Ուլտրաձայնային ուժեղացված հանքային կարբոնացիա
Հանքանյութերի կարբոնացումը ածխածնի երկօքսիդի ռեակցիան է ալկալային հանքանյութերի հետ, ինչպիսիք են կալցիումը կամ մագնեզիումի օքսիդը: Հանքանյութերի կարբոնացումը օգտագործվում է դեղագործության, պոլիմերների և պարարտանյութերի արդյունաբերության մեջ պինդ մասնիկների արդյունաբերական արտադրության համար, ինչպես նաև ալկալային նյութերում ածխածնի երկօքսիդի սեկվեստրման համար: Հզոր ուլտրաձայնային միջոցով մասնիկների բուժումը պարզվել է, որ գործընթացի ինտենսիվացման հաջող միջոց է, ինչը հանգեցնում է կարբոնացման ավելի բարձր փոխակերպման և ռեակցիայի ավելի արագ արագության:
Հանքային կարբոնացիա. գործընթաց և սահմանափակումներ
Կարբոնացման համար բնական և թափոնները գազավորված են՝ դրանց բաղադրության մեջ ալկալային օքսիդների, հիդրօքսիդների կամ սիլիկատների առկայության պատճառով։ Կարբոնացման գործընթացը բաղկացած է ռեակցիայի հետևյալ քայլերից.
Հանքանյութերի կարբոնացման փուլերը
Կարբոնացման ռեակցիայի համար մասնիկները պետք է հասանելի լինեն ռեակտիվների համար: Սա նշանակում է, որ անհրաժեշտ է բարձր մասնիկների մակերես՝ առանց պասիվացնող շերտերի, որպեսզի բարելավվի կարբոնացման գործընթացը:
Պինդ մասնիկի չհակազդող միջուկը շրջապատող ավելի հաստ ու խիտ կարբոնատային շերտի ձևավորումը ստեղծում է արագությունը սահմանափակող երեք քայլ.
- օքսիդների/սիլիկատների խոնավացում;
- կատիոնների տարրալվացում; և
- դիֆուզիոն դեպի ռեակցիայի գոտի.
Նանոմասնիկների ներքևից վերև սինթեզ՝ օգտագործելով UP400St սոնիկատորը
Լուծում` ուլտրաձայնային կարբոնացիա
Բելգիայի Katholieke Universiteit Leuven-ի հետազոտական խմբի կողմից, “Ապացուցված է, որ ուլտրաձայնը պոտենցիալ օգտակար գործիք է հանքանյութերի կարբոնացման գործընթացների ինտենսիվացման համար: Ընդլայնված խառնման, մասնիկների կոտրման և կալցիումի կարբոնատի պասիվացնող շերտերի հեռացման շնորհիվ հնարավոր եղավ արագացնել ռեակցիայի կինետիկան և ավելի կարճ ժամանակում հասնել ավելի մեծ կարբոնացման աստիճանի: Ավելին, լուծույթում մագնեզիումի իոնների հետ համատեղ, ուլտրաձայնը զգալիորեն ուժեղացնում է արագոնիտի բյուրեղների սինթեզը՝ ինչպես նվազեցնելով մագնեզիումի պահանջվող կոնցենտրացիան, այնպես էլ՝ նվազեցնելով ռեակցիայի ջերմաստիճանը շրջակա միջավայրի մոտ գտնվող պայմաններին:”
[Santos et al. 2011, էջ 114]
Առավելությունները մի հայացքով.
- մանր մասնիկների չափի բաշխում ուլտրաձայնային խառնման միջոցով, ապաագլոմերացիա & ֆրեզերային
- ուլտրաձայնը հեռացնում է պասիվացնող շերտերը
- Ուլտրաձայնը ուժեղացնում է ռեակցիայի կինետիկան
- Ուլտրաձայնային հետազոտությունը նվազեցնում է հիմնականությունը
- Ուլտրաձայնային գործընթացի ինտենսիվացում. ավելի բարձր եկամտաբերություն, ավելի արագ արձագանք
Ուլտրաձայնային ազդեցությունը հանքային կարբոնացման վրա: [Santos et al. 2013]
Sonic-top sonicator UIP1000hdT մասնիկների խոնավ մանրացման և ցրման համար
ուլտրաձայնային մասնիկների բուժում
Sonication-ը հզոր գործիք է մասնիկների լուծույթները բուժելու համար: Ուլտրաձայնային ինտենսիվ ուժերը հեղուկներում ստեղծում են մեխանիկական թրթռում և ուժեղ կավիտացիա: Այս բարձր սթրեսային ուժերը կարող են կոտրել ագլոմերատները և նույնիսկ առաջնային մասնիկները, այնպես որ բարձր հզորության/ցածր հաճախականության ուլտրաձայնը հուսալի մեթոդ է ֆրեզերային, դեագգլոմերացիա և Ցրում հավելվածներ։
Կալցիումի օքսիդի SEM նկարները սկզբում (ա) և 10 րոպե հնչյունավորումից հետո (բ): [Santos et al. 2012]
The ուլտրաձայնային ֆրեզերային ընթացքում ածխաջրածին գործընթացում slurries ստեղծում փոքր մասնիկներ մեծ մակերեսով տարածքներ. Բացի մասնիկների մասնատումից, sonication-ը նաև հեռացնում է նստվածքները մասնիկների մակերեսից, ինչպիսիք են գազավորված թաղանթները կամ սպառված մատրիցային շերտերը, որոնք շրջապատում են չհակազդող մասնիկների միջուկը: Հեռացնելով պասիվացնող շերտերը, դիֆուզիոն սահմանափակումները կրճատվում են, և չհակազդող նյութը ենթարկվում է ջրային փուլին: Այսպիսով, sonication-ը կարող է մեծացնել կարբոնացման փոխակերպումը և գործընթացի կինետիկան, ինչը հանգեցնում է ավելի բարձր եկամտաբերության և ավելի արագ ռեակցիայի:
Ուլտրաձայնային ազդեցությունը մասնիկների վրա [Santos et al. 2011]
UIP16000 – Ամենահզոր ուլտրաձայնային Ծանր պարտականությունների ուլտրաձայնային սարք UIP16000 (16 կՎտ)
Գրականություն/Հղումներ
- Santos, Rafael M.; Francois, Davy; Mertens, Gilles; Elsen, Jan; Van Gerven, Tom (2013): Ultrasound-intensified mineral carbonation. Applied Thermal Engineering Vol. 57, Issues 1–2, 2013. 154–163.
- Santos, Rafael M.; Ceulemans, Pieter; Van Gerven, Tom (2012): Synthesis of pure aragonite by sonochemical mineral carbonation. Chemical Engineering Research & Design, 90/ 6, 2012. 715-725.
- Santos, Rafael M.; Ceulemans, Pieter; Francois, Davy; Van Gerven, Tom (2011): Ultrasound-Enhanced Mineral Carbonation. IChemE 2011.
Կարբոնացման Feedstock
Կարբոնացման համար հումքը կարող է լինել կամ կույս կամ թափոններ նյութեր. Ածխածնի առգրավման նյութերի համար օգտագործվող սովորական կույս հումքը ներառում է այնպիսի հանքանյութեր, ինչպիսիք են օլիվինը (Mg, Fe)2SiO4, օձային (Mg, Fe)3Si2Օ5(OH)4և վոլաստոնիտ CaSiO3.
Թափոնները ներառում են պողպատե խարամներ, կարմիր գիպս, թափոնների մոխիր, թղթի գործարանի թափոններ, ցեմենտի վառարանների փոշին և հանքարդյունաբերության թափոններ: Արդյունաբերական այս ենթամթերքները և թափոնները կարող են օգտագործվել ածխաթթուների համար՝ դրանց բաղադրության մեջ ալկալային օքսիդների, հիդրօքսիդների կամ սիլիկատների առկայության պատճառով: