施方案中，该组合物包含5 1的钙镁 比。在一些实施方案中，该固体在经受二氧化碳释放程序-其基本由下列步骤构成如果粒 子的最窄尺寸尚未小于1厘米，研磨该固体以使磨碎固体的粒子的最窄尺寸小于1厘米和 将该固体在具有PH 4. 8至ρΗ5. 2的pH值和60至80°C的温度的溶液中浸渍48小时-时产 生不多于5克二氧化碳/100克固体。在一些实施方案中，本发明提供包含碳酸盐、碳酸氢盐或其组合和汞、汞衍生物或 其组合的组合物，其中该碳酸盐、碳酸氢盐或其组合具有小于-5. 00%。的相对碳同位素组成 (S13C)值，且其中该组合物在经受浸提过程-其基本由下列步骤构成制备2xlL基本由乙 酸水溶液构成的萃取流体，其中每1升萃取流体基本由在去离子水中的5. 7毫升乙酸构成； 如果粒子的最窄尺寸尚未小于1厘米，研磨该固体以使磨碎固体的粒子的最窄尺寸小于1 厘米；将100克该磨碎固体放入含2升萃取流体的萃取容器中以制造萃取组合物；在室温 下以上下翻滚方式旋转该萃取容器18士2小时；经由孔尺寸为0. 6微米至0. 8微米的硼硅 酸盐玻璃纤维过滤该萃取组合物以制造浸出液；和用IN硝酸将该浸出液的pH调节至pH 2 或小于PH 2的pH值-时产生包含少于2.0毫克/升汞的浸出液。在一些实施方案中，该 浸出液包含少于1. 5毫克/升汞。在一些实施方案中，该浸出液包含少于1. 0毫克/升汞。 在一些实施方案中，该浸出液包含少于0. 5毫克/升汞。在一些实施方案中，该浸出液包含 少于0.2毫克/升汞。在一些实施方案中，该浸出液包含少于0.05毫克/升汞。在一些实 施方案中，该组合物在经受二氧化碳释放程序-其基本由下列步骤构成如果粒子的最窄 尺寸尚未小于1厘米，研磨该组合物以使磨碎的组合物的粒子的最窄尺寸小于1厘米和将 该磨碎的组合物在具有PH4. 8至pH 5. 2的pH值和60至80°C的温度的溶液中浸渍48小 时_时产生不多于5克二氧化碳/100克组合物。在一些实施方案中，本发明提供包含碳酸盐、碳酸氢盐或其组合、汞、汞衍生物或 其组合、和含硫化合物的组合物，其中该组合物(i)在经受浸提过程-其基本由下列步骤构 成制备2xlL基本由乙酸水溶液构成的萃取流体，其中每1升萃取流体基本由在去离子水 中的5. 7毫升乙酸构成；如果粒子的最窄尺寸尚未小于1厘米，研磨该固体以使磨碎固体 的粒子的最窄尺寸小于1厘米；将100克该磨碎固体放入含2升萃取流体的萃取容器中以 制造萃取组合物；在室温下以上下翻滚方式旋转该萃取容器18士2小时；经由孔尺寸为0.6 微米至0. 8微米的硼硅酸盐玻璃纤维过滤该萃取组合物以制造浸出液；和用IN硝酸将该浸出液的PH调节至pH 2或小于pH 2的pH值-时产生包含少于0. 2毫克/升汞的浸出液； 和(ii)在经受二氧化碳释放程序-其基本由下列步骤构成如果粒子的最窄尺寸尚未小于 1厘米，研磨该组合物以使磨碎的组合物的粒子的最窄尺寸小于1厘米和将该磨碎的组合 物在具有pH 4. 8至pH5. 2的pH值和60至80°C的温度的溶液中浸渍48小时-时产生不多 于5克二氧化碳/100克组合物。 在一些实施方案中，本发明提供一种系统，包含⑴工业废气源，其可操作地 (operably)连向(ii)加工器，其构造成(a)加工该气体以从该气体中至少部分除去二氧 化碳以及从该气体中至少部分除去至少一种其它组分，其中所述其它组分选自SOx、NOx, 金属、颗粒物、非二氧化碳的酸性气体和有机物，和(b)制造组合物，其包括包含至少一部 分该二氧化碳或它的一种或多种衍生物以及至少一部分所述其它组分或它的一种或多种 衍生物的产物，其中该组合物适合置于环境中。在一些实施方案中，该组合物包含碳酸 盐、碳酸氢盐或其组合。在一些实施方案中，所述其它组分是SOx或选自锑、砷、钡、铍、硼、 镉、铬、钴、铜、铅、锰、汞、钼、镍、镭、硒、银、锶、铊、钍、铀、钒和锌的金属；颗粒物；或其组 合。在一些实施方案中，依照 ToxicityCharacteristic Leaching Procedure^ Extract ion Procedure Toxicity Test、Synthetic Precipitation Leaching Procedure^ California Waste ExtractionTest> Soluble Threshold Limit Concentration、American Society for Testingand Materials Extraction Test、Multiple Extraction Procedure 或 其组合，该组合物适合置于环境中。在一些实施方案中，依照ToxicityCharacteristic Leaching Procedure，该组合物适合置于环境中。在一些实施方案中，该系统进一步包含 用于弃置至少一部分该组合物的组合物传送装置。在一些实施方案中，该组合物传送装置 构造成地下弃置至少一部分该组合物。在一些实施方案中，该加工器包含气-液接触器、 气-液_固接触器、反应器、沉降槽或其组合。在一些实施方案中，该加工器进一步构造成产 生加工过的废气流。在一些实施方案中，依照ReasonablyAvailable Control Technology ； Best Available Control Technology ；Maximum Achievable Control Technology ；Lowest Achievable EmissionRate或其组合，该加工过的废气流适合置于环境中。在一些实施方案 中，该系统进一步包含处理系统。在一些实施方案中，该处理系统包含用于浓缩至少一部分 该组合物和制造浓缩组合物和上清液的液_固分离器。在一些实施方案中，该上清液适合 置于环境中。在一些实施方案中，该处理系统构造成使至少一部分上清液再循环回该加工 器。在一些实施方案中，依照 Toxicity Characteristic Leaching Procedure Λ Extract ion ProcedureToxicity Test、Synthetic Precipitation Leaching ProcedureΛ California WasteExtraction Test、Soluble Threshold Limit ConcentrationΛAmerican Societyfor Testing and Materials Extraction Test、Multiple Extraction Procedure或其组合，该 浓缩组合物适合置于环境中。在一些实施方案中，该系统进一步包含用于由至少一部分该 浓缩组合物制造建筑材料的制造系统。在一些实施方案中，该制造系统构造成由该浓缩组 合物制造水泥、辅助水泥质材料(supplementary cementitious material)、细集料(fine aggregate)(mortar)、|且_|4 (coarse aggregate)(pozzolan) gJc
其组合。在一些实施方案中，该系统进一步包含用于弃置至少一部分该浓缩组合物的浓缩 组合物传送装置。在一些实施方案中，该浓缩组合物传送装置构造成地下弃置该浓缩组合 物。在一些实施方案中，该系统进一步包含用于制造在该加工器中加工气体用的氢氧化物的电化学系统。在一些实施方案中，该电化学系统包含阳极和阴极。在一些实施方案中， 在阴极处产生该氢氧化物。在一些实施方案中，在阳极处不形成氯。在一些实施方案中， 在阳极处不形成氧。在一些实施方案中，该加工器可操作地连向工厂，包括发电厂、化学加 工厂、机械加工厂、精炼厂、水泥厂或炼钢厂。在一些实施方案中，气体传送装置可操作地 将该加工器连向工厂。在一些实施方案中，该系统构造成在工厂的高需求期减低动力消 耗(the system is configured to be powered down during a period of high demand onthe industrial plmt)。在一些实施方案中，该系统、工厂，或系统和工厂的组合仍然 遵循Reasonably Available Control Technology ；Best AvailableControl Technology ； Maximum Achievable Control Technology ；LowestAchievable Emission Rate或其组合。在一些实施方案中，本发明提供一种系统，其包含(i)包含二氧化碳和一种或多 种选自S0x、N0x、金属、非二氧化碳的酸性气体、有机物和颗粒物的其它组分的工业废气源； ( )构造成在单个加工单元中从该气体中除去至少一部分该二氧化碳和所述其它组分的 加工器；和(iii)可操作地连接该工业废气源和该加工器的导管，其中该导管构造成将至 少一部分该工业废气导向该加工器。在一些实施方案中，该系统不包含在该工业废气源和 该加工器之间的预加工器，其中该预加工器构造成在该气体送至加工器之前除去该气体中 的一种或多种所述其它组分。在一些实施方案中，该气体包含至少两种所述其它组分且其 中该加工器构造成在单个加工单元中从该气体中除去至少一部分该二氧化碳和所述其它 组分。在一些实施方案中，本发明提供一种方法，包括a)用水溶液加工工业废气流；b) 从该工业废气流中除去二氧化碳和至少一种选自SOx ；NOx ；一氧化碳；金属；颗粒物；卤化 物；和有机物的其它组分；和c)制造包含所述至少一种其它组分或其产物的含碳酸盐和 /或碳酸氢盐的组合物，其中该组合物封存(sequester) 二氧化碳和所述至少一种其它组 分，且其中该组合物适合置于环境中。在一些实施方案中，该组合物封存二氧化碳和至少 两种其它组分。在一些实施方案中，该组合物封存二氧化碳和至少三种其它组分。在一些 实施方案中，从该工业废料流中除去至少50%的二氧化碳。在一些实施方案中，从该工业 废料流中除去至少75%的至少一种其它组分。在一些实施方案中，该金属包含锑、砷、钡、 铍、硼、镉、铬、钴、铜、铅、锰、汞、钼、镍、镭、硒、银、锶、铊、钍、铀、钒、锌或其组合。在一些实 施方案中，颗粒物包含飞灰、来自煅烧的粉尘，或其组合。在一些实施方案中，该卤化物包含 氯化氢、氟化氢或其组合。在一些实施方案中，加工该工业废气流产生加工过的废气流，其 依照Reasonably Available Control Technology ；Best AvailableControl Technology ； Lowest Achievable Emission Rate或其组合，适合置于环境中。在一些实施方案中，该方 法进一步包括地上、地下或水下弃置至少一部分该组合物。在一些实施方案中，该方法进一 步包括从该组合物中除去水以产生上清液和浓缩组合物。在一些实施方案中，该上清液适 合置于环境中。在一些实施方案中，该方法进一步包括将该上清液再循环到水溶液中。在 一些实施方案中，该浓缩组合物关于碳酸盐、碳酸氢盐、所述至少一种其它组分、所述至少 一种其它组分的产物或其组合进行浓缩。在一些实施方案中，该浓缩组合物包含沉淀材料。 在一些实施方案中，该浓缩组合物包含多于25%沉淀材料。在一些实施方案中，该浓缩组合 物包含多于50%沉淀材料。在一些实施方案中，该浓缩组合物包含多于75%沉淀材料。在 一些实施方案中，该沉淀材料包含二价阳离子的盐。在一些实施方案中，该二价阳离子包含钙、镁或其组合。在一些实施方案中，该二价阳离子进一步包含锶。在一些实施方案中，依照 Toxicity Characteristic Leaching Procedure> Extraction ProcedureToxicity Test、 Synthetic Precipitation Leaching Procedure> California WasteExtraction Test、 Soluble Threshold Limit Concentration>American Societyfor Testing and Materials Extraction Test、Multiple Extraction Procedure或其组合，该浓缩组合物适合置于环 境中。在一些实施方案中，该方法进一步包括地上、地下或水下弃置至少一部分该浓缩组合 物。在一些实施方案中，该方法进一步包括在水泥、细集料、灰泥、粗集料、混凝土、火山灰或 其组合中使用该浓缩组合物。在一些实施方案中，该方法进一步包括在用水溶液加工该工 业废气流之前预处理该工业废气流以除去至少一部分颗粒物。在一些实施方案中，该方法 进一步包括用该除去的颗粒物增强水泥、细集料、灰泥、粗集料、混凝土、火山灰。在一些实 施方案中，该方法进一步包括在用水溶液加工该工业废气流之前用氧化剂预处理该工业废 气流以氧化该工业废气流的至少一种组分。在一些实施方案中，该氧化剂是过氧化氢或氯。 在一些实施方案中，所述至少一种组分是NO、Hg或其组合。在一些实施方案中，该方法进 一步包括在电化学系统中制造除质子剂(proton-removing agent)，其中将该除质子剂添 加到用于加工该工业废气流的水溶液中。在一些实施方案中，该除质子剂是氢氧化物。在 一些实施方案中，在该电化学系统的阴极处形成该氢氧化物。在一些实施方案中，在该电化 学系统的阳极处不形成氯。在一些实施方案中，在该电化学系统的阳极处不形成氧。在一 些实施方案中，该方法进一步包括由于提供该工业废气流的工厂的高需求而暂停该工业废 气流的加工。在一些实施方案中，该工业废气流保持遵循ReasonablyAvailable Control Technology ；Best Available Control Technology ；LowestAchievabIe Emission Rate或 其组合。在一些实施方案中，本发明提供通过任何上述方法制成的组合物。在一些实施方案中，本发明提供包含碳酸盐以及硫酸盐的组合物，其中该碳酸盐 具有小于-5. 00%。的相对碳同位素组成(S13C)值，且其中依照Toxicity Characteristic Leaching Procedure>Extraction ProcedureToxicity Test、 Synthetic Precipitation Leaching Procedure> California WasteExtraction Test、Soluble Threshold Limit Concentration、American Societyfor Testing and Materials Extraction Test、 Multiple Extraction Procedure或其组合，该组合物适合置于环境中。在一些实施方案 中，该碳酸盐具有小于-10. 00%。的相对碳同位素组成(S13C)值。在一些实施方案中，该组 合物包含70-99. 9%碳酸盐和0. 1-30%硫酸盐。在一些实施方案中，该组合物进一步包含 钙、镁或其组合。在一些实施方案中，该组合物进一步包含碳酸氢盐、亚硫酸盐、硝酸盐、亚 硝酸盐、硅酸盐、硅铝酸盐、氯化物、氟化物、氧化物、颗粒物，或其组合。在一些实施方案中， 该组合物进一步包含锑、砷、钡、铍、硼、镉、铬、钴、铜、铅、锰、汞、钼、镍、镭、硒、银、锶、铊、 钍、铀、钒、锌或其组合。在一些实施方案中，该组合物包含0. 1-10，OOOppb汞。在一些实施 方案中，该组合物包含水泥、细集料、灰泥、粗集料、混凝土、火山灰，或其组合。在一些实施方案中，本发明提供包含构造成加工来自工业废气流的二氧化碳 和来自该废气流的至少一种选自S0x、N0x、一氧化碳、金属、颗粒物、卤化物和有机物的 其它组分和制造包含由加工二氧化碳以及所述至少一种其它组分或其产物产生的产物 的组合物的加工器的系统，其中该组合物适合置于环境中。在一些实施方案中，由加工二氧化碳产生的该组合物包含碳酸盐、碳酸氢盐，或碳酸盐和碳酸氢盐。在一些实施方 案中，所述至少一种其它组分是SOx;金属，选自锑、砷、钡、铍、硼、镉、铬、钴、铜、铅、锰、 汞、钼、镍、镭、硒、银、锶、铊、钍、铀、钒和锌；颗粒物；或其组合。在一些实施方案中，依照 ToxicityCharacteristic Leaching Procedure> Extraction Procedure Toxicity Test、 Synthetic Precipitation Leaching Procedure> California Waste ExtractionTest> Soluble Threshold Limit Concentration>American Society for Testingand Materials Extraction Test、Multiple Extraction Procedure 或其组合，该组合物适合置于环境 中。在一些实施方案中，该系统进一步包含用于弃置至少一部分该组合物的组合物传送装 置。在一些实施方案中，该组合物传送装置构造成地下弃置至少一部分该组合物。在一些 实施方案中，该加工器包含气_液接触器、气-液-固接触器、反应器、沉降槽，或其组合。 在一些实施方案中，该加工器进一步构造成产生加工过的废气流。在一些实施方案中，依 照 Reasonably Available Control Technology ；Best Available Control Technology ； Lowest Achievable Emission Rate或其组合，该加工过的废气流适合置于环境中。在一些 实施方案中，该系统进一步包含处理系统。在一些实施方案中，该处理系统包含用于浓缩至 少一部分该组合物和制造浓缩组合物和上清液的液-固分离器。在一些实施方案中，该上 清液适合置于环境中。在一些实施方案中，该处理系统构造成使至少一部分上清液再循环 回该加工器。在一些实施方案中，依照 Toxicity Characteristic Leaching Procedure> Extraction ProcedureToxicity Test、 Synthetic Precipitation Leaching Procedure> California WasteExtraction Test>Soluble Threshold Limit Concentration>American Societyfor Testing and Materials Extraction Test>Multiple Extraction Procedure 或其组合，该浓缩组合物适合置于环境中。在一些实施方案中，该系统进一步包含用于由 至少一部分该浓缩组合物制造建筑材料的制造系统。在一些实施方案中，该制造系统构造 成由该浓缩组合物制造水泥、细集料、灰泥、粗集料、混凝土、火山灰或其组合。在一些实施 方案中，该系统进一步包含用于弃置至少一部分该浓缩组合物的浓缩组合物传送装置。在 一些实施方案中，该浓缩组合物传送装置构造成地下弃置该浓缩组合物。在一些实施方案 中，该系统进一步包含用于制造在该加工器中加工该工业废气流用的氢氧化物的电化学系 统。在一些实施方案中，该电化学系统包含阳极和阴极。在一些实施方案中，在阴极处产生 该氢氧化物。在一些实施方案中，在阳极处不形成氯。在一些实施方案中，在阳极处不形成 氧。在一些实施方案中，该加工器可操作地连向工厂，包括发电厂、化学加工厂、机械加工 厂、精炼厂、水泥厂、炼钢厂，或作为燃料燃烧或一些其它加工步骤的副产物产生CO2的任何 其它工厂。在一些实施方案中，气体传送装置可操作地将该加工器连向工厂。在一些实施 方案中，该系统构造成在该工厂的高需求期减低动力消耗。在一些实施方案中，该系统、该 工厂，或该系统和工厂的组合保持遵循Reasonably Available Control Technology ；Best Available ControlTechnology ；Lowest Achievable Emission Rate 或其组合。
在一些实施方案中，本发明提供包括使废气流与含金属离子的水溶液接触的方 法，由此至少三种下列组分从该废气流中除去并包含在不可溶的稳定沉淀材料中二氧化 碳；一氧化碳；氮氧化物(NOx)；硫氧化物(SOx)；硫化氢；氯化氢；氟化氢；飞灰；粉尘；金 属，包括砷、铍、硼、镉、铬、铬VI、钴、铅、锰、汞、钼、硒、锶、铊；烃；放射性材料；二噁类化合 物；和PHA。在一些实施方案中，本发明提供一种方法，其包括使工业废气流与包含二价阳离子的水溶液接触；除去二氧化碳和至少两种选自一氧化碳；氮氧化物(NOx)；硫氧化物 (SOx)；硫化氢；氯化氢；氟化氢；飞灰；粉尘；金属，包括砷、铍、硼、镉、铬、铬VI、钴、铅、锰、 汞、钼、硒、锶、铊；烃；放射性材料，二噁类化合物和PAH的组分；和制造包含所述至少两种 组分或所述至少两种组分的产物的该二价阳离子的含碳酸盐和/或碳酸氢盐的组合物，其 中所述含碳酸盐和/或碳酸氢盐的组合物用于封存二氧化碳。在一些实施方案中，除去至 少 1%,5%,10%,25%,30%,40%,50%,60%,70%,75%,80%,85%,90%^； 95% 的一种 或多种该组分，其中各所述一种或多种组分可以以相同或不同的百分比水平除去。在一些 实施方案中，除去基本所有的各一种或多种组分。在一些实施方案中，该水溶液包含钙或 镁离子。在一些实施方案中，该水溶液选自海水、盐水、内陆水和包含溶解的镁铁矿物的溶 液。在一些实施方案中，该沉淀材料包含碳酸盐、碳酸氢盐、硝酸盐和/或硫酸盐或亚硫酸 盐。在一些实施方案中，该沉淀材料包含汞、硒和飞灰。在一些实施方案中，该沉淀材料包含 金属络合物、粉尘和颗粒物。在一些实施方案中，该方法进一步包括在与该水溶液接触之前 预处理该废气流以除去其中的颗粒物。在一些实施方案中，该方法进一步包括在与该水溶 液接触之前预处理该废气流以氧化其中的组分。在一些实施方案中，该方法进一步包括在 使该废气流与该水溶液接触之前将一氧化二氮转化成二氧化氮；将三氧化硫转化成二氧化 硫；将一氧化碳、烃、放射性材料、二噁类化合物和/或PAH转化成二氧化碳；和/或将金属 转化成金属氧化物。在一些实施方案中，该方法进一步包括从该水溶液中提取上清液和脱 盐水。在一些实施方案中，该方法进一步包括使该上清液再循环到该水溶液中。在一些实施 方案中，该沉淀材料包含水凝水泥。在一些实施方案中，该沉淀材料包含集料(aggregate)。 在一些实施方案中，该含金属离子的溶液的PH为10、11、12或更高。在一些实施方案中，使 用来自在阳极处不生成气体的电化学法的氢氧离子将该含金属离子的溶液调节至基本恒 定的PH值。 在一些实施方案中，本发明提供包括使包含二氧化碳、氮氧化物和硫氧化物的废 气流与含金属离子的水溶液接触和使包含来自该废气流的二氧化碳、硫氧化物和汞的沉淀 材料沉淀的方法。在一些实施方案中，本发明提供包括使包含二氧化碳、NOx和SOx的工业 废气流与包含二价阳离子的水溶液接触和制造包含NOx、SOx或其组合的产物的该二价阳 离子的含碳酸盐和/或碳酸氢盐的组合物的方法，其中所述含碳酸盐和/或碳酸氢盐的组 合物用于封存二氧化碳。在一些实施方案中，该方法进一步包括在所述接触之前或之后加 工该废气流以除去颗粒物和氮氧化物中的一种或多种。在一些实施方案中，该加工在一个 或多个步骤中进行。在一些实施方案中，该方法进一步包括在使该废气流与该水溶液接触 之前预处理该废气流以除去颗粒物。在一些实施方案中，该方法进一步包括在使该废气流 与该水溶液接触之前预处理该废气流以将一氧化二氮转化成二氧化氮；将三氧化硫转化成 二氧化硫；将一氧化碳、烃、二噁类化合物和/或PAH转化成二氧化碳；和或将金属转化成 金属氧化物。在一些实施方案中，该水溶液包含钙或镁离子。在一些实施方案中，该含金属 离子的溶液选自海水、盐水、内陆水和含溶解的镁铁矿物的水溶液。在一些实施方案中，该 方法进一步包括从该水溶液中提取上清液和脱盐水。在一些实施方案中，该方法进一步包 括使至少一部分该上清液再循环到该水溶液中。在一些实施方案中，该方法进一步包括从 该废气流中除去基本所有二氧化碳、汞和/或硫氧化物。在一些实施方案中，该方法进一步 包括从该废气流中除去5 %、10 %、20 %、30 %、40 %、50 %、60 %、70 %、80 %或更多的二氧化碳、汞和/或硫氧化物。在一些实施方案中，该沉淀材料包含碳酸钙、碳酸镁、碳酸钙镁和 金属络合物。在一些实施方案中，该沉淀材料包含下列一种或多种飞灰；粉尘；金属，包括 砷、铍、硼、镉、铬、铬VI、钴、铅、锰、汞、钼、硒、锶和铊。在一些实施方案中，本发明提供包括使来自工业源的烟道气与含金属离子的水溶 液在使二氧化碳和该烟道气的至少两种其它组分沉淀到不可溶的稳定沉淀材料中的条件 下接触的步骤。在一些实施方案中，本发明提供包括使来自工业源的烟道气与包含二价阳 离子的水溶液在产生包含该烟道气的至少两种组分的产物的该二价阳离子的含碳酸盐和/ 或碳酸氢盐的组合物的条件下接触的方法，其中所述含碳酸盐和/或碳酸氢盐的组合物用 于封存二氧化碳。在一些实施方案中，该方法进一步包括处理该烟道气以增强该烟道气的 所述两种其它组分中的至少一种或其衍生物包含到该不可溶的稳定沉淀材料中。在一些实施方案中，本发明提供处理来自工业源的烟道气以除去该烟道气的不合 意组分的方法，包括处理该烟道气以除去颗粒物，随后处理该烟道气以从中除去二氧化碳、 汞和硫氧化物。在一些实施方案中，在所述处理之前或之后进一步加工该烟道气以除去颗 粒物和氮氧化物中的一种或多种。在一些实施方案中，该烟道气在一个或多个步骤中进一 步加工。在一些实施方案中，本发明提供处理包含二氧化碳和硫氧化物的废气流的方法， 包括通过在单步骤中使该二氧化碳、硫氧化物在不可溶组合物中沉淀，从该废气流中除去 至少50%的二氧化碳和至少50%的硫氧化物。在一些实施方案中，本发明提供处理包含二 氧化碳和SOx的工业废气流的方法，包括通过制造包含碳酸盐、碳酸氢盐、亚硫酸盐、硫酸 盐或其组合的组合物，从该废气流中除去至少50%的二氧化碳和至少50%的SOx。在一些 实施方案中，该废气流进一步包含汞。在一些实施方案中，该方法进一步包括从该废气流中 除去至少50%的汞。在一些实施方案中，该废气流进一步包含氮氧化物且其中该方法进一 步包括在单一过程中除去至少50%的氮氧化物。在一些实施方案中，从包含二价阳离子的 水溶液沉淀该二氧化碳和硫氧化物。在一些实施方案中，该二价阳离子包含钙和镁。在一 些实施方案中，该方法进一步包括预处理该废气流以使一种或多种其成分更容易沉淀。在一些实施方案中，本发明提供处理废气流的方法，其中该废气流包含二氧化碳 和汞，且其中该方法包括在包含沉淀二氧化碳和汞的单一过程中除去至少50%的二氧化碳 和至少50%的汞。在一些实施方案中，本发明提供处理包含二氧化碳和汞的工业废气流 的方法，包括通过制造包含碳酸盐、碳酸氢盐、汞、汞化合物或其组合的组合物，除去至少 50%的二氧化碳和至少50%的汞。在一些实施方案中，本发明提供处理来自工业源的烟道气以除去该烟道气的不合 意组分的方法，包括处理该烟道气以除去颗粒物，随后处理该烟道气以除去二氧化碳和硫 氧化物(SOx)。在一些实施方案中，本发明提供处理来自工业源的烟道气以除去该烟道气的 不合意组分的方法，包括处理该烟道气以除去颗粒物，随后处理该烟道气以从中除去二氧 化碳、SOx和汞。在一些实施方案中，本发明提供包含适合使废气流与含金属离子的水溶液接触的 加工器的系统，其中至少三种下列组分可从该废气流中除去并可以包含在不可溶的稳定沉 淀材料中二氧化碳；一氧化碳；氮氧化物；硫氧化物；硫化氢；氯化氢；氟化氢；飞灰；粉 尘；金属，包括砷、铍、硼、镉、铬、铬VI、钴、铅、锰、汞、钼、硒、锶、铊；烃；放射性材料；二噁类化合物；和PAH。在一些实施方案中，本发明提供包含加工器的系统，该加工器构造成使工 业废气流与包含二价阳离子的水溶液接触；除去二氧化碳和至少两种选自一氧化碳；氮氧 化物；硫氧化物；硫化氢；氯化氢；氟化氢；飞灰；粉尘；金属，包括砷、铍、硼、镉、铬、铬VI、 钴、铅、锰、汞、钼、硒、锶、铊；烃；放射性材料，二噁类化合物和PAH的组分；和制造包含所述 至少两种组分或所述至少两种组分的产物的该二价阳离子的含碳酸盐和/或碳酸氢盐的 组合物，其中所述含碳酸盐和/或碳酸氢盐的组合物用于封存二氧化碳。在一些实施方案 中，该系统进一步包含向该加工器供应氢氧离子的氢氧离子系统。在一些实施方案中，该系 统进一步包含向该加工器供应含二价阳离子的溶液的水溶液系统。在一些实施方案中，该 废气流包含二氧化碳、氮氧化物和硫氧化物。在一些实施方案中，该废气流包含颗粒物、飞 灰、砷、铍、硼、镉、铬、铬VI、钴、铅、锰、汞、钼、硒、锶、铊、钒、粉尘、放射性材料、二噁类化合 物和PAH化合物。在一些实施方案中，该加工器适用于接收该废气流中来自燃煤发电厂、水 泥厂、铸造厂、冶炼厂、精炼厂或矿石加工操作的燃烧气体和颗粒物。在一些实施方案中，该 水溶液系统适用于向该加工器供应钙和镁离子。在一些实施方案中，该含水系统适用于向 该加工器供应含二价阳离子的水，包括海水、盐水、内陆水和通过溶解镁铁矿物而形成的水 溶液。在一些实施方案中，该含水系统适用于向该加工器供应由溶解的选自橄榄石、辉石、 闪石、黑云母、玄武岩和辉长岩的镁铁矿物形成的含二价阳离子的溶液。在一些实施方案 中，该加工器适用于使二氧化碳、氮氧化物、硫氧化物和汞从该废气流清除到该水溶液中。 在一些实施方案中，该加工器适用于从该废气流中除去氮氧化物、硫氧化物和二氧化碳。在 一些实施方案中，该加工器适用于将二氧化碳、氮氧化物、硫氧化物或颗粒物及其组合物从 该废气流清除到该水溶液中。在一些实施方案中，该系统进一步包含能由该水溶液中的沉 淀提取上清液和脱盐水的系统。在一些实施方案中，该系统进一步包含能使至少一部分该 上清液再循环到该水溶液中的系统。在一些实施方案中，该系统进一步包含用于从该水溶 液中分离沉淀材料和上清液的液-固分离器。在一些实施方案中，该系统进一步包含用于 由该沉淀材料制造干燥产物的干燥器。在一些实施方案中，本发明提供包含碳酸钙、碳酸镁和硫酸钙和/或亚硫酸钙的 合成组合物，其中该碳酸盐和该硫酸盐和/或亚硫酸盐在燃烧废气流中源自化石燃料。在 一些实施方案中，本发明提供包含Ca2+、Mg2+或Ca2+和Mg2+的盐的合成组合物，其中抗衡离 子包含碳酸根，以及硫酸根和/或亚硫酸根，且其中该碳酸盐具有小于-5. 00%。的相对碳同 位素组成(δ 13C)值。在一些实施方案中，本发明提供合成组合物，其包含从燃烧气流中沉淀的下列两 种或更多种碳酸钙或碳酸镁、硫酸钙或亚硫酸钙、汞、硝酸钙、颗粒物、铅、砷。在一些实施 方案中，本发明提供包含Ca2+、Mg2+或Ca2+和Mg2+的盐(其中抗衡离子包含碳酸根以及硫酸 根、亚硫酸根、硝酸根、亚硝酸根)、汞、汞化合物、铅、砷、颗粒物或其组合的合成组合物，且 其中该碳酸盐具有小于-5. 00%。的相对碳同位素组成(S13C)值。在一些实施方案中，本发明提供合成组合物，其包含从燃烧气流中沉淀的下列三 种或更多种碳酸钙或碳酸镁、硫酸钙或亚硫酸钙、汞、硝酸钙、颗粒物、铅、镉、砷。在一些实施方案中，本发明提供包含从燃烧气流中沉淀的70-99%碳酸钙和碳酸 镁和1-30%钙和/或镁硫酸盐或亚硫酸盐的合成组合物。在一些实施方案中，该组合物进 一步包含0.00001-0. 汞化合物。在一些实施方案中，该组合物进一步包含1-25%硝酸盐或亚硝酸盐化合物。在一些实施方案中，该组合物包含建筑材料。在一些实施方案中，该 组合物包含水泥、集料、火山灰、灰泥或其组合。在一些实施方案中，本发明提供包含Ca2+、 Mg2+，或Ca2+和Mg2+的盐的合成组合物，其中70-99%的该合成组合物包含碳酸盐，且1_30% 包含硫酸盐和/或亚硫酸盐，其中该碳酸盐具有小于-5. 00%。的相对碳同位素组成(δ 13C) 值。在一些实施方案中，本发明提供中和工业废料的方法，包括使第一废料流与第二 废料流在二价阳离子水溶液存在下接触，由此中和至少一种废料流中的成分。在一些实施 方案中，第一废料流包含碱，第二废料流包含二氧化碳。在一些实施方案中，该第一废料流 中的成分包含氢氧化钠、氢氧化镁、氢氧化钙，或氧化钙。在一些实施方案中，该第一废料流 包含红泥和/或飞灰。在一些实施方案中，该二价阳离子水溶液包含碱土金属离子。在一 些实施方案中，该二价阳离子水溶液包含钙和/或镁离子。在一些实施方案中，该二价阳离 子水溶液包含咸水。在一些实施方案中，该二价阳离子水溶液包含海水、微咸水、盐水，或含 溶解的镁铁矿物的水溶液。在一些实施方案中，该方法进一步包括在该二价阳离子水溶液 中形成沉淀材料。在一些实施方案中，该沉淀材料包含二价阳离子碳酸盐。在一些实施方 案中，该沉淀材料包含中和红泥和/或中和飞灰。在一些实施方案中，该沉淀材料包含碳酸 氢盐、硝酸盐和/或硫酸盐和/或亚硫酸盐。在一些实施方案中，该沉淀材料包含汞和/或 硒。在一些实施方案中，该沉淀材料包含金属络合物、粉尘、和颗粒物。在一些实施方案中， 中和该第一和第二废料流中的至少1% >5% ,10%,25%,30%,40%,50%,60%,70%,80% 或90%的成分。在一些实施方案中，中和该第一和第二废料流中的几乎所有成分。在一些 实施方案中，该方法进一步包括在与水溶液接触之前预处理该第二废料流以除去其中的颗 粒物。在一些实施方案中，该方法进一步包括在与该水溶液接触之前预处理该第二废料流 以氧化其中的组分。在一些实施方案中，该方法进一步包括从该二价阳离子溶液中提取上 清液和脱盐水。在一些实施方案中，该方法进一步包括使至少一部分该上清液再循环到该 二价阳离子水溶液中。在一些实施方案中，该沉淀材料包含水凝水泥。在一些实施方案中， 该沉淀材料包含集料。在一些实施方案中，该第一废料流的PH为10、11、12或更高。在一些 实施方案中，通过与该第一废料流接触，将二价阳离子溶液的PH调节至基本恒定的ρΗ值。 在一些实施方案中，使用来自在阳极处不生成气体的电化学方法的氢氧离子将二价阳离子 溶液的PH调节至基本恒定的ρΗ值。在一些实施方案中，本发明提供中和工业废料的方法，包括使该废料与包含二氧 化碳的废气流和包含二价阳离子水溶液的液流接触，由此中和该废料的PH值。在一些实施 方案中，该废料包含红泥和/或飞灰。在一些实施方案中，该二价阳离子水溶液包含碱土金 属离子。在一些实施方案中，该二价阳离子水溶液包含钙和/或镁离子。在一些实施方案 中，该二价阳离子水溶液包含咸水。在一些实施方案中，该含二价阳离子的水溶液包含海 水、微咸水、盐水或含溶解的镁铁矿物的水溶液。在一些实施方案中，该废气流包含由化石 燃料燃烧形成的二氧化碳。在一些实施方案中，该方法进一步包括在该二价阳离子水溶液 中形成沉淀材料。在一些实施方案中，该沉淀材料包含二价阳离子碳酸盐。在一些实施方案中，该沉淀材料包含碳酸钙、碳酸镁、碳酸钙镁和金属络合物。在 一些实施方案中，该沉淀材料包含下列一种或多种红泥、飞灰；粉尘；金属，包括砷、铍、 硼、镉、铬、铬VI、钴、铅、锰、汞、钼、硒、锶和铊。在一些实施方案中，该方法进一步包括在所述接触之前或之后加工该废气流以除去颗粒物和氮氧化物中的一种或多种。在一些实施方 案中，该方法进一步包括从该水溶液中提取上清液和脱盐水。在一些实施方案中，该方法进 一步包括使至少一部分该上清液再循环到该水溶液中。在一些实施方案中，该方法进一步 包括从该废气流中除去基本所有二氧化碳、汞和/或硫氧化物。在一些实施方案中，该方法 进一步包括从该废料中除去5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%或更多的氢 氧离子。在一些实施方案中，本发明提供包含适用于使气态源与废料源和含阳离子的水溶 液接触的加工器的废料处理系统，其中该加工器可用于通过与水溶液接触来中和该废料源 中的成分。在一些实施方案中，该系统进一步包含用于向该加工器供应氢氧离子的碱系统。 在一些实施方案中，该系统进一步包含向该加工器供应含二价阳离子的溶液的水溶液系 统。在一些实施方案中，废气流源向该加工器提供二氧化碳、氮氧化物和硫氧化物，且废料 源适用于向该加工器供应红泥和/或飞灰。在一些实施方案中，该废气流源包含颗粒物、飞 灰、砷、铍、硼、镉、铬、铬VI、钴、铅、锰、汞、钼、硒、锶、铊、钒、粉尘、放射性材料、二噁类化合 物和PAH化合物。在一些实施方案中，该加工器能够接收该废气流中来自燃煤发电厂、水泥 厂、铸造厂、冶炼厂、精炼厂或矿石加工操作的燃烧气体和颗粒物。在一些实施方案中，该水 溶液系统能够向该加工器供应钙和镁离子。在一些实施方案中，该含水系统能够向该加工 器供应含二价阳离子的水，包括海水、盐水、内陆水和通过溶解镁铁矿物而形成的水溶液。 在一些实施方案中，该含水系统能够向该加工器供应由溶解的选自橄榄石、辉石、闪石、黑 云母、玄武岩和辉长岩的镁铁矿物产生的含二价阳离子的溶液。在一些实施方案中，该加工 器能使二氧化碳、氮氧化物、硫氧化物和汞从该废气流清除到该水溶液中。在一些实施方案 中，该系统进一步包含能由该水溶液中的沉淀提取上清液和脱盐水的液-固分离器。在一 些实施方案中，该系统进一步包含使至少一部分该上清液循环到水溶液中的再循环系统。 在一些实施方案中，该系统进一步包含用于由该沉淀材料制造干燥产物的干燥器。在一些实施方案中，本发明提供包含红泥和/或飞灰、碳酸钙和/或碳酸镁、硫酸 钙和/或亚硫酸钙的合成组合物，其中该碳酸盐和硫酸盐和/或亚硫酸盐源自化石燃料并 存在于燃烧废气流中。在一些实施方案中，本发明提供包含红泥和/或飞灰、从燃烧气流中沉淀的 70-99%碳酸钙和/或碳酸镁和1-30%钙和/或镁的硫酸盐和/或亚硫酸盐的合成组合物。 在一些实施方案中，该组合物进一步包含0.00001-0. 汞化合物。在一些实施方案中，该 组合物进一步包含1-25%硝酸盐或亚硝酸盐化合物。在一些实施方案中，该组合物包含建 筑材料。在一些实施方案中，该组合物包含水泥、集料、火山灰、灰泥，或其组合。在一些实施方案中，本发明提供形成合成水凝水泥组合物的方法，包括使废气流 (例如燃烧气流)与含二价阳离子的水溶液接触以沉淀该水泥组合物。在各种实施方案 中，该水泥组合物包含通过使该废气流的组分与该水溶液中的碱土金属离子反应以形成矿 化盐(mineralized salts)和金属络合物而形成的粒子和沉淀材料。在各种实施方案中， 回收该沉淀材料并如全文经此引用并入本文的2008年12月24日提交的共同转让的美国 专利申请No. 12/344，019中所述用作例如水凝水泥和/或建筑材料。通过利用该沉淀材料 作为水凝水泥(例如在建筑材料中)，该废气流的被移除的组分可无限期封存。在各种实 施方案中，向该水溶液供应氢氧离子以导致除去颗粒物和该废气流的组分与该水溶液的反应，以形成沉淀材料。在各种实施方案中，使在从水溶液中除去该沉淀材料后获得的部分上 清液再循环到该水溶液中。在各种实施方案中，该系统和方法适用于分批、半分批或连续流 程，包括使通过将沉淀材料与咸水分离而形成的上清液一部分再循环。相应地，可以中和各种工业废料流(例如，废气流、除质子剂或二价阳离子的工业 废料源，等)的成分以便弃置和/或用作建筑产品(例如水凝水泥组合物)。在各种实施方 案中，该系统和方法适用于分批、半分批或连续流程，包括使通过将沉淀材料与二价阳离子 溶液分离而形成的上清液一部分再循环。由于从各种工业废料流中除去组分、组合物(例 如沉淀材料)的形成和任选地沉淀材料的回收都可以在一个单元操作中实现，所以可以简 化从各种工业废料流中除去各种组分(例如污染物)。附图在所附权利要求书中具体阐述本发明的新颖特征。参照阐述示例性实施方案(其 中利用了本发明的原理)的下列详述和附图将更好地理解本发明的特征和优点，在附图 中图IA提供包含加工器的本发明的系统，其中该加工器构造成加工各种包含二氧 化碳的气体。图IB提供包含加工器和处理系统的本发明的系统，其中该处理系统构造成处理 来自该加工器的组合物。图IC提供包含加工器和任选处理系统的本发明的系统，其中该加工器包含接触 器和反应器。图ID提供包含加工器和处理系统的本发明的系统，其中来自该处理系统的上清 液可任选再循环至该加工器。图IE提供包含加工器、处理系统和电化学系统的本发明的系统，其中来自该处理 系统的上清液可任选再循环至该加工器、电化学系统或其组合。图IF提供包含气_液或气-液-固接触器的本发明的系统，其中该接触器构造成 再循环。图2A提供本发明的系统，其中该系统构造成制造本发明的精制组合物。图2B提供本发明的系统，其中该系统任选构造成在加工包含二氧化碳的气体之 前处理该气体。图2C提供本发明的系统，其中该系统构造成制造本发明的建筑材料。图3提供本发明的电化学系统。图4提供使气流与含二价阳离子的水溶液接触的方法。图5提供使包含二氧化碳、氮氧化物和硫氧化物的气流与含二价阳离子的水溶液 接触的方法。图6提供使来自工业源的烟道气与含二价阳离子的水溶液接触的方法。图7提供处理烟道气以除去微粒，随后处理该烟道气以从中除去二氧化碳、汞和 硫氧化物的方法。图8提供从气流中除去至少50%二氧化碳和至少50%硫氧化物的方法。图9提供处理气流的方法，其中该气流包含二氧化碳和汞，且其中该方法包括在 单一过程中除去至少50%的二氧化碳和至少50%的汞。


图10提供使第一废料流与第二废料流在二价阳离子水溶液存在下接触由此中和 至少一种废料流中的成分的方法。图11提供使废料与包含二氧化碳的气流和包含二价阳离子水溶液的液流接触由 此中和该废料的PH的方法。图12A和图12B提供用不含SO2 (图12A)和含SO2 (图12B)的合成烟道气(15% C02,3.5% O2，余量N2)实验室合成的碳酸镁之间的形态的比较。描述在更详细描述本发明之前，要理解的是，本发明不限于本文所述的具体实施方案， 因为这类实施方案可变。还要理解的是，本文所用的术语仅用于描述具体实施方案并且不 是限制性的，因为本发明的范围仅受所附权利要求书的限制。除非另行指明，本文所用的所 有技术和科技术语具有与本发明所属领域的普通技术人员的通常理解相同的含义。在提供数值范围时，要理解的是，在该范围的上限和下限之间以及在该指定范围 内的任何其它指定值或居中值之间的各居中值(除非文中明确地另行指明，以下限的单位 的1/10为间隔)包含在本发明内。除在该指定范围内明确排除的任何界限值外，这些较小 范围的上限和下限可独立地包括在这些较小范围内并且也包含在本发明内。如果该指定 范围包括界限值之一或两者，排除这些包括的界限值的任一或两者的范围也包括在本发明 中。对于本文中的某些范围，数值前用术语“大约”修饰。术语“大约”在本文中用于 为其后的确切数值以及与该术语后的数值接近或近似的数值提供字面支持。在确定一数值 是否接近或近似明确列举的数值时，接近或近似的未列举的数值可以是在其陈述背景中与 明确列举的数值基本等效的数值。本说明书中引用的所有公开文献、专利和专利申请都经引用并入本文，就像各个 公开文献、专利或专利申请明确并逐一被指明经此引用并入本文。此外，所引用的各公开文 献、专利或专利申请经此引用并入本文以公开和描述与引用的公开文献相关的主题。任何 公开文献的引用是针对其在提交日前的公开内容，并且不应该被视为承认本文描述的本发 明无权利用优先发明先于该公开文献。此外，所提供的
公开日可能不同于实际
公开日，这可 能需要逐一确认。要指出的是，除非文中明确地另行指明，本文和所附权利要求中所用的单数形式 “a”、“an”、“the”包括复数对象。要进一步指出的是，权利要求书可以起草成排除任何任选 要素。因此，这种声明旨在充当与权利要求要素的列举联用的如“只”、“仅”之类的排他性 术语的使用或“否定性”限制的使用的先行基础。本领域技术人员在阅读本公开后会看出，本文描述和例举的各独立实施方案具有 可以在不背离本发明的范围或精神的情况下容易地与任何其它几个实施方案的特征分开 或联合的特征。例如，任何列举的方法可以以所列举的步骤次序或任何其它次序进行。尽 管在本发明的实践或测试中也可以使用与本文所述的那些类似或等效的特征，但现在描述 代表性的组分和特征。本文所述的本发明提供旨在从工业废气流中部分或完全除去该废气流的两种或 多种组分的系统和方法，和包括工业废气的两种或多种组分或这两种或多种组分的产物的 组合物。在一些情况中，组分之一是二氧化碳，且所述其它组分是S0x、N0x和金属中的一种或多种。该一些该系统和方法中，在单加工器或过程中除去二氧化碳和/或其它组分。在本 发明的一些系统和方法中，可以预处理该工业废气流。在本发明的一些系统和方法中，不预 处理该工业废气流。该组合物可以是溶液、包含碳酸盐、碳酸氢盐或碳酸盐和碳酸氢盐的沉 淀材料，或包含沉淀材料的浆料。在一些实施方案中，该组合物进一步包含由共同处理SOx、 NOx、颗粒物和/或某些金属产生的碳酸盐和/或碳酸氢盐共同产物。也可以处理附加废料 流，如液体、固体或多相废料流。在下列段落中描述处理工业废气的方法，其中该气体包含二氧化碳和至少一种选 自SOx ；NOx ；金属；非二氧化碳的酸性气体；有机物；和颗粒物的其它组分，包括使该气体 与液体在适合使至少一些二氧化碳和所述其它组分离开该气体并进入该液体的条件下接 触，其中该方法在单加工器中进行。在下列段落中描述一种方法，包括(i)使气流与水溶液在适合使至少一些二氧化 碳和所述其它组分离开该气流并进入该水溶液的条件下接触，其中该气流包含二氧化碳和 至少一种选自SOx ；NOx ’金属；非二氧化碳的酸性气体；有机物；和颗粒物的其它组分；和 ( )加工该水溶液以产生包含碳酸盐、碳酸氢盐或碳酸盐和碳酸氢盐的组合、和所述其它 组分或其衍生物，或所述其它组分和/或其衍生物的组合物，其中所述碳酸盐、碳酸氢盐或 碳酸盐和碳酸氢盐的组合至少部分衍生自二氧化碳。在下列段落中描述通过本文的任何方法制成的组合物。在下列段落中描述包含碳酸盐、碳酸氢盐或其组合和含硫化合物的组合物，其中 该碳酸盐、碳酸氢盐或其组合具有小于-5. 00%。的相对碳同位素组成(S13C)值，且其中该 组合物在经受浸提过程-其基本由下列步骤构成制备2xlL基本由乙酸水溶液构成的萃 取流体，其中每1升萃取流体基本由在去离子水中的5. 7毫升乙酸构成；如果粒子的最窄尺 寸尚未小于1厘米，研磨该固体以使磨碎固体的粒子的最窄尺寸小于1厘米；将100克该 磨碎固体放入含2升萃取流体的萃取容器中以制造萃取组合物；在室温下以上下翻滚方式 旋转该萃取容器18士2小时；经由孔尺寸为0. 6微米至0. 8微米的硼硅酸盐玻璃纤维过滤 该萃取组合物以制造浸出液；和用IN硝酸将该浸出液的pH调节至pH 2或小于pH 2 WpH 值_时产生包含少于2. 0毫克/升汞的浸出液。在下列段落中描述包含碳酸盐、碳酸氢盐或其组合和汞、汞衍生物或其组合的组 合物，其中该碳酸盐、碳酸氢盐或其组合具有小于-5. 00%。的相对碳同位素组成(δ 13C)值， 且其中该组合物在经受浸提过程-其基本由下列步骤构成制备2xlL基本由乙酸水溶液构 成的萃取流体，其中每1升萃取流体基本由在去离子水中的5. 7毫升乙酸构成；如果粒子的 最窄尺寸尚未小于1厘米，研磨该固体以使磨碎固体的粒子的最窄尺寸小于1厘米；将100 克该磨碎固体放入含2升萃取流体的萃取容器中以制造萃取组合物；在室温下以上下翻滚 方式旋转该萃取容器18士2小时；经由孔尺寸为0. 6微米至0. 8微米的硼硅酸盐玻璃纤维 过滤该萃取组合物以制造浸出液；和用IN硝酸将该浸出液的pH调节至pH 2或小于pH 2 的PH值-时产生包含少于2. 0毫克/升汞的浸出液。在一些实施方案中，该浸出液包含少 于1.5毫克/升汞。在下列段落中描述包含碳酸盐、碳酸氢盐或其组合、汞、汞衍生物或其组合、和含 硫化合物的组合物，其中该组合物(i)在经受浸提过程-其基本由下列步骤构成制备 2xlL基本由乙酸水溶液构成的萃取流体，其中每1升萃取流体基本由在去离子水中的5. 7毫升乙酸构成；如果该粒子的最窄尺寸尚未小于1厘米，研磨该固体以使磨碎固体的粒子 的最窄尺寸小于1厘米；将100克该磨碎固体放入含2升萃取流体的萃取容器中以制造萃 取组合物；在室温下以上下翻滚方式旋转该萃取容器18士2小时；经由孔尺寸为0. 6微米 至0. 8微米的硼硅酸盐玻璃纤维过滤该萃取组合物以制造浸出液；和用IN硝酸将该浸出 液的PH调节至pH 2或小于pH 2的pH值-时产生包含少于0. 2毫克/升汞的浸出液；和 ( )在经受二氧化碳释放程序-其基本由下列步骤构成如果该粒子的最窄尺寸尚未小于 1厘米，研磨该组合物以使磨碎的组合物的粒子的最窄尺寸小于1厘米和将该磨碎的组合 物在具有pH 4. 8至pH 5. 2的pH值和60至80°C的温度的溶液中浸渍48小时-时产生不 多于5克二氧化碳/100克组合物。在下列段落中描述一种系统，其包含(i)工业废气源，其可操作地连向(ii)加工 器，其构造成(a)加工该气体以从该气体中至少部分除去二氧化碳以及从该气体中至少部 分除去至少一种其它组分，其中所述其它组分选自S0x、N0x、金属、颗粒物、非二氧化碳的酸 性气体和有机物，和(b)制造组合物，其包括包含至少一部分该二氧化碳或它的一种或多 种衍生物以及至少一部分所述其它组分或它的一种或多种衍生物的产物，其中该组合物适 合置于环境中。在下列段落中描述一种系统，其包含(i)包含二氧化碳和一种或多种选自SOx、 NOx、金属、非二氧化碳的酸性气体、有机物和颗粒物的其它组分的工业废气源；(ii)构造 成在单加工单元中从该气体中除去至少一部分该二氧化碳和所述其它组分的加工器；和 (iii)可操作地连接该工业废气源和该加工器的导管，其中该导管构造成将至少一部分该 工业废气导向该加工器。因此，在下列段落中描述用于加工包含CO2和/或一种或多种附加组分的废气流 的系统和方法。也描述了不同原料(例如工业废气流、除质子剂源、二价阳离子源)，随后描 述通过本发明的系统和方法制成的组合物。在一些实施方案中，本发明提供如图IA中所示的加工二氧化碳的系统，其中该系 统包含至少一个构造为用于使用除质子剂源(140)加工来自二氧化碳源(130)的二氧化碳 的液体基(例如水基)方法的加工器(110)，且其中该二氧化碳源除二氧化碳外还包含一 种或多种附加组分。如图IA中所示，该系统可进一步包含可操作地连向该加工器的二价阳 离子源(150)。该加工器可包含接触器，如气-液或气-液-固接触器，其中该接触器构造 成向水溶液或浆料中充入二氧化碳以制造充有二氧化碳的组合物，该组合物可以是溶液或 浆料。在一些实施方案中，该接触器构造成由该二氧化碳，如由二氧化碳的溶剂化或水合形 式(例如，碳酸、碳酸氢盐、碳酸盐)制造组合物，其中该组合物包含碳酸盐、碳酸氢盐，或碳 酸盐和碳酸氢盐。在一些实施方案中，该加工器可进一步包含构造成由该二氧化碳制造包 含碳酸盐、碳酸氢盐或碳酸盐和碳酸氢盐的组合物的反应器。在一些实施方案中，该加工器 可进一步包含构造成沉降包含沉淀材料的组合物的沉降槽，该沉淀材料包含碳酸盐、碳酸 氢盐或碳酸盐和碳酸氢盐。如图IB中所示，该系统可进一步包含构造成浓缩包含碳酸盐、 碳酸氢盐或碳酸盐和碳酸氢盐的组合物和产生上清液的处理系统(例如图IB的处理系统 120)；但是，在一些实施方案中，该组合物不经进一步处理即使用。例如，本发明的系统可构 造成在建筑材料的制造中直接使用来自该加工器的组合物(任选辅以极少的后处理)。在 另一非限制性实例中，本发明的系统可构造成如全文经此引用并入本文的2009年8月7日提交的美国临时专利申请No. 61/232，401中所述将来自该加工器的组合物(任选辅以极少 的后处理)直接注入地下场所。该二氧化碳源可以是各种二氧化碳工业源，包括但不限于 燃煤发电厂和水泥厂。该除质子剂源可以是各种除质子剂源，包括但不限于天然除质子剂 源和工业除质子剂源(包括工业废料源)。该二价阳离子源可以是各种二价阳离子源，包括 但不限于海水、盐水和含添加的矿物的淡水。在此类实施方案中，该二价阳离子源可操作地 连向除质子剂源或直接连向该加工器。在一些实施方案中，该二价阳离子源包含碱土金属 的二价阳离子(例如Ca2+、Mg2+)。如图IA中所示的本发明的系统可进一步包含处理系统。因此，在一些实施方案 中，本发明提供如图IB中所示的加工二氧化碳的系统，其中该系统包含为使用除质子剂源 (140)加工来自二氧化碳源(130)的二氧化碳的水基方法构造的加工器(110)和处理系统 (120)，且其中该二氧化碳源除二氧化碳外还包含一种或多种附加组分。如图IA那样，图IB 的系统可进一步包含可操作地连向该加工器的二价阳离子源(150)。该加工器可包含接触 器，如气_液或气-液-固接触器，其中该接触器构造成向水溶液或浆料中充入二氧化碳以 制造充有二氧化碳的组合物，该组合物可以是溶液或浆料。在一些实施方案中，该接触器构 造成由该二氧化碳，如由二氧化碳的溶剂化或水合形式(例如碳酸、碳酸氢盐、碳酸盐)制 造组合物，其中该组合物包含碳酸盐、碳酸氢盐，或碳酸盐和碳酸氢盐。在一些实施方案中， 该加工器可进一步包含构造成由该二氧化碳制造包含碳酸盐、碳酸氢盐或碳酸盐和碳酸氢 盐的组合物的反应器。在一些实施方案中，该加工器可进一步包含构造成沉降包含沉淀材 料的组合物的沉降槽，该沉淀材料包含碳酸盐、碳酸氢盐或碳酸盐和碳酸氢盐。该处理系统 可包含构造成浓缩包含碳酸盐、碳酸氢盐或碳酸盐和碳酸氢盐的组合物的脱水系统。该处 理系统可进一步包含过滤系统，其中该过滤系统包含至少一个构造成从该脱水系统中过滤 上清液、从该加工器中过滤该组合物，或其组合的过滤单元。例如，在一些实施方案中，该过 滤系统包含一个或多个选自微滤单元、超滤单元、纳米过滤单元和反渗透单元的过滤单元。 在一些实施方案中，该二氧化碳加工系统包含构造成提高渗余物中的二价阳离子浓度和降 低渗余物中的二价阳离子浓度的纳米过滤单元。在此类实施方案中，纳米过滤单元渗余物 可再循环至用于制造本发明的组合物的系统的加工器。如图ID中所示，本发明的系统可进 一步构造成使至少一部分该上清液从该处理系统再循环。如图IC中所示的系统可进一步包含加工器(110)-其包含接触器(112)(例如 气_液接触器、气-液-固接触器等)_和反应器(114)，其中该加工器操作地连向各个含 CO2-的气体源(130)、除质子剂源(140)和二价阳离子源(150)。本发明的这类系统构造 成使用该除质子剂源和二价阳离子源水基加工来自该二氧化碳源的二氧化碳，其中该二氧 化碳源除二氧化碳外还包含一种或多种附加组分。接触器(112)可操作地连向二氧化碳源 (130)和除质子剂源(140)，该接触器可构造成向水溶液或浆料中充入二氧化碳以制造充 有二氧化碳的溶液或浆料。在一些实施方案中，该接触器构造成向水溶液中充入二氧化碳 以制造基本清澈的溶液(即基本不含沉淀材料，如至少95%或更多地不含)。如图IC中所 示，反应器(114)可操作地连向接触器(112)和二价阳离子源(150)，且该反应器可构造成 产生本发明的组合物，其中该组合物是包含碳酸盐、碳酸氢盐或碳酸盐和碳酸氢盐的溶液 或浆料。在一些实施方案中，该反应器构造成从该加工器中接收碳酸盐、碳酸氢盐或碳酸盐 和碳酸氢盐的基本清澈的溶液和产生包含沉淀材料的组合物(例如二价阳离子的碳酸盐、碳酸氢盐或碳酸盐和碳酸氢盐的浆料)。如图IC中所示的系统可任选可操作地连向处理系 统，该处理系统可包含液-固分离器(122)或一些其它脱水系统，其构造成处理加工器制成 的组合物以产生上清液和浓缩组合物(例如在碳酸盐和/或碳酸氢盐和由加工工业废气流 产生的任何其它共同产物方面浓缩)。该处理系统可进一步包含过滤系统，其中该过滤系统 包含至少一个构造成从该脱水系统中过滤上清液、从该加工器中过滤该组合物，或其组合 的过滤单元。在一些实施方案中，本发明提供如图ID中所示的加工二氧化碳的系统，其中该系 统包含为使用除质子剂源(140)加工来自二氧化碳源(130)的二氧化碳的水基方法构造 的加工器(110)和处理系统(120)，其中该二氧化碳源除二氧化碳外还包含一种或多种附 加组分，且其中该加工器和该处理系统可操作地连接以使至少一部分处理系统上清液再循 环。这类二氧化碳加工系统的该处理系统可包含脱水系统和过滤系统。因此，该脱水系统、 过滤系统，或脱水系统和过滤系统的组合可以构造成向用于加工二氧化碳的加工器提供至 少一部分上清液。尽管图ID中没有显示，但该处理系统也可以构造成向用于洗涤本发明 的组合物的洗涤系统提供至少一部分上清液，其中该组合物包含沉淀材料(例如CaC03、 MgCO3，或其组合)。本发明的二氧化碳加工系统的加工器可以构造成在接触器(例如气-液 接触器、气-液-固接触器)、反应器、接触器和反应器的组合，或该加工器中的任何其它单 元或单元组合中接收处理系统上清液。在一些实施方案中，该二氧化碳加工系统构造成向 位于该二氧化碳加工系统外的系统或工艺提供至少一部分该上清液。例如，本发明的系统 可操作地连向脱盐装置以使该系统向该脱盐用的脱盐系统提供至少一部分处理系统上清 液。在一些实施方案中，本发明提供如图IE中所示的加工二氧化碳的系统，其中该系 统包含为使用除质子剂源(140)加工来自二氧化碳源(130)的二氧化碳的水基方法构造的 加工器(110)和处理系统(120)，其中该二氧化碳源除二氧化碳外还包含一种或多种附加 组分，其中该系统进一步包含电化学系统(160)，且其中该加工器、该处理系统和该电化学 系统可操作地连接以使至少一部分处理系统上清液再循环。如上文参照图ID的处理系统 所述，该脱水系统、该过滤系统或脱水系统和过滤系统的组合可以构造成向用于加工二氧 化碳的加工器提供至少一部分处理系统上清液。该处理系统也可以构造成向该电化学系统 提供至少一部分处理系统上清液，其中该电化学系统可以构造成制造除质子剂或实现质子 清除。如参照图ID所述，该处理系统也可以构造成向用于洗涤本发明的组合物的洗涤系统 提供至少一部分上清液，其中该组合物包含沉淀材料(例如CaC03、MgC03，或其组合)。本发 明的二氧化碳加工系统的加工器可以构造成在接触器(例如气-液接触器，气-液-固接 触器)、反应器、接触器和反应器的组合，或该加工器中的任何其它单元或单元组合中接收 处理系统上清液或电化学系统流。在一些实施方案中，该二氧化碳加工系统可以构造成向 位于该二氧化碳加工系统外部的系统(例如脱盐装置)或工艺(例如脱盐)提供至少一部 分该上清液。在一些实施方案中，本发明提供如图IF中所示的水基加工二氧化碳的系统，其中 该系统(100F)包含CO2源(130)、除质子剂源(140)、二价阳离子源(150)和加工器(110)， 该加工器包含气_液或气-液-固接触器(112)、再循环槽(116)、再循环泵(118)和反应 器(114)，其中该接触器、再循环槽和再循环泵可操作地连接以使至少一部分该接触器液体(例如碳酸盐、碳酸氢盐或碳酸盐和碳酸氢盐的溶液或浆料)再循环。如图IF中所示，该系 统可进一步包括包含脱水系统和/或过滤系统的处理系统(120)，其中该处理系统构造成 提供上清液和本发明的浓缩组合物(例如包含碳酸盐、碳酸氢盐或碳酸盐和碳酸氢盐的脱 水沉淀材料)。这类系统也可任选包含排放控制技术，如用于从烟道气中分离颗粒物(例 如飞灰)的静电除尘器或织物过滤器。尽管系统元件可以如本文所述变动，在非限制性实 例中，如系统100F之类的系统的CO2源(130)可以是燃煤的燃烧器，除质子剂源可以是包 含NaOH或Na2CO3在淡水或海水中的混合物的罐或储器，且二价阳离子源可以是包含海水或 盐水(例如合成盐水)的罐或储器。在实施例1中提供使用图IF的系统的示例性方法；但 是，本领域普通技术人员会认识到，本文所述的各种方法都可以与图IF的系统一起使用。参照图1A，本发明提供加工二氧化碳源(130)和制造包含碳酸盐、碳酸氢盐或碳 酸盐和碳酸氢盐的组合物的水基方法，其中该二氧化碳源除二氧化碳外还包含一种或多种 附加组分。在此类实施方案中，可以提供工业二氧化碳源，可以提供除质子剂源(140)，并各 自供应至加工器110以便加工(即施以适用于制造包含碳酸盐、碳酸氢盐或碳酸盐和碳酸 氢盐的组合物的条件)。在一些实施方案中，加工该工业二氧化碳源包括在接触器，例如，但 不限于，气-液接触器或气-液-固接触器中接触除质子剂源以由初始水溶液或浆料制造 充有二氧化碳的组合物，该组合物可以是溶液或浆料。在一些实施方案中，可以在接触器中 由所述充有二氧化碳的溶液或浆料制造所述包含碳酸盐、碳酸氢盐或碳酸盐和碳酸氢盐的 组合物。在一些实施方案中，可以将所述充有二氧化碳的溶液或浆料供应至反应器，可以在 此制造所述包含碳酸盐、碳酸氢盐或碳酸盐和碳酸氢盐的组合物。在一些实施方案中，在接 触器和反应器中都制造该组合物。例如，在一些实施方案中，接触器可能制造包含碳酸氢盐 的初始组合物，反应器可能由该初始组合物制造所述包含碳酸盐、碳酸氢盐或碳酸盐和碳 酸氢盐的组合物。在一些实施方案中，本发明的方法可进一步包括提供二价阳离子源，如碱 土金属(例如Ca2+、Mg2+)源。在此类实施方案中，该二价阳离子源可以供应至除质子剂源 或直接供应至该加工器。如果由除质子剂源、由二价阳离子源，或由前述来源的组合提供足 够的二价阳离子，则所述包含碳酸盐、碳酸氢盐或碳酸盐和碳酸氢盐的组合物可能包含可 分离的沉淀材料(例如&0)3、1%0)3，或其组合)。无论来自该加工器的组合物是否包含可 分离的沉淀材料，该组合物都可直接从该加工器(任选辅以极少的后加工)用于建筑材料 的制造。在一些实施方案中，直接来自该加工器(任选辅以极少的后处理)的包含碳酸盐、 碳酸氢盐或碳酸盐和碳酸氢盐的组合物可以如全文经此引用并入本文的2009年8月7日 提交的美国临时专利申请No. 61/232，401中所述注入地下场所。参照图1B-1E，本发明提供加工二氧化碳源(130)和制造包含碳酸盐、碳酸氢盐或 碳酸盐和碳酸氢盐的组合物的水基方法，其中该二氧化碳源除二氧化碳外还包含一种或多 种附加组分。除了如参照图IA所述制造组合物外，本发明进一步提供处理包含碳酸盐、碳 酸氢盐或碳酸盐和碳酸氢盐的组合物的方法。因此，在一些实施方案中，本发明提供加工二 氧化碳源(130)以制造包含碳酸盐、碳酸氢盐或碳酸盐和碳酸氢盐的组合物和处理制成的 组合物的水基方法。无论加工器-制成的本发明的组合物是否包含可分离的沉淀材料，该 组合物都可直接供应至本发明的处理系统以供处理(例如浓缩、过滤等)。在一些实施方案 中，该组合物可以从该加工器的接触器、反应器或沉降槽直接供应至该处理系统。例如，不 含可分离的沉淀材料的加工器制成的组合物可直接供应至用于浓缩该组合物和产生上清液的处理系统。在另一非限制性实例中，包含可分离的沉淀材料的加工器制成的组合物可 直接供应至用于液_固分离的处理系统。该加工器制成的组合物可供应至许多处理系统子 系统，该子系统包括但不限于，脱水系统、过滤系统，或与过滤系统联合的脱水系统，其中处 理系统或其子系统从该组合物中分离出上清液以产生浓缩组合物(例如该浓缩组合物在 碳酸盐、碳酸氢盐，或碳酸盐和碳酸盐方面更浓缩)。参照图1C，在一些实施方案中，本发明提供向溶液中充入来自工业废气流的CO2以 制造包含碳酸盐、碳酸氢盐或碳酸盐和碳酸氢盐的组合物的方法。在此类实施方案中，在 向该溶液中充入CO2之前，该溶液可具有PH 6.5至？!1 14.0的？扎在一些实施方案中，在 向该溶液中充入CO2之前，该溶液可具有至少pH 6. 5、pH 7. 0、pH 7. 5、pH 8. 0、pH 8. 5、pH 9·0、ρΗ 9·5、ρΗ 10·0、ρΗ 10. 5、ρΗ 11·0、ρΗ 11. 5、ρΗ 12·0、ρΗ 12. 5、ρΗ 13·0、ρΗ 13. 5 或 PH 14.0的ρΗ。可以使用任何便利的方法提高该溶液的ρΗ值，包括但不限于使用除质子剂 和实现质子清除的电化学方法。在一些实施方案中，在向该溶液中充入CO2之前，可以使用 除质子剂提高该溶液的PH值。这类除质子剂包括，但不限于，氢氧化物(例如Na0H、K0H) 和碳酸盐(例如Na2C03、K2C03)。在一些实施方案中，使用氢氧化钠提高该溶液的pH值。因 此，在一些实施方案中，本发明提供向碱性溶液(例如pH >pH 7.0)中充入来自工业废气 流的CO2以制造包含碳酸盐、碳酸氢盐或碳酸盐和碳酸氢盐的组合物的方法。在一些实施方案中，由向碱性溶液中充入来自工业废料源的CO2产生的组合物 (即包含碳酸盐、碳酸氢盐或碳酸盐和碳酸氢盐的溶液)可以是浆料或基本清澈的溶液 (即，基本不含沉淀材料，如至少95%或更多地不含)，这取决于在向该溶液中充入CO2时该 溶液中可用的阳离子。如本文所述，在向该溶液中充入CO2时，该溶液在一些实施方案中可 包含二价阳离子，如Ca2+、Mg2+或其组合。在此类实施方案中，所得组合物可能包含二价阳 离子的碳酸盐、碳酸氢盐，或碳酸盐和碳酸氢盐(例如沉淀材料)，从而产生浆料。这类浆料 例如可能包含CaC03、MgC03或其组合。该溶液在一些实施方案中可能在向该溶液中充入CO2 时包含不足以形成包含二价阳离子的碳酸盐、碳酸氢盐或碳酸盐和碳酸氢盐的浆料的二价 阳离子。在此类实施方案中，在向该溶液中充入CO2时，该所得组合物可能在基本清澈的溶 液(即，基本不含沉淀材料，如至少95%或更多地不含)中包含碳酸盐、碳酸氢盐，或碳酸盐 和碳酸氢盐。在一些实施方案中，例如，在向该溶液中充入CO2时，在该基本清澈的溶液中 可能存在一价阳离子，如Na+、K+或其组合(任选地，通过添加NaOH和/或Κ0Η)。由向这种 溶液中充入CO2产生的组合物可能包含例如一价阳离子的碳酸盐、碳酸氢盐，或碳酸盐和碳 酸氢盐。因此，在一些实施方案中，本发明提供向碱性溶液(例如pH>pH7.0)中充入来自 工业废气流的CO2以制造包含碳酸盐、碳酸氢盐或碳酸盐和碳酸氢盐的组合物的方法，其中 该组合物基本清澈(即，基本不含沉淀材料，如至少95%或更多地不含)。该基本清澈的 组合物可随后与二价阳离子源(例如，Ca2+、Mg2+或其组合)接触以产生包含二价阳离子的 碳酸盐、碳酸氢盐或碳酸盐和碳酸氢盐的组合物，从而产生浆料。如上所述，这类浆料可能 包含CaC03、MgCO3或其组合，它们可如本文所述进行处理。在非限制性实例中，可以使包含 NaOH的碱性溶液(例如溶解在缺乏有效的二价阳离子的淡水中的NaOH)在气-液接触器中 与来自工业废气流的CO2接触以产生包含碳酸盐、碳酸氢盐或碳酸盐和碳酸氢盐的组合物， 其中由于缺乏沉淀材料(这又是由于缺乏有效的二价阳离子)，该组合物基本清澈。根据添加的CO2 (和补充的NaOH，如果有的话)的量，该基本清澈的组合物可能包含Na0H、NaHC03 和/或Na2C03。该基本清澈的组合物可随后在该气_液接触器外的反应器中与二价阳离子 源(例如，Ca2+、Mg2+、Sr2+等)接触以产生包含二价阳离子的碳酸盐、碳酸氢盐或碳酸盐和 碳酸氢盐的组合物(例如沉淀材料)，从而产生浆料。因此，组合物可能包含CaCO3和/或 MgCO3，并且可以如本文所述处理该组合物。例如，可以对该组合物施以液-固分离，并将该 固体制成水泥、辅助水泥质材料、细集料、灰泥、粗集料、混凝土、火山灰，或其组合。参照图ID和1E，本发明还提供加工二氧化碳源(130)和制造包含碳酸盐、碳酸氢 盐或碳酸盐和碳酸氢盐的组合物的水基方法，其中该二氧化碳源除二氧化碳外还包含一种 或多种附加组分，且其中至少一部分处理系统上清液再循环。例如，在一些实施方案中，本 发明提供在加工器中处理包含CO2和SOx、NOx和/或Hg的废气流以产生加工过的废气流 (例如依据 Reasonably Available Control Technology (RACT) ；BestAvailable Control Technology (BACT) ；Maximum Achievable ControlTechnology(MACT) ；Lowest Achievable Emission Rate (LAER)；禾口 / 或任何 United States Environmental Protection Agency(EPA)参考方法(这样的排放控制标准在本申请的提交日存在)，适合释放到环境中 的清洁气流)、包含碳酸盐、碳酸氢盐或碳酸盐和碳酸氢盐的组合物和流出物的方法，其中 至少一部分该流出物再循环至该加工器。如图ID和IE中所示，来自可包含脱水系统和过滤 系统的处理系统的上清液可以以多种方式再循环。因此，在一些实施方案中，来自该脱水系 统、过滤系统或脱水系统和过滤系统的组合的至少一部分上清液可用于加工二氧化碳。可 以向二氧化碳-加工系统加工器提供该上清液。在此类实施方案中，可以向接触器(例如 气_液接触器，气-液_固接触器)、向反应器、向接触器和反应器的组合，或向用于加工二 氧化碳的任何其它单元或单元组合提供该上清液。此外，在一些实施方案中，可以向洗涤系 统提供来自处理系统的至少一部分该上清液。在此类实施方案中，该上清液可用于洗涤本 发明的组合物(例如包含CaC03、MgC03或其组合的沉淀材料)。例如，该上清液可用于从碳 酸盐基沉淀材料中洗涤氯化物。参照图1E，可以向电化学系统提供至少一部分该处理系统 上清液。因此，处理系统上清液可用于制造加工二氧化碳用的除质子剂或实现质子清除。在 一些实施方案中，来自该处理系统的至少一部分该上清液可供应至不同系统或工艺。例如， 至少一部分该处理系统上清液可供应至脱盐装置或脱盐工艺，以使该处理系统上清液_其 通常比用于加工二氧化碳后的其它可用进料(例如海水、盐水等)软(即较低的Ca2+和/ 或Mg2+的浓度)-可脱盐为饮用水。处理系统上清液的再循环是有利的，因为再循环提供可用资源的有效利用；周围 环境的极小干扰；和降低的能量要求，该降低的能量要求为本发明的系统和方法提供较低 的碳足迹。当本发明的二氧化碳加工系统操作地连向工厂(例如燃烧化石燃料的发电厂， 如燃煤发电厂)并利用该工厂产生的动力时，通过处理系统上清液的再循环提供的降低的 能量要求实现降低的工厂寄生负荷。如图IB中所示的不构造成再循环的二氧化碳加工系 统(即为单程法构造的二氧化碳加工系统)可能具有至少10%的工厂寄生负荷(parasitic load)，这可归因于将新鲜碱度源(例如海水、盐水)连续泵入该系统。在这种实例中，100MW 发电厂(例如燃煤发电厂)需要给予该二氧化碳加工系统IOMW动力以将新鲜碱度源连续 泵入该系统。相反，如图ID或图IE中所示的构造成再循环的系统可具有小于10%，如小于 8%，包括小于6%，例如小于4%或小于2%的工厂寄生负荷，该寄生负荷可能可归因于泵入补充水和使上清液再循环。构造成再循环的二氧化碳加工系统在与为单程法设计的系统 进行比较时，表现出至少2 %，如至少5 %，包括至少10 %，例如至少25 %或至少50 %的寄生 负荷降低。例如，如果构造成再循环的二氧化碳加工系统消耗9MW动力来泵入补充水和使 上清液再循环，为单程法设计的二氧化碳加工系统消耗IOMW可归因于泵送的动力，则构造 成再循环的二氧化碳加工系统表现出10%的寄生负荷降低。对于如图ID至IE中所述的系 统(即构造成再循环的二氧化碳加工系统)，可归因于泵送和再循环的寄生负荷的降低也 可提供总寄生负荷的降低，尤其是与为单程法构造的二氧化碳加工系统相比时。在一些实 施方案中，再循环提供二氧化碳加工系统的总寄生负荷的降低，其中与为单程法构造的二 氧化碳加工系统的总寄生负荷相比时，该降低为至少2%，如至少4%，包括至少6%，例如 至少8%或至少10%。例如，如果构造成再循环的二氧化碳加工系统具有15%寄生负荷且 为单程法设计的二氧化碳加工系统具有20%寄生负荷，则该构造成再循环的二氧化碳加工 系统表现出5%的总寄生负荷降低。例如，在与为单程法构造的二氧化碳加工系统相比时， 构造成再循环的二氧化碳加工系统_其中再循环包括经由过滤单元，如纳米过滤单元过滤 (例如，用于浓缩渗余物中的二价阳离子和减少渗透物中的二价阳离子)_可具有至少2%， 如至少4%，包括至少6%，例如至少8%或至少10%的总寄生负荷降低。可以通过有效利用其它资源来降低本发明的二氧化碳加工系统的寄生负荷。在一 些实施方案中，可以通过有效利用来自工业源的热来进一步降低本发明的二氧化碳加工系 统的寄生负荷。在一些实施方案中，例如，可以利用来自工业二氧化碳源的热(例如来自燃 煤发电厂的烟道气热)干燥包含沉淀材料的组合物，该沉淀材料包含碳酸盐、碳酸氢盐或 碳酸盐和碳酸氢盐。在此类实施方案中，喷雾干燥器可用于将该组合物喷雾干燥。例如，可 以借助热交换器利用低等级(例如150-200°C )废热以蒸发式喷雾干燥该包含沉淀材料的 组合物。此外，利用来自工业二氧化碳源的热干燥本发明的组合物能够同时冷却工业二氧 化碳源(例如燃煤发电厂的烟道气)，这增强二氧化碳的溶解-与温度成反比的过程。在 一些实施方案中，可通过有效利用压力来进一步降低本发明的二氧化碳加工系统的寄生负 荷。例如，在一些实施方案中，本发明的二氧化碳加工系统与能量回收系统一起构造。这类 能量回收系统是例如脱盐领域中已知的并通过压力交换来运行。在一些实施方案中，在捕 获和处理工厂(例如燃煤发电厂)排出的二氧化碳的70-90%时，该二氧化碳加工系统的总 寄生负荷可小于 99. 9%、90%、80%、70%、60%、50%、40%、30%、20%、15%、10%、5%，或 3%。例如，在一些实施方案中，在捕获和处理工厂(例如燃煤发电厂)排出的二氧化碳的 70-90 %时，该二氧化碳加工系统的总寄生负荷可小于30 %，如小于20 %，包括小于15 %， 例如小于10%，小于5%，或小于3%。因此，构造成再循环、热交换和/或压力交换的本发 明的二氧化碳加工系统可以在保持二氧化碳处理能力的同时降低供能工厂的寄生负荷。不可避免地，本文所述的再循环和其它方法消耗水，因为水可能变成本发明的组 合物(例如包含例如非晶碳酸钙CaCO3 · H2O ；三水菱镁矿MgCO3 · 2H20等的沉淀材料)的 一部分，可能通过干燥(例如喷雾干燥)本发明的组合物而气化，或在该方法的一些其它部 分中损失。因此，可以提供补充水以弥补加工二氧化碳以产生本发明的组合物(例如喷雾 干燥的沉淀材料)时损失的水。例如，总计每天小于700，000加仑的补充水可替代由来自 35MWe燃煤发电厂的烟道气制造例如喷雾干燥的沉淀材料时损失的水。仅需补充水的方法 可以被视为0工艺水排放法。在使用除补充水外的附加水的过程中，该水可源自本文所述的任何水源(例如海水、盐水等)。在一些实施方案中，例如，水可源自发电厂冷却流并在闭 环系统中送回该流。需要补充水和附加工艺水的方法被视为低工艺水排放法，因为本发明 的系统和方法被设计成有效利用资源。二氧化碳源在一些实施方案中，本发明提供使一定体积的水溶液与二氧化碳源接触以产生包 含碳酸盐、碳酸氢盐或碳酸盐和碳酸氢盐的组合物，其中该组合物是溶液或浆料。在一些实 施方案中，该溶液是包含含碳酸盐、碳酸氢盐或碳酸盐和碳酸氢盐的沉淀材料的浆料。该水 溶液中的二氧化碳可能足以产生显著量的碳酸盐、碳酸氢盐或碳酸盐和碳酸氢盐(例如来 自盐水或海水)；但是，通常使用附加的二氧化碳。该CO2源可以是任何便利的CO2源。该 CO2源可以是气体、液体、固体(例如干冰)、超临界流体，或溶解在液体中的co2。在一些实 施方案中，该CO2源是气态CO2源，如废气流。该气态CO2源可以是基本纯净的CO2,或如下 文更详细描述的那样，除CO2外还包含一种或多种组分，其中所述一种或多种组分包含一种 或多种附加气体(例如SOx、NOx)、非气态组分(例如颗粒物，如飞灰)或其组合。在一些 实施方案中，该气态CO2源可以是由工厂的活动过程产生的废气流(例如排气)。工厂的性 质可变，该工厂包括但不限于发电厂、化学加工厂、机械加工厂、精炼厂、水泥厂、炼钢厂和 作为燃料燃烧或另一加工步骤(例如水泥厂的煅烧)的副产物产生CO2的其它工厂。在一 些实施方案中，例如，该气态CO2源可以是来自燃煤发电厂的烟道气。该气态废料流可以从工厂以任何便利的传送气态废料流的方式供应至CO2-加工 系统。在一些实施方案中，在一些实施方案中，用从该工厂的烟道或类似结构(例如工厂烟 道)通向一个或多个CO2加工系统所在地的气体传送装置(例如导管、管道等)提供该废料 流。在此类实施方案中，管路(例如导管、管道等)可以连向工厂烟道以便将经由该烟道离 开的气体传送至该CO2-加工系统(例如，加工器或其部件，如气-液接触器或气-液-固 接触器)的适当位置。根据该CO2-加工系统的特定构造，该气体传送装置在工厂的位置可 变，例如以提供具有所需温度的废气流。因此，在需要具有0°c至2000°C，如0°C至1800°C， 包括60°C至700°C，例如，100°C至400°C的温度的气态废料流的一些实施方案中，可以在锅 炉、燃气轮机、窑的出口处、或在发电厂的提供所需温度的任何位置获得烟道气。气体传送 装置可以构造成使烟道气保持在高于露点(例如125°C)的温度以避免冷凝和相关的复杂 情况。可以采取步骤减轻冷凝和其它有害效应的不利影响，例如采用不锈钢或氟烃(如聚 (四氟乙烯))衬里的导管以使该导管不会迅速劣化。包含CO2的废气流既包括还原条件流(例如合成气、转换的合成气、天然气、氢气 等)，又包括氧化条件流(例如燃烧产生的烟道气)。对本发明而言便利的特定废气流包括 燃烧产生的含氧烟道气(来自煤或另一碳基燃料，该烟道气几乎或完全没有预处理)、燃气 轮机增压的锅炉产品气体、煤气化产品气体、预燃烧合成气(例如在发电厂的煤气化过程 中形成)、转换的煤气化产品气体、厌氧消化池产品气体、井口天然气流、重整天然气或甲烷 水合物等。在本发明的方法和系统中可以使用来自任何便利来源的燃烧气体。在一些实施 方案中，使用来自工厂，如发电厂、水泥厂和煤加工厂的后燃烧排放烟囱的燃烧气体。因此，废气流可以由各种不同类型的工厂产生。适用于本发明的废气流包括燃烧 化石燃料(例如煤、油、天然气、丙烷、柴油)和天然存在的有机燃料沉积物的人造燃料产 品(例如浙青砂、重油、油页岩等)的工厂产生的废气流。在一些实施方案中，适用于本发明的系统和方法的废气流可源自燃煤发电厂，如粉煤发电厂、超临界煤发电厂、mass burn 煤发电厂、流化床煤发电厂。在一些实施方案中，该废气流源自燃气或燃油锅炉和蒸汽轮 机发电厂、燃气或燃油锅炉简单循环燃气轮机发电厂，或燃气或燃油锅炉联合循环燃气轮 机发电厂。在一些实施方案中，使用燃烧合成气(即通过有机物，例如煤、生物质等的煤气 化制成的气体)的发电厂产生的废气流。在一些实施方案中，使用来自整体煤气化联合循 环(IGCC)发电厂的废气流。在一些实施方案中，根据本发明的系统和方法使用余热锅炉 (HRSG)发电厂产生的废料流。水泥厂产生的废气流也适用于本发明的系统和方法。水泥厂废气流包括来自湿法 和干法工厂的废气流，这些工厂可以使用竖窑或回转窑，并可以包括预煅烧炉。这些工厂各 自可燃烧单一燃料，或可相继或同时燃烧两种或更多种燃料。其它工厂，如冶炼厂和精炼厂 也是包括二氧化碳的废气流的可用来源。二氧化碳可以是废气流中的主要非空气衍生组分。在一些实施方案中，废气流可 以包含 200ppm 至 1，000，OOOppm,如 200，OOOppm 至 IOOOppm,包括 200，OOOppm 至 2000ppm, 例如130，OOOppm至2000ppm的量的二氧化碳，其中该二氧化碳量可以被视为时间平均 量。例如，在一些实施方案中，取决于废气流(例如来自燃烧天然气的发电厂、炉、小锅炉 等的CO2),废气流可包含40，OOOppm(4% )至100，OOOppm(10 % )的量的二氧化碳。例 如，在一些实施方案中，取决于废气流(例如来自燃煤发电厂、燃油发电机、柴油发电机等 的CO2),废气流可包含100，000ppm(10% )至150，000ppm(15 % )的量的二氧化碳。例 如，在一些实施方案中，取决于废气流(例如来自水泥厂煅烧、化工厂等的CO2)，废气流 可包含200，000ppm(20% )至400，OOOppm(40 % )的量的二氧化碳。例如，在一些实施 方案中，取决于废气流(例如来自乙醇发酵罐的CO2、来自精炼厂的蒸汽重整、氨厂、代用 天然气(SNG)工厂的CO2、从酸气中分离的CO2等)，废气流可包含900，OOOppm(90% )至 1,000, OOOppm(100% )的量的二氧化碳。废气流中的CO2浓度可降低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，95 %或更多，99 %或更多，99. 9 %或更多，或99. 99 %。换言之，可以从该废气流中除去 至少 10 %、20 %、30 %、40 %、50 %、60 %、70 %、80 %、90 %、95 %、99 %、99· 9 %，或 99. 99 % 的二氧化碳。可以使用来自一部分废气流(即并非全部气态废料流)制造包含碳酸盐、碳酸氢 盐或碳酸盐和碳酸氢盐的组合物。在这些实施方案中，用于制造组合物的这部分废气流可 以为该废气流的75%或更低，如60%或更低，包括50%和更低。在另一些实施方案中，工厂 产生的全部废气流中的大部分(例如80%或更多)用于制造组合物。在这些实施方案中， 80%或更多，如90%或更多，包括95%或更多，最多100%的该来源生成的废气流(例如烟 道气)可用于制造本发明的组合物。尽管来自工厂的废气流提供CO2和/或由化石燃料燃烧产生的其它组分的相对浓 缩的来源，本发明的方法和系统也适用于从含有比例如烟道气低得多的污染物浓度的较不 浓缩的来源(例如大气)中除去燃烧气体组分。因此，在一些实施方案中，方法和系统包括 通过制造本发明的组合物来降低大气中CO2和/或其它组分的浓度。如废气流那样，一部 分大气中的CO2浓度可以降低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，95%或更多，99%或更多，99. 9%或更多，或99. 99%。CO2的这种降低可以以本文所述的收率或以更高或更低的收率实现，并 且可以在一个加工步骤或一系列加工步骤中实现。废气流的其它组分适用于本发明的废气流可进一步包含一种或多种附加组分，包括水；硫氧化物 (SOx)；氮氧化物(NOx)；一氧化碳(CO)；金属如锑(Sb)、砷(As)、钡(Ba)、铍(Be)Jf (B)、 镉(Cd)、铬(Cr)、钴(Co)、铜(Cu)、铅(Pb)、锰(Mn)、汞(Hg)、钼(Mo)、镍(Ni)、镭(Ra)、硒 (Se)、银(Ag)、锶(Sr)、铊(Tl)、钒(V)，和锌(Zn)，其中该金属可以是任何可用形式，包括 但不限于元素形式(例如Hg°)、盐(例如HgCl2)、无机化合物(例如HgO)、有机化合物(例 如有机汞化合物)，或微粒形式(例如Hg(ρ))；颗粒物(固体或液体的悬浮粒子)，如飞灰、 粉尘(例如来自煅烧)和金属；卤化物如氯化氢和氟化氢，它们也可以与例如SOx(例如 S03、SO2) 一起被视为酸性气体；有机物，如挥发性有机化合物(VOCs)、烃、二噁类化合物和 聚芳烃(PAHs)；有毒物质，如氰化氢和硫硝酸盐(sulfur nitrate) (SNO3)；和放射性同位 素如铀(U)和钍(Th)，其中任何一种或更多种(例如，两种或更多种，三种或更多种，四种 或更多种，五种或更多种等)可封存在本发明的组合物中。在一些实施方案中，本发明除去 至少 1%、5%、10%、25%、30%、40%、50%、60%、70%、75%、80%、85%、90%、95%、96%、 97%、98%、99%、99.9%，或99. 99%的一种或多种附加废气流组分，其中各所述一种或多 种组分可以以相同或不同的百分比除去。例如，在一些实施方案中，可以使用本发明的系统 和方法从废气流中除去98% SOx和95%汞，而在另一些实施方案中，可以从该废气流中除 去98% SOx和98%汞。在另一示例性实施方案中，可以使用本发明的系统和方法从废气 流中除去至少99% SO2、至少88% SO3和81% HC1，它们各自被视为酸性气体。在这种系统 中，本发明除去至少80%酸性气体(例如SOx、HCl等)。除上述外，可以从该废气流中除 去至少 10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、95%、96%、97%、98%、99%、 99. 9%或99. 99%的二氧化碳。在由低硫东部烟煤的燃烧产生的典型的未处理烟道气中，该烟道气可包含 H2O (5-7 % ) ；O2 (3-4% ) ；CO2 (15-16% ) ；Hg (Ippb) ；C0(20ppm)；烃(IOppm) ；HCl (IOOppm)； S0x(810ppm，其中SO2的浓度为800ppm且SO3的浓度为IOppm) ；NOx (500ppm，其中NO的浓 度为475ppm且NO2W浓度为25ppm)和N2 (余量)。不同的煤可以产生具有不同的污染物浓 度(例如 10-15% C02、10-20ppmC0、500-3000ppm SOx、150_500ppm N0x、l_2ppb Hg,5-10% 飞灰等)的未处理的烟道气，其中任何一种烟道气都适用于本发明。关于加工CO2用的介 质(例如水溶液)，废气流的许多附加组分可以便利地(尽管不严格)划分为可溶(例如 HgCl2, NO2等)、反应性(例如HC1、HF等)，或不可溶和非反应性(例如As、Cd、Pb、Cr、V、 Se等)。本发明的方法包括处理废气流以使某些附加组分在加工CO2用的该介质中更可溶 或更反应性。例如，在一些实施方案中，元素汞可能在各自可由本发明的电化学方法生成的 氯化氢(HCl)或氯气(Cl2)存在下氧化成氯化汞(HgCl2)。这是在本发明的实践中在燃烧 具有不同氯含量的各种煤时偶然发现的。据发现，具有更大氯含量的煤能够更好捕集各种 汞物类，特别是二价汞(Hg2+)。硫氧化物(SOx)可以是指任何低价硫氧化物，如SO、S2O2, S2O, S3O, Sx0(其中χ为 5-10)、S6O2、S7O2和聚合硫氧化物；一氧化硫(SO) ；二氧化硫(SO2)；三氧化硫(SO3)；和高价 硫氧化物，如S03+y (其中0 < y < 1)，或其组合。煤、油、天然气，或任何其它含硫燃料的燃烧可能产生如下烟道气-其中98-99%的硫是二氧化硫(SO2)形式且1-2%是三氧化硫(SO3)。 对于低和高硫煤，SOx的总浓度可以为1，000-4，OOOppm。本发明利用水溶液(例如海水、盐 水等)和任选地，除质子剂源如工业废料(例如飞灰、CKD、水镁石尾矿等)提供废气流的 高度有效的选择性催化还原。在一些实施方案中，本发明从废气流中除去至少5%、10%、 15%,20%,25%,30%,35%,40%,45%,50%,55%,60%,65%,70%,75%,80%,85%, 90 %、95 %或99. 9 %的SOx。在此类实施方案中，SOx清除可以直接由在本发明的加工器中 加工废气流(没有附加的SOx控制技术)实现。在一些实施方案中，这种SOx清除可以由在 本发明的加工器中加工废气流和使用选择性催化还原技术的组合实现。这类选择性催化还 原技术包括但不限于，湿法洗涤、喷雾干洗、湿硫酸法(WSA)和干吸附剂注射系统。使用本 发明的加工器的废气流的选择性催化还原可以使例如硫酸钙并入本发明的沉淀材料中，这 可随后用于在建筑环境中的各种用途。在一些实施方案中，强制氧化可用于氧化废气流中 或溶液中的硫化合物(例如亚硫酸盐至硫酸盐)以产生并入沉淀材料中的硫酸盐。例如， 在一些实施方案中，SO2可以以亚硫酸盐形式吸收在溶液中，其又可以通过经由通气氧化来 转化成硫酸盐。在一些实施方案中，SO2可以在与溶液(例如除质子剂和/或二价阳离子的 溶液)接触时转化成亚硫酸盐，该亚硫酸盐可以在该溶液中现存的条件下氧化。在此类实 施方案中，硫酸盐可能存在于本发明的沉淀材料、由沉淀材料的分离产生的上清液，或该沉 淀材料和该上清液中。氮氧化物可以是指NO和NO2或其组合中的任一种，并且可能在煤、油和其它燃料 的燃烧过程中，尤其在高温燃烧过程中产生。NOx主要以氧化一氮(NO)形式产生。也形成一 些二氧化氮(NO2)，但其浓度可以小于通常为200-1000ppm的总NOx浓度的5%。在一些实 施方案中，本发明从废气流中除去至少5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、 50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%或 99. 9% 的 Ν0χ。在此类实施方 案中，NOx清除可以直接由在本发明的加工器中加工废气流(没有附加的NOx控制技术)实 现。在一些实施方案中，这种NOx清除可以由在本发明的加工器中加工废气流和使用燃烧 改性技术的组合实现。因此，在一些实施方案中，可以使用预燃烧改性技术，如燃烧分级或 烟道气再循环(TOR)。或者，可以使用与在本发明的加工器中的废气流加工结合的后燃烧 改性技术降低NOx排放。在此类实施方案中，可以使用后燃烧改性技术，如选择性催化还原 (SCR)或选择性非催化还原(SNCR)。预燃烧和后燃烧改性技术的组合可以与在本发明的加 工器中加工废气流结合使用。可以通过NO强制氧化成NO2来增强NOx的水性吸收，该NO2更可溶于本发明的溶 液，包括包含除质子剂、二价阳离子，或除质子剂和二价阳离子的溶液。在一些实施方案中， 可以如全文经此引用并入本文的美国专利No. 5，670，122中所述将过氧化氢(H2O2)(例如在 甲醇中的过氧化氢)注入废气流以将NO氧化成NO2。在一些实施方案中，注入的H2O2 (MeOH) 与总污染物的摩尔比为0.01至5.0，如0. 1至4.0，包括0. 1至3.0，例如，0. 1至2. 0，0. 1至 1. 0，或0. 1至0. 5。例如，如果为2摩尔总污染物注射1摩尔H2O2 (MeOH)，注入的H2O2 (MeOH) 与总污染物的摩尔比为0. 5。机械上(mechanistically)，这种技术可诱发自由基介导的NO 氧化成NO2,这种形成能够实现例如没有用于控制NOx的后改性技术(例如SCR系统)的燃 煤发电厂中的湿法洗涤。在一些实施方案中，螯合剂可用于改进NO2的吸收，由NO强制氧化 成NO2而产生特别提高的浓度。在一些实施方案中，由NO2吸收形成的硝酸盐可并入水滑石(氢氧化碳酸铝镁)基质中。在一些实施方案中，水基过渡金属-催化NOx氧化成N2，其可 以与清洁的废气流中的N2 —起释放到环境中。如上所述，废气流中的金属可以是任何可用形式。以汞作为非限制性的金属实 例，煤和其它含汞燃料可能将元素汞(Hg°)和/或不同形式的气态和粒状汞化合物，如一 氧化汞(HgO)、氯化汞(HgCl2)、氯化亚汞(Hg2Cl2)、微粒汞(Hg(p))等排放到大气中。在美 国由煤燃烧产生的烟道气中的平均汞浓度可能为大约3ppb，而waste-to-energy (WtE)或 energy-from-waste (Efff)工厂的汞排放可能为Oppb至lOOppb。因此，汞排放的差异很大。 在一些实施方案中，本发明从废气流中除去至少5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、 40%,45%,50%,55%,60%,65%,70%,75%,80%,85%,90%,95%^； 99. 9%汞和 / 或任 何其它痕量金属(例如，Ag、As、Ba、Be、Cd、Co、Cr、Cu、Mo、Ni、Pb、Sb、Se、Tl、V、Zn 等)。在 一些实施方案中，例如，本发明从废气流中除去至少80%汞和/或任何其它痕量金属(例 如，Ag、As、Ba、Be、Cd、Co、Cr、Cu、Mo、Ni、Pb、Sb、Se、Tl、V、Zn 等)。在此类实施方案中， 汞和/或任何其它痕量金属的清除可以直接由在本发明的加工器中加工废气流(没有附加 的控制技术(例如汞控制技术))实现。在一些实施方案中，这种痕量金属(例如汞)清除 可以由在本发明的加工器中加工废气流和使用控制技术(例如汞控制技术)的组合实现。 以汞作为非限制性的金属实例，在一些实施方案中，可以使用一种或多种非专用的汞控制 技术，包括使用静电除尘器、织物过滤器、烟道气选择性催化还原(FGD)和/或选择性催化 还原(SCR)。例如，在一些实施方案中，静电除尘器可用于除去微粒汞；织物过滤器可用于 除去吸附到飞灰上的氧化汞、吸附到飞灰上的元素汞，或微粒汞；FGD除了从烟道气中除去 SOx外，还可用于从烟道气中除去氧化汞；且SCR可用于降低烟道气中元素汞的量；或前述 技术的一些组合。在一些实施方案中，一种或多种专用的汞控制技术可以与在本发明的加 工器中加工废气流结合使用。例如，在一些实施方案中，可以使用吸附剂注射(例如活性炭 或卤化碳的注射)或使废气流通过吸附剂。在另一非限制性实例中，可以使元素汞化学转 化成非挥发性汞化合物(例如使用专用氧化方案的增强的FGD)。实际上，可以使用多种氧 化法将汞和/或任何其它痕量金属转化成更容易实现水洗或更容易被水溶液吸收的可溶 形式(例如二价汞)。如上所述，过氧化氢(例如在甲醇中的过氧化氢)的注射是一种这 样的氧化方法。此外，在燃烧器或废气流中注入不同浓度和/或不同温度的各种形式的氯 (HCl, Cl2)可以产生可溶解在包含除质子剂和/或二价阳离子的本发明的溶液中的金属物 类(例如二价汞如HgCl2)。在一些实施方案中，可以使用还原法将金属物类转化成可实现 水洗的更可溶或毒性更低的形式。例如，在一些实施方案中，可以将来自废气流、除质子剂 的工业废料源(例如飞灰)和/或二价阳离子的工业废料源的Cr6+还原成Cr3+，其与六价 铬(Cr6+)相比是无毒的。非专用和专用的痕量金属(例如汞)控制技术的组合也可以与在 本发明的加工器中加工废气流结合使用。如上文参照CO2所述，尽管来自工厂的废气流提供来自化石燃料燃烧的废气流组 分，如SOx、N0x、汞等的相对浓缩的来源，本发明的方法和系统也适用于从含有比例如烟道 气低得多的这类组分的浓度的较不浓缩的来源(例如大气)中除去这类废气流组分。因此， 在一些实施方案中，方法和系统包括通过制造本发明的组合物来降低大气中的如S0x、N0x、 汞之类的废气流组分的浓度。如废气流那样，一部分大气中S0x、N0x、汞等的浓度可以降低 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，
3780%或更多，90%或更多，95%或更多，99%或更多，99. 9%或更多，或99. 99%。SOx、NOx、 汞之类的废气流组分的这种降低可以以本文所述的收率或以更高或更低的收率实现，并且 可以在一个加工步骤或一系列加工步骤中实现。除质子剂源或除质子方法在一些实施方案中，本发明提供使一定体积的水溶液与二氧化碳源以产生包含碳 酸盐、碳酸氢盐或碳酸盐和碳酸氢盐的组合物，其中该组合物是溶液或浆料。使该水溶液与 该二氧化碳源接触促进CO2溶解到水溶液中，以产生碳酸-与碳酸氢盐和碳酸盐平衡的物 类。为了制造本发明的组合物(例如包含碳酸盐、碳酸氢盐或碳酸盐和碳酸氢盐的沉淀材 料)，从该水溶液中的各种物类(例如碳酸、碳酸氢盐、水合氢离子等)中除去质子以使该平 衡移向碳酸氢盐、碳酸盐，或在它们之间某处。随着除去质子，更多CO2进入溶液。在一些实 施方案中，在使水溶液与CO2接触的同时使用除质子剂和/或方法以提高该反应的一个相 中的CO2吸收，其中PH可保持不变、提高或甚至降低，随后迅速除质子(例如通过添加碱)， 这在一些实施方案中可以使沉淀材料迅速沉淀。可以通过任何便利的方法从各种物类(例 如碳酸、碳酸氢盐、水合氢离子等)中除去质子，包括但不限于使用天然存在的除质子剂、 使用微生物和真菌、使用合成的化学除质子剂、从工业过程回收废料流和使用电化学方式。天然存在的除质子剂包括在可能创造或具有碱性局部环境的更宽环境中发现的 任何除质子剂。一些实施方案提供在添加到溶液中时创造碱性环境的天然存在的除质子 剂，包括矿物。这类矿物包括但不限于，石灰(CaO)；方镁石(MgO)；氢氧化铁矿物(例如针 铁矿和褐铁矿)；和火山灰(volcanic ash)。在全文经此引用并入本文的2009年7月10日 提交的美国专利申请No. 12/501,217中描述了这类矿物和包含这类矿物的岩石的消化方 法。一些实施方案包括使用天然存在的水体作为除质子剂源，该水体包含碳酸盐、硼酸盐、 硫酸盐或硝酸盐碱度，或它们的一些组合。任何碱性盐水(例如地表盐水、地下盐水、深层 盐水等)都适用于本发明。在一些实施方案中，包含碳酸盐碱度的地表盐水提供除质子剂 源。在一些实施方案中，包含硼酸盐碱度的地表盐水提供除质子剂源。在一些实施方案中， 包含碳酸盐碱度的地下盐水提供除质子剂源。在一些实施方案中，包含硼酸盐碱度的地下 盐水提供除质子剂源。在一些实施方案中，包含碳酸盐碱度的深层盐水提供除质子剂源。在 一些实施方案中，包含硼酸盐碱度的深层盐水提供除质子剂源。天然碱性水体的实例包括 但不限于地表水源(例如碱湖，如California的Mono Lake)和地下水源(例如碱性蓄水 层，如位于California的Searles Lake的深层地质碱性蓄水层)。另一些实施方案使用来 自干燥的碱性水体的沉积物，如沿着Africa，s Great Rift Valley的Lake Natron的地壳。 关于盐水和蒸发岩的其它来源，参见全文经此引用并入本文的2009年11月25日提交的美 国临时专利申请No. 61/264，564。在一些实施方案中，使用在它们的正常代谢中分泌碱性分 子或溶液的有机体作为除质子剂。这类有机体的实例是产生碱性蛋白酶的真菌(例如具有 9的最佳PH值的深海真菌焦曲霉)和制造碱性分子的细菌(例如cyanobacteria，例如来 自BristishColumbia的Atlin湿地的Lyngbya sp.，其由光合作用副产物提高pH值)。在 一些实施方案中，使用有机体产生除质子剂，其中有机体(例如将脲水解成氨的Bacillus, pasteurii)将污染物(例如脲)代谢产生除质子剂或包含除质子剂(例如氨、氢氧化铵) 的溶液。在一些实施方案中，与沉淀反应混合物分开培养有机体，其中除质子剂或包含除质 子剂的溶液用于添加到该沉淀反应混合物中。在一些实施方案中，与除质子剂联合使用天然存在或人造的酶以引发沉淀材料的沉淀。碳酸酐酶(其是植物和动物生成的酶)加速碳 酸在水溶液中转化成碳酸氢盐。因此，碳酸酐酶可用于如本文进一步详细描述的那样增强 CO2的溶解和加速沉淀材料的沉淀。用于除质子的化学试剂通常是指大量生产的市售合成化学。例如，用于除质子的 化学试剂包括但不限于，氢氧化物、有机碱、超强碱、氧化物、氨和碳酸盐。氢氧化物包括在 溶解时提供氢氧阴离子的化学物类，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)。有机碱是含碳分子，其通常为含氮的碱，包括伯胺，如甲 胺，仲胺，如二异丙胺，叔胺，如二异丙基乙胺，芳胺，如苯胺，杂芳族化合物，如吡啶、咪唑和 苯并咪唑和它们的各种形式。在一些实施方案中，使用选自吡啶、甲胺、咪唑、苯并咪唑、组 氨酸和膦腈的有机碱从用于制备本发明的组合物的各种物类(例如碳酸、碳酸氢盐、水合 氢离子等)中除去质子。在一些实施方案中，使用氨将PH升至足以制备本发明的组合物的 水平。适合用作除质子剂的超强碱包括乙醇钠、氨基化钠(NaNH2)、氢化钠(NaH)、丁基锂、二 异丙基氨基化锂、二乙基氨基化锂和双(三甲基甲硅烷基)氨基化锂。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)也是可用的合适 的除质子剂。用于本发明的碳酸盐包括但不限于，碳酸钠。除了包含阳离子(例如Ca2+、Mg2+等)和适用于本发明的其它合适的金属形式外， 来自各种工业过程的废料流(即工业废料流)可以提供除质子剂。这类废料流包括但不 限于，采矿废料；灰分(例如煤灰，如飞灰、底灰、炉渣)；矿渣(例如铁矿渣、磷矿渣)；水 泥窑废料(例如水泥窑灰(CKD))；炼油厂/石化精炼厂废料(例如油田和甲烷层盐水)； 煤层废料(例如采气盐水和煤层盐水)；纸加工废料；水软化废盐水(例如离子交换流出 物)；硅加工废料；农业废料；金属表面精整废料；高PH纺织废料；和碱渣。采矿废料包括 由从土地提取金属或另一昂贵或有用的矿物产生的任何废料。在一些实施方案中，使用来 自采矿的废料改变PH值，其中该废料选自来自拜耳铝提取法的红泥；来自海水的镁提取的 废料(例如Mg(OH)2,在Moss Landing, California发现的)；和来自包括浸提的采矿法的 废料。例如，红泥可以如全文经此引用并入本文的2009年3月18日提交的美国临时专利 申请No. 61/161369中所述用于改变pH值。红泥，根据加工条件和源材料(例如铝土矿)， 可以包含 Fe203、A1203、SiO2, Na2O, CaO, TiO2, K2O, MgO, CO2, S2O, MnO2, P2O5，这些物类各自大 致以从最丰富到最不丰富的顺序列举，且这些物类各自为方便起见表示为氧化物。煤灰、水 泥窑灰和矿渣-统称为金属氧化物的废料源，进一步描述在2009年6月17日提交的美国 专利申请No. 12/486692中，其公开内容全文经此引用并入本文-可以单独或与其它除质子 剂一起使用以便为本发明提供除质子剂。农业废料(通过动物废物或过度使用肥料产生) 可能含有氢氧化钾(KOH)或氨(ΝΗ3)或两者。因此，农业废料在本发明的一些实施方案中 可用作除质子剂。这种农业废料通常收集在池子中，但其也可能渗入蓄水层中，在此可获取 其并使用。电化学方法是从溶液中的各种物类中除去质子的另一方式，通过从溶质中除去质 子(例如碳酸或碳酸氢盐的脱质子)或从溶剂中除去质子(例如水合氢离子或水的脱质 子)。例如，如果CO2溶解造成的质子生成匹配或超过从溶质分子中电化学除质子，可能造 成溶剂的脱质子。在一些实施方案中，使用低电压电化学方法除质子，例如，在将CO2溶解 在沉淀反应混合物或该沉淀反应混合物的前体溶液(即，可能含有或不含二价阳离子的溶液)中时。在一些实施方案中，通过低电压电化学方法处理溶解在不含二价阳离子的水溶 液中的CO2以从碳酸、碳酸氢盐、水合氢离子或由CO2溶解产生的任何物类或其组合中除去 质子。低电压电化学方法在2、1. 9、1. 8、1. 7或1. 6V或更低，如1. 5、1. 4、1. 3、1. 2、1. IV或 更低，如IV或更低，如0. 9V或更低，0. 8V或更低，0. 7V或更低，0. 6V或更低，0. 5V或更低， 0. 4V或更低，0. 3V或更低，0. 2V或更低，或0. IV或更低的平均电压下运行。不生成氯气的 低电压电化学方法便于用在本发明的系统和方法中。不生成氧气的低电压电化学除质子法 也便于用在本发明的系统和方法中。在一些实施方案中，低电压方法在阳极处不生成任何 气体。在一些实施方案中，低电压电化学方法在阴极处生成氢气并将其输送至阳极，在此将 该氢气转化成质子。不生成氢气的电化学方法也是便利的。在一些情况下，电化学除质子 法不生成任何气态副产物。电化学除质子法进一步描述在2008年12月24日提交的美国 专利申请No. 12/344,019 ；2008年12月23日提交的美国专利申请No. 12/375,632 ；2008年 12月23日提交的国际专利申请NO.PCT/US08/088242 ； 2009年1月28日提交的国际专利申 it No. PCT/US09/32301 ；和 2009 年 6 月 24 日提交的国际专利申请 No. PCT/US09/48511 中， 它们各自全文经此引用并入本文。或者，电化学方法可用于通过例如氯碱法或其变体(例如低电压变体)产生苛性 碱分子(例如氢氧化物)。在容纳水溶液或充有废气(例如充有CO2)的溶液的装置中可 能存在电极(即阴极和阳极)，选择性隔板，如膜可以将电极隔开。用于除去质子的电化 学系统和方法可能产生副产物(例如氢)，其可以收集和用于其它用途。本发明的系统和 方法中可用的其它电化学方法包括但不限于，2008年7月16日提交的美国临时专利申请 No. 61/081，299和美国临时专利申请No. 61/091，729中描述的那些，它们的公开内容经此 引用并入本文。可以使用上述除质子剂源和除质子方法的组合。二价阳离子源在一些实施方案中，本发明提供使一定体积的液体(例如水溶液)与二氧化碳源 接触以产生包含碳酸盐、碳酸氢盐或碳酸盐和碳酸氢盐的组合物，其中该组合物是溶液或 浆料。为了制造包含碳酸盐、碳酸氢盐或碳酸盐和碳酸氢盐的沉淀材料，本发明的方法包括 使一定体积的含二价阳离子的水溶液与CO2源接触和对所得溶液施以促进沉淀的条件。二 价阳离子可根据在特定地点的可得性来自许多不同的二价阳离子源。这类源包括工业废 料、海水、盐水、硬水、岩石和矿物(例如石灰、方镁石、包含金属硅酸盐的材料如蛇纹石和 橄榄石)和任何其它合适的来源。在一些地点，来自各种工业过程的废料流(即工业废料流)提供二价阳离子(以 及除质子剂，如金属氢氧化物)的便利来源。这类废料流包括但不限于，采矿废料；灰分 (例如煤灰，如飞灰、底灰、炉渣)；矿渣(例如铁矿渣、磷矿渣)；水泥窑废料(例如水泥 窑灰)；炼油厂/石化精炼厂废料(例如油田和甲烷层盐水)；煤层废料(例如采气盐水 和煤层盐水)；纸加工废料；水软化废盐水(例如离子交换流出物)；硅加工废料；农业废 料；金属表面精整废料；高PH纺织废料；和碱渣。灰分、水泥窑灰和矿渣-统称为金属氧 化物的废料源，进一步描述在2009年6月17日提交的美国专利申请No. 12/486,692中， 其全文经此引用并入本文-可以与进一步描述在2009年7月10日提交的美国专利申请 No. 12/501，217(其也全文经此引用并入本文)中的包含金属硅酸盐的材料以任何组合使 用。本文所述的任何二价阳离子源可以混合并适用于实施本发明。例如，包含金属硅酸盐的材料(例如硅酸镁矿物，如橄榄石、蛇纹石等)可以与本文所述用于实施本发明的任何二 价阳离子源结合。在一些地点，用于制备本发明的组合物(例如包含碳酸盐、碳酸氢盐或碳酸盐和 碳酸氢盐的沉淀材料)的便利的二价阳离子源是水(例如，包含二价阳离子的水溶液，如海 水或盐水)，这可以随实施本发明的特定地点而变。可用的合适的二价阳离子水溶液包括 包含一种或多种二价阳离子(例如碱土金属阳离子，如Ca2+和Mg2+)的溶液。在一些实施方 案中，该水性二价阳离子源包含碱土金属阳离子。在一些实施方案中，该碱土金属阳离子包 括钙、镁或其混合物。在一些实施方案中，该二价阳离子水溶液包含50至50，OOOppm, 50至 40，OOOppm, 50 至 20，OOOppm, 100 至 10，OOOppm, 200 至 5000ppm，或 400 至 IOOOppm 的量的 钙。在一些实施方案中，该二价阳离子水溶液包含50至40，OOOppm, 50至20，OOOppm, 100至 10，OOOppm, 200 至 10，OOOppm, 500 至 5000ppm，或 500 至 2500ppm 的量的镁。在一些实施方 案中，如果Ca2+和Mg2+都存在，该二价阳离子水溶液中Ca2+与Mg2+的比率(S卩Ca2+ Mg2+)为 1 1至 1 2.5;1 2.5 至 1 5;1 5至 1 10 ;1 10 至 1 25 ;1 25 至 1 50; 1 50 至 1 100 ;1 100 至 1 150 ;1 150 至 1 200 ;1 200 至 1 250 ;1 250 至1 500;1 500至1 1000，或其范围。例如，在一些实施方案中，该二价阳离子水溶 液中 Ca2+与 Mg2+的比率为 1 1至1 10 ;1 5 至 1 25 ;1 10 至 1 50 ;1 25 至 1 100 ； 1 50至1 500;或1 100至1 1000。在一些实施方案中，该二价阳离子水 溶液中 Mg2+与 Ca2+的比率(即 Mg2+ Ca2+)为 1 1至 1 2. 5 ；1 2. 5 至 1 5 ；1 5 至 1 10 ;1 10 至 1 25 ;1 25 至 1 50 ;1 50 至 1 100 ;1 100 至 1 150; 1 150 至 1 200 ;1 200 至 1 250 ;1 250 至 1 500 ;1 500 至 1 1000，或其范 围。例如，在一些实施方案中，该二价阳离子水溶液中Mg2+与Ca2+的比率为1 1至1 10; 1 5 至 1 25 ;1 10 至 1 50 ;1 25 至 1 100 ;1 50 至 1 500 ；或 1 100 至 1 1000。该二价阳离子水溶液可包含衍生自淡水、微咸水、海水或盐水(例如天然存在的 盐水或人造盐水，如地热电厂废水、脱盐装置废水)以及盐度大于淡水的其它水溶液的二 价阳离子，其中任何都可能是天然存在的或人造的。为便于描述本发明，淡水可以被视为具 有小于0. 5ppt(千分之份数)的盐度。微咸水可能包含比淡水多的盐，但不像海水那么多的 盐。微咸水可以被视为具有大约0.5至大约35ppt的盐度。海水可以是来自海、洋或任何 其它具有大约35至大约50ppt的盐度的水体的水。盐水可以具有大约50ppt或更大的盐 度。因此，盐水可以是盐饱和或接近饱和的水。在一些实施方案中，作为二价阳离子源的水 源是富含矿物(例如富钙和/或富镁)的淡水源。在一些实施方案中，作为二价阳离子源的 水源是选自海、洋、湖泊、沼泽、河口、泻湖、地表盐水、深层盐水、碱湖、内海等的天然存在的 咸水源。在一些实施方案中，作为二价阳离子源的水源是地表盐水。在一些实施方案中，作 为二价阳离子源的水源是地下盐水。在一些实施方案中，作为二价阳离子源的水源是深层 盐水。在一些实施方案中，作为二价阳离子源的水源是Ca-Mg-Na-(K)-Cl ；Na-(Ca)-SO4-Cl ； Mg-Na-(Ca)-SO4-Cl ；Na-CO3-Cl ；或Na-CO3-SO4-Cl盐水。在一些实施方案中，作为二价阳离 子源的水源是选自地热电厂废水或脱盐废水的人造盐水。淡水通常是便利的二价阳离子源(例如碱土金属的阳离子，如Ca2+和Mg2+)。可以 使用许多合适的淡水源，包括从相对不含矿物的来源到相对富含矿物的来源的淡水源。富
41矿淡水源可能是天然存在的，包括许多硬水源、湖泊或内海。一些富矿淡水源，如碱湖或内 海(例如Turkey的Lake Van)也提供pH改性剂来源。富矿淡水源也可以是人造的。例如， 可以使贫矿(软)水与二价阳离子源，如碱土金属阳离子(例如Ca2+、Mg2+等)接触以制造 适用于本文所述的方法和系统的富矿水。可以使用任何便利的程序(例如添加固体、悬浮 液或溶液)将二价阳离子或其前体(例如盐、矿物)添加到淡水(或本文所述的任何其它类 型的水)中。在一些实施方案中，将选自Ca2+和Mg2+的二价阳离子添加到淡水中。在一些 实施方案中，将选自Na+和K+的一价阳离子添加到淡水中。在一些实施方案中，将包含Ca2+ 的淡水与包含金属硅酸盐的材料、灰分(例如飞灰、底灰、炉渣)或其产物或加工形式(包 括前述材料的组合)合并，从而产生包含钙和镁阳离子的溶液。在一些实施方案中，二价阳离子水溶液可获自也提供废气流(例如燃烧气流)的 工厂。例如，在水冷工厂，如海水冷却的工厂中，工厂已用于冷却的水可随后用作制造沉淀 材料用的水。如果需要，该水可以在进入本发明的沉淀系统之前冷却。这类方法可以例如 与单程冷却系统一起使用。例如，可以使用城市或农业供水作为工厂的单程冷却系统。来 自该工厂的水可随后用于制造沉淀材料，其中输出的水具有降低的硬度和更高的纯度。该二价阳离子水溶液可进一步提供除质子剂，其可以表示为碱度或该含二价阳离 子的溶液将酸中和至碳酸盐或碳酸氢盐的当量点的能力。碱度(At)可通过下列方程式表示At = [HCO3IT+2 [CO 广]τ+[B (OH)厂]τ+
τ+[ΗΡ0 广]T+[SiO (0H)f]T-[H+] SWS- [HSO4 ]，其中“Τ”是指测得的该溶液中的物类的总浓度。根据来源，其它物类也可能贡献 碱度。溶液中物类的总浓度不同于游离浓度，其将例如在海水中发生的显著量的离子对相 互作用计入考虑。根据该方程式，该水性二价阳离子源可能具有各种浓度的碳酸氢盐、碳酸 盐、硼酸盐、氢氧化物、磷酸盐、磷酸氢盐和/或硅酸盐，它们可能贡献该水性二价阳离子源 的碱度。任何类型的碱度都适合本发明。例如，在一些实施方案中，具有高硼酸盐碱度的二 价阳离子源适用于本发明。在此类实施方案中，硼酸盐浓度超过溶液中任何其它物类，包括 例如碳酸盐和/或碳酸氢盐的浓度。在一些实施方案中，该二价阳离子源具有至少10、100、 500、1000、1500、3000、5000或大于5000mEq的碱度。例如，在一些实施方案中，该二价阳离 子源具有500至IOOOmEq的碱度。类似于废气流(例如本文所述的各种CO2源)，由于它们的潜在污染作用，液体和 固体废料(包括多相形式，如废料浆)，如除质子剂或二价阳离子的工业废料源也有意义。 来自工业源的许多液体和固体废料包含由于它们的污染作用而不适合排放到环境中的酸、 碱或其它成分。在一些情况下，该工业废料可能太酸。在一些情况下，该工业废料可能太 碱。在另一些情况下，该工业废料可能含有不可接受的重金属(例如铅、汞、铬等)含量，例 如，在拜耳法(使用氢氧化钠选择性溶解Al2O3的工业方法)中，产生包含铁、钛、钠、二氧化 硅和其它杂质的废料。这种废料，被称作红泥，由于残留的氢氧化钠而非常苛性(PH通常超 过pH 13. 2)，它的处置是现行环境问题。类似地，在燃煤发电厂中，在煤的燃烧中生成灰分， 如飞灰或底灰。根据燃烧的煤的来源和组成，灰分的成分可能显著不同并可能包括显著量 的二氧化硅；氧化钙；金属，包括砷、铍、硼、镉、铬、钴、铅、锰、汞、钼、硒、锶、铊和钒；和有机 物，如烃、二噁类化合物和聚芳烃(PAHs)。尽管灰分(例如飞灰)可以容纳在尾矿池或填埋 场中，但其处置仍是现行环境问题。其它工业废料(例如木浆和造纸废料、冶金废料等)遇到类似的问题和顾虑。在一些实施方案中，本发明提供中和工业废料流的方法，包括使第一废料流与第 二废料流接触以中和至少一个废料流，被中和的流足够安全以释放到环境中(即被中和的 废料流包含可接受的环境污染物含量)。在一些实施方案中，该第一废料流是包含二氧化碳 的废气流。在一些实施方案中，该第一废料流是包含二氧化碳和除二氧化碳外的一种或多 种附加组分(例如S0X、N0X、Hg和/或其它痕量金属)的废气流。在一些实施方案中，该第 二废料流是液体、固体或它们的多相形式。在一些实施方案中，该第一废料流是包含二氧化 碳的废气流且第二废料流是液体、固体或它们的多相形式。在一些实施方案中，该第一废料 流是包含二氧化碳和除二氧化碳外的一种或多种附加组分(例如SOx、NOx, Hg和/或其它 痕量金属)的废气流且第二废料流是液体、固体或它们的多相形式。在一些实施方案中，本 发明提供中和多个工业废料流，如两个、三个、四个、五个或多于五个工业废料流的方法，其 中至少一个废料流包括包含二氧化碳的废气流且其中至少一个废料流被中和。在本发明的 一些实施方案中，中和两个、三个、四个、五个或多于五个废料流。实际上，本发明提供本文 所述的除质子剂、二价阳离子或其组合的任何来源(例如工业源)的中和以使被中和的来 源可安全释放到环境中。例如，在一些实施方案中，本发明的中和方法包括使第一废料流与 第二废料流接触，其中该第一废料流是包含二氧化碳和除二氧化碳外的一种或多种附加组 分(例如SOx、NOx, Hg和/或其它痕量金属)的废气流且第二废料流是红泥、飞灰或其组 合。本文所述的各系统适用于中和两个或更多个废料流，其中至少一个废料流包括包含二 氧化碳的废气流。本发明的系统，如图2A的系统(200A)(其是示例性的并且无论如何不将下列描述 局限于图2A)可包含适用于使包含CO2的废气流(230)与包含二价阳离子的水溶液(250) 接触以从该废气流中除去燃烧气体和颗粒物和与该溶液中的二价阳离子形成沉淀材料的 加工器(210)(例如反应器)。如本文所述的本发明的另一些实施方案那样，通过二氧化碳 和所述一种或多种其它组分离开废气流和进入该液体(例如水溶液)来从该废气流中除 去燃烧气体(例如C02、SOx、NOx等)和颗粒物(例如金属、飞灰等)。如上，可用的废料 流包括工厂废气(例如烟道气)，其可获自燃烧化石燃料或生物质燃料产生的燃烧产物，它 们随后送至烟囱，也称作工厂烟道。除通过燃料燃烧生成的CO2外，也可以由于其它工业加 工(例如水泥厂中的矿物煅烧)释放C02。烟道气的组成可以变化。在某些实施方案中，烟 道气中 CO2 的量可以为 350ppm 至 400，OOOppmJn 2000ppm 至 200，OOOppm，包括 2000ppm 至 180，OOOppm。烟道气中也可能存在如本文公开的其它组分，例如水、N0x、SOx、汞和颗粒物。 烟道气的温度可以变化，例如0°C至2000°C，如60°C至7000°C，包括100°C至400°C。本发明的方法中所用的废气流可以以将废气流从该工厂传送至沉淀设施的任何 便利的方式从工厂供应至沉淀地点。在某些实施方案中，用从该工厂所在地(例如工厂烟 道)通向一个或多个沉淀地点的气体传送装置(例如导管)提供该废料流。该废气流的来 源可以在远离沉淀地点的位置，以使该废气流的来源在距沉淀地点1英里或更远，如10英 里或更远，包括100英里或更远的地点。例如，该废气流可以从远端工厂经由CO2气体传送 系统(例如管道)运往沉淀地点。该工厂生成的含CO2的气体在到达沉淀地点(即碳酸盐 化合物沉淀设施)之前可以经过或不经过加工，例如除去其它组分等。在另一些情况下，该 废气流的来源邻近沉淀地点，其中这些情况包括沉淀地点与该废气流的来源集成的情况，
43如集成了碳酸盐化合物沉淀系统的发电厂。 如上所述，该废气流可以是获自工厂烟道或类似结构的废气流。在这些实施方案 中，将管道(例如导管)连向烟道以使气体经由该管道离开烟道并传送至沉淀系统的适当 位置(如下文更详细描述)。根据该沉淀系统的使用该废气流的部分的特定构造，该废气流 的获得来源的位置可变，例如以提供具有适当或所需温度的废料流。因此，在需要具有o°c 至1800Mn 60°C至700°C温度的废气流的某些实施方案中，可以在锅炉或燃气轮机、窑的 出口处，或在发电厂或烟囱的提供所需温度的任何位置获得烟道气。如果需要，使烟道气保 持在高于露点(例如125°C)的温度以避免冷凝和相关的复杂情况。如果这不可行，可以采 取步骤减轻冷凝的不利作用，例如采用不锈钢、氟烃(如聚(四氟乙烯))衬里的导管、用水 稀释和控制PH值等，以使该导管不会迅速劣化。如图2A(其是示例性的并且无论如何不将下列描述局限于图2A)中所示，系统 200A包括用于调节溶液的pH值以促进燃烧气体在该溶液中的吸收和该废气流中的组分与 该溶液中的二价阳离子的反应的除质子剂源(240)(例如氢氧离子)。在各种实施方案中， 该加工器(210)(例如反应器)构造成用于废气流(230)与该溶液的相互作用以形成包含 来自废气流的颗粒物和由气体与该溶液中的二价阳离子相互作用形成的沉淀材料的浆料。 在各种实施方案中，该加工器(210)可操作地连向处理系统(220)，其包含构造成将来自该 加工器的浆料分离成沉淀材料的湿滤饼和上清液的液-固分离器(222)。在各种实施方案 中，减少了二价阳离子、氢氧离子和沉淀材料的该上清液可以如全文经此引用并入本文的 2008年6月27日提交的美国专利申请No. 12/163，205中所述用作脱盐的进料水。在另一 些实施方案中，可以构造该二氧化碳加工系统以便可以在一部分上清液中补充二价阳离子 (例如碱土金属离子)和除质子剂(例如氢氧离子)并再循环至该加工器(210)(例如反应 器)。任选地，如图2A中所示，本发明的系统可包含洗涤器(226)，其构造成用清洗水洗涤 来自液-固分离器(222)的湿滤饼以从该湿滤饼中除去可溶盐，并产生洗过的沉淀材料的 湿滤饼(例如脱盐湿滤饼)(以及废洗水)。系统200A可进一步包含干燥器(224)，其构造 成将湿滤饼干燥以形成粗制干燥产物，其又可以在精制器(228)中精制成精制产物。可以 根据建筑材料的规格使用粗制干燥产物或精制产物制备本发明的建筑材料。如图2A(其是示例性的并且无论如何不将下列描述局限于图2A)中所示，可用于 除去气体组分(例如C02，S0x、N0x等)和由该沉淀材料制造干燥产物的设备可购得但可能 需要对于该系统定制。该加工器(210)(例如反应器)可包括许多不同组件，如温度控制组 件(例如构造成将该水溶液加热至所需温度)、化学添加剂组件(例如用于引入化学PH改 性剂，如K0H、Na0H等)、电解组件(例如阴极/阳极等)、充气组件、加压组件(例如用于在 加压条件，如50-800psi、100-800psi、400至800psi或任何其它合适的压力范围下运行)、 机械搅动和物理搅拌组件和用于使工厂烟道气再循环通过该沉淀系统的组件。该加工器 210(例如反应器)可以含有能够监测一个或多个参数，如反应器内压、pH值、沉淀材料粒 度、金属离子浓度、水溶液的电导率和碱度以及气体分压的组件。监测沉淀过程中的条件能 够在加工过程中作出正确的调节，或如果需要，提高或降低沉淀材料的生成。也如图2A(其是示例性的并且无论如何不将下列描述局限于图2A)中所示，本 发明的系统在各种实施方案中包含用于供应除质子剂240(例如氢氧离子)以便在加工 器(210)(例如反应器)中形成沉淀材料的系统。尽管可以使用任何便利的除质子剂源(例如来自市售氢氧化钠的氢氧化物)，但在一个实施方案中，该系统包括如图3中所示和 如全文经此引用并入本文的2008年12月23日提交的共同转让的国际专利申请No. PCT/ US08/088242中所述的用于向阳离子水溶液供应除质子剂(例如氢氧化物)或实现从水溶 液中除质子的电化学系统。参照图3，该电化学系统(300)在一个实施方案中包括接触第一电解质 (eleCtrolyte)304的阳极308;将第一电解质与第三电解质(330)隔开的阴离子交换膜 302 ；接触阴极310的第二电解质和将第二电解质与第三电解质隔开的阳离子交换膜324。 将离子交换膜置于该系统中以防止第一和第二电解质混合。电流/电压调节器(312)可用 于按需要提高或降低该系统中的阴极和阳极之间的电流或电压。在阳极和阴极之间施加电 压时，在与阴极接触的溶液中形成除质子剂(例如氢氧化物)且在阳极处不形成气体(例 如氧气或氯气)。如图2A(其是示例性的并且无论如何不将下列描述局限于图2A)中所示 的系统那样，图3的系统适用于向例如图2A所示的本发明的系统供应除质子剂(例如氢氧 化物)的分批、半分批或连续操作。为提供效率，生成废气流的工厂可以与该沉淀系统位于同一地点。“位于同一地 点”是指工厂与沉淀系统之间的距离为10至500码，如25至400码，包括30至350码。如 果需要，沉淀设施和工厂可相对于彼此布置以尽量降低温度损失和避免冷凝，以及尽量降 低管道成本，例如，其中在工厂的40码内安置沉淀设施。在某些实施方案中还可提到包括工业功能(如发电、水泥生产等)和本发明的沉 淀系统的完全联合的工厂。在这类联合工厂中，改进传统工厂和如下所述的沉淀系统以提 供所需联合工厂。改进包括，但不限于烟囱、泵系统、控制、仪器化、监测、利用工厂能量 (例如蒸汽轮机能量)运行部分沉淀部件(例如机械压机、泵、压缩机)、来自水泥厂和/或 发电厂的获自蒸汽的热或从空气到空气热交换器的热的利用等的协调。参照图2A(其是示例性的并且无论如何不将下列描述局限于图2A)，使包含燃 烧气体(例如CO2)的废气流(230)与经由管道或以一些其它便利的方式输送至加工器 210(例如反应器)的二价阳离子水溶液(250)接触。这种接触可产生充有燃烧气体的水 溶液，其中燃烧气体分子(例如0)2、此1、而1、5(^等)已经与水分子合并产生新的化学物 类(例如碳酸、碳酸氢盐、碳酸盐、盐酸、硝酸、硫酸等)，或其中该燃烧气体分子仅溶解在水 中。充有燃烧气体的水溶液也可能包含悬浮在水溶液中的来自该燃烧气体的颗粒物。在各 种实施方案中，如上所述，燃烧气体可包含二氧化碳；一氧化碳；氮氧化物(NOx)；硫氧化物 (SOx)；硫化物；卤化物，如氯化氢和氟化氢，它们也可以与例如SOx (例如S03、SO2) 一起被 视为酸性气体；颗粒物如飞灰；金属包括但不限于砷、铍、硼、镉、铬、钴、铅、锰、汞、钼、硒、 锶、铊和钒；有机物，如烃、二噁类化合物和多环芳烃(PAH)；和放射性材料。在各种实施方 案中，系统(200A)适用于加工同时包含所有、或一种、或多于一种这些组分的含CO2的废气 流230 (例如燃烧气体)。在该加工器(210)(例如反应器)中向含二价阳离子的水溶液中充入燃烧气体造 成该水溶液中燃烧气体含量(例如碳酸、碳酸氢根和碳酸根离子形式)的提高和离开该加 工器(例如，反应器)的气体中燃烧气体含量浓度的降低。在各种实施方案中，该充有燃 烧气体的水溶液可能是酸性的，具有6或更低，如5或更低，包括4或更低的pH值。在某 些实施方案中，用于充入水中的气体的C02、NOx, SOx或其组合的浓度为0. 1%U%>5%,
4510%或更高，25%或更高，包括50%或更高，如75%，或甚至更高。可用接触程序包括但不 限于，直接接触程序(例如将该气体鼓过该水溶液)、并流接触和混合(例如单向流动的气 相和液相流之间的接触)、对流方式(例如对向流动的气相和液相流之间的接触)等。因 此，可以视便利和如美国专利No. 7，379，487 ;2009年3月10日提交的美国临时专利申请 No. 61/158，992 ；2009年7月24日提交的美国临时专利申请No. 61/228，210 ；2009年5月 14日提交的美国临时专利申请No. 61/178，360 ;2009年6月29日提交的美国临时专利申 请No. 61/221,457 ;2009年6月30日提交的美国临时专利申请No. 61/221，631 ；2009年7 月7日提交的美国临时专利申请No. 61/223，657 ;2009年12月23日提交的美国临时专利 申请No. 61/289，657 (它们各自全文经此引用并入本文)中所述使用注入器、鼓泡器、流体 文丘里反应器、喷雾器、气体过滤器、喷嘴、塔盘、平流或填充塔反应器等实现接触。在各种 实施方案中，该废气流(例如燃烧气体)可以在用于充入水溶液之前加工。例如，按需要， 可以如全文经此引用并入本文的美国专利No. 5，670，122中所述对该废气流施以氧化条件 (例如将CO转化成CO2,将NO转化成NO2，和将SO2转化成SO3)。可以在加工器(210)(例如反应器)中沉淀包含碳酸盐、碳酸氢盐或碳酸盐和碳酸 氢盐的非晶或结晶沉淀材料，其可进一步包含硫酸盐、亚硫酸盐和/或类似物。沉淀条件包 括改变水溶液的化学和/或物理环境以产生所需沉淀材料的那些。例如，可以将水温升至 适合发生所需碳酸盐或硫酸盐化合物的沉淀的值。在此类实施方案中，可以将水温升至5 至70°C，如20至50°C，包括25至45°C。因此，尽管给定的一组沉淀条件可具有0至100°C 的温度，在某些实施方案中可以升高该温度以产生所需沉淀材料。在某些实施方案中，可以 利用由低或零二氧化碳排放源(例如太阳能、风能、水电能等)生成的能量升高该温度。尽管在指定的沉淀过程中该水溶液的pH值可以为pH 5至14(例如pH 7至pH 14)，在某些实施方案中可以按需要将pH值升至碱性水平以驱使碳酸盐和/或硫基(例如 SO4, SO3等)化合物以及其它化合物(例如氢氧化物和金属络合物)和颗粒物沉淀。在某 些这些实施方案中，将PH值升至尽可能降低(如果不是消除的话)该加工器(例如，反应 器)在沉淀过程中的NOx、SOx和/或CO2气体生成的水平。这种pH水平使溶解的气体以 例如，碳酸盐、碳酸氢盐、硫酸盐、亚硫酸盐等形式截留在该沉淀材料中。在这些实施方案 中，可以将PH值升至pH 9或更高，如pH 10或更高，包括pH 11或更高。如果需要，使用任 何便利的方法，包括使用如本文所述的图3的电化学系统提高该水的pH。在某些实施方案 中，可以使用除质子剂(例如PH改性剂)，其中这类除质子剂的实例包括氧化物、氢氧化物 (例如氢氧化钠、氢氧化钾、Mg(OH)2)、碳酸盐(例如碳酸钠)等。添加到该含二价阳离子的 水溶液中的除质子剂(例如PH改性剂)的量取决于该除质子剂的特定性质和改性的水溶 液的体积，并足以将该含二价阳离子的水溶液的PH提高至所需值。向水溶液中充入燃烧气体和沉淀材料(例如碳酸盐、硫酸盐、亚硫酸盐和/或类似 物)的沉淀可以在连续法或在分开的工艺步骤中进行。因此，充气和沉淀可以在如图2A(其 是示例性的并且无论如何不将本发明局限于图2A)中所示的相同加工器(例如，反应器) 中进行。在另一些实施方案中，这两个(或更多个)步骤可以在分开的加工器或加工器内分 开的单元(例如，气-液接触器、气-液-固接触器、反应器等)中进行。在此类实施方案 中，例如，先在气_液或气-液-固接触器中向水溶液中充气，随后在另一反应器中对所得 充有燃烧气体的水溶液施以沉淀条件。类似地，要认识到，可以通过物理捕集在沉淀材料中或通过物理捕集和沉淀的组合从该废气流中除去该废气流的一种或多种组分。因此，例如， 汞或其它重金属、颗粒物、有机物和/或其它组分可以捕集在沉淀材料中，这使它们在所需 条件下稳定。参照图2A(其是示例性的并且无论如何不将下列描述局限于图2A)，可以在加工 器210中沉淀储存稳定的产物，这可以在其子系统，包括但不限于气-液接触器、气-液-固 接触器、反应器或它们的任何组合中进行。如上，可用的沉淀条件包括改变水溶液的化学和 /或物理环境以产生所需沉淀材料的那些。例如，可以将水溶液温度升至适合发生所需碳 酸盐或硫酸盐化合物的沉淀的值。在某些实施方案中，该废气流携带的来自工厂的过量和 /或工艺热可以以热气体或蒸汽形式用于在沉淀过程中提高水溶液的温度。在某些实施方 案中，水与该废气流的接触可以将该水溶液的温度提高至所需温度，其中在另一些实施方 案中，可能需要将水溶液冷却至所需温度。在各种实施方案中，使用灰分作为pH改性剂，例如以提高该充有燃烧气体的水溶 液的PH值。灰分可用作唯一的pH改性剂或与一种或多种其它pH改性剂联用。在某些实 施方案中可以使用煤灰作为灰分，煤灰可以是在发电厂锅炉或燃煤炉，例如链条锅炉、旋风 锅炉和流化床锅炉中由燃烧粉状无烟煤、褐煤、烟煤或亚烟煤生成的残渣。这类煤灰包括飞 灰，其是废气或烟道气从炉中带出的细碎煤灰；和以团块形式集中在炉底的底灰。飞灰通常高度不均勻并包括玻璃状粒子与各种可识别的结晶相，如石英、莫来石 和各种氧化铁的混合物。可用的飞灰包括F型和C型飞灰。CSA Standard A23. 5和ASTM C618定义了上文提到的F型和C型飞灰。这些类型之间的主要差别是该煤灰中钙、二氧化 硅、氧化铝和铁含量的量。飞灰的化学性质极大地受燃烧的煤(即无烟煤、烟煤和褐煤)的 化学含量的影响。可用的飞灰包括显著量的硅石(二氧化硅SiO2)(非晶和结晶的)和石 灰(氧化钙CaO，氧化镁MgO)。下表1提供了可用在本发明的实施方案中的各种类型的飞灰的化学构成。表1.各种类型的飞灰的化学构成
组分烟煤亚烟煤褐煤SiO2(% )20-6040-6015-45Al2O3 (% )5-3520-3020-25Fe2O3 (% )10-404-104-15CaO (% )1-125-3015-40更硬更老的无烟煤和烟煤的燃烧通常产生F类飞灰。F类飞灰是凝硬性的，并含有 少于10%石灰(CaO)。由更新的褐煤或亚烟煤的燃烧产生的飞灰除具有凝硬性外，还具有 一些自粘结性质。在水存在下，C类飞灰随时间经过硬化和获得强度。C类飞灰通常含有多 于20%石灰(CaO)。在C类飞灰中，碱和硫酸根(SO4)含量通常较高。飞灰材料在悬浮在废气中的同时固化并使用各种方法，例如用静电除尘器或滤袋收集。由于粒子在悬浮在废气中的同时固化，飞灰粒子通常是球形且尺寸为0.5微米至100 微米。可用的飞灰包括其中至少大约80重量％包含小于45微米的粒子的那些。在本发明 的某些实施方案中还可以使用高碱性流化床燃烧器(FBC)飞灰。在各种实施方案中还可以使用底灰。底灰在燃煤锅炉中以附聚物形式由煤的燃烧 形成。这类燃烧锅炉可以是液态排渣锅炉或固态排渣锅炉。当在液态或固态排渣锅炉中生 成时，该底灰在水中淬火。淬火产生尺寸如下的附聚物-其中90%落在0. 1毫米至20毫米 的粒度范围内，其中该底灰附聚物在此范围内具有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，较少量的Fe、Ca、Mg、Mn、Na和K的氧化物，以及硫和碳。在某些实施方案中还可以使用火山灰作为灰分。火山灰由直径小于2毫米(0.079 英寸)的小的火山碎屑(即火山爆发产生的小块碎岩石和玻璃)构成。在各种实施方案中，可以将水泥窑灰(CKD)作为改变pH的手段添加到该制造组合 物用的反应混合物中。燃料的性质和用于煅烧的该燃料的燃烧方式会影响CKD的化学组 成，其可能含有来自该燃料的灰分。因此，灰分和/或CKD可用作调节pH的手段的一部分， 或唯一手段，并可以根据灰分和/或CKD的化学组成，与特定灰分和/或CKDs —起使用各 种其它组分。在一些实施方案中，将灰分作为这些附加反应物的一种来源添加到该水溶液(例 如沉淀反应混合物)中以产生含有一种或多种组分，如非晶二氧化硅、结晶二氧化硅、硅酸 钙、硅铝酸钙或可能由灰分在本发明的组合物的制造方法中的反应产生的任何其它部分的 沉淀材料。各种实施方案中所用的灰分可以使用任何便利的程序与水溶液接触以实现所需 PH，包括例如将一定量的灰分放入容纳该水溶液的加工器(例如，反应器)中，其中灰分添 加量足以将PH值升至所需水平，使水溶液流过柱或床等形式的一定量的灰分。在不将pH值升至12或更高的水平的某些实施方案中，所用飞灰可能不溶解，而是 仍为微粒组合物。未溶解的飞灰可以与其余反应产物(例如沉淀材料)分离(例如滤出)， 以便随后利用。或者，可以使水溶液流过在固定构造(例如在柱或类似结构)中提供的一 定量的飞灰，该构造允许水溶液流经该飞灰但不会使飞灰随水溶液流出该结构。这种实施 方案不要求将未溶解的飞灰与产物溶液分离。在PH超过12的另一些实施方案中，如下文 更详细描述的那样，飞灰溶解并提供凝硬性产物。在使用飞灰制造本发明的组合物的实施方案中，先通过如静电沉淀之类的方法从 烟道气中取出飞灰，或直接经由烟道气使用。除提高PH值外，飞灰在本发明的一些实施方 案中的使用还可以提供反应物，如氧化铝或二氧化硅。在某些实施方案中，使用矿渣作为pH改进剂，例如以提高该充有燃烧气体的水的 PH值。该矿渣可用作唯一的pH改性剂或与一种或多种其它pH改性剂(例如灰分等)联 用。由金属加工产生的矿渣可能含有钙和镁氧化物以及铁、硅和铝化合物。在某些实施方 案中，使用矿渣作为PH改性材料可通过向沉淀材料中引入反应性二氧化硅和氧化铝来提 供额外益处。可用的矿渣包括但不限于，来自铁熔炼的高炉矿渣、来自钢的电弧或高炉加工 的矿渣、铜矿渣、镍矿渣和磷矿渣。如上所示，灰分(或在某些实施方案中，矿渣)在某些实施方案中可用作将水溶液 的PH值调节至所需水平的唯一方式。在另一些实施方案中，可以与灰分联合使用一种或多
48种额外的PH调节剂或方法。如果需要，也可以将pH改性剂以外的添加剂引入水溶液中以影响制成的沉淀材 料的性质。因此，该方法的某些实施方案包括在对该水溶液施以沉淀条件之前或之中在该 水溶液中提供添加剂。可以通过痕量的某些添加剂促成某些碳酸钙多晶型物。例如，通过 在碳酸钙过饱和溶液中包含痕量的氯化镧形式的镧，可以以极高收率获得球霰石-CaCO3W 高度不稳定的多晶型物，其以各种不同的形态沉淀并迅速转化成方解石。可用的除镧外的 其它添加剂包括但不限于过渡金属等。例如，亚铁或正铁的添加已知促使形成本来不会形 成的无序白云石(原白云石)。相应地，由含二价阳离子的水溶液制造所需沉淀材料的一组沉淀条件在某些实施 方案中包括反应温度和PH值，在一些情况下包括添加剂和离子物类在该水溶液中的浓度。 沉淀条件也可以包括如混合速率、搅拌形式(如超声)以及晶种、催化剂、膜或底物的存在 等因素。在一些实施方案中，沉淀条件包括过饱和条件、温度、PH和/或浓度梯度，或循环 或改变任何这些参数。用于制备本发明的沉淀材料的程序可以是分批或连续程序。要认识 到，沉淀条件在连续流系统中可以与分批系统不同以产生给定沉淀材料。在某些实施方案中，可以使用任何便利的程序(例如喷枪、分段流管反应器)实现 含二价阳离子的水溶液和燃烧气体之间的接触以控制沉淀材料粒子的粒度范围。可以向二 价阳离子源中加入一种或多种添加剂以控制沉淀材料的粒度范围，所述添加剂包括但不限 于絮凝剂、分散剂、表面活性剂、防垢剂、晶体生长阻滞剂、螯合剂等。含二价阳离子的水溶液与废气流(例如燃烧气体)的接触可以在对该水溶液施以 沉淀条件之前、之中和/或之后发生。相应地，本发明的实施方案包括在对该溶液施以矿物 沉淀条件之前使该水溶液与废气流接触的方法。本发明的实施方案还包括在对该水溶液施 以沉淀条件的同时使该水溶液与废气流接触的方法。本发明的实施方案包括在对该水溶液 施以沉淀条件之前和在对该水溶液施以沉淀条件的同时都使该水溶液与废气流接触的方 法。在一些实施方案中，该相同水溶液可以循环一次以上，其中第一沉淀周期除去例如碳酸 盐(例如碳酸钙、碳酸镁)和硫酸盐并留下残留的水溶液，可以向其中加入其它二价阳离子 源以进一步沉淀(即可以使更多废气循环通过其中以产生更多沉淀材料)。在各种实施方案中，可以使用本文所述的沉淀参数的调节以优化捕集、或沉淀、或 沉淀并捕集在沉淀材料中的特定组分的量。要认识到，在一些实施方案中，需要不沉淀或捕 集废气流的一组分或将这种捕集减至最小。因此，在一些实施方案中，可以调节条件以降 低、尽可能减少或基本消除废气流的一种或多种组分包夹在沉淀材料中。这类组分可能包 括一种或多种本文所述的组分(例如汞、其它重金属、放射性物质等)。无论废气流何时与水溶液接触，在一些情况下，在废气流与水溶液接触时，该水溶 液不是过度碱性的，以致该溶液可具有PH 10或更低，或pH 9. 5或更低，或pH 9或更低，或 甚至PH 8或更低的pH值。在一些实施方案中，与废气流接触的水溶液不是已先制成碱性 的水溶液(例如由于除质子剂的添加或由于电化学程序)。在一些实施方案中，与废气流 接触的水溶液不是已通过添加除质子剂，如氢氧化物(例如氢氧化钠)来达到碱性的水溶 液。在一些实施方案中，该水溶液是已例如通过添加一定量的除质子剂，如氧化物(例如氧 化钙、氧化镁等)而达到仅微碱性的水溶液。在沉淀材料(例如碳酸盐、硫酸盐、亚硫酸盐和/或类似物)从该水溶液中沉淀
49后，可以分离所得沉淀材料。使用任何便利的方式实现沉淀材料的分离，包括浙水(例如 沉淀产物的重力沉降，随后浙水)、滗析、过滤(例如重力过滤、真空过滤、使用加压空气过 滤)、离心、加压，或它们的任何组合。例如，可以如经此引用并入本文的2009年4月9日 提交的美国临时专利申请No. 61/168，166中所述实现沉淀材料的分离。大部分水与沉淀材 料的分离产生沉淀材料的浓缩组合物，其中该浓缩组合物在碳酸盐和/或碳酸氢盐和由加 工工业废气流产生的任何其它共同产物方面浓缩。该浓缩组合物也可以根据除水程度被视 为脱水沉淀材料或沉淀材料的湿滤饼。在一些实施方案中，该浓缩组合物包含至少10%、 15%,20%,25%,30%,35%,40%,45%,50%,55%,60%,65%,70%,75%,80%,85%, 90%、95%、99%沉淀材料(即固体)，余量为水或其溶液。也可以如图2A(其是示例性的并且无论如何不将下列描述局限于图2A)中所 示用处理系统220的液-固分离器(222)分离该沉淀材料以产生沉淀材料的湿滤饼和 上清液。(也参见全文经此引用并入本文的2009年4月9日提交的美国临时专利申 请No. 61/168，166)。在一些实施方案中，该沉淀材料不分离，或仅部分分离。在此类实 施方案中，任选包括一些或所有沉淀材料的上清液可以通过任何合适的方式处置。在一 些实施方案中，包含该上清液和任选一些或所有沉淀材料的组合物可以运输至陆地基或 水基地点并置于该地点。例如，在此类实施方案中，包括相对不含沉淀材料的上清液的 组合物可以地上、地下、水中(例如海洋)、水下弃置，因为这类组合物适合(例如符合 美国环境保护局和/或州环境机构的许可排放限，如National Pollutant Discharge EliminationSystem(NPDES)限，因为这些排放限在本专利申请的提交日存在)释放到环境 中。这尤其可用于二价阳离子源是海水的实施方案，因为海水中的硫酸盐浓度远大于本发 明的组合物中的硫酸盐浓度。因此，添加的硫酸盐可忽略地提高海水中的硫酸盐浓度。要 认识到，在除沉淀材料的弃置外不进一步加工的方法中，可以使碳足迹、所用能量和/或用 于从工业废气中封存给定量的燃烧气体而生成的燃烧气体量最小化。由分离产生的沉淀材料(例如所得脱水沉淀材料)可随后如图2A(其是示例性的 并且无论如何不将下列描述局限于图2A)中所示使用干燥器(224)干燥以制造粗制干燥产 物。例如，可以通过风干该沉淀材料来实现干燥。在风干该沉淀材料的实施方案中，风干可 以在室温或升高的温度下进行。在某些实施方案中，由工厂废气流提供该升高的温度。在 这些实施方案中，在干燥步骤中可以先使用来自发电厂的废气流(例如烟道气)，其中该废 气流可具有30至700°C，如75至300°C的温度。该废气流可以在干燥阶段中直接与湿沉淀 材料接触，或用于在干燥阶段中间接加热气体(如空气)。通过使来自工厂的气体传送装 置(例如导管)源自合适的位置，例如HRSG中一定距离的位置或直至烟道，可以在废气流 中提供所需温度，这根据废气和工厂构造的细节确定。在一些实施方案中，将沉淀材料喷雾 干燥以干燥该沉淀材料，其中通过使其穿过热气体(如来自发电厂的废气流)来干燥包含 沉淀材料的浆料。例如可经由雾化器将包含沉淀材料的浆料泵送到主干燥室中并与雾化器 方向并流或对流地传送热气体。在某些实施方案中，通过冷冻干燥(即冻干)实现干燥，其 中将沉淀材料冷冻，降低周围压力并加入足够的热以使该材料中的冻结水从该冻结的沉淀 材料直接升华成气体。根据该系统的特定干燥程序，干燥器可以包括过滤元件、冻干结构、 喷雾干燥结构等。在一些实施方案中，该脱水沉淀材料或湿滤饼可以如图2A(其是示例性的并且无论如何不将下列描述局限于图2A)的任选洗涤器(226)所示在干燥之前洗涤。该脱水沉淀 材料或湿滤饼可以用淡水洗涤以从该材料中除去盐(如NaCl)。废洗水可以视便利弃置，例 如，通过弃置在尾矿池等中。此后，如所示，该洗过的沉淀材料或洗过的湿滤饼可以在干燥 器224中干燥以提供粗制干燥产物中的所需物理特性，如粒度、表面积等。在干燥过程中或 有时在其后，可以向该沉淀材料中加入一种或多种组分，如掺加剂、集料、辅助水泥质材料 等以制造其它产品。该干燥产物(例如干燥的沉淀材料)可以以许多不同的方式弃置。在某些实施方 案中，将干燥产物运往长期储存地，从而有效地以储存稳定形式(例如可以储存在地上的 燃烧气体-封存材料)封存燃烧气体(例如co2、SOx、NOX等)和颗粒物。例如，该沉淀材料 可以储存在与工厂和沉淀系统相邻的长期储存地。在另一些实施方案中，该沉淀材料可运 输和置于长期储存地，例如按需要在地上、地下等，其中该长期储存地远离该发电厂(这在 发电厂附近的地产稀缺的实施方案中是合意的)。在将该沉淀材料运往长期储存地的这些 实施方案中，其可以在用于将燃料或其它材料运往该工厂和/或沉淀设施的空闲运输工具 (例如驳船、火车、卡车等)中运输。由此，用于将燃料运往工厂、将材料运往沉淀设施(例 如碱源)的运输工具等可用于运输沉淀材料，因此封存来自该工厂的燃烧气体。在一些实施方案中，本发明的组合物(例如溶液、浆料、沉淀材料等)可以弃置在 水下或地下场所，其可以随位置和可用资源而变。组合物可以是未处理的(例如不除水)、 经过处理以除去一部分上清液从而产生浓缩组合物，干燥的(例如喷雾干燥的沉淀材料)， 或本文所述的任何这样的形式，包括主要包含上清液的组合物。水下场所包括但不限于内 陆水下场所(例如在淡水湖下)或海洋水下场所。该水下场所可以是浅的，包括1000英 尺或更低，如200英尺或更低，包括150英尺或更低的场所，或深的，包括200英尺或更大， 如500英尺或更大，1000英尺或更大，2000英尺或更大，包括5000英尺或更大的场所。地 下场所包括具有适用于长期储存本发明的组合物的不渗透性和稳定性的任何地下场所。本 发明的组合物可注入在地面下方50米或更大，100米或更大，200米或更大，500米或更大， 或1000米或更大的地下场所。在一些实施方案中，将该组合物注入在地面下方小于3000 英尺，小于2500英尺，小于2000英尺，小于1500英尺，小于1000英尺，小于500英尺，小于 250英尺，或小于100英尺的地下场所。在一些实施方案中，将该组合物注入地质层，从此处 除去盐水。可以使用构造成运送本发明的组合物(例如溶液、浆料、沉淀材料等)的组合物 传送装置(例如与合适的泵等一起构造的管道、导管等)实施本发明的组合物的水下或地 下弃置。如果需要，由沉淀材料和母液构成的该组合物可以在沉淀之后和弃置之前储存一 段时间。例如，该组合物可以在1至40°C，如20至25°C的温度下储存1至1000天或更久， 如1至10天或更久。在本发明的一些实施方案中，来自发电厂的烟道气中所含的几乎100%的NOx、 SOx和/或CO2以稳定的矿物形式封存；这可以在单个沉淀步骤中(例如在单加工器中)或 在多个沉淀步骤(例如在串联、并联构造的多个加工器或其组合中)进行，并且可进一步包 括封存CO2的其它方法，例如随着烟道气中的CO2浓度降低，用于除去气体中的所有原始CO2 时的能量消耗不可接受的更耗能的方法变得可用于除去该气体中的最终co2。因此，在一些 实施方案中，进入发电厂的气体(普通大气)可能含有比离开该工厂的已通过本发明的方
51法和系统处理过的烟道气中的CO2浓度大的CO2浓度。因此，在一些实施方案中，本发明的 方法和系统包括如下方法，其包括向发电厂供应气体，例如大气，其中该气体包含CO2 ；处理 发电厂中的气体，例如通过化石燃料燃烧以消耗O2和产生CO2,随后处理废气以除去CO2 ；和 从该发电厂释放气体，其中从该发电厂释放的气体具有比向该发电厂供应的气体低的CO2 含量。在一些实施方案中，从该发电厂释放的气体含有比进入该发电厂的气体少至少10% 的CO2,或少至少20 %的CO2,或少至少30 %的CO2,或少至少40 %的CO2,或少至少50 %的 CO2,或少至少60%的CO2,或少至少70%的CO2,或少至少80%的CO2,或少至少90%的CO2, 或少至少95%的CO2,或少至少99%的CO2,或少至少99. 5%的CO2,或少至少99. 9%的CO2 ； 在一些实施方案中，进入该发电厂的气体是大气，离开该发电厂的气体是处理过的烟道气。图2B(其是示例性的并且无论如何不将下列描述局限于图2B)显示系统200B的 一个实施方案，其构造成用一种或多种排放控制技术选择性处理废气流(例如燃烧气流) 以在将烟道气引入加工器210之前除去该烟道气的一种或多种组分(例如SOx、NOx、颗粒 物等)。因此，如图2B，232中所示，在一个实施方案中，在将废气流送入加工器(210)(例如 反应器)之前从该废气流中除去氮氧化物气体(NOx)；或者，通过利用232和234，可以从该 废气流中除去NOx和飞灰；类似地，通过232、234和236，可以在将该气体引入该加工器之 前除去该废气流的三种组分(NOx、飞灰和SOx)。会认识到，图2B中所示的系统如本发明的任何系统那样，可以采用任选NOx控 制技术(232)(例如选择性催化还原(SCR)、非选择性催化还原等)、任选颗粒物控制技术 (234)(例如静电除尘器(ESP)、织物过滤器等)和任选SOx控制技术(236)(例如烟道气 脱硫(FGD)等)，在存在时，排放控制技术可以以任何次序构造以除去废气流的任何所需组 分。本发明的系统也可进一步构造成采用专用的汞控制技术(例如活性炭注射(ACI))。系 统可以从头构造以包含这些任选排放控制技术，或可以用CO2-加工系统改造具有排放控制 技术的现有工厂。无论与CO2-加工系统结合的工厂是从头构造还是改造，来自工厂、0)2-加 工系统，或工厂和CO2-加工系统的组合的排放物被设计成符合或优于选自Reasonably Available Control Technology (RACT) ；Best AvailableControl Technology (BACT)； Maximum Achievable Control Technology (MACT) ；Lowest Achievable Emission Rate(LAER)；和/或任何美国环境保护局(EPA)参考方法的排放控制标准，因为这些排放控 制标准在本专利申请的提交日存在。在一些实施方案中，本发明的系统不含NOx、SOx或颗粒物控制技术。例如，在此类 实施方案中，废气流可直接送往加工器，任选在用热交换器冷却该废气流后。在一些实施方 案中，本发明的系统包含选自NOx、SOx或颗粒物控制技术的一个排放控制技术。例如，在 此类实施方案中，该系统可以包含NOx控制技术。例如，在另一些实施方案中，该系统可以 包含颗粒物控制技术。在一些实施方案中，本发明的系统包含选自NOx、SOx或颗粒物控制 技术的两种排放控制技术。例如，在此类实施方案中，该系统可以包含NOx和颗粒物控制技 术，其中该NOx控制技术位于颗粒物控制技术之前。例如，在另一些实施方案中，该系统可 以包含NOx和颗粒物控制技术，其中该颗粒物控制技术位于NOx控制技术之前。在一些实施 方案中，本发明的系统包含NOx、SOx和颗粒物控制技术。例如，在此类实施方案中，该系统 可以包含NOx、SOx和颗粒物控制技术，其中该NOx控制技术位于颗粒物控制技术之前。例 如，在另一些实施方案中，该系统可以包含NOx、SOx和颗粒物控制技术，其中该颗粒物控制技术位于NOx控制技术之前。可以在该系统中适当使用热交换器以使烟道气的温度降至适 合排放控制技术的温度。例如，热交换器可用于使该温度降至适合在NOx控制技术中有效 洗除NOx或在SOx控制技术中有效洗除SOx的温度范围。此外，可以构造任何排放控制技 术以提供用于加工CO2的材料。例如，在一些实施方案中，可以构造颗粒物控制技术(例如 静电除尘器、织物过滤器等)以将收集的颗粒物，如飞灰(例如除质子剂和/或二价阳离子 的工业废料源)供应至本发明的加工器(飞灰的前端添加)。在一些实施方案中，可以构造 颗粒物控制技术(例如静电除尘器、织物过滤器等)以将收集的颗粒物，如飞灰供应至本发 明的组合物(例如辅助水泥质材料_波特兰水泥与辅助水泥质材料等的掺合物)(飞灰的 后端添加)。飞灰的这类用途(例如替代一部分水泥或水泥质材料)是本领域已知的。本发明的系统和与各种工厂结合的系统可以符合或优于污染控制标准， 如 Reasonably Available Control Technology (RACT) ；Best AvaiIableControl Technology (BACT) ；Maximum Achievable Control Technology (MACT) ；Lowest Achievable Emission Rate (LAER)；和/或任何美国环境保护局(EPA)参考方法，因为这些 污染控制标准在本专利申请的提交日存在。当本发明的CO2-加工系统捕集工厂(例如燃煤 发电厂)排放的 CO2 的至少 10%,20%,30%,40%,50%,60%,70%,80%,90%,95%,99% 或99. 9%时，可能符合或优于这些污染控制标准。由于本发明的系统有效符合或优于污染 控制标准，本发明的CO2-加工系统甚至可以短时间(例如数小时，数天等)停工以便维护， 或在高需求(例如高能量需求)期停工，并且仍符合或优于污染控制标准，如RACT、BACT、 嫩0\1^^1 ;和/或任何美国环境保护局(EPA)参考方法，因为这些污染控制标准在本专利 申请的提交日存在.例如，燃煤发电厂的高能量需求可能要求该发电厂利用储备容量(例 如10%储备容量)和/或为运行本发明的CO2-加工系统而储备的能量。在这类情况中，可 以停止CO2-加工系统，并将本来要用该系统加工的排放物(例如C02、SOx, Hg等)释放到 环境中，任选通过其它排放控制技术(例如N0x、颗粒物和/或SOx控制技术)，如果存在这 类排放控制技术的话。由于燃煤发电厂可能每年仅在没有本发明的控制排放物的0)2-加 工系统的情况下运行几小时，该发电厂可能仍符合或优于污染控制标准。不需要为备用容 量和在这种备用容量运行过程中的污染提高花费额外的金钱。本发明的系统，包括如图2中所示的系统，可以构造成实现废气流中的组分的氧 化。该废气流中的组分的氧化包括对该废气流施以如上所述的过氧化氢(H2O2)或H2O2/ CH3OH混合物。使用过氧化氢氧化含CO2的气流的系统和方法的示例性描述可见于美国专 利5，670，122，其全文经此引用并入本文。可以用过氧化氢处理气流足以氧化其中的组分， 例如足以将氧化一氮(NO)、三氧化硫(SO3)、轻质烃(C1-C4)、一氧化碳(CO)和汞中的一种或 多种分别转化成N02、SO2, CO2和HgO的时间。可以在使该气流与水溶液(例如包含二价阳 离子、除质子剂或其组合的水溶液)接触之前用过氧化氢或H202/CH30H混合物处理该气流。 在一些实施方案中，在使气流与水溶液接触后回收的加工过的废气流可以用H202/CH30H混 合物处理并在本发明的加工器中再加工以捕集该废气流的任何残留组分。过氧化氢或H202/CH30H混合物的反应时间可以为大约0. 01至大约5秒，例如大 约0. 1至大约2秒。N02、S02、C02和HgO(和该废气流的其它组分)可随后通过吸收到水溶 液(例如包含二价阳离子、除质子剂或其组合的水溶液)中来除去。在一些实施方案中，可 随后对充有CO2的溶液施以沉淀条件以形成包含该气流的一种或多种组分(例如N02、SO2,C02、Hg0等)的沉淀材料。因此，本发明提供从废气流中除去多种组分(例如CO2、标准污染 物和/或其它有毒或环境有害组分)的快速有效的方法，以使这些组分不以危险的高浓度 排放到大气中。例如，本发明可用于从锅炉、炉、焚烧炉、固定发动机和燃烧各种类型燃料的 其它系统排出的废气流(例如烟道气)中除去这些组分。如上所述，注入的H2O2 (MeOH)与总污染物的摩尔比可以为0. 01至5. 0，如0. 1至 4. 0，包括0. 1至3. 0，例如0. 1至2. 0，0. 1至1. 0，或0. 1至0. 5。当使用H2O2水溶液或在 甲醇中的含水H2O2时，这类比率也有效。在一些实施方案中，例如，注入的H2O2 (MeOH或H2O) 与总污染物的摩尔比可以为0. 5至2. 0。在一些实施方案中，例如，注入的H2O2 (MeOH或H2O) 与总污染物的摩尔比可以为0.9至1.5。可以以至50%，例如10%至大约30%的浓度 注射过氧化氢(例如甲醇溶液或水溶液形式)。在本发明的系统和方法中使用过氧化氢具有许多优点。如果适当储存，过氧化氢 溶液非常稳定。过氧化氢的使用不会造成任何环境问题，因为过氧化氢本身不是污染源，且 反应副产物只有水和氧。因此，在本发明中可以安全地使用过氧化氢。参照图2C，其是示例性的并且无论如何不将下列描述局限于图2C，在一个实施方 案中，系统200C包含加工器(210)，其包含适合使富含二氧化碳的废气流230与包含二价阳 离子的阳离子水溶液250接触以中和废料流中的成分240和与该水溶液中的阳离子形成含 碳酸盐的沉淀材料的气_液或气-液-固接触器。如所示，该系统包括该废料源中所含的 除质子剂源240 (例如Off)。在各种实施方案中，利用该废料源中的0H—调节该水溶液的pH 值以促进燃烧气体(例如二氧化碳、NOx和SOx)在该溶液中的吸收和使废气流中的组分与 该溶液中的阳离子反应以在该溶液中形成含碳酸盐的沉淀材料。合适的废料流的实例包括 含氢氧化钠的红泥和含氧化钙的飞灰。在各种实施方案中，废气流230与溶液250在加工器210中的相互作用导致形成 包含来自废气流的颗粒物和由气体与该溶液中的阳离子相互作用形成的沉淀材料的浆料。 在各种实施方案中，将该浆料送往液_固分离器222，在此，如图2A和2C (它们仅例示本文 所述的本发明)中所示，将其分离成浓缩组合物(例如湿滤饼)和上清液。在各种实施方 案中，如图2C中所示，例如，将脱除了二价阳离子、氢氧离子和沉淀材料的该上清液送至脱 水。在另一些实施方案中，在一部分上清液中补充碱土金属阳离子和除质子剂并再循环至 该加工器210。任选地，如图2A(其是示例性的并且无论如何不将下列描述局限于图2A)中 所示，在洗涤站226中用清洗水洗涤来自液-固分离器222的湿滤饼以从该湿滤饼中除去 可溶盐，以产生脱盐湿滤饼和洗水。来自该洗涤站的湿滤饼可以在干燥器224中干燥以形 成粗制干燥产物。如上，该粗制干燥产物又可以在精制器中精制成精制产物。可以根据建 筑材料的规格在制造系统(228)中使用粗制干燥产物或精制产物制备本发明的建筑材料。 建筑材料可以包括进一步描述在2008年5月23日提交的美国专利申请No. 12/126,776 ； 2008年12月24日提交的美国专利申请No. 12/344,019 ;2009年5月29日提交的美国专 利申请No. 12/475, 378 ；和2008年10月22日提交的美国专利申请No. 12/604，383 (它们 各自经此引用并入本文)中的水泥、细集料、灰泥、粗集料、混凝土、火山灰，或其组合。在如图2C(其是示例性的并且无论如何不将下列描述局限于图2C)中所示的本发 明的系统中，可用于中和废料组分和由所得沉淀材料制造建筑产品的设备可购得但可能需 要专门定制。此外，如所示，系统200C在各种实施方案中包含用于供应氢氧离子以便在加工器210中形成沉淀材料的除质子剂(例如OH—)废料源240。尽管在图2C的实施方案中， 在废料流240中供应除质子剂源(例如0H_)，但可以使用红泥、飞灰或任何便利的除质子剂 源(例如市售氢氧化钠)。因此，在一个实施方案中，该系统包括如上文参照图2A所述和如 图3中所示并且如全文经此引用并入本文的2008年12月23日提交的共同转让的国际专 利申请NO.PCT/US08/088242中所述的用于向阳离子水溶液供应氢氧离子的电化学系统。参照图2C，其是示例性的并且无论如何不将下列描述局限于图2C，使包含燃烧气 体的废气流230与二价阳离子水溶液接触以制造充气水溶液。充气水溶液是指包含燃烧 气体的阳离子水溶液，其中燃烧气体分子已经与水分子结合产生新化学物类，例如碳酸、盐 酸、硝酸、硫酸、碳酸氢盐、碳酸盐，或其中该燃烧气体分子仅溶解在水中。充气水还包括包 含从燃烧气体夹带在水溶液中的颗粒物的水溶液。在各种实施方案中，该燃烧气体包括二 氧化碳和一氧化碳(COx)；氮氧化物(NOx)；硫氧化物(SOx)和硫化物；卤化物，如氯化氢和 氟化氢，它们也可以与例如SOx(例如S03、S02) —起被视为酸性气体；颗粒物，如飞灰、粉尘 和金属，包括砷、铍、硼、镉、铬、铬VI、钴、铅、锰、汞、钼、硒、锶、铊和钒；和有机物，如烃、放 射性材料、二噁类化合物和PAH化合物。在各种实施方案中，本发明提供适用于处理同时包 含所有、或一种、或多于一种这些组分的输入燃烧气流的系统。在加工器(例如，图2C的加工器210)中向阳离子水溶液充气造成水溶液中燃烧 气体含量(例如以碳酸、碳酸氢根和/或碳酸根离子形式)的提高和离开该加工器的排出 气体的浓度降低。在各种实施方案中，该充有燃烧气体的水溶液是酸性的，具有6或更低， 如5或更低，包括4或更低的pH。在某些实施方案中，用于充入水中的气体的C02、N0x和/或 SOx的浓度为0. 1%、1%、5%、10%或更高，25%或更高，包括50%或更高，如75%或甚至更 高。可用的接触程序包括，但不限于直接接触程序，例如将该气体鼓过该水溶液，并流接触 和混合，例如单向流动的气相和液相流之间的接触，对流方式，例如对向流动的气相和液相 流之间的接触等。因此，可以视便利和如全文经此引用并入本文的美国专利No. 7，379，487 中所述使用注入器、鼓泡器、流体文丘里反应器、喷雾器、气体过滤器、喷嘴、塔盘、平流或填 充塔反应器等实现接触。在各种实施方案中，该气体可以在用于充入水溶液之前加工。例 如，按需要，可以如全文经此引用并入本文的美国专利No. 5，670，122中所述对该气体施以 氧化条件，例如将CO转化成C02，将NO转化成NO2,和将SO2转化成S03。参照图2C，其是示例性的并且无论如何不将下列描述局限于图2C，在加工器210， 沉淀碳酸盐化合物、硫酸盐和亚硫酸盐化合物，它们可以是非晶或结晶的。如果废料源240 包含不溶解在该水溶液中的固体废料(例如红泥或飞灰)，可能中和该废料中的碱，且沉淀 材料因此可能视情况含有中和的固体，例如中和的红泥或飞灰。沉淀条件包括改变水溶液 的物理环境以产生所需沉淀产物的那些。例如，可以将水温升至适合发生所需碳酸盐或硫 酸盐化合物的沉淀的值。在此类实施方案中，可以将水温升至5至70°C，如20至50°C，包 括25至45°C的值。因此，尽管给定的一组沉淀条件可具有0至100°C的温度，在某些实施 方案中可以升高该温度以产生所需沉淀材料。在某些实施方案中，利用由低或零二氧化碳 排放源，例如太阳能源、风能源、水电能源等生成的能量升高该温度。图4-11显示本发明的方法的各种实施方案，由此可以处理废气流以除去燃烧组 分和形成组合物(例如沉淀材料)。在一些实施方案中，该方法用于以固体形式截留工业废 气，例如烟道气中的至少两种组分，例如从水溶液中沉淀该组分或该组分的衍生物，或将该
55组分或该组分的衍生物物理截留在沉淀材料或其它固体形式中，或沉淀和截留的组合。组 分可包括C02、C0、S0x、N0x、汞、砷、铅、硒、氟、氯、氯化氢、氟化氢、颗粒物(例如飞灰)和烃。 在一些实施方案中，从该工业废气中除去至少10、20、30、40、50、60、70、80、90、95或99%的 CO2 (如果存在的话)。在一些实施方案中，从该工业废气中除去至少10、20、30、40、50、60、 70、80、90、95或99%的CO (如果存在的话)。在一些实施方案中，从该工业废气中除去至少 10、20、30、40、50、60、70、80、90、95或99%的SOx (如果存在的话)。在一些实施方案中，从 该工业废气中除去至少10、20、30、40、50、60、70、80、90、95或99 %的NOx (如果存在的话)。 在一些实施方案中，从该工业废气中除去至少10、20、30、40、50、60、70、80、90、95或99%的 汞(如果存在的话)。在一些实施方案中，从该工业废气中除去至少10、20、30、40、50、60、 70、80、90、95或99%的砷(如果存在的话)。在一些实施方案中，从该工业废气中除去至 少10、20、30、40、50、60、70、80、90、95或99%的铅(如果存在的话)。在各种实施方案中， 从该废气流中除去至少10、20、30、40、50、60、70、80、90、95或99%的燃烧气体组分。因此，在一些实施方案中，本发明提供处理含有CO2和SOx的工业废气的方法，其 中该方法例如通过将CO2和SOx，或其中之一或两者的衍生物以固体形式截留(例如来自水 溶液的沉淀材料)来除去至少10、20、30、40、50、60、70、80、90、95或99%的CO2和至少10、 20、30、40、50、60、70、80、90、95或99 %的SOx。在一些实施方案中，本发明提供处理含有CO2 和SOx的工业废气的方法，其中该方法除去至少10%的CO2和至少10、20、30、40、50、60、70、 80、90、95或99%的SOx。在一些实施方案中，本发明提供处理含有CO2和SOx的工业废气 的方法，其中该方法除去至少30%的CO2和至少10、20、30、40、50、60、70、80、90、95或99% 的SOx。在一些实施方案中，本发明提供处理含有CO2和SOx的工业废气的方法，其中该方 法除去至少 50% 的 CO2 和至少 10、20、30、40、50、60、70、80、90、95 或 99% 的 SOx。在一些实 施方案中，本发明提供处理含有0)2和SOx的工业废气的方法，其中该方法除去至少70%的 CO2 和至少 10、20、30、40、50、60、70、80、90、95 或 99%的 SOx。在一些实施方案中，可以预处理废气流(例如如参照图2B所述)以提高一种或多 种废气组分的溶解度、氧化态或其它性质以使一种或多种组分更易经受本发明的方法(例 如沉淀或以其它方式将该组分截留在稳定的固体形式中)。在此类实施方案中，预处理可 以在一个步骤或多于一个步骤，例如，在2、3、4、5、6、7、8、9、10或多于10个预处理步骤中进 行。在本发明的一些实施方案中，该废气流不预处理。在一些实施方案中，该废气流用颗粒 物控制技术(例如静电除尘器、织物过滤器等)预处理以除去颗粒物，如飞灰。颗粒物，例如飞灰可以在该沉淀阶段除去，或可以在沉淀反应之前独立地从工业 气体中除去，或两者的组合，例如除去一些颗粒物和沉淀剩余颗粒物。在一些实施方案中， 可以将颗粒物加回该沉淀材料中。例如，在一些实施方案中，将该沉淀材料加工成建筑材 料，如水泥，并如工业中有时实施的那样将颗粒物(例如飞灰)添加到该沉淀材料中。参照图4，在一个实施方案中，步骤400中的方法包括使废气流与含金属离子的 水溶液接触，由此至少三种下列组分从该废气流中除去并包含在不可溶的稳定沉淀材料 中二氧化碳；一氧化碳；氮氧化物(NOx)；硫氧化物(SOx)；硫化氢；氯化氢；氟化氢；飞 灰；粉尘；金属，包括砷、铍、硼、镉、铬、铬VI、钴、铅、锰、汞、钼、硒、锶、铊；烃；放射性材料、 二噁类化合物和PAH。在如图5中所示的另一实施方案中，步骤500中的方法包括使包含二氧化碳、氮氧化物和硫氧化物的废气流与含金属离子的水溶液接触和使包含来自该废气流的二氧化 碳、硫氧化物和汞的沉淀材料沉淀。在如图6中所示的另一实施方案中，步骤600中的方法包括使来自工业源的烟道 气与含金属离子的水溶液在使二氧化碳和该烟道气的至少两种其它组分沉淀到不可溶的 稳定沉淀材料中的条件下接触。在如图7中所示的另一实施方案中，步骤700中的方法包括处理来自工业源的烟 道气以除去该烟道气的不合意组分，其通过处理该烟道气以除去颗粒物，随后处理该烟道 气以从中除去二氧化碳、汞氧化物和硫氧化物。在如图8中所示的另一实施方案中，步骤800中的方法包括处理包含二氧化碳、汞 和硫氧化物的废气流以通过在单步骤中使该二氧化碳和硫氧化物在不可溶组合物中沉淀， 从该废气流中除去至少50%的二氧化碳和至少50%的硫氧化物。在如图9中所示的另一实施方案中，步骤900中的方法包括处理包含二氧化碳 和汞的废气流以在包括沉淀二氧化碳和汞的单一过程中除去至少50%的二氧化碳和至少 50%的汞。在另一实施方案中，该方法包括处理来自工业源的烟道气以除去该烟道气的不合 意组分，包括处理该烟道气以除去颗粒物，随后处理该烟道气以除去二氧化碳和硫氧化物 (SOx)。参照图10，该方法在一个实施方案中在步骤1000包括使第一废料流与第二废料 流在含二价阳离子的水溶液存在下接触，由此中和至少一个废料流中的污染物。在各种实 施方案中，至少一个废料流包含二氧化碳和其它燃烧气体，且该二价阳离子水溶液包含钙 和/或镁离子。在各种实施方案中，该非气态废料流包含可供使用的碱，如在红泥中的氢氧 离子，或在煤灰中的氧化钙。在各种实施方案中，在如本文所述的二价阳离子溶液中获得包 含碳酸钙和/或碳酸镁和该废料的中和成分的沉淀材料。在各种实施方案中，该含中和废 料的沉淀材料可以弃置和/或可以与含碳酸盐的沉淀材料一起用作如本文所述的建筑产
P
ΡΠ O参照图11，在另一实施方案中，步骤1100中的方法包括中和工业废料的步骤，包 括使该废料与包含二氧化碳的废气流和包含二价阳离子水溶液的液流接触，由此中和该 废料的PH值。如图10的方法那样，图11方法包括通过使其与包含碱土金属离子的二价阳 离子水溶液，例如包含咸水，如海水、微咸水、盐水或含溶解的镁铁矿物的水溶液中可供使 用的钙和/或镁离子的二价阳离子溶液反应，处理包含红泥和/或飞灰的废料流。在另一 实施方案中，该方法包括利用包含通过化石燃料燃烧形成的二氧化碳的废气流在该二价阳 离子水溶液中沉淀碳酸盐。在各种实施方案中，该含碳酸盐的沉淀材料可以包括二价阳离子碳酸盐，如碳酸 钙、碳酸镁、碳酸钙镁。在各种实施方案中，该沉淀材料可以与一种或多种下列成分一起沉 淀红泥、飞灰、粉尘、金属，包括砷、铍、硼、镉、铬、铬VI、钴、铅、锰、汞、钼、硒、锶和铊。在一 个实施方案中，在与该溶液接触之前或之后加工该废气流以除去一种或多种颗粒物和氮氧 化物。在另一任选步骤中，该方法包括从该水溶液中提取上清液和脱盐水和使至少一部分 该上清液循环到该水溶液中。在各种实施方案中，从特定废料流中除去基本所有废料，二 氧化碳、汞和/或硫氧化物，例如从该废料中除去5 %、10 %、20 %、30 %、40 %、50 %、60 %、70%、80%或更多的氢氧离子。组合物本发明的组合物可以是包含碳酸盐、碳酸氢盐或碳酸盐和碳酸氢盐(任选为二价 阳离子，如Ca2+、Mg2+或其组合的)的溶液、固体或多相材料(例如浆料)。通过本发明的方 法制成的这类组合物(例如沉淀材料)中的碳量可以变化。在一些实施方案中，组合物包含
至 15% (w/w)，如 5 至 15% (w/w)，包括 5 至 14% (w/w)，5 至 13% (w/w)，6 至 14% (w/ w)，6至12% (w/w)和7至12% (w/w)的碳量(使用下文更详细描述的程序测得)，其中显 著量的碳可以是源自CO2源的碳(使用下文更详细描述的程序测得)。在此类实施方案中， 该组合物(例如沉淀材料)中存在的碳的10至100%，如50至100%，包括90至100%来 自该CO2源(例如包含二氧化碳的工业废气流)。在一些情况下，该组合物中存在的可追溯 至该二氧化碳源的碳量为50 %或更多，60 %或更多，70 %或更多，80 %或更多，90 %或更多， 95%或更多，99%或更多，包括100%。本发明的组合物(例如包含碳酸盐、碳酸氢盐或碳酸盐和碳酸氢盐的沉淀材料) 可以每1000吨该组合物储存50吨或更多的CO2，如100吨或更多的CO2，包括150吨或更多 的CO2，例如200吨或更多的CO2，如250吨或更多的CO2，包括300吨或更多的CO2，如350吨 或更多的CO2，包括400吨或更多的CO2，例如450吨或更多的CO2，如500吨或更多的CO2,包 括550吨或更多的CO2，如600吨或更多的CO2，包括650吨或更多的CO2，例如700吨或更多 的C02。因此，在一些实施方案中，本发明的组合物(例如包含碳酸盐、碳酸氢盐或碳酸盐和 碳酸氢盐的沉淀材料)包含5 %或更多的CO2,如10 %或更多的CO2,包括25 %或更多的CO2, 例如50%或更多的CO2，如75%或更多的CO2，包括90%或更多的C02。这类组合物，特别是 本发明的沉淀材料可用在建筑环境中。在一些实施方案中，该组合物可用作人造品，如建筑 材料的组分(例如水泥、集料、混凝土的组分，或其组合)。该组合物为储存稳定的CO2-封 存产物，因为该组合物在人造品(如建筑材料)中的使用不会造成封存的CO2的再释放。在 一些实施方案中，本发明的组合物(例如包含碳酸盐、碳酸氢盐或碳酸盐和碳酸氢盐的沉 淀材料)在与波特兰水泥合并时可以在不释放CO2的情况下溶解和与波特兰水泥的化合物
纟口口。用于将CO2转化成碳酸盐、碳酸氢盐或碳酸盐和碳酸氢盐的条件可以将一种或多 种附加的废气流组分转化成共同产物(即在CO2加工条件下由所述一种或多种附加组分产 生的产物)，其中这类附加组分包括硫氧化物(SOx)；氮氧化物(NOx)；—氧化碳(CO)；金 属，如锑(Sb)、砷(As)、钡(Ba)、铍(Be)、硼(B)、镉(Cd)、铬(Cr)、钴(Co)、铜(Cu)、铅(Pb)、 锰(Mn)、汞(Hg)、钼(Mo)、镍(Ni)、镭(Ra)、硒(Se)、银(Ag)、锶(Sr)、铊(Tl)、钒(V)和锌 (Zn)；颗粒物；卤化物或酸性气体；有机物；有毒物质；放射性同位素等。对于本发明，所述 一种或多种附加废气流组分的共同产物可以被视为所述一种或多种附加废气流组分的衍 生物。本发明的组合物可以包含碳酸盐、碳酸氢盐，或碳酸盐和碳酸氢盐，以及一种或多种 附加废气流组分和/或一种或多种附加废气流组分的共同产物。在一些实施方案中，所述 一种或多种附加组分和/或共同产物可以是包含碳酸盐、碳酸氢盐或碳酸盐和碳酸氢盐的 溶液的一部分。在一些实施方案中，所述一种或多种附加组分和/或共同产物可以是本发 明的沉淀材料的一部分_通过与碳酸盐、碳酸氢盐或碳酸盐和碳酸氢盐一起沉淀所述一种 或多种附加组分和/或共同产物，通过将所述一种或多种附加组分和/或辅助产物截留在
58包含碳酸盐、碳酸氢盐或碳酸盐和碳酸氢盐的沉淀材料中，或通过它们的一些组合。在一些 实施方案中，所述一种或多种附加组分和/或共同产物可以是包含前述溶液与沉淀材料的 任何组合的浆料的一部分。本发明的组合物除碳酸盐和/或碳酸氢盐外还可包含硫酸盐、亚硫酸盐等。在 一些实施方案中，组合物包含70-99. 9%碳酸盐和/或碳酸氢盐以及0. 05-30%硫酸盐和 /或亚硫酸盐。例如，组合物可包含至少50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、 90%、95%或99.9%碳酸盐和/或碳酸氢盐。这类组合物可进一步包含至少0.05%、 0. 1%,0. 5%、1.0%、5. 0%、10%、15%、20%、25%或 30%硫酸盐和 / 或亚硫酸盐。在一些 实施方案中，本发明的组合物包含钙、镁或其组合的硫基化合物，任选沉淀或截留在由包含 SOx (例如S02、S03等)的废气流制成的沉淀材料中。例如，镁和钙可能分别反应形成MgSO4 和CaSO4,以及其它含镁和含钙的化合物(例如亚硫酸盐)，从而在没有脱硫步骤，如烟道气 脱硫(“FGD”)的情况下从该废气流(例如烟道气流)中有效除去硫。此外，可以在不额外 释放CO2的情况下形成包含CaS04、MgSO4和相关化合物的组合物。在存在高的硫基化合物 (例如硫酸根)含量的情况下，可以使该水溶液富集钙和/或镁以使钙和/或镁可供在形成 CaSO4, MgSO4和/或相关化合物之前、之中或之后形成碳酸盐化合物。在一些实施方案中， 在不同阶段收集多种反应产物(例如MgC03、CaC03、CaS04、前述的混合物等)，而在另一些实 施方案中，收集单一反应产物(例如，包含碳酸盐、硫酸盐等的沉淀材料)。图12A和图12B 例如提供用水镁石尾矿(例如Mg(OH)2)与不含SO2 (图12A)和含400ppm SO2 (图12B)的 合成烟道气(15% CO2,3. 5% O2，余量N2)实验室合成的碳酸镁之间的形态比较。图12A和 图12B的组合物分别表现出30. 9%和31. 的碳酸化程度。本发明的组合物可以包含硝酸盐、亚硝酸盐和/或类似物。在一些实施方案中， 本发明的组合物包含钙、镁或其组合的这类氮基化合物，任选沉淀或截留在由包含NOx(例 如而2、而3等)的废气流制成的沉淀材料中。例如，镁和钙可能分别反应形成Mg(NO3)2 和Ca(NO3)2，以及其它含镁和含钙的化合物(例如硝酸盐)，从而在没有选择性催化还原 (“SCR”)步骤或非选择性催化还原(“NSCR”)步骤的情况下从该废气流(例如烟道气 流)中有效除去氮。此外，可以在不额外释放CO2的情况下形成包含Ca(N03)2、Mg(NO3)2和 相关化合物的组合物。本发明的组合物可进一步包含其它组分，如痕量金属(例如汞)。以 汞作为痕量金属的非限制性实例，本发明的组合物可以包含元素汞(HgO)、包含Hg2+的汞盐 (例如HgCl2, HgCO3等)、包含的Hg+汞盐(例如Hg2Cl2, Hg2CO3等)、包含Hg2+的汞化合物 (例如HgO、有机汞化合物等)、包含Hg+的汞化合物(例如Hg20、有机汞化合物等)、微粒汞 (Hg(ρ))等。包含Hg2+的汞盐、包含Hg+的汞盐、包含Hg2+的汞化合物、包含Hg+的汞化合物 可以被视为本发明的汞衍生物。在一些实施方案中，本发明的组合物包含这类汞基化合物， 任选沉淀或截留在由包含痕量金属如汞的废气流制成的沉淀材料中。在一些实施方案中， 组合物包含至少 0. 1、0. 5、1、5、10、50、100、500、1，000,5, 000、10，OOOppb 浓度的汞(或另一 金属)。汞可能反应形成HgCO3或Hg2CO3,以及其它含汞的化合物(例如氯化物、氧化物)， 从而在没有专用或非专用的除汞技术的情况下从该废气流(例如烟道气流)中除去汞。此 外，可以在不额外释放CO2的情况下形成包含汞和/或其它痕量金属的组合物。本发明的沉淀材料可包含由共沉淀产生的几种碳酸盐和/或几种碳酸盐矿物相， 其中该沉淀材料可包含例如，碳酸钙(例如方解石)以及碳酸镁(例如三水菱镁矿)。沉淀
59材料也可以包含在单一矿物相中的单一碳酸盐，包括但不限于碳酸钙(例如方解石)、碳酸 镁(例如三水菱镁矿)、碳酸钙镁(例如白云石)或ferro-carbo-aluminosiIicate。由于 可以相继沉淀不同的碳酸盐，该沉淀材料可根据其获得条件相对富含(例如90%至95% ) 或基本富含(例如95% -99. 9% ) 一种碳酸盐和/或一种矿物相，或该沉淀材料可以包含 一定量的其它碳酸盐和/或其它矿物相，其中所需矿物相为该沉淀材料的50-90%。会认 识到，在一些实施方案中，该沉淀材料除碳酸盐外还可以包含一种或多种氢氧化物(例如 Ca (OH) 2、Mg (OH)2)。也会认识到，该沉淀材料中存在的任何碳酸盐或氢氧化物可以是完全或 部分非晶的。在一些实施方案中，该碳酸盐和/或氢氧化物是完全非晶的。也会认识到，该 沉淀材料中存在的任何碳酸盐或氢氧化物可以是完全或部分结晶的。在一些实施方案中， 该碳酸盐和/或氢氧化物是完全结晶的。由于原材料的可变性，可能存在许多不同的含碳酸根的盐和化合物，但是包含碳 酸镁、碳酸钙或其组合的沉淀材料特别有用。沉淀材料可包含两种或更多种不同的碳酸盐 化合物、三种或更多种不同的碳酸盐化合物、四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，包括不清晰的(non-distinct)非晶碳酸盐化合物。本发明 的沉淀材料可包含具有分子式Xm(CO3)n的化合物，其中X是可以与碳酸根或多个碳酸根化 学键合的元素或元素组合，m和η是化学计量的正整数。在一些实施方案中，X可以是碱土 金属(在元素周期表第IIA族中发现的元素)、碱金属(在元素周期表第IA族中发现的元 素)，或它们的一些组合。在一些实施方案中，该沉淀材料包含白云石(CaMg(CO3)2)、原白云 石、碳钙镁石(CaMg3(CO3)4)和/或水碳钙镁石(Ca2Mg11 (CO3) 13 ·Η20)，它们是包含钙和镁的 碳酸盐矿物。在一些实施方案中，该沉淀材料包含选自方解石、文石、球霰石或其组合的一 种或多种相的碳酸钙。在一些实施方案中，该沉淀材料包含选自六水方解石(CaCO3 ·6Η20)、 非晶碳酸钙(CaCO3 · IiH2O)、单水方解石(CaCO3 · H2O)或其组合的碳酸钙水合形式(例如 Ca(CO3) ·ηΗ20，其中在该分子式中存在一个或更多个结构水)。在一些实施方案中，该沉 淀材料包含碳酸镁，其中该碳酸镁没有任何水合水。在一些实施方案中，该沉淀材料包含 碳酸镁，其中该碳酸镁可具有任何不同数量的水合水(例如Mg(CO3) ·ηΗ20)，选自1、2、3、 4或多于4个水合水。在一些实施方案中，该沉淀材料包含1、2、3、4或多于4种不同的 碳酸镁相，其中这些碳酸镁相的水合水数量不同。例如，沉淀材料可包含菱镁矿(MgC03)、 水碳镁石(MgCO3 · 2H20)、三水菱镁矿(MgCO3 · 3H20)、五水碳镁石(MgCO3 · 5H20)和非晶碳 酸镁。在一些实施方案中，沉淀材料包含包括氢氧化物和水合水的碳酸镁，如纡维菱镁矿 (MgCO3 · Mg(OH)2 · 3H20)、水菱镁矿(Mg5(CO3)4(OH)2 · 3H20)或其组合。因此，沉淀材料可包 含呈现本文所列的各种水合态中的所有或一些水合态的钙、镁或其组合的碳酸盐。沉淀速 率也可能影响沉淀材料的性质，通过用所需相接种该溶液，实现最快速的沉淀速率。在不接 种的情况下，可以通过例如快速提高该沉淀反应混合物的PH值来实现快速沉淀，这产生更 非晶态的成分。此外，PH值越高，沉淀越快，该沉淀产生越非晶态的沉淀材料.在一些实施方案中，该沉淀材料中碳酸钙化合物的按重量计的量可超过该沉淀材 料中碳酸镁化合物的按重量计的量。在一些实施方案中，例如，该沉淀材料中碳酸钙化合物 的按重量计的量可超过该沉淀材料中碳酸镁化合物的按重量计的量5%或更多，如10%或 更多，15 %或更多，20 %或更多，25 %或更多，30 %或更多。在一些实施方案中，该沉淀材料 中碳酸钙化合物与碳酸镁化合物的重量比为1. 5-5比1，如2-4比1，包括2-3比1。在一些实施方案中，该沉淀材料中碳酸镁化合物的按重量计的量可超过该沉淀材料中碳酸钙化 合物的按重量计的量。例如，该沉淀材料中碳酸镁化合物的按重量计的量可超过该沉淀材 料中碳酸钙化合物的按重量计的量5%或更多，如10%或更多，15%或更多，20%或更多， 25 %或更多，30 %或更多。在一些实施方案中，该沉淀材料中碳酸镁化合物与碳酸钙化合物 的重量比为1.5-5比1，如2-4比1，包括2-3比1。在本发明的某些含二价阳离子的水溶液(例如海水、盐水等)中制成的沉淀材料 可包含碳酸盐化合物，其在与淡水合并时溶解产生包含更热力学稳定(在淡水中)的碳酸 盐化合物的淡水沉淀材料。因此，初始沉淀材料的碳酸盐化合物可以在与淡水合并时溶解 产生新碳酸盐化合物和新组合物(例如沉淀材料)。(在任何这样的反应中不以显著量释 放，或在一些情况下完全不释放CO2气体)。初始沉淀材料中的碳酸盐化合物可以是在咸水 中比在淡水中更稳定的化合物，因此初始沉淀材料中的碳酸盐化合物可以被视为亚稳。通 过库仑滴定测得的沉淀材料中碳酸盐化合物的量可以为40%或更高，如70%或更高，包括 80%或更高。在沉淀过程中调节主要离子比率可影响沉淀材料的性质。主要离子比率也显著影 响多晶型物形成。例如，随着水中的镁钙比提高，文石超过低镁方解石变成主要的碳酸钙 多晶型物。在低镁钙比下，低镁方解石是主要多晶型物。在Ca2+和Mg2+都存在的一些实施 方案中，该沉淀材料中Ca2+与Mg2+的比率(即Ca2+ Mg2+)为1 1至1 2. 5 ； 1 2. 5至 1 5 ；1 5 至 1 10 ;1 10 至 1 25 ;1 25 至 1 50 ;1 50 至 1 100 ;1 100 至 1 150 ;1 150 至 1 200 ;1 200 至 1 250 ;1 250 至 1 500 ;1 500 至 1 1000，或其范围。例如，在一些实施方案中，该沉淀材料中Ca2+与Mg2+的比率为1 1 至 1 10 ;1 5 至 1 25 ;1 10 至 1 50 ;1 25 至 1 100 ;1 50 至 1 500 ；或 1 100至1 1000。在一些实施方案中，该沉淀材料中Mg2+与Ca2+的比率(即Mg2+ Ca2+) 为 1 1至1 2. 5;1 2. 5 至 1 5;1 5 至 1 10 ;1 10 至 1 25 ;1 25 至 1 50 ;1 50 至 1 100 ;1 100 至 1 150 ;1 150 至 1 200 ;1 200 至 1 250; 1 250至1 500 ;1 500至1 1000，或其范围。例如，在一些实施方案中，该沉淀材 料中 Mg2+与 Ca2+的比率为 1 1至1 10 ;1 5 至 1 25 ;1 10 至 1 50 ;1 25 至 1 100 ;1 50 至 1 500;或 1 100 至 1 1000。由于原材料的可变性，可能存在包含钙或镁以外的抗衡离子的含碳酸根的盐和化 合物。所述其它抗衡离子(例如 As、Ag、Ba、Be、Cd、Co、Cr、Cu、Hg、Mo、Ni、Pb、Sb、Se、Sr、 Tl、V、Zn等)可以取代含碳酸根的盐和化合物中的钙和/或镁或占据间隙。在一些实施方 案中，任选作为盐或一些其它化合物的一部分的所述其它抗衡离子可以被含碳酸根的盐和 化合物包封。例如，在一些实施方案中，本发明的组合物(例如沉淀材料)包含文石形式的 碳酸钙。在此类实施方案中，钙可以被许多不同的金属替代，所述金属包括但不限于锶、铅 和锌，它们各自以这样或那样的形式存在于本发明的一种或多种原材料(例如废气流、除 质子剂源、二价阳离子源等)中。组合物可包含例如锶霰石-富含锶的文石，或组合物可包 含文石和菱锶矿(例如(Ca，Sr) CO3)的混合物。组合物可包含例如铅霰石-其是富含铅的 文石，或组合物可包含文石和白铅矿(例如(Ca，Pb)CO3)的混合物。组合物可包含例如锌霰 石-富含Zn的文石，或组合物可包含文石和菱锌矿(例如(Ca，Zn)CO3)的混合物。根据前 述示例性实施方案，组合物(例如沉淀材料)可包含As、Ag、Ba、Be、Cd、Co、Cr、Cu、Hg、Mo、Ni、Pb、Sb、Se、Sr、Tl、V或Zn的碳酸盐、碳酸氢盐，或碳酸盐和碳酸氢盐。例如，本发明的 组合物可包含Ag、Ba、Be、Cd、Co、Cu、Ni、Pb、Sr、Tl、Zn或其组合的碳酸盐。前述金属的碳 酸盐、碳酸氢盐或碳酸盐和碳酸氢盐可独立形成(例如菱锶矿)或存在于镁和/或钙基质 中(例如锶霰石)。废气流、除质子剂源、二价阳离子源或其组合可能提供金属，如As、Ag、 Ba、Be、Cd、Co、Cr、Cu、Hg、Mo、Ni、Pb、Sb、Se、Sr、Tl、V 和 Zn。这类来源(例如废气流、除质 子剂源、二价阳离子源)中存在的未形成碳酸盐、碳酸氢盐或碳酸盐和碳酸氢盐的金属和 其它组分可能截留在沉淀材料中或吸附在沉淀材料上。在一些实施方案中，金属和/或其 它组分在亚稳转化后构成或变成碳酸盐、碳酸氢盐或碳酸盐和碳酸氢盐的一部分并被截留 在沉淀材料中或吸附在沉淀材料上。例如，本发明的沉淀材料可包含富含锶的文石。在由 咸水制成时，这类组合物可能在淡水中溶解以产生包含方解石的沉淀材料，其中锶不再取 代钙。相反，锶可能被截留在沉淀材料中或可能吸附到沉淀材料上。在一些实施方案中，该 金属和/或其它组分形成包封在该沉淀材料中的新化合物。本发明的组合物(例如沉淀材料或由其制成的产品，包括辅助水泥质材料、水 泥、细集料、粗集料及其组合，如混凝土)可能含有这种或那种形式的金属，如As、Ag、Ba、 Be、Cd、Co、Cr、Cu、Hg、Mo、Ni、Pb、Se、Sb、Tl、V或Zn，或其组合，以及释放到环境中的 话可能被视为污染物的其它化学物类。可以通过将该组合物与提取液混合、搅拌所得混 合物和过滤该搅拌的混合物以产生可测试浸出液来测试这类污染物到环境中的潜在释 放。可以使用多种实验测试本发明的组合物，因为已经开发出不同试验以模拟不同环境 条件。这类试验包括但不限于，Toxicity Characteristic Leaching Procedure (TCLP ； US EPA Tj^ 1311) > Extraction Procedure Toxicity Test (EP-Tox ；US EPA Tj^ 1310) > Synthetic Precipitation Leaching Procedure (SPLP ；US EPA 方法 1312)、California Waste Extraction Test(WET ；California Code of Regulations) > Soluble Threshold Limit Concentration(STLC ；California Code ofRegulations)、American Society for Testing and Materials Extraction Test(ASTM D 3987—85)禾口 Multiple Extraction Procedure (MEP ；US EPA方法1320)，因为这些试验和这些试验中规定的限额在本专利申请 的提交日存在。也可以使用如英国、泰国、日本、瑞士、德国、瑞典和荷兰的废物控制规章规 定的水提取试验条件。这些试验在例如提取液、液/固(L/S)比、和/或提取次数和持续时 间方面可能不同。关于提取液，这些试验通常使用乙酸水溶液、柠檬酸水溶液、蒸馏水、合成 雨水或碳酸水本发明的组合物向环境的潜在污染物释放的试验可以包括以可重复的方式改变 该组合物的化学和/或物理环境，如改变PH、温度、压力、时间等以实现该组合物的可量测 的污染物释放(例如在提出液或浸出液中)。在一些实施方案中，可以对组合物施以具有小 于 pH 8. 5、pH 8. 0、pH 7. 5、pH 7. 0、pH 6. 5、pH 6. 0、pH 5. 5、pH 5. 2、pH 5. 0、pH 4. 8、pH 4·6、ρΗ 4·4、ρΗ 4· 2、ρΗ 4·0、ρΗ 3·8、ρΗ 3·6、ρΗ 3·4、ρΗ 3· 2、ρΗ 3·0、ρΗ 2·8、ρΗ 2·6、ρΗ 2·4、ρΗ 2·2、ρΗ 2·0、ρΗ 1·8、ρΗ 1·6、ρΗ 1·4、ρΗ 1·2、ρΗ 1·0、ρΗ 0·8、ρΗ 0·6、ρΗ 0· 4，或 PH 0.2的ρΗ值的溶液(例如水溶液)。可以通过向水中添加酸(例如HCl)或通过制备特 定PH值的缓冲溶液来获得这些pH值。因为常用于制备酸性溶液或缓冲剂的某些试剂可能 与本发明的组合物反应，为了解析PH值对该组合物的影响，试剂的适当选择是重要的。例 如，尽管可以使用磷酸制备特定PH值的缓冲溶液，但磷酸盐会与包含碳酸钙的组合物反应以致形成磷酸钙。污染物潜在释放到环境中的试验可利用降低或升高的温度。例如，在一些 实施方案中，可以使用大于 00C UO0C >200C >25°C >300C >400C >500C >600C >70°C >800C >900C 或100°C的温度。这类试验中的温度可以在前述任何温度之间(例如60-80°C;20-25°C (室 温))。组合物经受特定PH和/或温度的持续时间可以为实现污染物的可量测释放(如果 存在的话)的任何合适的时间。例如，在一些实施方案中，组合物可经受特定PH和/或温 度 0. 5、1、2、4、6、8、16、24、32、40、48、72、96 小时。跨度为数天(例如 5、6、7 等)、数周(例 如1、2、3、4等)或数月(例如2、3、4、5、6等)的时期也在污染物潜在释放到环境中的试验 的范围内。在一些实施方案中，例如，本发明的组合物(例如沉淀材料或包含沉淀材料的组 合物，如水泥或混凝土)向环境的潜在污染物释放的试验基本由下列步骤构成制备2x IL 基本由乙酸水溶液构成的萃取流体，其中每1升萃取流体基本由在去离子水中的5. 7毫升 乙酸构成；如果该粒子的最窄尺寸尚未小于1厘米，研磨该组合物以使磨碎的组合物的粒 子的最窄尺寸小于1厘米；将100克该磨碎的组合物放入含2升萃取流体的萃取容器中以 制造萃取组合物；在室温下以上下翻滚方式旋转该萃取容器18士2小时；经由孔尺寸为0.6 微米至0. 8微米的硼硅酸盐玻璃纤维过滤该萃取组合物以制造浸出液；和用IN硝酸将该浸 出液的PH调节至pH 2或小于pH 2的pH值。可以使用适用于检测和量化浸出液中的污染 物(或其不存在)的任何试验。前述试验是示例性的，本领域技术人员可以设计可用于从 本发明的组合物中检出和量化污染物(如果存在这类污染物的话)的类似试验。要理解的 是，在污染物潜在释放到环境中的任一试验中，附加步骤的追加会影响污染物潜在释放到 环境中，以致必须与本文阐述的程序进行比较以确定是否保证是由于该附加步骤而调节过 的污染物释放水平。本发明的组合物(例如沉淀材料或由其制成的产品，包括辅助水泥质材料、水泥、 细集料、粗集料及其组合，如混凝土)符合或优于一个或多个上述试验(例如TCLP)(到本 申请的提交日为止)中规定的金属和/或其它化学物类的限额，以使本发明的组合物适合 置于环境中。如果本发明的组合物不符合或优于一个或多个上述试验(例如TCLP)中规定 的金属和/或其它化学物类的限额，则可以有效稀释该组合物以制造符合或优于这类限额 的稀释组合物。在一些实施方案中，例如，本发明的沉淀材料在不符合或优于某一限额(例 如在TCLP中0.2毫克/升)时可用于水泥中的辅助水泥质材料。在此类实施方案中，包含 该沉淀材料的水泥可能符合或优于单独的该沉淀材料不符合或优于的某一限额(例如在 TCLP中0. 2毫克/升)。因此，本发明的沉淀材料可用于辅助水泥质材料、水泥、细集料、粗 集料、混凝土或其组合，其中沉淀材料、辅助水泥质材料、水泥、细集料、粗集料、混凝土或其 组合中的一种或多种符合或优于一个或多个上述试验(例如TCLP)(到本申请的提交日为 止)中规定的金属和/或其它化学物类的限额，且其中这类材料适合置于环境中。The Code of Federal Regulations (见 40C. F. R. § 261. 24)含有污染物及其在 由固体或多相材料(例如浆料)，如本发明的组合物获得的TCLP提出液中的相关最大容许 浓度(到本申请的提交日为止)的名单。如果污染物(例如汞)在材料的TCLP(" Test Methods for Evaluating SolidWaste,Physical/Chemical Methods，" EPA Publication SW-846中的方法1311，全文经此引用并入本文)提出液中超过其最大容许浓度，则该材料 可能由于毒性而被视为危险。例如，含某些可浸出重金属的材料在TCLP提出液具有比这些 重金属的阈值高的浓度时可以被归类为危险材料，这些阈值为0.2毫克/升(或ppm)Hg和
63100毫克/升Ba。例如，如果TCLP分析提供在提出液中大于0. 2毫克/升汞，则该材料在汞 方面被归类为危险材料。同样，如果TCLP分析提供在提出液中大于100毫克/升钡，则该 材料在钡方面被归类为危险材料。40C. F. R. § 261. 24包括但不限于As、Cd、Cr、Hg和Pb，它 们各自可能存在于化石燃料(例如煤)燃烧产生的废气流中且各自可能以这样或那样的形 式并入本发明的组合物中。该名单还包括二价阳离子和/或除质子剂的工业废料源中可能 存在的许多污染物，这些污染物可能以这样或那样的形式并入本发明的组合物中。例如，飞 灰(其可以是二价阳离子和/或除质子剂的来源)可能含有々8、8&、0(1、(>、56和/或取， 它们各自可见于该名单，且各自可能以这样或那样的形式并入本发明的组合物中。在另一 非限制性实例中，红泥(其可以是二价阳离子和/或除质子剂的来源)可能含有Cr、Ba、Pb 和/或Zn，它们各自可见于40C. F. R. § 261. 24中的名单，且各自可能以这样或那样的形式 并入本发明的组合物中。 因此，在一些实施方案中，本发明的组合物包含被一个或多个选自Toxicity Characteristic Leaching Procedure^ Extraction Procedure ToxicityTest> Synthetic Precipitation Leaching Procedure、California WasteExtraction Test、Soluble Threshold Limit Concentration、American Societyfor Testing and Materials Extraction Test禾口 Multiple Extraction Procedure的试验预测为不会浸出到环境中 的污染物。可以根据该组合物的可能的污染物和储存条件选择试验和试验组合。例如，在 一些实施方案中，该组合物可包含As、Cd、Cr、Hg和Pb (或其产物)，它们各自可能存在于 燃煤发电厂的废气流中。由于TCLP测试As、Ba、Cd、Cr、Pb、Hg、Se和Ag，TCLP可能是适 用于储存在环境(例如建筑环境)中的固体和多相组合物的试验。在一些实施方案中，本 发明的组合物包含As，其中该组合物被预测为不会将As浸出到环境中。例如，该组合物的 TCLP提出液可能提供小于5. O毫克/升As，表明该组合物在As方面不危险。在一些实施 方案中，本发明的组合物包含Cd，其中该组合物被预测为不会将Cd浸出到环境中。例如， 该组合物的TCLP提出液可能提供小于1. O毫克/升Cd，表明该组合物在Cd方面不危险。 在一些实施方案中，本发明的组合物包含Cr，其中该组合物被预测为不会将Cr浸出到环境 中。例如，该组合物的TCLP提出液可能提供小于5. O毫克/升Cr，表明该组合物在Cr方 面不危险。在一些实施方案中，本发明的组合物包含Hg，其中该组合物被预测为不会将Hg 浸出到环境中。例如，该组合物的TCLP提出液可能提供小于0. 2毫克/升Hg，表明该组合 物在Hg方面不危险。在一些实施方案中，本发明的组合物包含Pb，其中该组合物被预测为 不会将Pb浸出到环境中。例如，该组合物的TCLP提出液可能提供小于5. O毫克/升Pb， 表明该组合物在Pb方面不危险。在一些实施方案中，本发明的组合物可以在给定试验中 在不同污染物的组合方面不危险。例如，该组合物可以在给定试验中在所有金属污染物方 面都不危险。组合物的TCLP提出液例如可以为小于5. O毫克/升As、100. O毫克/升Ba、 1. O毫克/升Cd、5. O毫克/毫升Cr、5. O毫克/升Pb、0. 2毫克/升Hg、l. O毫克/升Se 和5.0毫克/升Ag。实际上，在对本发明的组合物的TCLP分析中测试的大部分(即使不 是全部)金属低于检出限。在一些实施方案中，本发明的组合物可以在给定试验中在所有 (例如无机、有机等)污染物方面不危险。在一些实施方案中，本发明的组合物可以在选自 Toxicity Characteristic Leaching ProcedureΛ Extraction ProcedureToxicity Test、 Synthetic Precipitation Leaching ProcedureΛ California WasteExtraction Test、
64Soluble Threshold Limit Concentration>American Societyfor Testing and Materials Extraction Test禾口 Multiple Extraction Procedure的试验的任 可组合中在所有污染物 方面都不危险。因此，本发明的组合物可以从废气流、二价阳离子的工业废料源、除质子剂 的工业废料源或其组合中有效封存CO2 (例如以碳酸盐、碳酸氢盐或其组合的形式)以及各 种化学物类(或它们的共同产物)，它们如果释放到环境中，会被视为污染物。本发明的组 合物以不可浸出形式包含环境污染物(例如金属和金属的共同产物，所述金属如Hg、Ag、 As、Ba、Be、Cd、Co、Cr、Cu、Mn、Mo、Ni、Pb、Sb、Se、Tl、V、Zn 或其组合)。在一些实施方案中，本发明提供处理包含二氧化碳的废气流和任选地，许多固体、 液体或多相废料流以产生提供符合TCLP协定的浸出液的组合物的方法。这类本发明的组 合物可以包括沉淀材料、辅助水泥质材料、水泥、细集料、粗集料、混凝土或其组合，它们各 自可以根据下述实施例2或实施例3测试。在一些实施方案中，例如，沉淀材料、辅助水泥 质材料、水泥、细集料、粗集料、混凝土或其组合可以在TCLP程序中测试，该程序由下列步 骤构成制备2xlL基本由乙酸水溶液构成的萃取流体，其中每1升萃取流体基本由在去离 子水中的5. 7毫升乙酸构成；如果该粒子的最窄尺寸尚未小于1厘米，研磨该固体以使磨碎 固体的粒子的最窄尺寸小于1厘米；将100克该磨碎固体放入含2升萃取流体的萃取容器 中以制造萃取组合物；在室温下以上下翻滚方式旋转该萃取容器18士2小时；经由孔尺寸 为0.6微米至0.8微米的硼硅酸盐玻璃纤维过滤该萃取组合物以制造浸出液；用IN硝酸将 该浸出液的PH调节至pH 2或小于pH 2的pH值，和分析该浸出液的金属和/或其它化学 物类。在一些实施方案中，本发明的组合物在通过TCLP程序提供的浸出液中提供小于0. 05 毫克/升、0. 50毫克/升、5. O毫克/升、50毫克/升或500毫克/升As。或者，或与前述 实施方案结合，该组合物在通过TCLP程序提供的浸出液中提供小于1. 00毫克/升、10. 0 毫克/升100毫克/升、1，000毫克/升或10，000毫克/升Ba。或者，或与前述任何实施 方案结合，该组合物在通过TCLP程序提供的浸出液中提供小于0. 01毫克/升、0. 10毫克 /升、1. 0毫克/升、10毫克/升或100毫克/升Cd。或者，或与前述任何实施方案结合，该 组合物在通过TCLP程序提供的浸出液中提供小于0. 05毫克/升、0. 50毫克/升、5. 0毫克 /升、50毫克/升或500毫克/升Pb。或者，或与前述任何实施方案结合，该组合物在通过 TCLP程序提供的浸出液中提供小于0. 002毫克/升、0. 02毫克/升、0. 20毫克/升、2. 0毫 克/升或20毫克/升Hg。或者，或与前述任何实施方案结合，该组合物在通过TCLP程序 提供的浸出液中提供小于0. 01毫克/升、0. 10毫克/升、1. 0毫克/升、10毫克/升或100 毫克/升Se。或者，或与前述任何实施方案结合，该组合物在通过TCLP程序提供的浸出液 中提供小于0. 05毫克/升、0. 50毫克/升、5. 0毫克/升、50毫克/升或500毫克/升Ag。 根据前述内容和仅举例说明，该组合物在通过TCLP程序提供的浸出液中提供小于0.2毫克 /升Hg和小于1. 0毫克/升镉。应该理解的是，上文是示例性的，如本文所述的浸出液中金 属和金属含量的任何组合都在本发明的范围内。本文所述的这类本发明的组合物适用于建 筑广品等。包含一种或多种衍生自工业CO2的合成碳酸盐的沉淀材料反映作为工业CO2 (来 自化石燃料燃烧)的来源的化石燃料(例如煤、油、天然气或烟道气)的相对碳同位素组成 (δ 13C)。以％。(千分率)为单位的相对碳同位素组成(δ 13C)值是相对于化石化箭石标准 (PDB标准)，碳的两种稳定同位素，即12C和13C的浓度比的度量。
δ 13C%。= [(13C/12C 样品-UC/12C PDB 标准)/(13C/12C PDB 标准)]χ1000因此，含合成碳酸盐的沉淀材料的δ 13C值充当CO2气体源的指纹。该δ 13C值 会随来源(即化石燃料源)而变，但本发明的组合物的δ 13C值通常为但不必须为-9%。 至-35%。。在一些实施方案中，该含合成碳酸盐的沉淀材料的δ 13C值为-1%。至-50%。，-5%ο 至-40%, _5%。至-35%。，-7%0至-40%, _7%0至-35%, _9%0至-40%,或 _9%0至-35%。。在 一些实施方案中，该含合成碳酸盐的沉淀材料的S 13C值小于(即更负于)-3%。、-5%。、-6%0 、-7%。、-8%。、-9%。、-10%。、-11%。、-12%。、-13%。、-14%。、-15%。、-16%。、-17%。、-18%。、-19%。、-20%。、_21 %ο、~22%ο、~23%ο、—24%ο、~25%ο、_26%ο、~27%ο、~28%ο、—29%ο、—30%ο、—31 %ο、~32%ο、—33%ο、—3 4%、-35%、-36%、-37%、-38%、-39%、-40%、-41%、-42%、-43%、-44%，或 _45%。，其中 δ 13C值越负，该含合成碳酸盐的组合物越富含12C。可以使用任何合适的方法测量δ 13C值， 包括但不限于质谱法或离轴积分腔输出光谱法(离轴IC0S)。除了沉淀反应的含镁和含钙的产物外，也可以用本发明的方法和系统制备包含 硅、铝、铁等的化合物和材料并并入沉淀材料中。可能需要在沉淀材料中并入这类化合物以 改变包含获自该方法的沉淀材料的水泥的反应性，或改变由其制成的固化水泥和混凝土的 性质。一种或多种组分如非晶二氧化硅、非晶硅铝酸盐、结晶二氧化硅、硅酸钙、硅酸铝钙等 的并入可增强本发明的沉淀材料留持CO2-加工共同产物(例如硫酸盐；亚硫酸盐；本文所 述的金属和它们的盐和其它化合物等)的能力。留持CO2加工共同产物可能包括包封或融 合(例如CO2加工共同产物与沉淀材料中的各种物类的化学键合)。包含金属硅酸盐的材料 可以作为这些组分的一种来源添加到该沉淀反应混合物中，以产生含有一种或多种如非晶 二氧化硅、非晶硅铝酸盐、结晶二氧化硅、硅酸钙、硅酸铝钙等组分的含碳酸盐的沉淀材料。 在一些实施方案中，该沉淀材料以1 1至1 1.5;1 1.5至1 2;1 2至1 2.5; 1 2.5 至 1 3;1 3至 1 3. 5 ；1 3. 5 至 1 4 ;1 4至 1 4. 5 ；1 4. 5 至 1 5; 1 5 至 1 7. 5;1 7. 5 至 1 10 ;1 10 至 1 15 ;1 15 至 1 20 或它们的范围的 碳酸盐二氧化硅比率包含碳酸盐(例如碳酸钙、碳酸镁)和二氧化硅。例如，在一些实施 方案中，该沉淀材料以1 1至1 5，1 5至1 10，或1 5至1 20的碳酸盐二 氧化硅比率包含碳酸盐和二氧化硅。在一些实施方案中，该沉淀材料以1 1至1 1.5; 1 1.5 至 1 2;1 2至 1 2. 5;1 2. 5 至 1 3 ;1 3至 1 3. 5;1 3. 5 至 1 4 ；1 4至 1 4.5;1 4.5 至 1 5 ;1 5至 1 7.5;1 7. 5 至 1 10 ;1 10 至1 15;1 15至1 20或它们的范围的二氧化硅碳酸盐比率包含二氧化硅和碳酸 盐(例如碳酸钙、碳酸镁)。例如，在一些实施方案中，该沉淀材料以1 1至1 5，1 5 至1 10，或1 5至1 20的二氧化硅碳酸盐比率包含二氧化硅和碳酸盐。通常，通 过本发明的方法制成的沉淀材料包含硅基材料和至少一种碳酸盐相的混合物。通常，如果 沉淀反应混合物中存在二氧化硅(即如果在包含金属硅酸盐的材料的消化后没有除去二 氧化硅)，反应速率越快，越多二氧化碳与该含碳酸盐的沉淀材料结合。沉淀材料可以是储存稳定的形式(其可以简单地为风干沉淀材料)，并可以在暴 露条件下(例如对大气开放)在没有显著(如果有的话)降解(例如CO2的损失)的情况 下长期地上储存。在一些实施方案中，该沉淀材料可以在暴露条件下稳定1年或更久，5年 或更久，10年或更久，25年或更久，50年或更久，100年或更久，250年或更久，1000年或更 久，10，000年或更久，1，000, 000年或更久，或甚至100，000, 000年或更久。该沉淀材料的储存稳定形式可以在各种不同环境条件，例如-100°C至600°C的温度、0%至100%的湿度下 稳定，其中这些条件可以是无风、有风或暴风的。由于该沉淀材料的储存稳定形式在地上储 存时在正常雨水PH值下几乎不发生降解，以该产物的CO2气体释放测得的降解(如果有的 话)量不超过5% /年，在某些实施方案中不超过1% /年，或0. 001% /年。实际上，通过 本发明提供的沉淀材料在暴露在正常温度和湿度条件，包括具有正常PH的雨水中时不释 放其总CO2的多于1%、5%或10%至少1、2、5、10或20年，或多于20年，例如多于100年。 在一些实施方案中，该沉淀材料在暴露在正常温度和湿度条件，包括具有正常PH的雨水中 时不释放其总CO2的多于至少1年。在一些实施方案中，该沉淀材料在暴露在正常温度 和湿度条件，包括具有正常PH的雨水中时不释放其总CO2的多于5%至少1年。在一些实 施方案中，该沉淀材料在暴露在正常温度和湿度条件，包括具有正常PH的雨水中时不释放 其总CO2的多于10%至少1年。在一些实施方案中，该沉淀材料在暴露在正常温度和湿度 条件，包括具有正常PH的雨水中时不释放其总CO2的多于至少10年。在一些实施方案 中，该沉淀材料在暴露在正常温度和湿度条件，包括具有正常PH的雨水中时不释放其总CO2 的多于至少100年。在一些实施方案中，该沉淀材料在暴露在正常温度和湿度条件，包 括具有正常PH的雨水中时不释放其总CO2的多于至少1000年。可以使用可合理预测这类稳定性的任何合适的替代标记或试验。例如，包含升高 的温度条件和/或适度至更极端PH条件的加速试验能够合理地预测长期稳定性。例如， 根据该沉淀材料的预期用途和环境，沉淀材料的样品可以在10%至50%相对湿度下在50、 75、90、100、120 或 150°C下暴露 1、2、5、25、50、100、200，或 500 天，且少于其碳的 1%>2%, 3 %、4 %、5 %、10 %、20 %、30 %或50 %的损失可以被视为本发明的沉淀材料在指定时期 (例如1、10、100、1000或多于1000年)内的稳定性的充分证据。可以使用许多合适的方法测试该沉淀材料的稳定性，包括物理试验方法和化学试 验方法，其中该方法适用于确定该沉淀材料中的化合物与已知具有如上规定的稳定性的天 然存在的化合物(例如石灰石)类似或相同。可以通过任何合适的方法监测该沉淀材料的 CO2含量，所述方法的一个非限制性实例是库仑法。可以仍根据预期或可能的环境适当调节 其它条件，包括PH、压力、紫外线辐射等。要认识到，可以使用本领域技术人员合理推定为指 示在指定时期内的必需稳定性的任何合适的条件。此外，如果公认化学知识表明该沉淀材 料具有在指定时期内的必需稳定性，这也可以补充或代替实际测量使用。例如，可成为本发 明的沉淀材料的一部分的一些碳酸盐化合物(例如为指定的多晶型物形式)可以是地质学 上公知的并已知在没有明显分解的情况下耐受正常气候几十年、几世纪或甚至几千年，因 此具有必需的稳定性。本发明的组合物的示例性二氧化碳释放程序可以包括以可重复的方式改变该组 合物的化学和/或物理环境，如改变PH、温度、压力、时间等以以实现该组合物的可量测的 二氧化碳释放。在一些实施方案中，可以对组合物施以具有小于PH 8. 5、pH 8.0、pH 7. 5、pH 7·0、ρΗ 6·5、ρΗ 6·0、ρΗ 5·5、ρΗ 5· 2、ρΗ 5·0、ρΗ 4·8、ρΗ 4·6、ρΗ 4·4、ρΗ 4· 2、ρΗ 4·0、ρΗ 3. 8、ρΗ 3. 6、ρΗ 3. 4、ρΗ 3. 2、ρΗ 3. 0、ρΗ 2. 8、ρΗ 2. 6、ρΗ 2. 4、ρΗ 2. 2、ρΗ 2. 0、ρΗ 1. 8、 ρΗ 1.6、ρΗ 1. 4、ρΗ L 2、ρΗ 1· 0、ρΗ 0· 8、ρΗ 0· 6、ρΗ 0. 4，或 ρΗ 0· 2 的 ρΗ 值的溶液(例 如水溶液)。可以通过向水中添加酸(例如HCl)或通过制备特定ρΗ值的缓冲溶液来获得 这些PH值。因为常用于制备酸性溶液或缓冲剂的某些试剂可能与本发明的组合物反应，为
67了解析PH值对该组合物的影响，试剂的适当选择是重要的。例如，尽管可以使用磷酸制备 特定PH值的缓冲溶液，但磷酸盐会与包含碳酸钙的组合物反应以致形成磷酸钙。考虑到这 一点，不应该加入可能通过除酸-碱反应以外的反应促进二氧化碳释放或与该组合物反应 形成不同组合物的附加化学剂。本发明的组合物的二氧化碳释放程序可利用降低或升高 的温度。例如，在一些实施方案中，可以使用大于01、101、201、251、301、401、501、 60°C、7(TC、8(rC、9(rC或100°C的温度。这类试验中的温度可以在前述任何温度之间(例 如60-80°C ;20-25°C (室温))。组合物经受特定pH和/或温度的持续时间可以为实现二 氧化碳释放的任何合适的时间。例如，在一些实施方案中，组合物可经受特定PH和/或温 度 0. 5、1、2、4、6、8、16、24、32、40、48、72、96 小时。跨度为数天(例如 5、6、7 等)、数周(例 如1、2、3、4等)或数月(例如2、3、4、5、6等)的时期也在本发明的二氧化碳释放程序的范 围内。在一些实施方案中，例如，该组合物可以在基本由下列步骤构成的二氧化碳释放程序 中测试如果该粒子的最窄尺寸尚未小于1厘米，研磨本发明的组合物(例如沉淀材料或 包含沉淀材料的组合物，如水泥或混凝土)以使磨碎的组合物的粒子的最窄尺寸小于1厘 米，和将该磨碎的组合物在具有pH 4. 8至pH 5. 2的pH值和60至80°C的温度的溶液中浸 渍48小时。在一些实施方案中，该组合物产生每100克组合物不多于0. 25,0. 5,1. 0,2. 0、 4. 0,6. 0,8. 0、10、20、30、40，或50克的二氧化碳。可以使用适用于检测和量化二氧化碳释 放物(或其不存在)的任何试验。该试验是示例性的，本领域技术人员可以设计可用于实 现组合物的可量测二氧化碳释放的类似试验。要理解的是，在任何二氧化碳释放程序中，附 加步骤的追加会影响CO2释放，以致必须与本文阐述的程序进行比较以确定是否保证是由 于该附加步骤而调节过的CO2释放水平。用于以长期(例如地质时标)稳定形式封存CO2的含碳酸盐的沉淀材料可以如 上所述长期储存。如果需要实现特定的碳酸盐/ 二氧化硅比率，该沉淀材料也可以与硅基 材料(例如来自在包含金属硅酸盐的材料消化后分离的硅基材料；市售SiO2 ；等)混合以 形成火山灰质材料。本发明的火山灰质材料是硅质或铝硅质材料，其在与碱如氢氧化钙 (Ca(OH)2)合并时通过形成硅酸钙和其它水泥质材料而表现出水泥质性质。可以使用含 SiO2-的材料，如火山灰、飞灰、硅粉、高反应性偏高岭土和磨碎的颗粒状高炉矿渣等增强本 发明的组合物以产生火山灰质材料。在一些实施方案中，本发明的火山灰质材料用0.5% 至 1. 0%、1. 0%至 2. 0% ；2. 0%至 4. 0%、4. 0%至 6. 0%、6. 0%至 8. 0%、8. 0%至 10. 0%、 10. 0%至 15. 0%、15. 0%至 20. 0%、20· 0%至 30. 0%、30· 0%至 40. 0%、40· 0%至 50. 0% (或它们的交迭范围)的含SiO2的材料增强。这类含SiO2的材料可获自，例如，本发明的 静电除尘器或织物过滤器。如上所述，在一些实施方案中，沉淀材料包含亚稳碳酸盐化合物，其特征在于这类 碳酸盐在咸水中比在淡水中更稳定，因此在与任意PH的淡水接触时，该碳酸盐溶解并再沉 淀成其它淡水稳定矿物。在一些实施方案中，该碳酸盐化合物以小粒子形式存在，例如通过 扫描电子显微术(SEM)测得的粒度为0. 1微米至100微米，1至100微米，10至100微米， 50至100微米。在一些实施方案中，通过SEM测得的该碳酸盐化合物的粒度为0. 5至10 微米。在一些实施方案中，该粒度表现出双峰分布。在一些实施方案中，该粒度表现出双 峰或多峰分布。在某些实施方案中，这些粒子具有高表面积，例如，通过Brauner，Emmit, & Teller (BET)表面积分析法测得为0. 5至100平方米/克，0. 5至50平方米/克，或0. 5至
682.0平方米/克。在一些实施方案中，沉淀材料可以包含杆状晶体和非晶固体。该杆状晶体 的结构可以变化，在某些实施方案中具有500至1，250至1，或10至1的长径比。在某些 实施方案中，晶体的长度为0. 5微米至500微米，1微米至250微米，或5微米至100微米。
在另一些实施方案中，产生基本完全非晶的固体。喷雾干燥的材料(例如沉淀材料、硅基材料、火山灰质材料等)由于被喷雾干燥， 可具有一致的粒度(即该喷雾干燥的材料可具有相对较窄的粒度分布)。因此，在一些实 施方案中，至少50%、60%、70%、80%、90%、95%、97%，或99%的喷雾干燥的材料落在给 定的平均粒径的士 10微米、士20微米、士30微米、士40微米、士50微米、士75微米、士 100 微米，或士 250微米内。在一些实施方案中，该给定的平均粒径为5至500微米。在一些实 施方案中，该给定的平均粒径为5至250微米。在一些实施方案中，该给定的平均粒径为5 至100微米。在一些实施方案中，该给定的平均粒径为5至50微米。在一些实施方案中， 该给定的平均粒径为5至25微米。例如，在一些实施方案中，至少70%的喷雾干燥的材料 落在给定的平均粒径的士50微米内，其中该给定的平均粒径为5至500微米，如50至250 微米，或100至200微米。这类喷雾干燥的材料可用于制造本发明的水泥、细集料、灰泥、粗 集料、混凝土和/或火山灰；但是，本领域技术人员会认识到，水泥、细集料、灰泥、粗集料、 混凝土和/或火山灰的制造不要求喷雾干燥的沉淀材料。也可以使用例如风干的沉淀材料 制造本发明的水泥、细集料、灰泥、粗集料、混凝土和/或火山灰。通常，火山灰质材料具有比普通波特兰水泥低的水泥质性质，但在富含石灰的 介质，如氢氧化钙存在下，其表现出更好的水泥质性质后期强度(towards later day strength) ( > 28天)。该凝硬反应可以比在水泥水合过程中发生的其余反应慢，因此包括 本发明的火山灰质材料的混凝土的短期强度可能不像用纯水泥质材料制成的混凝土那样 高。这种强度表现的机制是硅酸盐与石灰反应形成第二水泥相(具有较低C/S比率的水合 硅酸钙)，其通常在7天后表现出逐渐增强性质。强度发展程度最终取决于该火山灰质材料 的化学组成。提高硅基材料(任选含有外加的二氧化硅和/或氧化铝)，尤其是非晶硅基材 料的组成通常产生更好的凝硬反应和强度。高反应性火山灰，如硅粉，和高反应性偏高岭土 可以产生“高早期强度”混凝土，其提高包含本发明的沉淀材料的混凝土的强度增加速率。由于细碎硅质和/或铝硅质材料(例如硅基材料)的存在，包含硅酸盐和硅铝酸 盐的沉淀材料可以容易地作为火山灰质材料用在水泥和混凝土工业中。该硅质和/或铝硅 质沉淀材料可以与波特兰水泥调配，或作为直接的矿物掺加剂添加到混凝土混合物中。在 一些实施方案中，火山灰质材料以完善所得水合产物(例如混凝土)的凝固时间、硬化和长 期稳定性的比率(如上)包含钙和镁。可以控制碳酸盐的结晶度、该沉淀材料中氯化物、 硫酸盐、碱等的浓度以更好地与波特兰水泥相互作用。在一些实施方案中，沉淀材料包含 二氧化硅，其中 10-20 20-30 30-40 40-50 50-60 60-70 70-80 80-90 %、 90-95%、95-98%、98-99%、99-99. 9%的二氧化硅具有小于45微米(例如最长尺寸)的 粒度。在一些实施方案中，硅质沉淀材料包含aluminosilica，其中10-20 %、20-30 %、 30-40 40-50 50-60 60-70 70-80 80-90 90-95 95-98 98-99 99-99. 9%的aluminosilica具有小于45微米的粒度。在一些实施方案中，硅质沉淀材 料包含二氧化硅和 aluminosilica 的混合物，其中 10-20 %、20_30 %、30_40 %、40_50 %、 50-60 %、60-70 %、70-80 %、80-90 %、90-95 %、95-98 %、98-99 %、99-99. 9 % 的该混合物具有小于45微米(例如最大尺寸)的粒度。通过本文公开的方法制成的火山灰质材料可用作建筑材料，该材料可以加工成用 作建筑材料或加工成用在建筑物(例如商用、居住等)和/或基础设施(例如铺砌路面、 公路、桥梁、天桥、墙壁、防洪提、水坝等)的现有建筑材料中。该建筑材料可并入任何结构 中，进一步包括地基、停车结构、房屋、办公楼、商业写字楼、政府建筑和支承结构(例如门、 栅栏和柱杆的基座)的这些结构被视为建筑环境的一部分。该建筑材料可以是这类结构的 结构或非结构部件的成分。使用火山灰质材料作为建筑材料或在建筑材料中使用火山灰质 材料的另一益处在于，该方法中所用的CO2 (例如获自废气流的CO2)有效封存在该建筑环境 中。在一些实施方案中，本发明的火山灰质材料可用作水凝水泥(例如普通波特兰水 泥)的组分，其在与水合并后凝固和硬化。通过将该沉淀材料与水泥和水合并而制成的产 物的凝固和硬化归因于由水泥在与水反应时形成的水合物的生成，其中该水合物基本不溶 于水。这类水凝水泥、它们的制造和使用方法描述在2008年5月23日提交的共同待审的 美国专利申请No. 12/126, 776中，该申请的公开内容经此引用并入本文。在一些实施方案 中，与水泥掺合的火山灰质材料为按重量计0. 5%至1.0%、1.0%至2.0%、2.0%至4.0%、 4. 0%至6. 0%,6. 0%至8. 0%,8. 0%至 10. 0%U0. 0%至 15. 0%U5. 0%至20. 0%,20. 0% 至30. 0%、30. 0%至40. 0%、40. 0%至50. 0%、50%至60% (或它们的范围)的火山灰质 材料。例如，在一些实施方案中，与水泥掺合的火山灰质材料为按重量计0. 5%至2. 0%、 1. 0%至 4. 0%、2. 0%至 8. 0%、4. 0%至 15. 0%、8. 0%至 30. 0%，或 15. 0%至 60. 0% 的火 山灰质材料。在一些实施方案中，将火山灰质材料与其它水泥质材料掺合或作为掺加剂或集料 混入水泥中。本发明的灰泥可用于将建筑块(例如砖)粘合在一起和填充建筑块之间的间 隙。除其它用途外，本发明的灰泥也尤其可用于修理现有结构(例如替代原始灰泥已受损 或被侵蚀的部分)。在一些实施方案中，该火山灰质材料可用于制造集料。在一些实施方案中，由该沉 淀材料通过加压和随后压碎来制造集料。在一些实施方案中，由该沉淀材料通过挤出或弄 碎所得挤出材料来制造集料。这类集料、它们的制造和使用方法描述在2009年5月29日 提交的共同待审的美国专利申请No. 12/475378中，其公开内容全文经此引用并入本文。列出下列实施例以便为本领域普通技术人员提供如何制造和利用本发明的完整 公开和描述，并且不是要限制本发明的范围。已经努力确保所用数值(例如量、温度等)的 精确性，但应该考虑一些实验误差和偏差。除非另行指明，份数为重量份，分子量为重均分 子量，温度为摄氏度CC )，且压力等于或接近大气压。
实施例可以使用下列分析仪器及其使用方法表征根据本发明制成的材料。库仑法液体和固体含碳样品用2. ON高氯酸(HClO4)酸化以将二氧化碳气体释放 到载气流中，随后在用无机碳库仑计(UIC Inc，型号CM5015)分析之前用3% w/v硝酸银在 PH 3.0洗涤以除去任何释放的硫气体。在添加高氯酸后用加热块加热水泥、飞灰和海水的 样品以助于样品消化。
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Brunauer-Emmett-TellerC' BET “)比表面积比表面积(SSA)测量是通过 使用分子氮的表面吸收(BET法)。在用FlowpMp 060样品脱气系统准备样品后，用 Micromeritics TristarTM II 3020比表面积和孔隙率分析器测量干燥样品的SSA。简言 之，样品准备包括在暴露在分子氮气流中的同时在升高的温度下将大约1. 0克干燥样品脱 气以从样品表面除去残留水蒸汽和其它被吸附物。随后排出样品支架中的吹扫气并将样品 冷却，随后使样品在一系列递增压力(与吸附膜厚度相关)下暴露在分子氮中。在覆盖表 面后，通过样品支架中的系统减压从粒子表面释放分子氮。测量解吸气体并转换成总表面 积测量。粒度分析(“PSA”)使用静态光散射测量粒度分析和分布。将干燥粒子悬浮在异 丙醇中并使用Horiba粒度分布分析器(型号LA-950V2)以双波长/激光构造分析。使用 Mie散射理论，从0. 1毫米至1000毫米作为粒度级的函数计算粒子数。粉末X-射线衍射(“XRD” )用Rigaku Minif lex (Rigaku)进行粉末X-射线衍 射以识别结晶相和评估不同的可识别样品相的质量分数。将干燥的固体样品用手研磨成 细粉并加载在样品支架上。X-射线源是以30kV和15mA供以动力的铜阳极(Cu ka)。在 5-90° 2Θ内，以2° 2 θ/分钟的扫描速率和0.01° 2 θ /步的步长进行X-射线扫描。使 用X-射线衍射图分析软件Jade (版本9，Materials Data Inc. (MDI))通过Rietveld精 修分析该X-射线衍射图。傅里叶变换红外(“FT-IR”)光谱法在配有小型漫反射模件的Nicolet 380上 进行FT-IR分析。将所有样品称重至3. 5士0. 5毫克并用0. 5gKBr手工研磨，随后压制并整 平，此后插入FT-IR中以进行5分钟氮气吹扫。在400-4000cm-l的范围内记录光谱。扫描电子显微术(“SEM”)使用Hitachi TM-1000钨丝桌面显微镜(使用在30_65Pa工作压力下15kV的固 定加速电压)和单BSE半导体检测器进行SEM。使用碳基粘合剂将固体样品固定到镜台上； 在分析之前将湿样品真空干燥至石墨级。使用Oxford Instruments SwiftED-TM系统(其 传感器具有llNa-92U的检测范围)用165eV的能量分辨率进行EDS分析。氯化物用Chloride QuanTab Test Strips (产品号 No. 2751340)测定氯化物 浓度，具有以100-200ppm增幅测量的在每升溶液300-6000毫克氯化物之间的测试范围。X-射线荧光(“XRF”)使用配有银阳极X-射线源和Peltier冷却Si (Li)X-射 线检测器的Thermo Scientific ARL QUANT' X能量色散XRF光谱仪进行固体粉末样品的 XRF分析。使用铝取样杯将样品压成31毫米丸粒。对各样品采集三个不同光谱，各自适用 于分析特定元素第一个在4kV下不使用X-射线过滤器，第二个在ISkV下使用薄银滤光 片，第三个在30kV下使用厚银滤光片，所有这些都在真空条件下。使用WinTrace软件，使 用基本参数分析方法(获自使用合格标准材料的校准)分析光谱。热解重量分析(“TGA”)用具有同时TGA/DSC(差示扫描量热法)的TA Instruments SDT Q600进行固体粉末样品的TGA分析。将在铝坩锅中的样品放入以每分钟 20°C的恒定升温速率从室温加热至1000°C的炉中。使用Universal Analysis软件分析随 温度发生的重量损失状况。电感耦合等离子体发射光谱法(“ICP-0ES”)使用配有CETAC自动取样器的 Thermo ICAP 6500进行典型的酸化液体样品的ICP-OES分析。iTEVA控制软件用于数据采集和分析。ICP-OES的典型检出限在ppm范围内。可以使用配有Elemental Scientific Inc. (ESI)-SeaFAST自动取样器的ICAP 6500分析含有高浓度溶解盐(Na、Ca、Mg)的样品， 该自动取样器配有用于基质清除分析物预浓缩的螯合柱。实施例1.废气流加工A.设备·图IF的系统ο燃煤锅炉(I3O)ο气-液/气-液-固接触器(112)ο再循环槽(116)ο再循环泵(118)ο 反应器(114)ο 碱罐(140)B.材料·煤ο 烟煤(2x5001bs)0 亚烟煤(5001bs)· 50% NaOH (90 加仓)· CaCl2 (50 千克)·海水·淡水C.程序用于该方法的主要原料是1)煤衍生的烟道气以提供C02、SOx, NOx、痕量金属等， 2)碱度源以将CO2转化成水性碳酸盐和/或碳酸氢盐，和3)钙阳离子源以沉淀碳酸钙。该CO2-加工系统在模拟目标工业过程的条件下运行，包括从来自燃煤锅炉的烟道 气中吸收大约70%C02。使用两步骤法，其中气-液接触与吸收在一个单元操作中进行以 产生充有CO2的溶液，沉淀在另一单元操作中进行，其中将充有CO2的溶液与二价阳离子流 混合以形成包含含碳酸盐的沉淀材料的浆料。该燃煤锅炉模拟器(0. 3MWth)向CO2-加工系统提供大约50SCFM烟道气滑流。将 该CO2浓度控制至大约12-14体积％。在三个相继流程中燃烧三种不同的煤类型来自 Raleigh和Dodge Hill矿山的两种烟煤，和来自Powder River Basin Rawhide矿山的亚烟 煤。分析这些煤和相关灰分的痕量金属以完全考虑它们在CO2-加工系统中的路径和最终 状况。该气-液接触器/吸收器在模拟70% CO2吸收和碱度的高利用度的工业规模指 标的条件下运行。碱度源为稀释到淡水中的50%氢氧化钠的大约1/50份(The source of alkalinity was about one part in fifty of 50% sodiumhydroxide diluted into fresh water)。沉淀包括将充有CO2的溶液的滑流与作为二价钙阳离子源的模拟硬盐水混合。在 这种情况下，该二价阳离子源是溶解到淡水中的二水合氯化钙以产生大约0. 2M Ca2+的溶 液。
72
使用真空过滤法进行脱水以收集含碳酸盐的沉淀材料和上清液。随后在进一步测 试之前将该沉淀材料烘干以除去残留水分。下表2显示取样的各种工艺流、测量的量和所用测试方法。表2.取样的工艺流、测量的量和所用测试方法
权利要求
处理工业废气的方法，其中该气体包含二氧化碳和至少一种其它组分，所述至少一种其它组分选自(a)SOx；(b)NOx；(c)金属；(d)非二氧化碳的酸性气体；(e)有机物；和(f)颗粒物，包括使该气体与液体在适合使至少一些所述二氧化碳和所述一种或多种其它组分离开该气体并进入该液体的条件下接触，其中该方法在单个加工器中进行。
2.权利要求1的方法，其中该气体在进入该加工器之前不经过除去一些或所有的该二 氧化碳或任何所述其它组分的预处理。
3.权利要求1的方法，其中该气体在进入该加工器之前被预处理以除去颗粒物。
4.权利要求1的方法，其中该气体包含至少两种其它组分，且其中这两种其它组分离 开该气体并进入该液体。
5.权利要求4的方法，其中所述两种其它组分是SOx和金属。
6.权利要求5的方法，其中该金属包含重金属。
7.权利要求5的方法，其中该金属选自锑、砷、钡、铍、硼、镉、铬、钴、铜、铅、锰、汞、钼、 镍、镭、硒、银、锶、铊、钒和锌。
8.权利要求7的方法，其中该金属是汞。
9.权利要求4的方法，其中所述两种其它组分是SOx和非二氧化碳的酸性气体。
10.权利要求4的方法，其中所述两种其它组分是金属和非二氧化碳的酸性气体。
11.权利要求4的方法，其中所述两种其它组分是SOx和颗粒物。
12.权利要求4的方法，其中该气体在进入该加工器之前不经过除去一些或所有的该 二氧化碳或任何所述其它组分的预处理。
13.权利要求1的方法，其中该液体包含水溶液。
14.权利要求13的方法，其中该水溶液包含二价阳离子。
15.权利要求13的方法，进一步包括加工该水溶液以产生包含碳酸盐、碳酸氢盐或其组合，和单数种所述其它组分或其衍 生物，或复数种所述其它组分和/或其衍生物的组合物，其中该碳酸盐、碳酸氢盐或其组合 至少部分衍生自所述二氧化碳。
16.权利要求15的方法，其中该组合物包含含固体和上清液的浆料。
17.权利要求16的方法，其中该固体包含碳酸盐、碳酸氢盐或其组合。
18.权利要求17的方法，其中该固体进一步包含单数种所述其它组分或其衍生物，或 复数种所述其它组分和/或其衍生物。
19.权利要求16的方法，进一步包括将该固体与上清液分离。
20.权利要求17或19的方法，其中该固体在经受浸提过程时，产生包含少于0.2毫克 /升汞的浸出液，该浸提过程基本由下列步骤构成制备2xlL基本由乙酸水溶液构成的萃取流体，其中每1升该萃取流体基本由在去离子水中的5. 7毫升乙酸构成；如果粒子的最窄尺寸尚未小于1厘米，研磨该固体以使磨碎固体的粒子的最窄尺寸小 于1厘米；将100克该磨碎固体放入含2升所述萃取流体的萃取容器中以制造萃取组合物；在室温以上下翻滚方式旋转该萃取容器18士2小时；经由孔尺寸为0. 6微米至0. 8微米的硼硅酸盐玻璃纤维过滤该萃取组合物以制造浸出 液；禾口用IN硝酸将该浸出液的pH调节至pH 2或小于pH 2的pH值。
21.权利要求20的方法，其中该浸提过程产生包含少于5.0毫克/升砷的浸出液。
22.权利要求20的方法，其中该浸提过程产生包含少于100毫克/升钡的浸出液。
23.权利要求20的方法，其中该浸提过程产生包含少于1.0毫克/升镉的浸出液。
24.权利要求20的方法，其中该浸提过程产生包含少于5.0毫克/升铬的浸出液。
25.权利要求20的方法，其中该浸提过程产生包含少于5.0毫克/升铅的浸出液。
26.权利要求20的方法，其中该浸提过程产生包含少于1.0毫克/升硒的浸出液。
27.权利要求20的方法，其中该浸提过程产生包含少于5.0毫克/升银的浸出液。
28.权利要求17或19的方法，其中该固体在经受二氧化碳释放程序时，产生不多于5 克二氧化碳/100克固体，该二氧化碳释放程序基本由下列步骤构成如果粒子的最窄尺寸尚未小于1厘米，研磨该固体以使磨碎固体的粒子的最窄尺寸小 于1厘米，和将该固体在具有PH 4.8至？!1 5. 2的pH值和60至80°C的温度的溶液中浸渍48小时。
29.权利要求20的方法，其中该固体在经受二氧化碳释放程序时，产生不多于5克二氧 化碳/100克固体，该二氧化碳释放程序基本由下列步骤构成如果粒子的最窄尺寸尚未小于1厘米，研磨该固体以使磨碎固体的粒子的最窄尺寸小 于1厘米，和将该固体在具有PH 4.8至？!1 5. 2的pH值和60至80°C的温度的溶液中浸渍48小时。
30.权利要求1的方法，其中在适合使至少50%二氧化碳和至少50%的所述一种或多 种其它组分离开该气体并进入该液体的条件下进行该接触。
31.方法，包括(i)使气流与水溶液，其中该气流包含二氧化碳和至少一种其它组分，所述至少一种其 它组分选自(a)SOx；(b)NOx；(c)金属；(d)非二氧化碳的酸性气体；(e)有机物；和(f)颗粒物；在适合使至少一些所述二氧化碳和所述一种或多种其它组分离开该气流并进入该水 溶液的条件下接触，和( )加工该水溶液以产生包含碳酸盐、碳酸氢盐或碳酸盐和碳酸氢盐的组合，和单数种所述其它组分或其衍生物，或复数种所述其它组分和/或其衍生物的组合物，其中所述 碳酸盐、碳酸氢盐或碳酸盐和碳酸氢盐的组合至少部分衍生自所述二氧化碳。
32.权利要求31的方法，其中所述其它组分选自SOx、金属、非二氧化碳的酸性气体和 有机物。
33.权利要求31的方法，其中所述其它组分选自SOx和金属。
34.权利要求31的方法，其中该气流包含至少两种其它组分，且所述加工产生包含碳 酸盐、碳酸氢盐或碳酸盐和碳酸氢盐的组合、和所述两种其它组分和/或其衍生物的组合 物。
35.权利要求34的方法，其中所述两种其它组分是SOx和金属。
36.权利要求35的方法，其中该金属包含重金属。
37.权利要求35的方法，其中该金属选自锑、砷、钡、铍、硼、镉、铬、钴、铜、铅、锰、汞、 钼、镍、镭、硒、银、锶、铊、钒和锌。
38.权利要求35的方法，其中该金属包含汞或汞衍生物。
39.权利要求31的方法，其中该气流包含至少三种其它组分，且所述加工产生包含碳 酸盐、碳酸氢盐或碳酸盐和碳酸氢盐的组合、和所述三种其它组分和/或其衍生物的组合 物。
40.权利要求39的方法，其中所述三种其它组分是SOx、金属和非二氧化碳的酸性气体。
41.权利要求40的方法，其中该金属包含汞或汞衍生物。
42.权利要求40或41的方法，其中所述非二氧化碳的酸性气体选自氯化氢、氟化氢和SO3。
43.权利要求39的方法，其中所述三种其它组分是SOx、金属和有机物。
44.权利要求43的方法，其中该金属包含汞或汞衍生物。
45.权利要求31的方法，其中该组合物包含溶液。
46.权利要求31的方法，其中该组合物包括包含溶液和固体的浆料。
47.权利要求46的方法，进一步包含将该固体与溶液分离。
48.权利要求47的方法，其中该固体在经受浸提过程时，产生包含少于0.2毫克/升汞 的浸出液，该浸提过程基本由下列步骤构成制备2xlL基本由乙酸水溶液构成的萃取流体，其中每1升所述萃取流体基本由在去离 子水中的5. 7毫升乙酸构成；如果粒子的最窄尺寸尚未小于1厘米，研磨该固体以使磨碎固体的粒子的最窄尺寸小 于1厘米；将100克该磨碎固体放入含2升所述萃取流体的萃取容器中以制造萃取组合物； 在室温以上下翻滚方式旋转该萃取容器18士2小时；经由孔尺寸为0. 6微米至0. 8微米的硼硅酸盐玻璃纤维过滤该萃取组合物以制造浸出 液；禾口用IN硝酸将该浸出液的pH调节至pH 2或小于pH 2的pH值。
49.权利要求47或48的方法，其中该固体在经受二氧化碳释放程序时，产生不多于5 克二氧化碳/100克固体，该二氧化碳释放程序基本由下列步骤构成如果粒子的最窄尺寸尚未小于1厘米，研磨该固体以使磨碎固体的粒子的最窄尺寸小 于1厘米，和将该固体在具有PH 4.8至？!1 5. 2的pH值和60至80°C的温度的溶液中浸渍48小时。
50.权利要求31的方法，其中该气流包含工业过程中产生的气体。
51.权利要求50的方法，其中该气流是废气流。
52.权利要求51的方法，其中该废气流在发电厂、化学加工厂、机械加工厂、精炼厂、水 泥厂或炼钢厂中产生。
53.权利要求31的方法，其中该气流在进入该水溶液之前不进行除去二氧化碳或所述 一种或多种其它组分的加工。
54.权利要求53的方法，其中该气流包含金属或金属衍生物且其中加工该气流以将该 金属或金属衍生物转化成更容易被该水溶液吸收的形式。
55.权利要求31的方法，其中所述非二氧化碳的酸性气体包含选自氯化氢、氟化氢和 SO3的气体。
56.权利要求31的方法，其中至少50%的二氧化碳和至少50%的所述其它组分离开该 气体并进入该液体。
57.权利要求31的方法，其中至少50%的二氧化碳和至少80%的所述其它组分离开该 气体并进入该液体。
58.权利要求31的方法，其中至少70%的二氧化碳和至少70%的所述其它组分离开该 气体并进入该液体。
59.权利要求31的方法，其中该接触和加工相继进行。
60.权利要求31的方法，其中该接触和加工同时进行。
61.权利要求31的方法，其中该接触和加工在相同单元中进行。
62.通过权利要求1-61任一项的方法制成的组合物。
63.组合物，其包含碳酸盐、碳酸氢盐或其组合和含硫化合物，其中该碳酸盐、碳酸氢盐 或其组合具有小于-5. 00%。的相对碳同位素组成(S13C)值，且其中该组合物在经受浸提过 程时，产生包含少于2. 0毫克/升汞的浸出液，该浸提过程基本由下列步骤构成制备2xlL基本由乙酸水溶液构成的萃取流体，其中每1升该萃取流体基本由在去离子 水中的5. 7毫升乙酸构成；如果粒子的最窄尺寸尚未小于1厘米，研磨该固体以使磨碎固体的粒子的最窄尺寸小 于1厘米；将100克该磨碎固体放入含2升所述萃取流体的萃取容器中以制造萃取组合物；在室温以上下翻滚方式旋转该萃取容器18士2小时；经由孔尺寸为0. 6微米至0. 8微米的硼硅酸盐玻璃纤维过滤该萃取组合物以制造浸出 液；禾口用IN硝酸将该浸出液的pH调节至pH 2或小于pH 2的pH值。
64.权利要求63的组合物，其中该浸出液包含少于1.5毫克/升汞。
65.权利要求64的组合物，其中该浸出液包含少于1.0毫克/升汞。
66.权利要求65的组合物，其中该浸出液包含少于0.5毫克/升汞。
67.权利要求66的组合物，其中该浸出液包含少于0.2毫克/升汞。
68.权利要求67的组合物，其中该浸出液包含少于0.05毫克/升汞。
69.权利要求63的组合物，其中该组合物包含汞、汞衍生物，或其组合。
70.权利要求69的组合物，其中该相对碳同位素组成值小于10.00%。。
71.权利要求70的组合物，其中该组合物的相对碳同位素组成(S13C)值小 于-15. 00%。。
72.权利要求71的组合物，其中该组合物的相对碳同位素组成(S13C)值小 于-20. 00%。。
73.权利要求63的组合物，其中该组合物包含至少90%碳酸盐。
74.权利要求73的组合物，其中该组合物包含5 1的钙镁比。
75.权利要求63的组合物，其中该固体在经受二氧化碳释放程序时，产生不多于5克二 氧化碳/100克固体，该二氧化碳释放程序基本由下列步骤构成如果粒子的最窄尺寸尚未小于1厘米，研磨该固体以使磨碎固体的粒子的最窄尺寸小 于1厘米，和将该固体在具有PH 4.8至？!1 5. 2的PH值和60至80°C的温度的溶液中浸渍48小时。
76.组合物，其包含碳酸盐、碳酸氢盐或其组合、和汞、汞衍生物或其组合，其中该碳酸 盐、碳酸氢盐或其组合具有小于-5. 00%。的相对碳同位素组成(S13C)值，且其中该组合物 在经受浸提过程时，产生包含少于2. 0毫克/升汞的浸出液，该浸提过程基本由下列步骤构 成制备2xlL基本由乙酸水溶液构成的萃取流体，其中每1升该萃取流体基本由在去离子 水中的5. 7毫升乙酸构成；如果粒子的最窄尺寸尚未小于1厘米，研磨该固体以使磨碎固体的粒子的最窄尺寸小 于1厘米；将100克该磨碎固体放入含2升所述萃取流体的萃取容器中以制造萃取组合物；在室温以上下翻滚方式旋转该萃取容器18士2小时；经由孔尺寸为0. 6微米至0. 8微米的硼硅酸盐玻璃纤维过滤该萃取组合物以制造浸出 液；禾口用IN硝酸将该浸出液的pH调节至pH 2或小于pH 2的pH值。
77.权利要求76的组合物，其中该浸出液包含少于1.5毫克/升汞。
78.权利要求77的组合物，其中该浸出液包含少于1.0毫克/升汞。
79.权利要求78的组合物，其中该浸出液包含少于0.5毫克/升汞。
80.权利要求79的组合物，其中该浸出液包含少于0.2毫克/升汞。
81.权利要求80的组合物，其中该浸出液包含少于0.05毫克/升汞。
82.权利要求76的组合物，其中该组合物在经受二氧化碳释放程序时，产生不多于5克 二氧化碳/100克组合物，该二氧化碳释放程序基本由下列步骤构成如果粒子的最窄尺寸尚未小于1厘米，研磨该组合物以使磨碎的组合物的粒子的最窄 尺寸小于1厘米，和将该磨碎的组合物在具有pH 4. 8至pH 5. 2的pH值和60至80°C的温度的溶液中浸渍 48小时。
83.组合物，其包含碳酸盐、碳酸氢盐或其组合、汞、汞衍生物或其组合、和含硫化合物，其中该组合物(i)在经受基本由下列步骤构成的浸提过程时制备2xlL基本由乙酸水溶液构成的萃取流体，其中每1升该萃取流体基本由在去离子 水中的5. 7毫升乙酸构成；如果粒子的最窄尺寸尚未小于1厘米，研磨该固体以使磨碎固体的粒子的最窄尺寸小 于1厘米；将100克该磨碎固体放入含2升所述萃取流体的萃取容器中以制造萃取组合物； 在室温以上下翻滚方式旋转该萃取容器18士2小时；经由孔尺寸为0. 6微米至0. 8微米的硼硅酸盐玻璃纤维过滤该萃取组合物以制造浸出 液；禾口用IN硝酸将该浸出液的pH调节至pH 2或小于pH 2的pH值，产生包含少于0. 2毫克 /升汞的浸出液；和( )在经受基本由下列步骤构成的二氧化碳释放程序时如果粒子的最窄尺寸尚未小于1厘米，研磨该组合物以使磨碎的组合物的粒子的最窄 尺寸小于1厘米，和将该磨碎的组合物在具有pH 4. 8至pH 5. 2的pH值和60至80°C的温度的溶液中浸渍 48小时，产生不多于5克二氧化碳/100克组合物。
84.系统，其包含(i)工业废气源，其可操作地连向 ( )加工器，该加工器构造成(a)加工该气体以从该气体中至少部分除去二氧化碳以及从该气体中至少部分除去至 少一种其它组分，其中所述其它组分选自S0x、N0x、金属、颗粒物、非二氧化碳的酸性气体和 有机物，和(b)制造组合物，该组合物包括包含至少一部分该二氧化碳或其一种或多种衍生物以 及至少一部分所述其它组分或其一种或多种衍生物的产物，其中该组合物适合置于环境 中。
85.权利要求84的系统，其中该组合物包含碳酸盐、碳酸氢盐或其组合。
86.权利要求84或85的系统，其中所述其它组分是SOx或选自锑、砷、钡、铍、硼、镉、 铬、钴、铜、铅、锰、汞、钼、镍、镭、硒、银、锶、铊、钍、铀、钒和锌的金属；颗粒物；或其组合。
87.Toxicity Characteristic LeachingProcedure> Extraction Procedure Toxicity Test、 Synthetic PrecipitationLeaching Procedure> California Waste Extraction Test>Soluble ThresholdLimit Concentration>American Society for Testing and MaterialsExtraction Test、Multiple Extraction Procedure 或其组合，该组合物适合置于环境中。
88.权利要求87 的系统，其中依照 Toxicity Characteristic LeachingProcedure，该 组合物适合置于环境中。
89.权利要求84的系统，其中该系统进一步包含用于弃置至少一部分该组合物的组合 物传送装置。
90.权利要求89的系统，其中该组合物传送装置构造成地下弃置至少一部分该组合物。
91.权利要求84的系统，其中该加工器包含气-液接触器、气-液-固接触器、反应器、 沉降槽，或其组合。
92.权利要求91的系统，其中该加工器进一步构造成产生加工过的废气流。
93.权禾Ij要求 92 的系统，其中依照 Reasonably Available ControlTechnology ； Best Available Control Technology ；Maximum AchievableControl Technology ；Lowest Achievable Emission Rate或其组合，该加工过的废气流适合置于环境中。
94.权利要求84的系统，其中该系统进一步包含处理系统。
95.权利要求94的系统，其中该处理系统包含用于浓缩至少一部分该组合物和制造浓 缩组合物和上清液的液_固分离器。
96.权利要求95的系统，其中该上清液适合置于环境中。
97.权利要求95的系统，其中该处理系统构造成使至少一部分该上清液再循环回该加工器。
98.tX^lJ^^c 95 ^M^t^^ikM Toxicity Characteristic LeachingProcedure^ Extraction Procedure Toxicity Test、 Synthetic PrecipitationLeaching ProcedureΛ California Waste Extraction Test、Soluble ThresholdLimit ConcentrationΛAmerican Society for Testing and MaterialsExtraction Test、Multiple Extraction Procedure 或其组合，该浓缩组合物适合置于环境中。
99.权利要求95的系统，其中该系统进一步包含用于由至少一部分该浓缩组合物制造 建筑材料的制造系统。
100.权利要求99的系统，其中该制造系统构造成由该浓缩组合物制造水泥、辅助水泥 质材料、细集料、灰泥、粗集料、混凝土、火山灰或其组合。
101.权利要求95的系统，其中该系统进一步包含用于弃置至少一部分该浓缩组合物 的浓缩组合物传送装置。
102.权利要求101的系统，其中该浓缩组合物传送装置构造成地下弃置该浓缩组合物。
103.权利要求84的系统，其中该系统进一步包含用于制造在该加工器中加工气体用 的氢氧化物的电化学系统。
104.权利要求103的系统，其中该电化学系统包含阳极和阴极。
105.权利要求104的系统，其中在阴极处产生该氢氧化物。
106.权利要求105的系统，其中在阳极处不形成氯。
107.权利要求105的系统，其中在阳极处不形成氧。
108.权利要求84的系统，其中该加工器可操作地连向工厂，包括发电厂、化学加工厂、 机械加工厂、精炼厂、水泥厂或炼钢厂。
109.权利要求108的系统，其中气体传送装置可操作地将该加工器连向该工厂。
110.权利要求109的系统，其中该系统构造成在该工厂的高需求期减低动力消耗。
111.权利要求110的系统，其中该系统、该工厂，或该系统和该工厂的组合保持遵 循 Reasonably Available Control Technology ；BestAvailable Control Technology ；Maximum Achievable Control Technology ；Lowest Achievable Emission Rate或其组合。
112.系统，其包含(i)包含二氧化碳和一种或多种选自S0x、N0x、金属、非二氧化碳的酸性气体、有机物 和颗粒物的其它组分的工业废气源；( )构造成在单个加工单元中从该气体中除去至少一部分该二氧化碳和所述一种或 多种其它组分的加工器；和(iii)可操作地连接该工业废气源和该加工器的导管，其中该导管构造成将至少一部 分该工业废气导向该加工器。
113.权利要求112的系统，其中该系统不包含在该工业废气源和该加工器之间的预加 工器，其中该预加工器构造成在该气体送至该加工器之前除去该气体中的一种或多种所述 其它组分。
114.权利要求112的系统，其中该气体包含至少两种所述其它组分且其中该加工器构 造成在单个加工单元中从该气体中除去至少一部分该二氧化碳和所述其它组分。
全文摘要
在一些实施方案中，本发明提供用于除去废气流的二氧化碳和/或附加组分的系统和方法，包括使该废气流与水溶液接触，从该废气流中除去二氧化碳和/或附加组分并使该二氧化碳和/或附加组分以这样或那样的形式包含在组合物中。在一些实施方案中，该组合物是包含碳酸盐、碳酸氢盐或碳酸盐和碳酸氢盐的沉淀材料。在一些实施方案中，该组合物进一步包含由共同加工SOx、NOx、颗粒物和/或某些金属产生的碳酸盐和/或碳酸氢盐共同产物。也可以加工附加废料流，如液体、固体或多相废料流。
文档编号B01J10/00GK101977842SQ201080000952
公开日2011年2月16日 申请日期2010年3月2日 优先权日2009年3月2日
发明者B·R·康斯坦茨, V·霍斯拉, W·R·西克 申请人:卡勒拉公司