अल्ट्रासाउंड से संवर्धित खनिज कार्बोनेशन

खनिज कार्बोनेशन कार्बन डाइऑक्साइड की कैल्शियम ऑक्साइड या मैग्नीशियम ऑक्साइड जैसे क्षारीय खनिजों के साथ होने वाली अभिक्रिया है। खनिज कार्बोनेशन का उपयोग औषधि, पॉलिमर और उर्वरक उद्योगों में ठोस कणों के औद्योगिक उत्पादन के साथ-साथ क्षारीय सामग्रियों में कार्बन डाइऑक्साइड के प्रच्छादन के लिए किया जाता है। उच्च-शक्ति अल्ट्रासाउंड द्वारा कणों का उपचार प्रक्रिया तीव्रीकरण का एक सफल साधन पाया गया है, जिससे कार्बोनेशन रूपांतरण बढ़ता है और अभिक्रिया अधिक तेज़ होती है।

खनिज कार्बोनेशन: प्रक्रिया और सीमाएँ

कार्बोनेशन के लिए प्राकृतिक और अपशिष्ट सामग्रियों का कार्बोनेशन किया जाता है, क्योंकि उनकी संरचना में क्षारीय ऑक्साइड, हाइड्रॉक्साइड या सिलिकेट मौजूद होते हैं। कार्बोनेशन प्रक्रिया में निम्नलिखित अभिक्रिया चरण होते हैं:

कार्बोनेशन अभिक्रिया के लिए कण अभिकर्मकों की पहुँच में होने चाहिए। इसका अर्थ है कि कार्बोनेशन प्रक्रिया को बेहतर बनाने के लिए कणों का अधिक सतही क्षेत्रफल आवश्यक है, जिस पर निष्क्रियकारी परतें न हों।
ठोस कण के सिकुड़ते हुए अनभिक्रियित केंद्रक के चारों ओर लगातार अधिक मोटी और सघन होती कार्बोनेट परत का निर्माण तीन दर-सीमित चरण उत्पन्न करता है:

• ऑक्साइडों/ सिलिकेटों का जलयोजन;
• धनायनों का निक्षालन; और
• अभिक्रिया क्षेत्र तक विसरण।

कार्बोनेशन प्रक्रिया को बेहतर बनाने के लिए प्रक्रिया में सहायक तकनीक द्वारा इन सीमाओं को दूर करना आवश्यक है। उच्च-शक्ति अल्ट्रासाउंड का सफलतापूर्वक उपयोग प्रक्रिया तीव्रीकरण की ऐसी तकनीक के रूप में किया गया है जो कार्बोनेशन की दर और अभिक्रिया की गति बढ़ाती है।

समाधान: अल्ट्रासोनिक कार्बोनेशन

बेल्जियम के Katholieke Universiteit Leuven के शोध समूह के अनुसार, “अल्ट्रासाउंड खनिज कार्बोनेशन प्रक्रियाओं के तीव्रीकरण के लिए एक संभावित उपयोगी साधन सिद्ध हुआ है। बेहतर मिश्रण, कणों के टूटने और कैल्शियम कार्बोनेट की निष्क्रियकारी परतों के हटने के कारण अभिक्रिया गतिकी को तेज़ करना और कम समय में अधिक मात्रा में कार्बोनेशन प्राप्त करना संभव हुआ। इसके अलावा, विलयन में मैग्नीशियम आयनों के साथ मिलकर अल्ट्रासाउंड एरागोनाइट क्रिस्टलों के संश्लेषण को उल्लेखनीय रूप से बढ़ाता है – मैग्नीशियम की आवश्यक सांद्रता घटाकर और अभिक्रिया के तापमान को परिवेशी परिस्थितियों के निकट लाकर।”
[Santos et al. 2011, p.114]

एक नज़र में लाभ:

• अल्ट्रासोनिक मिश्रण, विसमूहन और मिलिंग द्वारा महीन कणों का आकार वितरण
• अल्ट्रासाउंड निष्क्रियकारी परतों को हटाता है
• अल्ट्रासाउंड अभिक्रिया गतिकी को बढ़ाता है
• अल्ट्रासाउंड क्षारकता घटाता है
• अल्ट्रासोनिक प्रक्रिया तीव्रीकरण: अधिक उपज, अधिक तेज़ अभिक्रिया

अल्ट्रासोनिक कण उपचार

सोनिकेशन कणों की स्लरी के उपचार का एक शक्तिशाली साधन है। तीव्र अल्ट्रासोनिक बल द्रवों में यांत्रिक कंपन और प्रबल कैविटेशन उत्पन्न करते हैं। ये उच्च प्रतिबल उत्पन्न करने वाले बल समुच्चयों और यहाँ तक कि प्राथमिक कणों को भी तोड़ सकते हैं, इसलिए उच्च-शक्ति/ निम्न-आवृत्ति वाला अल्ट्रासाउंड मिलिंग, विसमूहन और परिक्षेपण अनुप्रयोगों के लिए एक विश्वसनीय विधि है।

स्लरी की कार्बोनेशन प्रक्रिया के दौरान अल्ट्रासोनिक मिलिंग से अधिक सतही क्षेत्रफल वाले छोटे कण बनते हैं। कणों के विखंडन के अलावा, सोनिकेशन कणों की सतह से जमाव भी हटाता है, जैसे कार्बोनेटयुक्त आवरण या अवक्षयित मैट्रिक्स परतें, जो कण के अनभिक्रियित केंद्रक को घेरे रहती हैं। निष्क्रियकारी परतों को हटाने से विसरण की सीमाएँ कम होती हैं और अनभिक्रियित सामग्री जलीय प्रावस्था के संपर्क में आती है। इस प्रकार, सोनिकेशन कार्बोनेशन रूपांतरण और प्रक्रिया गतिकी को बढ़ा सकता है – जिसके परिणामस्वरूप अधिक उपज और अधिक तेज़ अभिक्रिया प्राप्त होती है।