CN103635428A - 使用碳酸钙和稳定剂的方法和组合物 - Google Patents

Abstract

本文提供了用于含有亚稳碳酸盐和稳定剂的材料的组合物、方法和系统。还提供了用于制备该组合物以及使用该组合物的方法。

Description

使用碳酸钙和稳定剂的方法和组合物

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年4月28日提交的美国临时申请号61/480,018、2011年8月24日提交的美国临时申请号61/526,751以及2011年9月15日提交的美国临时申请号61/534,972的优先权，所有这些申请均通过引用整体并入本文。

政府支持

在此描述的工作全部或部分地是利用能源部授予的第DE-FE0002472号资金在政府支持下进行的。政府在本发明中拥有某些权利。

背景技术

碳酸钙用于从造纸到粘合剂生产到建筑的众多行业中。由二氧化碳隔离法（sequestering）形成的碳酸钙可以用于上述许多应用中，并且实际上可用于两个目的：隔离二氧化碳以及用作碳酸钙原料。这个双重目的对于环境可能倍加有益的一个领域是建筑材料，尤其是水泥和混凝土。由于常规水泥的生产可能是通过常规水泥的煅烧以及加热窑炉所需的能量而向大气中排放二氧化碳的促进因素之一，因此常规水泥用量的减少可以帮助减少地球大气中二氧化碳的量。

发明内容

在一个方面，提供了一种包含亚稳碳酸盐和稳定剂的组合物。在一些实施方案中，该组合物为胶结组合物。在一些实施方案中，该胶结组合物为水硬水泥组合物、辅助胶结材料、自胶结组合物或其组合。在一些实施方案中，亚稳碳酸盐为碳酸钙。在一些实施方案中，亚稳碳酸盐选自球霰石（vaterite）、非晶碳酸钙、霰石（aragonite）、球霰石的前体相、霰石的前体相、不及方解石稳定的中间相、介于这些多晶型物之间的多晶形式及其组合。在一些实施方案中，亚稳碳酸盐包含球霰石。在一些实施方案中，亚稳碳酸盐包含至少10%w/w的球霰石。在一些实施方案中，亚稳碳酸盐包含至少10%w/w的球霰石和至少1%w/w的非晶碳酸钙（ACC）。在一些实施方案中，亚稳碳酸盐包含10-99%w/w或10-100%w/w的球霰石。在一些实施方案中，亚稳碳酸盐包含至少50%w/w的球霰石。在一些实施方案中，亚稳碳酸盐包含50-100%w/w的球霰石。在一些实施方案中，亚稳碳酸盐包含活化的球霰石。

在前述方面和实施方案的一些实施方案中，稳定剂包括但不限于，酸、酯、磷酸盐、硫酸盐、聚环氧乙烷、多元醇及其组合。在一些实施方案中，酸为C₁-C₂₀酸、磺酸或膦酸。在一些实施方案中，C₁-C₂₀酸包括但不限于，柠檬酸、苹果酸、己二酸、单宁酸、乳酸、抗坏血酸、乙酸、富马酸及其混合物。在一些实施方案中，磺酸为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸与丙烯酸的共聚物。在一些实施方案中，膦酸包括但不限于，N-次氮基三(亚甲基膦酸)、1,2-乙烷二基双(次氮基二(亚甲基膦酸))、1,6-己烷二基双(次氮基二(亚甲基膦酸))、氨基三(亚甲基膦酸)、聚甲氧基多膦酸、乙二胺四(亚甲基膦酸)（EDTMP）及其组合。在一些实施方案中，酸还包含羟基和/或氨基。在一些实施方案中，酯为C₁-C₂₀酸、膦酸或磺酸的酯。在一些实施方案中，酯为包括但不限于柠檬酸、苹果酸、己二酸、单宁酸、乳酸、抗坏血酸、乙酸、富马酸及其混合物的C₁-C₂₀酸的酯。在一些实施方案中，硫酸盐为海水中的硫酸盐、碱金属硫酸盐、碱土金属硫酸盐、木素硫酸盐或其组合。在一些实施方案中，硫酸盐为碱金属硫酸盐和/或碱土金属硫酸盐。在一些实施方案中，聚环氧乙烷具有1,000-100,000的分子量。在一些实施方案中，聚环氧乙烷具有式R-Ph-O(OCH₂CH₂)_mOH，其中R为5-30个碳原子的烷基，Ph为苯基，且m为具有5-50的值的整数。在一些实施方案中，聚环氧乙烷为含有20-30摩尔环氧乙烷的乙氧基壬基苯基。在一些实施方案中，多元醇为C10-C18多元醇。

在前述方面和实施方案的一些实施方案中，稳定剂为钙结合剂或碳酸盐结合剂。在一些实施方案中，稳定剂被引入碳酸盐的晶格中。在一些实施方案中，稳定剂存在于碳酸盐的表面上。在一些实施方案中，稳定剂使组合物稳定多达5年。在一些实施方案中，亚稳碳酸盐中的钙与碳酸根之比为1:1至1.5:1。在一些实施方案中，稳定剂为碱金属硫酸盐，并且组合物中的硫酸盐为至少0.1wt%或0.1-5wt%。在一些实施方案中，组合物中超过90%或90-99%的硫酸盐来自稳定剂。在一些实施方案中，组合物具有在14-40MPa或20-40MPa范围内的抗压强度。在一些实施方案中，组合物具有低于-12‰或为-12‰到-25‰的碳同位素分馏值（δ¹³C）。在一些实施方案中，组合物包含1%w/w到99%w/w的球霰石。在一些实施方案中，组合物包含1%w/w到99%w/w的ACC。在一些实施方案中，组合物为具有0.1-100微米的平均粒径的颗粒组合物。

在前述方面和实施方案的一些实施方案中，组合物包括氮氧化物，硫氧化物，汞，金属，氮氧化物、硫氧化物、汞和/或金属中任何一种的衍生物，或其组合。在一些实施方案中，组合物包括波特兰水泥熔块(clinker)、骨料、其他辅助胶结材料（SCM）或其组合。在一些实施方案中，其他辅助胶结材料包括炉渣、飞灰等。

在一个方面，提供了一种成形的建筑材料，其包含：本文提供的组合物或其凝固且硬化后的形式。

在一个方面，提供了一种骨料，其包含：本文提供的组合物或其凝固且硬化后的形式。

在一个方面，提供了一种包装物，其包含：本文提供的组合物以及适合容纳该组合物的包装材料。

在一个方面，提供了一种制备本文提供的组合物的方法，该方法包括：(a)使来自CO₂源的CO₂与质子去除剂相接触以形成溶液；并且(b)使该溶液与含有碱土金属的水在一项或多项条件下相接触以制备该组合物。在一些实施方案中，该方法进一步包括在步骤(b)之前使稳定剂与溶液相接触。在一些实施方案中，该方法进一步包括在步骤(b)之前使稳定剂与含有碱土金属的水相接触。在一些实施方案中，该方法进一步包括在进行步骤(b)的同时使稳定剂与溶液相接触。在一些实施方案中，该方法进一步包括在步骤(b)之后使稳定剂与溶液相接触。在一个方面，提供了一种制备本文提供的组合物的方法，该方法包括：(a)使来自CO₂源的CO₂与质子去除剂相接触以形成溶液；并且(b)使该溶液与含有碱土金属的水和稳定剂的水在一项或多项条件下相接触以制备包含球霰石和稳定剂的组合物。在一些实施方案中，在步骤(b)之前将稳定剂加入到含有碱土金属的水中。在一些实施方案中，所述一项或多项条件选自混合、搅拌、温度、pH、沉淀、沉淀物的保留时间、沉淀物的脱水、用水洗涤沉淀物、离子比、添加剂的浓度、干燥、碾磨、研磨、储存、老化和固化。在一些实施方案中，该方法进一步包括通过核活化、热活化、机械活化、化学活化或其组合来活化组合物。在一些实施方案中，该活化包括加入霰石晶种、无机添加剂或有机添加剂中的一种或多种。在本文提供的组合物中无机添加剂或有机添加剂的一些实例包括但不限于癸基硫酸钠、月桂酸、月桂酸的钠盐、尿素、柠檬酸、柠檬酸的钠盐、邻苯二甲酸、邻苯二甲酸的钠盐、牛磺酸、肌酸、右旋糖、聚(n-乙烯基-1-吡咯烷酮)、天冬氨酸、天冬氨酸的钠盐、氯化镁、乙酸、乙酸的钠盐、谷氨酸、谷氨酸的钠盐、氯化锶、石膏、氯化锂、氯化钠、甘氨酸、脱水柠檬酸钠、碳酸氢钠、硫酸镁、乙酸镁、聚苯乙烯钠、十二烷基磺酸钠、聚乙烯醇或其组合。在一些实施方案中，该方法进一步包括使组合物与水组合并且在组合物凝固或硬化从而形成水泥时促进球霰石向霰石转化。在一些实施方案中，促进霰石形成在组合物胶结之后导致更好的连接或结合、更高的拉伸强度或更高的冲击断裂韧性中的一种或多种。在一些实施方案中，该方法进一步包括在组合物与水组合后将其倒入模具中以形成成形的建筑材料。在本文所述方法的一些实施方案中，球霰石的活化包括对组合物的球磨。在另一个方面，提供了通过本发明的方法形成的产物。

在一个方面，提供了一种用于制备本文提供的组合物的系统，该系统包含：(a)含有碱土金属的水的输入端（input）；(b)CO₂源输入端；和(c)连接至步骤(a)和步骤(b)的输入端上的反应器，该反应器配置用于制备本文提供的组合物。在一个方面，提供了用于制备组合物的系统，该系统包括：(a)含有碱土金属的水的输入端；(b)CO₂源输入端；(c)稳定剂源输入端；和(d)连接至步骤(a)、(b)和(c)的输入端上的反应器，该反应器配置用于制备包含球霰石和稳定剂的组合物。

在一个方面，提供了一种由本文提供的组合物制造水泥产品的方法，该方法包括：(a)将本文提供的组合物与水性介质在一项或多项适当条件下进行组合；并且(b)使该组合物凝固并硬化为水泥产品。在一些实施方案中，该一项或多项适当条件包括但不限于温度、pH、压力、凝固时长、水性介质与组合物之比，以及它们的组合。在一些实施方案中，该方法进一步包括在步骤(a)之前将该组合物与波特兰水泥熔块、骨料、辅助胶结材料或它们的组合进行组合，之后与该水性介质进行组合。在一些实施方案中，水泥产品为成形的建筑材料。

在一个方面，提供了一种由本文提供的组合物制造水泥产品的系统，该系统包括：(a)本文提供的组合物的输入端；(b)水性介质输入端；以及(c)连接到步骤(a)和步骤(b)的输入端上的反应器，该反应器被配置成将本文提供的组合物与该水性介质在一项或多项适当条件下进行混合以制造水泥产品。

在一个方面，提供了一种由本文提供的组合物制造成形的建筑材料的方法，该方法包括使本文提供的组合物与水性介质在一项或多项适当条件下进行组合；并且使该组合物凝固并硬化成为成形的建筑材料。

援引并入

本说明书中提到的所有出版物、专利和专利申请均通过引用而并入本文，其程度如同特别地和单独地指出每个单独的出版物、专利或专利申请通过引用而并入。

附图说明

本发明的新特征在所附的权利要求书中具体阐述。通过参考以下对利用本发明原理的说明性实施方案加以阐述的详细描述及其附图，可更好地理解本发明的特征和优点，在这些附图中：

图1图示了从球霰石到霰石以及从霰石到方解石的转换的吉布斯自由能图。

图2图示了根据本文提供的一些实施方案的沉淀工艺的流程图。

图3图示了根据本文提供的一些实施方案的系统的示意图。

图4图示了根据本文提供的一些实施方案的系统的示意图。

图5图示了在实施例1中所述的实验中获得的数据。

图6图示了在实施例1中所述的实验中获得的数据。

图7图示了在实施例1中所述的实验中获得的数据。

图8图示了在实施例1中所述的实验中获得的数据。

图9图示了在实施例2中所述的实验中获得的数据。

图10图示了在实施例3中所述的实验中获得的数据。

图11图示了在实施例4中所述的实验中获得的数据。

图12图示了在实施例5中所述的实验中获得的数据。

图13图示了在实施例5中所述的实验中获得的数据。

图14图示了在实施例6中所述的实验中获得的数据。

图15图示了在实施例6中所述的实验中获得的数据。

图16图示了在实施例9中所述的实验中获得的数据。

图17A和图17B图示了在实施例9中所述的实验中获得的数据。

具体实施方式

本文提供了包括碳酸盐材料和稳定剂的组合物、方法和系统；用于制造和使用该组合物的方法和系统；和由这样的组合物形成的材料，如骨料以及成形的或预成形的建筑材料。

本文提供了含有亚稳碳酸盐和稳定剂的组合物。在一些实施方案中，该组合物为胶结组合物。该胶结组合物包括水硬水泥、辅助胶结材料或自胶结组合物，这些自胶结组合物包括碳酸钙的多晶型形式，例如但不限于亚稳形式，如单独的球霰石（CaCO₃）或与以下物质相组合的球霰石：非晶碳酸钙（CaCO₃.nH₂O）、霰石（CaCO₃）、方解石（CaCO₃）、六水碳钙石（CaCO₃.6H₂O）、球霰石的前体相、霰石的前体相、不及方解石稳定的中间相、介于这些多晶型物之间的多晶形式或它们的组合。本文提供的胶结组合物中的碳酸盐包括一种或多种亚稳多晶形式，例如但不限于球霰石、非晶碳酸钙、球霰石的前体相、霰石的前体相、不及方解石稳定的中间相、介于这些多晶型物之间的多晶形式或其组合。

出乎意料并且令人惊讶地发现，在含有碳酸盐的胶结组合物的制备过程中使用稳定剂产生更稳定的含有亚稳碳酸盐的组合物，或者组合物的稳定性可通过优化稳定剂的量而进行优化。本文提供的含有亚稳碳酸盐的组合物是干粉或潮湿形式的稳定的组合物。本发明组合物中的亚稳形式转化为稳定形式，如霰石和/或方解石，以便与淡水接触时胶结。

由本文提供的（单独的或与OPC组合的）组合物获得的产品具有高抗压强度，产生具有高耐久性和较低维护成本的产品。本文提供的组合物中的亚稳碳酸盐的稳定性可通过优化稳定剂的量或通过优化在组合物制备过程中加入稳定剂的步骤来优化。组合物稳定性的优化可促进胶结工艺的有效控制。

申请人还出乎意料并惊讶地发现，如本文所述的球霰石的活化促进溶解-再沉淀工艺过程中的霰石途径而非方解石途径。在本发明的一个方面，以一种方式活化含有球霰石的组合物，该方式使得在溶解-再沉淀工艺之后，霰石的形成得到加强而方解石的形成得到抑制。含有球霰石的组合物的活化可导致对霰石形成和晶体生长的控制。含有球霰石的组合物的活化可通过如本文所述的各种工艺实现。

在更详细地描述本发明之前，应当理解，本发明不限于所描述的具体实施方案，其本身当然可以变化。也应当理解，本文使用的术语仅用于描述特定实施方案的目的，而非旨在进行限定，因为本发明的范围仅由所附权利要求来限定。

当提供值的范围时，应当理解，在此范围的上限和下限之间的每个居间值（精确到下限单位的十分之一，除非上下文另外明确地指出）以及在所述范围内的任何其他所指出的或居间的值都包含在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括在较小范围中，而且也包含在本发明内，除了所述范围内任何明确排除的极限值。当所述范围包括极限值中的一个或两个时，排除这些所含极限值中的任何一个或两个的范围也被包括在本发明中。

某些范围在本文中以前面带有术语“大约”的数值呈现。术语“大约”在此用于对其之后的准确数字以及与该术语之后的数字接近或近似的数字提供字面支持。在确定一个数字是否接近或近似于具体列举的数字时，靠近或近似的未列举（unrequited）的数值可以是在它所出现的上下文中与具体列举的数值基本等同的值的数值。

除非另外定义，否则本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员所一般理解的相同的含义。现在描述代表性的说明性方法和材料，但是与本文描述的这些方法和材料类似或等同的任何方法和材料也可在本发明的实践或检验中使用。

本说明书中所引用的所有出版物和专利都通过引用并入本文，犹如特别地和单独地指出每个单独的出版物或专利通过引用而并入，并通过引用并入本文以公开和描述与所引用的出版物有关的方法和/或材料。任何出版物的引用应针对其在申请日之前的公开内容，并且不应解释为承认本发明并非由于在先发明而早于此出版物。此外，所提供的出版日期可能与实际出版日期不同，实际出版日期可能需要独立确认。

应当指出，除非上下文另外明确指出，否则本文及所附权利要求中使用的单数形式“一个”、“一种”和“该”包括指代物的复数形式。应当进一步指出，权利要求书可撰写为排除任何任选的要素。因此，本声明旨在作为将诸如“单独地”、“仅”等排他性术语与权利要求要素的引述结合使用或使用“否定式”限制的在先基础。

本领域技术人员在阅读本公开内容后应当明白，本文描述和说明的每一单独的实施方案具有单独的组分和特征，该组分和特征可以与其他几个实施方案中任一个的特征容易地分开或组合，而不背离本发明的范围或精神。任何引述的方法可以按所引述的事件的顺序或按逻辑上可能的任何其他顺序进行。

I.组合物

在一个方面，提供了包括亚稳碳酸盐和稳定剂的胶结组合物。该胶结组合物包括水硬水泥、辅助胶结材料（SCM）和自胶结组合物，其中该水硬水泥或该SCM或该自胶结组合物包括亚稳的和稳定的碳酸盐形式，例如球霰石、非晶碳酸钙（ACC）、霰石、方解石、六水碳钙石、球霰石的前体相、霰石的前体相、不及方解石稳定的中间相、介于这些多晶型物之间的多晶形式，以及它们的组合。本文提供的胶结组合物可进一步包括碳酸镁、碳酸氢钙、碳酸氢镁、碳酸钙镁、碳酸氢钙镁或其组合的形式。如本文所用的“胶结”组合物包括在与水组合后凝固并硬化为水泥的组合物。在一个方面，提供了包括亚稳碳酸盐和稳定剂的非胶结组合物。该非胶结组合物包括但不限于纸、塑料、涂料等。

如本文所用的“亚稳碳酸盐”包括碳酸钙的亚稳多晶形式，如球霰石、非晶碳酸钙、球霰石的前体相、霰石的前体相、不及方解石稳定的中间相、介于这些多晶型物之间的多晶形式，或其组合。亚稳形式如球霰石和球霰石的前体以及稳定的碳酸盐形式如霰石或方解石可具有不同程度的稳定性，以使得亚稳形式如球霰石在水溶液中水合时可溶解，并使碳酸盐矿物如方解石和/或霰石或再沉淀。非晶碳酸钙、球霰石、球霰石的前体和霰石的前体可作为反应性亚稳碳酸钙形式用于反应目的和稳定化反应，例如胶结。

在如本文所述的碳酸钙沉淀过程中，非晶碳酸钙（ACC）可以在开始时沉淀并转化为其三种更稳定的相中的一种或多种（球霰石、霰石或方解石）。可以存在热力学驱动力以从不稳定的相转化为更稳定的相，例如由Ostwald在其分步规则（Step Rule）（Ostwald,W.Zeitschrift fur Physikalische Chemie289(1897)）中所描述的。为此原因，碳酸钙相可以按如下顺序转化：ACC至球霰石、霰石以及方解石，其中中间相可以存在或可以不存在。例如，ACC可以转化成球霰石并且可以不转化为霰石或方解石；或者ACC可以转化成球霰石然后直接转化成方解石，跳过霰石形式；或者可替代地，ACC可以转化成球霰石然后转化成霰石而不转化成方解石。在这个转化过程中，释放出过度的能量，如图1中所展示的。可以利用这种固有能来产生强的聚集趋势以及表面相互作用，这可能导致凝聚和胶结。应当理解，图1中报告的值是本领域熟知的并且可以变化。

碳酸钙多晶型物之间的转化可以通过固态过渡而发生或者可以是溶液介导的。在一些实施方案中，这种转化是溶液介导的，因为这可能比热活化的固态过渡需要更少的能量。溶液介导的转化可能在环境上是有意义的并且更适用于胶结应用。球霰石是亚稳的并且碳酸钙多晶型物的热力学稳定性差异可以显现为溶解性差异，其中最不稳定的相是最可溶的（Ostwald,同上）。因此，球霰石可以容易地溶解在溶液中并且有利地朝更稳定的多晶型物—霰石或方解石转化。用于形成具体的碳酸钙多晶型物或多晶型物组合的驱动力是从过饱和溶液到平衡状态的吉布斯自由能变化（Spanos和Koutsoukos,Journal ofCrystal Growth(1998)191,783-790）。

在像碳酸钙的多晶体系中，在溶液中可以同时存在两个动力学过程：亚稳相的溶解以及稳定相的生长（Kralj等人,Journal of CrystalGrowth(1997)177,248-257）。在一些实施方案中，在球霰石可能在水性介质中经历溶解的同时，霰石或方解石晶体可以生长。这些多晶型物的结晶可以是表面受控过程，其中异相成核可能负责多个固相的形成。当存在单相时，颗粒的数目可能随时间减少，而其尺寸则增大（Spanos和Koutsoukos,同上）。

亚稳碳酸盐中的球霰石可以以单分散或凝聚形式存在，并且可以是球形的、椭圆形的、片状形状或六方晶系。球霰石典型地具有六方晶体结构并且在生长时形成多晶球形颗粒。球霰石的前体形式包括球霰石的纳米簇，并且霰石的前体形式包括霰石针状体的亚微米到纳米簇。霰石，如果在该组合物中存在的话，可以是针状的、柱状的或斜方晶系的晶体。方解石，如果存在的话，可以是立方体的、纺锤状的或六方晶系的晶体。不及方解石稳定的中间相可以是介于球霰石与方解石之间的相、介于球霰石的前体与方解石之间的相、介于霰石与方解石之间的相，和/或介于霰石前体与方解石之间的相。

本文提供的稳定剂可稳定亚稳碳酸盐形式，使得ACC至球霰石的转化或球霰石至霰石的转化减慢，并且亚稳形式的稳定性增加。在一些实施方案中，稳定剂可影响一种形式向另一种形式转化的吉布斯自由能。如本文所用的“稳定剂”包括任何能稳定组合物中的碳酸盐亚稳形式的试剂。在一些实施方案中，被稳定剂稳定的亚稳形式为球霰石。在一些实施方案中，稳定剂使组合物中的碳酸盐的亚稳形式稳定数小时至数天至数周至许多年。在一些实施方案中，稳定剂使组合物中的碳酸盐的亚稳形式稳定多达20年；或多达10年；或多达5年；或多达1年；或数小时至2周；或2周至20年；或2周至10年；或2周至5年；或2周至1年；或2周至数月如6个月、8个月等。在一些实施方案中，含有稳定剂的组合物中亚稳碳酸盐的稳定性高于无稳定剂的组合物中亚稳碳酸盐的稳定性。在一些实施方案中，稳定剂使组合物中的碳酸盐的亚稳形式稳定数小时至数天至数周。

在一些实施方案中，本文提供的组合物中的亚稳碳酸盐形式的稳定性可通过优化在组合物形成过程中加入的稳定剂的量而优化为任意时长。在一些实施方案中，本文提供的组合物中的亚稳碳酸盐形式的稳定性可通过优化在组合物形成过程中加入稳定剂的步骤而优化为任意时长。因此，基于组合物的期望的反应性，组合物可稳定一段时间。例如，在组合物可能需要快速胶结的应用如预成形建筑材料中，可能需要含有较不稳定的亚稳碳酸盐的组合物。在一些实施方案中，在使用组合物作为水硬水泥的应用中，可能希望慢速胶结，并且可形成含有较稳定的亚稳碳酸盐的组合物。在一些实施方案中，在使用组合物作为SCM的应用中，可能需要含有超稳定的亚稳碳酸盐的组合物，该组合物不可以同与其混合的水泥反应形成稳定的水泥产品。在一些实施方案中，稳定剂赋予组合物储存稳定性。在一些实施方案中，胶结组合物可能需要储存较长一段时间，并且相应地可使用所述量的稳定剂。在胶结组合物形成期间使用的稳定剂的量可根据该组合物的所需稳定性而改变。

在一些实施方案中，在亚稳碳酸盐形成过程中使用的稳定剂的量高于0.1%w/w；高于0.5%w/w；高于1%w/w；或高于10%w/w；或高于25%w/w/；或0.1-20%w/w；或0.1-15%w/w；或0.1-10%w/w；或0.1-5%w/w；或0.1-2%w/w；或0.1-1%w/w；或0.5-20%w/w；或0.5-15%w/w；或0.5-10%w/w；或0.5-5%w/w；或0.5-2%w/w；或0.5-1%w/w；或1-20%w/w；或1-15%w/w；或1-10%w/w；或1-5%w/w；或1-2%w/w；或1.5-20%w/w；或1.5-15%w/w；或1.5-10%w/w；或1.5-5%w/w；或1.5-2%w/w；或2-20%w/w；或2-15%w/w；或2-10%w/w；或2-5%w/w；或2-3%w/w；或5-20%w/w；或5-15%w/w；或5-10%w/w；或5-8%w/w；或8-20%w/w；或8-15%w/w；或8-10%w/w；或10-15%w/w；或10-20%w/w；或15-20%w/w；或0.1%w/w；或0.5%w/w；或1%w/w；或1.5%w/w；或2%w/w；或2.5%w/w；或3%w/w；或5%w/w；或10%w/w；或15%w/w；或20%w/w（或按重量计）。在一些实施方案中，上述量以重量/体积（w/v）计。在一些实施方案中，在亚稳碳酸盐形成过程中使用的稳定剂的量或在胶结组合物中存在的稳定剂的量为1mM（毫摩尔浓度）至50mM；或1mM至40mM；或1mM至30mM；或1mM至20mM；或1mM至10mM；或1mM至5mM；或1mM至4mM；或1mM至3mM；或1mM至2mM；或2mM至50mM；或2mM至40mM；或2mM至30mM；或2mM至20mM；或2mM至10mM；或2mM至5mM；或2mM至4mM；或2mM至3mM；或3mM至50mM；或3mM至40mM；或3mM至30mM；或3mM至20mM；或3mM至10mM；或3mM至5mM；或3mM至4mM；或4mM至50mM；或4mM至40mM；或4mM至30mM；或4mM至20mM；或4mM至10mM；或4mM至5mM；或5mM至50mM；或5mM至40mM；或5mM至30mM；或5mM至20mM；或5mM至10mM；或6mM至50mM；或6mM至40mM；或6mM至30mM；或6mM至20mM；或6mM至10mM；或7mM至50mM；或7mM至40mM；或7mM至30mM；或7mM至20mM；或7mM至10mM；或mM；或2mM；或3mM；4mM；或5mM；或6mM；或7mM；或8mM；或9mM；或10mM。在一些实施方案中，稳定剂的上述量是本文所述的胶结组合物中存在的稳定剂的量。

例如，在一些实施方案中，组合物中存在的稳定剂的量为0.1wt%至2wt%；或0.1wt%至1.5wt%；或0.1wt%至1wt%；或0.1wt%至0.5wt%；或0.1wt%至0.2wt%；或0.5wt%至2wt%；或0.5wt%至1.5wt%；或0.5wt%至1wt%；或1wt%至2wt%；或1wt%至1.5wt%；或1.5wt%至2wt%。

在使用硫酸盐如海水中的硫酸盐、碱金属硫酸盐、碱土金属硫酸盐、木素硫酸盐或它们的组合作为稳定剂的一些实施方案中，含有亚稳碳酸盐的组合物中的一些或全部硫酸盐来自在沉淀过程中加入的硫酸盐。在一些实施方案中，在本发明的亚稳碳酸盐组合物中存在的硫酸盐不来自烟气或仅有ppm级来自烟气，而其余的来自硫酸盐稳定剂。例如，通常输入本发明工艺中的400scfm烟气可含有1.3吨/天的CO₂。此外，输入该工艺中的烟气可含有0.15lb/天的NO_X、0.004lb/天的CO和0.0015lb/天的SO_X。所以粗略地假设CO₂和SO₂的捕获相同，对于每1.3吨捕获的CO₂，在本发明的组合物中可能存在0.0015lbs的SO₂（比率为1,911,000CO₂:1SO₂）。来源于烟气的本发明组合物中的该含硫量以ppm为单位。因此，在一些实施方案中，本发明组合物中存在的总硫酸盐稳定剂中超过90%是来自在沉淀工艺过程中加入的稳定剂，或者超过90%来自硫酸盐，如在该工艺过程中加入的硫酸钠；或者超过95%或80-99%或80-99.9%或90-99%或90-95%来自在该工艺过程中加入的硫酸钠。

在一些实施方案中，提供了一种含有亚稳碳酸盐和稳定剂的组合物，其中稳定剂多于0.1wt%。在一些实施方案中，稳定剂为海水中的硫酸盐、碱金属硫酸盐、碱土金属硫酸盐、木素硫酸盐或其组合。在一些实施方案中，稳定剂为碱金属硫酸盐。在一些实施方案中，稳定剂为碱金属硫酸盐并且组合物中的硫酸盐至少为0.1wt%。在一些实施方案中，组合物中超过90%的硫酸盐来自该工艺过程中加入的稳定剂。在一些实施方案中，在此类组合物中的亚稳碳酸盐包含球霰石。在一些实施方案中，在此类组合物中的球霰石的量至少为50wt%或为50-100wt%。在一些实施方案中，组合物为胶结的。在一些实施方案中，此类组合物具有小于-12‰或为-12‰至-25‰的碳同位素分馏值（δ¹³C）。因此，提供了一种包含至少50wt%的球霰石和稳定剂的组合物。在一些实施方案中，提供了一种包含至少50wt%的球霰石和至少0.1wt%的稳定剂的组合物。在一些实施方案中，提供了一种包含至少50wt%的球霰石和硫酸盐如碱金属硫酸盐、碱土金属硫酸盐、木素硫酸盐或其组合的组合物。在一些实施方案中，提供了一种包含至少50wt%的球霰石和至少0.1wt%的碱金属硫酸盐的组合物。在一些实施方案中，提供了一种包含至少50wt%或50-100wt%的球霰石和至少0.1wt%或0.1-1.5wt%的硫酸盐的组合物。在一些实施方案中，提供了一种包含至少50wt%或50-100wt%的球霰石和至少0.1wt%或0.1-1.5wt%的稳定剂的组合物，其中该组合物具有小于-12‰或为-12‰至-25‰的碳同位素分馏值（δ¹³C）。在一些实施方案中，提供了一种包含至少50wt%或50-100wt%的球霰石和至少0.1wt%或0.1-1.5wt%的硫酸盐的组合物，其中该组合物具有小于-12‰或为-12‰至-25‰的碳同位素分馏值（δ¹³C）。在一些实施方案中，提供了一种包含至少50wt%或50-100wt%的球霰石和至少0.1wt%或0.1-1.5wt%的稳定剂的组合物，其中该组合物具有小于-12‰或为-12‰至-25‰的碳同位素分馏值（δ¹³C），并且其中该组合物在与水组合后凝固并硬化，具有14-40MPa的抗压强度。在一些实施方案中，提供了一种包含至少50wt%或50-100wt%的球霰石和至少0.1wt%或0.1-1.5wt%的硫酸盐的组合物，其中该组合物具有小于-12‰或为-12‰至-25‰的碳同位素分馏值（δ¹³C），并且其中该组合物在与水组合后凝固并硬化，具有14-40MPa的抗压强度。在上述组合物的一些实施方案中，该组合物为非天然存在的或合成的胶结组合物，其选自水硬水泥、SCM、自胶结水泥（self-cement）或其组合。在上述组合物的一些实施方案中，硫酸盐为碱金属硫酸盐、碱土金属硫酸盐、木素硫酸盐或其组合。在上述组合物的一些实施方案中，球霰石为活化的球霰石。在上述组合物的一些实施方案中，亚稳碳酸盐或球霰石中的钙与碳酸根之比（Ca:CO₃）为1:1至1.5:1。

在一些实施方案中，亚稳碳酸盐组合物中的钙与碳酸根之比（Ca:CO₃）影响胶结组合物中的稳定剂从溶液到固体的分配系数。在一些实施方案中，亚稳碳酸盐组合物中的钙与碳酸根之比与组合物中稳定剂（例如，如上所述的）的量相结合可影响该亚稳碳酸盐组合物的稳定性。在一些实施方案中，亚稳碳酸盐组合物中的钙与碳酸根之比与组合物中稳定剂（例如，如上所述的）的量相结合可用于优化该亚稳碳酸盐组合物的稳定性。在一些实施方案中，亚稳碳酸盐组合物中的钙与碳酸根之比（Ca:CO₃）为0.5:1-5:1；或0.5:1-4:1；或0.5:1-3:1；或0.5:1-2:1；或0.5:1-1.9:1；或0.5:1-1.8:1；或0.5:1-1.7:1；或0.5:1-1.6:1；或0.5:1-1.5:1；或0.5:1-1.4:1；或0.5:1-1.3:1；或0.5:1-1.2:1；或0.5:1-1.1:1；或0.5:1-1:1；1:1-5:1；或1:1-4:1；或1:1-3:1；或1:1-2:1；或1:1-1.9:1；或1:1-1.8:1；或1:1-1.7:1；或1:1-1.6:1；或1:1-1.5:1；或1:1-1.4:1；或1:1-1.3:1；或1:1-1.2:1；或1:1-1.1:1；2:1-5:1；或2:1-4:1；或2:1-3:1；3:1-5:1；或3:1-4:1；4:1-5:1。在一些实施方案中，该比值为摩尔比。在一些实施方案中，该比值为重量比。在一些实施方案中，更多量的稳定剂和更高的钙:碳酸根比率产生更稳定的亚稳碳酸盐。

在一些实施方案中，亚稳碳酸盐中的钙:碳酸根之比和/或胶结组合物中稳定剂的量在用来获得组合物的形成、脱水、漂洗和/或干燥过程中为亚稳碳酸盐的亚稳相提供稳定性。在一些实施方案中，这些因素不抑制球霰石组合物胶结期间的相转化，如方解石和/或霰石的形成。

在一些实施方案中，本文提供的稳定剂为有机化合物或无机化合物。在一些实施方案中，稳定剂包括但不限于，酸、酯、磷酸盐、硫酸盐、聚环氧乙烷、多元醇及其组合。酸的实例包括但不限于C₁-C₂₀酸、磺酸或膦酸。C₁-C₂₀酸的实例包括但不限于柠檬酸、苹果酸、己二酸、单宁酸、乳酸、抗坏血酸、乙酸、富马酸及其混合物。磺酸的实例包括但不限于2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸与丙烯酸的共聚物。膦酸的实例包括但不限于N-次氮基三(亚甲基膦酸)、1,2-乙烷二基双(次氮基二(亚甲基膦酸))、1,6-己烷二基双(次氮基二(亚甲基膦酸))、氨基三(亚甲基膦酸)、聚甲氧基多膦酸、乙二胺四(亚甲基膦酸)（EDTMP）及其组合。在一些实施方案中，本文所述的酸可进一步包括氨基和/或羟基。酯的实例包括但不限于C₁-C₂₀酸、膦酸或磺酸的酯。上文已描述了此类酸。在一些实施方案中，稳定剂为硫酸盐。本文所用的“硫酸盐”包括在溶液中提供硫酸根离子的任何分子。硫酸盐的实例包括但不限于海水、碱金属硫酸盐、碱土金属硫酸盐、木素硫酸盐或其组合。此类硫酸盐包括但不限于硫酸钠、硫酸钾、硫酸钙、硫酸镁、硫酸钡等。在一些实施方案中，硫酸盐为硫酸钠。在一些实施方案中，聚环氧乙烷为具有1,000-100,000的分子量的聚合物。聚环氧乙烷的其他实例包括但不限于式R-Ph-O(OCH₂CH₂)_mOH的聚环氧乙烷，其中R为5-30个碳原子的烷基，Ph为苯基，且m为具有5-50之间的值的整数。在一些实施方案中，聚环氧乙烷为包括20-30摩尔环氧乙烷的乙氧基壬基苯基。多元醇的实例包括但不限于C10-C18多元醇。

不受任何理论所限制，预计稳定剂的使用可导致对亚稳碳酸盐的一种或多种性质的控制，该性质包括但不限于多晶型、形态、粒径、凝聚、凝结、聚集、沉积、结晶、抑制沿晶体某个面的生长、允许沿晶体某个面的生长、减少表面电荷、增加表面电荷，或它们的组合。例如，稳定剂可选择性地针对于一种形态或多晶型（基于表面电荷的差异），抑制其生长，并促进通常在动力学上不利的另一多晶型物的形成。在一些实施方案中，稳定剂可减少沉淀的碳酸盐固体的表面电荷，从而增加凝聚。在一些实施方案中，稳定剂可结合至沉淀的表面上；可以是钙结合剂或碳酸盐结合剂；被引入碳酸盐的晶格中；被吸附至碳酸盐的表面上；结合至碳酸盐上作为配体；作为颗粒存在于碳酸盐组合物中；被包裹在碳酸盐中；或其任意组合。

在一个方面，本文提供了包括活化的球霰石的组合物。如本文所用的“活化的球霰石”或其语法等价物包括在溶解-再沉淀工艺过程中和/或之后导致霰石形成的球霰石。溶解-再沉淀工艺的一个实例包括胶结。胶结工艺包括当组合物凝固并硬化时将其与水组合。申请人出乎意料且惊讶地发现，在一些实施方案中，本发明的组合物进一步受益于亚稳碳酸盐的活化。本文描述了球霰石活化的多种实例，例如但不限于核活化、热活化、机械活化、化学活化或它们的组合。在一些实施方案中，将含有亚稳碳酸盐的本发明的组合物进行活化以便形成活化的亚稳碳酸盐。以一种方式活化含有球霰石的组合物，该方式使得该组合物导致在溶解-再沉淀工艺过程中球霰石向霰石的转化。在一些实施方案中，球霰石的活化促进球霰石向霰石的转化，同时抑制向方解石的进一步转化。在一些实施方案中，通过各种工艺将球霰石活化，以使得在含有球霰石的组合物与水反应时能够控制霰石形成及其形态和/或晶体生长。形成的霰石导致由该组合物构建的结构的更高的抗压强度和断裂容限。在一些实施方案中，球霰石可以通过如本文所述的机械手段活化。例如，包含球霰石的组合物可通过在球霰石组合物上产生表面缺陷而进行活化，以使霰石的形成得到加速。在一些实施方案中，活化的球霰石为球磨的球霰石或具有表面缺陷的球霰石，以便促进霰石形成途径。还可通过向球霰石组合物提供化学活化或核活化而将含有球霰石的组合物进行活化。这种化学活化或核活化可由一种或多种霰石晶种、无机添加剂或有机添加剂来提供。

在一个方面，提供了包括球霰石，稳定剂，和霰石晶种、无机添加剂或有机添加剂中的一种或多种的组合物。在一个方面，提供了包括活化的球霰石，稳定剂，和霰石晶种、无机添加剂或有机添加剂中的一种或多种的组合物。组合物中霰石晶种、无机添加剂、有机添加剂或它们的组合的存在还可活化球霰石，从而促进溶解-再沉淀工艺过程中的霰石途径。非晶碳酸钙、球霰石的前体和/或球霰石可作为反应性亚稳碳酸钙形式用于反应目的和稳定化反应，例如胶结。

在一些实施方案中，提供了含有球霰石，稳定剂，和霰石晶种、无机添加剂或有机添加剂中的一种或多种的组合物，其中该球霰石为球磨的球霰石。在一些实施方案中，通过产生表面缺陷如球磨来活化球霰石。球磨是使用研磨机将含有球霰石的材料研磨成粉末的过程。球磨工艺可影响材料的大小、密度、硬度和/或反应性。

本文提供的组合物中存在的霰石晶种可由天然来源或合成来源获得。天然来源包括但不限于礁砂、石灰岩、某些淡水和海洋无脊椎生物的坚硬骨骼材料（包括斧足贝、腹足动物和软体动物壳），以及温水珊瑚和冷水珊瑚的钙质内骨骼、珍珠、岩石、沉积物、矿石矿物（例如，蛇纹石）等。合成来源包括但不限于如由碳酸钠和氯化钙形成的沉淀的霰石；或通过球霰石向霰石转化而形成的霰石，如本文所述的转化的球霰石。

在一些实施方案中，本文提供的组合物中的无机添加剂或有机添加剂可以是能活化球霰石的任何添加剂。本文提供的组合物中的无机添加剂或有机添加剂的一些实例包括但不限于癸基硫酸钠、月桂酸、月桂酸的钠盐、尿素、柠檬酸、柠檬酸的钠盐、邻苯二甲酸、邻苯二甲酸的钠盐、牛磺酸、肌酸、右旋糖、聚(n-乙烯基-1-吡咯烷酮)、天冬氨酸、天冬氨酸的钠盐、氯化镁、乙酸、乙酸的钠盐、谷氨酸、谷氨酸的钠盐、氯化锶、石膏、氯化锂、氯化钠、甘氨酸、脱水柠檬酸钠、碳酸氢钠、硫酸镁、乙酸镁、聚苯乙烯钠、十二烷基磺酸钠、聚乙烯醇或其组合。在一些实施方案中，本文提供的组合物中的无机添加剂或有机添加剂包括但不限于牛磺酸、肌酸、聚(n-乙烯基-1-吡咯烷酮)、月桂酸、月桂酸的钠盐、尿素、氯化镁、乙酸、乙酸的钠盐、氯化锶、硫酸镁、乙酸镁或其组合。在一些实施方案中，在本文提供的组合物中的无机添加剂或有机添加剂包括但不限于氯化镁、硫酸镁、乙酸镁或它们的组合。

在一些实施方案中，加入到组合物中的霰石晶种、无机添加剂或有机添加剂的量少于0.01%w/w；或少于0.1%w/w；或为0.001-20%w/w；或0.001-15%w/w；或0.001-10%w/w；或0.001-5%w/w；或0.001-2%w/w；或0.001-1%w/w；或0.01-20%w/w；或0.01-15%w/w；或0.01-10%w/w；或0.01-5%w/w；或0.01-2%w/w；或0.01-1%w/w；或0.1-20%w/w；或0.1-15%w/w；或0.1-10%w/w；或0.1-5%w/w；或0.1-2%w/w；或0.1-1%w/w；或0.001%w/w；或0.01%w/w；或0.1%w/w；或0.5%w/w；或1%w/w；或1.5%w/w；或2%w/w；或2.5%w/w；或3%w/w；或5%w/w；或10%w/w；或15%w/w；或20%w/w（或按重量计）。在一些实施方案中，上述量以重量/体积（w/v）计。应当理解，对球霰石组合物进行引晶（seed）可能需要的霰石晶种的量可以是少量的，包括一个或几个霰石晶体。

不受任何理论所限制，预计通过球磨或通过加入霰石晶种、无机添加剂或有机添加剂或它们的组合来活化球霰石可在活化的球霰石的溶解-再沉淀工艺过程中导致对霰石形成的控制，包括控制性质，例如但不限于多晶型、形态、粒径、交联、凝聚、凝结、聚集、沉积、结晶、抑制沿晶体某个面的生长、允许沿晶体某个面的生长，或它们的组合。例如，霰石晶种、无机添加剂或有机添加剂可选择性地针对于霰石的形态，抑制方解石生长，并促进通常可能在动力学上不利的霰石的形成。

在一些实施方案中，本文提供的胶结组合物为合成组合物并且不是天然存在的。在一些实施方案中，本文提供的组合物为非医用的或不用于医学程序。在一些实施方案中，该组合物处于粉末形式。在一些实施方案中，该组合物处于干燥的粉末形式。在一些实施方案中，该组合物为无序的或不处于有序的排列或处于粉末形式。在又一些实施方案中，该组合物处于部分或完全水合形式。

本文提供的组合物显示出诸如高抗压强度、高耐久性和较低的维护成本等特性。在一些实施方案中，该组合物在与水组合、凝固和硬化后具有至少14MPa（兆帕）的抗压强度，或者在一些实施方案中，为14-80MPa或14-40MPa或14-35MPa。在一些实施方案中，本文提供的包含亚稳碳酸盐的组合物由具有化石燃料起源的CO₂源形成。因此，在一些实施方案中，本文提供的组合物具有小于-12‰的碳同位素分馏值（δ¹³C）。

在一些实施方案中，本文提供的胶结组合物为水硬水泥组合物。如本文所用的“水硬水泥”包括在与水或其中的溶剂为水的溶液例如掺合物溶液组合后凝固和硬化的组合物。在硬化之后，这些组合物即使在水中也保留强度和稳定性。由于立即开始的反应，能够观察到可随时间增大的加强作用。在达到某个水平之后，可以将这个时间点称为凝固起点。继续的进一步固结可以被称为凝固，此后开始硬化阶段。然后材料的抗压强度可以稳定增长，这个时期可以是从“超快硬化”水泥情况下的几天到其他水泥情况下的几个月或几年。通过将本发明的组合物与水性液体组合而生产的产品的凝固和硬化可以源自或者可以不源自水合物的产生，该水合物可以是由该组合物在与水反应之后形成的，其中该水合物在水中基本不可溶。水泥可以单独地或与骨料相组合地以粗和细的形式使用，在此情况下该组合物可以被称为混凝土或灰浆。也可以将水泥切割并打碎而形成骨料。在一些实施方案中，可能希望生产具有稳定的球霰石的水硬水泥组合物，该球霰石被稳定化以便抵抗诸如脱水、干燥等过程，但是这种稳定化的球霰石促进在溶解和再沉淀以形成水泥之后霰石的形成。

在一些实施方案中，本文提供的胶结组合物为辅助胶结材料（SCM）。如本文所用的“辅助胶结材料”（SCM）包括本领域公知的SCM。例如，当本发明的SCM与波特兰水泥混合时，该波特兰水泥在与SCM相互作用以后，其一种或多种特性基本上保持不变或者与没有SCM情况下的波特兰水泥本身或与混有常规SCM（如飞灰）的波特兰水泥相比得以增强。这些特性包括但不限于：细度、固定性、稠度、水泥凝固时间、水泥硬化时间、流变学行为、水合反应、比重、灼烧损失和/或硬度，如水泥的抗压强度。例如，当将本发明的20%SCM加入80%的OPC（普通波特兰水泥）中时，OPC的一种或多种特性例如抗压强度保持不变、降低不超过10%或者得到增强。波特兰水泥的特性可以根据波特兰水泥的类型而变化。用本发明的SCM代替波特兰水泥可以减少CO₂排放，而与常规波特兰水泥相比并不损害该水泥或混凝土的性能。在一些实施方案中，可能希望生产具有稳定的球霰石的SCM组合物，该球霰石被稳定化以便抵抗诸如脱水、干燥等过程，并且这种稳定化的球霰石在与普通水泥混合后以及在溶解和再沉淀从而形成水泥之后也不能转化成霰石或非常慢地转化为霰石，即这种稳定化的球霰石SCM组合物起到水泥中的填料的作用。

在一些实施方案中，本发明的组合物中的球霰石可与波特兰水泥或波特兰熔块反应。在一些实施方案中，来自该熔块组分的铝酸盐可以与SCM的碳酸盐组合以形成碳铝酸盐，这些碳铝酸盐可以减小混凝土的孔隙率并且增大其强度。在一些实施方案中，本发明的SCM组合物可以用作填料。在一些实施方案中，这些颗粒的大小和/或颗粒的表面积可以影响本发明的SCM组合物与波特兰水泥或波特兰熔块的相互作用。在一些实施方案中，本发明的SCM组合物可以为波特兰水泥或波特兰熔块提供成核位点。在一些实施方案中，本发明的SCM组合物可以具有以上实施方案的组合。

在一些实施方案中，至少17wt%的SCM；或至少18wt%的SCM；或至少19wt%的SCM；或至少20wt%的SCM；或至少21wt%的SCM；或至少22wt%的SCM；或至少23wt%的SCM；或至少24wt%的SCM；或至少25wt%的SCM；或至少30wt%的SCM；或至少40wt%的SCM；或至少50wt%的SCM；或在16-50wt%之间的SCM；或在16-40wt%之间的SCM；或在16-30wt%之间的SCM；或在16-25wt%之间的SCM；或在16-22wt%之间的SCM；或在16-20wt%之间的SCM；或在16-18wt%之间的SCM；或在18-50wt%之间的SCM；或在18-40wt%之间的SCM；或在18-30wt%之间的SCM；或在18-20wt%之间的SCM；或在20-50wt%之间的SCM；或在20-40wt%之间的SCM；或在20-30wt%之间的SCM；或在30-50wt%之间的SCM；或在30-40wt%之间的SCM；或在40-50wt%之间的SCM；或16wt%的SCM；或17wt%的SCM；或18wt%的SCM；或19wt%的SCM；或20wt%的SCM；或22wt%的SCM；或25wt%的SCM；或35wt%的SCM与单独的OPC或与本领域常规已知的其他SCM（例如但不限于炉渣、飞灰、硅灰、煅烧粘土或它们的组合）组合的OPC混合。

在一些实施方案中，本文提供的胶结组合物为自胶结组合物。如本文所用的“自胶结”组合物为在碳酸盐沉淀后无需任何脱水或干燥步骤而在水中凝固和硬化的组合物。在一些实施方案中，自胶结组合物存在于水中。在一些实施方案中，处于水中的自胶结组合物包括少于90wt%的固体材料；或少于80wt%的固体材料；或少于70wt%的固体材料；或少于60wt%的固体材料；或少于50wt%的固体材料；或少于40wt%的固体材料；或少于30wt%的固体材料；或少于20wt%的固体材料；或少于10wt%的固体材料；或10-90wt%的固体材料；或10-80wt%的固体材料；或10-70wt%的固体材料；或10-50wt%的固体材料；或10-30wt%的固体材料；或40-90wt%的固体材料；或50-90wt%的固体材料。自胶结组合物不需要脱水和干燥就可以制造胶结组合物。这样的组合物可以简单地脱水，任选地用水洗涤以部分或完全去除氯化物如氯化钠，任选地再次脱水，并倒入模具中，在模具中它凝固并硬化而形成岩石、预铸的或预成形的建筑材料。可以进一步对该岩石进行加工而制造骨料。像这样缺少干燥步骤节约了能量、减少了碳足迹并提供了更清洁的环境。这样的自胶结组合物可以在模拟地质作用的过程中人工岩化，其中形成岩石的过程是物理过程而非化学过程，例如处于新形式的化合物的溶解和再沉淀，该过程用于将组合物粘合在一起。在某些实施方案中，这样的自胶结组合物含有一种或多种碳酸盐化合物，例如自化石燃料来源获得的碳酸盐化合物。

该自胶结组合物在用水漂洗时可能在一个过程中产生合成岩石，在该过程中在此所述的多晶型物如球霰石被转化为更稳定的组分，例如霰石、方解石或它们的组合。例如，在一些实施方案中，该合成岩石是由该自胶结组合物在一个过程中产生的，在该过程中球霰石被转化为任选地包含方解石的霰石。在一些实施方案中，可能希望生产具有稳定的球霰石的自胶结组合物，该球霰石被充分地稳定化以促进在溶解和再沉淀以形成水泥后向霰石的快速转化。

在本文提供的方面和实施方案的一些实施方案中，胶结组合物或亚稳碳酸盐包括至少10%w/w的球霰石；或至少20%w/w的球霰石；或至少30%w/w的球霰石；或至少40%w/w的球霰石；或至少50%w/w的球霰石；或至少60%w/w的球霰石；或至少70%w/w的球霰石；或至少80%w/w的球霰石；或至少90%w/w的球霰石；或至少95%w/w的球霰石；或至少99%w/w的球霰石；或10%w/w至99%w/w的球霰石；或10%w/w至95%w/w的球霰石；或10%w/w至90%w/w的球霰石；或10%w/w至80%w/w的球霰石；或10%w/w至70%w/w的球霰石；或10%w/w至60%w/w的球霰石；或10%w/w至50%w/w的球霰石；或10%w/w至40%w/w的球霰石；或10%w/w至30%w/w的球霰石；或10%w/w至20%w/w的球霰石；或20%w/w至99%w/w的球霰石；或20%w/w至95%w/w的球霰石；或20%w/w至90%w/w的球霰石；或20%w/w至80%w/w的球霰石；或20%w/w至70%w/w的球霰石；或20%w/w至60%w/w的球霰石；或20%w/w至50%w/w的球霰石；或20%w/w至40%w/w的球霰石；或20%w/w至30%w/w的球霰石；或20%w/w至25%w/w的球霰石；或30%w/w至99%w/w的球霰石；或30%w/w至95%w/w的球霰石；或30%w/w至90%w/w的球霰石；或30%w/w至80%w/w的球霰石；或30%w/w至70%w/w的球霰石；或30%w/w至60%w/w的球霰石；或30%w/w至50%w/w的球霰石；或30%w/w至40%w/w的球霰石；或40%w/w至99%w/w的球霰石；或40%w/w至95%w/w的球霰石；或40%w/w至90%w/w的球霰石；或40%w/w至80%w/w的球霰石；或40%w/w至70%w/w的球霰石；或40%w/w至60%w/w的球霰石；或40%w/w至50%w/w的球霰石；或50%w/w至99%w/w的球霰石；或50%w/w至95%w/w的球霰石；或50%w/w至90%w/w的球霰石；或50%w/w至80%w/w的球霰石；或50%w/w至70%w/w的球霰石；或50%w/w至60%w/w的球霰石；或60%w/w至99%w/w的球霰石；或60%w/w至95%w/w的球霰石；或60%w/w至90%w/w的球霰石；或60%w/w至80%w/w的球霰石；或60%w/w至70%w/w的球霰石；或70%w/w至99%w/w的球霰石；或70%w/w至95%w/w的球霰石；或70%w/w至90%w/w的球霰石；或70%w/w至80%w/w的球霰石；或80%w/w至99%w/w的球霰石；或80%w/w至95%w/w的球霰石；或80%w/w至90%w/w的球霰石；或90%w/w至99%w/w的球霰石；或90%w/w至95%w/w的球霰石；或10%w/w的球霰石；或20%w/w的球霰石；或30%w/w的球霰石；或40%w/w的球霰石；或50%w/w的球霰石；或60%w/w的球霰石；或70%w/w的球霰石；或75%w/w的球霰石；或80%w/w的球霰石；或85%w/w的球霰石；或90%w/w的球霰石；或95%w/w的球霰石；或99%w/w的球霰石。在一些实施方案中，胶结组合物或亚稳碳酸盐含有按重量计至少50%的球霰石或按重量计50-100%的球霰石。

在本文提供的方面和实施方案的一些实施方案中，胶结组合物或亚稳碳酸盐包括至少1%w/w的非晶碳酸钙（ACC）；或至少2%w/w的ACC；或至少5%w/w的ACC；或至少10%w/w的ACC；或至少20%w/w的ACC；或至少30%w/w的ACC；或至少40%w/w的ACC；或至少50%w/w的ACC；或至少60%w/w的ACC；或至少70%w/w的ACC；或至少80%w/w的ACC；或至少90%w/w的ACC；或1%w/w至90%w/w的ACC；或1%w/w至80%w/w的ACC；或1%w/w至70%w/w的ACC；或1%w/w至60%w/w的ACC；或1%w/w至50%w/w的ACC；或1%w/w至40%w/w的ACC；或1%w/w至30%w/w的ACC；或1%w/w至20%w/w的ACC；或1%w/w至10%w/w的ACC；或5%w/w至90%w/w的ACC；或5%w/w至80%w/w的ACC；或5%w/w至70%w/w的ACC；或5%w/w至60%w/w的ACC；或5%w/w至50%w/w的ACC；或5%w/w至40%w/w的ACC；或5%w/w至30%w/w的ACC；或5%w/w至20%w/w的ACC；或5%w/w至10%w/w的ACC；或10%w/w至90%w/w的ACC；或10%w/w至80%w/w的ACC；或10%w/w至70%w/w的ACC；或10%w/w至60%w/w的ACC；或10%w/w至50%w/w的ACC；或10%w/w至40%w/w的ACC；或10%w/w至30%w/w的ACC；或10%w/w至20%w/w的ACC；或20%w/w至90%w/w的ACC；或20%w/w至80%w/w的ACC；或20%w/w至70%w/w的ACC；或20%w/w至60%w/w的ACC；或20%w/w至50%w/w的ACC；或20%w/w至40%w/w的ACC；或20%w/w至30%w/w的ACC；或30%w/w至90%w/w的ACC；或30%w/w至80%w/w的ACC；或30%w/w至70%w/w的ACC；或30%w/w至60%w/w的ACC；或30%w/w至50%w/w的ACC；或30%w/w至40%w/w的ACC；或40%w/w至90%w/w的ACC；或40%w/w至80%w/w的ACC；或40%w/w至70%w/w的ACC；或40%w/w至60%w/w的ACC；或40%w/w至50%w/w的ACC；或50%w/w至90%w/w的ACC；或50%w/w至80%w/w的ACC；或50%w/w至70%w/w的ACC；或50%w/w至60%w/w的ACC；或60%w/w至90%w/w的ACC；或60%w/w至80%w/w的ACC；或60%w/w至70%w/w的ACC；或60%w/w至65%w/w的ACC；或70%w/w至90%w/w的ACC；或70%w/w至80%w/w的ACC；或70%w/w至75%w/w的ACC；或80%w/w至90%w/w的ACC；或80%w/w至85%w/w的ACC；或from85%w/wto90%w/w的ACC；或1%w/w的ACC；或2%w/w的ACC；或5%w/w的ACC；或10%w/w的ACC；或20%w/w的ACC；或30%w/w的ACC；或40%w/w的ACC；或50%w/w的ACC；或60%w/w的ACC；或70%w/w的ACC；或80%w/w的ACC；或90%w/w的ACC。

在本文提供的方面和实施方案的一些实施方案中，组合物包括10%w/w至99%w/w的球霰石和1%w/w至90%w/w的ACC；或球霰石在10%w/w至90%w/w的范围内且ACC在10%w/w至90%w/w的范围内；或球霰石在10%w/w至80%w/w的范围内且ACC在20%w/w至90%w/w的范围内；或球霰石在10%w/w至70%w/w的范围内且ACC在30%w/w至90%w/w的范围内；或球霰石在10%w/w至60%w/w的范围内且ACC在40%w/w至90%w/w的范围内；或球霰石在10%w/w至50%w/w的范围内且ACC在50%w/w至90%w/w的范围内；或球霰石在10%w/w至40%w/w的范围内且ACC在60%w/w至90%w/w的范围内；或球霰石在10%w/w至30%w/w的范围内且ACC在70%w/w至90%w/w的范围内；或球霰石在10%w/w至20%w/w的范围内且ACC在80%w/w至90%w/w的范围内。应当理解，该组合物中每种组分的百分比是为以下这样：该组合物中这些组分的总百分比不得超过100wt%的总量。

在本文提供的方面和实施方案的一些实施方案中，该组合物在凝固并硬化之后具有以下的抗压强度：至少14MPa；或至少16MPa；或至少18MPa；或至少20MPa；或至少25MPa；或至少30MPa；或至少35MPa；或至少40MPa；或至少45MPa；或至少50MPa；或至少55MPa；或至少60MPa；或至少65MPa；或至少70MPa；或至少75MPa；或至少80MPa；或至少85MPa；或至少90MPa；或至少95MPa；或至少100MPa；或14-100MPa；或14-80MPa；或14-75MPa；或14-70MPa；或14-65MPa；或14-60MPa；或14-55MPa；或14-50MPa；或14-45MPa；或14-40MPa；或14-35MPa；或14-30MPa；或14-25MPa；或14-20MPa；或14-18MPa；或14-16MPa；或17-35MPa；或17-30MPa；或17-25MPa；或17-20MPa；或17-18MPa；或20-100MPa；或20-90MPa；或20-80MPa；或20-75MPa；或20-70MPa；或20-65MPa；或20-60MPa；或20-55MPa；或20-50MPa；或20-45MPa；或20-40MPa；或20-35MPa；或20-30MPa；或20-25MPa；或30-100MPa；或30-90MPa；或30-80MPa；或30-75MPa；或30-70MPa；或30-65MPa；或30-60MPa；或30-55MPa；或30-50MPa；或30-45MPa；或30-40MPa；或30-35MPa；或40-100MPa；或40-90MPa；或40-80MPa；或40-75MPa；或40-70MPa；或40-65MPa；或40-60MPa；或40-55MPa；或40-50MPa；或40-45MPa；或50-100MPa；或50-90MPa；或50-80MPa；或50-75MPa；或50-70MPa；或50-65MPa；或50-60MPa；或50-55MPa；或60-100MPa；或60-90MPa；或60-80MPa；或60-75MPa；或60-70MPa；或60-65MPa；或70-100MPa；或70-90MPa；或70-80MPa；或70-75MPa；或80-100MPa；或80-90MPa；或80-85MPa；或90-100MPa；或90-95MPa；或14MPa；或16MPa；或18MPa；或20MPa；或25MPa；或30MPa；或35MPa；或40MPa；或45Mpa。例如，在本文提供的方面和实施方案的一些实施方案中，组合物在凝固并硬化之后具有14MPa至40MPa，或17MPa至40MPa，或20MPa至40MPa，或30MPa至40MPa，或35MPa至40MPa的抗压强度。在一些实施方案中，本文所述的抗压强度为1天或3天或7天或28天或56天或更长时间后的抗压强度。

在一些实施方案中，本文提供的含有碳酸盐的组合物是使用CO₂气流形成的。在本发明的组合物中的碳酸钙可以含有来自任何数目的来源中的二氧化碳，这些来源包括但不限于：含有来自燃烧过程的烟气的工业废气流；来自化学处理工厂的烟气；来自产生作为副产物的CO₂的工厂的烟气；或它们的组合。在一些实施方案中，被隔离成本发明组合物中的碳酸钙的二氧化碳是源自化石燃料的燃烧，并且因此这些碳酸盐中的一些（例如，至少10%、50%、60%、70%、80%、90%、95%）或基本上所有（例如，至少99%、99.5%或99.9%）的碳是化石燃料来源的，即，是植物来源的。典型地，植物来源的碳与无机来源的碳具有不同的稳定同位素（¹³C和¹²C）之比。衍生出化石燃料的植物相比¹³C更优先利用¹²C，因此分馏了这些碳同位素，使得它们的比率与在大气中通常存在的比率不同。与标准值（PeeDeeBelemnite或PDB，标准）相比时，该值被称为碳同位素分馏（δ¹³C）值。典型地，煤的δ¹³C值是在-30‰至-20‰的范围内；甲烷的δ¹³C值可以低至-20‰至-40‰或甚至-40‰至-80‰；大气CO₂的δ¹³C值是-10‰至-7‰；对于石灰岩是+3‰至-3‰；并且对于海洋碳酸氢盐是0‰。

在一些实施方案中，如在此更详细说明的，在本发明的组合物中球霰石和/或其他多晶型物中的碳具有小于-12‰、-13‰、-14‰、-15‰、-20‰，或小于-25‰，或小于-30‰，或小于-35‰，或小于-45‰，或小于-50‰的δ¹³C。在一些实施方案中，本发明的组合物包含隔离CO₂的添加剂，该添加剂包括碳酸盐、碳酸氢盐或它们的组合，其中这些碳酸盐、碳酸氢盐或它们的组合具有小于-12‰的碳同位素分馏（δ¹³）值。

以‰（每千分之一）为单位的相对碳同位素组成（δ¹³C）值是相对于石化箭石标准（PDB标准），两种稳定的碳同位素即¹²C和¹³C的浓度比的量度。

δ¹³C‰=[(¹³C/¹²C_样品-¹³C/¹²C_PDB标准)/(¹³C/¹²C_PDB标准)]×1000

¹²C由于其较低的质量而优先被植物在光合作用过程以及其他使用无机碳的生物过程中吸收。与¹³C相比，¹²C的较低的质量允许在动力学上受限的反应更有效地进行。因此，自植物材料获得的物质，例如化石燃料，具有比自无机来源获得的物质更小的相对碳同位素组成值。由燃烧化石燃料而产生的烟气中的二氧化碳反映了被石化的有机材料的相对碳同位素组成值。

结合有来自化石燃料的碳的材料反映出类似于植物来源的材料的δ¹³C值，即，小于结合有来自大气或非植物海洋来源的碳的材料的值。由来自燃烧化石燃料的二氧化碳所产生的材料的δ¹³C值，可以通过测量该材料的δ¹³C值并确认它与大气二氧化碳或海洋碳源的值不相似而进行验证。以下的表I列出了不同碳源的相对碳同位素组成（δ¹³C）值范围以供比较。

表I

1.Holdgate,G.R.等人，Global and Planetary Chang，65(2009)第89-103页。

2.Elswick,E.R.等人，Applied Geochemistry，22(2007)第2065-2077页。

在一些实施方案中，本发明提供了一种通过测量其δ¹³C值来表征本发明的组合物的方法。可以使用任何适当的方法来测量δ¹³C值，如质谱法或离轴积分腔输出光谱技术（离轴ICOS）。可以使用任何对测量碳量足够敏感的质量辨识技术来发现¹³C与¹²C同位素浓度之比。可以通过二氧化碳中¹²C和¹³C同位素所形成的碳-氧双键中的能量差来测量δ¹³C值。碳酸盐的δ¹³C值可以用作CO₂气体源的指纹，因为该值可以在不同来源之间不同。在一些实施方案中，在本文提供的组合物中球霰石和/或多晶型物中的碳量可以根据本领域已知的任何适当的技术来确定。这样的技术包括但不限于库仑法。

在本文提供的方面和实施方案的一些实施方案中，组合物具有以下δ¹³C：小于-12‰；或小于-13‰；或小于-14‰；或小于-15‰；或小于-16‰；或小于-17‰；或小于-18‰；或小于-19‰；或小于-20‰；或小于-21‰；或小于-22‰；或小于-25‰；或小于-30‰；或小于-40‰；或小于-50‰；或小于-60‰；或小于-70‰；或小于-80‰；或小于-90‰；或小于-100‰；或从-12‰至-80‰；或从-12‰至-70‰；或从-12‰至-60‰；或从-12‰至-50‰；或从-12‰至-45‰；或从-12‰至-40‰；或从-12‰至-35‰；或从-12‰至-30‰；或从-12‰至-25‰；或从-12‰至-20‰；或从-12‰至-15‰；或从-13‰至-80‰；或从-13‰至-70‰；或从-13‰至-60‰；或从-13‰至-50‰；或从-13‰至-45‰；或从-13‰至-40‰；或从-13‰至-35‰；或从-13‰至-30‰；或从-13‰至-25‰；或从-13‰至-20‰；或从-13‰至-15‰；从-14‰至-80‰；或从-14‰至-70‰；或从-14‰至-60‰；或从-14‰至-50‰；或从-14‰至-45‰；或从-14‰至-40‰；或从-14‰至-35‰；或从-14‰至-30‰；或从-14‰至-25‰；或从-14‰至-20‰；或从-14‰至-15‰；或从-15‰至-80‰；或从-15‰至-70‰；或从-15‰至-60‰；或从-15‰至-50‰；或从-15‰至-45‰；或从-15‰至-40‰；或从-15‰至-35‰；或从-15‰至-30‰；或从-15‰至-25‰；或从-15‰至-20‰；或从-16‰至-80‰；或从-16‰至-70‰；或从-16‰至-60‰；或从-16‰至-50‰；或从-16‰至-45‰；或从-16‰至-40‰；或从-16‰至-35‰；或从-16‰至-30‰；或从-16‰至-25‰；或从-16‰至-20‰；或从-20‰至-80‰；或从-20‰至-70‰；或从-20‰至-60‰；或从-20‰至-50‰；或从-20‰至-40‰；或从-20‰至-35‰；或从-20‰至-30‰；或从-20‰至-25‰；或从-30‰至-80‰；或从-30‰至-70‰；或从-30‰至-60‰；或从-30‰至-50‰；或从-30‰至-40‰；或从-40‰至-80‰；或从-40‰至-70‰；或从-40‰至-60‰；或从-40‰至-50‰；或从-50‰至-80‰；或从-50‰至-70‰；或从-50‰至-60‰；或从-60‰至-80‰；或从-60‰至-70‰；或从-70‰至-80‰；或-12‰；或-13‰；或-14‰；或-15‰；或-16‰；或-17‰；或-18‰；或-19‰；或-20‰；或-21‰；或-22‰；或-25‰；或-30‰；或-40‰；或-50‰；或-60‰；或-70‰；或-80‰；或-90‰；或-100‰。

在一些实施方案中，在本文提供的组合物中的球霰石以及一种或多种多晶型物处于大于1:1的球霰石:一种或多种多晶型物的比率；或大于2:1的比率；或大于3:1的比率；或大于4:1的比率；或大于5:1的比率；或大于6:1的比率；或大于7:1的比率；或大于8:1的比率；或大于9:1的比率；或大于10:1的比率；或大于11:1的比率；或大于12:1的比率；或大于13:1的比率；或大于14:1的比率；或大于15:1的比率；或大于16:1的比率；或大于17:1的比率；或大于18:1的比率；或大于19:1的比率；或大于20:1的比率；或1:1的比率；或1:1至7:1的比率；或1:1至6:1的比率；或1::1至20:1的比率；或1:1至18:1的比率；或1:1至15:1的比率；或1:1至10:1的比率；或1:1至9:1的比率；或1:1至81至5:1的比率；或1:1至4:1的比率；或1:1至3:1的比率；或1:1至2:1的比率；或2:1至20:1的比率；或2:1至15:1的比率；或2:1至10:1的比率；或2:1至9:1的比率；或2:1至8:1的比率；或2:1至7:1的比率；或2:1至6:1的比率；或2:1至5:1的比率；或2:1至4:1的比率；或2:1至3:1的比率；或5:1至20:1的比率；或5:1至15:1的比率；或5:1至10:1的比率；或5:1至8:1的比率；或7:1至20:1的比率；或7:1至15:1的比率；或7:1至10:1的比率；或7:1至9:1的比率；或10:1至20:1的比率；或10:1至15:1的比率；或10:1至12:1的比率；或15:1至20:1的比率；或15:1至18:1的比率；或1:1的比率；或2:1的比率；或3:1的比率；或4:1的比率；或5:1的比率；或6:1的比率；或7:1的比率；或8:1的比率；或9:1的比率；或10:1的比率；或11:1的比率；或12:1的比率；或13:1的比率；或14:1的比率；或15:1的比率；或16:1的比率；或17:1的比率；或18:1的比率；或19:1的比率；或20:1的比率。

在一些实施方案中，在本文提供的组合物中的球霰石和多晶型物处于小于1:1；或0.1:1；或0.2:1；或0.3:1；或0.4:1；或0.5:1；或0.6:1；或0.7:1；或0.8:1；或0.9:1；或0.1:1-10:1；或0.2:1-10:1；或0.3:1-10:1；或0.4:1-10:1；或0.5:1-10:1；或0.6:1-10:1；或0.7:1-10:1；或0.8:1-10:1；或0.9:1-10:1的球霰石:一种或多种多晶型物的比率。

在本文提供的方面和实施方案的一些实施方案中，该组合物进一步包含1%w/w至85%w/w的霰石、1%w/w至85%w/w的方解石、1%w/w至85%w/w的六水碳钙石或它们的组合。

在一些实施方案中，在本文提供的方面和实施方案中的组合物进一步包含至少1%w/w的ACC和至少1%w/w的霰石；至少1%w/w的ACC和至少1%w/w的方解石；至少1%w/w的ACC和至少1%w/w的六水碳钙石；至少1%w/w的霰石和至少1%w/w的方解石；至少1%w/w的霰石和至少1%w/w的六水碳钙石；至少1%w/w的方解石和至少1%w/w的六水碳钙石；至少1%w/w的ACC、至少1%w/w的霰石和至少1%w/w的方解石；至少1%w/w的ACC、至少1%w/w的霰石和至少1%w/w的六水碳钙石；至少1%w/w的ACC、至少1%w/w的六水碳钙石和至少1%w/w的方解石；至少1%w/w的霰石、至少1%w/w的方解石和至少1%w/w的六水碳钙石；至少1%w/w的ACC、至少1%w/w的霰石、至少1%w/w的方解石和至少1%w/w的六水碳钙石。

在一些实施方案中，在本文提供的方面和实施方案中的组合物进一步包含至少1%w/w至90%w/w的ACC以及至少1%w/w至85%w/w的霰石；至少1%w/w至90%w/w的ACC以及至少1%w/w至85%w/w的方解石；至少1%w/w至90%w/w的ACC以及至少1%w/w至85%w/w的六水碳钙石；至少1%w/w至85%w/w的霰石以及至少1%w/w至85%w/w的方解石；至少1%w/w至85%w/w的霰石以及至少1%w/w至85%w/w的六水碳钙石；至少1%w/w至85%w/w的方解石以及至少1%w/w至85%w/w的六水碳钙石；至少1%w/w至90%w/w的ACC、至少1%w/w至85%w/w的霰石以及至少1%w/w至85%w/w的方解石；至少1%w/w至90%w/w的ACC、至少1%w/w至85%w/w的霰石以及至少1%w/w至85%w/w的六水碳钙石；至少1%w/w至90%w/w的ACC、至少1%w/w至85%w/w的六水碳钙石以及至少1%w/w至85%w/w的方解石；至少1%w/w至85%w/w的霰石、至少1%w/w至85%w/w的方解石以及至少1%w/w至85%w/w的六水碳钙石；至少1%w/w至90%w/w的ACC、至少1%w/w至85%w/w的霰石、至少1%w/w至85%w/w的方解石以及至少1%w/w至85%w/w的六水碳钙石。

在本文提供的方面和实施方案的一些实施方案中，组合物进一步包含至少1%w/w的霰石；或至少2%w/w的霰石；或至少5%w/w的霰石；或至少10%w/w的霰石；或至少20%w/w的霰石；或至少30%w/w的霰石；或至少40%w/w的霰石；或至少50%w/w的霰石；或至少60%w/w的霰石；或至少70%w/w的霰石；或至少80%w/w的霰石；或至少85%w/w的霰石；或1%w/w至85%w/w的霰石；或1%w/w至80%w/w的霰石；或1%w/w至70%w/w的霰石；或1%w/w至60%w/w的霰石；或1%w/w至50%w/w的霰石；或1%w/w至40%w/w的霰石；或1%w/w至30%w/w的霰石；或1%w/w至20%w/w的霰石；或1%w/w至10%w/w的霰石；或5%w/w至85%w/w的霰石；或5%w/w至80%w/w的霰石；或5%w/w至70%w/w的霰石；或5%w/w至60%w/w的霰石；或5%w/w至50%w/w的霰石；或5%w/w至40%w/w的霰石；或5%w/w至30%w/w的霰石；或5%w/w至20%w/w的霰石；或5%w/w至10%w/w的霰石；或10%w/w至85%w/w的霰石；或10%w/w至80%w/w的霰石；或10%w/w至70%w/w的霰石；或10%w/w至60%w/w的霰石；或10%w/w至50%w/w的霰石；或10%w/w至40%w/w的霰石；或10%w/w至30%w/w的霰石；或10%w/w至20%w/w的霰石；或20%w/w至85%w/w的霰石；或20%w/w至80%w/w的霰石；或20%w/w至70%w/w的霰石；或20%w/w至60%w/w的霰石；或20%w/w至50%w/w的霰石；或20%w/w至40%w/w的霰石；或20%w/w至30%w/w的霰石；或30%w/w至85%w/w的霰石；或30%w/w至80%w/w的霰石；或30%w/w至70%w/w的霰石；或30%w/w至60%w/w的霰石；或30%w/w至50%w/w的霰石；或30%w/w至40%w/w的霰石；或40%w/w至85%w/w的霰石；或40%w/w至80%w/w的霰石；或40%w/w至70%w/w的霰石；或40%w/w至60%w/w的霰石；或40%w/w至50%w/w的霰石；或50%w/w至85%w/w的霰石；或50%w/w至80%w/w的霰石；或50%w/w至70%w/w的霰石；或50%w/w至60%w/w的霰石；或60%w/w至85%w/w的霰石；或60%w/w至80%w/w的霰石；或60%w/w至70%w/w的霰石；或60%w/w至65%w/w的霰石；或70%w/w至85%w/w的霰石；或70%w/w至80%w/w的霰石；或70%w/w至75%w/w的霰石；或80%w/w至85%w/w的霰石；或1%w/w的霰石；或2%w/w的霰石；或5%w/w的霰石；或10%w/w的霰石；或20%w/w的霰石；或30%w/w的霰石；或40%w/w的霰石；或50%w/w的霰石；或60%w/w的霰石；或70%w/w的霰石；或80%w/w的霰石；或85%w/w的霰石。

在本文提供的方面和实施方案的一些实施方案中，组合物进一步包含至少1%w/w的方解石；或至少2%w/w的方解石；或至少5%w/w的方解石；或至少10%w/w的方解石；或至少20%w/w的方解石；或至少30%w/w的方解石；或至少40%w/w的方解石；或至少50%w/w的方解石；或至少60%w/w的方解石；或至少70%w/w的方解石；或至少80%w/w的方解石；或至少85%w/w的方解石；或1%w/w至85%w/w的方解石；或1%w/w至80%w/w的方解石；或1%w/w至75%w/w的方解石；或1%w/w至70%w/w的方解石；或1%w/w至65%w/w的方解石；或1%w/w至60%w/w的方解石；或1%w/w至55%w/w的方解石；或1%w/w至50%w/w的方解石；或1%w/w至45%w/w的方解石；或1%w/w至40%w/w的方解石；或1%w/w至35%w/w的方解石；或1%w/w至30%w/w的方解石；或1%w/w至25%w/w的方解石；或1%w/w至20%w/w的方解石；或1%w/w至15%w/w的方解石；或1%w/w至10%w/w的方解石；或5%w/w至85%w/w的方解石；或5%w/w至80%w/w的方解石；或5%w/w至70%w/w的方解石；或5%w/w至60%w/w的方解石；或5%w/w至50%w/w的方解石；或5%w/w至40%w/w的方解石；或5%w/w至30%w/w的方解石；或5%w/w至20%w/w的方解石；或5%w/w至10%w/w的方解石；或10%w/w至85%w/w的方解石；或10%w/w至80%w/w的方解石；或10%w/w至70%w/w的方解石；或10%w/w至60%w/w的方解石；或10%w/w至50%w/w的方解石；或10%w/w至40%w/w的方解石；或10%w/w至30%w/w的方解石；或10%w/w至20%w/w的方解石；或20%w/w至85%w/w的方解石；或20%w/w至80%w/w的方解石；或20%w/w至70%w/w的方解石；或20%w/w至60%w/w的方解石；或20%w/w至50%w/w的方解石；或20%w/w至40%w/w的方解石；或20%w/w至30%w/w的方解石；或30%w/w至85%w/w的方解石；或30%w/w至80%w/w的方解石；或30%w/w至70%w/w的方解石；或30%w/w至60%w/w的方解石；或30%w/w至50%w/w的方解石；或30%w/w至40%w/w的方解石；或40%w/w至85%w/w的方解石；或40%w/w至80%w/w的方解石；或40%w/w至70%w/w的方解石；或40%w/w至60%w/w的方解石；或40%w/w至50%w/w的方解石；或50%w/w至85%w/w的方解石；或50%w/w至80%w/w的方解石；或50%w/w至70%w/w的方解石；或50%w/w至60%w/w的方解石；或60%w/w至85%w/w的方解石；或60%w/w至80%w/w的方解石；或60%w/w至70%w/w的方解石；或60%w/w至65%w/w的方解石；或70%w/w至85%w/w的方解石；或70%w/w至80%w/w的方解石；或70%w/w至75%w/w的方解石；或80%w/w至85%w/w的方解石；或1%w/w的方解石；或2%w/w的方解石；或5%w/w的方解石；或10%w/w的方解石；或20%w/w的方解石；或30%w/w的方解石；或40%w/w的方解石；或50%w/w的方解石；或60%w/w的方解石；或70%w/w的方解石；或80%w/w的方解石；或85%w/w的方解石。

本文提供的组合物可以包含多种不同的阳离子，例如但不限于：钙、镁、钠、钾、硫、硼、硅、锶以及它们的组合，其中碳酸盐矿物包括但不限于：碳酸钙矿物、碳酸镁矿物以及碳酸钙镁矿物。本发明的组合物中的碳酸钙矿物包括但不限于：单独的或与以下物质组合的球霰石：方解石、霰石、六水碳钙石、非晶碳酸钙、球霰石的前体相、霰石的前体相、不及方解石稳定的中间相、介于这些多晶型物之间的多晶形式，或它们的组合。这些碳酸盐矿物还可以与碳酸镁矿物组合地存在。碳酸镁矿物包括但不限于：菱镁矿（MgCO₃）、水碳镁矿（MgCO₃.2H₂O）、碳氢镁石（MgCO₃.3H₂O）、五水碳酸镁（lanfordite）（MgCO₃.5H₂O）以及非晶碳酸镁钙（MgCO₃.nH₂O）。在本发明的组合物中的碳酸盐矿物也能与碳酸钙镁矿物组合地存在，该碳酸钙镁矿物包括但不限于：白云石（CaMgCO₃）、碳钙镁石（CaMg(CO₃)₄）以及水碳镁钙石（Ca₂Mg₁₁(CO₃)₁₃.H₂O）。可以在本发明的组合物中存在的其他钙矿物是氢氧钙石（Ca(OH)₂）及其非晶水合类似物。可以在本发明的组合物中存在的其他镁矿物是水镁石（Mg(OH)₂）及其非晶水合类似物。

在本文提供的方面和实施方案的一些实施方案中，组合物进一步包含锶（Sr）。在一些实施方案中，Sr在该组合物中存在的量是1-50,000百万分率（ppm）；或1-10,000ppm；或1-5,000ppm；或1-1,000ppm；或3-50,000ppm；或3-10,000ppm；或3-9,000ppm；或3-8,000ppm；或3-7,000ppm；或3-6,000ppm；或3-5,000ppm；或3-4,000ppm；或3-3,000ppm；或3-2,000ppm；或3-1,000ppm；或3-900ppm；或3-800ppm；或3-700ppm；或3-600ppm；或3-500ppm；或3-400ppm；或3-300ppm；或3-200ppm；或3-100ppm；或3-50ppm；或3-10ppm；或10-50,000ppm；或10-10,000ppm；或10-9,000ppm；或10-8,000ppm；或10-7,000ppm；或10-6,000ppm；或10-5,000ppm；或10-4,000ppm；或10-3,000ppm；或10-2,000ppm；或10-1,000ppm；或10-900ppm；或10-800ppm；或10-700ppm；或10-600ppm；或10-500ppm；或10-400ppm；或10-300ppm；或10-200ppm；或10-100ppm；或10-50ppm；或100-50,000ppm；或100-10,000ppm；或100-9,000ppm；或100-8,000ppm；或100-7,000ppm；或100-6,000ppm；或100-5,000ppm；或100-4,000ppm；或100-3,000ppm；或100-2,000ppm；或100-1,000ppm；或100-900ppm；或100-800ppm；或100-700ppm；或100-600ppm；或100-500ppm；或100-400ppm；或100-300ppm；或100-200ppm；或200-50,000ppm；或200-10,000ppm；或200-1,000ppm；或200-500ppm；或500-50,000ppm；或500-10,000ppm；或500-1,000ppm；或10ppm；或100ppm；或200ppm；或500ppm；或1000ppm；或5000ppm；或8000ppm；或10,000ppm。

在一些实施方案中，上述Sr存在于球霰石的晶格中。在一些实施方案中，上述Sr存在于霰石的晶格中。在一些实施方案中，上述Sr存在于方解石的晶格中。在一些实施方案中，上述Sr存在于六水碳钙石的晶格中。在一些实施方案中，上述Sr存在于球霰石、霰石、方解石和六水碳钙石中的一种或多种的晶格中。在一些实施方案中，Sr被包裹在碳酸盐矿物中。

本发明中采用的水可以是淡水、咸水或含有碱土金属的水，这取决于采用该水的方法。在一些实施方案中，该方法中采用的水包含一种或多种碱土金属，例如镁、钙等。在本发明中可以采用的不同类型的水在下面描述。在一些实施方案中，水含有一定量的钙，其范围是从50至20,000ppm；或50至10,000ppm；或50至5,000ppm；或50至1,000ppm；或50至500ppm；或50至100ppm；或100至20,000ppm；或100至10,000ppm；或100至5,000ppm；或100至1,000ppm；或100至500ppm；或500至20,000ppm；或500至10,000ppm；或500至5,000ppm；或500至1,000ppm；或1,000至20,000ppm；或1,000至10,000ppm；或1,000至5,000ppm；或5,000至20,000ppm；或5,000至10,000ppm；或10,000至20,000ppm。

在一些实施方案中，水含有一定量的镁，其范围是从50至20,000ppm；或50至10,000ppm；或50至5,000ppm；或50至1,000ppm；或50至500ppm；或50至100ppm；或100至20,000ppm；或100至10,000ppm；或100至5,000ppm；或100至1,000ppm；或100至500ppm；或500至20,000ppm；或500至10,000ppm；或500至5,000ppm；或500至1,000ppm；或1,000至20,000ppm；或1,000至10,000ppm；或1,000至5,000ppm；或5,000至20,000ppm；或5,000至10,000ppm；或10,000至20,000ppm。

在某些实施方案中，该组合物具有一定的钙/镁比，该比率受到它从中沉淀出的水源的影响并且因此反映了该水源，例如含有的镁多于钙的海水，或者例如可含有为海水的一百倍的钙含量的某些盐水；该钙/镁比也反映了多个因素，如在生产工艺过程中含钙和/或镁的物质的添加，例如飞灰、红泥、炉渣或其他含钙和/或镁的工业废料的使用，或含钙和/或镁的矿物如镁铁质和超镁铁质矿物例如蛇纹石、橄榄石等的使用。由于原材料以及在生产过程中添加的材料有很大相同，钙/镁摩尔比在本文提供的组合物和方法的不同实施方案中可以广泛变化，并且实际上在某些实施方案中，该比率可以根据该组合物的预期用途进行调整。

在本文提供的方面和实施方案的一些实施方案中，该组合物进一步包含镁（Mg）。在一些实施方案中，Mg作为碳酸镁存在。在一些实施方案中，钙与镁之比（Ca:Mg）或球霰石与碳酸镁之比大于1:1；或大于2:1的比率；或大于3:1的比率；或大于4:1的比率；或大于5:1的比率；或大于6:1的比率；或大于7:1的比率；或大于8:1的比率；或大于9:1的比率；或大于10:1的比率；或大于15:1的比率；或大于20:1的比率；或大于30:1的比率；或大于40:1的比率；或大于50:1的比率；或大于60:1的比率；或大于70:1的比率；或大于80:1的比率；或大于90:1的比率；或大于100:1的比率；或大于150:1的比率；或大于200:1的比率；或大于250:1的比率；或大于300:1的比率；或大于350:1的比率；或大于400:1的比率；或大于450:1的比率；或大于500:1的比率；或1:1至500:1的比率；或1:1至450:1的比率；或1:1至400:1的比率；或1:1至350:1的比率；或1:1至300:1的比率；或1:1至250:1的比率；或1:1至200:1的比率；或1:1至150:1的比率；或1:1至100:1的比率；或1:1至50:1的比率；或1:1至25:1的比率；或1:1至10:1的比率；或5:1至500:1的比率；或5:1至450:1的比率；或5:1至400:1的比率；或5:1至350:1的比率；或5:1至300:1的比率；或5:1至250:1的比率；或5:1至200:1的比率；或5:1至150:1的比率；或5:1至100:1的比率；或5:1至50:1的比率；或5:1至25:1的比率；或5:1至10:1的比率；或50:1至500:1的比率；或50:1至450:1的比率；或50:1至400:1的比率；或50:1至350:1的比率；或50:1至300:1的比率；或50:1至250:1的比率；或50:1至200:1的比率；或50:1至150:1的比率；或50:1至100:1的比率；或1:1的比率；或2:1的比率；或3:1的比率；或4:1的比率；或5:1的比率；或6:1的比率；或7:1的比率；或8:1的比率；或9:1的比率；或10:1的比率；或11:1的比率；或15:1的比率；或20:1的比率；或30:1的比率；或40:1的比率；或50:1的比率；或60:1的比率；或70:1的比率；或80:1的比率；或90:1的比率；或100:1的比率；或150:1的比率；或200:1的比率；或250:1的比率；或300:1的比率；或350:1的比率；或400:1的比率；或450:1的比率；或500:1。在一些实施方案中，钙与镁之比（Ca:Mg）在2:1至5:1之间，或大于4:1，或是4:1。在一些实施方案中，此处的比率是摩尔比率或重量（如，克、mg或ppm）比率。

在一些实施方案中，镁与钙之比（Mg:Ca）或碳酸镁与球霰石之比在1:1至10:1之间；或在2:1至10:1之间；或在3:1至10:1之间；或在4:1至10:1之间；或在5:1至10:1之间；或在6:1至10:1之间；或在7:1至10:1之间；或在8:1至10:1之间；或在9:1至10:1。

在一些实施方案中，本文提供的组合物中存在的Mg的量小于2%w/w；或小于1.5%w/w；或小于1%w/w；或小于0.5%w/w；或小于0.1%w/w；或在0.1%w/w Mg至5%w/w Mg之间；或在0.1%w/wMg至2%w/w Mg之间；或在0.1%w/w Mg至1.5%w/w Mg之间；或在0.1%w/w Mg至1%w/w Mg之间；或在0.1%w/w Mg至0.5%w/wMg之间。

或者，在一些实施方案中，钙与镁之比（Ca:Mg）是0.1；或0.2；或0.3；或0.4；或0.5。

在一些实施方案中，本文提供的组合物进一步包含钠。在这样的组合物中，钠的存在量小于100,000ppm；或小于80,000ppm；或小于50,000ppm；或小于20,000ppm；或小于15,000ppm；或小于10,000ppm；或小于5,000ppm；或小于1,000ppm；或小于500ppm；或小于400ppm；或小于300ppm；或小于200ppm；或小于100ppm；或在100ppm至100,000ppm之间；或在100ppm至50,000ppm之间；或在100ppm至30,000ppm之间；或在100ppm至20,000ppm之间；或在100ppm至15,000ppm之间；或在100ppm至10,000ppm之间；或在100ppm至5,000ppm之间；或在100ppm至1,000ppm之间；或在100ppm至500ppm之间；或在100ppm至400ppm之间；或在100ppm至300ppm之间；或在100ppm至200ppm之间；或在500ppm至100,000ppm之间；或在500ppm至50,000ppm之间；或在500ppm至30,000ppm之间；或在500ppm至20,000ppm之间；或在500ppm至15,000ppm之间；或在500ppm至10,000ppm之间；或在500ppm至5,000ppm之间；或在500ppm至1,000ppm之间；或在1000ppm至100,000ppm之间；或在1000ppm至50,000ppm之间；或在1000ppm至30,000ppm之间；或在1000ppm至20,000ppm之间；或在1000ppm至15,000ppm之间；或在1000ppm至10,000ppm之间；或在1000ppm至5,000ppm之间；或在5000ppm至100,000ppm之间；或在5000ppm至50,000ppm之间；或在10,000ppm至100,000ppm之间；或在10,000ppm至50,000ppm之间；或在50,000ppm至100,000ppm之间；或为20,000ppm；或15,000ppm；或10,000ppm；或5,000ppm；或1,000ppm；或500ppm；或400ppm；或300ppm；或200ppm；或100ppm。

在一些实施方案中，本文提供的组合物不含磷酸钙。在一些实施方案中，该组合物包含磷酸钙。在这样的组合物中，磷酸钙的量小于20,000ppm；或小于15,000ppm；或小于10,000ppm；或小于5,000ppm；或小于1,000ppm；或小于500ppm；或小于400ppm；或小于300ppm；或小于200ppm；或小于100ppm；或在100ppm至20,000ppm之间；或在100ppm至15,000ppm之间；或在100ppm至10,000ppm之间；或在100ppm至5,000ppm之间；或在100ppm至1,000ppm之间；或在100ppm至500ppm之间；或在100ppm至400ppm之间；或在100ppm至300ppm之间；或在100ppm至200ppm之间；或为20,000ppm；或15,000ppm；或10,000ppm；或5,000ppm；或1,000ppm；或500ppm；或400ppm；或300ppm；或200ppm；或100ppm。

在一些实施方案中，本文提供的组合物是具有0.1-100微米的平均粒度的微粒组合物。该平均粒度可以使用任何常规的粒度测定方法来确定，例如但不限于多检测器激光散射或筛分（即，<38微米）。在某些实施方案中，存在单峰或多峰（例如双峰或其他）分布。双峰分布使表面积最小化，因此允许水泥具有更低的液体/固体质量比，而仍提供更小的反应性颗粒以供早期反应。在这样的情况下，较大尺寸等级的平均粒度可以高达1000微米（1mm）。在一些实施方案中，本文提供的组合物是具有以下平均粒度的微粒组合物：0.1-1000微米；或0.1-900微米；或0.1-800微米；或0.1-700微米；或0.1-600微米；或0.1-500微米；或0.1-400微米；或0.1-300微米；或0.1-200微米；或0.1-100微米；或0.1-90微米；或0.1-80微米；或0.1-70微米；或0.1-60微米；或0.1-50微米；或0.1-40微米；或0.1-30微米；或0.1-20微米；或0.1-10微米；或0.1-5微米；或0.5-100微米；或0.5-90微米；或0.5-80微米；或0.5-70微米；或0.5-60微米；或0.5-50微米；或0.5-40微米；或0.5-30微米；或0.5-20微米；或0.5-10微米；或0.5-5微米；或1-100微米；或1-90微米；或1-80微米；或1-70微米；或1-60微米；或1-50微米；或1-40微米；或1-30微米；或1-20微米；或1-10微米；或1-5微米；或3-100微米；或3-90微米；或3-80微米；或3-70微米；或3-60微米；或3-50微米；或3-40微米；或3-30微米；或3-20微米；或3-10微米；或3-8微米；或5-100微米；或5-90微米；或5-80微米；或5-70微米；或5-60微米；或5-50微米；或5-40微米；或5-30微米；或5-20微米；或5-10微米；或5-8微米；或8-100微米；或8-90微米；或8-80微米；或8-70微米；或8-60微米；或8-50微米；或8-40微米；或8-30微米；或8-20微米；或8-10微米；或10-100微米；或10-90微米；或10-80微米；或10-70微米；或10-60微米；或10-50微米；或10-40微米；或10-30微米；或10-20微米；或10-15微米；或15-100微米；或15-90微米；或15-80微米；或15-70微米；或15-60微米；或15-50微米；或15-40微米；或15-30微米；或15-20微米；或20-100微米；或20-90微米；或20-80微米；或20-70微米；或20-60微米；或20-50微米；或20-40微米；或20-30微米；或30-100微米；或30-90微米；或30-80微米；或30-70微米；或30-60微米；或30-50微米；或30-40微米；或40-100微米；或40-90微米；或40-80微米；或40-70微米；或40-60微米；或40-50微米；或50-100微米；或50-90微米；或50-80微米；或50-70微米；或50-60微米；或60-100微米；或60-90微米；或60-80微米；或60-70微米；或70-100微米；或70-90微米；或70-80微米；或80-100微米；或80-90微米；或0.1微米；或0.5微米；或1微米；或2微米；或3微米；或4微米；或5微米；或8微米；或10微米；或15微米；或20微米；或30微米；或40微米；或50微米；或60微米；或70微米；或80微米；或100微米。例如，在一些实施方案中，本文提供的组合物是具有如下平均粒度的微粒组合物：0.1-20微米；或0.1-15微米；或0.1-10微米；或0.1-8微米；或0.1-5微米；或1-5微米；或5-10微米。

在一些实施方案中，该组合物包含一种或多种在该组合物中的不同尺寸的颗粒。在一些实施方案中，该组合物包含两种或更多种、或三种或更多种、或四种或更多种、或五种或更多种、或十种或更多种、或20种或更多种、或3-20种、或4-10种在该组合物中的不同尺寸的颗粒。例如，该组合物可以包含两种或更多种、或三种或更多种、或3-20种颗粒，其范围从0.1-10微米、10-50微米、50-100微米、100-200微米、200-500微米、500-1000微米和/或亚微米尺寸的颗粒。

在一些实施方案中，本文提供的组合物可以包含不同的颗粒形态，例如但不限于细的或分散的以及大的或凝聚的。

处于粉末形式的或在水泥凝固和/或硬化之后的组合物的堆积密度可以改变。在一些实施方案中，本文提供的组合物具有以下的堆积密度：在75lb/ft³-170lb/ft³之间；或在75lb/ft³-160lb/ft³之间；或在75lb/ft³-150lb/ft³之间；或在75lb/ft³-140lb/ft³之间；或在75lb/ft³-130lb/ft³之间；或在75lb/ft³-125lb/ft³之间；或在75lb/ft³-120lb/ft³之间；或在75lb/ft³-110lb/ft³之间；或在75lb/ft³-100lb/ft³之间；或在75lb/ft³-90lb/ft³之间；或在75lb/ft³-80lb/ft³之间；或在80lb/ft³-170lb/ft³之间；或在80lb/ft³-160lb/ft³之间；或在80lb/ft³-150lb/ft³之间；或在80lb/ft³-140lb/ft³之间；或在80lb/ft³-130lb/ft³之间；或在80lb/ft³-125lb/ft³之间；或在80lb/ft³-120lb/ft³之间；或在80lb/ft³-110lb/ft³之间；或在80lb/ft³-100lb/ft³之间；或在80lb/ft³-90lb/ft³之间；或在90lb/ft³-170lb/ft³之间；或在90lb/ft³-160lb/ft³之间；或在90lb/ft³-150lb/ft³之间；或在90lb/ft³-140lb/ft³之间；或在90lb/ft³-130lb/ft³之间；或在90lb/ft³-125lb/ft³之间；或在90lb/ft³-120lb/ft³之间；或在90lb/ft³-110lb/ft³之间；或在90lb/ft³-100lb/ft³之间；或在90lb/ft³-90lb/ft³之间；或在100lb/ft³-170lb/ft³之间；或在100lb/ft³-160lb/ft³之间；或在100lb/ft³-150lb/ft³之间；或在100lb/ft³-140lb/ft³之间；或在100lb/ft³-130lb/ft³之间；或在100lb/ft³-125lb/ft³之间；或在100lb/ft³-120lb/ft³之间；或在100lb/ft³-110lb/ft³之间；或在110lb/ft³-170lb/ft³之间；或在110lb/ft³-160lb/ft³之间；或在110lb/ft³-150lb/ft³之间；或在110lb/ft³-140lb/ft³之间；或在110lb/ft³-130lb/ft³之间；或在110lb/ft³-125lb/ft³之间；或在110lb/ft³-120lb/ft³之间；或在120lb/ft³-170lb/ft³之间；或在120lb/ft³-160lb/ft³之间；或在120lb/ft³-150lb/ft³之间；或在120lb/ft³-140lb/ft³之间；或在120lb/ft³-130lb/ft³之间；或在120lb/ft³-125lb/ft³之间；或在130lb/ft³-170lb/ft³之间；或在130lb/ft³-160lb/ft³之间；或在130lb/ft³-150lb/ft³之间；或在130lb/ft³-140lb/ft³之间；或在140lb/ft³-170lb/ft³之间；或在140lb/ft³-160lb/ft³之间；或在140lb/ft³-150lb/ft³之间；或在150lb/ft³-170lb/ft³之间；或在150lb/ft³-160lb/ft³之间；或在160lb/ft³-170lb/ft³之间；或75lb/ft³；或80lb/ft³；或85lb/ft³；或90lb/ft³；或95lb/ft³；或100lb/ft³；或110lb/ft³；或120lb/ft³；或130lb/ft³；或140lb/ft³；或150lb/ft³；或160lb/ft³；或170lb/ft³。

构成水泥的组分的表面积可以变化。在一些实施方案中，本文提供的组合物具有足以在与液体组合之后提供液体与固体的比率（如在此说明的）以产生可凝固组合物的平均表面积。在一些实施方案中，平均表面积的范围是从0.5m²/gm-50m²/gm。该表面积可以使用布朗诺尔-埃米特-泰勒（BET）表面积分析法中描述的表面积测定方案来确定。在一些实施方案中，本文提供的组合物具有如下的平均表面积：0.5m²/gm-50m²/gm；或0.5m²/gm-45m²/gm；或0.5m²/gm-40m²/gm；或0.5m²/gm-35m²/gm；或0.5m²/gm-30m²/gm；或0.5m²/gm-25m²/gm；或0.5m²/gm-20m²/gm；或0.5m²/gm-15m²/gm；或0.5m²/gm-10m²/gm；或0.5m²/gm-5m²/gm；或0.5m²/gm-4m²/gm；或0.5m²/gm-2m²/gm；或0.5m²/gm-1m²/gm；或1m²/gm-50m²/gm；或1m²/gm-45m²/gm；或1m²/gm-40m²/gm；或1m²/gm-35m²/gm；或1m²/gm-30m²/gm；或1m²/gm-25m²/gm；或1m²/gm-20m²/gm；或1m²/gm-15m²/gm；或1m²/gm-10m²/gm；或1m²/gm-5m²/gm；或1m²/gm-4m²/gm；或1m²/gm-2m²/gm；或2m²/gm-50m²/gm；或5m²/gm-50m²/gm；或8m²/gm-50m²/gm；或10m²/gm-50m²/gm；或15m²/gm-50m²/gm；或20m²/gm-50m²/gm；或30m²/gm-50m²/gm；或40m²/gm-50m²/gm；或0.5m²/gm；或1m²/gm；或2m²/gm；或5m²/gm；或10m²/gm；或15m²/gm；或20m²/gm；或30m²/gm；或40m²/gm；或50m²/gm。在一些实施方案中，本文提供的组合物包括颗粒的混合物，例如但不限于具有不同表面积的两种或更多种、三种或更多种、或四种或更多种、或5-10、或10-20、或1-20、或1-50种颗粒。

在一些实施方案中，在本文提供的方面和实施方案中，该组合物具有大于-25毫伏（mV）的ζ电位。ζ电位是在分散介质与附着在被分散的颗粒上的静止流体层之间的电位差。ζ电位表明了分散体中相邻的相似颗粒之间的排斥程度。当ζ电位高时，这些颗粒可能排斥并抵抗聚集，从而导致颗粒在介质中的高度分散。当ζ电位低时，吸引力可能超过排斥力，从而使得分散体破坏而颗粒絮凝。不受任何理论所限制，提出了颗粒在组合物中的高分散可以有助于该组合物的SCM特性，其中该SCM组合物可能不容易絮凝并且可以作为SCM而加入波特兰水泥中。颗粒在该组合物中的低分散可能造成该组合物的凝固和硬化，从而使得水泥适合作为水硬水泥。颗粒在该组合物中的低分散还可能造成该组合物的凝固和硬化，从而使得水泥适合作为自胶结材料。稳定剂可影响碳酸盐颗粒的表面电荷和/或ζ电位。测定ζ电位的实验技术是本领域公知的并且包括但不限于：电泳如微量电泳以及电泳光散射。

在本文提供的方面和实施方案的一些实施方案中，所述组合物包括的ζ电位大于-20mV；或大于-15mV；或大于-10mV；或大于-5mV；或大于-1mV；或大于1mV；或大于2mV；或大于3mV；或大于5mV；或大于10mV；或大于15mV；或大于20mV；或大于25mV；或大于30mV；或大于35mV；或大于40mV；或大于45mV；或大于50mV；或小于45mV；或小于40mV；或小于35mV；或小于30mV；或小于25mV；或小于20mV；或小于15mV；或小于10mV；或小于5mV；或小于1mV；或小于-1mV；或小于-5mV；或小于-10mV；或小于-20mV；或小于-25mV；或在+50mV至-25mV之间；或在+1mV至-25mV之间；或在-1mV至-25mV之间；或在-10mV至-5mV之间；或在-15mV至-5mV之间；或在-20mV至-5mV之间；或在-25mV至-5mV之间；或在+25mV至-1mV之间；或在+20mV至-1mV之间；或在+15mV至-1mV之间；或在+10mV至-1mV之间；或在+5mV至-1mV之间；或在+1mV至-1mV之间；或在-5mV至-1mV之间；或在-10mV至-1mV之间；或在-15mV至-1mV之间；或在-20mV至-1mV之间；或在-25mV至-1mV之间；或在25mV至5mV之间；或在20mV至5mV之间；或在15mV至5mV之间；或在10mV至5mV之间；或在1mV至5mV之间；或在-1mV至+5mV之间；或在-5mV至+5mV之间；或在5mV至20mV之间；或在1mV至20mV之间；或在-1mV至+20mV之间；或在-5mV至+20mV之间；或在-10mV至+20mV之间；或在-15mV至+20mV之间；或在-20mV至+20mV之间；或在-25mV至+20mV之间；或在20mV至25mV之间；或在15mV至25mV之间；或在10mV至25mV之间；或在5mV至25mV之间；或在1mV至25mV之间；或在-1mV至+25mV之间；或在-5mV至+25mV之间；或在-10mV至+25mV之间；或在-15mV至+25mV之间；或在-20mV至+25mV之间。例如，在本文提供的方面和实施方案中，该组合物包括的ζ电位在10mV至45mV之间；或在15mV至45mV之间；或在20mV至45mV之间；或在25mV至45mV之间；或在30mV至45mV之间；或在35mV至45mV之间；或在40mV至45mV之间。在一些实施方案中，本文提供的组合物包括具有不同ζ电位的颗粒的混合物。例如，在该组合物中的两种或更多种、或三种或更多中颗粒、或3-20种颗粒可以具有不同的ζ电位。

在一些实施方案中，所述组合物中的钙与碳酸根之比可以影响该组合物的ζ电位。在一些实施方案中，稳定剂与亚稳碳酸盐之比可以影响该组合物的ζ电位。不受任何理论所限制，提出了较高的钙与碳酸根之比可以产生较高的ζ电位或正的ζ电位，而较低的钙与碳酸根之比可以产生较低的ζ电位或负的ζ电位。在一些实施方案中，在该组合物中的钙或钙离子与碳酸盐或碳酸根离子之比（钙:碳酸盐）大于1:1；或大于1.5:1；或大于2:1；或大于2.5:1；或大于3:1；或大于3.5:1；或大于4:1；或大于4.5:1；或大于5:1；或在1:1至5:1的范围内；或在1.5:1至5:1的范围内；或在2:1至5:1的范围内；或在3:1至5:1的范围内；或在4:1至5:1的范围内；或在1:1至4:1的范围内；或在1.5:1至4:1的范围内；或在2:1至4:1的范围内；或在3:1至4:1的范围内；或在1:1至3:1的范围内；或在1.5:1至3:1的范围内；或在2:1至3:1的范围内；或在1:1至2:1的范围内；或在1.5:1至2:1的范围内；或在1.5:1至1:1的范围内；或在1.2:1至1.8:1的范围内；或是1:1；或是1.5:1；或是2:1；或是2.5:1；或是3:1；或是3.5:1；或是4:1；或是4.5:1；或是5:1。在一些实施方案中，该组合物中的钙:碳酸根之比是1.5:1，或1:1，或2:1。

在一些实施方案中，在该组合物中的碳酸盐或碳酸根离子与钙或钙离子之比（碳酸盐:钙）大于1:1；或大于1.5:1；或大于2:1；或大于2.5:1；或大于3:1；或大于3.5:1；或大于4:1；或大于4.5:1；或大于5:1的范围内；或在1:1至5:1的范围内；或在1.5:1至5:1的范围内；或在2:1至5:1的范围内；或在3:1至5:1的范围内；或在4:1至5:1的范围内；或在1:1至4:1的范围内；或在1.5:1至4:1的范围内；或在2:1至4:1的范围内；或在3:1至4:1的范围内；或在1:1至3:1的范围内；或在1.5:1至3:1的范围内；或在2:1至3:1的范围内；或在1:1至2:1的范围内；或在1.5:1至2:1的范围内；或在1.5:1至1:1；或是1:1；或是1.5:1；或是2:1；或是2.5:1；或是3:1；或是3.5:1；或是4:1；或是4.5:1；或是5:1。在一些实施方案中，该组合物中的碳酸盐与钙之比（碳酸盐:钙）之比是1.5:1，或1:1，或2:1。

在一些实施方案中，本发明的组合物包括在100:1或10:1或1:1的范围内的碳酸根与氢氧根之比（碳酸根:氢氧根）。

在一些实施方案中，这些组合物包含例如二价阳离子（例如钙或镁）的碳酸盐与碳酸氢盐组合的多晶型物；在一些情况下，该组合物包含基本上全部的碳酸盐多晶型物，或基本上全部的碳酸氢盐多晶型物，或一定比率的碳酸盐与碳酸氢盐多晶型物。碳酸盐与碳酸氢盐的摩尔比可以是任何适当的比率，例如500/1至100/1、100/1至1/100、或50/1至1/50、或25/1至1/25、或10/1至1/10、或2/1至1/2、或约1/1的碳酸盐:碳酸氢盐之比，或基本上全部是碳酸盐或基本上全部是碳酸氢盐。

在一些实施方案中，当本文提供的组合物来源于咸水源时，它们可以包含一种或多种在该咸水源中存在的组分，这些组分可以帮助标识来自该咸水源的这些组合物。这些标识性组分及其量在此统称为咸水源标识物或“标记物”。例如，如果该咸水源是海水，则可以存在于该组合物中的标识性组分包括但不限于：氯化物、钠、硫、钾、溴化物、硅、锶等。任何这样的来源标识要素或标记物要素一般是少量存在的，例如其量为20,000ppm或更小，例如其量为2000ppm或更小。在某些实施方案中，这些标记物化合物是锶或镁。这些组合物的咸水源标识物可以根据用来生产这种咸水衍生的组合物的具体咸水源而变化。在一些实施方案中，该组合物的特征为具有标识水源的碳酸根与氢氧根的配合比，其中在某些实施方案中，该碳酸根:氢氧根之比的范围是100比1，例如10比1，并且包括1比1。

在一些实施方案中，本文提供的组合物进一步包含氮氧化物，硫氧化物，汞，金属，氮氧化物、硫氧化物、汞和/或金属中的任何一种的衍生物，或它们的组合。氮氧化物和硫氧化物的衍生物包括但不限于硝酸盐、亚硝酸盐、硫酸盐和亚硫酸盐等。汞和/或金属能以其衍生化形式存在，例如氧化物和/或氢氧化物，或者汞和/或金属能以非衍生化形式被包裹在或存在于本发明的组合物中。在一些实施方案中，本文提供的组合物进一步包含一种或多种另外的组分，包括但不限于：高炉矿渣、飞灰、硅藻土以及其他天然或人造火山灰、硅灰、石灰岩、石膏、熟石灰、加气剂、阻滞剂、防水材料和着色剂。可以加入这些组分以改变水泥的特性，例如提供所希望的强度获得、提供所希望的凝固时间等。这样的组分在本发明的给定组合物中存在的量可以变化，并且在某些实施方案中，这些组分的量值范围是从1%w/w至50%w/w，或10%w/w至50%w/w，例如2%w/w至10%w/w。

在一些实施方案中，硅石矿物可以与本发明的球霰石组合物共同存在。这些化合物可以是非晶性质的或结晶的。在一些实施方案中，该硅石可以处于蛋白石-A（非晶硅石）的形式，典型地在燧石岩中存在。在以上列出的多晶型物的结晶区域中可以形成钙镁碳酸盐硅酸盐非晶化合物。也可以形成非碳酸盐的硅酸盐矿物。海泡石是一种黏土矿物，一种复杂的硅酸镁，其典型的通式为Mg₄Si₆O₁₅(OH)₂.6H₂O。它能以纤维状、细微粒和固体形式存在。也可以形成硅酸盐碳酸盐矿物。在这些条件下可以形成碳硅碱钙石KNa₄Ca₄(CO₃)₄Si₈O₁₈(F,OH).H₂O，即水合的钾钠钙碳酸盐硅酸盐。像层状硅酸盐子类中的任何成员一样，碳硅碱钙石的结构是分层的，具有交替的硅酸盐薄片以及钾、钠和钙层。不同于其他层状硅酸盐，碳硅碱钙石的硅酸盐薄片由互连的四元和八元环构成。这些薄片可以被认为类似于具有交替的八边形和正方形孔洞的丝网。八边形和正方形均具有四重对称性，并且正是这个为碳硅碱钙石提供了其正方对称性4/m2/m2/m。仅有碳硅碱钙石以及鱼眼石族中的其他成员具有这种独特的互连四元和八元环结构。

在一些实施方案中，本文提供的组合物进一步包含地质聚合物。如在此使用的，“地质聚合物”是本领域中常规已知的，并且包括矿物分子的链或网络，包括氧化铝二氧化硅链，例如-Si-O-Si-O-硅氧基、聚(硅氧基)；-Si-O-Al-O-硅铝酸盐（sialate），聚(硅铝酸盐)；Si-O-Al-O-Si-O-硅铝酸盐-硅氧基，聚(硅铝酸盐-硅氧基)；Si-O-Al-O-Si-O-Si-O-硅铝酸盐-二硅氧基，聚(硅铝酸盐-二硅氧基)；-P-O-P-O-磷酸盐，聚(磷酸盐)；-P-O-Si-O-P-O-磷-硅氧基，聚(磷-硅氧基)；-P-O-Si-O-Al-O-P-O-磷-硅铝酸盐，聚(磷-硅铝酸盐)；以及-(R)-Si-O-Si-O-(R)有机-硅氧基，聚硅氧烷。地质聚合物包括但不限于：基于水玻璃的地质聚合物，基于高岭土/水方钠石的地质聚合物，基于偏高岭土MK-750的地质聚合物，基于钙的地质聚合物，基于岩石的地质聚合物，基于硅石的地质聚合物，基于飞灰的地质聚合物，基于磷酸盐的地质聚合物，以及有机矿物地质聚合物。在一些实施方案中，加入本发明的组合物中的地质聚合物的量是1-50wt%或1-25wt%或1-10wt%。可以将该基质聚合物掺混到本发明的组合物中，然后将该组合物用作水硬水泥或SCM。向本发明的组合物中加入地质聚合物可以在该组合物与水组合而凝固并硬化成为水泥时缩短凝固时间和/或增大水泥的抗压强度。

在一些实施方案中，本文提供的组合物进一步包含波特兰水泥熔块、骨料或它们的组合。在一些实施方案中，本文提供的SCM组合物进一步包含波特兰水泥熔块、骨料、其他辅助胶结材料（SCM）（如常规的SCM）或它们的组合。在一些实施方案中，所述其他SCM是炉渣、飞灰、硅灰或煅烧粘土。

通常，波特兰水泥是通过将波特兰水泥熔块（多于90%）、控制凝固时间的有限量的硫酸钙以及高达5%的次要成分（不同的标准所允许的）进行研磨而生产的粉末组合物。如欧洲标准EN197.1所规定的，“波特兰水泥熔块是一种水硬性材料，其应该由按质量计至少三分之二的硅酸钙（3CaO.SiO₂和2CaO.SiO₂）以及由含铝和铁的熔块相和其他化合物组成的剩余物所组成。CaO:SiO₂比不应小于2.0。镁含量（MgO）不应超过5.0质量%。”在某些实施方案中，本文提供的波特兰水泥成分是满足了美国材料试验协会的C150（I-VIII型）ASTM标准和规范（ASTM C50-波特兰水泥标准规范）的任何波特兰水泥。ASTM C150覆盖了8种类型的波特兰水泥，每一种具有不同的特性并且明确地针对这些特性进行使用。

在一些实施方案中，本文提供的组合物可以进一步包含普通波特兰水泥（OPC）或波特兰水泥熔块。波特兰水泥组分的量可以变化，并且范围是从10至95%w/w；或10至90%w/w；或10至80%w/w；或10至70%w/w；或10至60%w/w；或10至50%w/w；或10至40%w/w；或10至30%w/w；或10至20%w/w；或20至90%w/w；或20至80%w/w；或20至70%w/w；或20至60%w/w；或20至50%w/w；或20至40%w/w；或20至30%w/w；或30至90%w/w；或30至80%w/w；或30至70%w/w；或30至60%w/w；或30至50%w/w；或30至40%w/w；或40至90%w/w；或40至80%w/w；或40至70%w/w；或40至60%w/w；或40至50%w/w；或50至90%w/w；或50至80%w/w；或50至70%w/w；或50至60%w/w；或60至90%w/w；或60至80%w/w；或60至70%w/w；或70至90%w/w；或70至80%w/w。例如，该组合物可包含75%OPC和25%组合物；或80%OPC和20%组合物；或85%OPC和15%组合物；或90%OPC和10%组合物；或95%OPC和5%组合物的掺混物。在一些实施方案中，本发明的此种组合物是SCM。

在某些实施方案中，该组合物可以进一步包含骨料。骨料可以包含在该组合物中以提供包含细骨料和混凝土的灰浆，该混凝土还包含粗骨料。细骨料是几乎完全穿过4号筛（ASTM C125和ASTM C33）的材料，例如硅砂。粗骨料是大部分滞留在4号筛（ASTM C125和ASTM C33）上的材料，例如硅石、石英、粉碎的圆形大理石、玻璃球、花岗岩、石灰岩、方解石、长石、冲积砂、砂以及任何其他的耐用骨料，以及它们的混合物。这样，术语“骨料”广义地用来指代众多不同类型的粗及细的微粒材料，包括但不限于砂、砾石、碎石、炉渣以及再生混凝土。骨料的量和性质可以大范围地改变。在一些实施方案中，骨料的量可以是由该组合物和骨料构成的总组合物的25%至80%，如40%至70%，并且包括50%至70%w/w。

在一些实施方案中，该组合物进一步包含pH调节剂，在将该组合物与水组合时，该调节剂可以影响由该组合物或混有骨料的组合物（用以形成混凝土）所产生的可凝固组合物的流体组分的pH。这样的pH调节剂可以在与水组合后提供碱性环境，例如，其中水合水泥的pH是12或更高，例如13或更高，并且包括13.5或更高。在某些实施方案中，该pH调节（即，调制）剂是氧化物或氢氧化物，例如氧化钙、氢氧化钙、氧化镁或氢氧化镁。当存在时，这样的试剂可以以1-10%w/w例如2-5%w/w的量存在。

在一些实施方案中，提供了一种由本文提供的组合物制备的可凝固组合物。这样的可凝固组合物包括但不限于：水泥、混凝土以及灰浆。可凝固组合物可以通过将该组合物与水组合或者通过将该组合物与骨料和水组合而生产。该骨料可以是用于制备灰浆的细骨料，例如砂，或是用于混凝土的细骨料与粗骨料的组合或单独的粗骨料。该组合物、骨料以及水可以全部同时混合，或者可以将该组合物预先与骨料组合，然后将预先组合的混合物与水混合。使用该组合物的混凝土混合物的粗骨料材料可以具有约3/8英寸的最小尺寸，并且其尺寸可以从该最小值至可达一英寸或更大而变化，包括这些极限值之间的梯度。粉碎的石灰岩以及其他岩石、砾石等是粗骨料的一些例子。磨碎的骨料在尺寸上小于3/8英寸，并且可以按更细的尺寸来分级，低至200目大小左右。研磨的石灰岩以及其他岩石、砂等是细骨料的一些例子。细骨料可以存在于本发明的灰浆和混凝土二者中。该组合物与骨料的重量比可以变化，并且在某些实施方案中其范围是从1:10至4:10，例如2:10至5:10，并且包括55:1000至70:100。

与干组分组合以生产可凝固组合物的水性介质，例如水，可以按需要从纯水到含有一种或多种溶质、添加剂、助溶剂等的水变化。水性介质：干组分或水性介质：本发明组合物之比是0.1-10；或0.1-8；或0.1-6；或0.1-4；或0.1-2；或0.1-1；或0.2-10；或0.2-8；或0.2-6；或0.2-4；或0.2-2；或0.2-1；或0.3-10；或0.3-8；或0.3-6；或0.3-4；或0.3-2；或0.3-1；或0.4-10；或0.4-8；或0.4-6；或0.4-4；或0.4-2；或0.4-1；或0.5-10；或0.5-8；或0.5-6；或0.5-4；或0.5-2；或0.5-1；或0.6-10；或0.6-8；或0.6-6；或0.6-4；或0.6-2；或0.6-1；或0.8-10；或0.8-8；或0.8-6；或0.8-4；或0.8-2；或0.8-1；或1-10；或1-8；或1-6；或1-4；或1-2；或0.1；或0.5；或1；或2。在一些实施方案中，该比率为重量比。

在某些实施方案中，本发明的组合物进一步包含一种或多种掺合物。可将掺合物加入到混凝土中以为其提供期望的特征或改变混凝土的性质以使其更容易使用或更适用于特定用途或用于降低成本。如本领域已知的，掺合物是除本文提供的组合物、骨料和水以外的任何材料或组合物；其用作混凝土或灰浆的组分，从而增强一些特征或降低其成本。使用的掺合物的量可根据掺合物的性质而变化。在某些实施方案中，这些组分的量的范围为1-50%w/w，如2-10%w/w。在美国专利7,922,809中描述了掺合物的实例，通过引用将该专利整体并入本文。

在一个方面，提供了一种结构或一种建筑材料，其包含本文提供的组合物或其凝固且硬化的形式。在一些实施方案中，该建筑材料是由本文提供的组合物形成的。此类结构或建筑材料的实例包括但不限于：建筑物、车道、地基、建筑水泥、厨房板、家具、人行道、公路、桥梁、高速公路、立交桥、停车结构、砖、砌块、墙壁，门、围栏或杆子的基础，以及它们的组合。由于这些结构或建筑材料包含本文提供的组合物和/或是由该组合物生产的，因此它们可以包括这样的标记物或组分：该标记物或组分将它们标识为是由化石燃料来源的二氧化碳获得的，和/或是由具有在初始咸水源中存在的痕量的各种元素的水而获得的，和/或是由使用稳定剂的工艺获得的，如本文所描述的。例如，当混凝土的水泥组分的矿物组分是由海水生产的组分时，凝固产物可包含以标识性的量存在的不同元素的咸水标识物谱，例如镁、钾、硫、硼、钠和氯化物等。

在一个方面，提供了一种成形的建筑材料或预成形的建筑材料，其包含本文提供的组合物或其凝固且硬化的形式。在一些实施方案中，该成形的建筑材料是由本文提供的组合物形成的。该成形的建筑材料可以是预铸的建筑材料，例如预铸的混凝土产品。该成形的建筑材料以及制造和使用该成形的建筑材料的方法在美国专利7,771,684中进行了描述，该专利通过引用整体并入本文。本发明的成形的建筑材料可以有很大不同，包括成形（例如，模制、铸造、切割或以其他方式生产）为具有确定的物理形状即构型的人造结构的材料。成形的建筑材料不同于不具有确定的和稳定的形状的无定形建筑材料（例如，粉末、糊状物、浆料等），而是符合容纳它的容器，例如袋子或其他容器。成形的建筑材料也不同于不规则地或不准确地成形的材料（例如，骨料、便于处置的散装形式等），因为成形的建筑材料是根据允许在例如建筑物中使用成形建筑材料的规范而生产的。成形的建筑材料可以根据传统的用于此类结构的制造方案来制备，除了在制造此类材料时使用本文提供的组合物以外。在一些实施方案中，由本文提供的组合物制造的成形的建筑材料具有至少14MPa，或在约14-100Mpa之间，或在约14-45MPa之间的抗压强度；或者是如本文所述的该组合物在凝固并硬化之后的抗压强度。在一些实施方案中，由该组合物制造的成形的建筑材料具有小于-12‰，或小于-13‰，或小于-14‰，或小于-15‰，或-15‰至-80‰的δ¹³C；或者是如本文所述的该组合物的δ¹³C。

成形的建筑材料的一些实例包括但不限于砌筑单元、砖、砌块（例如，混凝土、水泥、地基等）、瓷砖、建筑面板、水泥板、纤维-水泥墙板、干式墙、管道、盆、梁、柱、混凝土板、隔音墙和保温材料。在一些实施方案中，成形的建筑材料如预铸的混凝土产品包括但不限于，料仓；牲畜饲料槽；牲畜栏杆；农用围栏；工字饲料槽（H-bunk）；J形饲料槽（J-bunk）；家畜用板条；家畜饮水槽；建筑板墙；包层（砖）；建筑装饰物；地基；地板（包括斜坡板）；墙壁；双壁预铸夹层板；沟渠；机械稳定的土板；箱形涵洞；3-面涵洞；桥梁系统；铁道路口；铁道枕木；声音隔墙/挡板；泽西护栏；隧道区段；钢筋混凝土箱；设施保护结构；手孔；空芯产品；灯柱底座；计量箱；面板拱顶；拉线盒；电信结构；变压器垫；变压器室；壕沟；设施拱顶；设施立柱；受控环境拱顶；地下拱顶；陵墓；墓碑；棺材；有害材料储存容器；蓄水窖；污水井；检查井；通气系统；配电箱；计量箱；旱井；阻油器；渗滤坑；砂-油/油-水拦截器；化粪池；水/污水储存罐；湿井；消防储水池；浮船坞；水下基础设施；桥石板；栏杆；海堤；屋面瓦；铺路物；社区挡土墙；住宅挡土墙；模块式砌块系统；以及区段式挡土墙。

在一些实施方案中，提供了合成岩石或骨料，其包含该组合物或其凝固且硬化的形式。在一些实施方案中，该骨料是由本文提供的组合物形成的。该骨料以及制造和使用该骨料的方法在美国专利7,753,618中加以描述，该专利通过引用整体并入本文。该骨料可由本文提供的水硬水泥或SCM或自胶结组合物形成。在一些实施方案中，骨料是全部或部分地由组合物形成的，该组合物已暴露于淡水且硬化成为稳定的化合物，然后在必要时可将这些化合物进一步处理，以便形成适合用于所希望的骨料类型的颗粒。在一些实施方案中，骨料是由暴露于将其转化为稳定化合物的温度和/或压力条件下的本文提供的组合物形成的。本文进一步提供了包含由本文提供的组合物制成的合成岩石或骨料的结构，例如公路、建筑物、水坝和其他人造结构。

在一些实施方案中，该组合物的一些或所有本文所述的实施方案也适用于由本文提供的组合物制成的骨料。

由本发明的组合物形成的其他产品包括但不限于非胶结组合物，包括纸制品、聚合物产品、润滑剂、粘合剂、橡胶产品、粉笔、沥青产品、涂料、用于涂料去除的磨料、个人护理产品、化妆品、清洁产品、个人卫生产品、可摄取的产品、农产品、土壤改良产品、农药、环境整治产品及它们的组合。此类组合物已在2010年11月9日授权的美国专利7,829,053中进行了描述，该专利通过引用整体并入本文。

II.方法和系统

本发明的方面包括用于制造本文提供的组合物的方法和系统。用于生产本文提供的组合物的方法包括碳源、水源、碱度源、稳定剂源以及碱土金属离子源，这取决于用于该过程的材料。在本发明的一个方面，提供了一种通过以下步骤制备本文提供的组合物的方法：(a)使来自CO₂源的CO₂与质子去除剂相接触以形成溶液；和(b)使该溶液与含有碱土金属和稳定剂的水在一项或多项条件下相接触以制备本文提供的组合物。在本发明的另一个方面，提供了一种通过以下步骤制备组合物的方法：(a)使来自CO₂源的CO₂与质子去除剂相接触以形成溶液；和(b)使该溶液与含有碱土金属的水在一项或多项条件下相接触以制备组合物，其中该组合物包含亚稳碳酸盐和稳定剂。在一些实施方案中，以上所述的方法进一步包括在步骤(b)之前使稳定剂与溶液相接触。在一些实施方案中，以上所述的方法进一步包括在步骤(b)之前使稳定剂与含有碱土金属的水相接触。在一些实施方案中，以上所述的方法进一步包括在步骤(b)的同时使稳定剂与溶液相接触。在一些实施方案中，以上所述的方法进一步包括在步骤(b)之后使稳定剂与溶液相接触。在一些实施方案中，以上所述的方法进一步包括在步骤(b)之后但在脱水之前使稳定剂与溶液相接触。

在一些实施方案中，提供了通过优化组合物中稳定剂的浓度来优化包含球霰石和稳定剂的组合物中球霰石的稳定性的方法。在一些实施方案中，稳定剂如本文所述。例如，在一些实施方案中，稳定剂是硫酸根离子，例如但不限于海水中的硫酸盐、碱金属硫酸盐如硫酸钠、碱土金属硫酸盐、木素硫酸盐或它们的组合。在一些实施方案中，提供了通过优化组合物中稳定剂的浓度在0.1wt%至5wt%之间来优化包含球霰石和稳定剂的组合物中球霰石的稳定性的方法。申请人出乎意料并惊奇地发现，通过优化沉淀工艺过程中的稳定剂的浓度，可优化含有球霰石的沉淀物或组合物中的稳定剂的浓度。该沉淀物或组合物中优化的稳定剂浓度然后可导致该沉淀物或组合物中优化的球霰石稳定性。

例如，含有少于1.5wt%的稳定剂的沉淀物或组合物可产生当与水组合时容易转化为霰石的反应性球霰石。此组合物可适用于成形的建筑材料或预成形的建筑材料，其中希望该组合物在模具中容易地转化为霰石并形成建筑材料（例如，砖等）。在一些实施方案中，当球霰石可转化为霰石或方解石时，包含0.5-2wt%的稳定剂的沉淀物或组合物可使球霰石稳定一段时间。这样的组合物可适用于胶结用途，其中该组合物需要稳定较长时间但当与水组合时需要转化为霰石。在一些实施方案中，当球霰石不能转化为霰石或方解石时，包含多于1wt%的稳定剂的沉淀物或组合物可使球霰石稳定较长时间。这样的组合物可适用于SCM用途，其中该组合物需要稳定较长时间并且当与水组合时无需转化为霰石（可充当填料）。

在本发明的另一个方面，提供了一种通过以下步骤制备本文提供的组合物的方法：(a)使来自CO₂源的CO₂与质子去除剂相接触以形成溶液；(b)使该溶液与含有碱土金属和稳定剂的水在一项或多项条件下相接触以制备含有球霰石的组合物；和(c)活化含有球霰石的组合物。球霰石可通过本文所述的方法活化，例如，机械活化，如球磨，或通过化学活化或核活化，如通过加入霰石晶种、无机添加剂或有机添加剂。球霰石的活化有助于在向组合物中加入水时对霰石形成的控制。

因此，在本发明的一个方面，提供了一种通过以下步骤制备本文提供的组合物的方法：(a)使CO₂与质子去除剂相接触以形成溶液；(b)使该溶液与含有碱土金属和稳定剂的水在一项或多项条件下相接触以制备含有球霰石的组合物；(c)活化含有球霰石的组合物；和(d)在向组合物中加入水时控制由活化的球霰石形成霰石。

在一些实施方案中，含有球霰石的组合物是通过核活化、机械活化、化学活化或它们的组合来活化的。

含有球霰石的组合物的机械活化包括通过在球霰石上产生表面缺陷来修饰球霰石的表面。这样的表面缺陷可通过诸如球磨等方法而产生。球磨法能以形成球霰石细粉的方式来研磨含有球霰石的组合物。可以想到，当球霰石与水反应时可利用通过研磨在球霰石中诱发的能量来形成霰石。

含有球霰石的组合物的核活化可通过在含有球霰石的组合物中加入霰石晶种来诱导。在含有球霰石的组合物的溶解-再沉淀期间，霰石晶种可诱导霰石的形成。还可通过含有球霰石的组合物的热活化来原位诱导霰石晶种。例如，含有球霰石的组合物可与水组合，然后可将其加热一段时间，以使得可在该组合物中形成霰石晶种。这种原位形成的霰石晶种可促进在胶结过程中霰石的形成。

在一些实施方案中，如本文所述的球霰石的活化可诱导霰石的形成，或者可以促进在向球霰石组合物中加入水时对霰石形成的控制。在一些实施方案中，胶结组合物中球霰石的活化可影响胶结后霰石的形态、连接和/或抗压强度。在一些实施方案中，对霰石形成的控制包括但不限于，霰石形成的速率、霰石的形态（例如，针状的）和/或霰石的交联。在一些实施方案中，霰石的形成可在胶结组合物胶结之后导致更好的连接或结合、更高的拉伸强度或更高的冲击断裂韧性中的一种或多种。

含有球霰石的组合物的化学活化可以如本文在实施例5中所述，通过加入无机添加剂或有机添加剂来诱导。

在另一个方面，提供了一种形成成形的建筑材料的方法，该方法包括活化含有球霰石的胶结组合物；将水混合至胶结组合物中以供胶结；将胶结组合物倒入模具中；控制胶结组合物胶结时霰石的形成；以及使组合物在模具中凝固并硬化以形成成形的建筑材料。可通过此方法形成的成形的建筑材料如本文所述。

如本文所述，用于生产本文提供的组合物的方法包括碳、水、碱度和碱土金属离子，这取决于该过程使用的材料。以下提供了在本文所述的方法和系统中使用的元素及其来源的描述。

碳或CO₂源

CO₂源可以是液态、固态（例如干冰）或气态的CO₂源。在某些实施方案中，CO₂源是气态的CO₂源。该气态CO₂在某些情况下是来自工业工厂的废物流或产物。在这些实施方案中工业工厂的性质可以变化，其中感兴趣的工业工厂包括但不限于发电厂（例如，如在2008年12月24日提交的、名称为“隔离CO₂的方法（Methods ofsequestering CO₂）”的国际申请PCT/US08/88318中进一步详细描述的，该申请的公开内容通过引用并入本文）、化学加工厂、轧钢厂、造纸厂、水泥厂（例如，如在序列号为61/088,340的美国临时申请中进一步详细描述的，该申请的公开内容通过引用并入本文）以及产生CO₂副产物的其他工业工厂。废物流是指作为工业工厂活动过程的副产物而产生的气体流（或类似的流）。该气态流可以是基本纯的CO₂或包括CO₂和一种或多种其他气体的多组分气态流。在本方法的实施方案中可用作CO₂源的多组分气态流（含有CO₂）包括还原状态的气流，例如，合成气、转化的合成气、天然气和氢气等，以及氧化状态的气流，例如，来自燃烧的烟气。含有NOx、Sox、VOCs、微粒和Hg的废气将这些化合物连同碳酸盐一起引入沉淀的产物中。感兴趣的特定多组分气态流包括但不限于，含氧的燃烧火力发电厂烟气、涡轮增压锅炉产物气体、煤气化产物气体、转化的煤气化产物气体、厌氧消化池产物气体、井口天然气流、重整的天然气或甲烷水合物等。

因此，废物流可由多种不同类型的工业工厂产生。合适的废物流包括由燃烧化石燃料（例如，煤、石油、天然气）或天然存在的有机燃料沉积物（例如，焦油砂、重油、油页岩等）的人工燃料产物的工业工厂所产生的废物流如烟气。在一些实施方案中，适合本文提供的系统和方法的废物流来源于燃煤发电厂，如煤粉发电厂、超临界燃煤发电厂、集中焚烧燃煤发电厂、流化床燃煤发电厂。在一些实施方案中，废物流来源于燃气或燃油锅炉和汽轮机发电厂、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，使用由燃烧合成气（即，由例如煤、生物质等有机物的气化产生的气体）的发电厂产生的废物流。在一些实施方案中，使用来自整体煤气化联合循环（IGCC）工厂的废物流。在一些实施方案中，根据本文提供的系统和方法，使用由余热回收蒸汽发生器（HRSG）工厂产生的废物流来产生组合物。

由水泥厂产生的废物流也适合于本文提供的系统和方法。水泥厂废物流包括来自湿法和干法工厂的废物流，这些工厂可采用竖窑或回转窑，并且可包括预煅烧炉。这些工业工厂可各自燃烧单一燃料或者可相继地或同时地燃烧两种或更多种燃料。

在一些实施方案中，碳源可以是合成的或天然存在的碳酸盐，例如碳酸钠或石灰岩。

水源

如上所述，“咸水”以其常规含义使用，包括除淡水外的许多不同类型的含水流体，其中术语“咸水”包括半咸水、海水和盐水（包括人造盐水，例如，地热工厂废水、脱盐废水等）以及具有高于淡水的盐度的其他盐水。盐水是用盐饱和或接近饱和的水，并且具有50ppt（千分比,parts per thousand）或更高的盐度。半咸水是比淡水更咸但没有海水咸的水，具有0.5-35ppt的盐度。海水是来自大海或海洋的水，并且具有35-50ppt的盐度。

作为组合物来源的咸水源可以是诸如大海、海洋、湖泊、沼泽、河口、潟湖等天然存在的来源或人造来源。本文提供的组合物可以通过从含有碱土金属的水如咸水或添加有碱土金属离子的淡水中沉淀而产生。方法中采用的咸水可以变化。

在一些实施方案中，本发明中采用的水可以是富含矿物例如富含钙和/或镁的淡水源。在一些实施方案中，富含钙的水可以与硅酸镁矿物如橄榄石或蛇纹石组合。由于加入二氧化碳而形成碳酸，该溶液中的酸度可以溶解硅酸镁，从而导致形成了钙镁的硅酸盐碳酸盐化合物。

在一些实施方案中，这些组合物是由咸水获得的，例如通过以足以由初始体积的咸水产生所需组合物的方式来处理一定体积的咸水。在某些实施方案中，本文提供的组合物是通过将它们从咸水中沉淀出来而由咸水获得的。在某些实施方案中，本文提供的组合物是以固体形式从咸水中分离出来的。在一些实施方案中，本文提供的组合物在咸水中可以比在淡水中更稳定，使得它们可以被视为咸水亚稳组合物。

在一些实施方案中，水可以从也提供气态废物流的发电厂获得。例如，在水冷却发电厂中，例如海水冷却发电厂中，随后可以将该发电厂已使用的水送至沉淀系统并用作该沉淀反应中的水。在这些实施方案的某些之中，水可以在进入该沉淀反应器中之前冷却。

碱度来源

在一些实施方案中，来自CO₂源的CO₂与质子去除剂相接触。该接触可产生含有碳酸、碳酸氢盐、碳酸盐、水合氢离子等的溶液。质子去除剂可促进质子从碳酸中的去除以在溶液中形成不同物种，例如，碳酸氢根、碳酸根、水合氢离子等。术语“碱度来源”或“质子去除剂”或“pH提高或提升剂”或“碱”在此可互换使用。当质子被去除时，更多的CO₂进入溶液中。在一些实施方案中，在CO₂与质子去除剂接触后获得的溶液然后与碱土金属离子接触以造成碳酸盐沉淀物的沉淀。在一些实施方案中，在使含有二价阳离子的水溶液与CO₂接触的同时使用质子去除剂和/或方法，以增加在沉淀反应单相中的CO₂吸收，其中pH可保持恒定、升高或者甚至降低，随后快速除去质子（例如，通过添加碱）以引起含碳酸盐的沉淀物质的快速沉淀。可以通过任何适当的途径从各种物种（例如，碳酸、碳酸氢盐、水合氢离子等）中去除质子，该途径包括但不限于：使用天然存在的质子去除剂、使用微生物和真菌、使用合成的化学质子去除剂、回收人造废物流，以及使用电化学手段。

天然存在的质子去除剂包括可以在可产生或具有碱性局部环境的更广泛的环境中发现的任何质子去除剂。一些实施方案提供了天然存在的质子去除剂，其包含在加至溶液中后产生碱性环境的矿物。此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）；以及火山灰。用于消化此类矿物和包含此类矿物的岩石的方法是本领域公知的。

许多矿物提供了二价阳离子的来源，并且此外一些矿物是碱源。镁铁质和超镁铁质的矿物如橄榄石、蛇纹石以及任何其他合适的矿物可以使用任何适宜的方案来溶解。可以通过增大表面积来加速溶解，例如通过用常规手段或者通过例如喷射研磨以及通过使用例如超声技术来进行研磨。此外，可以通过暴露于酸或碱来加速矿物溶解。可以将金属硅酸盐（例如，硅酸镁）以及含有感兴趣的阳离子的其他矿物溶解在例如酸（例如HCl，如来自电化学过程中的HCl）中，以便产生例如镁和其他金属阳离子，以用于沉淀物质中，并且随后用于本发明的组合物中。在一些实施方案中，硅酸镁和其他矿物可以在由于添加二氧化碳和其他废气组分（例如，燃烧气体）而变为酸性的水溶液中消化或溶解。或者，可以通过用水性的碱性氢氧化物（例如NaOH）或任何其他合适的苛性物质来溶解一种或多种金属硅酸盐（例如橄榄石或蛇纹石）而使得其他金属物种例如金属氢氧化物（例如Mg(OH)₂、Ca(OH)₂）可以用于骨料中。可以使用任何适当浓度的水性的碱性氢氧化物或其他苛性物质来分解金属硅酸盐，包括高度浓缩的和非常稀的溶液。碱性氢氧化物（例如NaOH）在溶液中的浓度（按重量计）可以是例如从30%至80%以及从70%至20%水。有利地，用水性的碱性氢氧化物消化的金属硅酸盐等可以直接用于生产沉淀物质并且随后由废物流来生产骨料。此外，来自该沉淀反应混合物的碱值可以进行回收，并再用于消化另外的金属硅酸盐等。

一些实施方案提供了使用天然碱性水体作为天然存在的质子去除剂。天然碱性水体的实例包括但不限于地表水源（例如，碱性湖泊，如加利福尼亚州的莫诺湖（Mono Lake））和地下水源（例如，碱性含水层，如位于加利福尼亚州塞尔斯湖（Searles Lake）的深层地质碱性含水层）。其他实施方案提供了使用来自干燥的碱性水体的沉积物，如沿非洲东非大裂谷中的纳特龙湖（Lake Natron）的地壳。

在一些实施方案中，使用在其正常新陈代谢中排出碱性分子或溶液的生物体作为质子去除剂。此类生物体的实例是产生碱性蛋白酶的真菌（例如，最适pH为9的深海真菌焦曲霉（Aspergillus ustus））和产生碱性分子的细菌（例如，蓝细菌，如来自不列颠哥伦比亚省的阿特林湿地的鞘丝藻（Lyngbya sp.），其提高来自光合作用的副产物的pH）。在一些实施方案中，使用生物体产生质子去除剂，其中该生物体（例如，将尿素水解为氨的巴斯德氏芽孢杆菌（Bacilluspasteurii））代谢污染物（例如，尿素）以产生质子去除剂或含有质子去除剂（例如，氨、氢氧化铵）的溶液。在一些实施方案中，将生物体与沉淀反应混合物分开培养，其中质子去除剂或包含质子去除剂的溶液用于添加到沉淀反应混合物中。在一些实施方案中，将天然存在的或制备的酶与质子去除剂组合使用以引起沉淀物质的沉淀。碳酸酐酶（其为由植物和动物产生的酶）加速碳酸在水溶液中向碳酸氢盐的转化。

用于实现质子去除的化学剂一般是指大量生产的并可购买到的合成化学剂。例如，用于除去质子的化学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。氢氧化物包括在溶液中提供氢氧根阴离子的化学物质，包括例如氢氧化钠（NaOH）、氢氧化钾（KOH）、氢氧化钙（Ca(OH)₂）或氢氧化镁（Mg(OH)₂）。有机碱是通常为含氮碱的含碳分子，包括伯胺如甲胺，仲胺如二异丙胺，叔胺如二异丙基乙胺，芳族胺如苯胺，杂芳族化合物如吡啶、咪唑和苯并咪唑，及其各种形式。在一些实施方案中，使用选自吡啶、甲胺、咪唑、苯并咪唑、组氨酸和磷腈的有机碱来从各种物质（例如，碳酸、碳酸氢盐、水合氢离子等）中除去质子，以用于沉淀物质的沉淀。在一些实施方案中，使用氨来将pH提高至足以使沉淀物质从二价阳离子溶液和工业废物流中沉淀出来的水平。适合用作质子去除剂的超强碱包括乙醇钠、氨基钠（NaNH₂）、氢化钠（NaH）、丁基锂、二异丙基氨基锂、二乙基氨基锂和双(三甲基甲硅烷基)氨基锂。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）在内的氧化物也是可使用的合适的质子去除剂。用于本发明的碳酸盐包括但不限于碳酸钠。

除了包含感兴趣的阳离子和其他合适的金属形式之外，来自多种工业过程的废物流还可提供质子去除剂。此类废物流包括但不限于采矿废物；化石燃料燃烧灰分（例如，燃烧灰分，如飞灰、底灰、锅炉渣）；炉渣（例如，铁渣、磷渣）；水泥窑废物；炼油厂/石化炼油厂废物（例如，油田和甲烷层盐水）；煤层废物（例如，产气盐水和煤层盐水）；纸加工废物；水软化废盐水（例如，离子交换流出物）；硅加工废物；农业废物；金属表面处理废物；高pH纺织废物；和腐蚀性污泥。采矿废物包括从土地中提取金属或另一种贵重的或有用的矿物所产生的任何废物。在一些实施方案中，使用采矿产生的废物来改变pH，其中该废物选自拜耳铝提取工艺产生的赤泥；从海水中提取镁产生的废物（例如，如在加利福尼亚州莫斯兰丁（Moss Landing）发现的Mg(OH)₂）；和来自包括沥滤的采矿过程的废物。例如，如2009年3月18日提交的、名称为“Neutralizing Industrial WastesUtilizing CO₂And a Divalent Cation Solution”的美国临时专利申请61/161,369（通过引用整体并入本文）所述，赤泥可用于改变pH。化石燃料的燃烧灰分、水泥窑灰和炉渣统称为金属氧化物废物源，在2009年6月17日提交的、名称为“Methods And Systems For UtilizingWaste Sources Of Metal Oxides”的美国专利申请12/486692（其公开内容整体并入本文）中有进一步描述，它们可以单独使用或与其他质子去除剂联合使用以提供用于本发明的质子去除剂。通过动物废物或过量使用化肥而产生的农业废物可含有氢氧化钾（KOH）或氨（NH₃）或此两者。因此，在本文提供的一些实施方案中，农业废物可用作质子去除剂。通常将这种农业废物收集到池塘中，但其也可下渗到蓄水层中，在其中它可以被获取和使用。

当需要时，使用任何适宜的和/或合适的方法来提高水的pH。在某些实施方案中，可使用pH提升剂，其中此类试剂的实例包括氧化物、氢氧化物（例如，氢氧化钠、氢氧化钾、水镁石）、碳酸盐（例如，碳酸钠）、煤灰、天然存在的矿物等。添加到盐水源中的pH提升剂的量将取决于试剂的具体性质和所调节的盐水的体积，并且将足以将盐水源的pH升高至期望值。或者，盐水源的pH可通过水的电解而升至期望的水平。

一种这样的方法可以是使用来自燃煤发电厂的、含有多种氧化物的煤灰来升高海水的pH。用于产生合成气的其他煤加工，如煤的气化，也产生氢气和一氧化碳，并且也可作为氢氧化物的来源。一些天然存在的矿物如蛇纹石含有氢氧化物，且可以被溶解，从而得到氢氧化物源。添加到水中的pH提升剂的量可取决于该试剂的具体性质和所调节的盐水的体积，并且将可能足以将水的pH提高至期望的值。或者，可以通过水的电解将盐水源的pH提高至期望的水平。当采用电解时，可以采取多种不同的方案，例如使用汞电池法（也称为卡斯讷-凯尔讷法（Castner-Kellner process））、隔膜电池法和膜电池法。在需要时，可收获水解产物的副产物，例如H₂、金属钠等，并根据需要将其用于其他用途。

电化学法是通过从溶质中除去质子（例如，碳酸或碳酸氢盐的去质子化）或者通过从溶剂中除去质子（例如，水合氢离子或水的去质子化）而从溶液中的多种物质中除去质子的另一种手段。例如，如果CO₂溶解造成的质子产生相当于或超过从溶质分子的电化学质子去除，则可导致溶剂的去质子化。在一些实施方案中，例如，当CO₂溶解于沉淀反应混合物或沉淀反应混合物的前体溶液（即，可能含有或可能不含二价阳离子的溶液）中时，使用低电压电化学法来去除质子。

在一些实施方案中，通过低电压电化学法处理溶解于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溶解产生的任何物质或其组合中除去质子。低电压电化学法在2、1.9、1.8、1.7或1.6V或更低，如1.5、1.4、1.3、1.2、1.1V或更低，如1V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0.1V或更低的平均电压下工作。不产生氯气的低电压电化学法宜于在本发明的系统和方法中使用。用于去除质子而不产生氧气的低电压电化学法也宜于在本发明的系统和方法中使用。在一些实施方案中，低电压电化学法在阴极产生氢气并将其输送到阳极，在阳极处氢气被转化为质子。不产生氢气的电化学法也可能是适宜的。在一些实施方案中，用于除去质子的电化学法在阳极处不产生气体。在一些情况下，用于除去质子的电化学法不产生任何气体副产物。

用于实现质子去除的电化学法进一步描述于美国专利7,887,694；美国专利7,790,012；2008年12月23日提交的、名称为“低能量机电氢氧化物系统和方法（LOW ENERGYELECTROMECHANICAL HYDROXIDE SYSTEM AND METHOD）”的国际专利申请PCT/US08/088242；2009年1月28日提交的、名称为“低能量电化学碳酸氢根离子溶液（LOW-ENERGYELECTROCHEMICAL BICARBONATE ION SOLUTION）”的国际专利申请PCT/US09/32301；2009年6月24日提交的、名称为“采用二氧化碳气体的低能量4-槽电化学系统（LOW-ENERGY4-CELLELECTROCHEMICAL SYSTEM WITH CARBON DIOXIDE GAS）”的国际专利申请PCT/US09/48511，以及2012年3月29日提交的美国临时专利申请61/617,390，每个申请均通过引用整体并入本文。

低电压电化学过程可以在阴极产生氢氧化物并在阳极产生质子，或者在阴极产生氢氧化物并在阳极产生氧化的金属离子，如在2012年3月29日提交的美国临时专利申请61/617,390中，其中此类过程应用含有氯离子的盐，例如NaCl，该过程的产物将是NaOH。在一些实施方案中，电化学法可用于通过例如氯碱法或其改进方法生产苛性分子（例如，氢氧化物）。电极（即，阴极和阳极）可存在于包含含有二价阳离子的水溶液或载荷气态废物流（例如，载荷CO₂）的溶液的装置中，并且选择性屏障例如膜可以分隔电极。用于除去质子的电化学系统和方法可产生副产物（例如，氢气），可收集该副产物并用于其他目的。可以在本发明的系统和方法中使用的其他电化学法包括但不限于在2009年7月15日提交的、名称为“电化学系统中的题为CO2利用（CO₂UTILIZATION IN ELECTROCHEMICALSYSTEMS）”的美国专利申请12/503,557和2008年9月11日提交的、名称为“氢离子从电解质溶液到固体物质中的低能量吸收（LOWENERGY ABSORPTION OF HYDROGEN ION FROM ANELECTROLYTE SOLUTION INTO A SOLID MATERIAL）”的美国临时申请61/091,729中描述的那些方法，上述申请的公开内容通过引用整体并入本文。

可以采用上述质子去除来源的组合。一种这样的组合是使用微生物与电化学系统。微生物与电化学系统的组合包括微生物电解池，包括微生物燃料电池以及生物电化学辅助的微生物反应器。在这样的微生物电化学系统中，微生物（例如细菌）在电极上生长或极靠近电极生长，并且在材料（例如有机材料）的代谢过程中产生电子，这些电子被该电极吸收。

也可以将除pH提升剂以外的添加剂引入水中以便影响所产生的沉淀物的性质。这样，这些方法的某些实施方案包括在水经受沉淀条件之前或过程中在水中提供添加剂。痕量的某些添加剂，例如但不限于镧（作为氯化镧）、过渡金属、铁、镍等，可有利于某些碳酸钙多晶型物。例如，铁可能有助于形成无序的白云石（原白云石）。

在一些实施方案中，碱度来源是碳酸氢盐、碳酸盐或NaOH与二氧化碳的混合物，并且碱性溶液是“高碳酸盐”的碱性溶液。“高碳酸盐”的碱性溶液是指具有足量的碳酸盐而能从溶液中的含质子物种中去除一个或多个质子从而使得碳酸被转化为碳酸氢盐的水性组合物。这样，本发明的碱性溶液中存在的碳酸盐的量可以是5,000ppm或更大，例如10,000ppm或更大，例如25,000ppm或更大，例如50,000ppm或更大，例如75,000ppm或更大，包括100,000ppm或更大。

阳离子源，例如碱土金属源

阳离子源，例如钠、钾或碱土金属离子等的来源，是含有碱土金属的任何水性介质，该碱土金属例如是但不限于钙、镁、锶、钡等或它们的组合。在一些实施方案中，该碱土金属是钙、镁或它们的组合，并且该碱土金属源是含有钙、镁或它们的组合的任何水性介质。在一些实施方案中，碱土金属源也是如本文所述的水源和/或碱度来源。例如，碱土金属离子的水溶液可以包含来自淡水、半咸水、咸水或盐水（例如，天然存在的地下盐水或人造地下盐水如地热工厂废水、脱盐工厂废水）以及其他盐度大于淡水盐度的盐水的阳离子，其中的任何一种可以是天然存在的或人造的。

对于生产本发明的沉淀物质有用的二价阳离子（例如，碱土金属阳离子，如Ca²⁺和Mg²⁺）可见于工业废料、海水、盐水、硬水、矿物以及许多其他适当的来源中。

在一些地方，来自多个工业过程的工业废物流提供了阳离子（以及在一些情况下，在该过程中有用的其他物质，例如金属氢氧化物）的适宜的来源。这类废物流包括但不限于采矿废物；化石燃料燃烧灰分（例如，飞灰、底灰、锅炉渣）；炉渣（例如，铁渣、磷渣）；水泥窑废物（例如，水泥窑粉尘）；炼油厂/石化精炼厂废物（例如，油田和甲烷层盐水）；煤层废物（例如，产气盐水和煤层盐水）；纸加工废物；水软化废盐水（例如，离子交换流出液）；硅加工废物；农业废物；金属加工废物；高pH纺织废物；以及腐蚀性污泥。

在一些地方，用于本文提供的系统和方法中的适宜的阳离子源是水（例如，包含阳离子的水溶液，如海水或地下盐水），该水可以根据本发明实施的具体位置而变化。可以使用的适当的阳离子水溶液包括含有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，该阳离子水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、镁或它们的混合物。在一些实施方案中，该阳离子水溶液包含量值范围是从50至50,000ppm、50至40,000ppm、50至20,000ppm、100至10,000ppm、200至5000ppm，或400至1000ppm，或10,000至50,000ppm，或20,000至50,000ppm，或20,000至30,000ppm的钙。

在一些实施方案中，富含矿物的淡水可以是阳离子（例如，碱土金属阳离子，如Ca²⁺和Mg²⁺）的适宜的来源。可以使用许多合适的淡水源中的任一种，包括从相对无矿物的来源到相对富含矿物的来源的淡水源。富含矿物的淡水源可以是天然存在的，包括许多硬水源、湖泊或内海中的任一种。一些富含矿物的淡水源如碱性湖泊或内海（例如，土耳其的凡湖（Lake Van））也提供了pH改性剂来源。富含矿物的淡水源也可以是人工的。例如，矿物贫乏的（软）水可与阳离子如碱土金属阳离子（例如，Ca²⁺、Mg²⁺等）源接触，以产生适合本文所述的方法和系统的富含矿物的水。可使用任何适宜的方案（例如，添加固体、悬浮液或溶液）将阳离子或其前体（例如，盐、矿物）加入至淡水（或本文所述的任何其他类型的水）中。在一些实施方案中，将选自Ca²⁺和Mg²⁺的二价阳离子加入淡水中。在一些实施方案中，将选自Na⁺和K⁺的一价阳离子加入淡水中。在一些实施方案中，含有Ca²⁺的淡水与硅酸镁（例如橄榄石或蛇纹石）或其产物或加工形式组合，产生包含钙和镁阳离子的溶液。

许多矿物提供了阳离子源，并且此外一些矿物是碱源。含有二价阳离子的矿物包括镁铁质和超镁铁质的矿物如橄榄石、蛇纹石以及可以使用任何适宜的方案来溶解的其他合适的矿物。在一个实施方案中，可以从长石如钙长石来为本发明的方法和组合物提供阳离子，如钙。可以从钙或其他二价阳离子含量高的矿物来源或从地下盐水直接获得阳离子。也可以使用其他矿物，如硅灰石。可以通过增大表面积来加速溶解，例如通过用常规手段或者通过例如喷射研磨以及通过使用例如超声技术来进行研磨。此外，可以通过暴露于酸或碱来加速矿物溶解。

可以将金属硅酸盐（例如，硅酸镁）以及含有感兴趣的阳离子的其他矿物溶解在例如酸如HCl（任选地来自电化学过程）中以便产生例如用于本文提供的组合物中的镁以及其他金属阳离子。在一些实施方案中，硅酸镁和其他矿物可以在由于添加二氧化碳和其他废气组分（例如，燃烧气体）而变为酸性的水溶液中进行消化或溶解。或者，可以通过用水性的碱性氢氧化物（例如NaOH）或任何其他合适的苛性物质来溶解一种或多种金属硅酸盐（例如橄榄石或蛇纹石）而使得其他金属物种例如金属氢氧化物（例如Mg(OH)₂、Ca(OH)₂）可供使用。可以使用任何适当浓度的水性的碱性氢氧化物或其他苛性物质来分解金属硅酸盐，包括高度浓缩的和非常稀的溶液。碱性氢氧化物（例如NaOH）在溶液中的浓度（按重量计）可以是例如30%至80%（w/w）。

盐水

如在此使用的，“盐水”包括合成的盐水或天然存在的盐水，例如但不限于地下盐水。盐水可以提供水源、碱土金属离子源、碳源或碳酸盐源、碱度来源或它们的组合。

在一些实施方案中，本发明的地下盐水可以是二价阳离子、一价阳离子、质子去除剂或它们的任意组合的适宜的来源。在本发明的实施方案中使用的地下盐水可以是来自任何适宜的地下盐水来源。“地下盐水”在其常规意义上使用，包括天然存在的或人工的、从地质位置获得的盐水组合物。地下盐水的地质位置可以低于地面以下（地下的地质位置）、在地表上或在湖泊的表面下。浓缩的水性盐水组合物包括具有10,000ppm总溶解固体（TDS）或更大，如20,000ppmTDS或更大，并且包括50,000ppm TDS或更大的盐度的水溶液。地下的地质位置包括位于地面水平以下的地质位置，例如地球表面的固体-流体界面，如在干旱陆地接触地球大气处在干旱陆地上发现的固体-气体界面，以及在固体地面接触水体处在地表水体（例如湖泊、海洋、溪流等）下面发现的液体-固体界面（其中该界面的例子包括湖床、洋底等）。例如，该地下位置可以是陆地下面的位置或水体下面的位置（例如海岭）。例如，除其他地下位置之外，地下位置可以是深层地质碱性含水层或位于油田的沉降盆地中的地下井、地下金属矿、地热田或海岭。

盐水可以是来自废水处理厂的浓缩废物流。在一些实施方案中，本发明的盐水可以是由矿物源的溶解（例如，油和天然气开采或提取）产生的、已经浓缩或以其他方式处理过的水。来自地下来源例如天然气和石油开采的废物流可包含烃类、碳酸盐类、阳离子或阴离子。处理这些废物流以减少烃类和水体积可以产生富含碳酸盐、盐度、碱度或它们的任何组合的水性混合物。该水性混合物可以用于隔离二氧化碳或者可以用于沉淀水合的碳物种，例如碳酸、碳酸氢盐或碳酸盐。地下盐水尤其可包括但不限于油田盐水、盆地盐水、盆地水、孔隙水、地层水和深海超盐水。

本发明的地下盐水可以是地下的水性盐水组合物，并且在一些实施方案中，可以穿过地壳岩石进行循环并且变得富含从周围矿物中滤取出的物质。这样，地下盐水的组成可以变化。在一些实施方案中，地下盐水提供了阳离子源。这些阳离子可以是一价阳离子，例如Na⁺、K⁺等。这些阳离子也可以是二价阳离子，例如Ca²⁺、Mg²⁺、Sr²⁺、Ba²⁺、Mn²⁺、Zn²⁺、Fe²⁺等。在一些情况下，地下盐水的二价阳离子是碱土金属阳离子，例如Ca²⁺、Mg²⁺。感兴趣的地下盐水可以具有以变化的量存在的Ca²⁺，范围是从50至100,000ppm，例如100至75,000ppm，包括500至50,000ppm，例如1000至25,000ppm。感兴趣的地下盐水可以具有以变化的量存在的Mg²⁺，范围是从50至25,000ppm，例如100至15,000ppm，包括500至10,000ppm，例如1000至5,000ppm。在Ca²⁺和Mg²⁺均存在的盐水中，该地下盐水中的Ca²⁺与Mg²⁺的摩尔比（即Ca²⁺:Mg²⁺）可以变化，并且在一个实施方案中，其范围可以是在1:1与100:1之间。在一些情况下，Ca²⁺:Mg²⁺可以在1:1与1:2.5；1:2.5与1:5；1:5与1:10；1:10与1:25；1:25与1:50；1:50与1:100；1:100与1:150；1:150与1:200；1:200与1:250；1:250与1:500；1:500与1:1000之间或其中的一个范围。例如，感兴趣的地下盐水中的Ca²⁺与Mg²⁺的摩尔比范围可以是在1:1与1:10；1:5与1:25；1:10与1:50；1:25与1:100；1:50与1:500；或1:100与1:1000之间。在一些实施方案中，该地下盐水中的Mg²⁺与Ca²⁺之比（即Mg²⁺:Ca²⁺）范围可以是在1:1与1:2.5；1:2.5与1:5；1:5与1:10；1:10与1:25；1:25与1:50；1:50与1:100；1:100与1:150；1:150与1:200；1:200与1:250；1:250与1:500；1:500与1:1000之间或其中的一个范围。例如，感兴趣的地下盐水中的Mg²⁺与Ca²⁺之比范围可以是在1:1与1:10；1:5与1:25；1:10与1:50；1:25与1:100；1:50与1:500；或1:100与1:1000之间。在具体实施方案中，盐水的Mg²⁺:Ca²⁺可以小于1:1，例如1:2、1:4、1:10、1:100或更低。

在一些实施方案中，地下盐水提供碱度来源并且含有质子去除剂。本文所用的“质子去除剂”包括具有足够的碱度或碱性而能从溶液中的含质子物种中去除一个或多个质子的物质或化合物。在一些实施方案中，质子去除剂的量是使得地下盐水具有中性pH（即pH=7）的量。在这些实施方案中，质子去除剂的化学计量总和等于地下盐水中的含质子试剂的化学计量总和。质子去除剂的化学计量总和是能够从溶液中的含质子物种中去除一个或多个质子的所有物质或化合物（例如，卤化物、氧阴离子、有机碱等）的总和。在其他实施方案中，地下盐水中的质子去除剂的量是使得该地下盐水为碱性的量。在一些情况下，碱性的地下盐水具有高于中性pH的pH（即pH>7），例如该盐水具有范围从7.1至12，例如8至12，例如8至11，并且包括9至11的pH。本发明的地下盐水中存在的质子去除剂可以变化。在一些实施方案中，质子去除剂可以是阴离子。阴离子可以是卤离子，尤其是例如Cl^-、F^-、I^-和Br^-，以及氧阴离子，尤其是例如硫酸根、碳酸根、硼酸根和硝酸根。

在一些实施方案中，质子去除剂是硼酸盐。在本发明的地下盐水中存在的硼酸盐可以是硼的任何氧阴离子，例如尤其是BO₃ ^3-、B₂O₅ ^4-、B₃O₇ ^5-和B₄O₉ ^6-。在本发明的地下盐水中存在的硼酸盐的量可以变化。在一些情况下，存在的硼酸盐的量为50至100,000ppm，例如100至75,000ppm，包括500至50,000ppm，例如1000至25,000ppm。这样，在一些实施方案中，在地下盐水中存在的质子去除剂可以包含5%或更多的硼酸盐，例如约10%或更多的硼酸盐，包括约25%或更多的硼酸盐，例如约50%或更多的硼酸盐，例如约75%或更多的硼酸盐，包括约90%或更多的硼酸盐。当碳酸盐和硼酸盐均存在时，地下盐水中的碳酸盐与硼酸盐的摩尔比（即碳酸盐:硼酸盐）可以在1:1与1:2.5；1:2.5与1:5；1:5与1:10；1:10与1:25；1:25与1:50；1:50与1:100；1:100与1:150；1:150与1:200；1:200与1:250；1:250与1:500；1:500与1:1000之间或其中的一个范围。例如，本发明的地下盐水中的碳酸盐与硼酸盐的摩尔比可以在1:1与1:10；1:5与1:25；1:10与1:50；1:25与1:100；1:50与1:500；或1:100与1:1000之间。在其他实施方案中，地下盐水中的碳酸盐与硼酸盐之比（即碳酸盐:硼酸盐）可以在1:1与2.5:1；2.5:1与5:1；5:1与10:1；10:1与25:1；25:1与50:1；50:1与100:1；100:1与150:1；150:1与200:1；200:1与250:1；250:1与500:1；500:1与1000:1之间或其中的一个范围。例如，本发明的地下盐水中的碳酸盐与硼酸盐之比可以在1:1与10:1；5:1与25:1；10:1与50:1；25:1与100:1；50:1与500:1；或100:1与1000:1之间。

在一些实施方案中，在地下盐水中存在的质子去除剂可以是有机碱。在一些情况下，该有机碱可以是一元羧酸阴离子，尤其是例如甲酸根、乙酸根、丙酸根、丁酸根以及戊酸根。在其他情况下，该有机碱可以是二元羧酸阴离子，尤其是例如草酸根、丙二酸根、丁二酸根以及戊二酸根。在其他情况下，该有机碱可以是酚类化合物，尤其是例如苯酚、甲基苯酚、乙基苯酚以及二甲苯酚。在一些实施方案中，该有机碱可以是含氮碱，例如伯胺如甲胺，仲胺如二异丙胺，叔胺如二异丙基乙胺，芳族胺如苯胺，杂芳族化合物如吡啶、咪唑和苯并咪唑，以及它们的各种形式。在本发明的地下盐水中存在的有机碱的量可以变化。在一些情况下，在该盐水中存在的有机碱的量为1至200毫摩尔/升，例如1至175毫摩尔/升，例如1至100毫摩尔/升，例如10至100毫摩尔/升，包括10至75毫摩尔/升。因此，在某些实施方案中，在该地下盐水中存在的质子去除剂可以构成5%或更多的有机碱，例如约10%或更多的有机碱，包括约25%或更多的有机碱，例如约50%或更多的有机碱，例如约75%或更多的有机碱，包括约90%或更多的有机碱。

在一些实施方案中，本发明的地下盐水可具有包含一种或多种标识性组分的组合物，该标识性组分将每种地下盐水与其他地下盐水区分开。因此，每种地下盐水的组成可能是彼此不同的。在一些实施方案中，地下盐水可以通过该地下盐水中存在的元素、离子或其他物质（例如，痕量金属离子，Hg、Se、As等）的量和类型而彼此区分开。在其他实施方案中，地下盐水可通过该地下盐水中存在的碳酸盐的摩尔比而彼此区分开。在其他实施方案中，地下盐水可通过该地下盐水中存在的不同同位素（例如，δ¹³C、δ¹⁸O等）的量和类型而彼此区分开。在其他实施方案中，地下盐水可通过该地下盐水中存在的特定元素的同位素比（例如，⁸⁷Sr/⁸⁶Sr）而彼此区分开。

方法

可以采用各种不同的方法来制备本文提供的组合物的隔离CO₂的碳酸钙。感兴趣的CO₂隔离方案包括但不限于在美国专利7,735,274、7,744,761、7,754,169和7,749,476；以及2009年9月10日提交的、名称为“CO2商品贸易系统和方法（CO₂COMMODITYTRADING SYSTEM AND METHOD）”的美国专利序列号12/557,492；2008年12月24日提交的、名称为“隔离CO₂的方法（METHODS OF SEQUESTERING CO₂）”的国际申请PCT/US08/88318；以及2009年5月29日提交的、名称为“岩石和骨料及其制造和使用方法（ROCK AND AGGREGATE,ANDMETHODS OF MAKING AND USING THE SAME）”的国际申请PCT/US09/45722；以及美国临时专利申请序列号61/081,299；61/082,766；61/088,347；61/088,340和61/101,631中公开的那些方案；其公开内容通过引用整体并入本文。

图2提供了根据本发明的一些实施方案的碳酸盐沉淀工艺的说明性示意流程图。在图2中，任何水源，仅举例来说，来自包含碱土金属离子的咸水源的咸水或含有碱土金属离子的水10在沉淀步骤20经受一项或多项条件。在一些实施方案中，来自咸水源的水或含有碱土金属的水10与充有部分或完全溶解的CO₂的溶液相接触，然后该CO₂经受一项或多项碳酸盐化合物沉淀条件。如图2所示，CO₂30包括气态流或含有CO₂的溶液，其中CO₂已与质子去除剂相接触。

在一些实施方案中，通过使CO₂气态流喷布（parging）或扩散通过溶液来得到充有CO₂的水，从而制备充有部分或完全溶解的CO₂的溶液。在一些实施方案中，含有CO₂的溶液包含质子去除剂。在一些实施方案中，将CO₂气体鼓泡或喷布通过吸收器中的含有质子去除剂如氢氧化钠或氢氧化钾的溶液。在一些实施方案中，该吸收器可包括鼓泡室，在鼓泡室中将CO₂气体鼓泡通过含有质子去除剂的溶液。在一些实施方案中，该吸收器可包括喷射塔，在喷射塔中将含有质子去除剂的溶液喷射或循环通过CO₂气体。在一些实施方案中，该吸收器可包括填充床，以增大CO₂气体与含有质子去除剂的溶液之间的接触表面积。在一些实施方案中，典型的吸收器流体温度是32-37℃。用于吸收溶液中的CO₂的吸收器在2010年3月10日提交的美国申请序列号12/721,549中有所描述，该申请通过引用整体并入本文。

在一些实施方案中，来自咸水源的水或含有碱土金属的水10与CO₂气态流或来自于CO₂源30的充有CO₂的水相接触。充有CO₂的水是指已经与CO₂气体接触和/或其中CO₂分子已经与水分子组合而产生例如碳酸、碳酸氢根和碳酸根离子的水。在该步骤中对水充气导致水的CO₂含量增大，例如为碳酸、碳酸氢根和碳酸根离子的形式，并且伴随着与水接触的废物流的pCO₂的降低。充有CO₂的水可以是酸性的，其pH为6或更低，如5或更低，并且包括4或更低。在某些实施方案中，用来充入水中的CO₂气体的浓度为10%或更高、25%或更高，包括50%或更高，如75%或甚至更高。

在一些实施方案中，向用于沉淀的反应器中加入CO₂和含有碱土金属的水的顺序可以变化。在一些实施方案中，将CO₂气态流或含有部分或完全溶解的CO₂的溶液或来自含有CO₂碱性溶液的吸收器的支流加入含有含碱土金属的水的反应器中，以供沉淀步骤20中碳酸盐沉淀物的沉淀。在一些实施方案中，将含有碱土金属的水加至反应器中，该反应器包含CO₂气态流或含有部分或完全溶解的CO₂的溶液或来自含有CO₂碱性溶液的吸收器的支流，以供沉淀步骤20中碳酸盐沉淀物的沉淀。在一些实施方案中，将含有碱土金属的水加至反应器中，该反应器包含少于20%或少于15%或少于10%或少于5%的CO₂气态流或含有部分或完全溶解的CO₂的溶液或来自含有CO₂碱性溶液的吸收器的支流，以供沉淀步骤20中碳酸盐沉淀物的沉淀。

如图2所示，在一些实施方案中，将稳定剂加至含有CO₂的溶液或充有CO₂的水30中，然后其在沉淀步骤20中与碱土金属离子接触。在一些实施方案中，将稳定剂加至碱土金属离子10中，然后其在沉淀步骤20中与含有CO₂的溶液接触。在这样的实施方案中，可将稳定剂溶解在含有碱土金属的溶液中，然后将其加至含有CO₂的溶液中。在一些实施方案中，在加入碱土金属离子和CO₂溶液之前，将稳定剂加至反应器中的沉淀步骤20。在一些实施方案中，当加入碱土金属离子和CO₂溶液的同时将稳定剂加至沉淀步骤20以供沉淀。在一些实施方案中，在加入碱土金属离子和CO₂溶液之后将稳定剂加至沉淀步骤20以供沉淀。在一些实施方案中，将稳定剂加至含有从沉淀步骤20取出的碳酸盐沉淀物的浆料中。

仅举例来说，在一些实施方案中，可将约1-50lbs的硫酸钠盐加至水槽中的约100-200加仑水中，并且可通过用叶轮和循环泵混合而溶解。可将该溶液转移至含有额外约2000-4000加仑水的较大水槽中，可通过循环泵对其进行混合。可向该水槽中加入约200-400加仑浓缩的氯化钙溶液。该溶液可通过再循环1-4小时来进行混合。可加入额外的硫酸钠盐、氯化钙浓缩物和/或水以进行微调至浓度。这种得到的溶液然后与充有CO₂的水混合以形成沉淀物。

接触方案包括但不限于直接接触方案，例如，将气体鼓泡通过一定体积的水；并流接触手段，例如，在单向流动的气相流与液相流之间接触；以及逆流手段，例如，在反向流动的气相流与液相流之间接触，等等。因此，如可能适合的，可通过使用浸渍器、鼓泡器、流体文丘里反应器、喷雾器、气体过滤器、喷射器、塔板或填充柱反应器等来完成接触。在一些实施方案中，接触是通过喷射。在一些实施方案中，接触是通过填充柱。

在一些实施方案中，该方法包括使经受矿物沉淀条件的一定体积的水与CO₂源接触。水与CO₂源的接触可在水在一项或多项条件或一项或多项沉淀条件下遇到CO₂之前和/或过程中发生。因此，本发明的实施方案包括其中在使一定体积的咸水经受矿物沉淀条件之前使一定体积的水与CO₂源接触的方法。本发明的实施方案包括其中在使一定体积的咸水经受矿物沉淀条件的同时使一定体积的咸水与CO₂源接触的方法。本发明的实施方案包括其中在使一定体积的水经受矿物沉淀条件之前以及使一定体积的水经受碳酸盐化合物沉淀条件的同时使一定体积的水与CO₂源接触的方法。在一些实施方案中，相同的水可以循环多于一次，其中第一循环沉淀去除主要的碳酸钙和碳酸镁矿物，而留下剩余的碱性水，可向该碱性水中加入其他碱土金属离子源，这可以使更多的二氧化碳或二氧化碳溶液通过其循环，从而沉淀更多的碳酸盐化合物。

CO₂的充入和碳酸盐化合物沉淀可以在连续的过程中或者以单独的步骤进行。因此，根据本发明的一些实施方案，充气和沉淀可以在系统的同一个反应器中进行，例如，如图2中的步骤20所示。在另外其他的实施方案中，这两个步骤可以在单独的反应器中进行，以使得含有质子去除剂的水首先在充气反应器中充入CO₂，然后使得到的充有CO₂的水或溶液在单独的反应器或沉淀器中经受沉淀条件。

在本文提供的方法中，使一定体积的水经受一项或多项足以产生沉淀的碳酸盐化合物组合物和母液（即，在碳酸盐化合物从水中沉淀后剩下的水的一部分）的条件或沉淀条件。在沉淀步骤20，碳酸盐化合物得到沉淀，其可以是非晶的或结晶的。这种沉淀物可以是自胶结组合物产物80，并且可以原样储存，或者可以进一步加工以制得水泥产品。或者，沉淀物可以经受进一步的加工以得到水硬水泥或本发明的SCM组合物。

感兴趣的一项或多项条件或者一项或多项沉淀条件包括改变水的物理环境以产生所需的沉淀产物的那些条件。该一项或多项条件或沉淀条件包括但不限于以下中的一项或多项：温度、压力、pH、沉淀、沉淀物的停留时间、溶液的流速、浓度、沉淀物的脱水或分离、干燥、研磨和储存。例如，水温可在适合发生期望组合物的沉淀的范围内。例如，可将水温升高至适合发生期望的碳酸盐化合物的沉淀的水平。在这样的实施方案中，水温可为5-70℃，如20-50℃，包括25-45℃。这样，虽然给定的一组沉淀条件可具有0-100℃的温度，但在某些实施方案中，可将温度升高以产生期望的沉淀物。在某些实施方案中，使用由低或零二氧化碳排放的来源例如太阳能源、风能源、水电能源等生成的能量来升高温度。

在从溶液中取出沉淀物前该沉淀物在反应器中的停留时间可以变化。在一些实施方案中，沉淀物在溶液中的停留时间超过5秒，或为5秒至1小时，或5秒至1分钟，或5秒至20秒，或5秒至30秒，或5秒至40秒。不受任何理论所限制，预计沉淀物的停留时间可影响颗粒的大小。例如，较短的停留时间可得到较小尺寸的颗粒或更分散的颗粒，而较长的停留时间可得到凝聚的或较大尺寸的颗粒。在一些实施方案中，本发明的过程中的停留时间可用于单批或多批制造小尺寸以及大尺寸的颗粒，这些颗粒可以分离或可保持混合以用于该过程的后续步骤。在一些实施方案中，可进一步对细分散颗粒进行处理以得到本发明的SCM组合物。在一些实施方案中，可对大的或凝聚的颗粒进行处理以得到本发明的水硬水泥组合物和/或自胶结组合物。颗粒大小和/或颗粒的凝聚还可能受到在沉淀反应过程中或其后不久加入的稳定剂的影响。

虽然在给定的沉淀工艺过程中水的pH可以在7至14的范围内，但在一些实施方案中，需要时将pH升高至碱性水平，以便推动碳酸盐化合物的沉淀。在一些实施方案中，将pH升高至使得沉淀过程中CO₂气体产生的产量最小化（若没有将其消除的话）的水平。在这些实施方案中，可以将pH升高至10或更高，如11或更高。在一些实施方案中，该一项或多项条件或沉淀条件包括使质子去除剂与CO₂相接触以形成溶液，然后该溶液与含有碱土金属离子的溶液相接触。在一些实施方案中，该一项或多项条件或沉淀条件包括使咸水或含有碱土金属的水与质子去除剂相接触。该质子去除剂可以是如本文所述的任何质子去除剂，例如但不限于：氧化物、氢氧化物如氢氧化钠、碳酸盐、煤灰、天然存在的矿物，以及它们的组合。在一些实施方案中，该一项或多项条件或沉淀条件包括使咸水或含有碱土金属的水与电化学条件相接触。此类电化学条件已经在此进行了描述。沉淀物的性质可能受该沉淀过程的pH影响。在一些实施方案中，高pH可以导致颗粒的快速沉淀以及凝聚，而较低的pH或pH的慢速升高可导致较细的颗粒。

沉淀物的性质还可受到适当主要离子比率的选择的影响。主要离子比率可能对多晶型物的形成具有影响。例如，镁可稳定化沉淀物中的球霰石和/或非晶碳酸钙。

沉淀速率也可影响化合物多晶相的形成，并且可以以足以产生期望的沉淀产物的方式来控制。通过用期望的相对溶液进行引晶，可以实现最快的沉淀。在不引晶的情况下，可通过快速提高海水的pH来实现快速沉淀。pH越高，沉淀可以越快。

在一些实施方案中，一组从水中产生所需沉淀物的条件包括但不限于水的温度和pH，以及（在一些情况下）水中的添加剂和离子种类的浓度。沉淀条件还可包括诸如混合速率、搅拌形式（如超声）以及晶种、催化剂、膜或基底的存在等因素。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，或者循环或改变任意这些参数。用于制备根据本发明的碳酸盐化合物沉淀物的方案可以是分批方案或连续方案。应当理解，在连续流系统中产生给定沉淀物的沉淀条件与分批系统相比可能是不同的。如本文所述，可以调节这些沉淀条件中的一项或多项，以便获得具有期望的粒度、反应性以及ζ电位的沉淀物。这可以进一步影响在将该组合物与淡水组合、凝固并硬化时所形成的水泥的抗压强度。

如图1的步骤40所示，自水中产生碳酸盐化合物沉淀物后，可将得到的沉淀的碳酸盐化合物组合物从母液中分离或脱水以产生沉淀物产物。或者，将沉淀物原样留在母液或母液上清液中。该沉淀物含有球霰石和稳定剂。

可使用任何适宜的方法来实现沉淀物的分离，所述方法包括机械方法，例如，在将大量过剩的水从沉淀中排出时，例如只通过重力或同时施加真空、机械压迫，通过从母液中过滤沉淀物以产生滤液，或采用离心技术等。大量水的分离产生湿的脱水沉淀物。

上述方案导致隔离CO₂的沉淀物的浆液和母液的产生。母液和/或浆液中的这种沉淀物可以产生自胶结组合物80。在一些实施方案中，将一部分或全部脱水沉淀物或浆液进一步处理以制备水硬水泥或本发明的SCM组合物。

当需要时，由沉淀物和母液组成的组合物可以在沉淀后和进一步处理前储存一段时间。例如，组合物可在1-40℃如20-25℃的温度下储存1-1000天或更长的一段时间，如1-10天或更长。

然后分离浆液组分。实施方案可包括母液的处理，其中母液可以与产物存在于或可以不存在于相同的组合物中。例如，当母液将要返回到海洋时，母液可以足以增大母液中存在的碳酸根离子浓度的方式与气态CO₂源接触。可使用任何适宜的方案，例如以上描述的那些方案进行接触。在某些实施方案中，母液具有碱性pH，并且以足以使pH降至5-9，例如6-8.5，包括7.5-8.2的范围内的方式进行与CO₂源的接触。在某些实施方案中，例如如上所述，所处理的盐水可与CO₂源接触以隔离另外的CO₂。

得到的反应母液可使用任何适宜的方案来处理。在某些实施方案中，可将其送至尾矿池中进行处理42。在某些实施方案中，可将其在天然存在的水体，例如海洋、大海、湖泊或河流中进行处理。在某些实施方案中，将母液返至本发明方法的给水源，例如海洋或大海。或者，母液可进行进一步处理，例如，经受脱盐方案，如在美国专利7,744,761中进一步描述的，该专利的公开内容通过引用整体并入本文。

在一些实施方案中，沉淀物中球霰石的稳定性可任选地通过用化学活化剂漂洗沉淀物来进行优化。在一个方面，提供了用于制备组合物的方法，该方法包括：(a)使来自CO₂源的CO₂与质子去除剂接触以形成溶液；(b)使该溶液与包含碱土金属和稳定剂的水在一项或多项条件下相接触以制备包含球霰石和稳定剂的沉淀物；和(c)用包含化学活化剂的溶液漂洗该沉淀物，该化学活化剂活化该沉淀物中的球霰石。在一些实施方案中，该方法进一步包括将该沉淀物进行干燥以形成本发明的组合物。在一些实施方案中，该方法进一步包括将该组合物与水组合并且促进当该组合物凝固并硬化而形成水泥时球霰石向霰石的转化，其中该促进作用是由化学活化剂提供的。

在上述方面的一些实施方案中，含有球霰石和稳定剂的沉淀物的稳定性可通过用化学添加剂或活化剂漂洗该沉淀物而进一步优化。例如，在一些实施方案中，可能希望仅在沉淀工艺过程中稳定化球霰石沉淀物。在这样的实施方案中，稳定剂可在沉淀工艺过程中加入，并且在沉淀后通过用含有化学活化剂的溶液漂洗沉淀物而部分或全部去除。在一些实施方案中，可能已经通过从浆料中分离固体并对沉淀的固体进行压滤而获得了沉淀物。这种漂洗可从沉淀物中去除稳定剂，从而活化球霰石或使得球霰石更不稳定并更具有反应性。在一些实施方案中，可能希望不仅在沉淀工艺过程中而且在干燥工艺过程中稳定化球霰石沉淀物（如本文所述）。在这样的实施方案中，干燥的组合物可储存保持，并在使用时用化学活化剂进行漂洗以产生反应性球霰石。在一些实施方案中，球霰石沉淀物可被稳定剂过度稳定化，并且可能希望对球霰石沉淀物进行去稳定化。在这样的实施方案中，用化学活化剂漂洗沉淀物或干燥的组合物以产生反应性或去稳定化的球霰石。如本文所述，球霰石的稳定性与优化的球霰石活化相关，以使得当组合物与水组合时，球霰石转化为霰石而导致胶结。

在一些实施方案中，化学活化剂为含有碳酸根离子和/或镁离子的溶液。在这样的实施方案中，上述漂洗包括用含有碳酸根离子的第一溶液、然后用含有镁离子的第二溶液来漂洗沉淀物或干燥的组合物。在一些实施方案中，该沉淀物或干燥的组合物可用含有碳酸镁的溶液进行漂洗，以使得该溶液同时提供镁离子和碳酸根离子。可以想到，用含有碳酸根离子的第一溶液进行漂洗以这样一种方式改变了该沉淀物的表面化学，该方式使得沉淀物中的硫酸根离子部分或全部地被碳酸根离子替代，从而使得总表面电荷为负。进一步可以想到，用含有镁离子的第二溶液进行漂洗能用镁离子部分或全部地替代碳酸根离子，从而使得总表面电荷为正。沉淀物中硫酸盐含量的降低以及随后用镁离子漂洗可以活化球霰石，并且当组合物与水组合时促进球霰石向霰石的转化。这种漂洗的实例在本文实施例9中进行了描述。

然后如图1的步骤60所示，干燥得到的脱水沉淀物以产生本发明的组合物。可通过风干、喷雾干燥、真空干燥和/或烘炉干燥沉淀物来完成干燥。当风干沉淀物时，风干可以根据需要在-70-120℃的温度下进行。在某些实施方案中，通过冷冻干燥（即冻干法）来实现干燥，其中冷冻沉淀物，降低环境压力并加入足够的热量，以使得材料中冷冻的水从冷冻的沉淀物相直接升华为气体。在又一个实施方案中，将沉淀物进行喷雾干燥以干燥沉淀物，其中含有沉淀物的液体是通过将其输送穿过热气体（如来自发电厂的气态废物流）而进行干燥的，例如，其中通过喷雾器将液体物料泵送至主干燥室内，并且热气体相对于喷雾器方向并流或逆流通过。根据系统的具体干燥方案，干燥站可包括过滤元件、冷冻干燥结构、喷雾干燥结构等。该沉淀物的干燥可以包括在150℃-180℃之间，或在150℃-250℃之间，或在150℃-200℃之间的温度。排放的空气可包括较细颗粒62。

在一些实施方案中，喷雾干燥步骤可包括不同大小的沉淀物颗粒的分离。例如，可以从喷雾干燥器中收集第一批较大尺寸的颗粒并接着收集较小尺寸的颗粒。在一些实施方案中，单一批次可以得到一种或多种，仅举例而言例如两种、三种、四种或五种不同尺寸的颗粒（例如，如本文所限定的微米和亚微米颗粒），这些颗粒可以进行分离以供后续使用，或者这些不同尺寸的颗粒可以混合在一起来制备本发明的组合物。

在一些实施方案中，可以将具有不同形态的（例如细的或凝聚的）颗粒和/或具有不同尺寸的颗粒进行混合以制备本发明的组合物。例如，本发明的组合物可以包括细分散颗粒与较大的凝聚颗粒的混合物，或者本发明的组合物可以包括具有不同尺寸的颗粒，例如具有范围在0.1微米至100微米之间的尺寸的颗粒的混合物。在一些实施方案中，可以通过将具有不同粒度、表面积、ζ电位和/或形态的颗粒进行混合而调节本发明的组合物。

当需要时，如图1的步骤50所示，来自分离反应器40的脱水的沉淀产物可在干燥之前进行洗涤。可用淡水洗涤沉淀物，例如，以便从脱水的沉淀物中去除盐（如NaCl）。用于洗涤的水可以含有金属，例如铁、镍等。在一些实施方案中，可以用淡水漂洗该沉淀物以便从该沉淀物中去除岩盐或氯化物含量。氯化物在一些应用中可能是不希望的，例如在打算用于混凝土的骨料中，因为氯化物具有腐蚀钢筋的趋势。在一些实施方案中，可以用具有低氯化物浓度但具有高二价阳离子（如钙、镁等）浓度的溶液洗涤该沉淀物。由于稳定剂的存在而对该沉淀物中的亚稳碳酸盐形式的稳定化可防止该沉淀物的溶解，由此减少了产率损失以及向水泥性材料的转化。用过的洗涤水可以适当地进行处理，例如通过在尾矿池中进行处理，等等。

在步骤70中，干燥的沉淀物为含有球霰石的组合物。含有球霰石的组合物可以任选地通过精炼、研磨、老化和/或固化进行活化，例如，以便提供所期望的物理特征，例如活化、粒度、表面积、ζ电位等。如本文所述，含有球霰石的组合物还可通过加入霰石晶种、无机添加剂或有机添加剂进行活化。进一步地，可以向组合物中加入一种或多种成分，如掺合物、骨料、辅助胶结材料等，以产生本发明的最终组合物80。精制可包括多种不同的方案。在某些实施方案中，产物经历机械精制，例如，研磨，以便获得具有期望的物理性质例如粒度等的产物。可将干燥的沉淀物进行碾磨或研磨以获得期望的粒度。

系统

本文提供的方面和实施方案进一步包括系统，例如加工厂或工厂，用于生产碳酸盐化合物组合物，例如咸水衍生的碳酸盐和氢氧化物矿物组合物，和水泥，以及包括本文提供的水泥的混凝土和灰浆。本文提供的系统可具有能够实施感兴趣的特定生产方法的任何配置。

在一个方面，提供了一种用于制备本发明的组合物的系统，该系统包括：(a)含有碱土金属的水的输入端；(b)来自工厂的、含有化石燃料来源的碳的烟气的输入端；(c)稳定剂输入端；以及(d)连接到(a)、(b)和(c)的输入端上的反应器，该反应器被配置成用于制备本发明的组合物。在另一个方面，提供了一种用于制备组合物的系统，该系统包括：(a)含有碱土金属的水的输入端；(b)CO₂源输入端；(c)稳定剂输入端；以及(d)连接到(a)、(b)和(c)的输入端上的反应器，该反应器被配置成用于制备组合物。在这样的实施方案中的组合物包含亚稳碳酸盐和稳定剂。

在另一个方面，提供了用于制备本发明组合物的系统，该系统包括：(a)含有碱土金属的水的输入端；(b)来自工厂的、含有化石燃料来源的碳的烟气的输入端；(c)稳定剂输入端；(d)连接到(a)、(b)和(c)的输入端上的反应器，该反应器被配置成制备包含球霰石的组合物；以及(e)用于活化含有球霰石的组合物的活化站。在另一个方面，提供了一种用于制备组合物的系统，该系统包括：(a)含有碱土金属的水的输入端；(b)CO₂源输入端；(c)稳定剂输入端；(d)连接到(a)、(b)和(c)的输入端上的反应器，该反应器被配置成制备该组合物；以及(e)用于活化含有球霰石的组合物的活化站。

图3提供了一种用于实施本发明的一些实施方案的系统的示意图。在图3中，系统100包括水源110，例如，含有碱土金属的水。在一些实施方案中，水源110包括具有咸水输入端（例如来自海洋的管路或管道等）的结构。在咸水源是海水时，输入端与海水源是流体连通的。例如，输入端是从海洋水到基于陆地的系统的管线或进料线，或者是船体中的进口，例如在该系统是船的一部分时，例如在基于海洋的系统中。可以通过任何适宜的方案将水取出并送入本发明的系统中，除其他方案之外，该方案例如是但不限于：涡轮马达泵、旋转凸轮泵、液压泵、流体输送泵、地热井泵、潜水真空泵。

本文提供的方法和系统还可以包括一个或多个被配置用于监控水源或二氧化碳源的检测器（在图1或图2中未示出）。监控可以包括但不限于收集关于水或二氧化碳气体的压力、温度和组成的数据。这些检测器可以是被配置用于监控的任何适宜的装置，例如，压力传感器（例如，电磁压力传感器、电位压力传感器等）、温度传感器（电阻温度检测器、热电偶、气体温度计、热敏电阻、高温计、红外辐射传感器等）、体积传感器（例如，地球物理衍射层析成像、X射线层析成像、水声学检测器等），以及用于测定水或二氧化碳气体的化学构成的装置（例如IR光谱仪、NMR光谱仪、UV-vis分光光度计、高效液相色谱仪、电感耦合等离子体发射光谱仪、电感耦合等离子体质谱仪、离子色谱仪、X射线衍射仪、气相色谱仪、气相色谱-质谱仪、流动注射分析、闪烁计数器、酸量滴定以及火焰发射光谱仪等）。

在一些实施方案中，用于监控地下盐水的装置还可以包括计算机接口，该接口被配置成对用户提供所收集的关于水或二氧化碳气体的数据。例如，检测器可以测定水或二氧化碳气体的内部压力，并且该计算机接口可以提供该水或二氧化碳气体中的内部压力随时间的变化概况。在一些实施方案中，此概况可以被储存为计算机可读数据文件或可以作为用户可读文件而打印出来。

在一些实施方案中，检测器可以是监控装置，使得它可以收集关于水或二氧化碳气体的实时数据（例如，内部压力、温度等）。在其他实施方案中，检测器可以是被配置成定期测定水或二氧化碳气体的参数的一个或多个检测器，例如每隔1分钟、每隔5分钟、每隔10分钟、每隔30分钟、每隔60分钟、每隔100分钟、每隔200分钟、每隔500分钟或以另外一些间隔来测定组成。

图3还示出了稳定剂源110’。如上所述，该源可以变化。在一些实施方案中，稳定剂源110’包括具有稳定剂输入端如管路或管道的结构。图3还示出了CO₂源130。如上所述，该源可以变化。在一些实施方案中，CO₂源130包括具有CO₂输入端如管路或管道的结构。当CO₂源是来自发电厂的烟气时，输入端与该工厂中的CO₂源是气体连通的。例如，该输入端是从发电厂到该系统的管线或进料线。或者，CO₂源可以是连接到该CO₂源输入端上的圆筒或一系列圆筒。在一些实施方案中，CO₂源是在使来自CO₂源的CO₂与含有质子去除剂的溶解接触之后获得的含有CO₂的溶液。

水源、碱土金属离子源、稳定剂源和CO₂源的输入端被连接到CO₂充气器和沉淀器反应器120上。沉淀器反应器120被连接到输入端上并且被配置成制备碳酸盐沉淀物。充气器和沉淀反应器120可以被配置成包括任何数目的不同元件，例如温度调节器（例如，被配置成将水加热至所需的温度）；化学添加剂元件，例如用于将化学pH提升剂（如NaOH）引入水中；电解元件，例如阴极/阳极，等等。该反应器120可以按分批过程或连续过程来运行。应当理解，图3中的系统仅用于说明的目的，并且可以对该系统进行改变以便获得相同的结果。例如，该系统可以具有多于一个反应器和/或多于一个碱土金属离子源和/或多于一个稳定剂源和/或多于一个在该系统中互连的CO₂源。充气器和/或反应器可以是连续搅拌釜式反应器（CSTR）、推流式反应器（PFR）、罐、批式反应器或它们的组合。这样的反应器，例如CSTR、PFR等，是本领域熟知的。在一些实施方案中，该反应器是PFR。PFR可以具有任选地带有用于混合溶液的线内混合元件的管路。在一些实施方案中，该管路中的紊流使溶液混合而不需要混合元件。在一些实施方案中，静态线内混合元件可以存在于管路内以混合溶液。可以调节管路的长度和直径，这可以影响溶液的混合、沉淀物的停留时间、沉淀物的形态、沉淀物的粒度，等等。在一些实施方案中，PFR中的管路内部可以用抵抗沉淀物在管路内积聚的材料进行涂覆。这样的涂料可以是特氟龙（Teflon）或任何其他材料。含有部分或完全溶解的CO₂的溶液或来自吸收器的含有CO₂碱性溶液的支流到达反应器的平均流速可以是4-6GPM（加仑/分钟），或5-6GPM，或4-5GPM，或3-8GPM。含有碱土金属离子的水到达反应器的平均流速可以是8-10GPM（加仑/分钟），或8-9GPM，或9-10GPM，或5-15GPM。

沉淀反应的产物，例如该浆料，可以从反应器中取出并用来制备本文所述的自胶结产物。或者，如图3所示，沉淀反应的产物，例如浆料，然后在批量脱水站140进行处理。脱水站140可以采用多种不同的除水工艺，包括诸如连续离心、离心、过滤离心、重力沉降等工艺。在批量脱水之后获得的、但仍然在母体上清液中浸湿的浆料可以用于制备本文提供的自胶结组合物。脱水站140可以是彼此连接起来用于对浆料进行脱水的任何数目的脱水站（例如，串联、并联或其组合）。

在一些实施方案中，所述系统还可以包括脱盐站（在图3中未示出）。该脱盐站可以与液体-固体分离器140是流体连通的，使得液体产物可以从该液体-固体分离器直接被传输到该脱盐站。该系统可以包括传输工具（例如管路），输出废盐水可以在其中被直接泵送到脱盐站中或者可以靠重力流向脱盐站。本发明的脱盐站可以采用任何适宜的脱盐方案，并且可以包括但不限于蒸馏器、蒸汽压缩机、过滤装置、电渗析器、离子交换膜、纳米滤膜、反渗透脱盐膜、多效蒸发器或它们的组合。

图3中所示的系统还可以包括干燥站160或一系列干燥站，用于干燥在分离站140产生的脱水后的沉淀物。根据该系统的具体干燥方案，干燥站160可以包括过滤元件、冷冻干燥结构、烘炉干燥、喷雾干燥结构等，如以上所述。

图3中还示出了任选的洗涤站150，在此处在于干燥站160进行干燥之前对来自分离站140的批量脱水后的沉淀物进行洗涤，例如以便从该沉淀物中去除盐和其他溶质。来自干燥站160的干燥后的沉淀物然后被送至活化站170，在此处沉淀物可以被机械加工和/或可以向沉淀物中添加一种或多种组分（例如，如以上所述），以便产生如本文提供的含有球霰石的组合物。活化站170可以具有研磨机、碾磨机、粉碎机、压缩机、掺混机等，以便在本发明的组合物中获得所希望的物理特性。

该系统可以进一步包括出口传输机，例如传送带、浆料泵，其允许从以下一种或多种中移出沉淀物：接触反应器、沉淀反应器、干燥站或精炼站。在某些实施方案中，该系统可以进一步包括用于由该沉淀物来制备建筑材料如水泥的站点。该站点可以被配置成由该沉淀物来生产多种水泥、骨料或胶结材料，如本文所述。

在一些实施方案中，所述系统包括处理站，该处理站可以包括压缩机，该压缩机被配置成根据需要对烟气或二氧化碳源、碱土金属离子源、反应器中的反应混合物、沉淀物、脱水后的沉淀物和/或干燥后的沉淀物进行加压。本发明的压缩机可以采用任何适宜的压缩方案，并且除了其他用于流体压缩的装置之外可以包括但不限于容积式泵（例如，活塞泵或齿轮泵）、静态或动态流体压缩泵、径向流离心型压缩机、螺旋叶片型压缩机、回转式压缩机、往复式压缩机、液体环压缩机。在一些实施方案中，该压缩机可以被配置成加压至5atm或更大，例如10atm或更大，例如25atm或更大，包括50atm或更大的压力。

在一些实施方案中，所述系统可以包括控制站，该控制站被配置成用于控制被传送到沉淀器或充气器的二氧化碳或二氧化碳溶液的量和/或碱土金属离子的量和/或稳定剂的量；被传送到分离器的沉淀物的量；被传送至干燥站的沉淀物的量；和/或被传送至精炼站的沉淀物的量。控制站可以包括手动地、机械地或数字地控制的一组阀门或多阀门系统，或者可以采用任何其他适宜的流量调节器方案。在一些情况下，该控制站可以包括计算机接口（其中调节是计算机辅助的或者是完全由计算机控制的），该计算机接口被配置成对用户提供输入或输出参数以便控制所述量，如以上所述。

如以上所述，所述系统可以存在于陆地或大海上。例如，该系统可以是位于沿海地区的陆基系统，例如靠近海水源，或甚至在内部位置，在此处水被从咸水源如海洋输送至该系统中。或者，该系统可以是水基系统，例如存在于水上或水中的系统。这样的系统可以按照需要而存在于船上、洋基平台上等。

应当理解，在附图中描绘的方法和系统绝非限制本发明的范围。这些方法中的一个或多个步骤可以被跳过，或者这些步骤的顺序可以改变，以用于制备本发明的产品和组合物。类似地，可以省去这些系统中的一个或多个组件以制备本发明的产品和组合物。例如，当将CO₂源加入反应器中时，阳离子源可能已经存在于该反应器中，反之亦然。

III.用于制造产品的方法和系统

本发明的方面还提供了用于由本文提供的组合物来制造水泥产品的方法和系统。本文提供的组合物可以用于制造水泥产品，如建筑材料或预铸的或成形的建筑材料和/或骨料。

在一个方面，提供了一种由本文提供的组合物来制造水泥产品的方法，该方法包括：(a)使本发明的组合物与水性介质在一项或多项适当条件下进行组合；和(b)使该组合物凝固并硬化成为水泥产品。

在一些实施方案中，提供了一种制备产品的方法，该方法包括：(a)使来自CO₂源的CO₂与质子去除剂接触以形成溶液；(b)使该溶液与含有碱土金属和稳定剂的水在一项或多项条件下相接触以制备含有亚稳碳酸盐和稳定剂的组合物；(c)将该组合物与水性介质组合；以及(d)使该组合物凝固并硬化成水泥产品。在一些实施方案中，提供了一种用于制备产品的方法，该方法包括：(a)使来自CO₂源的CO₂与质子去除剂接触以形成溶液；(b)使该溶液与含有碱土金属和稳定剂的水在一项或多项条件下相接触以制备包含球霰石和稳定剂的组合物；(c)活化该包含球霰石的组合物；(d)将该组合物与水性介质组合；以及(e)使该组合物凝固并硬化成水泥产品。在一些实施方案中，该组合物在凝固并硬化后将球霰石转化为霰石。在一些实施方案中，该方法包括在将组合物与水性介质组合之前，将波特兰水泥熔块、骨料、SCM或其组合加至该组合物中。

在一个方面，提供了一种由本文提供的组合物如水硬水泥组合物、SCM组合物或自胶结组合物制备成形的建筑材料的方法，该方法包括将该组合物与水性介质在一项或多项适当的条件下组合；并且使该组合物凝固并硬化为成形的建筑材料。在一些实施方案中，在将组合物与水组合之前或之后将该组合物倒入模具中。在一些实施方案中，该模具用于成形的建筑材料。在一些实施方案中，该水性介质包括淡水。

在一些实施方案中，提供了一种由本文提供的组合物生产水泥产品的方法，该方法包括获得该组合物；以及生产水泥产品。在一些实施方案中，该获得步骤包括将该组合物从含二价阳离子的水中，例如从含碱土金属离子的水如咸水（例如海水）中沉淀出来。该获得步骤可以进一步包括在沉淀步骤之前和/或过程中使含二价阳离子的水例如含碱土金属离子的水与包含CO₂或含CO₂溶液的工业气态废物流相接触。该工业气态废物流可以是如本文所述的任何流，例如来自发电厂、铸造厂、水泥厂、炼油厂或冶炼厂的流，例如烟气。在一些实施方案中，该获得步骤进一步包括在沉淀步骤之前和/或过程中将含碱土金属离子的水的pH升高至10或更高。该生产步骤可以包括使该组合物形成固体产品，例如通过将该组合物与包括但不限于淡水、波特兰水泥、飞灰、石灰和粘合剂中的一种或多种的水性介质组合，并且任选地机械精炼该固体产品，例如通过模制、挤出、造粒或粉碎。该生产步骤可以包括使该组合物与淡水相接触以便将该组合物中的多晶型物转化为淡水稳定的产物。在一些实施方案中，这可以通过将该组合物在开放区域上铺开并且使铺开的组合物与淡水相接触而实现。

在一些实施方案中，骨料生产器包括精炼站，以对由本文提供的组合物制成的骨料进行机械精炼。

在一些实施方案中，将本文提供的组合物在与水混合后倒入被设计用于制造一种或多种预成形的建筑材料的模具中。然后使该组合物凝固并硬化成为预成形的或预铸的材料。

在一些实施方案中，如通过上述方法制备的本文提供的组合物用水性介质在一项或多项适当条件下进行处理。该水性介质包括但不限于任选地含有氯化钠、氯化钙、氯化镁或其组合的淡水，或者水性介质可以是盐水。在一些实施方案中，水性介质是淡水。

在一些实施方案中，所述一项或多项适当条件包括但不限于温度、pH、压力、凝固时长、水性介质与组合物之比，以及它们的组合。温度可以与水性介质的温度相关。在一些实施方案中，温度是在0-110℃；或0-80℃；或0-60℃；或0-40℃；或25-100℃；或25-75℃；或25-50℃；或37-100℃；或37-60℃；或40-100℃；或40-60℃；或50-100℃；或50-80℃；或60-100℃；或60-80℃；或80-100℃的范围内。在一些实施方案中，压力为大气压或高于大气压。在一些实施方案中，凝固水泥产品的时长是30分钟至48小时；或30分钟至24小时；或30分钟至12小时；或30分钟至8小时；或30分钟至4小时；或30分钟至2小时；2至48小时；或2至24小时；或2至12小时；或2至8小时；或2至4小时；5至48小时；或5至24小时；或5至12小时；或5至8小时；或5至4小时；或5至2小时；10至48小时；或10至24小时；或24至48小时。

在一些实施方案中，水性介质与干燥组分或与本发明组合物之比（水性介质:干燥组分或水性介质:本发明组合物）是0.1-10；或0.1-8；或0.1-6；或0.1-4；或0.1-2；或0.1-1；或0.2-10；或0.2-8；或0.2-6；或0.2-4；或0.2-2；或0.2-1；或0.3-10；或0.3-8；或0.3-6；或0.3-4；或0.3-2；或0.3-1；或0.4-10；或0.4-8；或0.4-6；或0.4-4；或0.4-2；或0.4-1；或0.5-10；或0.5-8；或0.5-6；或0.5-4；或0.5-2；或0.5-1；或0.6-10；或0.6-8；或0.6-6；或0.6-4；或0.6-2；或0.6-1；或0.8-10；或0.8-8；或0.8-6；或0.8-4；或0.8-2；或0.8-1；或1-10；或1-8；或1-6；或1-4；或1-2；或1:1；或2:1；或3:1。

在一些实施方案中，可以用淡水漂洗沉淀物以从该沉淀物中去除岩盐或氯化物含量。氯化物在一些应用中可能是不希望的，例如在打算用于混凝土的骨料中，因为氯化物具有腐蚀钢筋的倾向。

在一些实施方案中，这样的漂洗可能不是希望的，因为它可能降低组合物的产率。在这样的实施方案中，可以用具有低氯化物浓度但具有高二价阳离子（例如钙、镁等）浓度的溶液来洗涤该沉淀物。这样的高二价阳离子浓度可以防止该沉淀物溶解，由此降低了产率损失以及向胶结材料的转化。

在组合物与水性介质混合的过程中，沉淀物可以经受高剪切混合器。混合之后，沉淀物可以再次脱水并置于预成形的模具中以制备成形的建筑材料。或者，可以将该沉淀物与水混合并使之凝固。该沉淀物在几天时间内凝固，然后将其置于烘箱中进行干燥，例如在40℃，或40℃-60℃，或40℃-50℃，或40℃-100℃，或50℃-60℃，或50℃-80℃，或50℃-100℃，或60℃-80℃，或60℃-100℃。然后使该沉淀物在高温（例如50℃-60℃，或50℃-80℃，或50℃-100℃，或60℃-80℃，或60℃-100℃，或60℃，或80℃-100℃）、高湿度（例如在30%，或40%，或50%，或60%的湿度）下经受固化。

由上述方法生产的水泥产品可以是骨料或建筑材料或预铸的材料或成形的建筑材料。这些材料已经在本文中描述。

在又一个方面，提供了一种由本文提供的组合物来制造水泥产品的系统，该系统包括：(a)本文提供的组合物的输入端；(b)水性介质输入端；以及(c)连接到步骤(a)和步骤(b)的输入端上的反应器，该反应器被配置成将本文提供的组合物与水性介质在一项或多项适当条件下进行混合以制造水泥产品。在一些实施方案中，该系统进一步包括用来在混合步骤(c)之后过滤组合物的过滤元件。在又一些实施方案中，该系统进一步包括用来干燥过滤后的组合物以制造水泥产品的干燥步骤。

图4示出了用于由本文提供的组合物来制造水泥产品的说明性系统实施方案200。在一些实施方案中，系统200包括本文提供的组合物210的来源。在一些实施方案中，该组合物来源包括具有该组合物的输入端的结构。这样的具有输入端的结构包括但不限于漏斗、导管、管路或管道等。可以帮助将组合物投入反应器230中的任何输入端都在本发明的范围之内。容易理解的是，在一些实施方案中，当组合物已经存在于反应器230中时，不需要这样的组合物来源或者具有组合物输入端的结构。在一些实施方案中，提供了水性介质220的来源，例如任选地含有氯化钠、氯化钙、氯化镁或其组合的水或盐水。在一些实施方案中，水性介质220的来源包含水性介质输入端，例如但不限于漏斗、导管、管路或管道等。可以帮助将该水性介质投入反应器230中的任何输入端都在本发明的范围之内。容易理解的是，在一些实施方案中，当水性介质已经存在于反应器230中时，不需要这样的水性介质来源或者具有水性介质输入端的结构。

反应器230连接至这两个输入端上，并且被配置成将组合物与水性介质在一项或多项适当条件下混合以制造水泥产品。该一项或多项适当条件已经在上文进行了限定。反应器230可以被配置成包括任何数目的不同元件，例如温度调节器（例如，被配置成将水加热至所需温度）；化学添加剂元件，例如用于将化学pH提升剂（如NaOH）引入水中。该反应器230可以按分批过程或连续过程来运行。该系统可以任选地包含用于在润湿之后过滤组合物的过滤元件（在图4中未示出）。

在将水加入反应器中的组合物中之后，该组合物凝固并硬化成为水泥产品。可以任选地将该水泥制品干燥并固化。

在一个方面，提供了一种制备具有所需亚稳碳酸盐稳定性的胶结组合物的方法，该方法包括：a)使CO₂与质子去除剂接触以形成溶液；b)使该溶液与碱土金属离子接触以形成碳酸盐沉淀物；以及c)使稳定剂在一个或多个步骤接触，该步骤选自：在步骤b)之前与该溶液相接触；在与该溶液接触之前与碱土金属离子相接触；在与该溶液接触之后与碱土金属离子相接触；以及与碳酸盐沉淀物相接触。在一些实施方案中，稳定剂的量在0.1-5%w/w之间。在一些实施方案中，稳定剂的量的优化导致亚稳碳酸盐稳定性的优化。在一些实施方案中，稳定剂的量的优化导致亚稳碳酸盐稳定性的优化。在一些实施方案中，对加入稳定剂的步骤的优化导致亚稳碳酸盐稳定性的优化。

IV.包装物

在一个方面，提供了一种包含本文提供的组合物的包装物。在一些实施方案中，提供了一种包含由本文提供的组合物形成的预铸的或成形的建筑材料的包装物。这些预铸的或成形的建筑材料如本文所述。该包装物进一步包括适合容纳该组合物的包装材料。该包装物可以包含一种或多种这样的包装材料。该包装材料包括但不限于：金属容器；麻袋；袋子，例如但不限于纸袋或塑料袋；箱子；储仓，例如但不限于塔式储仓、青贮仓、袋式储仓、低水平移动式储仓或静态直立式水泥储仓；以及箱柜。应当理解，可以用于携带或储存本文提供的组合物的任何容器都处于本发明的范围之内。

在一些实施方案中，这些包装物是便携式的。在一些实施方案中，这些包装物和/或包装材料是一次性的或可循环的。

该包装材料进一步适合于将本文提供的组合物储存和/或保藏长于几个月至几年。在一些实施方案中，这些包装材料进一步适合于将本发明的组合物储存和/或保藏长于1周，或长于1个月，或长于2个月，或长于5个月，或长于1年，或长于2年，或长于5年，或长于10年，或在1周至1年之间，或在1个月至1年之间，或在1个月至5年之间，或在1周至10年之间。

提供以下实施例是为了向本领域普通技术人员提供关于如何实施和使用本发明的完整公开内容和描述，而并非意在限制本发明人视为其发明的范围，也并非意在表示以下实验是进行的所有实验或仅有的实验。已经努力确保所使用的数字（例如量、温度等）的准确性，但是应该考虑到一些实验误差和偏差。除非另有说明，份数是重量份数，分子量是重均分子量，温度为摄氏度，而压力为大气压或接近大气压。

实施例

实施例1

在稳定剂的存在下对组合物进行稳定化

该实施例涉及在稳定剂如硫酸盐的存在下组合物稳定性的研究。在该研究中，采用了胶结组合物的四个样品：样品A、样品B、样品C和样品D。所有样品均使用通过向含有质子去除剂如氢氧化钠的溶液中通入二氧化碳气态流而形成的二氧化碳溶液来制备。之后使充有二氧化碳的溶液与含有碱土金属离子的溶液相接触。样品A由加入了氯化钙的海水制备。样品B由加入了氯化钙的城市用水制备。样品C由其中硫酸根离子为1000ppm、钙离子为8000ppm且镁离子为70ppm的含有氯化钙和硫酸钠的水制备。样品D由其中硫酸根离子为800ppm、钙离子为15,000ppm且镁离子为15ppm的含有氯化钙和硫酸钠的水制备。发现样品A是反应性的；发现样品B是稳定的；发现样品C是超稳定的；并且发现样品D是半稳定的。样品的稳定性是基于初步筛选结果而确定的，该初步筛选结果包括相变的检测和扫描电子显微术（SEM）图像。

实验1：在该实验中，使四个样品经受浸出和消化实验。在浸出过程中，100mg样品与100mL去离子（DI）水混合。将悬液振摇10分钟。然后用0.2μm滤纸过滤固体，用IC（离子色谱法）分析滤液的硫酸盐含量。在消化过程中，100mg样品与1.5mL甲磺酸（MSA）混合。用去离子水将溶液补至100mL。然后用0.2μm滤纸过滤固体，并且用IC（离子色谱法）分析滤液的硫酸盐含量。图5示出了所有四个样品在浸出（样品A为A1；样品B为B1；样品C为C1；且样品D为D1）以及消化过程（样品A为A2；样品B为B2；样品C为C2；且样品D为D2）之后在滤液中发现的硫酸盐的量。发现为反应性样品的样品A在滤液中具有最小量的硫酸盐含量（A1和A2）。发现样品B（稳定的）、样品C（超稳定的）和样品D（半稳定的）在滤液中具有较高的硫酸盐含量，其中超稳定的样品C最高（C1和C2）。本研究表明，样品中硫酸盐的含量与样品的稳定性之间存在相关性。

实验2：在该实验中，所有四个样品与水混合，并且在40℃下保持7天。在1天、3天和7天时间段分析所有四个样品的相变。图6表明，为超稳定样品的样品C未显示出转化，而反应性样品A在7天时间内一直转化。然而，样品D转化为方解石。该研究表明，具有最高硫酸盐含量的样品（如实验1中所示）显示出没有转化的超稳定性，而具有最低硫酸盐含量的样品显示出最大的转化。因此，组合物中存在的稳定剂的量影响该组合物中亚稳形式的稳定性程度。

实验3：在该实验中，用作为稳定剂的0.5%的石膏（CaSO₄）和0.5%的氯化镁（MgCl₂）处理样品B。图7阐明了7天时间内稳定剂对样品B的相变的影响。白色条为未加入石膏或MgCl₂的对照样品B。图7表明，与氯化镁相比，石膏（即硫酸根离子）防止了样品B中的相变。因此，本研究表明稳定剂可影响组合物中亚稳形式的稳定性。

实验4：在该实验中，用不同量的硫酸钙（CaSO₄）处理样品B来研究碳酸钙在室温下的溶解。如本文所述，碳酸钙的溶解和再沉淀导致相变。图8表明，随着硫酸钙的量增大，碳酸钙的溶解降低。本研究进一步证明，稳定剂和稳定剂的量可影响组合物中碳酸盐的多晶型形式的稳定性。

实施例2

Ca:CO₃之比对稳定剂的影响

本实施例涉及关于Ca:CO₃之比对组合物中用于稳定亚稳碳酸盐的稳定剂的影响的研究。在该实验中，使用各种不同浓度的钙化合物和碳酸盐化合物来形成具有不同Ca:CO₃比的碳酸钙沉淀物。还改变了硫酸钠的量来研究硫酸盐对组合物中形成的球霰石的稳定性的影响。此外，在所有实验中加入10mM镁。将沉淀物真空过滤并在60℃下进行干燥。使用XRD、SEM等分析该沉淀物。表II显示了这些实验的参数以及形成的球霰石的百分比（%）。结果表明，通常，随着Ca:CO₃摩尔比增加以及随着稳定剂的量增加，沉淀物中亚稳相即球霰石的量也增加。

表II

Ca:CO3(摩尔比)	SO4浓度(mM)	%V
			1.1	2	59.8
1.3	2	66.8
			1.6	2	82.5
1.1	4	47.9
			1.3	4	92.8
1.6	4	91.6
			1.1	8	99.7
1.3	8	60.7
			1.6	8	89.7
1.1	16	97.7
			1.3	16	99.2
1.6	16	77.7

还发现，钙与碳酸根的摩尔比可影响硫酸盐向散装固体或向胶结组合物的分配。图9显示了硫酸盐浓度本身对硫酸盐的分配系数没有强影响，而Ca:CO₃的变化却影响硫酸盐的分配系数。发现分配系数（D_SO4）与沉淀中钙的过量呈正相关。

实施例3

通过引晶，球霰石的核活化

在该实验中，使用两个球霰石样品作为对照，以及用于核活化，如用霰石对球霰石的引晶。“反应性”球霰石样品含有约85%的球霰石，而其余为方解石。“反应性”样品由海水和二氧化碳溶液（在氢氧化钠溶液中吸收烟气）制备。样品“稳定的”球霰石含有约85%的球霰石，而其余为方解石。样品“稳定的”球霰石由工艺用水和二氧化碳溶液（在氢氧化钠溶液中吸收烟气）制备。“反应性球霰石”在溶解-再沉淀过程中容易转化为霰石，而“稳定的球霰石”在溶解-再沉淀过程中不会显著地转化为霰石。“稳定的”和“反应性”样品用作对照。

“稳定的”球霰石样品与来自三种不同来源的3%霰石混合。在一种情况下，霰石自含有约60-70%霰石的礁砂获得。在第二种情况下，通过在40-50℃下将碳酸钠与氯化钙混合来获得霰石，这产生了霰石沉淀物（图10中的“沉淀的霰石”）。在第三种情况下，通过研磨由球霰石的转化而形成的霰石块来获得霰石（图10中的“来自“反应性”的霰石”）。

以0.6水/固体（w/s）的比率向具有来自三种不同来源的霰石的“稳定的”样品中加入水。使糊状物在40℃下固化。图10显示了“反应性”球霰石、“稳定的”球霰石和与三种不同霰石晶种混合的“稳定的”球霰石在1-7天时间段内向霰石的转化。图10表明，对照的“稳定的”球霰石在7天的时间段内不显示出向霰石的显著的转化，而当用“沉淀的霰石”或“来自“反应性”的霰石”或“来自礁砂的霰石”进行引晶时，“稳定的”球霰石在溶解-再沉淀过程后转化为霰石（与单独的“反应性”球霰石样品相若）。

实施例4

球霰石的热活化

在该实验中，在用于进行球霰石样品的热活化的实验中使用实施例3的“稳定的”和“反应性”球霰石样品作为对照。“稳定的”球霰石样品与水以0.6w/s的比率混合并立即在110℃的烘箱中保持1hr。1hr之后，将样品在40℃下保持7天。对照样品、“稳定的”和“反应性”球霰石样品与水以相同的比率混合，并将它们在40℃下保持相同的时长。图11显示了两种对照样品和热活化的“稳定的”球霰石样品的转化。图11表明，热活化的“稳定的”球霰石样品与对照“稳定的”球霰石样品相比展示出向霰石的加速转化。可以想到到，高温可能导致糊状物中霰石的引晶，这种引晶可导致胶结时霰石的加速形成。

实施例5

球霰石的化学活化

在该实验中，用图12中所示的化学品来筛选实施例3的“稳定的”球霰石样品。加入到“稳定的”球霰石样品中的化学品按重量计为0.0005-0.5%。与化学品混合的样品然后与水以1:1w/s的比率进行混合。使糊状物在60℃、100%RH室中进行固化，并在1、3和7天使用X射线衍射检测相组成并且使用扫描电子显微镜法检测微观结构发展。将该结果与和超纯水混合的球霰石材料的结果进行比较。图13显示，一些化学品（在两个框内示出）导致了球霰石向霰石的加速转化以及霰石晶体的形态修饰如较细针形纵横比（导致更好的交联和抗压强度）。表III显示，邻苯二甲酸（>0.5wt%）、L-天冬氨酸（>0.5wt%）、L-谷氨酸（>0.5wt%）和柠檬酸（>0.05wt%）用作稳定剂，并且稳定和抑制了球霰石材料（V）转化为霰石（A）。在该表中方解石以C表示。表IV显示，MgCl₂（>0.05wt%）和PVP（>0.0005wt%）用作活化剂，并且加速了球霰石向霰石的转化，从而与超纯水（在3天时～15%）相比在早期形成更多的霰石（在3天时为20-40%）。

表III

表IV

实施例6

球霰石的机械活化

在该实验中，使用如实施例3中所述的“稳定的”和“反应性”球霰石样品作为对照，并且将三种“稳定的”样品球磨不同时长以研究机械活化如球磨的效果。样品与水以0.6w/s的比率混合，并且将其保持在40℃。图14显示了样品的钙溶出研究，其中球磨了最长时间即72hr的“稳定的”样品展示出最大的钙溶出。图15显示，球磨后的样品容易转化为霰石（甚至比“反应性”样品更好），而未球磨的“稳定的”样品未展示出任何显著的霰石形成。

实施例7

沉淀材料的δ¹³C值的测量

在该实验中，使用瓶装二氧化硫（SO₂）和瓶装二氧化碳（CO₂）气体的混合物，以NaOH作为碱度来源，并且以氯化钙作为二价阳离子来源，而制备含有碳酸盐的沉淀材料。该过程在封闭的容器中进行。起始材料为可购买到的瓶装SO₂和CO₂气体的混合物（SO₂/CO₂气体或“模拟烟气”）。容器填充有去离子水。向其中加入氢氧化钠和氯化钙以提供适合于沉淀含有碳酸盐的含球霰石的沉淀材料而不向大气中释放CO₂的pH（碱性）和二价阳离子浓度。以适合于从碱性溶液中沉淀出沉淀材料的速率和时间喷射SO₂/CO₂气体。使反应组分相互作用足够的时间，之后将该沉淀材料与其余溶液（“沉淀反应混合物”）分离，产生湿沉淀材料和上清液。

测量过程起始材料、沉淀材料和上清液的δ¹³C值。使用的分析系统是由Los Gatos Research制造的，并且使用直接吸收光学谱法来提供范围为2%-20%CO₂的干燥气体的δ¹³C和浓度数据。使用具有已知同位素组成的标准5%CO₂气体来校准该仪器，并且对在2M高氯酸中消化的洞石（travertine）和IAEA大理石#20样品所释放的CO₂的测量得到在文献中发现的数值的可接受测量误差之内的数值。使用注射器对CO₂源气体进行取样。使CO₂气体通过气体干燥器（PermaPure MD气体干燥器，型号MD-110-48F-4，由

聚合物制成），然后进入可购买到的台式碳同位素分析系统中。首先用热的高氯酸（2M HClO₄）消化固体样品。CO₂气体从封闭的消化系统中释放而来，然后通过气体干燥器。从那里收集该气体并注射至分析系统中，从而得到δ¹³C数据。类似地，对上清液进行消化以释放CO₂气体，然后将CO₂气体干燥并通入分析仪器，得到δ¹³C数据。

发现沉淀材料的δ¹³C值小于-15‰。本实施例说明δ¹³C值可以用来确认含有碳酸盐的沉淀材料中的碳的主要来源。

实施例8

利用硫酸盐添加的球霰石的稳定化

通过将浓缩的CaCl₂稀释至0.355mol/L来制备硬盐水溶液，并且随后将Na₂SO₄在该硬盐水溶液中溶解至0.0061mol/L的浓度。通过将CO₂吸收至1.382mol/L的NaOH溶液中直至pH为10-11来制备碱性盐水。使这两种溶液以8.17gpm的硬盐水溶液和3.88gpm的碱性溶液的速率混合流入混合罐内。将沉淀的浆料以保持罐内70加仑恒定体积的速率（在罐内的平均液体停留时间为5.8min）从罐底泵出。使浆料重力沉降，同时连续滗析。然后将浓缩的浆料进行压滤并且随后在漩涡流化干燥器中进行干燥。通过静态光散射技术测定，干燥的组合物显示出18.124μm平均直径（标准差为6.178μm）的粒度分布。通过粉末X射线衍射测定和使用Rietveld精修定量，该组合物的矿物学分析显示出86.8%的球霰石、0.6wt%的硫酸盐和13.2%的方解石。

干燥的球霰石组合物与水混合以形成糊状物。三种混合物（即，100%的组合物；灰浆（27%的组合物和73%的石英砂）；以及混凝土（20%的组合物和80%的石英砂及岩石））与离子溶液以0.4的水：水泥之比在Hobart混合器中混合5mins。然后将混合的材料铸入2英寸的立方体模具中并在60℃、100%RH室内固化1天。在反应的第1天，将立方体试块进行脱模并放入60℃的离子溶液浴中保持6天。在反应的第7天，将立方体试块在100℃烘箱中干燥6小时，然后测试抗压强度。这三种混合物获得的抗压强度为：具有100%的组合物的糊状物为4600psi，灰浆为3700psi，而混凝土为4200psi。

实施例9

用化学添加剂漂洗

在该实验中，通过实施例8中所述的过程获得的压滤滤饼用1.5M碳酸钠溶液进行漂洗。图16显示了未用碳酸钠漂洗的和用1.5M碳酸钠漂洗的压滤滤饼的两种消化样品中的%硫酸盐含量。发现两种滤饼样品中的硫酸盐含量在用碳酸钠漂洗之后降低了约50%。可以想到，碳酸根-硫酸根离子交换可在球霰石颗粒表面发生。

在第二个实验中，通过实施例8中所述的过程获得的压滤滤饼依次用1.5M碳酸钠溶液和1.4M氯化镁溶液进行漂洗。五种压滤滤饼样品经历五种不同的顺序。顺序C-M-W为碳酸盐漂洗，接着是氯化镁漂洗，接着是水漂洗。顺序C-W为碳酸盐漂洗，接着是水漂洗。顺序W为仅用水漂洗。顺序W-C为水漂洗，接着是碳酸盐漂洗。顺序W-C-M为水漂洗，接着是碳酸盐漂洗，接着是氯化镁漂洗。如图17A中所示，顺序C-W、W和W-C显示出消化样品中低%的镁（可能是由于沉淀过程中存在于原料或水中的镁），而顺序C-M-W和W-C-M显示出沉淀物的较高的镁摄取量。可以想到，W-C-M顺序中最高的镁量可能是由于最后用氯化镁溶液进行漂洗而没有随后的水漂洗。

随后将所有五种样品沉淀物进行干燥。干燥后的样品经受采用去离子水（如图17B中I所示的0%MgCl₂）或采用含有0.5%MgCl₂的水（如图17B中的II所示）的糊状物形成。图17B显示了由图17A中所述的五种样品制成的糊状物中球霰石的1天%霰石转化率。利用顺序C-W、W和W-C漂洗的沉淀物显示出最小的球霰石向霰石的转化（对于图17B中的I和II均显示为A）。利用顺序C-M-W漂洗的沉淀物显示出中等的球霰石向霰石的转化（对于图17B中的I和II均显示为B）。利用顺序W-C-M漂洗的沉淀物显示出最高的球霰石向霰石的转化（对于图17B中的I和II均显示为C）。结果表明，在用去离子水（0%MgCl₂）或用含有0.5%MgCl₂的水制备的糊状物中具有相似的转化。结果表明，糊状物筛选中霰石的发展依赖于球霰石颗粒中或球霰石颗粒表面上的镁离子浓度，并且相对地不依赖于糊状物水的组成（糊状物水中的%MgCl₂）。

Claims (25)

1.一种组合物，其包含亚稳碳酸盐和稳定剂。

2.如权利要求1所述的组合物，其中所述亚稳碳酸盐选自球霰石、非晶碳酸钙、球霰石的前体相、霰石的前体相以及它们的组合。

3.如权利要求1或2中任一项所述的组合物，其中所述亚稳碳酸盐包含至少10%w/w的球霰石。

4.如权利要求1-3中任一项所述的组合物，其中所述亚稳碳酸盐包含活化的球霰石。

5.如前述权利要求中任一项所述的组合物，其中所述稳定剂选自酸、酯、磷酸盐、硫酸盐、聚环氧乙烷、多元醇以及它们的组合。

6.如权利要求5所述的组合物，其中所述酸为C₁-C₂₀酸、磺酸或膦酸。

7.如权利要求5所述的组合物，其中所述硫酸盐为海水中的硫酸盐、碱金属硫酸盐、碱土金属硫酸盐、木素硫酸盐或它们的组合。

8.如权利要求5所述的组合物，其中所述聚环氧乙烷具有式R-Ph-O(OCH₂CH₂)_mOH，其中R为5-30个碳原子的烷基，Ph为苯基，且m为具有5-50的值的整数。

9.如前述权利要求中任一项所述的组合物，其中所述亚稳碳酸盐中的钙与碳酸根之比为1:1到1.5:1。

10.如前述权利要求中任一项所述的组合物，其中所述组合物在与水组合、凝固并硬化之后具有14-40MPa的抗压强度。

11.如前述权利要求中任一项所述的组合物，其中所述组合物具有小于-12‰的碳同位素分馏值（δ¹³C）。

12.如前述权利要求中任一项所述的组合物，进一步包含波特兰水泥熔块、骨料、其他辅助胶结材料（SCM）或它们的组合。

13.如前述权利要求中任一项所述的组合物，其中所述稳定剂为碱金属硫酸盐，并且所述组合物中的硫酸盐至少为0.1wt%。

14.如权利要求13所述的组合物，其中所述组合物中超过90%的硫酸盐来自于所述稳定剂。

15.一种制备组合物的方法，其包括：

(a)使来自CO₂源的CO₂与质子去除剂相接触以形成溶液；以及

(b)使所述溶液与含有碱土金属和稳定剂的水在一项或多项条件下相接触，以制备包含球霰石和所述稳定剂的组合物。

16.如权利要求15所述的方法，其中所述稳定剂在步骤(b)之前加入含有碱土金属的水中。

17.如权利要求15或16中任一项所述的方法，其中所述一项或多项条件选自混合、搅拌、温度、pH、沉淀、沉淀物的保留时间、沉淀物的脱水、用水洗涤沉淀物、离子比、添加剂的浓度、干燥、碾磨、研磨、储存、老化和固化。

18.如权利要求15-17中任一项所述的方法，进一步包括通过核活化、热活化、机械活化、化学活化或它们的组合来活化所述组合物。

19.如权利要求18所述的方法，其中所述活化包括加入霰石晶种、无机添加剂或有机添加剂中的一种或多种。

20.如权利要求15-19中任一项所述的方法，进一步包括将所述组合物与水组合并在所述组合物凝固并硬化而形成水泥时促进球霰石向霰石转化。

21.如权利要求20所述的方法，其中所述促进霰石形成在所述组合物胶结之后导致更好的连接或结合、更高的拉伸强度或更高的冲击断裂韧性中的一种或多种。

22.如权利要求15-21中任一项所述的方法，进一步包括将所述组合物在与水组合后倒入模具中以形成成形的建筑材料。

23.如权利要求15-22中任一项所述的方法，进一步包括通过球磨来活化所述组合物。

24.一种通过权利要求15-23中任一项的方法形成的产品。

25.一种用于制备组合物的系统，该系统包含：

(a)含有碱土金属的水的输入端；

(b)CO₂源输入端；

(c)稳定剂源输入端；以及

(d)连接至(a)、(b)和(c)的输入端上的反应器，所述反应器被配置用于制备包含球霰石和所述稳定剂的组合物。

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