Karbonizacja minerałów wspomagana ultradźwiękami

Karbonatyzacja mineralna to reakcja dwutlenku węgla z minerałami alkalicznymi, takimi jak tlenek wapnia lub magnezu. Karbonatyzacja mineralna jest wykorzystywana do przemysłowej produkcji cząstek stałych w przemyśle farmaceutycznym, polimerowym i nawozowym, a także do sekwestracji dwutlenku węgla w materiałach alkalicznych. Obróbka cząstek za pomocą ultradźwięków mocy została uznana za skuteczny sposób intensyfikacji procesu, co skutkuje wyższą konwersją karbonatyzacji i większą szybkością reakcji.

Karbonatyzacja minerałów: Proces i ograniczenia

W procesie karbonatyzacji materiały naturalne i odpadowe są poddawane karbonatyzacji ze względu na obecność w ich składzie alkalicznych tlenków, wodorotlenków lub krzemianów. Proces karbonatyzacji składa się z następujących etapów reakcji:

W reakcji karbonatyzacji cząstki muszą być dostępne dla odczynników. Oznacza to, że w celu usprawnienia procesu karbonatyzacji wymagana jest wysoka powierzchnia cząstek bez warstw pasywujących.
Tworzenie się coraz grubszej i gęstszej warstwy węglanowej otaczającej kurczący się nieprzereagowany rdzeń cząstki stałej tworzy trzy etapy ograniczające szybkość:

• hydratacja tlenków/krzemianów;
• wymywanie kationów; oraz
• dyfuzja do strefy reakcji.

Aby usprawnić proces karbonatyzacji, ograniczenia te należy przezwyciężyć za pomocą technologii wspomagającej proces. Ultradźwięki o dużej mocy zostały z powodzeniem zastosowane jako technologia intensyfikacji procesu zwiększająca szybkość karbonatyzacji i szybkość reakcji.

Rozwiązanie: Karbonizacja ultradźwiękowa

Przez grupę badawczą z Katholieke Universiteit Leuven w Belgii, “Udowodniono, że ultradźwięki są potencjalnie użytecznym narzędziem do intensyfikacji procesów karbonatyzacji minerałów. Dzięki lepszemu mieszaniu, rozbijaniu cząstek i usuwaniu warstw pasywujących węglanu wapnia możliwe było przyspieszenie kinetyki reakcji i osiągnięcie większego stopnia karbonatyzacji w krótszym czasie. Ponadto, w połączeniu z jonami magnezu w roztworze, ultradźwięki znacznie zwiększają syntezę kryształów aragonitu, zarówno poprzez zmniejszenie wymaganego stężenia magnezu, jak i obniżenie temperatury reakcji do warunków zbliżonych do otoczenia.”
[Santos et al. 2011, s.114].

Korzyści w skrócie:

• Drobny rozkład wielkości cząstek przez mieszanie ultradźwiękowe, deaglomeracja & frezowanie
• Ultradźwięki usuwają warstwy pasywujące
• ultradźwięki zwiększają kinetykę reakcji
• ultradźwięki zmniejszają zasadowość
• Ultradźwiękowa intensyfikacja procesu: wyższa wydajność, szybsza reakcja

ultradźwiękowa obróbka cząstek

Sonikacja to potężne narzędzie do oczyszczania zawiesin cząstek stałych. Intensywne siły ultradźwiękowe wytwarzają wibracje mechaniczne i silną kawitację w cieczach. Te wysokie siły naprężenia mogą rozbijać aglomeraty, a nawet cząstki pierwotne, dzięki czemu ultradźwięki o dużej mocy / niskiej częstotliwości są niezawodną metodą dla frezowanie, deaglomeracja i Dyspersacja aplikacje.

Frezowanie ultradźwiękowe podczas procesu karbonizacji zawiesin tworzy małe cząstki o dużej powierzchni. Oprócz fragmentacji cząstek, sonikacja usuwa również osady z powierzchni cząstek, takie jak powłoki węglanowe lub zubożone warstwy matrycy, które otaczają nieprzereagowany rdzeń cząstek. Poprzez usunięcie warstw pasywujących, ograniczenia dyfuzji są zmniejszone, a nieprzereagowany materiał jest wystawiony na działanie fazy wodnej. W ten sposób sonikacja może zwiększyć konwersję karbonatyzacji i kinetykę procesu - co skutkuje wyższą wydajnością i szybszą reakcją.