Ultrasonla Geliştirilmiş Mineral Karbonatlaşması

Mineral karbonatlaşması, karbondioksitin kalsiyum oksit veya magnezyum oksit gibi alkali minerallerle reaksiyonudur. Mineral karbonatlaşması, ilaç, polimer ve gübre endüstrilerinde katı partiküllerin endüstriyel üretimi ve alkali malzemelerde karbondioksit tutulması için kullanılır. Partiküllerin güç ultrasonu ile işlenmesinin, daha yüksek karbonatlaşma dönüşümü ve daha yüksek reaksiyon hızı sağlayan başarılı bir proses yoğunlaştırma yöntemi olduğu belirlenmiştir.

Mineral Karbonatlaşması: Proses ve Sınırlamalar

Karbonatlaşma için doğal malzemeler ve atık malzemeler, bileşimlerinde alkali oksitler, hidroksitler veya silikatlar bulunması sayesinde karbonatlaştırılır. Karbonatlaşma prosesi aşağıdaki reaksiyon adımlarından oluşur:

Karbonatlaşma reaksiyonu için partiküllerin reaktifler tarafından erişilebilir olması gerekir. Bu, karbonatlaşma prosesini iyileştirmek için pasifleştirici katmanlar içermeyen geniş bir partikül yüzey alanının gerekli olduğu anlamına gelir.
Katı partikülün küçülen, reaksiyona girmemiş çekirdeğini çevreleyen ve giderek kalınlaşan ve yoğunlaşan bir karbonat katmanının oluşması, hızı sınırlayan üç adım ortaya çıkarır:

• oksitlerin/ silikatların hidratasyonu;
• katyonların liç yoluyla çözündürülmesi; ve
• reaksiyon bölgesine difüzyon.

Karbonatlaşma prosesini iyileştirmek için bu sınırlamaların, prosesi destekleyen bir teknolojiyle aşılması gerekir. Yüksek güçlü ultrason, karbonatlaşma hızını ve reaksiyon hızını artıran bir proses yoğunlaştırma teknolojisi olarak başarıyla uygulanmıştır.

Çözüm: Ultrasonik Karbonatlaşma

Belçika’daki Katholieke Universiteit Leuven araştırma grubu tarafından şu ifade edilmiştir: “Ultrasonun, mineral karbonatlaşması proseslerinin yoğunlaştırılması için potansiyel olarak yararlı bir araç olduğu kanıtlanmıştır. İyileştirilmiş karıştırma, partikül kırılması ve pasifleştirici kalsiyum karbonat katmanlarının uzaklaştırılması sayesinde reaksiyon kinetiğini hızlandırmak ve daha kısa sürelerde daha yüksek bir karbonatlaşma derecesine ulaşmak mümkün olmuştur. Ayrıca ultrason, çözeltideki magnezyum iyonlarıyla birlikte, hem gerekli magnezyum konsantrasyonunu azaltarak hem de reaksiyon sıcaklığını ortam koşullarına yakın bir düzeye düşürerek aragonit kristallerinin sentezini önemli ölçüde artırır.”
[Santos et al. 2011, p.114]

Bir bakışta avantajlar:

• ultrasonik karıştırma, deaglomerasyon ve öğütme ile ince partikül boyutu dağılımı
• ultrason pasifleştirici katmanları uzaklaştırır
• ultrason reaksiyon kinetiğini geliştirir
• ultrason bazikliği azaltır
• ultrasonik proses yoğunlaştırma: daha yüksek verim, daha hızlı reaksiyon

Ultrasonik Partikül İşleme

Sonikasyon, partikül bulamaçlarını işlemek için güçlü bir araçtır. Yoğun ultrasonik kuvvetler sıvılarda mekanik titreşim ve güçlü kavitasyon oluşturur. Bu yüksek gerilim kuvvetleri aglomeraları ve hatta birincil partikülleri parçalayabilir; bu nedenle yüksek güçlü/ düşük frekanslı ultrason, öğütme, deaglomerasyon ve disperse etme uygulamaları için güvenilir bir yöntemdir.

Bulamaçların karbonatlaşma prosesi sırasında ultrasonik öğütme, geniş yüzey alanlarına sahip küçük partiküller oluşturur. Sonikasyon, partikülleri parçalamanın yanı sıra, reaksiyona girmemiş partikül çekirdeğini çevreleyen karbonatlaşmış kabuklar veya tükenmiş matris katmanları gibi birikintileri de partikül yüzeyinden uzaklaştırır. Pasifleştirici katmanların uzaklaştırılmasıyla difüzyon sınırlamaları azaltılır ve reaksiyona girmemiş malzeme sulu faza maruz bırakılır. Böylece sonikasyon, karbonatlaşma dönüşümünü ve proses kinetiğini artırabilir – bu da daha yüksek verimler ve daha hızlı bir reaksiyon sağlar.