کربناته مواد معدنی تقویت شده با سونوگرافی
کربناته شدن مواد معدنی واکنش دی اکسید کربن با مواد معدنی قلیایی مانند کلسیم یا اکسید منیزیم است. کربناته شدن مواد معدنی برای تولید صنعتی ذرات جامد در صنایع دارویی، پلیمری و کود و همچنین برای ترسیب دی اکسید کربن در مواد قلیایی استفاده می شود. درمان ذرات توسط سونوگرافی قدرت وسیله ای موفق برای تشدید فرآیند و در نتیجه تبدیل کربناته بالاتر و سرعت واکنش سریعتر یافت شده است.
کربناته شدن مواد معدنی: فرآیند و محدودیت ها
برای کربناته شدن ، مواد طبیعی و زائد به دلیل وجود اکسیدهای قلیایی ، هیدروکسیدها یا سیلیکات ها در ترکیب آنها گازدار می شوند. فرآیند کربناته شدن شامل مراحل واکنش زیر است:
مراحل کربناته شدن مواد معدنی
برای واکنش کربناته شدن ، ذرات باید برای معرف ها در دسترس باشند. این بدان معناست که یک سطح ذرات بالا بدون لایه های غیرفعال برای بهبود فرآیند کربناته شدن مورد نیاز است.
تشکیل یک لایه کربنات به طور فزاینده ضخیم و متراکم در اطراف هسته انقباض نشده ذره جامد سه مرحله محدود کننده سرعت ایجاد می کند:
- هیدراتاسیون اکسیدها / سیلیکات ها؛
- شستشوی کاتیون ها؛ و
- انتشار به منطقه واکنش.
برای بهبود فرآیند کربناته شدن ، این محدودیت ها باید با یک فناوری کمک به فرآیند برطرف شود. سونوگرافی با قدرت بالا با موفقیت به عنوان یک فناوری تشدید فرآیند استفاده شده است که میزان کربناته شدن و سرعت واکنش را افزایش می دهد.
راه حل: کربناته اولتراسونیک
توسط گروه تحقیقاتی دانشگاه Katholieke Leuven در بلژیک، “ثابت شده است که سونوگرافی یک ابزار بالقوه مفید برای تشدید فرآیندهای کربناته شدن مواد معدنی است. با توجه به افزایش اختلاط، شکستگی ذرات و حذف لایه های غیرفعال کربنات کلسیم، امکان تسریع سینتیک واکنش و دستیابی به میزان کربناته شدن بیشتر در زمان های کوتاه تر وجود داشت. علاوه بر این، در ترکیب با یون های منیزیم در محلول، سونوگرافی به طور قابل توجهی سنتز کریستال های آراگونیت را افزایش می دهد، هم با کاهش غلظت مورد نیاز منیزیم و هم با کاهش دمای واکنش به شرایط نزدیک محیط.”
[سانتوس و همکاران 2011 ، ص 114]
مزایا در یک نگاه:
- توزیع اندازه ذرات ریز با مخلوط کردن اولتراسونیک، deagglomeration & فرز
- سونوگرافی لایه های غیرفعال را حذف می کند
- سونوگرافی سینتیک واکنش را افزایش می دهد
- سونوگرافی پایه بودن را کاهش می دهد
- تشدید فرآیند اولتراسونیک: عملکرد بالاتر، واکنش سریعتر
اثرات اولتراسونیک بر کربناته مواد معدنی. [سانتوس و همکاران 2013]
ultrasonicator UP200S برای
درمان ذرات اولتراسونیک
درمان ذرات اولتراسونیک
فراصوت یک ابزار قدرتمند برای درمان دوغاب ذرات است. نیروهای اولتراسونیک شدید باعث ایجاد لرزش مکانیکی و حفره قوی در مایعات می شوند. این نیروهای استرس بالا می توانند آگلومراها و حتی ذرات اولیه را بشکنند، به طوری که سونوگرافی با قدرت بالا / فرکانس پایین یک روش قابل اعتماد برای آن است فرز، deagglomeration . دیسپرس (Dispersing) برنامه.
تصاویر SEM از اکسید کلسیم در ابتدا (a) و پس از 10 دقیقه فراصوت (ب). [سانتوس و همکاران 2012]
فرز اولتراسونیک در طول فرآیند کربناته دوغاب باعث ایجاد ذرات کوچک با سطح بزرگ می شود. علاوه بر شکنندگی ذرات، فراصوت همچنین رسوبات را از سطح ذرات حذف می کند، مانند پوسته های گازدار یا لایه های ماتریس تهی شده که هسته ذرات واکنش نخورده را احاطه کرده اند. با حذف لایه های غیرفعال کننده، محدودیت های انتشار کاهش می یابد و مواد واکنش نیافته در معرض فاز آبی قرار می گیرند. در نتیجه، فراصوت می تواند تبدیل کربناسیون و سینتیک فرآیند را افزایش می دهد - و در نتیجه بازده بالاتر و واکنش سریع تر.
اثرات اولتراسونیک بر روی ذرات [سانتوس و همکاران 2011]
UIP16000 - قدرتمندترین اولتراسونیک سنگین Ultrasonicator UIP16000 (16 کیلو وات)
ادبیات/منابع
- سانتوس ، رافائل م. فرانسوا ، دیوی. مرتنز، ژیلز؛ السن ، ژان ؛ ون گرون ، تام (2013): کربناته مواد معدنی تشدید شده با سونوگرافی. مهندسی حرارتی کاربردی جلد 57 ، شماره های 1-2 ، 2013. 154–163.
- سانتوس ، رافائل م. Ceulemans، پیتر. ون گرون ، تام (2012): سنتز آراگونیت خالص توسط کربناته مواد معدنی سونوشیمیایی. تحقیقات مهندسی شیمی & طراحی, 90/6, 2012. 715-725.
- سانتوس ، رافائل م. Ceulemans، پیتر. فرانسوا ، دیوی. ون گرون ، تام (2011): کربناته مواد معدنی تقویت شده با سونوگرافی. IChemE 2011.
مواد اولیه کربناته
مواد اولیه برای کربناته شدن می تواند هر دو باشد ویرجین یا زباله مواد. مواد اولیه بکر معمولی که برای مواد ترسیب کربن استفاده می شود شامل مواد معدنی مانند الیوین (Mg، Fe) استH2Sسیو4، مارپیچ (Mg, Fe)3SiH2SO5(آه)4و ولاستونیت CaSiO3.
مواد زائد شامل سرباره های فولادی، گچ قرمز، خاکستر زباله، ضایعات کارخانه کاغذ، گرد و غبار کوره سیمان و ضایعات معدن است. این محصولات جانبی و زباله های صنعتی به دلیل وجود اکسیدهای قلیایی ، هیدروکسیدها یا سیلیکات ها در ترکیب آنها می توانند برای کربناته شدن استفاده شوند.