Ultrasonik Meningkatkan Mineral Karbonasi

Karbonasi mineral adalah reaksi karbon dioksida dengan mineral alkali seperti kalsium atau magnesium oksida. Karbonasi mineral digunakan untuk produksi industri partikel padat dalam industri farmasi, polimer dan pupuk serta untuk penyerapan karbon dioksida dalam bahan alkali. Perlakuan partikel dengan ultrasound daya telah ditemukan sebagai sarana intensifikasi proses yang sukses menghasilkan konversi karbonasi yang lebih tinggi dan kecepatan reaksi yang lebih cepat.

Karbonasi Mineral: Proses dan Keterbatasan

Untuk karbonasi, bahan alami dan limbah berkarbonasi karena adanya oksida alkali, hidroksida atau silikat dalam komposisinya. Proses karbonasi terdiri dari langkah-langkah reaksi berikut:

Langkah-langkah karbonasi mineral

Untuk reaksi karbonasi, partikel harus tersedia untuk reagen. Ini berarti permukaan partikel tinggi tanpa lapisan pasif diperlukan untuk meningkatkan proses karbonasi.
Pembentukan lapisan karbonat yang semakin tebal dan padat yang mengelilingi inti partikel padat yang tidak bereaksi yang menyusut menciptakan tiga langkah pembatas laju:

• hidrasi oksida / silikat;
• pencucian kation; dan
• difusi ke zona reaksi.

Untuk meningkatkan proses karbonasi, keterbatasan tersebut harus diatasi dengan teknologi pendamping proses. Ultrasound daya tinggi telah berhasil diterapkan sebagai teknologi intensifikasi proses yang meningkatkan laju karbonasi dan kecepatan reaksi.

Solusi: Karbonasi Ultrasonik

Oleh kelompok peneliti Katholieke Universiteit Leuven di Belgia, “USG telah terbukti menjadi alat yang berpotensi berguna untuk intensifikasi proses karbonasi mineral. Karena pencampuran yang ditingkatkan, kerusakan partikel dan penghilangan lapisan pasivasi kalsium karbonat, dimungkinkan untuk mempercepat kinetika reaksi dan mencapai tingkat karbonasi yang lebih besar dalam waktu yang lebih singkat. Selain itu, dalam kombinasi dengan ion magnesium dalam larutan, ultrasound secara signifikan meningkatkan sintesis kristal aragonit, baik dengan mengurangi konsentrasi magnesium yang dibutuhkan dan mengurangi suhu reaksi ke kondisi sekitar yang dekat.”
[Santos dkk. 2011, hlm.114]

Sekilas manfaat:

• distribusi ukuran partikel halus dengan pencampuran ultrasonik, deaglomerasi & Milling
• Ultrasonografi menghilangkan lapisan pasif
• Ultrasonografi meningkatkan kinetika reaksi
• USG mengurangi kebasaan
• Intensifikasi proses ultrasonik: hasil lebih tinggi, reaksi lebih cepat

Efek ultrasonik pada karbonasi mineral. [Santos dkk. 2013]

Perawatan partikel ultrasonik

Sonikasi adalah alat yang ampuh untuk mengobati bubur partikel. Gaya ultrasonik yang intens menciptakan getaran mekanis dan kavitasi yang kuat dalam cairan. Kekuatan tegangan tinggi ini dapat memecah aglomerat dan bahkan partikel primer, sehingga ultrasound berdaya tinggi / frekuensi rendah adalah metode yang andal untuk Milling, deagglomeration dan Dispersing / Penyebaran Aplikasi.

Gambar SEM kalsium oksida awalnya (a) dan setelah 10 menit sonikasi (b). [Santos dkk. 2012]

Penggilingan ultrasonik selama proses karbonasi bubur menciptakan partikel kecil dengan luas permukaan yang besar. Selain fragmenasi partikel, sonikasi juga menghilangkan pengendapan dari permukaan partikel, seperti cangkang berkarbonasi atau lapisan matriks yang habis yang mengelilingi inti partikel yang tidak bereaksi. Dengan menghilangkan lapisan pasif, batasan difusi berkurang dan bahan yang tidak bereaksi terkena fase berair. Dengan demikian, sonikasi dapat meningkatkan konversi karbonasi dan kinetika proses - menghasilkan hasil yang lebih tinggi dan reaksi yang lebih cepat.

Efek ultrasonik pada partikel [Santos et al. 2011]