Karbonasi Mineral yang Ditingkatkan dengan Ultrasonik

Karbonasi mineral adalah reaksi karbon dioksida dengan mineral basa seperti kalsium oksida atau magnesium oksida. Karbonasi mineral digunakan untuk produksi partikel padat secara industri dalam industri farmasi, polimer, dan pupuk, serta untuk sekuestrasi karbon dioksida dalam bahan basa. Perlakuan partikel dengan ultrasonik berdaya tinggi telah terbukti berhasil sebagai metode intensifikasi proses yang menghasilkan konversi karbonasi lebih tinggi dan laju reaksi lebih cepat.

Karbonasi Mineral: Proses dan Keterbatasan

Untuk karbonasi, bahan alami dan bahan limbah dikarbonasi karena mengandung oksida, hidroksida, atau silikat basa dalam komposisinya. Proses karbonasi terdiri atas tahapan reaksi berikut:

Agar reaksi karbonasi berlangsung, partikel harus dapat diakses oleh reagen. Artinya, diperlukan luas permukaan partikel yang besar tanpa lapisan pasivasi untuk meningkatkan proses karbonasi.
Pembentukan lapisan karbonat yang semakin tebal dan padat di sekeliling inti partikel padat yang belum bereaksi dan terus menyusut menimbulkan tiga tahap pembatas laju:

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

Untuk meningkatkan proses karbonasi, keterbatasan ini harus diatasi dengan teknologi pendukung proses. Ultrasonik berdaya tinggi telah berhasil diterapkan sebagai teknologi intensifikasi proses yang meningkatkan laju karbonasi dan laju reaksi.

Solusi: Karbonasi Ultrasonik

Menurut kelompok penelitian Katholieke Universiteit Leuven di Belgia, “ultrasonik telah terbukti berpotensi menjadi sarana yang bermanfaat untuk intensifikasi proses karbonasi mineral. Berkat peningkatan pencampuran, pemecahan partikel, dan penghilangan lapisan pasivasi kalsium karbonat, kinetika reaksi dapat dipercepat dan tingkat karbonasi yang lebih tinggi dapat dicapai dalam waktu yang lebih singkat. Selain itu, jika dikombinasikan dengan ion magnesium dalam larutan, ultrasonik secara signifikan meningkatkan sintesis kristal aragonit, baik dengan menurunkan konsentrasi magnesium yang diperlukan maupun dengan menurunkan suhu reaksi hingga mendekati kondisi lingkungan.”
[Santos et al. 2011, p.114]

Sekilas manfaat:

• distribusi ukuran partikel halus melalui pencampuran, deaglomerasi & penggilingan ultrasonik
• ultrasonik menghilangkan lapisan pasivasi
• ultrasonik meningkatkan kinetika reaksi
• ultrasonik menurunkan kebasaan
• intensifikasi proses ultrasonik: rendemen lebih tinggi, reaksi lebih cepat

Perlakuan Partikel dengan Ultrasonik

Sonikasi merupakan sarana yang efektif untuk mengolah bubur partikel. Gaya ultrasonik yang intens menghasilkan getaran mekanis dan kavitasi kuat dalam cairan. Gaya dengan tegangan tinggi ini dapat memecah aglomerat dan bahkan partikel primer, sehingga ultrasonik berdaya tinggi/ berfrekuensi rendah merupakan metode yang andal untuk aplikasi penggilingan, deaglomerasi dan pendispersian .

Penggilingan ultrasonik selama proses karbonasi bubur menghasilkan partikel kecil dengan luas permukaan yang besar. Selain memecah partikel, sonikasi juga menghilangkan endapan dari permukaan partikel, seperti cangkang yang telah terkarbonasi atau lapisan matriks yang telah terdeplesi di sekeliling inti partikel yang belum bereaksi. Dengan menghilangkan lapisan pasivasi, hambatan difusi berkurang dan bahan yang belum bereaksi terpapar pada fase berair. Dengan demikian, sonikasi dapat meningkatkan konversi karbonasi dan kinetika proses – menghasilkan rendemen lebih tinggi dan reaksi lebih cepat.