Minerálne karbonácie je reakcia oxidu uhličitého s alkalickými minerálmi, ako je vápnik alebo oxid horečnatý. Minerálna karbonácia sa používa na priemyselnú výrobu tuhých častíc vo farmaceutickom, polymérom a hnojivom priemysle, ako aj pri sekvestrácii oxidu uhličitého v alkalických materiáloch. Časticová liečba posilňovaním ultrazvuku sa zistila ako úspešný prostriedok intenzifikácie procesov, čo vedie k vyššej konverzii karbonácie a rýchlejšej reakčnej rýchlosti.

Minerálne Karbonation: proces a obmedzenia

Pre karbonáciu sú prírodné a odpadové materiály sýtené v dôsledku prítomnosti alkalických oxidov, hydroxidov alebo silikátov v ich zložení. Proces karbonácie pozostáva z nasledujúcich reakčných krokov:

Kroky minerálneho karbonácie

Pre reakciu na karbonizáciu musia byť častice k dispozícii pre reagenty. To znamená, že vysoký povrch častíc bez pasivating vrstiev je potrebné na zlepšenie procesu karbonácie.
Vytvorenie stále hustej a hustej uhličitanovej vrstvy obklopujúcej klesajúce neredigované jadro pevnej častice vytvára tri stupne obmedzenia rýchlosti:

• Hydratácia oxidov/silikátov;
• lúhovanie kation; A
• Difúzia do reakčnej zóny.

Na zlepšenie procesu karbonácie sa tieto obmedzenia musia prekonať procesom asistenčných technológií. Vysoký výkon ultrazvuk bol úspešne aplikovaný ako proces intenzifikácia technológie zvýšenie miery karbonácie a reakčná rýchlosť.

Roztok: Ultrazvukový Karbonation

Výskumná skupina Katholieke Universiteit Leuven v Belgicku, “Ultrazvuk bolo preukázané, že je potenciálne užitočným nástrojom pre intenzifikáciu procesov minerálneho karbonácie. Vzhľadom na zvýšenú miešanie, zlomenie častíc a odstránenie pasivujúcich vrstiev uhličitanu vápenatého bolo možné urýchliť reakčnú kinetiku a dosiahnuť väčší rozsah karbonácie v kratšom čase. Okrem toho v kombinácii s iónmi horčíka v roztoku ultrazvuk výrazne zvyšuje syntézu aragonitových kryštálov tak, že znižuje požadovanú koncentráciu horčíka a znižuje reakčnú teplotu v blízkosti okolitých podmienok.”
[Santos et al. 2011, s. 114]

Výhody na prvý pohľad:

• jemné rozdelenie veľkosti častíc Ultrazvukový miešania, deagglomeration & frézovanie
• Ultrazvuk odstraňuje pasivating vrstiev
• Ultrazvuk zvyšuje reakčnú kinetiku
• Ultrazvuk znižuje peletám
• zosilnenie ultrazvukového procesu: vyšší výnos, rýchlejšia reakcia

Ultrazvukové účinky na minerálnu karbonáciu. [Santos et al. 2013]

Ultrazvukový častíc liečba

Ultrazvukom je mocný nástroj na liečbu častíc hnoji. Intenzívne ultrazvukové sily vytvárajú mechanické vibrácie a silnú kavitáciu v kvapalinách. Tieto vysoké stresové sily môžu zlomiť aglomeráty a dokonca aj primárne častice, takže vysoko výkonový/nízkofrekvenčný ultrazvuk je spoľahlivou metódou pre frézovanie, rozdružovanie a dispergačné Aplikácie.

SEM obrázky oxidu vápenatého spočiatku (a) a po 10 minútach ultrazvukom (b). [Santos et al. 2012]

Ultrazvukové frézovanie počas procesu karbonácie kalu vytvára malé častice s veľkými povrchovými oblasťami. Okrem fragmenation častíc, ultrazvukom tiež odstraňuje usadenie z povrchu častíc, ako sú sýtené škrupiny alebo ochudobnené matice vrstiev, ktoré obklopujú nereagoval jadro jadra. Odstránením pasivating vrstiev, difúzia obmedzenia sú znížené a nezreagovanej materiál je vystavený vodnej fáze. Tým, ultrazvukom môže zvýšiť karbonizáciu konverzie a proces kinetika-čo vedie k vyšším výnosom a rýchlejšiu reakciu.

Ultrazvukové účinky na častice [Santos et al. 2011]