Ultrasəslə gücləndirilmiş mineral karbonatlaşması

Mineral karbonatlaşması karbon dioksidin kalsium oksid və ya maqnezium oksid kimi qələvi minerallarla reaksiyasıdır. Mineral karbonatlaşması əczaçılıq, polimer və gübrə sənayesində bərk hissəciklərin sənaye miqyasında istehsalı, eləcə də qələvi materiallarda karbon dioksidin sekvestrasiyası üçün istifadə olunur. Hissəciklərin yüksək güclü ultrasəslə emalının prosesin intensivləşdirilməsi üçün uğurlu vasitə olduğu müəyyən edilmişdir; bu, karbonatlaşma zamanı daha yüksək çevrilmə dərəcəsi və daha sürətli reaksiya ilə nəticələnir.

Mineral karbonatlaşması: proses və məhdudiyyətlər

Təbii materiallar və tullantı materialları tərkiblərində qələvi oksidlər, hidroksidlər və ya silikatlar olduğuna görə karbonatlaşdırılır. Karbonatlaşma prosesi aşağıdakı reaksiya mərhələlərindən ibarətdir:

Karbonatlaşma reaksiyası üçün hissəciklər reagentlərin təsirinə əlçatan olmalıdır. Bu o deməkdir ki, karbonatlaşma prosesini yaxşılaşdırmaq üçün passivləşdirici təbəqələri olmayan böyük hissəcik səthi tələb olunur.
Bərk hissəciyin kiçilən, reaksiyaya girməmiş nüvəsini əhatə edən, getdikcə qalınlaşan və sıxlaşan karbonat təbəqəsinin əmələ gəlməsi sürəti məhdudlaşdıran üç mərhələ yaradır:

• oksidlərin/ silikatların hidratlaşması;
• kationların yuyulub çıxarılması; və
• reaksiya zonasına diffuziya.

Karbonatlaşma prosesini yaxşılaşdırmaq üçün bu məhdudiyyətlər prosesə kömək edən texnologiya vasitəsilə aradan qaldırılmalıdır. Yüksək güclü ultrasəs karbonatlaşma sürətini və reaksiya sürətini artıran proses intensivləşdirmə texnologiyası kimi uğurla tətbiq edilmişdir.

Həll: ultrasəslə karbonatlaşma

Belçikanın Katholieke Universiteit Leuven universitetinin tədqiqat qrupuna görə, “ultrasəsin mineral karbonatlaşması proseslərinin intensivləşdirilməsi üçün potensial olaraq faydalı vasitə olduğu sübut edilmişdir. Qarışdırmanın yaxşılaşması, hissəciklərin parçalanması və kalsium karbonatın passivləşdirici təbəqələrinin aradan qaldırılması sayəsində reaksiya kinetikasını sürətləndirmək və daha qısa müddətdə daha yüksək karbonatlaşma dərəcəsinə nail olmaq mümkün olmuşdur. Bundan əlavə, məhluldakı maqnezium ionları ilə birlikdə ultrasəs həm maqneziumun tələb olunan konsentrasiyasını azaltmaqla, həm də reaksiya temperaturunu ətraf mühit şəraitinə yaxın səviyyəyə endirməklə araqonit kristallarının sintezini əhəmiyyətli dərəcədə gücləndirir.”
[Santos et al. 2011, p.114]

Üstünlüklərə qısa baxış:

• ultrasəslə qarışdırma, deaqlomerasiya və üyütmə vasitəsilə xırda hissəciklərin ölçü paylanması
• ultrasəs passivləşdirici təbəqələri aradan qaldırır
• ultrasəs reaksiya kinetikasını sürətləndirir
• ultrasəs əsasi xassəni azaldır
• ultrasəslə prosesin intensivləşdirilməsi: daha yüksək məhsul çıxımı, daha sürətli reaksiya

Hissəciklərin ultrasəslə emalı

Ultrasəslə emal hissəcik suspenziyalarını emal etmək üçün güclü vasitədir. İntensiv ultrasəs qüvvələri mayelərdə mexaniki rəqslər və güclü kavitasiya yaradır. Yüksək mexaniki gərginlik yaradan bu qüvvələr aqlomeratları və hətta ilkin hissəcikləri parçalaya bilir, buna görə də yüksək güclü/ aşağı tezlikli ultrasəs üyütmə, deaqlomerasiya və dispersləşdirmə tətbiqləri üçün etibarlı üsuldur.

Suspenziyaların karbonatlaşma prosesi zamanı ultrasəslə üyütmə böyük səth sahəsinə malik kiçik hissəciklər yaradır. Ultrasəslə emal hissəcikləri parçalamaqla yanaşı, onların səthindən çöküntüləri, məsələn, reaksiyaya girməmiş hissəcik nüvəsini əhatə edən karbonatlaşmış qabıqları və ya tükənmiş matris təbəqələrini də aradan qaldırır. Passivləşdirici təbəqələrin aradan qaldırılması diffuziya məhdudiyyətlərini azaldır və reaksiyaya girməmiş materialı sulu fazanın təsirinə açır. Bununla ultrasəslə emal karbonatlaşmanın çevrilmə dərəcəsini artıra və prosesin kinetikasını sürətləndirə bilər – nəticədə daha yüksək məhsul çıxımı və daha sürətli reaksiya əldə olunur.