Bentoniitin dispergointi ultraäänellä
- Bentoniittisavia, kuten natriumbentoniittia, kalsiumbentoniittia ja kaliumbentoniittia, käytetään pääasiassa porausnesteiden lisäaineina, sideaineina, puhdistusaineina, adsorbentteina ja pohjavesisulkuina.
- Voimakkaan sitoutumisen ja van der Waalsin voimien vuoksi bentoniitin dispergointi edellyttää voimakkaita sekoitusvoimia agglomeraattien hajottamiseksi tasaisesti.
- Ultraäänidispergointi on erittäin luotettava menetelmä erittäin viskoosien lietteiden valmistamiseen suurilla kiintoainepitoisuuksilla. Ultraääni on siten perinteisiä sekoittimia parempi homogeenisten bentoniittilietteiden valmistuksessa.
Bentoniitin dispergointi
Bentoniitilla on monenlaisia käyttökohteita esimerkiksi voiteluaineena, sakeuttamisaineena tai adsorbenttina. Bentoniitin materiaaliominaisuuksien hyödyntämiseksi bentoniittihiukkaset tai -levyt on jaettava tasaisesti perusväliaineeseen. Bentoniittidispersioilla on suuri turpoamiskyky, ja ne voivat adsorboida suuren määrän nestettä. Nesteeseen dispergoitu bentoniitti muodostaa erittäin tiksotrooppisen kolloidisen suspension tai geelin. Bentoniittidispersioiden kolloidiset ominaisuudet riippuvat voimakkaasti dispersion laadusta. Siksi ultraäänikäsittely on ensisijainen dispergointimenetelmä korkealaatuisten bentoniittilietteiden valmistamiseen.
Bentoniitin dispergointi ultraäänellä (tehty ultraäänisekoittimella UIP2000hdT)
Ongelmat
Perinteiset dispergointimenetelmät eivät usein pysty tuottamaan voimakkaita leikkausvoimia, joita tarvitaan homogeenisen lietteen valmistamiseen funktionalisoidusta bentoniitista. Bentoniitin tiksotropia sekä sen poikkeuksellinen vedensidonta- ja turpoamiskyky edellyttävät keskimääräistä parempaa dispergointilaitteistoa, joka soveltuu erinomaisesti erittäin viskoosien lietteiden käsittelyyn ja tuottaa riittävästi leikkausvoimia agglomeraattien hajottamiseen.
Bentoniittidispersion viskositeetti kasvaa pitoisuuden kasvaessa. Perinteinen sekoituslaitteisto ei pysty käsittelemään paksuja lietteitä, joiden dispergoinnin ja hydrataation laatu jää puutteelliseksi.
Riittämättömän sekoituskapasiteetin vuoksi perinteisiin dispergointilaitteisiin on yhdistettävä lisäkäsittelyvaiheita, kuten jauhatusta.
Ratkaisu
Suuritehoinen ultraäänilaitteisto tuottaa voimakkaita leikkausvoimia, jotka hajottavat bentoniittihiukkasten väliset sidokset helposti. Erittäin viskooseja bentoniittilietteitä voidaan käsitellä homogeenisesti syöttämällä suspensio ultraäänireaktorikammion läpi, jossa hiukkasten agglomeraatit hajotetaan ja hiukkaset dispergoidaan tasakokoisiksi. Voimakas sekoitus ja leikkaus auttavat pienentämään hiukkaset tavoiteltuun hiukkaskokoon. Tehokas ultraäänikäsittely delaminoi ja eksfolioi bentoniittia (montmorilloniittia), jolloin syntyy suuri hiukkaspinta-ala, joka edistää bentoniitin parantunutta turpoamista ja funktionalisointia .
Savien dispergointi ultraäänellä
Toimintaperiaate: Nesteisiin synnytetyt erittäin voimakkaat ultraäänivoimat aiheuttavat kavitaatiota. Ultraäänen aiheuttama kavitaatio ilmenee puhtaana leikkauksena. Ultraäänisekoitus- ja dispergointitekniikka soveltuu siten ihanteellisesti tiksotrooppisten suspensioiden valmistamiseen erittäin suurella hiukkaspitoisuudella.
Voimakkaan leikkauksen ansiosta ultraäänellä voidaan dispergoida savia tehokkaasti lietteiksi. Koska ultraäänikäsittely suoritetaan jatkuvana linjaprosessina, jopa erittäin viskoosit lietteet, kuten porauslietteet, bitumiemulsiot, lateksi tai maalit.
Hielscher Ultrasonics on kumppanisi luotettavassa ultraäänikäsittelyssä. Tarjoamme koko ultraäänihomogenisaattorien valikoiman – laboratoriolaitteesta aina teolliseen ultraäänilaitteistoon vaativiin sovelluksiin, kuten jauhatukseen, agglomeraattien hajottamiseen ja dispergointiin. Kun käytössä on UIP10000 tai UIP16000 usean laitteen ryhmänä, edes erittäin suurten tilavuusvirtojen kaupalliselle käsittelylle ei käytännössä ole rajoja, mukaan lukien erittäin viskoosit, tahnamaiset materiaalit.
Teolliset ultraäänidispergointilaitteet
Ultraäänidispergointi:
- Nopea dispergointi
- Suuret kiintoainepitoisuudet
- Nanodispergointi
- Täydellinen hydrataatio
- Ei ”kalansilmäpaakkuja”
- Parempi turpoaminen
- Hiukkasten funktionalisointi
- Geeliyttävä vaikutus
- Tasainen käsittely
- Toistettavuus
- Luotettava tuotelaatu
Ultraäänikäsittely tuotantolinjassa
Kirjallisuus/Lähteet
- Bergaya, F.; Sitten, B.K.G.; Lagaly, G. (2011): Savitieteen käsikirja. Elservier 1978.
- Grim, R.E:; Güven, N. (1978): Bentoniitit: geologia, mineralogia, ominaisuudet ja käyttötarkoitukset. Elservier 2011.
- Mekhamer, W. K. (2010): The colloidal stability of raw bentonite deformed mechanically by ultrasound. Journal of Saudi Chemical Society 14, 2010. 301–306.
- Wikipedia: Bentoniitti
Tietoa bentoniitista
Bentoniittisavet, kuten natriumbentoniitti, kalsiumbentoniitti ja kaliumbentoniitti, koostuvat pääasiassa smektiittimineraaleista, tavallisesti montmorilloniitista (esim. Al-montmorilloniitti Al2O3•4(SiO2)•H2O). Montmorilloniitti on dioktaedrinen smektiitti, mutta myös muuntyyppisiä smektiittejä voi esiintyä. Smektiitti antaa bentoniitille sen toivotut ominaisuudet, mutta myös kerrosten välisten vaihtuvien kationien luonne vaikuttaa ominaisuuksiin. Siksi bentoniiteilla, joiden kerrosten välinen kationi on Na+, voi olla hyvin erilaiset ominaisuudet kuin bentoniiteilla, joiden kerrosten välinen kationi on Ca+. Useimmat kaupalliset bentoniitit sisältävät yli 80% smektiittiä, mutta epäpuhtauksina voi esiintyä monia muita mineraaleja. Näitä mineraaleja voivat olla kvartsi, maasälpä, kalsiitti ja kipsi. Näiden mineraalien esiintyminen voi vaikuttaa bentoniitin teolliseen arvoon pienentämällä tai suurentamalla sitä käyttökohteen mukaan. Bentoniitilla on voimakkaita kolloidisia ominaisuuksia, ja sen tilavuus kasvaa moninkertaiseksi sen joutuessa kosketuksiin veden kanssa, jolloin muodostuu hyytelömäinen ja viskoosi neste. Bentoniitin erityisominaisuudet, kuten hydrataatio, turpoaminen, veden absorptio, viskositeetti ja tiksotropia, tekevät siitä arvokkaan materiaalin monenlaisiin käyttökohteisiin.
Bentoniittisavia käytetään yleisesti voiteluaineina, sakeuttamisaineina, adsorbentteina, reologisina lisäaineina, sideaineina, katalyytteinä, puhdistusaineina, stabilointiaineina, emulgointiaineina tai valkaisumaina. Toiminnallisten ominaisuuksiensa ansiosta viskoelastisten bentoniittigeelien moninaiset käyttökohteet ulottuvat mineraaliöljy- ja porausteollisuuteen, kemianteollisuuteen, keramiikkateollisuuteen, valimoihin, rakennus- ja puhdistusalaan, maatalouteen ja puutarhatalouteen, paperintuotantoon, elintarviketeollisuuteen sekä kosmetiikka- ja lääketeollisuuteen.
Bentoniitin johdannaiset tunnetaan nimellä Bentone, ja ne ovat muokattuja organosavia, joiden toiminnalliset ominaisuudet on sovitettu tiettyihin käyttökohteisiin. Esimerkiksi Bentone 52, Bentone 57 ja Bentone 1000 ovat yleisiä maaleissa ja pinnoitteissa käytettäviä sakeuttamisaineita, kun taas Bentone 27, Bentone 128, Bentone 150, Bentone 155 ja Bentone 1000 ovat öljy- ja porausteollisuudessa käytettäviä reologian muokkausaineita. Bentone EW, Bentone HC, Bentone MA ja Bentonite BC 342 ovat kosmetiikassa ja lääkkeissä käytettäviä sakeuttamis- ja geeliyttämisaineita.
Hielscherin tehokkaat ultraäänilaitteet dispergoivat luotettavasti ja tehokkaasti kaikki bentoniitti-, hektoriitti- ja Bentone-organosavijauheet tasaisesti Bentone-dispersioiksi, Bentone-geeleiksi tai lopputuotteiden koostumuksiin.
Hyödyllistä tietoa
Ultraäänellä toimivista kudoshomogenisaattoreista käytetään usein nimityksiä anturityyppinen ultraäänikäsittelylaite / ultraäänilaite, ultraäänilyysilaite, ultraäänihajotin, ultraäänijauhin, ultraäänirikkoja, ultraäänikäsittelylaite, ultraäänipilkkoja, soluhajotin, ultraäänidispergointilaite, emulgointilaite tai liuotuslaite. Eri nimitykset johtuvat moninaisista sovelluksista, jotka voidaan toteuttaa ultraäänikäsittelyllä.