อัลตราซาวนด์เสริมแร่คาร์บอเนต

แร่คาร์บอเนตเป็นปฏิกิริยาของคาร์บอนไดออกไซด์กับแร่ธาตุอัลคาไลน์ เช่น แคลเซียมหรือแมกนีเซียมออกไซด์ แร่คาร์บอเนตใช้สําหรับการผลิตอนุภาคของแข็งในอุตสาหกรรมยา โพลีเมอร์ และปุ๋ย ตลอดจนการกักเก็บก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในวัสดุอัลคาไลน์ การบําบัดอนุภาคด้วยอัลตราซาวนด์พลังงานพบว่าเป็นวิธีที่ประสบความสําเร็จในการเพิ่มความเข้มข้นของกระบวนการส่งผลให้การแปลงคาร์บอเนตสูงขึ้นและความเร็วในการตอบสนองที่เร็วขึ้น

แร่คาร์บอเนต: กระบวนการและข้อจํากัด

สําหรับคาร์บอเนตวัสดุธรรมชาติและของเสียจะถูกอัดลมเนื่องจากมีอัลคาไลน์ออกไซด์ไฮดรอกไซด์หรือซิลิเกตในองค์ประกอบ กระบวนการอัดลมประกอบด้วยขั้นตอนปฏิกิริยาต่อไปนี้:

ขั้นตอนของแร่คาร์บอเนต

สําหรับปฏิกิริยาคาร์บอเนตอนุภาคจะต้องมีสําหรับรีเอเจนต์ ซึ่งหมายความว่าจําเป็นต้องมีพื้นผิวอนุภาคสูงที่ไม่มีชั้นทู่เพื่อปรับปรุงกระบวนการอัดลม
การก่อตัวของชั้นคาร์บอเนตที่หนาและหนาแน่นขึ้นเรื่อย ๆ โดยรอบแกนกลางที่หดตัวของอนุภาคของแข็งทําให้เกิดขั้นตอนการจํากัดอัตราสามขั้นตอน:

• ความชุ่มชื้นของออกไซด์ / ซิลิเกต
• การชะล้างของไอออนบวก และ
• การแพร่กระจายไปยังโซนปฏิกิริยา

ในการปรับปรุงกระบวนการอัดลมข้อ จํากัด เหล่านี้จะต้องเอาชนะด้วยเทคโนโลยีช่วยกระบวนการ อัลตราซาวนด์กําลังสูงประสบความสําเร็จในการนําไปใช้เป็นเทคโนโลยีการเพิ่มความเข้มข้นของกระบวนการที่ช่วยเพิ่มอัตราการอัดลมและความเร็วในการตอบสนอง

วิธีการแก้: อัลตราโซนิกคาร์บอเนต

โดยกลุ่มวิจัยของ Katholieke Universiteit Leuven ในเบลเยียม “อัลตราซาวนด์ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็นเครื่องมือที่อาจมีประโยชน์สําหรับการเพิ่มความเข้มข้นของกระบวนการอัดลมแร่ เนื่องจากการผสมที่เพิ่มขึ้นการแตกของอนุภาคและการกําจัดชั้นทู่แคลเซียมคาร์บอเนตจึงเป็นไปได้ที่จะเร่งจลนพลศาสตร์ของปฏิกิริยาและบรรลุขอบเขตคาร์บอนไดออกไซด์ที่มากขึ้นในเวลาอันสั้น ยิ่งไปกว่านั้นเมื่อใช้ร่วมกับแมกนีเซียมไอออนในสารละลายอัลตราซาวนด์ช่วยเพิ่มการสังเคราะห์ผลึกอะราโกไนต์อย่างมีนัยสําคัญทั้งโดยการลดความเข้มข้นของแมกนีเซียมที่ต้องการและลดอุณหภูมิของปฏิกิริยาให้ใกล้เคียงกับสภาวะแวดล้อม”
[Santos et al. 2011, p.114]

ประโยชน์โดยย่อ:

• การกระจายขนาดอนุภาคละเอียดโดยการผสมอัลตราโซนิก deagglomeration & การบด
• อัลตราซาวนด์ขจัดชั้นทู่
• อัลตราซาวนด์ช่วยเพิ่มจลนพลศาสตร์ของปฏิกิริยา
• อัลตราซาวนด์ช่วยลดความเป็นพื้นฐาน
• การเพิ่มความเข้มข้นของกระบวนการอัลตราโซนิก: ผลผลิตที่สูงขึ้นปฏิกิริยาที่เร็วขึ้น

ผลอัลตราโซนิกต่อแร่คาร์บอเนต [Santos et al. 2013]

การรักษาอนุภาคอัลตราโซนิก

Sonication เป็นเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพในการรักษาสารละลายอนุภาค แรงอัลตราโซนิกที่รุนแรงสร้างการสั่นสะเทือนทางกลและการเกิดโพรงอากาศที่แข็งแกร่งในของเหลว แรงเคตอร์สูงเหล่านี้สามารถทําลายการรวมตัวกันและแม้แต่อนุภาคปฐมภูมิได้ดังนั้นอัลตราซาวนด์พลังงานสูง / ความถี่ต่ําจึงเป็นวิธีที่เชื่อถือได้สําหรับ การบด, การแยกตัวเป็นก้อน และ สลาย โปรแกรม ประยุกต์

ภาพ SEM ของแคลเซียมออกไซด์ในขั้นต้น (a) และหลังจาก 10 นาทีของ sonication (b) [Santos et al. 2012]

การกัดอัลตราโซนิกในระหว่างกระบวนการอัดลมของสารละลายจะสร้างอนุภาคขนาดเล็กที่มีพื้นที่ผิวขนาดใหญ่ นอกจากการแตกตัวของอนุภาคแล้ว sonication ยังขจัดการสะสมออกจากพื้นผิวอนุภาคเช่นเปลือกอัดลมหรือชั้นเมทริกซ์ที่หมดลงซึ่งล้อมรอบแกนอนุภาคที่ไม่ทําปฏิกิริยา การขจัดชั้นทู่ ข้อจํากัดในการแพร่กระจายจะลดลง และวัสดุที่ไม่ทําปฏิกิริยาจะสัมผัสกับเฟสที่เป็นน้ํา ด้วยเหตุนี้ sonication สามารถเพิ่มการแปลงคาร์บอเนตและจลนพลศาสตร์ของกระบวนการ – ส่งผลให้ผลผลิตสูงขึ้นและปฏิกิริยาที่เร็วขึ้น

ผลกระทบอัลตราโซนิกต่ออนุภาค [Santos et al. 2011]