Carbonatación mineral mejorada por ultrasonidos

La carbonatación mineral es la reacción del dióxido de carbono con minerales alcalinos como el óxido de calcio o de magnesio. La carbonatación mineral se utiliza para la producción industrial de partículas sólidas en la industria farmacéutica, de polímeros y de fertilizantes, así como para el secuestro de dióxido de carbono en materiales alcalinos. El tratamiento de partículas mediante ultrasonidos ha demostrado ser un medio eficaz para intensificar el proceso, lo que se traduce en una mayor conversión de la carbonatación y una velocidad de reacción más rápida.

Carbonatación mineral: Proceso y limitaciones

Para la carbonatación, los materiales naturales y de desecho se carbonatan debido a la presencia de óxidos alcalinos, hidróxidos o silicatos en su composición. El proceso de carbonatación consta de las siguientes etapas de reacción:

Etapas de la carbonatación mineral

Para la reacción de carbonatación, las partículas deben estar disponibles para los reactivos. Esto significa que se requiere una elevada superficie de partículas sin capas pasivantes para mejorar el proceso de carbonatación.
La formación de una capa de carbonato cada vez más gruesa y densa que rodea el núcleo sin reaccionar de la partícula sólida crea tres etapas limitadoras de la velocidad:

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

Para mejorar el proceso de carbonatación, hay que superar estas limitaciones mediante una tecnología de ayuda al proceso. Los ultrasonidos de alta potencia se han aplicado con éxito como una tecnología de intensificación del proceso que mejora la velocidad de carbonatación y la velocidad de reacción.

Solución: Carbonatación ultrasónica

Por el grupo de investigación de la Universidad Católica de Lovaina (Bélgica), “Se ha demostrado que los ultrasonidos son una herramienta potencialmente útil para intensificar los procesos de carbonatación mineral. Gracias a la mejora de la mezcla, la rotura de partículas y la eliminación de las capas pasivantes de carbonato cálcico, fue posible acelerar la cinética de reacción y lograr una mayor extensión de la carbonatación en tiempos más cortos. Además, en combinación con iones de magnesio en solución, los ultrasonidos mejoran significativamente la síntesis de cristales de aragonito, tanto por la reducción de la concentración necesaria de magnesio como por la reducción de la temperatura de reacción a condiciones cercanas a las ambientales.”
[Santos et al. 2011, p.114]

Las ventajas de un vistazo:

• distribución granulométrica fina mediante mezcla ultrasónica, desaglomeración & Pulverizar
• los ultrasonidos eliminan las capas pasivantes
• los ultrasonidos mejoran la cinética de las reacciones
• el ultrasonido reduce la basicidad
• intensificación del proceso ultrasónico: mayor rendimiento, reacción más rápida

Efectos de los ultrasonidos en la carbonatación mineral. [Santos et al. 2013].

tratamiento ultrasónico de partículas

La sonicación es una potente herramienta para tratar lodos con partículas. Las intensas fuerzas ultrasónicas crean vibraciones mecánicas y una fuerte cavitación en los líquidos. Estas fuerzas de alta tensión pueden romper aglomerados e incluso partículas primarias, por lo que los ultrasonidos de alta potencia y baja frecuencia son un método fiable para Pulverizar, desaglomeración y Dispersión aplicaciones.

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

La molienda por ultrasonidos durante el proceso de carbonatación de lodos crea partículas pequeñas con grandes áreas de superficie. Además de la fragmentación de las 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 partículas sin reaccionar. Al eliminar las capas pasivantes, se reducen las limitaciones de difusión y el material sin reaccionar queda expuesto a la fase acuosa. De este modo, la sonicación puede aumentar la conversión de carbonatación y la cinética del proceso, lo que se traduce en mayores rendimientos y una reacción más rápida.

Efectos de los ultrasonidos en las partículas [Santos et al. 2011].