Ultrason ile Geliştirilmiş Mineral Karbonatlama

Mineral karbonatlaşma, karbondioksitin kalsiyum veya magnezyum oksit gibi alkali minerallerle reaksiyonudur. Mineral karbonatlama, farmasötik, polimer ve gübre endüstrisinde katı parçacıkların endüstriyel üretimi ve ayrıca alkali malzemelerde karbondioksit tutumu için kullanılır. Güç ultrasonu ile partikül muamelesi, daha yüksek karbonasyon dönüşümü ve daha hızlı reaksiyon hızı ile sonuçlanan başarılı bir proses yoğunlaştırma aracı bulunmuştur.

Mineral Karbonatlaşma: Proses ve Sınırlamalar

Karbonatlama için, bileşimlerinde alkali oksitler, hidroksitler veya silikatların bulunması nedeniyle doğal ve atık malzemeler karbonatlanır. Karbonatlama işlemi aşağıdaki reaksiyon adımlarından oluşur:

Mineral karbonatlaşma aşamaları

Karbonatlaşma reaksiyonu için, partiküllerin reaktifler için mevcut olması gerekir. Bu, karbonatlaşma sürecini iyileştirmek için pasifleştirici katmanlar içermeyen yüksek partikül yüzeyinin gerekli olduğu anlamına gelir.
Katı parçacığın küçülen reaksiyona girmemiş çekirdeğini çevreleyen giderek daha kalın ve yoğun bir karbonat tabakasının oluşumu, üç hız sınırlayıcı adım oluşturur:

• oksitlerin/silikatların hidrasyonu;
• katyonların liçi; ve
• reaksiyon bölgesine difüzyon.

Karbonasyon sürecini iyileştirmek için, bu sınırlamaların teknolojiye yardımcı olan bir süreçle üstesinden gelinmesi gerekir. Yüksek güçlü ultrason, karbonatlaşma oranını ve reaksiyon hızını artıran bir proses yoğunlaştırma teknolojisi olarak başarıyla uygulanmıştır.

Çözüm: Ultrasonik Karbonatlama

Belçika'daki Katholieke Universiteit Leuven'in araştırma grubu tarafından, “Ultrasonun, mineral karbonatlama işlemlerinin yoğunlaştırılması için potansiyel olarak yararlı bir araç olduğu kanıtlanmıştır. Gelişmiş karıştırma, partikül kırılması ve kalsiyum karbonat pasifleştirici tabakaların uzaklaştırılması nedeniyle, reaksiyon kinetiğini hızlandırmak ve daha kısa sürelerde daha fazla karbonatlaşma derecesi elde etmek mümkün olmuştur. Ayrıca, çözelti içindeki magnezyum iyonları ile kombinasyon halinde, ultrason, hem gerekli magnezyum konsantrasyonunu azaltarak hem de reaksiyon sıcaklığını yakın ortam koşullarına düşürerek aragonit kristallerinin sentezini önemli ölçüde artırır.”
[Santos ve ark. 2011, s.114]

Bir bakışta avantajlarınız:

• ultrasonik karıştırma, deagglomeration ile ince parçacık boyutu dağılımı & Freze
• Ultrason pasifleştirici katmanları kaldırır
• Ultrason reaksiyon kinetiğini geliştirir
• Ultrason bazikliği azaltır
• Ultrasonik Proses Yoğunlaştırma: Daha Yüksek Verim, Daha Hızlı Reaksiyon

Mineral karbonatlaşma üzerinde ultrasonik etkiler. [Santos ve ark. 2013]

Ultrasonik Parçacık Tedavisi

Sonikasyon, parçacık bulamaçlarını tedavi etmek için güçlü bir araçtır. Yoğun ultrasonik kuvvetler, sıvılarda mekanik titreşim ve güçlü kavitasyon oluşturur. Bu yüksek stres kuvvetleri, aglomeraları ve hatta birincil parçacıkları kırabilir, böylece yüksek güçlü / düşük frekanslı ultrason için güvenilir bir yöntemdir. Freze, deagglomeration (yığılma) ve dispersiyon Uygulama.

Kalsiyum oksidin SEM resimleri başlangıçta (a) ve 10 dakikalık sonikasyondan sonra (b). [Santos ve ark. 2012]

Bulamaçların karbonatlama işlemi sırasında ultrasonik frezeleme, geniş yüzey alanlarına sahip küçük parçacıklar oluşturur. Parçacık fragmenasyonunun yanı sıra, sonikasyon ayrıca reaksiyona girmemiş parçacık çekirdeğini çevreleyen karbonatlı kabuklar veya tükenmiş matris katmanları gibi parçacık yüzeyindeki birikintileri de giderir. Pasifleştirici tabakaların çıkarılmasıyla, difüzyon sınırlamaları azaltılır ve reaksiyona girmemiş malzeme sulu faza maruz bırakılır. Böylece, sonikasyon karbonatlaşma dönüşümünü ve işlem kinetiğini artırabilir - bu da daha yüksek verim ve daha hızlı bir reaksiyon ile sonuçlanır.

Parçacıklar üzerindeki ultrasonik etkiler [Santos et al. 2011]