Carbonatação mineral reforçada por ultra-sons

A carbonatação mineral é a reação do dióxido de carbono com minerais alcalinos, como o óxido de cálcio ou de magnésio. A carbonatação mineral é utilizada para a produção industrial de partículas sólidas na indústria farmacêutica, de polímeros e de fertilizantes, bem como para o sequestro de dióxido de carbono em materiais alcalinos. O tratamento de partículas por ultra-sons de potência tem sido considerado um meio bem sucedido de intensificação do processo, resultando numa maior conversão da carbonatação e numa velocidade de reação mais rápida.

Carbonatação mineral: Processo e limitações

Para a carbonatação, os materiais naturais e os resíduos são carbonatados devido à presença de óxidos alcalinos, hidróxidos ou silicatos na sua composição. O processo de carbonatação consiste nas seguintes etapas de reação:

Para a reação de carbonatação, as partículas devem estar disponíveis para os reagentes. Isto significa que é necessária uma elevada superfície de partículas sem camadas passivantes para melhorar o processo de carbonatação.
A formação de uma camada de carbonato cada vez mais espessa e densa em torno do núcleo não reagido em contração da partícula sólida cria três etapas limitadoras da taxa:

• hidratação de óxidos/silicatos;
• lixiviação de catiões; e
• difusão para a zona de reação.

Para melhorar o processo de carbonatação, estas limitações têm de ser ultrapassadas através de uma tecnologia de apoio ao processo. Os ultra-sons de alta potência têm sido aplicados com sucesso como tecnologia de intensificação do processo, aumentando a taxa de carbonatação e a velocidade da reação.

Solução: Carbonatação por ultra-sons

Pelo grupo de investigação da Katholieke Universiteit Leuven, na Bélgica, “Os ultra-sons provaram ser uma ferramenta potencialmente útil para a intensificação dos processos de carbonatação mineral. Devido à mistura melhorada, à quebra de partículas e à remoção de camadas passivadoras de carbonato de cálcio, foi possível acelerar a cinética da reação e alcançar uma maior extensão de carbonatação em tempos mais curtos. Além disso, em combinação com iões de magnésio em solução, os ultra-sons aumentam significativamente a síntese de cristais de aragonite, reduzindo a concentração necessária de magnésio e reduzindo a temperatura da reação para condições próximas da ambiente.”
[Santos et al. 2011, p.114]

Benefícios num relance:

• distribuição granulométrica fina por mistura ultra-sónica, desaglomeração & Fresagem
• os ultra-sons removem as camadas passivadoras
• os ultra-sons melhoram a cinética da reação
• os ultra-sons reduzem a basicidade
• intensificação do processo por ultra-sons: maior rendimento, reação mais rápida

tratamento de partículas por ultra-sons

A sonicação é uma ferramenta poderosa para tratar polpas de partículas. As forças ultra-sónicas intensas criam vibrações mecânicas e uma forte cavitação nos líquidos. Estas forças de alta tensão podem quebrar aglomerados e até partículas primárias, pelo que os ultra-sons de alta potência/baixa frequência são um método fiável para Fresagem, Desaglomeração e Dispersão aplicações.

A moagem ultra-sónica durante o processo de carbonatação de lamas cria pequenas partículas com grandes áreas de superfície. Para além da fragmentação das partículas, a sonicação também remove depósitos da superfície das partículas, tais como cascas carbonatadas ou camadas de matriz empobrecida que rodeiam o núcleo da partícula que não reagiu. Ao remover as camadas de passivação, as limitações de difusão são reduzidas e o material que não reagiu é exposto à fase aquosa. Deste modo, a sonicação pode aumentar a conversão da carbonatação e a cinética do processo - resultando em rendimentos mais elevados e numa reação mais rápida.