Energiya ishlab chiqarish uchun koʻmirga ultratovush bilan ishlov berish

Koʻmir suspenziyalariga ultratovush bilan ishlov berish koʻmirdan energiya ishlab chiqarishdagi turli jarayonlarga yordam beradi. Ultratovush koʻmirni suyultirish paytida katalitik gidrogenlashni jadallashtiradi. Bundan tashqari, ultratovush bilan ishlov berish koʻmirning sirt maydonini va ekstraksiyalanish qobiliyatini yaxshilashi mumkin. Kuldan tozalash va oltingugurtdan tozalash paytida istalmagan yon kimyoviy reaksiyalarning oldini olish mumkin – bunda jarayon ancha qisqa vaqtda bajariladi. Hatto koʻpikli flotatsiya orqali ajratish jarayonida ham ultratovush bilan ishlov berish zarrachalarning mayda oʻlchamli dispersiyasini sezilarli darajada yaxshilashi mumkin.

Koʻmirni suyultirish/ Koʻmirni suyuq yoqilgʻiga aylantirish jarayoni

Suyuq yoqilgʻilarni sanoat miqyosida koʻmirdan «Koʻmirni suyultirish» jarayoni orqali ishlab chiqarish mumkin. Koʻmirni suyultirish ikki yoʻl bilan amalga oshirilishi mumkin – bevosita suyultirish (DCL) va bilvosita suyultirish (ICL).
Bilvosita suyultirish odatda koʻmirni gazlashtirishni oʻz ichiga olsa, bevosita suyultirish jarayoni koʻmirni toʻgʻridan-toʻgʻri suyuqlikka aylantiradi. Shuning uchun koʻmirning organik tuzilishini parchalash maqsadida yuqori bosim va haroratlar bilan birgalikda erituvchilar (e.g. tetralin) yoki katalizatorlar (e.g. MoS₂) qoʻllanadi. Suyuq uglevodorodlarda vodorodning uglerodga molyar nisbati odatda koʻmirdagidan yuqori boʻlgani sababli, ICL va DCL texnologiyalarining har ikkalasida ham gidrogenlash yoki uglerodni chiqarib tashlash jarayoni talab etiladi.

Koʻmirni bevosita suyultirish

Tadqiqotlar oldindan ultratovush bilan ishlov berilgan koʻmirlarni bevosita suyultirishni sezilarli darajada yaxshilash mumkinligini koʻrsatdi. Koʻmirlanish darajasi pastroq boʻlgan bitumli koʻmirning uch xil turiga erituvchida ultratovush bilan ishlov berildi. Ultratovush taʼsirida yuzaga kelgan shishish va dispersiyalash suyultirish mahsuloti chiqimining ancha yuqori boʻlishiga olib keldi.

Koʻmirni bilvosita suyultirish

Koʻmirni bilvosita suyultirish (ICL) jarayonlari orqali suyuq yoqilgʻilarga aylantirish mumkin: avval koʻmir gazlashtiriladi, soʻng sintez-gaz katalitik usulda toza uglevodorodlarga va metanol, dimetil efir, Fischer-Tropsch usulida olinadigan dizel yoki benzinga oʻxshash yoqilgʻilar kabi kislorod saqlovchi transport yoqilgʻilariga aylantiriladi. Fischer-Tropsch sintezi temir asosidagi katalizatorlar kabi katalizatorlardan foydalanishni talab qiladi. Ultratovush yordamida zarrachalarni fragmentlarga parchalash orqali katalizatorlarning samaradorligini sezilarli darajada oshirish mumkin.

Katalizatorni ultratovush yordamida faollashtirish

Ultratovush bilan ishlov berish orqali zarrachalarni dispersiyalash, aglomeratlardan ajratish va fragmentlarga parchalash mumkin – natijada zarrachalarning sirt maydoni kattalashadi. Katalizatorlar uchun bu faol sirt maydonining kattalashishini anglatadi, bu esa zarrachalarning katalitik reaksiyaga kirishish qobiliyatini oshiradi.
Misol: Nanooʻlchamli Fe katalizatori
Sonokimyoviy usulda tayyorlangan nanofazali temir CO ni Fischer–Tropsch usulida gidrogenlash hamda alkanlarni gidrogenoliz qilish va degidrogenlash uchun faol katalizator boʻlib, bu asosan uning katta sirt maydoni bilan bogʻliq (>120mg^-1). CO va H₂ ning past molekulyar massali alkanlarga aylanish tezligi Fe ning har bir grammiga hisoblaganda, mayda zarrachali (diametri 5 μm) tijoriy temir kukuninikiga nisbatan 250°C da taxminan 20 baravar yuqori, faolligi esa 200°C da 100 baravardan ortiq yuqori boʻlgan.

Ultratovush yordamida tayyorlangan katalizatorlarga misollar:
e.g. MoS₂, nano-Fe

Katalizatorni qayta tiklash

Katalizatorlar kimyoviy reaksiyalar davomida sarflanmasa ham, aglomeratsiya va ifloslanish tufayli ularning faolligi va samaradorligi pasayishi mumkin. Shu sababli katalizatorlar dastlab yuqori katalitik faollik va kislorodli birikmalarga nisbatan selektivlik namoyon etishi kuzatiladi. Biroq reaksiya davomida agregatsiya tufayli katalizatorlar degradatsiyaga uchrashi mumkin. Ultratovush taʼsirida katalizatorlarni qayta tiklash mumkin, chunki kavitatsion kuchlar zarrachalarni dispersiyalaydi va sirtdagi choʻkindilarni olib tashlaydi.

Koʻmirni yuvish: ultratovush yordamida kuldan va oltingugurtdan tozalash

Ultratovush bilan konditsiyalash oltingugurtdan va kuldan tozalash uchun qoʻllanadigan koʻmir flotatsiyasi usullarining samaradorligini oshirishi mumkin. Ultratovush usulining eng katta afzalligi kul va oltingugurtni bir vaqtning oʻzida olib tashlashdir.[1] Ultratovush va u hosil qiladigan akustik oqimlarning zarrachalarga taʼsiri yaxshi maʼlum. Yuqori quvvatli ultratovush koʻmir zarrachalarini aglomeratlardan ajratadi, dispersiyalaydi va ularning sirtini sayqallaydi. Bundan tashqari, ultratovush oltingugurt va kulni olib tashlab, koʻmir matritsasini tozalaydi.
Pulpa oqimini konditsiyalash orqali pulpaning kuldan va oltingugurtdan tozalanishini yaxshilash uchun yuqori quvvatli ultratovush qoʻllanadi. Ultratovush bilan ishlov berish kislorod miqdorini va fazalararo taranglikni kamaytirib, ayni paytda pH qiymatini va haroratni oshirib, pulpaning xususiyatlariga taʼsir qiladi. Shu tariqa oltingugurt miqdori yuqori boʻlgan koʻmirga ultratovush bilan ishlov berish oltingugurtdan tozalashni yaxshilaydi.

Ultratovush yordamida piritning gidrofobligini kamaytirish

Ultratovush yordamida hosil qilingan kislorod radikallari pirit sirtini haddan tashqari oksidlaydi va pulpadagi oltingugurtning sulfoksid birliklari shaklida namoyon boʻlishiga olib keladi. Bu piritning gidrofobligini kamaytirdi.

Suyuqliklarda ultratovush yordamida hosil qilingan kavitatsiya pufakchalarining kollapsi paytidagi kuchli taʼsir sharoitlari erkin radikallarni hosil qilishi mumkin. Bu, yaʼni suvga ultratovush bilan ishlov berish molekulalardagi bogʻlarni uzib, •OH va •OH erkin radikallarini hosil qilishini anglatadi.

H₂O → •H + •OH
Hosil boʻlgan •OH va •H erkin radikallari quyidagi ikkilamchi reaksiyalarga kirishishi mumkin:
•H + O₂ → •HO₂
•OH + •OH → H₂O₂
•HO₂ + •HO₂ → H2O₂ + O₂
Hosil boʻlgan H2O2 beqaror boʻlib, yangi hosil boʻluvchi kislorodni tez ajratib chiqaradi. Shuning uchun ultratovush bilan konditsiyalashdan keyin suvdagi kislorod miqdori ortadi. Yangi hosil boʻlgan kislorod juda faol boʻlgani sababli pulpadagi mineral zarrachalar bilan reaksiyaga kirishishi va pulpadagi kislorod miqdorini kamaytirishi mumkin.
Piritning oksidlanishi (FeS₂) quyidagi moddalar oʻrtasidagi reaksiya tufayli sodir boʻladi: O₂ va FeS₂.
2FeS + 3O₂ + 4H₂O = 2Fe(OH)₂ + 2H₂SO₃
FeS + 2O₂ + 2H₂O = Fe(OH)₂ + H₂SO₄
2FeS + 2O₂ + 2H+ = 2Fe²⁺ + S₂O^2- + H₂O

Koʻmir ekstraksiyasi

Koʻmir ekstraksiyasi uchun tanlangan ekstraksiya sharoitlarida koʻmirni gidrogenlashga zarur vodorodni ajratib chiqara oladigan erituvchilar qoʻllanadi. Tetralin sinovdan oʻtgan erituvchi boʻlib, ekstraksiya davomida naftalingacha oksidlanadi. Naftalinni ajratib olish va gidrogenlash orqali yana tetralinga aylantirish mumkin. Jarayon bosim ostida, koʻmir turiga bogʻliq boʻlgan muayyan haroratlarda va taxminan uch soatlik turish vaqti bilan amalga oshiriladi.

Oksidlangan koʻmir zarrachalarini ultratovush yordamida qayta faollashtirish

Koʻpikli flotatsiya gidrofoblikdagi farqlardan foydalanib, koʻmirni tozalash va boyitish uchun qoʻllanadigan ajratish jarayonidir.
Oksidlangan koʻmirlarni flotatsiyalash qiyin, chunki koʻmir sirtining gidrofilligi ortadi. Koʻmir sirtiga birikkan kislorod qutbli fenol (-OH), karbonil (-C=O) va karboksil (-COOH) guruhlarini hosil qiladi. Ular koʻmir sirtining gidratlanishini kuchaytiradi va shu tariqa uning gidrofilligini oshirib, flotatsiya reagentlarining adsorbsiyalanishiga toʻsqinlik qiladi.
Ultratovush yordamida zarrachalarga ishlov berish koʻmir zarrachalaridan oksidlanish qatlamlarini olib tashlash uchun qoʻllanishi mumkin, natijada oksidlangan koʻmir zarrachalarining sirti qayta faollashadi.

Koʻmir-suv-moy va koʻmir-suv yoqilgʻilari

Ultratovush yordamida maydalash va dispersiyalash suv yoki moyda koʻmir zarrachalarining mayda oʻlchamli suspenziyalarini hosil qilish uchun qoʻllanadi. Ultratovush bilan ishlov berish orqali mayda oʻlchamli zarrachalar dispersiyasi va shu tariqa barqaror suspenziya hosil qilinadi. (Uzoq muddatli barqarorlik uchun stabilizator qoʻshish talab etilishi mumkin.) Ushbu koʻmir-suv va koʻmir-suv-moy yoqilgʻilarida suvning mavjudligi toʻliqroq yonishga olib keladi va zararli chiqindilarni kamaytiradi. Bundan tashqari, suvda dispersiyalangan koʻmir portlashdan xavfsiz boʻlib qoladi, bu esa u bilan ishlashni osonlashtiradi.

Manbalar va adabiyotlar

1. Ambedkar, B. (2012): Kuldan tozalash va oltingugurtdan tozalash uchun ultratovushli ko’mir yuvish: Eksperimental tekshirish va mexanik modellashtirish. Springer, 2012 yil.
2. Kang, V.; Xun, X.; Kong, X.; Li, M. (2009): Yuqori oltingugurtli ko’mir floatatsiyasiga ultratovushli konditsionerdan keyin pulpa tabiatidagi o’zgarishlarning ta’siri. Kon fanlari va texnologiyasi 19, 2009. 498-502.