Dispersión ultrasónica de bentonita
- Las arcillas de bentonita, como la bentonita sódica, la bentonita cálcica y la bentonita potásica, se utilizan principalmente como aditivos para fluidos de perforación, aglutinantes, agentes purificadores, adsorbentes y barreras frente a las aguas subterráneas.
- Debido a las fuertes uniones y a las fuerzas de van der Waals, la dispersión de la bentonita requiere fuerzas de mezclado intensas para romper los aglomerados de manera uniforme.
- La dispersión ultrasónica es un método muy fiable para producir suspensiones muy viscosas con altas concentraciones de sólidos. Así, los ultrasonidos superan a los agitadores convencionales en la producción de suspensiones homogéneas de bentonita.
Dispersión de bentonita
La bentonita tiene numerosas aplicaciones, por ejemplo, como lubricante, espesante o adsorbente. Para aprovechar las características de este material, las partículas o láminas de bentonita deben estar distribuidas uniformemente en un medio base. Las dispersiones de bentonita tienen una elevada capacidad de hinchamiento y pueden adsorber una gran cantidad de fluido. Al dispersarse en un líquido, la bentonita forma una suspensión coloidal o un gel altamente tixotrópico. Las propiedades coloidales de las dispersiones de bentonita dependen en gran medida de la calidad de la dispersión. Por ello, la sonicación es la técnica de dispersión preferida para obtener suspensiones de bentonita de alta calidad.
Dispersión ultrasónica de bentonita (realizada con el mezclador ultrasónico UIP2000hdT)
Problemas
Los métodos de dispersión convencionales a menudo no pueden generar las intensas fuerzas de cizallamiento necesarias para preparar una suspensión homogénea de bentonita funcionalizada. La tixotropía de la bentonita y su extraordinaria capacidad de retención de agua y de hinchamiento requieren equipos de dispersión con prestaciones superiores a la media que destaquen en el manejo de suspensiones de alta viscosidad y proporcionen suficiente cizallamiento para romper los aglomerados.
La viscosidad de la dispersión de bentonita aumenta al incrementarse la concentración. Los equipos de mezclado convencionales no pueden manejar estas suspensiones espesas y presentan deficiencias en la calidad de la dispersión e hidratación.
Debido a su insuficiente capacidad de mezclado, los dispersores convencionales deben combinarse con etapas de procesamiento adicionales, como la molienda.
Solución
Los equipos ultrasónicos de alta potencia proporcionan intensas fuerzas de cizallamiento que rompen fácilmente las uniones entre las partículas de bentonita. Las suspensiones de bentonita muy viscosas pueden procesarse de forma homogénea haciendo pasar la suspensión por una cámara de reactor ultrasónico, donde las partículas se desaglomeran y dispersan hasta alcanzar un tamaño de partícula uniforme. La intensa agitación y el cizallamiento contribuyen a reducir las partículas hasta el tamaño deseado. La sonicación de alta potencia delamina y exfolia la bentonita (montmorillonita), lo que genera una elevada superficie de las partículas que contribuye a mejorar el hinchamiento y la funcionalización de la bentonita.
Dispersión ultrasónica de arcillas
Cómo funciona: Las fuerzas ultrasónicas de gran intensidad inducidas en los líquidos generan cavitación. La cavitación ultrasónica se manifiesta como cizallamiento puro. Por ello, la tecnología de mezclado y dispersión ultrasónica es ideal para producir suspensiones tixotrópicas con una carga de partículas muy elevada.
Gracias al intenso cizallamiento, los ultrasonidos permiten dispersar eficazmente las arcillas para formar suspensiones. Puesto que la sonicación se realiza como un proceso continuo en línea, incluso suspensiones de alta viscosidad, como lodos de perforación, emulsiones de betún, látex o pinturas.
Hielscher Ultrasonics es su socio para un procesamiento ultrasónico fiable. Le ofrecemos la gama completa de homogeneizadores ultrasónicos – desde el equipo de laboratorio hasta los equipos ultrasónicos industriales para aplicaciones exigentes como la molienda, desaglomeración y dispersión. Con conjuntos de equipos UIP10000 o UIP16000, prácticamente no hay límites para el procesamiento a escala comercial, incluso de corrientes de gran caudal, incluidos materiales pastosos de alta viscosidad.
Dispersores ultrasónicos industriales
Dispersión ultrasónica:
- Dispersión a alta velocidad
- Altas cargas de sólidos
- Dispersión nanométrica
- Hidratación completa
- Sin «ojos de pez«
- Mejor hinchamiento
- Funcionalización de partículas
- Efecto gelificante
- Procesamiento uniforme
- Reproducibilidad
- Calidad fiable del producto
Procesamiento ultrasónico en línea
Bibliografía/Referencias
- Bergaya, F.; Theng, B.K.G.; Lagaly, G. (2011): Manual de la ciencia de las arcillas. Elservier 1978.
- Grim, R.E:; Güven, N. (1978): Bentonites: Geología, mineralogía, propiedades y usos. Elservier 2011.
- Mekhamer, W. K. (2010): La estabilidad coloidal de la bentonita cruda deformada mecánicamente por ultrasonidos. Journal of Saudi Chemical Society 14, 2010. 301-306.
- Wikipedia: Bentonita
Acerca de la bentonita
Las arcillas de bentonita, como la bentonita sódica, la bentonita cálcica y la bentonita potásica, están compuestas principalmente por minerales del grupo de las esmectitas, generalmente montmorillonita (p. ej., montmorillonita de Al Al2O3•4(SiO2)•H2O). La montmorillonita es una esmectita dioctaédrica, aunque también pueden aparecer otros tipos de esmectita. La esmectita es responsable de las propiedades deseables de la bentonita, pero la naturaleza de los cationes intercambiables en el espacio interlaminar también influye en sus propiedades. Por ello, las bentonitas con Na+ como catión interlaminar pueden tener propiedades muy diferentes de las bentonitas cuyo catión interlaminar es Ca+. La mayoría de las bentonitas comerciales contienen más de 80% de esmectita; sin embargo, pueden aparecer otros minerales como impurezas. Entre estos minerales se encuentran el cuarzo, el feldespato, la calcita y el yeso. Su presencia puede afectar al valor industrial de la bentonita, reduciéndolo o aumentándolo según la aplicación específica. La bentonita presenta marcadas propiedades coloidales y su volumen aumenta varias veces al entrar en contacto con el agua, creando un fluido gelatinoso y viscoso. Las propiedades especiales de la bentonita, como la hidratación, hinchamiento, absorción de agua, viscosidad y tixotropía, la convierten en un material valioso para una amplia gama de aplicaciones.
Las arcillas de bentonita se utilizan habitualmente como lubricantes, espesantes, adsorbentes, aditivos reológicos, aglutinantes, catalizadores, agentes purificadores, estabilizadores, emulsionantes o tierras decolorantes. Debido a sus funcionalidades, las numerosas aplicaciones de los geles viscoelásticos de bentonita abarcan la industria de los aceites minerales y la perforación, la química, la cerámica, las fundiciones, la construcción y la limpieza, la agricultura y la horticultura, la producción de papel, la industria alimentaria y los sectores cosmético y farmacéutico.
Los derivados de la bentonita se conocen como Bentone, que son organoarcillas modificadas con funcionalidades adaptadas a aplicaciones específicas. Por ejemplo, Bentone 52, Bentone 57 y Bentone 1000 son agentes espesantes habituales en pinturas y recubrimientos, mientras que Bentone 27, Bentone 128, Bentone 150, Bentone 155 y Bentone 1000 son modificadores reológicos utilizados en la industria petrolera y de perforación. Bentone EW, Bentone HC, Bentone MA y Bentonite BC 342 se utilizan como espesantes y gelificantes en cosméticos y productos farmacéuticos.
Los potentes equipos ultrasónicos de Hielscher son fiables y eficaces para dispersar uniformemente todos los polvos de organoarcillas de bentonita, hectorita y Bentone en dispersiones de bentone, geles de bentone o en formulaciones de productos finales.
Datos de interés
Los homogeneizadores ultrasónicos de tejidos suelen denominarse sonicador de sonda/sonificador, lisador sónico, disruptor ultrasónico, molino ultrasónico, sonorruptor, sonificador, desmembrador sónico, disruptor celular, dispersor ultrasónico, emulsionante o disolvedor. Los distintos términos responden a las diversas aplicaciones que pueden realizarse mediante sonicación.