Ultraheliga täiustatud mineraalne karboniseerimine
Mineraalne karboniseerimine on süsinikdioksiidi reaktsioon leeliseliste mineraalidega, nagu kaltsium või magneesiumoksiid. Mineraalset karboniseerimist kasutatakse tahkete osakeste tööstuslikuks tootmiseks farmaatsia-, polümeeri- ja väetisetööstuses, samuti süsinikdioksiidi sidumiseks leeliselistes materjalides. On leitud, et osakeste töötlemine võimsuse ultraheliga on edukas vahend protsessi intensiivistamiseks, mille tulemuseks on suurem karboniseerimine ja kiirem reaktsioonikiirus.
Mineraalne karboniseerimine: protsess ja piirangud
Karboniseerimiseks karboniseeritakse looduslikud ja jäätmematerjalid leeliseliste oksiidide, hüdroksiidide või silikaatide sisalduse tõttu nende koostises. Karboniseerimisprotsess koosneb järgmistest reaktsioonietappidest:
Mineraalse karboniseerimise etapid
Karboniseerimisreaktsiooni jaoks peavad osakesed olema reaktiivide jaoks kättesaadavad. See tähendab, et karboniseerimisprotsessi parandamiseks on vaja suurt osakeste pinda ilma passiivsete kihtideta.
Tahke osakese kahanevat reageerimata südamikku ümbritseva üha paksema ja tihedama karbonaadikihi moodustumine loob kolm kiirust piiravat sammu:
- oksiidide/ silikaatide hüdratatsioon;
- katioonide leostumine; ja
- difusioon reaktsioonitsooni.
Karboniseerimisprotsessi parandamiseks tuleb need piirangud ületada tehnoloogiat toetava protsessi abil. Suure võimsusega ultraheli on edukalt rakendatud protsessi intensiivistamise tehnoloogiana, mis suurendab karboniseerimiskiirust ja reaktsioonikiirust.
Lahendus: ultraheli karboniseerimine
Katholieke Universiteit Leuveni uurimisrühm Belgias, “Ultraheli on osutunud potentsiaalselt kasulikuks vahendiks mineraalsete karboniseerimisprotsesside intensiivistamiseks. Tänu täiustatud segamisele, osakeste purunemisele ja kaltsiumkarbonaadi passiivsete kihtide eemaldamisele oli võimalik kiirendada reaktsioonikineetikat ja saavutada lühemate aegadega suurem karboniseerumise ulatus. Veelgi enam, koos magneesiumiioonidega lahuses suurendab ultraheli oluliselt aragoniidi kristallide sünteesi, vähendades nii magneesiumi vajalikku kontsentratsiooni kui ka vähendades reaktsioonitemperatuuri ümbritsevate tingimuste lähedale.”
[Santos et al. 2011, lk.114]
Eelised lühidalt:
- peenosakeste suuruse jaotus ultraheli segamise, deagglomeratsiooni teel & Freesimine
- Ultraheli eemaldab passiivsed kihid
- Ultraheli suurendab reaktsioonikineetikat
- Ultraheli vähendab aluselisust
- ultraheli protsessi intensiivistamine: suurem saagis, kiirem reaktsioon
Ultraheli mõju mineraalsele karboniseerimisele. [Santos et al. 2013]
Ultrasonikaator UP200S eest
ultraheli osakeste töötlemine
ultraheli osakeste töötlemine
Sonikatsioon on võimas vahend osakeste läga raviks. Intensiivsed ultraheli jõud tekitavad vedelikes mehaanilist vibratsiooni ja tugevat kavitatsiooni. Need suured pingejõud võivad purustada aglomeraate ja isegi primaarosakesi, nii et suure võimsusega / madala sagedusega ultraheli on usaldusväärne meetod Freesimine, deagglomeratsioon ja Hajutamine Rakendused.
SEM-pildid kaltsiumoksiidist esialgu (a) ja pärast 10-minutilist ultrahelitöötlust (b). [Santos et al. 2012]
Ultraheli freesimine läga karboniseerimisprotsessi ajal loob väikesed osakesed suurte pindadega. Lisaks osakeste fragmenatsioonile eemaldab ultrahelitöötlus ka osakeste pinnalt sadestumine, näiteks gaseeritud kestad või ammendunud maatriksikihid, mis ümbritsevad reageerimata osakeste südamikku. Passiivsete kihtide eemaldamisega vähendatakse difusioonipiiranguid ja reageerimata materjal puutub kokku vesifaasiga. Seega võib ultrahelitöötlus suurendada karboniseerimise muundamist ja protsessi kineetikat - mille tulemuseks on suurem saagikus ja kiirem reaktsioon.
Ultraheli mõju osakestele [Santos et al. 2011]
UIP16000 – kõige võimsam ultraheli Raskeveokite ultrasonikaatori UIP16000 (16kW)
Kirjandus / viited
- Santos, Rafael M.; Francois, Davy; Mertens, Gilles; Elsen, Jaan; Van Gerven, Tom (2013): Ultraheliga intensiivistunud mineraalne karboniseerimine. Rakenduslik soojustehnika, kd 57, väljaanded 1–2, 2013. 154–163.
- Santos, Rafael M.; Ceulemans, Pieter; Van Gerven, Tom (2012): Puhta aragoniidi süntees sonokeemilise mineraalse karboniseerimise teel. Keemiatehnika uuringud & Projekteerimine, 90/ 6, 2012. 715-725.
- Santos, Rafael M.; Ceulemans, Pieter; Francois, Davy; Van Gerven, Tom (2011): ultraheliga täiustatud mineraalne karboniseerimine. ICheme 2011.
Karboniseerimise lähteaine
Karboniseerimise lähteaine võib olla kas Neitsi või jäätmed Materjalid. Tüüpiline värske lähteaine, mida kasutatakse süsiniku sidumise materjalides, sisaldab mineraale, näiteks oliviini (Mg, Fe)2SiO4, serpentiin (Mg, Fe)3Si2O5(OH)4ja wollastoniit CaSiO3.
Jäätmematerjalide hulka kuuluvad teraseräbu, punane kips, tuhk, paberivabriku jäätmed, tsemendiahjutolm ja kaevandusjäätmed. Neid tööstuslikke kõrvalsaadusi ja jäätmeid võib kasutada karboniseerimiseks, kuna nende koostises on leelislisi oksiide, hüdroksiide või silikaate.