پراکنش فراصوتی بنتونیت
- رس‌های بنتونیتی، مانند بنتونیت سدیم، بنتونیت کلسیم و بنتونیت پتاسیم، عمدتاً به‌عنوان افزودنی سیالات حفاری، چسباننده، تصفیه‌کننده، جاذب سطحی و مانعی در برابر عبور آب زیرزمینی استفاده می‌شوند.
- به‌دلیل پیوندهای قوی و نیروهای واندروالس، پراکنده‌سازی بنتونیت به نیروهای اختلاط شدیدی نیاز دارد تا کلوخه‌ها به‌طور یکنواخت شکسته شوند.
- پراکنده‌سازی فراصوتی روشی بسیار قابل‌اعتماد برای تولید دوغاب‌هایی با گرانروی بسیار بالا و غلظت زیاد مواد جامد است. ازاین‌رو، فناوری فراصوت در تولید دوغاب‌های همگن بنتونیت از همزن‌های متداول برتر است.
پراکنش بنتونیت
بنتونیت کاربردهای متنوعی مانند روان‌کننده، غلیظ‌کننده یا جاذب سطحی دارد. برای بهره‌مندی از ویژگی‌های این ماده، ذرات/پولک‌های بنتونیت باید به‌طور یکنواخت توزیع شوند و در محیط پایه پراکنده باشند. دیسپرسیون‌های بنتونیت ظرفیت تورم بالایی دارند و می‌توانند مقدار زیادی سیال را به‌صورت سطحی جذب کنند. بنتونیت هنگام پراکنده‌شدن در مایع، سوسپانسیون کلوئیدی یا ژلی با تیکسوتروپی بسیار بالا تشکیل می‌دهد. خواص کلوئیدی دیسپرسیون‌های بنتونیت به‌شدت به کیفیت پراکنش وابسته است. بنابراین، فراصوت‌دهی روش ترجیحی پراکنده‌سازی برای دستیابی به دوغاب‌های بنتونیت با کیفیت بالا است.
پراکنش فراصوتی بنتونیت (انجام‌شده با میکسر فراصوتی UIP2000hdT)
مشکلات
روش‌های متداول پراکنده‌سازی اغلب نمی‌توانند نیروهای برشی شدید لازم برای تهیهٔ دوغاب همگن بنتونیت عامل‌دارشده را ایجاد کنند. تیکسوتروپی بنتونیت و قابلیت فوق‌العادهٔ آن در اتصال به آب و تورم، به تجهیزات پراکنده‌سازی فراتر از سطح معمول نیاز دارد که در کار با دوغاب‌های دارای گرانروی بالا عملکردی ممتاز داشته باشند و برش کافی برای شکستن کلوخه‌ها فراهم کنند.
گرانروی دیسپرسیون بنتونیت با افزایش غلظت افزایش می‌یابد. تجهیزات اختلاط متداول قادر به کار با دوغاب‌های غلیظ نیستند و کیفیت کافی در پراکنش و آب‌پوشی فراهم نمی‌کنند.
به‌دلیل ظرفیت ناکافی اختلاط، پراکنده‌سازهای متداول باید با مراحل پردازش تکمیلی، مانند آسیاب‌کردن، ترکیب شوند.
راهکار
تجهیزات فراصوتی پرتوان، نیروهای برشی شدیدی ایجاد می‌کنند که پیوند میان ذرات بنتونیت را به‌آسانی می‌شکنند. دوغاب‌های بنتونیت با گرانروی بسیار بالا را می‌توان با عبور دادن سوسپانسیون از محفظهٔ راکتور فراصوتی به‌طور همگن پردازش کرد؛ در این محفظه، ذرات تحت کلوخه‌زدایی و پراکنده‌سازی قرار می‌گیرند تا اندازهٔ ذرات یکنواخت شود. هم‌زدن و برش شدید به کاهش اندازهٔ ذرات تا اندازهٔ هدف کمک می‌کند. فراصوت‌دهی قدرتمند موجب جدایش لایه‌ها و ورقه‌ورقه‌شدن بنتونیت (مونتموریلونیت) می‌شود و سطح ویژهٔ بالایی برای ذرات ایجاد می‌کند که به بهبود تورم و عامل‌دارسازی بنتونیت کمک می‌کند.
پراکنش فراصوتی رس‌ها
نحوهٔ عملکرد: نیروهای فراصوتی بسیار شدید القاشده در مایعات موجب ایجاد کاویتاسیون می‌شوند. پدیدهٔ فراصوتیِ کاویتاسیون به‌صورت برش خالص بروز می‌کند. ازاین‌رو، فناوری اختلاط و پراکنده‌سازی فراصوتی برای تولید سوسپانسیون‌های تیکسوتروپ با بارگذاری بسیار بالای ذرات ایدئال است.
به‌دلیل برش شدید، فراصوت امکان پراکنده‌سازی مؤثر رس‌ها در دوغاب‌ها را فراهم می‌کند. ازآنجاکه فراصوت‌دهی به‌صورت فرایندی پیوسته و درون‌خطی انجام می‌شود، حتی دوغاب‌های با گرانروی بالا مانند گل‌های حفاری، امولسیون‌های قیر، لاتکس یا رنگ‌ها.
Hielscher Ultrasonics شریک شما در پردازش فراصوتی قابل‌اعتماد است. ما طیف کاملی از هموژنایزرهای فراصوتی را در اختیار شما قرار می‌دهیم – از دستگاه آزمایشگاهی تا تجهیزات فراصوتی صنعتی برای کاربردهای دشواری مانند آسیاب‌کردن, کلوخه‌زدایی و پراکنش. با مجموعه‌های متشکل از UIP10000 یا UIP16000، عملاً هیچ محدودیتی برای پردازش تجاری حتی جریان‌های با حجم بسیار بالا، ازجمله مواد خمیری با گرانروی بالا، وجود ندارد.
پراکنده‌سازهای صنعتی فراصوتی
پراکنش فراصوتی:
- پراکنش با سرعت بالا
- بارگذاری بالای مواد جامد
- پراکنش نانویی
- آب‌پوشی کامل
- بدون “چشم‌ماهی“
- تورم بهبودیافته
- عامل‌دارسازی ذرات
- اثر ژل‌شدن
- پردازش یکنواخت
- تکرارپذیری
- کیفیت قابل‌اعتماد محصول
پردازش فراصوتی درون‌خطی
منابع/مراجع
- برگایا، اف. تنگ، ب.ک.گ.; Lagaly، G. (2011): کتاب راهنمای علوم خاک رس. Elservier 1978.
- گریم، R.E:; گوون ، ن. (1978): بنتونیت ها: زمین شناسی ، کانی شناسی ، خواص و کاربردها. Elservier 2011.
- Mekhamer، W. K. (2010): پایداری کلوئیدی بنتونیت خام که توسط سونوگرافی به صورت مکانیکی تغییر شکل می دهد. مجله انجمن شیمی عربستان سعودی 14 ، 2010. 301-306.
- ویکی‌پدیا: بنتونیت
دربارهٔ بنتونیت
رس‌های بنتونیتی، ازجمله بنتونیت سدیم، بنتونیت کلسیم و بنتونیت پتاسیم، عمدتاً از کانی‌های اسمکتیت، معمولاً مونتموریلونیت (مانند Al-montmorillonite با فرمول Al2O3•4(SiO2)•H2O) تشکیل شده‌اند. مونتموریلونیت یک اسمکتیت دی‌اکتاهدری است، اما ممکن است انواع دیگر اسمکتیت نیز وجود داشته باشند. اسمکتیت عامل خواص مطلوب بنتونیت است، اما ماهیت کاتیون‌های تبادل‌پذیر در فضای بین‌لایه‌ای نیز بر این خواص تأثیر می‌گذارد. بنابراین، بنتونیت‌هایی که کاتیون بین‌لایه‌ای آن‌ها Na+ است، می‌توانند خواصی بسیار متفاوت با بنتونیت‌هایی داشته باشند که کاتیون بین‌لایه‌ای آن‌ها Ca+ است. بیشتر بنتونیت‌های تجاری حاوی بیش از 80% اسمکتیت هستند؛ بااین‌حال، کانی‌های گوناگون دیگری نیز ممکن است به‌صورت ناخالصی وجود داشته باشند. این کانی‌ها می‌توانند شامل کوارتز، فلدسپات، کلسیت و ژیپس باشند. حضور این کانی‌ها می‌تواند بر ارزش صنعتی بنتونیت تأثیر بگذارد و بسته به کاربرد مشخص، ارزش آن را کاهش یا افزایش دهد. بنتونیت دارای خواص کلوئیدی قوی است و حجم آن در تماس با آب چندین برابر افزایش می‌یابد و سیالی ژلاتینی و گرانرو ایجاد می‌کند. خواص ویژهٔ بنتونیت، مانند آب‌پوشی, تورم, جذب آب, گرانروی و تیکسوتروپی، آن را به ماده‌ای ارزشمند برای طیف گسترده‌ای از کاربردها تبدیل می‌کنند.
رس‌های بنتونیتی معمولاً به‌عنوان روان‌کننده، غلیظ‌کننده، جاذب سطحی، افزودنی رئولوژیکی، چسباننده، کاتالیزگر، تصفیه‌کننده، پایدارکننده، امولسیون‌کننده یا خاک رنگ‌بر استفاده می‌شوند. به‌دلیل قابلیت‌های عملکردی بنتونیت، کاربردهای متنوع ژل‌های ویسکوالاستیک آن در صنایع نفت معدنی و حفاری، شیمی، سرامیک، ریخته‌گری، ساختمان و پاک‌سازی، کشاورزی و باغبانی، تولید کاغذ، صنایع غذایی و همچنین بخش آرایشی و دارویی گسترش یافته‌اند.
بنتونیت دارای مشتقاتی است که با نام Bentone شناخته می‌شوند؛ این مشتقات رس‌های آلی اصلاح‌شده‌ای هستند که قابلیت‌های عملکردی آن‌ها با کاربردهای مشخص سازگار شده است. برای مثال، Bentone 52 و Bentone 57 و Bentone 1000 عوامل غلیظ‌کنندهٔ رایج در رنگ‌ها و پوشش‌ها هستند، درحالی‌که Bentone 27، Bentone 128، Bentone 150، Bentone 155 و Bentone 1000 اصلاح‌کننده‌های رئولوژی مورد استفاده در صنعت نفت و حفاری هستند. Bentone EW، Bentone HC، Bentone MA و Bentonite BC 342 به‌عنوان غلیظ‌کننده و ژل‌ساز در محصولات آرایشی و دارویی استفاده می‌شوند.
دستگاه‌های فراصوتی قدرتمند Hielscher برای پراکنده‌سازی یکنواخت تمامی پودرهای رس آلیِ بنتونیت, هکتوریت و Bentone قابل‌اعتماد و مؤثر هستند؛ این پودرها به‌طور یکنواخت در دیسپرسیون‌های bentone, ژل‌های bentone یا در فرمولاسیون محصولات نهایی پراکنده می‌شوند.
نکات دانستنی
هموژنایزرهای فراصوتی بافت اغلب با نام‌های سونیکاتور پروبی/سونیفیکاتور، لیزکنندهٔ صوتی، تخریب‌کنندهٔ فراصوتی، آسیاب فراصوتی، سونو‌راپتور، سونیفایر، متلاشی‌کنندهٔ صوتی، تخریب‌کنندهٔ سلولی، پراکنده‌ساز فراصوتی، امولسیون‌کننده یا حل‌کننده شناخته می‌شوند. این اصطلاحات گوناگون از کاربردهای متنوعی ناشی می‌شوند که با فراصوت‌دهی قابل انجام هستند.