Ενισχυμένη με υπερήχους ορυκτή ενανθράκωση
Η ορυκτή ενανθράκωση είναι η αντίδραση του διοξειδίου του άνθρακα με αλκαλικά μέταλλα όπως το οξείδιο του ασβεστίου ή του μαγνησίου. Η ορυκτή ενανθράκωση χρησιμοποιείται για τη βιομηχανική παραγωγή στερεών σωματιδίων στη βιομηχανία φαρμάκων, πολυμερών και λιπασμάτων, καθώς και για τη δέσμευση διοξειδίου του άνθρακα σε αλκαλικά υλικά. Η επεξεργασία σωματιδίων με υπερήχους ισχύος έχει βρεθεί ένα επιτυχημένο μέσο εντατικοποίησης της διαδικασίας με αποτέλεσμα υψηλότερη μετατροπή ενανθράκωσης και ταχύτερη ταχύτητα αντίδρασης.
Ορυκτή ενανθράκωση: Διαδικασία και περιορισμοί
Για την ενανθράκωση, τα φυσικά και τα απόβλητα υλικά είναι ανθρακούχα λόγω της παρουσίας αλκαλικών οξειδίων, υδροξειδίων ή πυριτικών αλάτων στη σύνθεσή τους. Η διαδικασία ενανθράκωσης αποτελείται από τα ακόλουθα βήματα αντίδρασης:
Βήματα ορυκτής ενανθράκωσης
Για την αντίδραση ενανθράκωσης, τα σωματίδια πρέπει να είναι διαθέσιμα για τα αντιδραστήρια. Αυτό σημαίνει ότι απαιτείται υψηλή επιφάνεια σωματιδίων χωρίς παθητικοποιημένα στρώματα για τη βελτίωση της διαδικασίας ενανθράκωσης.
Ο σχηματισμός ενός όλο και πιο πυκνού και πυκνού ανθρακικού στρώματος που περιβάλλει τον συρρικνούμενο μη αντιδραστικό πυρήνα του στερεού σωματιδίου δημιουργεί τρία βήματα περιορισμού του ρυθμού:
- ενυδάτωση οξειδίων / πυριτικών αλάτων.
- έκπλυση κατιόντων · και
- διάχυση στη ζώνη αντίδρασης.
Για να βελτιωθεί η διαδικασία ενανθράκωσης, αυτοί οι περιορισμοί πρέπει να ξεπεραστούν με μια διαδικασία που βοηθά την τεχνολογία. Ο υπέρηχος υψηλής ισχύος έχει εφαρμοστεί με επιτυχία ως τεχνολογία εντατικοποίησης της διαδικασίας ενισχύοντας τον ρυθμό ενανθράκωσης και την ταχύτητα αντίδρασης.
Λύση: Υπερήχων ενανθράκωση
Από την ερευνητική ομάδα του Katholieke Universiteit Leuven στο Βέλγιο, “Ο υπέρηχος έχει αποδειχθεί ότι είναι ένα δυνητικά χρήσιμο εργαλείο για την εντατικοποίηση των διαδικασιών ενανθράκωσης ορυκτών. Λόγω της ενισχυμένης ανάμειξης, της θραύσης σωματιδίων και της απομάκρυνσης των παθητικοποιητικών στρωμάτων ανθρακικού ασβεστίου, ήταν δυνατό να επιταχυνθεί η κινητική της αντίδρασης και να επιτευχθεί μεγαλύτερη έκταση ενανθράκωσης σε μικρότερους χρόνους. Επιπλέον, σε συνδυασμό με ιόντα μαγνησίου σε διάλυμα, ο υπέρηχος ενισχύει σημαντικά τη σύνθεση κρυστάλλων αραγωνίτη, τόσο μειώνοντας την απαιτούμενη συγκέντρωση μαγνησίου όσο και μειώνοντας τη θερμοκρασία αντίδρασης σε συνθήκες περιβάλλοντος.”
[Santos et al. 2011, σελ.114]
Οφέλη με μια ματιά:
- κατανομή μεγέθους λεπτών σωματιδίων με ανάμειξη υπερήχων, αποσυσσωμάτωση & άλεσμα
- Ο υπέρηχος αφαιρεί τα στρώματα παθητικοποίησης
- Ο υπέρηχος ενισχύει την κινητική της αντίδρασης
- Ο υπέρηχος μειώνει τη βασικότητα
- Εντατικοποίηση της διαδικασίας υπερήχων: υψηλότερη απόδοση, ταχύτερη αντίδραση
Υπερήχων επιδράσεις στην ενανθράκωση ορυκτών. [Santos et al. 2013]
υπερήχων UP200S για
Θεραπεία σωματιδίων με υπερήχους
Θεραπεία σωματιδίων με υπερήχους
Κατεργασία με υπερήχους είναι ένα ισχυρό εργαλείο για τη θεραπεία πολτών σωματιδίων. Οι έντονες υπερηχητικές δυνάμεις δημιουργούν μηχανικούς κραδασμούς και ισχυρή σπηλαίωση σε υγρά. Αυτές οι δυνάμεις υψηλής τάσης μπορούν να σπάσουν συσσωματώματα και ακόμη και πρωτογενή σωματίδια, έτσι ώστε ο υπέρηχος υψηλής ισχύος / χαμηλής συχνότητας να είναι μια αξιόπιστη μέθοδος για άλεσμα, αποσυσσωμάτωση και Διασποράς Εφαρμογές.
SEM εικόνες του οξειδίου του ασβεστίου αρχικά (α) και μετά από 10 λεπτά υπερήχων (β). [Santos et al. 2012]
Η υπερηχητική άλεση κατά τη διάρκεια της διαδικασίας ενανθράκωσης των πολτών δημιουργεί μικρά σωματίδια με μεγάλες επιφάνειες. Εκτός από τον θρυμματισμό σωματιδίων, υπερήχηση αφαιρεί επίσης εναποθέσεις από την επιφάνεια των σωματιδίων, όπως ανθρακούχα κελύφη ή εξαντλημένα στρώματα μήτρας που περιβάλλουν τον πυρήνα σωματιδίων που δεν αντέδρασε. Με την αφαίρεση των παθητικοποιητικών στρωμάτων, μειώνονται οι περιορισμοί διάχυσης και το υλικό που δεν αντιδρά εκτίθεται στην υδατική φάση. Με αυτόν τον τρόπο, κατεργασία με υπερήχους μπορεί να αυξήσει τη μετατροπή ενανθράκωσης και την κινητική της διαδικασίας – με αποτέλεσμα υψηλότερες αποδόσεις και ταχύτερη αντίδραση.
Υπερηχητικές επιδράσεις στα σωματίδια [Santos et al. 2011]
UIP16000 – Πιο ισχυρό υπερήχων Βαρέως τύπου υπερήχων UIP16000 (16kW)
Βιβλιογραφία/Αναφορές
- Σάντος, Rafael Μ.; Francois, Davy; Mertens, Gilles; Elsen, Ιαν; Van Gerven, Tom (2013): Υπερηχογράφηση-εντατικοποιημένη ορυκτή ενανθράκωση. Εφαρμοσμένη Θερμική Μηχανική Τόμος 57, Τεύχη 1–2, 2013. 154–163.
- Σάντος, Rafael Μ.; Ceulemans, Pieter; Van Gerven, Tom (2012): Σύνθεση καθαρού αραγωνίτη με sonochemical ορυκτή ενανθράκωση. Έρευνα Χημικής Μηχανικής & Σχεδιασμός, 90/ 6, 2012. 715-725.
- Σάντος, Rafael Μ.; Ceulemans, Pieter; Francois, Davy; Van Gerven, Tom (2011): Ενισχυμένη με υπερήχους ορυκτή ενανθράκωση. IChemE 2011.
Πρώτη ύλη ενανθράκωσης
Η πρώτη ύλη για την ενανθράκωση μπορεί να είναι είτε Παρθένα ή απόβλητα υλικά. Η τυπική παρθένα πρώτη ύλη που χρησιμοποιείται για υλικά δέσμευσης άνθρακα περιλαμβάνει ορυκτά όπως η ολιβίνη (Mg, Fe)2SiO4, σερπεντίνη (Mg, Fe)3Si2O5(ΟΗ)4, και wollastonite CaSiO3.
Τα απόβλητα περιλαμβάνουν σκωρίες χάλυβα, κόκκινο γύψο, τέφρα αποβλήτων, απόβλητα χαρτοποιίας, σκόνη κλιβάνου τσιμέντου και απόβλητα εξόρυξης. Αυτά τα βιομηχανικά υποπροϊόντα και απόβλητα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για ενανθράκωση λόγω της παρουσίας αλκαλικών οξειδίων, υδροξειδίων ή πυριτικών αλάτων στη σύνθεσή τους.