專利名稱:鎂質(zhì)水泥的制作方法
本發(fā)明主要涉及一種產(chǎn)品，該產(chǎn)品通過加水可制成具有優(yōu)異強度性能的鎂質(zhì)水泥。在本發(fā)明的一些實施方案中，本發(fā)明涉及到鎂質(zhì)水泥的生產(chǎn)方法，以及涉及到生產(chǎn)設備。
最通用的水泥是波特蘭(Portland)水泥，其制法是以精細粉末狀的石灰石和粘土或頁巖加一些石膏一起煅燒，溫度升至接近或超過1600℃。煅燒后的混合物稱為熟料并需要進一步精細研磨，一般再加入石膏以生產(chǎn)波特蘭水泥。在有些地方用活火山石代替粘土和頁巖。
波特蘭水泥與水混合后凝結(jié)成凝結(jié)體，按照ASTM(澳大利亞標準)的要求在28日后耐壓強度應達到3000PSi或20mpa。為了達到最大的機械強度，混合所用的水量必須要保持最小，從而，如果需要機械強度的話，用波特蘭水泥澆注成凝結(jié)體是有困難的。澆注的凝結(jié)體表面也常常要處理以改善外觀。
目前波特蘭水泥的生產(chǎn)量極大，但是由于煅燒前后都需要精細研磨材料以及由于獲得高煅燒溫度的費用和所需能耗的費用部分等，因而成本很高(與本發(fā)明相比)。例如，在南澳大利亞，能耗費用約為原材料費用的六倍。
本發(fā)明的目的在于提供一種水泥，生產(chǎn)這種水泥時不需要精細研磨天然石灰石及頁巖原料，或者煅燒的熟料，也不需要達到高煅燒溫度，而且還可采用容易買到的廉價原材料。
已經(jīng)知道有各種類型的鎂質(zhì)水泥，與本發(fā)明最相關(guān)的是蘇來爾(Sorel)水泥。在蘇來爾水泥生產(chǎn)中高級的菱鎂礦或碳酸鎂經(jīng)煅燒形成活性氧化鎂(MgO)。如果煅燒溫度升至1500℃或更高，則可獲得所謂僵燒氧化鎂的非活性產(chǎn)品。這種產(chǎn)品在高爐及耐火材料的使用方面得到了應用。然而它的機械強度不夠，所以不能用在要求機械強度相當大的地方。它也不能用在蘇來爾水泥中。
如果在另一方面，煅燒溫度降低到不高于750℃，(一般在900℃)就生成活性的或苛性的氧化鎂。這種物質(zhì)具有有用的機械強度，它雖然在潮濕的條件下保持較長的時間也會很慢地轉(zhuǎn)化成堿式碳酸鎂。此反應比相應的包括生石灰或熟石灰的反應慢得多，而且需要許多年方能達到穩(wěn)定的機械強度。
但是，在溫度為750℃和1500℃之間煅燒菱鎂礦生成的苛性氧化鎂在環(huán)境溫度下將與適當濃度的氯化鎂溶液發(fā)生反應生成蘇來爾水泥。以這種方法制成的蘇來爾水泥常常被誤認為是氯氧化鎂水泥。用硫酸鎂代替氯化鎂生產(chǎn)機械強度較低的水泥，它的劇烈地收縮性質(zhì)，使人們常常錯誤地認為它是含氧硫酸鎂水泥。
氯氧化鎂一詞意指結(jié)構(gòu)式為Mg-O-Cl。由于這類產(chǎn)物在干燥大氣中加熱時產(chǎn)生氯化氫，這種結(jié)構(gòu)式顯然是不正確的，結(jié)果有些作者已將此種所謂的含氧氯化鎂組分結(jié)構(gòu)式寫成MgO-HCl。
此種結(jié)構(gòu)式完全隨“蘇來爾”水泥的化學分析而變化，各個學術(shù)組織給出了如下的化學式。
這些“氯氧化物”水泥的全部可靠分析都與下列可以接受的經(jīng)驗化學式的某些或全部相一致。
化學式 Mg∶Cl Mg含量 Mg∶OH的比率 的比率2Mg(OH)2Mg Cl24H2O 1.0 Mg＝25% 0.523Mg(OH)2Mg Cl28H2O 1.35 Mg＝23% 0.405Mg(OH)2Mg Cl28H2O 2.0 Mg＝27% 0.479Mg(OH)2Mg Cl25H2O 3.38 Mg＝34% 0.61
所有的這些產(chǎn)物均由活性氧化鎂與氯化鎂在水溶液中于0℃到100℃之間的溫度下的相互反應所產(chǎn)生的。
許多其它學術(shù)權(quán)威組織仍然接受2，3，5或9化合物作為獨立化合物，其中含水量隨形成條件有很大的變化。
在文獻中提供的全部蘇來爾水泥和含氧氯化鎂水泥均近似地符合上面給出的化學式并且在加熱到大約600℃時全部都分解，釋放出鹽酸并留下氧化鎂的殘余物。它們抵抗不了連續(xù)地浸在水中，同時使水的pH值達到5.2之間，對鋼是有腐蝕的。
另一種常用的水泥是以煅燒具有高鎂含量石灰石礦物的方法制成的，也是在很高的溫度下進行的，與粘土和頁巖一起煅燒以生成與波特蘭水泥類似的產(chǎn)品。
除了上述的波特蘭水泥和鎂質(zhì)水泥外，還可參考下述專利文獻Isohata等人的4，003，752號美國專利，采用活性氧化鎂(MgO)，硫酸鎂(MgSO4)以及泥漿。該專利目的之一是盡可能地減少硫含量，因為該發(fā)明的水泥中，硫?qū)⒃黾邮湛s并降低所希望的強度特性。
Delphic Research的P.C.T.W085/04860，涉及一種類似涂料的泥漿，該泥漿是使用一種“氯氧化物”水泥，具有高濃度氧化鋁的單鋁酸鈣水泥和胺態(tài)二氧化硅。該發(fā)明設法將氯氧化物(蘇來爾)水泥含量減到最低，因為它將降低所希望的強度特性。其它的組分沒以任何混合物使用。
Thompson的美國專利3，778，304涉及了含泡沫劑的氯氧化物水泥，(如所述)本發(fā)明在此處未采用。
Beckerich的美國專利4，419，196涉及了氯氧化物水泥的突然硬化問題。
Duyster的美國專利4，339，274涉及了蘇來爾(氯氧化物)水泥。
Smith-Johannser的美國專利4，352，694涉及了氯氧化物水泥。
Shubow的P.C.T.W085/00586涉及了氧化鎂，硅酸鹽，骨料和一鋁磷酸鹽酸性溶液的混合物。雖然磷酸鹽是被容許的，但在本發(fā)明中它們并不是必要。
上述的參考文獻對申請人構(gòu)成了最接近的已知技術(shù)，但是全部涉及蘇來爾水泥(一種形式或另一種形式)。
申請人:已知的先有技術(shù)根本沒有涉及含鎂礦物及金屬氯化物在300℃到1000℃的溫度之間的反應產(chǎn)品。這樣的產(chǎn)品含少量水或不含水，并且?guī)缀跏峭耆珶o水的。
另外，對本申請人沒有已知的先有技術(shù)，其中使碳酸鎂或硅酸鹽與金屬氯化物和水在超過300℃的足夠溫度條件下反應釋放出HCl并產(chǎn)生與其它鎂化合物(特別碳酸鹽或硅酸鹽)結(jié)合的活性氧化鎂。
本發(fā)明的產(chǎn)物為碳酸鎂或硅酸鎂中的至少一種與一種金屬氯化物去高于300℃的溫度條件下的反應產(chǎn)物。當與水混合時這種產(chǎn)物將生成強度極大的鎂質(zhì)水泥。可能有各種與其混合的骨料。
盡管用形成主要晶體的通常結(jié)構(gòu)具有不同的形狀，但一種晶體的晶種往往能導致晶體以大致類似于種晶的方式連續(xù)地生長。本發(fā)明利用了這種了這種現(xiàn)象，并且假如某些種晶受到例如氯-氧-鎂化物的影響，或者受到其它具有合適的共價鍵(硅酸鹽或者碳酸鹽)的產(chǎn)品的影響，最后得到的物質(zhì)的組分將含有所希望外形的聯(lián)結(jié)晶體。在許多情況下，這些將是主要的，并防止了非所希望的氫氧化物晶核的形成。
在本發(fā)明的實施例中，水泥的晶體(與水混合之后)是結(jié)合物，并不是一種分離的或者互穿晶體的單一物質(zhì)。如果至少有些細顆粒物質(zhì)是在一系列的同時發(fā)生的相互有關(guān)的化學反應中同時生成的話，那么上述的組合物將是非常適用的，因為象這樣同時形成能促進極好的晶體引晶機理，該機理大大地有助于組合物晶體結(jié)構(gòu)的形成。此種組合物結(jié)構(gòu)是部分地引起異常性質(zhì)的原因，沒有這種同時形成是難于獲得這種組合物的結(jié)構(gòu)。
因此，在本發(fā)明實施方案中，具體地說鎂質(zhì)水泥的生產(chǎn)方法包括使含鎂的礦物，特別是至少碳酸鎂或硅酸鎂中的一種與金屬氯化物和水，在高于300℃的溫度下反應釋放出氯化氫，從而產(chǎn)生與其它化合物結(jié)合的活性氧化鎂。
本發(fā)明進一步包括(a)使氯化氫與碳酸鎂或硅酸鎂進一步反應生成MgCl2。
(b)生成鎂的氯-氧-氫氧化合物(MgOx·Mg(OH)2y·MgCl2z)，式中X，Y和Z均為1到12之間的整數(shù)，此反應是在高于300℃的溫度進一步反應之前發(fā)生的。
在某些情況下，反應的全部產(chǎn)物均可用作鎂質(zhì)水泥，而不必從其它的反應產(chǎn)品或存在的而不是反應產(chǎn)品的化學物質(zhì)中分別形成MgO、MgO-〔MCl〕和(Mg·Ox·Mg(OH)2y·MgCl2z)。
在其它的情況下，進入的原料包括較大量的堿金屬碳酸鹽組分和少量的氯化物組分，非常有價值的鎂質(zhì)水泥是可以用較小量的氯-氧-鎂化合物來生產(chǎn)，例如一種含有高達35%(重量)的〔MCO3〕的水泥，但是，其生產(chǎn)方法一般仍是如上述規(guī)定那樣，差異只是供料及反應的產(chǎn)物。
在本發(fā)明的一個實施例中，鎂質(zhì)水泥產(chǎn)品是由鹽水和/或碳酸鹽或硅酸鹽礦物生產(chǎn)的，但本發(fā)明還擴大了某些副產(chǎn)物的生產(chǎn)，這些副產(chǎn)物包括氯化鈉，氯化鉀，氧化鎂乳漿，苛性氧化鎂，耐火氧化鎂，鹽酸以及二氧化碳。
本發(fā)明的另一方面是關(guān)于鹽水處理問題，由此，生產(chǎn)出所有或至少那些上述的副產(chǎn)品和鎂質(zhì)水泥。
本發(fā)明最簡單的應用之一是把細顆粒的白云石或菱鎂礦(最好是研細的)與從比重為1.28到1.32的海水中提煉出的鹽囟一起在爐中加熱到550℃到650℃。用這種簡單的方法制得一種硬的無水的物質(zhì)，進一步研磨后它將與水或者氯化鎂溶液反應生成堅固的水泥。這種水泥的獨特性能是所生產(chǎn)的堅硬物質(zhì)加熱溫度直達1000℃仍保持穩(wěn)定狀態(tài)，直到溫度高于1000℃尚無明顯的氯化氫揮發(fā)。如果將此硬物質(zhì)在與水混合以前進行分析，則鎂與氯的分子量比值一般將超3.6，常常是介于4.4到4.5之間，近似相當于化學式12Mg(OH)2MgCl2，這種化合物與文獻中蘇來爾水泥或所謂的“氯氧化鎂”化合物不相似，不僅由于它增加了Mg∶Cl的比值，而且因為它一般是無水的。
一種類似的強水泥可以通過使氧化鎂(用煅燒菱鎂礦，白云石或者氯-氧-氫氧鎂化合物的方法制備的)與大大過量的富含氯化鎂的鹽水反應生產(chǎn)，然后進一步煅燒所形成的鎂的活性氯-氧-氫氧化合物以生成產(chǎn)品，其中Mg∶Cl的比值超過3.4。在這種情況下，這種水泥的顆粒度將比由煅燒細磨的白云石加鹽囟生成的水泥的顆粒度小很多，如果此兩種水泥混合在一起將生成很強的水泥，這是由于這種顆粒緊密堆積的結(jié)果。
在對以這種簡單方法制備的水泥的進一步改進中，通過使殘余活性氧化鎂進一步與碳酸鹽，硅酸鹽、硼酸鹽、磷酸鹽、鋁硅酸鹽及氟化物反應，可以使水泥的強度能進一步增加并且提高所希望的性能。當加入水之后而在水泥固化之前，存在兩種或更多的基團時，鍵合的鎂原子之間的可利用空間將被這些基團的聯(lián)合物共同占據(jù)，以得到硬的致密的水泥。
在本說明書中，“硅酸鹽”這個詞是用以敘述包括滑石、高嶺土、頁巖及粘土的硅酸鎂及硅酸鋁礦物，這些原料可以摻入本發(fā)明的水泥產(chǎn)品中。
在本說明書中，“碳酸鹽”這個詞是用以敘述鈣，鎂，鉀，鈉的碳酸鹽的石灰石、白云石、菱鎂礦、碳酸鈉石、泥灰，泡堿以及類似的純的和不純的原料，也包括自然界中的碳酸鹽礦物沉積后所得的堿性溶液。
鹽囟是蒸發(fā)掉海水的主要水含量及萃取出海水中的普通鹽含量的大部分之后殘留的濃縮的鹽溶液。因為鹽囟在許多情況下均容易大量得到，而且常常從海水中萃取鹽之后被拋棄掉。下邊敘述主要是關(guān)系到鹽囟的利用問題。而且，許多含鹽的水在反應物相對量改變的情況下均可利用。在一般的原則中，“鹽水”和“鹽囟”這兩個詞是可以相互交換使用的。
因此，在本說明書中，“鹽水”這個詞包括鹽囟，地下水，鹽湖水，蒸發(fā)鹽礦物(特別是要求用液體開采的那些)的海水，從鹽水處理設備中以及其它易于利用的來源排出的水。這種產(chǎn)品常常含有各種陽離子和陰離子，而且本發(fā)明的另一目的生產(chǎn)有價值的副產(chǎn)品，通過在一系的反應罐或池中與這類鹽水反應的方法以分別回收鎂、鈣以及硫的化合物。
制造鎂質(zhì)水泥最方便的原料是鹽水或鹽囟以及白云石形式的碳酸鹽(或者石灰質(zhì)的白云石或者鎂質(zhì)石灰石)。熱能也是需要的，這可以由普通固體、液體或氣態(tài)化石燃料提供，或者以電能供應。本發(fā)明的特性之一是輸入的熱量比生產(chǎn)波特蘭水泥時要低得多，以本發(fā)明的方法生產(chǎn)水泥，在制造過程中需要加熱到相當?shù)偷臏囟?。此特性使得顯著地節(jié)省了燃料費用以及設備的按裝和維修費。
對本發(fā)明的目的來說不必要的其它原料，然而依地區(qū)可利用性可以將它們用于生產(chǎn)中，并且可提高鎂質(zhì)水泥的質(zhì)量或者另一方面，能全部地利用原材料而沒有浪廢所有的副產(chǎn)品，它們包括以一般蒸發(fā)鹽類發(fā)現(xiàn)的礦物，其中包括鎂、鉀、鈣、鈉的氯化物、硫酸鹽和碳酸鹽，以及瀉鹽礦，菱鎂礦，光囟石，多囟化物，鈉沸石和碳酸鈉石等。
本發(fā)明的特征在于，雖然能與波特蘭水泥競爭并能代替和取代波特蘭水泥，但是在鎂質(zhì)水泥的生產(chǎn)和加工過程中使用設計用來生產(chǎn)波特蘭水泥的機械和窯爐是可行的，并且具有較大的燃料效率和明顯地節(jié)約原料，燃料或能量成本的優(yōu)點。
使用本發(fā)明的實施例的方法生產(chǎn)的鎂質(zhì)水泥，能夠生產(chǎn)出具有常規(guī)的耐壓強度為160mPa或24000PSi的凝結(jié)體的混凝土。而且，波特蘭水泥在混合之后處理28天才能獲得接近最大強度，而鎂質(zhì)水泥在混合24小時之內(nèi)強度就能達到160mPa。
本發(fā)明的另一特征在于高爐渣、冶煉作業(yè)的副產(chǎn)品、火山巖渣、鹽污染的凝結(jié)物和粘土、混合制成的混凝土以及用波特蘭水泥制造混凝土時不可接受的類似填料，都可與鎂質(zhì)水泥一起用于生產(chǎn)壓力強度高達160mPa的混凝土。
鎂質(zhì)水泥還具有與木材、玻璃、礦物纖維、聚合物材料、上釉磚、著色氧化物結(jié)合的能力，也可以使其噴射、涂敷、粉刷、涂抹、澆注在各種結(jié)構(gòu)材料上，賦予強度、耐火性、耐水性及令人愉快的外觀性能。
作為鎂質(zhì)水泥多功能性的說明，如果將這種水泥與木屑或廢木材混合在混合24小時之內(nèi)可達到高于50mPa的耐壓強度。即使混合物中鎂質(zhì)水泥的量比例很小〔例如10%(重量)〕，這種產(chǎn)物將輕到足以漂浮在水上，并仍可具有承受水的穿透性而不會過分膨脹或損壞。這種產(chǎn)品還有其它的許多優(yōu)點，均以最佳實施例敘述于下。
這種方法的另一特征在于通?？梢岳靡圆唤?jīng)濟的濃度存在的礦物或不具有工業(yè)價值的復合混合物，并且所含的有價值的組分用于制造鎂質(zhì)水泥或制造過程中的副產(chǎn)品。
另一特性是在生產(chǎn)過程中可以利用廢棄電池酸和氯化鈣溶液以及其它至今存在處理問題的工業(yè)廢物。取決于鹽水、白云石及其它可得到的原材料的分析，它們可能變成理想的防止系統(tǒng)中各種陽離子和陰離子的濃度繼續(xù)增加的物質(zhì)。此實施方案的特點是所有未被回收作為有價值的副產(chǎn)品的那些離子都被用作有價值產(chǎn)物的成分，即一種新型的有價值鎂質(zhì)水泥，以這樣方法由過程中產(chǎn)生了很少或者不過量的離子使得不會導致伴隨的污染以及環(huán)境問題。
如這里所定義的，鹽水中一般存在大量的可溶性氯化物，在許多化學制造工業(yè)和水的處理工廠中，它被認為是不理想的最終產(chǎn)物，因為它造成處理問題并具有破壞環(huán)境的性質(zhì)。但是，在本發(fā)明的實施方案中，將這種氯化物轉(zhuǎn)化成有用的水溶性水泥材料，并可以作為生產(chǎn)過程中有價值的副產(chǎn)品回收，所以它不會產(chǎn)生嚴重的環(huán)境污染問題。
所得副產(chǎn)物和產(chǎn)物的量將隨所用的鹽水和碳酸鹽的濃度和分析成分而變化，也將受到客觀需要或產(chǎn)生的副產(chǎn)物鹽酸的影響，這將取決于當?shù)厥袌?。在許多情況下，可以用副產(chǎn)物鹽酸浸提礦物中金屬含量，在這種情況下，金屬回收之后所得到的廢液可以在這種過程中循環(huán)使用。
但是，在此過程中所產(chǎn)生的鹽酸可直接用于鎂質(zhì)水泥與骨料，填充劑和水的混合中。加入鹽酸能減少凝結(jié)時間，并可產(chǎn)生一種容易澆注的抗強酸混凝土。
類似地在許多使用鹽水作為原料的化學過程中，過剩不需要的氯化物造成了與環(huán)境有關(guān)的排放問題。在本發(fā)明過程中，這種不需要的氯化物也并入到有價值的水泥產(chǎn)品中。
使用這種方法過程中的副產(chǎn)物有(1)當操作溫度相當高時(夏季生產(chǎn))產(chǎn)生高純度的硫酸鈣(無水的)，當操作溫度相當?shù)蜁r(冬季生產(chǎn))則產(chǎn)品摻有一些石膏(二水合硫酸鈣)。此種產(chǎn)物多在農(nóng)業(yè)土用作肥料以及土壤的調(diào)節(jié)劑，在波特蘭水泥以及建筑工業(yè)中巴黎的熟石膏中也大量需要。
(2)在工業(yè)上有各種用途，最重要的是用在制造苛性的和洗滌蘇打中用作原料的氯化鈉(一般的鹽)。
(3)廣泛地用作肥料，最好與石膏和氧化鎂乳漿一起使用的氯化物或氯化鉀。
(4)用于農(nóng)業(yè)、制造藥物產(chǎn)品中的氧化鎂乳漿(氫氧化鎂)。
(5)用于農(nóng)業(yè)、氯氧化鎂水泥，以及作為耐火材料(一般煅燒到較高溫度之后)的煅燒的鎂土或氧化鎂。
(6)廣泛用于工業(yè)和礦物萃取和處理以及作為水處理中所用的含氯化合物原料的鹽酸。
但是，本發(fā)明的主要產(chǎn)物是一種新型的有價值高效而且經(jīng)濟的水泥產(chǎn)物，它含有大有的鎂并且簡單地加入加淡水或鹽水時，它就具有與廣泛的材料相結(jié)合的能力這些材料包括卵石、砂子、火山巖渣、粘土、頁巖、木屑、木片、稻草、土壤、以及塑料，并且有大的韌性和強度。本發(fā)明的應用完全不受下列幾個方面的限制，這種新型水泥可以用于下述典型的用途中(1)采用砂子和骨料的耐壓強度能達到160mPa的新型混凝土結(jié)構(gòu)。
(2)混合后24小時之內(nèi)耐壓強度能達到50mPa的混木混凝土結(jié)構(gòu)。
(3)構(gòu)成和制造輕質(zhì)、耐火的高強度建筑梁，塊材，顆粒板，石棉水泥的代用瓦，枕木，灰泥，灰慢，底灰，涂料等。
下面參考實施方案和實施例，對本發(fā)明進行詳細描述，并參照附圖進行說明。其中圖1是表示生產(chǎn)鎂質(zhì)水泥及前述的副產(chǎn)品的工廠的工藝流程示意圖。以及。
表是表示改變鎂質(zhì)水泥的某些組分將怎樣影響其各種物理性能。
在敘述該生產(chǎn)過程中，為了方便起見參考附圖進行說明。但是，必須認識到對化學工程師來說已熟知大量設備和技術(shù)是可以用作附加的或取代本描述中提到的各個容器和方法。
加入的原料含有金屬氯化物，理想地包含一些氯化鎂。它們也可含有具有有利效果的氟化物、磷酸鹽和硼酸鹽。它們可以由以下物質(zhì)構(gòu)成或者包括下列物質(zhì)鹽囟，地下水，鹽湖水，蒸發(fā)鹽礦物，海水，水處理工廠的排出的鹽水以及其它的類似的溶液。
礦物原料包括碳酸鹽和硅酸鹽，必須時包括一些含鎂的礦物。下面列出了有用的礦物碳酸鹽 硅酸鹽菱鎂礦 鈉長石白云石 奧長石碳酸鈉石 拉長石水菱鎂礦 白榴石泥灰?guī)r 霞石正長巖泡堿 方鈉石菱鐵礦 青金石方解石 紫蘇輝石石灰石 黑云母角閃石橄欖石滑石海泡石方柱石硅灰石水鋁英石高嶺土斧石沸石高爐渣方沸石鈉沸石魚眼石菱沸石葡萄石桿沸石片沸石輝沸石鈣十字石交沸石針鈉鈣石濁沸石鎂鋁榴石膨潤土蛇紋巖窯爐7和10(它可能由簡單窯爐不同部分構(gòu)成)為旋轉(zhuǎn)窯爐，它們通常在600～900℃范圍內(nèi)操作，不過它們也可以在低達300℃的溫度下操作。窯爐一般是燒氣或燒油的，但是可以為流化床型爐，紅外線爐或電爐。
加到爐中的碳酸鹽和硅酸鹽(包括一些含鎂的礦物)一般為粒度為1cm左右(或更小)的粉碎礦物。然而，如果加入來自沉淀池2的鹽水的話，那么細粉狀原材料將更易吸收，并在爐10中傾向于聚結(jié)成更大顆粒。粉塵的排出數(shù)據(jù)將最后地決定于設備設計及粉碎或研磨參數(shù)。
這種窯爐裝備有粉塵收集裝置，此裝置包括一個濕除塵器，此除塵器產(chǎn)生一些鹽酸，接著可以將產(chǎn)生的鹽酸加到含有白云石、菱鎂礦或石灰或其它碳酸鹽材料的混凝土槽中，以便生產(chǎn)一些氯化鎂及一些氯化鈣。未示出此流程。
混合器14是一個單一鼓形混合器(或為旋轉(zhuǎn)式混合器)，它將兩個窯爐的產(chǎn)物混合。它應與一個輥式研磨機或其它研磨裝置聯(lián)合使用，以保證沒有團塊或大顆粒。
為了生產(chǎn)苛性氧化鎂，小型低溫爐15在300℃到900℃溫度范圍內(nèi)操作。為了生產(chǎn)耐火氧化鎂，小型高溫爐16在1400℃到1600℃溫度范圍內(nèi)操作。這兩個爐子都是一般所用的類型，也可以是旋轉(zhuǎn)的，或是其它爐型的、流化床型爐或電爐。
鹽囟和鹽水通常含有硫酸鹽，對于這種過程為達到最好的結(jié)果應該通過向沉淀池1內(nèi)的鹽囟中加入氯化鈣溶液排除硫酸鹽，使得所含的鈣含量是鹽囟中以硫酸鹽存在的硫含量的1.25倍。為了排除硫酸鹽所需的氯化鈣溶液，可以很方便地使碳酸鹽礦物在中和儲存器9中，反應通過沉淀池12(敘述如下)得到。中和儲存器9是碳酸鹽原料的儲存器，碳酸鹽原料包括碳酸鈣，后者可與來自吸收塔8的殘余溶液起反應，在吸收塔中水吸收了HCl以得到鹽酸。從而產(chǎn)生有用量的氯化鈣溶液。適用于此法的碳酸鹽礦物有石灰石、白云石、菱鎂礦、泥灰、海貝以及石灰質(zhì)砂和替代物質(zhì)，根據(jù)可得性可以使用的物質(zhì)有來自波特蘭水泥爐的煙道灰、制造乙炔時得到的碳化鈣和作廢的氯化鈣液和沉淀的白堊，以及來自生產(chǎn)洗滌堿的工廠作為廢產(chǎn)物拋棄的回石。含有附加的鎂、鈉或鉀的礦物，包括瀉鹽礦，天然蘇打，明礬石以及濃縮的礦泉水一般都是可以利用的。但是必須指出在此階段引入的總鈣量必須與由鹽囟或其它那些來源中引入的總硫量平衡。在理想的情況下，如果在沉淀池1中鹽囟的pH值保持在7.0到7.8之間的話，則排除硫酸鹽量達極大值，而含鎂量的損失為極小值。
使由上述原料中所得的氯化鈣與反應池1中的鹽囟反應，導致生成氯化鎂溶液以及以硬石膏(anydrite)或軟石膏存在的硫酸鈣，這塊定于溫度和濃度。硫酸鈣常常是以固態(tài)結(jié)晶狀殘渣形成在反應池1的底上，因之可以周期地排除，或者換句話說，反應池1中的溶液可以泵到沉淀池2，從沉淀池2中可用機械設備連續(xù)地或周期地排除硫酸鈣。
將粉狀的礦物碳酸鹽和/2蜆杷嵫斡醋猿戀沓2的一些富鎂液體一起加入到爐10中，經(jīng)一段時間加熱到360℃到900℃溫度之間(然而不能超過100℃)。
氯化鎂對水有很大的親和力并生成融態(tài)氫氧化物，溫度在200℃到300℃之前此物保持穩(wěn)定。爐7和爐10均在高于360℃的溫度條件下操作。熱的氯化鎂水合物腐蝕碳酸鹽礦物及硅酸鹽礦物，這些礦物質(zhì)也常常被鹽酸腐蝕，從而在過程中釋放出硅酸和碳酸，并礦物轉(zhuǎn)化成氧化鎂。釋放出氯化物繼續(xù)地腐蝕新的碳酸鹽礦物，從而產(chǎn)生附加的鈣和鎂的氯化物，有時還有氯化鈉和氯化鉀產(chǎn)生。
氯化鈉是鹽水及鹽囟中的一般成分，并在800℃熔融。但是，有些氧化鎂將與氯化鈉反應生成氫氧化鈉，它在322℃熔融。與它類似的氯化鉀在770℃熔融，實際上，有些去360℃熔融的氫氧化鉀也將在爐內(nèi)局部形成。有時生成的熔點更底的各種低共熔化合物，而且硼酸鹽和氟化物的存在能更進一步降低熔點。所以由爐10中產(chǎn)出的產(chǎn)物將含有小量的可溶性堿金屬硅酸鹽和碳酸鹽物質(zhì)，可能有可溶性的硼酸鹽、磷酸鹽和氟化物以及氧化鎂，未變化的硅酸鹽礦物以及一些未變化的碳酸鹽礦物，還可能有一些氧化鈣和氯化鈣。
上述的反應將在溫度比800℃低得多的條件下發(fā)生，實際上，可以控制爐溫以使水泥產(chǎn)物的特性合乎需要。
如果將富鈣碳酸鹽礦物，例如石灰石加到爐10中，爐10的一些產(chǎn)品將是氧化鈣，特別是當爐溫足夠高時更是如此。此種氧化鈣在水泥產(chǎn)物中是不理想的，所以爐10的產(chǎn)物含氧化鈣高時必須要通過反應池3。
氧化鈣將轉(zhuǎn)化為氯化鈣，并且氯化鈣的濃度可升至高水平。然后周期地或連續(xù)地將清液從沉淀池4泵入反應池1中，以使溶液中的以氯化物存在的過量的鈣下降到合乎需要的限度，這些溶液可以連續(xù)地再循環(huán)使用，直到它們被有關(guān)的氯化鈉和氯化鉀接近飽和為止，在該階段，如前面所述，當硫酸鹽和含鈣物質(zhì)排出之后，如下所述再排出鎂，然后將它們泵至日蒸發(fā)池5中，以便最后得到相當純的氯化鉀和氯化鈉(如下述)。
將沒有以硫酸鈣的形式沉積的鈣和硫酸鹽的沉淀池2中的富鎂溶液泵入反應池3中，在此處使它們與爐7和爐10的一部分產(chǎn)物接觸用水制成泥漿。如果碳酸鹽中大量的含有鈣化合物的話，爐10要在低溫下操作(為節(jié)約燃料費用)，爐10的產(chǎn)物將大量地含有碳酸鈣(CaCO3)。如果在最終的產(chǎn)物中是小量的，則有利于升高pH值，從而可能降低埋在水泥中鋼件的腐蝕作用，如果較大，對水泥來說是僅起稀釋劑的作用，所以是不合乎需要的。
根據(jù)加入的原料和操作溫度不同，從爐7和爐10出來的產(chǎn)物在化學組成上有所不同。如果爐10中的產(chǎn)物含有高濃度的苛性石灰的話，全部產(chǎn)物應在反應池3中處理以排除全部苛性石灰。如果加入爐10中的碳酸鹽含鎂量高的話，還要將來自沉淀池2中的富鎂鹽水加入到爐10中，隨后爐10的產(chǎn)物將不再含有苛性石灰，并可用作水泥或者混合水泥的一個組分。
從爐7或10出來的產(chǎn)物都可以加回到反應池3中。在每種情況下這些泥漿爐產(chǎn)物的加入將導致形成不定組成的氯-氧-氫氧化鎂化合物的復合物，而此種不定組成的化合物會很快地形成，并迅速沉降，并且將導致微細懸浮狀的氫氧化鎂的共沉淀?？梢圆捎幂^濃的鹽水稀釋或減少的方法來增加氫氧化的比例。鹽水中所含的全部鎂可以以一種氫氧化鎂或氯-氧-氫氧化鎂化合物的復合物形式從溶液中除去，此爐產(chǎn)物中所含的鎂也將在此階段回收。加入少量的爐產(chǎn)物將造成相當大重量的含鎂化合物沉淀出來。
因為兩個爐子的產(chǎn)物都是不含水的，并且反應在升高溫度下發(fā)生，由爐內(nèi)卸出的所有這些化合物與任何蘇來爾水泥有明顯地差別。
將要看到，當鹽水的濃度較高或鹽囟含有大量氯化物時，則相當快地生成較稠的產(chǎn)物，并且此種產(chǎn)物能很方便地用一般的機械法作為硬物質(zhì)在沉降地4內(nèi)于加到爐7之前來進行分離。同時高純度細粒的氫氧化鎂可用真空過濾法或離心技術(shù)從同時形成的奶狀懸浮液中更方便地分離開，最好采用下述的容易得到的絮凝劑隨后進行絮凝。
用這種法分離的氫氧化鎂，在清洗并干燥之后可以形成高級氧化鎂乳漿，可出售，或者為了制得如下所述的高級爐產(chǎn)物最好加入爐7中。
氫氧化鎂在沉淀或過濾之后所殘留的清液再也沒有鎂和硫酸鹽離子。這種清液周期地循環(huán)到反應池1中，將保證免除鈣的濃縮。用泵入日蒸發(fā)池(Day Evaporation Tank)5的方法并在稍稍增加溫度的情況下使之蒸發(fā)，高純的氯化鈉將結(jié)晶出來。此過程如利用太陽能可以方便地進行蒸發(fā)。同時，氯化鉀的濃度將增加，而且當此濃度接近飽和點時，液體溫度降低，將導致在夜冷卻池(Night Cooling Tank)6中析出非常純的氯化鉀結(jié)晶。這一過程可以方便地通過從日蒸發(fā)池5將較溫熱的接近飽和的溶液泵入夜冷卻池6中來實現(xiàn)。并且使溶液每日繼續(xù)循環(huán)，兩種純鹽的生產(chǎn)得以晝夜地連續(xù)進行。
正如上面和下面敘述的，此過程可以將不同純度的固體以及所含的氫氧化鎂和氯-氧-氫氧化鎂化合物的復合物均收集到沉淀池4中。收集到沉淀池4中的氯-氧-氫氧化鎂化合物也與蘇來爾不同，因為其中鎂與氯的重量比常常是超過2.5，而蘇來爾水泥中此比值只在0.6到2之間。加之，蘇來爾水泥在稀釋的溶液中和氫氧化鈣存在情況下將不會形成。
把這些固體通過爐7。這個爐在350℃附近操作，固體在水蒸發(fā)同時脫水，因而生成具有快速凝固特性的和中等強度的鎂質(zhì)水泥。爐7在較高的溫度下操作時，則可制得具較慢凝固特性的強度較大的水泥，同時釋放氯化氫煙霧。這些煙霧可以用溶液或鹽水內(nèi)的“清洗劑”或者吸收塔8的水與來自爐10的煙道氣一起收集并滲透到中和儲存器9中的碳酸鹽上。
實際上，可很方便地發(fā)現(xiàn)，幾乎完全用碳酸鹽填充吸收塔8。中和了的含有溶解鈣和鎂的氯化物(以及可能是鈉和鉀的氯化物)的氯化氫，在沉淀池12中懸浮著的粘土沉降之后再加回到反應池1中，從而提供一個附加鈣源以沉淀硫酸鹽，附加鎂源以產(chǎn)生鎂質(zhì)水泥，以及附加的鈉和鉀源以生成附加的副產(chǎn)品。
用于中和來自爐7和水泥爐10的氯化氫的碳酸鹽可以從任何方便的來源獲得，這些來源包括白云石，菱鎂礦，石灰石，泥灰，天然堿以及泡堿。根據(jù)當?shù)氐目傻眯?，來自波特蘭水泥制造的爐灰，沉淀白堊，回石，從制堿工廠來的硬渣以及副產(chǎn)品碳化鈣均可利用。
如果可得到的碳酸鹽中的含鈣量高于沉淀生產(chǎn)過程中所用的鹽囟或鹽水中的硫酸鹽含量的需要量的話，它可以方便地用于水泥生產(chǎn)廠中，來利用廢工業(yè)酸，鋼鐵的酸蝕溶液，電池酸液以及來自清洗工業(yè)或者在熔煉活動中的酸液，對減少污染問題，增加空氣的純度，降低控制和處理的費用都是必要的。
如果可得到的碳酸鹽中的含鎂量高，如果正象白云石或菱鎂礦用于中和爐氣必然發(fā)生這類問題一樣，可溶性鎂鹽數(shù)量顯著地增加將有利于制造鎂質(zhì)水泥。此種因素實際上在任何提供 足夠碳酸鎂礦(白云石，泥灰或菱鎂礦)或富鎂鹽水的地方，將生產(chǎn)無限量的鎂質(zhì)水泥。
所以實際上，將總是有大量剩余的含鎂溶液從沉淀池4中出來，利于它與碳酸和硅酸鹽混合以形成爐10中的進料。
加入爐10中的固體是碳酸鹽(白云石、菱鎂礦及泥灰)及硅酸鹽礦物(滑石、菱苦土、頁巖、石棉、纖維蛇紋石、金云母、橄欖石、蛇紋石等等)以不同比例的混合物。
其比例最重要地是決定于各組分鎂含量，為了使鎂質(zhì)水泥具有最大的強度，供入的混合填料中鎂含量至少應該是10%。從沉淀池2來的足夠的液體應當加到供入爐10中的混合過的固體中，以保證加入爐10中的泥漿至少含有5%，最好是10%的氯化鎂(以無水重為基礎計算)。
由碳酸鹽，硅酸鹽礦物以及從沉淀池3來的富鎂鹽水組成的爐10的進料，為得到最好的結(jié)果應該是采用與生產(chǎn)波特蘭水泥相似的方法進行精細研磨。
沒有其它雜質(zhì)的富鎂鹽水，加入爐10中的碳酸鹽直達相高的溫度才分解，對于前寒武紀(Pre-Cambrian)的白云石和菱鎂礦來說需要接近900℃，對于第四紀的或近代的白云石來說需要接近650℃。富鎂鹽水含有雜質(zhì)時溫度顯著地較低的原因是因為在相當?shù)偷臏叵?300℃)軟性的白云石和菱鎂礦被來自熔融氯化鎂水合物以及存在的其它金屬氯化物分解出的氯化物腐蝕。
極其重量地，鹽水中氯化鎂的含量能防止任何堿性或含堿的鈣化合物(氧化物及氫氧化物)的形成，這是由于在形成氧化鎂或氫氧化鎂或者生成氯-氧-氫氧化鎂的化合物同時將氧化鈣轉(zhuǎn)化成氯化鈣。也將觀察到在鎂質(zhì)水泥中氧化鈣和氫氧化鈣的存在對水泥的強度具有重大影響，而氯化鈣存在于鎂質(zhì)水泥中，對水泥的強度影響很小。當氯化鎂過剩地存在時則不會形成氫氧化鈣或氧化鈣。
硅酸鹽礦物能給與鎂質(zhì)水泥以沖擊強度，當濃度較高時，能象海泡石那樣鉆孔及加工。硅酸鹽礦物還可以與混合水泥中的任何松弛的氯化物反應以生產(chǎn)硅酸，從而能改善由鎂質(zhì)水泥制成的各種產(chǎn)品的強度及壽命。往爐10加入小量的磷酸鹽和氟化物礦物，它們也將與游離的氯化物或氫氧基團反應，生成更為堅固的以及壽命更長的水泥。
有時將發(fā)現(xiàn)，增加加到反應池3中的爐產(chǎn)出物氧化鈣和氧化鎂二者的含量是理想的，并且為了經(jīng)濟起見最好是加水泥爐10的產(chǎn)物。在這種情況下，將發(fā)現(xiàn)最好是往水泥爐10中加入白云石或菱鎂礦，此時爐10已加熱到超過900℃的較高溫度，能將全部碳酸鈣和碳酸鎂雜質(zhì)轉(zhuǎn)化成活性氧化物。通過采用軟性的近代白云和加入富鎂鹽水，可避免使用這種相當高的溫度。另一方面，廢的石灰產(chǎn)物，例如，來自乙炔的制造中碳化鈣，在這階段可以替代煅燒過的白云石或者菱鎂礦。
有時，如果爐7和爐10中的爐溫允許升至某一點，在此溫度下過量的氯化氫被釋放出來，所得到的水泥在反應中可變成過堿性的并且所得到的水泥的固化時間也會過長。在這種情況下，具有迅速固化特性非常堅強的水泥可用加入氯化氫的溶液的方法制得，氯化氫氣體是在水泥混合過程中在吸收塔8內(nèi)釋放和除去或者用另一種方法，即往正在混合的鎂質(zhì)水泥中加鹽水或鹽囟。
爐7和水泥爐10的產(chǎn)物可以各種比例混合，以便生產(chǎn)不同特性的水泥。如果每個爐的產(chǎn)物都混合成總的生產(chǎn)物，實際上將得到最有效率的操作。而且，將鹽水，鎂及硅酸鹽礦按相對的數(shù)量調(diào)整，便能得到具有所希望特性的最終的水泥。
一些鹽水幾乎就能供應全部的氯化鈉，在這種情況下，水泥產(chǎn)物的固化時間可能很慢，尤其在寒冷的氣候下。此時應當往爐7和爐10中的進料內(nèi)加入小量的瀉利鹽和水鎂礬(2～5%)，或者在研磨之前混入窯爐產(chǎn)物中。根據(jù)上述的方法制造的混合水泥經(jīng)長期貯存也不變質(zhì)。
實際上，爐10可以在間歇的基礎上完成爐7的任務，反之亦然。按照顆粒大小，密度，硬度以及所用的碳酸鹽和硅酸鹽的活性程度，爐10的操作溫度應有相應地變化。高溫將引起氯化氫的迅速損失和碳酸鈣向氧化鈣的轉(zhuǎn)化。如果將富含氧化鈣的產(chǎn)物加回到反應池3中使其轉(zhuǎn)化成氯化鈣，結(jié)果是無害的。然而，如果將富氧化鈣的產(chǎn)物混合到水泥中，用這種水泥制成的混凝土的強度將有所降低。窯爐溫度低將導致窯爐的產(chǎn)物中出現(xiàn)高含量的未反應的碳酸鎂和低含量的反應了的硅酸鹽礦物，因而水泥強度降低。
當爐10中的溫度適中時，將可最大量地產(chǎn)生活性的氧化鎂，且顆粒聚集成致密的晶核，從而形成堅硬的水泥。與此同時，形成的小量氧化鈣(可在相互反應情況下降低鎂質(zhì)水泥的強度)被轉(zhuǎn)化為無害的和穩(wěn)定的氯化鈣。
可以用任意比例混合兩個窯爐的產(chǎn)物，以獲得所希望的特性。鎂質(zhì)水泥可代替常規(guī)的波特蘭水泥，并能與清潔的砂子和礫石混合生產(chǎn)非常堅固的混凝土，或采用更少的比例以獲得一種與常規(guī)混凝土強度相等的混凝土。
但是，鎂質(zhì)水泥的一個非常重要的特性是能與鎂礦石生成強的化學鍵，可以用粘土，云母，高嶺土，爐渣和來自高爐和熔煉操作中的廢物取代和代替混凝土結(jié)構(gòu)中的常規(guī)骨料，制成外觀類似天然石頭的一種強度很大的混凝土。
下面是本發(fā)明的具體例子實施例Ⅰ含有硫酸鈣和碳酸鎂的湖積白云石對于干燥的樣品而言其成分分析如下碳酸鈣 51%天然結(jié)合的碳酸鎂 41%粘土礦物 6%碳酸鈉 0.5%氯化鈉 1.0%把上述原料粉碎并與比重為1.31的鹽囟以100重量份白云石對25重量份鹽囟的比率混合。
把得到的糊狀物在窯爐(窯爐10)中在達到650℃溫度下煅燒，在窯爐中保溫3個小時。放出具酸土氣味的二氧化碳，并形成一種堅硬的物質(zhì)。這種物質(zhì)就是粗糙地研磨，并以5∶1的比例與水混合，所得到的糊狀物在近于1小時后開始變硬，在24小時后變成一個堅固的物質(zhì)。以這種方式制造的水泥圓盤用一個落體一重量裝置來檢驗，并且發(fā)現(xiàn)它具有15mPa的混凝土的沖擊強度。分析這個硬的物質(zhì)的鎂和氯，將氯化鈣、氯化鈉和氯化鉀中的氯考慮進去之后發(fā)現(xiàn)最終產(chǎn)品中鎂/氯之比為3.6。
實施例Ⅱ?qū)⒈戎貫?.285的來自南澳大利亞Dry Creck處I.C.I回收鹽作業(yè)的鹽水用廢氯化鈣處理，所用的氯化鈣來自Osborne處的I.C.I的苛性鈉工廠，在那種情況下以沉淀鹽水中存在的全部硫酸鹽所需的計算量。使得到的細微晶石膏沉積下來，隨后將從反應池底部回收石膏。然后，幾乎無鈣和硫，pH值為7.1的鹽水混到具有高純度Mt.Gambier白云石的稀泥漿中，其中Mt.Gambier白云石含55%的碳酸鈣和43%的碳酸鎂，該白云石在窯爐10中煅燒到950℃并保溫3個小時。當在過濾的鹽水中鎂的含量下降到少于0.1%時，停止煅燒白云石的加入。使在受反應加熱的泥漿中很快地形成半硬的沉淀物沉降下來，然而，在外表上看來鹽水殘留在乳白色固體之上。這些鹽水通過一個真空過濾器過濾，洗滌和分析懸浮物質(zhì)。當懸浮物質(zhì)干燥以后發(fā)現(xiàn)由純度為98.5%的氫氧化鎂組成。
然后將氫氧化鎂在800℃下煅燒，可以發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生了高級的苛性氧化鎂，將其進一步煅燒到1500℃發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生高級死燒氧化鎂。
然后，分析上述過濾后的鹽水發(fā)現(xiàn)包含有大量的氯化鈣和鉀和鈉的氯化物。除了將窯爐10中的溫度降到750℃之外重復上述步驟，在這些條件下鹽水中氯化鈣的濃度下降到1%。而后發(fā)現(xiàn)，濾出的鹽水中含有相當數(shù)量的鈣和鎂，通過使過濾出的鹽水在熱天條件下蒸發(fā)，結(jié)晶出高級的氯化鈉，并用濃縮的氯化鈉溶液洗滌氯化鈉晶體，便可回收無任何溴化鉀或溴化鈉雜質(zhì)的高級氯化鈉。
然后冷卻對于還含有氯化鉀和大量氯化鈉的殘余鹽水，模擬夜間冷卻的條件冷卻。還可以通過真空泵加速較低溫度下蒸發(fā)，以實現(xiàn)同時除水和冷卻。在這些條件下，在兩種情況中氯化鉀的晶體很快生成。用濃縮的氯化鉀溶液洗滌之后，除去溴和鈉的殘余物，發(fā)現(xiàn)它遠好于作為鉀肥的氯化鉀的標準工業(yè)規(guī)格。剩余的鹽水和洗液送入日蒸發(fā)池再循環(huán)，并重復此過程。
還發(fā)現(xiàn)，氯化鈣在鹽水中的含量可以通過用廢工業(yè)鹽酸和硫酸處理來自Coober蛋白石場的含有鉀鋁硫酸鹽的礦物明礬，從鹽水中除去鈣和硫，同時生產(chǎn)附加的有價值的鉀肥。
在Mt.Gambier白云石的窯爐10中煅燒反應產(chǎn)生半硬材料鹽場的鹽水處理發(fā)現(xiàn)其逐漸變硬。在全變硬之前，把仍被剩余的鹽水污染這種產(chǎn)物供到操作溫度為500～550℃的窯爐7中。在窯爐中保溫一個小時，發(fā)現(xiàn)形成一些氯化氫，上述物質(zhì)首先變硬而后分解成細的粉末。然后將這種粉末與水混合，幾個小時之后，發(fā)現(xiàn)凝固成了非常硬的水泥。分析這種水泥，調(diào)整由于殘留的未反應的鹽水升高了氯含量之后，發(fā)現(xiàn)其Mg/Cl為4∶1。在實驗室以落體-重量裝置測定水泥的抗沖擊性。并且發(fā)現(xiàn)等于用波特蘭水泥制的80mPa混凝土的沖擊強度。
實施例Ⅲ對來自南澳大利亞的Flinders Ranycs地區(qū)Copley附近的純度為82%的工業(yè)級粉狀菱鎂礦進行分析，發(fā)現(xiàn)它包含12%的白云石和5%粘土礦物質(zhì)。把這種礦物用含11%鎂的15%鹽囟潤濕，并使其在窯爐10中煅燒到溫度為500℃到650℃并保溫三個小時。發(fā)現(xiàn)干燥的窯爐產(chǎn)物不含有游離氧化鈣和含有低于5%的未變化的碳酸鎂。無水的氯化鈣存在于干燥窯爐的產(chǎn)物中，即均勻浸染全部的粉末。窯爐產(chǎn)量中的10%(重量)被積聚在反應池3里，剩余90%用于下一步的混合。還向池3中加入從南澳大利亞的北方的表面礦床中得到的鹽水和原礦瀉鹽。這種瀉鹽包含20～25%當?shù)胤Q作“煙色頁巖”的有吸收性的粘土礦物。煅燒的菱鎂礦變硬，并將其煅燒之前與剩余的鹽水原始地分離，然后在爐7中于溫度為500～550℃范圍內(nèi)煅燒并保持2個小時。將得到的粉末物質(zhì)與窯爐10中保留的90%的產(chǎn)出物混合，并將混合水泥用鹽水潤濕。使礫石，砂子和混合水泥的比例為4∶2∶1的混合物硬化，在7天和60天之后測試其耐壓強度。在每種情況下強度均超過150mPa，但是，水泥的精確測量是不切實際的，由于粘土礦物吸收應力的能力，沒有發(fā)生混凝土本質(zhì)的崩潰。
進一步加熱通過重復這些工序制造變硬水泥，在溫度范圍為500～600℃之間，可以看到顏色有些變化，但是，物質(zhì)本身保留機械強度。在溫度超過1000℃接近1050℃時，觀察到機械強度的降低并釋放出腐蝕性煙霧。當水泥從窯爐中被取出時，精細研磨并用淡水和鹽水潤濕，于是它再一次變硬，盡管用實驗室的落球法測定強度沒有原來的混合水泥的強度高。將如上述制造混合水泥的另外一部分以不同比例與礫石，砂子，粘土，鋸末，塑料微球，木屑，火山殘渣，膨脹的蛭石，高爐渣，米殼，糖甘蔗渣和聚合纖維混合，可獲得用途廣泛的裝飾材料。將另一部分混合水泥與細研磨的二氧化硅和粘土填料混合作為涂料，噴料和粘附劑施用到各種材料上，如木頭，石頭，陶瓷體和瀝青表面等都取得了明顯的成功。
通過對窯爐10中生產(chǎn)的水泥進行分析發(fā)現(xiàn)鎂對氯的比值為4.6，而對窯爐7中產(chǎn)生的水泥進行分析發(fā)現(xiàn)鎂對氯的比值為4.4，當以2∶1的比例混合兩窯爐的化合物時發(fā)現(xiàn)鎂對氯的比值為4.45。
實施例Ⅳ用沖擊破碎機把從Queensland的Cloncurry附近得到的高級菱鎂礦(含96%MgCO3)粉碎成平均塊徑為12.5mm，然后在窯爐10中煅燒到900℃，并在爐中保溫2小時。
從窯爐中生成的團快呈未破裂的多孔狀。窯爐產(chǎn)物的一半在輥磨機中很容易地磨成100BSS(英國標準篩制)目或更細，而將另一半送回到反應池3中，并被浸入通過海水的蒸發(fā)得到的比重1.32鹽水中。這種硬團塊隨著氯-氧-氫氧化合物的形成而膨脹，且使其轉(zhuǎn)移到沉降池4中排出。然后在窯爐7中煅燒變硬的團塊到450℃保溫30分鐘。使這種產(chǎn)品冷卻，然后在輥磨機中研磨通過100BSS(英國標準篩制)目以下。而后再將兩部分并在一起在螺條混合器中混合。
將所得的混合水泥以1∶6(重量)與來自Broken Hill Associated Smelters at Port Pirie，South Australia的廢高爐渣混合，獲得一種混凝土，在平均為20℃的室溫下放置3天后對該混凝土進行試驗，發(fā)現(xiàn)其耐壓強度為165mPa。對混合水泥進行分析的發(fā)現(xiàn)Mg∶Cl(重量)之比為6.7。
實施例Ⅴ將通過海水蒸發(fā)獲得的比重1.30的鹽水儲存在沉淀池2中。然后將這些鹽水的十分之九泵到反應池3中，而將另外的十分之一與產(chǎn)自南澳大利亞的Yorke Peninsula的自然存在的良好的第四紀白云石以1∶10(重量)混合。然后將浸濕的白云石在窯爐10中煅燒達到最大溫度550℃，在此溫度下保溫2小時。將窯爐10的全部產(chǎn)物送回到反應池3中與剩余的鹽水混合。生成了復合的氯-氧-氫氧化合物，使其在沉淀池4中沉淀，將清潔的鹽水泵到日蒸發(fā)池5中，并用實施例Ⅱ中所述的方法回收氯化鈉和氯化鉀。
將復合的氯-氧-氫氧化物在窯爐7中煅燒到400℃保溫1小時。當窯爐的產(chǎn)物同水混合時生成堅硬水泥。將窯爐產(chǎn)物的一部分的送回到反應池3中，并以1噸窯爐產(chǎn)品對6噸鹽水的比例同新的鹽水混合。每次通過爐7更多的氯-氧-氫氧化合物形成導致干重增加1.7倍。此過程重復幾次，窯爐10不再進一步的加料，所需加入的僅有比重1.30的新鹽水和熱源。
在該過程的每一次重復中，將窯爐7中產(chǎn)物的一部分同粘土以1∶4的比例混合，并且加水形成一個硬糊狀物。這個硬糊狀物在12小時之內(nèi)干燥成一個堅硬體。發(fā)現(xiàn)以此法產(chǎn)生的堅硬體的強度在水泥產(chǎn)品的每次通過期間有所增加，經(jīng)過一個循環(huán)達到85mPa的最大值。發(fā)現(xiàn)水泥的氯化鎂比隨著在窯爐中的保溫時間和窯爐的溫度而變化，在溫度為360℃時達到最小值為3.6，在溫度超過500℃時比值為7.5。
還將觀察到鎂質(zhì)水泥表現(xiàn)出對木頭、玻璃、紙、砂子、粘土、木屑、稻草、米殼、聚合纖維、樹脂纖維、金屬和陶瓷產(chǎn)品有很大的粘合力，由此使得這種水泥以與這些材料混合或接觸應用于許多用途中。
鎂質(zhì)水泥也能與鋼筋接觸使用。然而，當有金屬暴露在空氣中的那些情況下仍將發(fā)生腐蝕。在這些情況下，暴露的金屬的增強體應該仔細地用鎂質(zhì)水泥覆蓋加。也應該注意保證有充分的窯爐10產(chǎn)物以保持堿性碳酸鹽和硅酸鹽(或磷酸鹽或硼酸鹽)的濃度以便防止金屬腐蝕的發(fā)生。
礦物纖維或玻璃棉增強體的腐蝕在常規(guī)的波特蘭水泥(硅酸鹽水泥)情況下發(fā)生，這是由于過量氧化鈣或氫氧化鈣的存在。上述的腐蝕對于鎂質(zhì)水泥一般是不會發(fā)生，因為此敘述的過程中將強堿性的鈣化合物轉(zhuǎn)化成中性形式。鎂質(zhì)水泥是與用于賦予混凝土抗拉強度的尼龍，碳，聚丙烯，玻璃，木頭和聚合纖維相適應的會發(fā)現(xiàn)用鎂質(zhì)水泥制造的混凝土在酸環(huán)境下最有優(yōu)勢，在這些情況下水泥受到工業(yè)污染，酸雨，牛奶場地板的乳酸和腐蝕性鹽水作用。
用鎂質(zhì)水泥制造的混凝土將顯示柔韌性和在加熱和冷卻時有易于接受的膨脹和收縮的速率。加熱到高于400℃時將發(fā)生一些分解，同時釋放出氯化氫，強度有些損失。直到溫度達到1000℃，這種水泥仍保持中等強度。在此種情況下當恢復到正常的溫度后如將含有氯化鎂的鹽酸或鹽水加入到弱化的水泥中，可以使水泥硬化成如以前一樣形成一個堅硬的物體。
表
權(quán)利要求
1.一種產(chǎn)品，當它與水混合時成為一種鎂質(zhì)水泥，它是金屬氯化物與至少一種碳酸鎂或硅酸鎂在300℃與1000℃溫度之間的反應產(chǎn)物，并以如下通式表示MgO-MCl式中M代表一種金屬。
2.如權(quán)利要求
1所述的產(chǎn)品，其中的金屬氯化物至少包括氯化鈉、氯化鈣或氯化鎂之中的一種。
3.如權(quán)利要求
1所述的產(chǎn)品，其中金屬氯化物是存在于一種水溶液中，該溶液至少包括下列化合物中的一種鈉、鈣或鎂的硼酸鹽、磷酸鹽、氯化物或氧化物，其中所說的碳酸鎂和硅酸鎂含于天然存在的礦物中。
4.如權(quán)利要求
3所述的產(chǎn)品，其中所說的天然存在的礦物至少包括下列化合物之一碳酸鹽 硅酸鹽菱鎂礦 鈉長石白云石 奧長石天然堿 拉長石水合菱鎂礦 白榴石泥灰?guī)r 霞石正長巖泡堿 方鈉石菱鐵礦 青金石方解石 紫蘇輝石石灰石 黑云母角閃石橄欖石滑石海泡石方柱石硅灰石水鋁英石高嶺土斧石沸石高爐渣方沸石鈉沸石魚眼石菱沸石葡萄石桿沸石片沸石輝沸石鈣十字石交沸石針鈉鈣石濁沸石鎂鋁榴石膨潤土蛇紋石
5.一種水泥產(chǎn)品，該產(chǎn)品只需要加水就成水泥，其中水泥產(chǎn)品由兩種基礎成分組成，一種成分含干燥和煅燒過的硫酸鎂、氯化鈣、氯化鈉、無水氯氧化鎂、以及選擇性地含有其它囟化物和堿金屬和堿土金屬元素的鹽類，一般它們在反應中呈中性到弱酸性。另一種組分含有堿金屬和堿土金屬的碳酸鹽、二碳酸鹽、硼酸鹽、磷酸鹽、硅酸鹽和鋁硅酸鹽，它們一般在反應中呈中性到弱堿性。兩種基礎成分在每種情況下均含大量的氧化鎂。并被細磨和充分混合。
6.一種如權(quán)利要求
1所述產(chǎn)品的生產(chǎn)方法，該方法包括使金屬氯化物和水與含有至少碳酸鎂和硅酸鎂之一的含鎂物質(zhì)在一窯爐空間內(nèi)于超過300℃的足夠高的溫度下進行反應釋放氯化氫，由此產(chǎn)生與其它化合物結(jié)合的活性氧化鎂。
7.如權(quán)利要求
6所述的方法，其中所說的含鎂物質(zhì)至少包括下述物質(zhì)之一碳酸鹽 硅酸鹽菱鎂礦 鈉長石白云石 奧長石天然堿 拉長石水合菱鎂礦 白榴石泥灰?guī)r 霞石正長巖泡堿 方鈉石菱鐵礦 青金石方解石 紫蘇輝石石灰石 黑云母角閃石橄欖石滑石海泡石方柱石硅灰石水鋁英石高嶺土斧石沸石高爐渣方沸石鈉沸石魚眼石菱沸石葡萄石桿沸石片沸石輝沸石鈣十字石交沸石針鈉鈣石濁沸石鎂鋁榴石膨潤土蛇紋石
8.如權(quán)利要求
6所述的方法，其中至少使一些所說的與其它化合物結(jié)合的氧化鎂與鹽酸反應部分地轉(zhuǎn)化成氯化鎂化合物，其中的鹽酸是在另外的窯爐空間中使水合的氯化鎂或氯-氧-氫氧化合物加熱到大于300℃的溫度分解釋放出來的。
9.一種如權(quán)利要求
1所述產(chǎn)品的生產(chǎn)方法，該方法包含使鹽水與氯化鈣反應，除去含在鹽水中的如石膏和硬石膏(anhydrite)形式的硫酸鹽。粉碎含有至少碳酸鎂和硅酸鎂之一的礦物，并與一些但不是全部的無硫酸鹽的鹽水混合，使所得的混合物在窯爐中于高于300℃的溫度下煅燒釋放出氯化氫，由此生成與其它化合物結(jié)合的含活性氧化鎂的無水煅燒產(chǎn)品。至少將一些煅燒過的產(chǎn)物返回，使之與無硫酸鹽的鹽水殘余物反應形成含鎂的氯-氧-氫氧化合物，其中金屬與氯化物原子團之比超過3.6，把所說的那些含鎂的氯-氧-氫氧化合物與殘余液分離，將得到的含鎂氯-氧-氫氧化物在窯爐中還在高于300℃的溫度下煅燒釋放氯化氫，由此生產(chǎn)出另外的與其它化合物結(jié)合的含活性氧化鎂的無水的煅燒產(chǎn)品，然后再將上述的煅燒產(chǎn)品混合在一起。
10.如權(quán)利要求
6所述的方法，該方法包括從至少一個上述窯爐的煙道氣體中提取HCl氣體，并用水吸收HCl氣體從而形成鹽酸。
11.如權(quán)利要求
6所述的方法，該方法包括在一個中和儲存器中裝上金屬碳酸鹽，從至少一個上述窯爐中提取煙道氣，將煙道氣中的HCl氣體組分吸收于吸收裝置中的水中，將所形成的鹽酸水溶液與金屬碳酸鹽反應形成金屬氯化物。
12.如權(quán)利要求
11所述的方法，該方法還包括使廢酸與金屬碳酸鹽反應形成該金屬鹽類。
13.如權(quán)利要求
9所述的方法，該方法還包括從上述殘余液中分離出氫氧化鎂。
14.如權(quán)利要求
13所述的方法，該方法還包括在窯爐中于300℃到900℃之間煅燒所上述氫氧化鎂由此生產(chǎn)苛性氧化鎂。
15.如權(quán)利要求
13所述的方法，該方法還包括在窯爐中于1400℃到1600℃之間煅燒上述氫氧化鎂由此生產(chǎn)耐火氧化鎂。
16.如權(quán)利要求
9所述的方法，該方法還包括用蒸發(fā)方法從上述殘液中分離出氯化鈉。
17.如權(quán)利要求
9所述的方法，該方法還包括通過冷卻和結(jié)晶的方法從上述殘液中分離出氯化鉀。
18.如權(quán)利要求
9所述的方法，其中所說的礦物包括碳酸鈣。
19.如權(quán)利要求
9所述的方法，該方法還包括當使鹽水與所說的與其它化合物結(jié)合的煅燒活性氧化鎂反應，當所說的其它化合物包括氧化鈣時，以便將這種氧化鈣轉(zhuǎn)變成氯化鈣以及其它鹽類。
20.如權(quán)利要求
9所述的方法，其中上述的硅酸鹽包括鋁硅酸鹽礦物。
21.如權(quán)利要求
9所述的方法，其中上述的窯爐為獨立的窯爐，并且進一步包括從上述獨立的窯爐生產(chǎn)不同粒度的上述活性氧化鎂和其它化合物。
22.如權(quán)利要求
9所述的方法，該方法還包括通過加入到上述窯爐中的堿性礦物來調(diào)節(jié)產(chǎn)品的pH值。
專利摘要
一種至少碳酸鎂和硅酸鎂之一與金屬氯化物在高于300℃溫度下的反應產(chǎn)品。這種產(chǎn)品當它與水混合時，生成一種非常堅硬的鎂質(zhì)水泥。它可以含有與它混合的各種類型的骨料。
文檔編號C04B9/00GK87100032SQ87100032
公開日1987年9月9日 申請日期1987年1月6日
發(fā)明者羅伯特·格拉哈姆·道格拉斯·黑利 申請人:奧斯明泰克有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan