Ultrasonido: Enhanced carbonatación mineral

La carbonatación mineral es la reacción de dióxido de carbono con minerales alcalinos como el calcio u óxido de magnesio. carbonatación mineral se utiliza para la producción industrial de partículas sólidas en la industria farmacéutica, polímero y la industria de fertilizantes, así como para el secuestro de dióxido de carbono en materiales alcalinos. tratamiento de partículas por ultrasonidos de potencia se ha encontrado un medio exitoso de intensificación de procesos resulta en una mayor conversión de la carbonatación y la velocidad de reacción más rápida.

La carbonatación mineral: Proceso y Limitaciones

Para la carbonatación, materiales naturales y los residuos son carbonatada debido a la presencia de óxidos alcalinos, hidróxidos o silicatos en su composición. El proceso de carbonatación consiste en las siguientes etapas de reacción:

La carbonatación de minerales incluye 5 pasos: solvatación - Reacción - Hidratación - Ionización - Precipitación

Pasos de carbonatación mineral

Para la reacción de carbonatación, las partículas deben estar disponibles para los reactivos. Esto significa que se requiere una superficie de alta partícula sin capas de pasivación para mejorar el proceso de carbonatación.
La formación de una capa de carbonato de cada vez más grueso y denso que rodea el núcleo sin reaccionar cada vez menor de la partícula sólida crea tres pasos limitante de la velocidad:

  • hidratación de óxidos / silicatos;
  • la lixiviación de cationes; y
  • difusión a la zona de reacción.

Para mejorar el proceso de carbonatación, estas limitaciones tienen que superar mediante una tecnología de asistencia a proceso. ultrasonidos de alta potencia se ha aplicado con éxito como una tecnología de proceso de intensificación mejorar la velocidad de carbonatación y la velocidad de reacción.

Solución: La carbonatación ultrasónico

Por el grupo de investigación de la Universidad Católica de Lovaina en Bélgica, “el ultrasonido se ha demostrado ser una herramienta potencialmente útil para la intensificación de los procesos de carbonatación mineral. Debido a la mezcla mejorada, la rotura de las partículas y la eliminación de capas de pasivación de carbonato de calcio era posible para acelerar la cinética de reacción y lograr un mayor grado de carbonatación en tiempos más cortos. Por otra parte, en combinación con iones de magnesio en solución, el ultrasonido mejora significativamente la síntesis de cristales de aragonita, tanto mediante la reducción de la concentración requerida de magnesio y la reducción de la temperatura de reacción a las condiciones ambientales cerca.”
Santos et al. 2011, p.114]

Las ventajas de un vistazo:

  • distribución de tamaño de partícula fino por mezcla de ultrasonidos, la desaglomeración & Pulverizar
  • ultrasonido elimina las capas de pasivación
  • el ultrasonido mejora la cinética de la reacción
  • ecografía reduce basicidad
  • ultrasónico intensificación de procesos: un mayor rendimiento, una reacción más rápida
Santos et al. 2013 - ultrasonido intensificado la carbonatación mineral

efectos de ultrasonidos sobre la carbonatación mineral. [Santos et al. 2013]

de dispersión de partículas de ultrasonidos y la rotura en laboratorio y a escala industrial

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tratamiento de partícula ultrasónico

El tratamiento con ultrasonidos es una herramienta poderosa para el tratamiento de lodos de partículas. fuerzas de ultrasonidos intensos crean la vibración mecánica y fuerte cavitación en líquidos. Estas fuerzas de alto estrés pueden romper aglomerados de partículas primarias e incluso, por lo que el ultrasonido de alta potencia / baja frecuencia es un método fiable para Pulverizar, desaglomeración y Dispersión aplicaciones.

Santos et al. 2012 Síntesis de aragonita puro mediante la carbonatación mineral sonoquímica

imágenes SEM de óxido de calcio inicialmente (a) y después de 10 minutos de sonicación (b). [Santos et al. 2012]

La molienda ultrasónica durante el proceso de carbonatación de los lodos crea pequeñas partículas con grandes superficies. Además de la fragmentación de partículas, la sonicación también elimina las deposiciones de la superficie de las partículas, como las cáscaras carbonatadas o las capas de matriz agotadas que rodean el núcleo de la partícula que no ha reaccionado. Al eliminar las capas pasivantes, se reducen las limitaciones de difusión y el material que no ha reaccionado queda expuesto a la fase acuosa. De este modo, la sonicación puede aumentar la conversión de la carbonatación y la cinética del proceso, lo que da lugar a mayores rendimientos y a una reacción más rápida.

Santos et al. 2011 rutas de intensificación de la carbonatación mineral

efectos de ultrasonidos sobre las partículas [Santos et al. 2011]

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Literatura/Referencias

  1. Santos, Rafael M .; Francois, Davy; Mertens, Gilles; Elsen, Jan; Van Gerven, Tom (2013): Ultrasonido-intensificó la carbonatación mineral. Applied Thermal Engineering vol. 57, Cuestiones 1-2, 2013. 154-163.
  2. Santos, Rafael M .; Ceulemans, Pieter; Van Gerven, Tom (2012): Síntesis de aragonita puro mediante la carbonatación mineral sonoquímica. Ingeniería Química Investigación & Diseño, el 90/6, 2012. 715-725.
  3. Santos, Rafael M .; Ceulemans, Pieter; Francois, Davy; Van Gerven, Tom (2011): Ultrasonido-Enhanced Carbonatación Mineral. IChemE 2011.

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Materia prima carbonatación

Materia prima para la carbonatación puede ser cualquiera Virgen o residuos materiales. materia prima virgen típico utilizado para los materiales de captación de carbono incluye minerales tales como el olivino (Mg, Fe)2SiO4, serpentina (Mg, Fe)3Si2O5(OH)4y la wollastonita CaSiO3.
Los materiales de desecho incluyen escorias de acero, yeso rojo, cenizas de desecho, residuos fábrica de papel, polvo de horno de cemento, y los residuos de minería. Estos subproductos industriales y residuos se pueden utilizar para la carbonatación debido a la presencia de óxidos alcalinos, hidróxidos o silicatos en su composición.