Minerālkarbonēšana ir oglekļa dioksīda ar sārmainiem minerāliem, piemēram, kalcija vai magnija oksīda, reakcija. Minerālkarbonizāciju izmanto cietu daļiņu rūpnieciskai ražošanai farmaceitisko, polimēru un mēslojuma rūpniecībā, kā arī oglekļa dioksīda sekvestrācijai sārmainā materiālos. Daļiņu apstrāde ar jaudu ultraskaņu ir atrasts veiksmīgs līdzeklis procesa intensifikāciju, kas rada augstāku karbonizācijas konversijas un ātrāku reakcijas ātrumu.

Minerālkarbonācija: process un ierobežojumi

Karbonizācijas gadījumā dabiskie un atkritummateriāli tiek gāzēti sārmainu oksīdu, hidroksīdu vai silikātu klātbūtnes dēļ to sastāvā. Karbonizācijas process sastāv no šādiem reakcijas soļiem:

Pasākumi minerālu karbonizācijas

Karbonizācijas reakcijā daļiņām jābūt pieejamām reaģentiem. Tas nozīmē, ka, lai uzlabotu karbonizācijas procesu, ir vajadzīga liela daļiņu virsma bez pasivētiem slāņiem.
Arvien biezāka un blīva karbonāta slāņa veidošanās ap sarūkošo nereaģējušo cieto daļiņu kodolu rada trīs likmju ierobežošanas soļus:

• oksīdu/silikātu hidratācija;
• noplūde no katjonam; Un
• izplatīšanās uz reakcijas zonu.

Lai uzlabotu karbonizācijas procesu, šiem ierobežojumiem ir jāpārvar process, kas palīdz tehnoloģijai. Lieljaudas Ultraskaņa ir veiksmīgi izmantota kā procesa intensifikācijas tehnoloģija, kas uzlabo karbonizācijas ātrumu un reakcijas ātrumu.

Risinājums: ultraskaņas karbonizācijas

Ar pētniecības grupu no Katholieke Universiteit Leuven Beļģijā, “pierādīts, ka Ultraskaņa ir potenciāli noderīgs instruments, lai pastiprinātu minerālu karbonizācijas procesus. Pateicoties pastiprinātai sajaukšanai, daļiņu salaušanai un kalcija karbonāta pasivētisko slāņu izņemšanai bija iespējams paātrināt reakcijas kinētiku un panākt lielāku karbonizācijas apjomu īsākā laikā. Turklāt, kombinācijā ar magnija jonu šķīdumā, ultraskaņa ievērojami uzlabo sintēzi aragonite kristāli, gan samazinot nepieciešamo koncentrāciju magnija un samazinot reakcijas temperatūru tuvu apkārtējiem apstākļiem.”
[Santos et al. 2011, p. 114]

Ieguvumi īsumā:

• smalkas daļiņu izmēra sadalījums ar ultraskaņas sajaukšanu, Deagglomeration & frēzēšana
• Ultraskaņa noņem pasivējošiem slāņus
• Ultraskaņa uzlabo reakcijas kinētiku
• Ultraskaņas samazina basicity
• Ultraskaņas procesa intensifikācija: lielāka atdeve, ātrāka reakcija

Ultraskaņas ietekme uz minerālkarbonizāciju. [Santos et al. 2013]

Ultraskaņas daļiņu apstrāde

Sonication ir spēcīgs instruments, lai ārstētu daļiņu slurries. Intensīvi ultraskaņas spēki rada mehānisku vibrāciju un stipru kavitāciju šķidrumos. Šie augstie stresa spēki var salauzt aglomerātus un pat primārās daļiņas, lai augstas jaudas/zemas frekvences Ultraskaņa ir uzticama metode frēzēšana, Deagglomeration un Izkliedēšana Lietojumprogrammas.

Kalcija oksīds, sākotnēji (a) un pēc 10 minūtēm ultraskaņu (b). [Santos et al. 2012]

Ultraskaņas frēzēšana karbonizācijas procesā vircas rada nelielas daļiņas ar lielām virsmas zonām. Bez daļiņu fragmentācijas, ultraskaņas apstrāde noņem arī nogulsnējumu no daļiņu virsmas, piemēram, gāzēto čaumalas vai noplidējušos matricas slāņus, kas aptver nereaģētu daļiņu kodolu. Noņemot pasivējot slāņus, difūzijas ierobežojumi tiek samazināti un nereaģējošs materiāls tiek pakļauts ūdens fāzei. Tādējādi ultraskaņas apstrāde var palielināt karbonizācijas pārveidi un procesa kinētiku, izraisot augstāku ražu un ātrāku reakciju.

Ultraskaņas ietekme uz daļiņām [Santos et al. 2011]