MX2010013764A - Composicion aglutinante. - Google Patents

Abstract

Esta invención se relaciona con una composición aglutinante de cemento y con el uso de la composición aglutinante en los productos de construcción. La composición aglutinante de cemento se basa en MgO que absorbe CO2 cuando se endurece. La composición aglutinante de la presente invención también comprende por lo menos un carbonato de magnesio (ya sea hidratado o no hidratado) que tiene la fórmula xMgCO3 yMg(OH)2. zH2O, en donde x es por lo menos 1, y por lo menos uno de y o z es mayor de 0. La composición aglutinante puede comprender opcionalmente un material higroscópico, por ejemplo NaC1. El MgO cuando se mezcla con agua en presencia del carbonato de magnesio produce hidróxido de magnesio que tiene una morfología similar a roseta (como se muestra).

Description

COMPOSICIÓN AGLUTINANTE CAMPO DE LA INVENCIÓN Esta invención se relaciona con una composición aglutinante para cemento, es decir una composición que puede fraguar hasta llegar a ser sólida, y con el uso de la composición aglutinante en los productos de construcción.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Se considera que las emisiones de 'gases de invernadero' , y de forma predominante el dióxido de carbono (C02),- contribuyen a un incremento en las temperaturas atmosféricas y de la superficie de la Tierra - un fenómeno comúnmente denominado como 'el calentamiento global. Se predice que tales incrementos de temperatura tienen grandes consecuencias ambientales. El principal contribuyente para este aumento de C02 hecho por el hombre es la quema de combustibles fósiles como el carbón y el petróleo.

El cemento Portland es el tipo de cemento más común de uso general en este tiempo. Es un elemento esencial del concreto, mortero y lechadas no especializadas. El cemento Portland consiste de más de 90% de clínker de cemento Portland, hasta 5% de yeso y hasta 5% de otros constituyentes menores . El clínker de cemento Portland es un material hidráulico que consiste principalmente de fases de silicato de dicalcio (2CaO.Si02), silicato de tricalcio (3CaO. Si02) , ' aluminato de tricalcio (3CaO.Al203) y ferroaluminato de calcio (4CaO.Al203 Fe203) . El óxido de magnesio (MgO) , también puede estar presente en el cemento Portland, aunque su cantidad no debe exceder 5% en masa ya que se considera que su hidratación retrasada da lugar a menos solidez en el concreto. Se agrega yeso (CaS04.2H20) al clínker de cemento Portland para controlar su tiempo de fraguado, y la mezcla se muele para dar un polvo fino. En la reacción con agua, los constituyentes del hidrato de cemento forman un complejo sólido de gel de hidrato de calcio y otras fases.

La fabricación del cemento Portland (PC) es un proceso intenso altamente energético que involucra el calentamiento de altos volúmenes de las materias primas a alrededor de 1450° C. en adición al C02 generado de la quema de combustibles fósiles para alcanzar estas temperaturas, la materia prima básica utilizada en la fabricación de cemento Portland es carbonato de calcio (piedra caliza, CaC03) , y este se descompone durante el procesamiento en CaO, lo que libera el C02 adicional secuestrado geológicamente. Como un resultado, la fabricación de cemento Portland emite aproximadamente 1 tonelada de C02 por cada tonelada de cemento producido y es responsable de aproximadamente 5% de todas emisiones de C02 antropogénicas .

Se conocen los aglutinantes basados en sistemas diferentes de aglutinantes óxido de calcio y silicatos. Por ejemplo el cemento Sorel (cemento de oxicloruro de magnesio o cemento de magnesia), es un cemento hidráulico que es una mezcla de óxido de magnesio (magnesia quemada, MgO) y cloruro de magnesio junto con materiales de relleno como arena o piedra triturada. Se establece un material resistente a abrasivos muy duro y así se utiliza para piedras de moler, baldosas, piedra artificial (piedra moldeada) y pisos moldeados, en los que la aplicación tiene una alta resistencia al desgaste. Sin embargo, su principal inconveniente es su poca resistencia al agua, haciéndolo inadecuado para aplicaciones de construcción externa.

Otros cementos basados en magnesio incluyen cemento de oxisulfato de magnesio y cementos de fosfato de magnesio ambos tienen inconvenientes, el primero tiene una pobre resistencia al agua y el último se fragua muy rápido por lo que es difícil de trabajar con este.

La GB-1160029 describe cementos basados en óxido de magnesio (MgO) mezclado, cloruro de sodio (NaCl) o nitrato de sodio (NaN03) y carbonato de calcio (CaC03) . El CaC03 se utiliza como una "sustancia de moderación" para permitir que la sal y el MgO desarrollen las reacciones químicas necesarias para fraguar, que son similares a aquellas de los otros cementos Sorel. Estos cementos requieren el uso de MgO recocido, que de manera general se produce mediante tratamiento a altas temperaturas (-1000° C) de magnesita (MgC03) , que causa emisiones de C02 no solo a partir de la calcinación de la magnesita pero también de la quema del combustible fósil.

La US-5897703 describe composiciones de aglutinante basadas en MgO mezclado con un agente de endurecimiento, carbonato de propileno. El óxido de magnesio utilizado puede ser cualquier mezcla de MgO cocido y recocido. Se sabe que en la presencia de agua, se descompone el carbonato de propileno a dióxido de carbono y propilenglicol y de tal manera la adición del carbonato de propileno proporciona una fuente de C02 para carbonatar el óxido de magnesio.

La US-6200381 describe una composición de cemento en polvo seco derivada de dolomita (un mineral de carbonato de calcio y de magnesio; MgC03 · CaC03) . La dolomita se calienta para descarbonatar el MgC03 de tal manera que la composición contiene CaC03 y un MgC03 parcialmente descarbonatado, es decir una mezcla de MgC03 y MgO. Se pueden incluir ciertos aditivos en la composición (por ejemplo sulfato de aluminio (Al2(SO^)3), ácido cítrico, ácido sulfúrico (H2S04) , NaCl, etc.), que colaboran con la composición para fraguar en la adición de agua; el agua puede ser agua contaminada, por ejemplo agua de mar. El componente de CaC03 de la composición de cemento reacciona varios de los aditivos especificados que se utilizan. Por ejemplo, la adición de H2S04 reaccionará con CaC03 produciendo CaS04 hidratado (por ejemplo CaS04.2H20) y C02. El C02 liberado colabora con la carbonatación de MgO y Mg(OH)2. Se puede agregar NaCl antes del tratamiento térmico de de dolomita para -reducir la temperatura de descarbonatación de MgC03 , y en la composición aglutinante como un aditivo, donde aparece para ayudar una resistencia inicial a la composición, que se debe probablemente a las reacciones con MgO (reacciones d tipo cemento Sorel) . El CaC03 actúa como una "sustancia de moderación" para permitir que el NaCl y el MgO desarrollen las reacciones químicas necesarias (ver GB1160029 anteriormente) .

La US-1867180 describe una composición de cemento basada en cal apagada (Ca(0H)2) que contiene menos de 1% de MgO y NaCl .

La.US1561473 describe que, cuando una mezcla húmeda de agregados y óxido de magnesio se trata con C02, disuelto o gaseoso se mejora su resistencia a la tensión. El compuesto se debe exponer a C02 cuando está húmedo y la patente describe la exposición de la mezcla húmeda a una atmósfera especial de C02 húmedo.

La WO 01/55049 describe una composición de cemento en polvo seco que contiene MgO, un cemento hidráulico, tal como cemento Portland, Cementos Sorel o cementos de aluminato de calcio, y opcionalmente materiales puzolánicos . La composición de cemento también puede contener aditivos tales como sulfato . ferroso (FeS04) , silicatos o aluminatos de sodio o potasio, ácido fosfórico (HP03) o sales de ácido fosfórico, sulfato de cobre (CuS04) , y varios otros polímeros orgánicos y resinas, tales como acetato de polivinilo (PVA) , vinilacetato-etileno , estireno-butil acrilato, butil acrilato-metilacrilato, y estireno-butadieno . El óxido de magnesio se obtiene mediante calcinación a baja temperatura.

La GB-529128 describe el uso de carbonato de magnesio como un material de aislamiento; este se hace de agua de mar concentrada que contiene sales de magnesio al precipitar las sales con carbonatos de metales alcalinos, que forman los cristales similares a aguja que se pueden fraguar.. Una suspensión de tales cristales, luego se coloca en un molde, se fraguará para proporcionar una losa o bloque que es útil como aislamiento. Si hay cualesquier iones de bicarbonato en el carbonato de metal alcalino se formará bicarbonato de magnesio en la reacción anterior, que ralentiza la reacción de fraguado. Con el fin de contrarrestar esto, se puede agregar 1-5% de óxido de magnesio., el cual precipitará el bicarbonato como carbonato de magnesio.

La US-1819893 y US-1971909 describen el uso de hidróxido de magnesio o una mezcla de hidróxido de magnesio y carbonato de calcio como un material de aislamiento debido a que tal hidróxido de magnesio se flocula ligera y altamente.

La US-5927288 describe que una mezcla de hidromagnesita e hidróxido de magnesio, cuando se incorpora en un papel para cigarrillo, reduce el humo lateral. Las composiciones de hidromagnesita/hidróxido de magnesio tienen una morfología de roseta y la mezcla de hidromagnesita/hidróxido de magnesio se precipita a partir de una solución de bicarbonato de magnesio y otras sales de magnesio solubles posibles al agregar una base fuerte, por ejemplo hidróxido de potasio.

La EP-0393813 y la WO 01/51554 se relaciona con retardantes de llama para plásticos. La EP-0393813 describe que una mezcla de una sal doble de carbonato de calcio y magnesio (por ejemplo dolomita) , hidromagnesita, e hidróxido de magnesio puede proporcionar resistencia a la llama a los tres termoplásticos , por ejemplo una envoltura de un cable eléctrico. La WO01/51554 enseña la adición de varias sales de magnesio, que incluyen hidromagnesita e hidróxido de magnesio, a los polímeros.

La US2009/0020044 describe la captura de dióxido de carbono mediante agua de mar para precipitar carbonatos, que ¦ se pueden utilizar en los cementos hidráulicos; hasta 10% de un material que regula el pH, que incluye óxido o hidróxido de magnesio, se puede agregar al cemento para regular el pH.

La JP2006 076825 se relaciona con la reducción de la cantidad de C02 emitido de centrales eléctricas y por la industria del acero. Se propone la captura de C02 mediante reacción con hidróxido de amonio para formar carbonato de amonio: 2NH4OH + C02 ? (NH4)2C03 +H20 Mientras tanto se hace el cloruro de magnesio al hacer reaccionar óxido de magnesio y ácido clorhídrico MgO + 2HC1 ? MgCl2 + H20 El cloruro de magnesio se hace reaccionar con el carbonato de amonio, que precipita carbonato de magnesio dejando un licor que contiene cloruro de amonio disuelto: (NH4)2C03 + MgCl2? 2(NH4)Cl + MgC03 El carbonato de magnesio precipitado se filtra y se utiliza como un componente de cemento mientras que el licor de cloruro de amonio se trata para regenerar hidróxido de amonio y ácido clorhídrico.

Aparte del beneficio intrínseco de reducir las emisiones de C02, es probable que las emisiones de C02 por la industria del cemento serán reguladas en un intento por reducir el daño ambiental. Por lo tanto, existe una necesidad real de desarrollar una nueva gama de aglutinantes de cemento que se asocian con emisiones de C02 mínimas o aún negativas. Tales aglutinantes pueden ser 'carbono neutro' si son capaces de contrarrestar o balancear la liberación de C02 en el proceso de su producción al absorber C02 durante una etapa de endurecimiento luego de hidratación; o 'carbono negativo' si son capaces de absorber y almacenar más C02 que se libera durante su producción.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN Esta invención proporciona una composición aglutinante de cemento basada en MgO más carbonatos de magnesio especial (ver Fórmula I adelante) . El óxido de magnesio utilizado puede ser MgO cocido, MgO recocido, o cualquier mezcla de MgO cocido y recocido. Un ingrediente clave de la composición de cemento es el carbonato de magnesio especial (ya sea hidratado o no hidratado) en la forma x MgC03 · y Mg(OH)2 · z H20 Fórmula I donde x es un número mayor de 1, y por lo menos uno de y o z es un número mayor de 0; el carbonato puede ser no estequiométruco; x, y y z pueden ser (pero no necesariamente) enteros. La composición también puede comprende un material higrscópico, tal como NaCl .

La fórmula anterior I excluye el uso de magnesita (MgC03) y dolomita (MgC03 · CaC03 ) como la fuente principal de carbonato de magnesio. Sin embargo, la composición puede contener menores cantidades de estos minerales, por ejemplo hasta 25% del contenido de carbonato de magnesio total de la composición. Se prefiere que sustancialmente todo el contenido de carbonato de magnesio de la composición esté de acuerdo con la Fórmula I. En una realización, el carbonato de la fórmula general I es hidromagnesita, que tiene la fórmula general 4MgC03. Mg (OH) 2 · 4H20, aunque se puede tolerar cierto grado de no-estequiometría, por ejemplo x en la fórmula I anterior puede ser 3.5 - 4.5, y puede ser 0.5 - 1.5 y z puede ser 3.5.- 5.5. En adición, x, y y z pueden todos ser mayores de 0.

La composición está preferiblemente en la forma de un polvo seco que se puede mezclar con agua, opcionalmente junto con otros ingredientes tales como arena, grava u otros rellenos (por ejemplo ceniza que vuela), para formar una suspensión dé consistencia variada que se fraguará, es decir la composición de la presente invención es un aglutinante/ cemento hidráulico. La composición húmeda se puede hacer de plástico y se puede trabajar mediante la adición de plastificantes .

De acuerdo con una realización adicional, la composición puede incluir Mg(OH)2 en lugar de algunos o todos los MgO. El Mg(OH)2 utilizado debe tener preferiblemente baja cristalinidad, mayor área de superficie y la morfología similar a roseta como se describe adelante. Tal Mg(OH)2 se puede producir al prehidratar MgO en la presencia de los carbonatos de magnesio especiales de la fórmula general I . Sin embargo, una menor parte de cualquier Mg(OH)2 en la composición, por ejemplo por debajo de 50% del contenido de Mg(OH)2 total, puede tener una morfología d plaqueta mostrada en la Figura 2. La morfología del Mg(0H)2 formada de acuerdo con la presente invención tiene una mayor área de superficie por peso unitario que el Mg(0H)2 que tiene una morfología de plaqueta, la última normalmente tendrá un área de superficie de menos de 45 m2/g mientras que la primera tiene un área de superficie de por lo menos 45 m2/g, generalmente mayor de 70 m2/g (se miden los valores de área de superficie de acuerdo con el método Brunauer-Emmett-Teller (BET) ) .

La presencia de Mg(OH)2 en la composición aglutinante en lugar de MgO reduce la resistencia en verde y la resistencia de fraguado del aglutinante hidratado debido a que la mayor parte de la resistencia del aglutinante de la presente invención resulta de la hidratación del MgO, pero esto es aceptable en ciertas aplicaciones, por ejemplo en morteros o yesos; un mortero excesivamente fuerte para unir juntos bloques y ladrillos en la construcción de paredes puede originar el desarrollo de grietas finas de retracción o de movimiento de estructura menor. El uso de tal g(OH)2 también extiende el tiempo antes de que se fragüe un mortero que es útil en yeso y mortero.

La composición aglutinante de la presente invención se fragua y se endurece cuando se mezcla con agua y se considera que se lleva a cabo en por etapas: Primero, cuando la composición se mezcla inicialmente con agua, los hidratos de MgO en la presencia de los carbonatos de magnesio especiales que forman cristales de Mg(0H)2 que son significativamente menos cristalinos, tienen mayor área de superficie y una morfología similar a roseta, que incrementa la resistencia en verde de la muestra de cemento. El término 'resistencia en verde' se refiere a la resistencia inicial de la muestra de cemento durante un periodo de 6 horas. La adición de los carbonatos de magnesio especiales de la fórmula I a MgO altera su mecanismo de hidratación, y lleva a la formación de los cristales de Mg(0H)2 con las propiedades microestructurales y físicas diferentes como se describió anteriormente. El efecto del carbonato de magnesio especial de la fórmula I para la hidratación de MgO se describirá en detalle adicional más adelante. La morfología de roseta de los cristales de Mg(OH)2 tiene placas de Mg(OH)2 que se conectan una a la otra pero están en ángulo una con respecto a la otra, formando por lo tanto espacios entre las placas. Sin embargo, es posible que algunos de los cristales de Mg(OH)2 producidos estén contenidos dentro y, en los bordes exteriores de, los pliegues de roseta de los cristales de hidromagnesita incluidos originalmente.

Segundo, el material hidratado, durante el tiempo, absorbe C02 de la atmósfera para formar una o más fases de carbonato de magnesio, tales como hidromagnesita (4MgC03. Mg (OH) 2 · 4H20) , dipingita (4 gC03. Mg (OH) 2.5H20) , nesquehonita (MgC03.3H20) y lansfordita (MgC03 · 5H20) , que adicionalmente incrementa la resistencia de la muestra. La adición de los carbonatos de magnesio especiales de la fórmula I a MgO incrementa significativamente el índice de carbonatación de los cristales de Mg(0H)2 producidos durante hidratación de MgO. Esto se explica adelante en más detalle.

La adición de un material higroscópico tal como NaCl u otros cloruros incrementa adicionalmente el índice de carbonatación de los cristales de Mg(0H)2 al proporcionar la humedad necesaria para las reacciones de carbonatación. Por lo tanto, esta composición aglutinante basada en MgO tiene el potencial para absorber hasta 1.09 toneladas de C02 por cada tonelada de MgO incluida en su composición cuando se endurece. La cantidad de la sal de cloruro puede ser hasta 10%,, por ejemplo hasta 5%, tal como hasta 3%, basada en el peso combinado de (a) óxido de magnesio, (b) carbonato de magnesio de la fórmula general I y (c) la sal de cloruro. La sal de cloruro es opcional pero, cuando está presente puede formar por lo menos 1%, por ejemplo por lo menos 2%, tal como por lo menos 3%, del peso combinado de (a) a (c) .

Se pueden mezclar los componentes in situ y así la presente invención proporciona una combinación de (a) una cantidad de óxido de magnesio, (b) una cantidad de carbonato de magnesio de la fórmula general I y opcionalmente (c) una cantidad de la sal de cloruro. La combinación también puede incluir instrucciones para combinar los componentes en las cantidades discutidas en la presente especificación en relación con la composición mezclada lista.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La Figura 1 muestra el espectro de difracción de rayos x de (a) 100% de MgO hidratado, (b) 80% de MgO - 20% de MgC03 y (c) 80% de MgO - 20% de muestras de hidromagnesita .

La Figura 2 muestra una micrografía de electrón de barrido de 100% de una muestra de MgO hidratada.

La Figura 3 muestra una micrografía de electrón de barrido de 80% de MgO hidratado - 20% de muestra de hidromagnesita .

La Figura 4 compara el perfil del índice de calorimetría de conducción de (a) 100% de MgO , (b) 80% de MgO - 20% de MgC03 y (c) 80% de MgO - 20% de muestras de hidromagnesita.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN En la descripción de adelante, hidromagnesita (4MgC03. Mg (OH) 2.4H20) , un carbonato de magnesio hecho por el hombre, se utiliza como un ejemplo para describir la invención. Sin embargo, cualquier material tiene la fórmula I : x MgC03 · y Mg(OH)2 · z H20, en donde x es por lo menos 1 y por lo menos uno de y o z es mayor de 0 se puede utilizar en lugar de o en adición a hidromagnesita. Por ejemplo, x puede ser 1, 2, 3, 4, o 5, y y y z por ejemplo puede cada uno ser independientemente 0, 1, 2, 3, 4, o 5, tal que por lo menos uno de y o z es mayor de 0, por ejemplo dipingita (4MgC03. Mg (OH) 2 · 5H20) , nesquehonita (MgC03.3H20) y lansfordita (MgC03 · 5H20) . Muchos de los carbonatos de la fórmula I son metaestables y se transformarán durante el tiempo a hidromagnesita .

Se conocen los materiales de la fórmula general I pero no ocurren naturalmente . Los métodos para fabricar estos compuestos son bien conocidos, pero generalmente se pueden hacer mediante exposición de compuestos de magnesio, por ejemplo MgO o Mg(OH)2 (o mezclas de los mismos) a C02 bajó una variedad recondiciones.

Se considera que el mecanismo de hidratación usual del MgO procede como sigue: Etapa 1: el agua se absorbe en la superficie MgO y se difunde dentro de las partículas de MgO porosas ; Etapa 2 : La disolución del MgO ocurre dentro de las partículas, cambiando la porosidad de partícula con el tiempo; Etapa 3 : Creación de supersaturación, y ocurrencia de nucleación y crecimiento de Mg(OH)2 en la superficie de óxido.

Sé considera que el índice de hidratación de MgO se controla mediante el grado de disolución el grado de disolución de MgO. El Mg(OH)2 producido durante la hidratación de MgO se deposita en los poros de las partículas de MgO creando una película de Mg(OH)2 que impone una resistencia incrementada al proceso de hidratacion.

El mecanismo de hidratacion anterior se altera cuando un carbonato de magnesio de la fórmula I, por ejemplo hidromagnesita, se . agrega al MgO. Sin desear estar limitado por la teoría, se considera que la adición de por ejemplo hidromagnesita reduce la formación de la película Mg(OH)2 en la superficie de MgO de tal manera que se puede proceder sin obstáculos . El mecanismo de hidratacion MgO diferente logrado debido a la adición de los carbonatos de magnesio especiales de la fórmula I al MgO lleva a la formación de los cristales de Mg(OH)2 con el conjunto diferente de propiedades físicas y microestructurales como se describió anteriormente.

La Figura 1 muestra el espectro de difracción de rayos x de (a) muestra hidratada de 100% de MgO, (b) muestra hidratada de 80% de MgO - 20% de MgC03 y (c) muestra hidratada de 80% de MgO - 20% de hidromagnesita. Los picos de difracción de Mg(OH)2 dde las muestras a) 100% de MgO, y (b) 80% de MgO - 20% de MgC03 (es decir que no están de acuerdo con la invención) son angostos con alta intensidad, lo que indica alta cristalinidad . En contraste, los picos de difracción de Mg(OH)2 en la muestra de 80% de MgO - 20% de hidromagnesita son significativamente más amplios con bja intensidad, denotando así la presencia de cristales semi-cristalinos .

La Figura 2 muestra un microscopio electrónico de barrido (SEM) de una muestra hidratada de 100% de MgO. El Mg(0H)2 forma agregados 'tipo plaqueta'. Las plaquetas se encuentran en la parte superior una de la otra y las plaquetas superiores ocluyen las plaquetas inferiores. En contraste, la Figura 3 muestra una estructura de cristal 'tipo roseta' formada el MgO se hidrata en la presencia de hidromagnesita .

La Figura 4 muestra los perfiles de índice de calor luego de la hidratación de (a) la muestra de 100% de MgO, (b) ' la muestra de 80% de MgO - 20% de MgC03 y (c) las muestras de 80% de MgO - 20% de hidromagnesita. El reemplazo de algunos de los MgO por magnesita (MgC03) (muestra b) no cambia el comportamiento de hidratación de MgO (muestra a) según se representa por el índice y tiempo de calor máximo similar al índice de calor máximo. Sin embargo, cuando se agrega hidromagnesita (4MgC03. Mg (OH) 2¦ 4H20) a MgO (muestra c) , esta acelera significativamente la hidratación del MgO incrementando el índice de calor máximo a -150% y reduciendo el tiempo al índice de calor máximo a -70%. La magnesita de ocurrencia natural (MgC03) no altera la hidratación del MgO como se discutió anteriormente y no se debe utilizar como la fuente de carbonato de magnesio principal.

Cuando el carbonato de magnesio de la fórmula I (x MgC03 • y g(OH)2 · z H20, en donde x es por lo menos 1 y uno de y o z es mayor de 0, por ejemplo hidromagnesita) , se incluye en la composición, esta acelera significativamente el índice de carbonatación del Mg(OH)2, que se considera se debe a las siguientes razones: 1. La adición de carbonatos de magnesio especiales, por ejemplo hidromagnesita, proporciona sitios, de nucleacion para formación acelerada de carbonato . 2. La formación de cristales de g(OH)2 con una morfología similar a roseta incrementa el área de superficie expuesta a carbonatación y proporciona el espacio para los productos de carbonato formados.

Estos factores aceleran la reacción de carbonatación y dejan que la composición aglutinante alcance su resistencia final más rápidamente. Durante la carbonatación natural de muestras en polvo hidratadas de 100% de MgO y 80% de MgO -20% de hidromagnesita, se logran los siguientes resultados: ¦ 90% de carbonatación de la muestra de 80% de MgO - 20% de hidromagnesita en menos de 9 días durante 50 días para la muestra de 100% de MgO (condiciones: 98% de humedad relativa/ 0.03% de nivel de C02) ¦ 70% de carbonatación de la muestra de 80% de MgO - 20% de hidromagnesita en menos de 28 días durante 45 días para la muestra de 100% de MgO (condiciones: 65% de humedad relativa/ 0.03% de nivel de C02) La adición opcional de de un material higroscópico, tal como NaCl u otros cloruros, a la composición puede ser útil en condiciones de baja humedad para ayudar en la absorción de la humedad del ambiente. Sin embargo, debido al riesgo de corrosión, estas sales solo se deben incluir en las composiciones que no estarán en contacto con los metales, tales como refuerzos de acero en estructuras de concreto.

La alta capacidad de absorción de C02 del MgO (hasta 1.09 tonelada de C02/tonelada de MgO) ofrece el único potencial de desarrollar concreto de "carbono negativo" y productos de concreto a saber productos que absorben la totalidad de carbono (tomando en cuenta tanto producción como su uso) y puede tener una absorción neta de hasta 0.59 toneladas de C02 por tonelada de MgO, que es el constituyente principal del aglutinante. Por supuesto, la absorción neta exacta del aglutinante dependerá del método utilizado para la fabricación del MgO que se utiliza. En contraste, la producción de cemento Portland libera 1 tonelada de C02/tonelada de cemento y como un aglutinante, el cemento Portland es solo capaz de absorber 0.12-0.51 tonelada de C02/por tonelada de aglutinante, produciendo una emisión neta de 0.49 a 0.88 toneladas de C02 por tonelada de aglutinante. Estas figuras para la producción de C02 incluyen las emisiones debido a la quema de combustible fósil en los procesos de producción Las siguientes realizaciones representan las composiciones de ejemplo del aglutinante de la presente invención en todas estas composiciones la adición de una sal de cloruro es opcional y una proporción sustancial de cualquier Mg(OH)2 agregado tiene la morfología de roseta, alta área de superficie y baja cristalinidad como se discutió anteriormente .

La composición de la presente invención comprende, en peso : (a) 10% a 95%, por ejemplo 10% a 85%, por ejemplo 30% a 80%, tal como 40% a 70% de óxido de magnesio (MgO) y/o hidróxido de magnesio ( g(OH)2); (b) 5% a 80%, por ejemplo 10% a 60%, por ejemplo 20% a 40%, tal como 20% a 30% de uno o más carbonatos de magnesio de la fórmula I; y (c) 0% a 10% de sal de cloruro con base en el peso total de los componentes (a) a (c) .

La cantidad de MgO y/o (Mg(OH)2 puede ser mayor de 10%, por ejemplo 15% o más.

Los subrangos típicos de la composición de cemento son (en peso) para diferentes aplicaciones: a) 70% a 95% de óxido de magnesio (MgO) y/o hidróxido de magnesio (Mg(OH)2) (b) 5% a 20% de uno o más carbonatos de magnesio de la fórmula I, y (c) 0% a 10% de sal de cloruro con base en el peso total de los componentes (a) a (c) . o (a) 30% a 80% de óxido de magnesio (MgO) y/o hidróxido de magnesio (Mg(OH)2); (b) 20% a 60% de uno o más carbonatos de magnesio de la fórmula I ; y (c) 0% a 10% de sal de cloruro con base en el peso total de los componentes (a) a (c) . o (a) 10% a 40% de óxido de magnesio (MgO) y/o hidróxido-de magnesio (Mg(OH)2); (b) 60% a 80% de uno o más carbonatos de magnesio de la fórmula I ; y (c) 0% a 10% de sal de cloruro con base en el peso total de los componentes (a) a (c) . (a) 40% a 85 % de óxido de magnesio (MgO) ; (b) 5% a 30% de hidróxido de magnesio (Mg(OH)2); (c) 10% a 20% de uno o más carbonatos de magnesio de la fórmula I; y (d) 0% a 10% de sal de cloruro con base en el peso total de los componentes (a) a (d) . o (a) 20% a 75 % de óxido de magnesio (MgO) ; (b) 5% a 30% de hidróxido de magnesio (Mg(OH)2); (c) 20% a 40% de uno o más carbonatos de magnesio de la fórmula I ; y (d) 0% a 10% de sal de cloruro con base en el peso total de los componentes (a) a (d) . o (a) 10% a 60% de óxido de magnesio (MgO) ; (b) 30% a 50% de hidróxido de magnesio (Mg(OH)2); (c) 10% a 30% de uno o más carbonatos de magnesio de la fórmula I ; y (d) 0% a 10% de sal de cloruro con base en el peso total de los componentes (a) a (d) . o (a) 30% a 90% de hidróxido de magnesio (Mg(OH)2); (b) 10% a 60% de uno o más carbonatos de magnesio de la fórmula I ; y (c) 0% a 10% de sal de cloruro con base en el peso total de los componentes (a) a (c) . o (a) 75% a 90% de óxido de magnesio (MgO) (b) 10% a 20% de uno o más carbonatos de magnesio de la fórmula I ,· y (c) 0% a 5% de sal de cloruro con base en el peso total de los componentes (a) a (c) . o (a) 65% a 80% de óxido de magnesio (MgO) (b) 20% a 30% de uno o más carbonatos de magnesio de la fórmula I ; y (c) 0% a 5% de sal de cloruro con base en el peso total de los componentes (a) a (c) . o (a) 55% a 70% de óxido de magnesio (MgO) (b) 30% a 40% de uno o más carbonatos de magnesio de la fórmula I ; y (c) 0% a 5% de sal de cloruro con base en el peso total de los componentes (a) a (c) . o (a) 45% a 60% de óxido de magnesio (MgO) (b) 40% a 50% de uno o más carbonatos de magnesio de la fórmula I ; y (c) 0% a 5% de sal de cloruro con base en el peso total de los componentes (a) a (c) . o (a) 35% a 50% de óxido de magnesio (MgO) (b) 50% a 60% de uno o más carbonatos de magnesio de la fórmula I ; y (c) 0% a 5% de sal de cloruro con base en el peso total de los componentes (a) a (c) . o (a) 25% a 40% de óxido de magnesio (MgO) (b) 60% a 70% de uno o más carbonatos de magnesio de la fórmula I ; y (c) 0% a 5% de sal de cloruro con base en el peso total de los componentes (a) a (c) . En las composiciones anteriores todo el Mg(OH)2 se hace al hidratar MgO en la presencia de uno o más carbonatos de magnesio de la fórmula I.

En las composiciones anteriores, las composiciones con mayores porcentajes de MgO y Mg(OH)2 (y menores porcentajes de carbonato de magnesio de la fórmula I) tienden a tener baja compresión pero requieren una mayor salida de C02 para hacer el MgO y Mg(OH)2 mientras que las composiciones con menores porcentajes de MgO y Mg(OH)2 (y mayores porcentajes de carbonato de magnesio de la fórmula I) tienden a tener una resistencia más baja bajo compresión pero requieren hacer menos salida de C02 .

El tamaño de partícula preferido de los carbonatos de magnesio está entre 0.01-800 µp\ en diámetro, y preferiblemente entre 0.01 y 600 µp? en diámetro, con el fin de alcanzar un buen índice de reacción.

El tamaño de partícula del MgO/Mg (OH) 2 puede estar entre 0.01-800 µp? en diámetro, y preferiblemente entre 0.01 y 100 µp? en diámetro, con el fin de alcanzar un buen índice de reacción.

Como se mencionó anteriormente, la composición que comprende Mg(OH)2 se produce al mezclar agua con MgO, carbonato de magnesio de la fórmula I y opcionalmente NaCl y plastificantes , es decir la composición de MgO de la presente invención. La composición se puede dejar fraguar para formar una masa sólida seca. De forma alternativa, si se agrega una mayor cantidad de agua, el Mg(OH)2 se precipitará y el precipitado se puede recolectar junto con el carbonato de magnesio. En cualquier caso, la composición que contiene Mg(OH)2 se puede luego moler a una distribución de tamaño de partícula específica. Estas composiciones luego se pueden mezclar con MgO adicional y carbonatos de magnesio de la fórmula I si se desea.

Aunque el material higroscópico, por ejemplo NaCl, puede estar presente en la composición aglutinante, este se puede agregar en el agua utilizada para humedecer la composición y de acuerdo con lo anterior es posible utilizar, por lo menos en parte, agua de mar para hacer un cemento húmedo con la composición de la presente invención.

La cantidad de agua agregada a la composición se puede escoger libremente, dependiendo de la plasticidad de mezcla requerida y el uso final previsto. Con base en el peso total de los componentes de aglutinante, la cantidad de agua puede ser por ejemplo 5-120%, por ejemplo 5-80%, dependiendo del uso esperado.

Se pueden mezclar los aditivos con el aglutinante de la presente invención ya sea cuando están en polvo o en el curso de la elaboración de una suspensión de cemento. La composición aglutinante tiene un pH de aproximadamente 10.2 (aunque este puede variar dentro de un rango dependiendo de la presencia de otras impurezas de óxidos o hidróxidos en la composición) ,· esta es de forma general más baja que el cemento Portland. Este pH bajo hace posible utilizar un amplio rango de agregados, que incluyen agregados de residuos, tales como agregados de cristal, y otros rellenos cuando el aglutinante se utiliza para elaborar productos de construcción, que reduce al mínimo la posibilidad de reacciones perjudiciales, por ejemplo reacciones del álcali-sílice. Se pueden utilizar otros rellenos o extensores, por ejemplo materiales de sílice tales como ceniza que vuela. Los agregados adecuados son por ejemplo grava, arena, vidrio, y otros productos residuales. La cantidad (p/p) de agregados residuales y otros rellenos y aditivos puede ser por ejemplo 0-99% del peso seco total de la composición, dependiendo del uso esperado. La cantidad exacta de agregados y rellenos en la composición aglutinante dependerá de la aplicación deseada. Generalmente, en concreto y morteros y' otras composiciones que contienen agregados, el peso de los componentes de aglutinante (el óxido/hidróxido de magnesio y el carbonato de magnesio de la fórmula I, opcionalmente junto con la sal de cloruro) será 1 - 70%, por ejemplo 5 - 60%, por ejemplo 10 - 40%, incluyendo 15 - 30%, del peso seco total de la composición, es decir el peso combinado de los componentes del aglutinante y de los otros agregados/aglutinantes.

La composición aglutinante de la presente invención puede consistir s.ustancialmente de: (a) 10% a 95 % de MgO; y (b) 5% a 80% de carbonato de magnesio de la fórmula anterior I; (c) 0% a 10% de sal de cloruro y otros adicitivos .

Una composición que contiene agregado (por ejemplo concreto y mortero) de la presente invención puede consistir sustancialmente de: hasta 99% de agregados y otros rellenos y aditivos, con el balance que es: (a) 10% a 95 % de MgO; y (b) 5% a 80% de carbonato de magnesio de la fórmula anterior I; (c) 0% a 10% de sal de cloruro.

La viabilidad de un sistema aglutinante-agua se puede mejorar mediante la adición de super-plastificantes , tales como lignosulfonatos , naftaleno sulfonatado, melamina formaldehído sulfonatado, poliacrilatos y éteres de policarboxilato . Los super-plastificantes son útiles particularmente cuando se agrega una baja cantidad de agua a la composición con el fin de obtener un producto aglutinante endurecido más resistente. La baja adición de agua resultará en una composición rígida con la que es difícil trabajar. Sin embargo, la inclusión de un superplastificante permite que el sistema de agua-aglutinante retenga buena viabilidad y facilite su uso y colocación. Se puede agregar entre 0 y 5%, por ejemplo entre 0.5 y 2.5% de superplastificante en peso seco de la composición aglutinante (peso combinado de MgO, Mg(OH)2 y carbonato de magnesio de la fórmula I) . Se pueden agregar otros aditivos habituales en los aglutinantes, cementos, concretos, morteros y yesos en cantidades hasta 10% en peso seco de la composición aglutinante (peso combinado de MgO, Mg(OH)2 y carbonato de magnesio de la fórmula I) por ejemplo entre 0 y 5%, por ejemplo entre 0.5 y 2.5%.

La composición aglutinante de la presente invención se puede mezclar con otros aglutinantes, por ejemplo cemento Portland y/o cal, pero las ventajas de la presente invención, especialmente en reducir la totalidad de las emisiones de dióxido de carbono, se reducen de esta manera. Por esta razón otros aglutinantes hidráulicos en las composiciones de la presente invención preferiblemente no se deben agregar pero si ellos se agregan cantidad de tales otros aglutinantes se debe mantener baja, por ejemplo menos del peso total de los componentes (a) a (c) de la presente invención, tal como menos de 50% (incluyendo cantidades menores del 25%) del peso seco total de los componentes del aglutinante (a) a (c) .

Se puede utilizar el aglutinante en muchos diferentes tipos de productos de construcción, pero usualmente éste se utiliza en productos porosos o semi-porosos , por ejemplo bloques densos o de peso ligero, productos de tipo bloque de brisa porosos, ladrillos, baldosas, tejas de hormigón, y mortero. Sin embargo, también se puede utilizar el aglutinante en un amplio rango de otras aplicaciones donde se utiliza el cemento Portland, por ejemplo para formar suelos de pavimento .

Todas las reacciones que ocurren en la fabricación y fraguado de estos productos de construcción son reversibles. Por ejemplo los productos de construcción parcialmente carbonatados se pueden triturar y el aglutinante recuperado que contiene carbonatos de magnesio se recicla a gO mediante calcinación (calentamiento) . De forma alternativa, los productos de construcción parcialmente carbonatados se pueden triturar, opcionalmente carbonatar adicionalmente y luego mezclar con MgO adicional para elaborar nuevos productos que son del mismo alto valor, a diferencia del cemento Portland, que solo se puede reciclar a productos de bajo valor. Relativamente se observa menor pérdida de resistencia cuando los productos de la presente invención se reciclan se hacen de nuevo en productos de construcción.

El aglutinante tiene un color blanco, que se retiene aún una vez cuando el material llega a hidratarse y carbonatarse. Este rasgo permite a la composición aglutinante ser utilizada para productos de construcción premium, donde se requiere un color blanco'. De forma alternativa, se puede agregar un pigmento para formar productos de color y el color base blanco del aglutinante produce una mejor base para los productos de color que el cemento Pórtland gris.

La presente invención se describe ahora con referencia a los siguientes ejemplos no limitantes: En la práctica de las formas preferidas de la presente invención, se utiliza MgO cocido con un tamaño de partícula promedio de 10 µp?. Los carbonatos de magnesio utilizados incluyen hidromagnesio in situ con un tamaño de partícula promedio de 16 µp?, y MgC03 con un tamaño de partícula de 17 pm. En adición, también se utiliza arena fina con un tamaño de partícula promedio de 250 µp?. El MgO y los carbonatos de magnesio se mezclan en seco inicialmente para homogenizar. Cuando se agregan los agregados a la mezcla, ellos se mezclan primero en seco con los aglutinantes de cemento antes de agregar el agua. Se agregan NaCl y el superplastificante en el cemento o los sistemas de agregados de cemento con el agua mezclada .

Ejemplo 1.

Se mezclan 20 g de MgO cocido y 5 g de hidromagnesita con 229 g de arena de cristal. 1.3 g de NaCl se disuelve en 31g de agua y la solución se mezcla con los sólidos secos durante 5 min. La masa final se presiona utilizando una prensa hidráulica para formar una muestra cúbica de 50 mm. La muestra se almacena a condiciones ambiente (40%-60% de humedad relativa) y se logra resistencia a la compresión de 4.5 MPa después de 28 días.

Ejemplo 2.

Se mezclan 15 g de MgO cocido, 5 g de hidromagnesita, y 5 g de MgC03 con 229 g de arena de cristal. 0.6 g de NaCl se disuelve en 28 g de agua y la solución se mezcla con los sólidos secos durante 5 min. La masa final se presiona utilizando una prensa hidráulica para formar una muestra cúbica de 50 mm. La muestra se almacena a condiciones ambiente (40%-60% de humedad relativa) y se logra resistencia a la compresión de 4.2 MPa después de 28 días.

Ej emplo 3.

Se mezclan 80 g de MgO cocido y 20 g de hidromagnesita con 400 g de arena de cristal. 0.6 g de NaCl se disuelve en 120 g de agua y la solución se mezcla con los sólidos secos durante 5 min. La masa final se vierte y se hace vibrar para formar muestras cúbicas de 50 mm. Se almacenan las muestras a condiciones ambiente (40% de humedad relativa) y se logra resistencia a la compresión de 2.6 MPa después de 1 día.

Ej emplo 4.

Se mezclan 80 g de MgO cocido y 20 g de hidromagnesita con 120 g de agua durante 5 min. La masa final se vierte y se hace vibrar para formar muestras cúbicas de 50 mm. Se almacenan las muestras a 5% de C02 y 90% de RH y se logra resistencia a la compresión de 10 MPa después de 5 días.

Ejemplo 5.

Se mezclan 80 g de MgO cocido, 20 g de hidromagnesita y 100 g de arena fina con 90 g de agua y 20 mi de un plastificante de naftaleno sulfonatado durante 5 min. La masa final se vierte y se hace vibrar para formar muestras cúbicas de 50 mm. Se almacenan las muestras a condiciones ambiente (40% de humedad relativa, 0.03% de C02) y se logra resistencia a la compresión de 25 MPa después de 28 días.

La resistencia a la compresión de los materiales de compuesto se hace utilizando el aglutinante de la presente invención que tiende a ser mas bajo que los materiales de compuesto hechos utilizando cemento Portland pero existen aplicaciones donde se utiliza el cemento Portland que no requieren alta resistencia compresiva, por ejemplo en mortero y bloque de coque, y la presente invención proporciona resistencia adecuada para tales aplicaciones aunque requieran una menor salida de C02 puro (tal salida puede aún ser negativa) .

En contraste con los cementos Sorel, los aglutinantes de la presente invención son estables en la presencia de agua.

Claims (4)

1. NOVEDAD DE LA INVENCION Habiendo descrito el presente invento, se considera como una novedad y, por lo tanto, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES 1. Una composición aglutinante hidráulica en la forma de un polvo seco, caracterizada porque comprende: (a) 10% a 95 % de MgO; y . (b) 5% a 80% de carbonato de magnesio; (c) 0% a 10% de sal de cloruro con base en el peso total de los componentes (a) a (c) en donde el carbonato de magnesio está en la forma x MgC03 ¦ y Mg(OH)2 · z H20 en donde x es un número que es por lo menos 1, y por lo menos uno de y o z es un número que es mayor de 0. 2. Una composición aglutinante de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque en la fórmula x MgC03 ¦ y Mg(OH)2 · z H20, x es un número en el rango de 3.5 - 4.5, y es un número en el rango de 0.5 - 1.5, y z es un número en el rango de 3.5 - 5.5. Una composición aglutinante de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque en la fórmula x MgC03 · y Mg(OH)2 ¦ z H20, x es 4, y es 1 , y z es 4 o 5. 4. Una composición aglutinante de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el carbonato de magnesio está en la forma x MgC03 · z H20 en donde x es por lo menos 1 , y z es mayor de 0. Una composición aglutinante de. conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque en la fórmula x MgC03 ¦ y Mg(OH)2 · z H20: x, y , z son todos mayoresde 0. Una composición aglutinante de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el carbonato de magnesio es hidromagnesita . Una composición aglutinante de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la sal de cloruro es NaCl . Una composición aglutinante de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque comprende gO y/o Mg(OH)2, carbonato de magnesio y opcionalmente sal de cloruro en una cantidad seleccionada de uno de los siguientes rangos : i) (a) 70% a 95% de óxido de magnesio (MgO) ; (b) 5% a 20% de uno o más carbonatos de magnesio; y (c) 0% a 10% de sal de cloruro con base en el peso total de los componentes (a) a (c) ; ii) (a) 30% a 80% de óxido de magnesio (MgO) ; (b) 20% a 60% de uno o más carbonatos de magnesio; y (c) 0% a 10% de sal de cloruro con base en el peso total de los componentes (a) a (c) ; iii) (a) 10% a 40% de óxido de magnesio (MgO) ; (b) 60% a 80% de uno o más carbonatos de magnesio; y (c) 0% a 10% de sal de cloruro con base en el peso total de los componentes (a) a (c) ; iv) (a) 40% a 85 % de óxido de magnesio (MgO) ; (b) 5% a 30% de hidróxido de magnesio (Mg(OH)2); (c) 10% a 20% de uno o más carbonatos de magnesio; (d) 0% a 10% de sal de cloruro con base en el peso total de los componentes (a) a (d) ; v) (a) 20% a 75% de óxido de magnesio (MgO) ; (b) 5% a 30% de hidróxido de magnesio (Mg(OH)2); (c) 20% a 40% de uno o más carbonatos de magnesio; y (d) 0% a 10% de sal de cloruro con base en el peso total de los componentes (a) a (d) ; vi) (a) 10% a 60 % de óxido de magnesio (MgO) ; (b) 30% a 50% de hidróxido de magnesio (Mg(OH)2); (c) 10% a 30% de uno o más carbonatos de magnesio; y (d) 0% a 10% de sal de cloruro con base en el peso total de los componentes (a) a (d) ; Una composición aglutinante de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el diámetro de partícula promedio de las partículasde MgO/ Mg(OH)2 es aproximadamente 0.01 a 800 µp?, por ejemplo aproximadamente 0.01 a 600 µp\; y/o en donde el diámetro de partícula promedio de las partículas de carbonato de magnesio es aproximadamente 0.01 a 800 µp?, por ejemplo aproximadamente 0.01 a 600 pm . Una composición que comprende un aglutinante de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes y un relleno, por ejemplo un material de sílice o un agregado. Uso de una composición de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes como un aglutinante rn concreto, morteros,, cementos u otros productos de construcción de inmuebles. Un producto de construcción que comprende la composición de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque se ha fraguado; por ejemplo un bloque de constucción denso, un bloque de construcción de peso ligero, una baldosa, una teja, un ladrillo, o un mortero. Un método para formar un material de construcción que comprende mezclar juntos el aglutinante de conformidad con las reivindicaciones 1 a 10 con: (e) agua y (f) opcionalmente un aditivo o relleno, por ejemplo un material de sílice o un agregado y dejar que se fragüe la mezcla; Un método de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque las cantidades de los componentes (e) a (f) están, en % en peso con base en el peso total de los componentes (a) a (f ) : (e) hasta 5-80% agua; y hasta 99% de relleno y otros aditivos