Ultratovush yordamida kuchaytirilgan mineral karbonatlash
Mineral karbonatlash – karbonat angidridning kalsiy yoki magniy oksidi kabi ishqoriy minerallar bilan reaksiyasidir. Mineral karbonatlash farmatsevtika, polimer va oʻgʻit sanoatida qattiq zarrachalarni sanoat miqyosida ishlab chiqarish, shuningdek, karbonat angidridni ishqoriy materiallarda bogʻlab saqlash uchun qoʻllanadi. Zarrachalarga yuqori quvvatli ultratovush bilan ishlov berish jarayonni jadallashtirishning muvaffaqiyatli vositasi ekanligi aniqlangan boʻlib, u karbonatlashdagi yuqoriroq konversiya darajasi va tezroq reaksiyani taʼminlaydi.
Mineral karbonatlash: jarayon va cheklovlar
Karbonatlashda tabiiy va chiqindi materiallar tarkibida ishqoriy oksidlar, gidroksidlar yoki silikatlar mavjudligi tufayli karbonatlanadi. Karbonatlash jarayoni quyidagi reaksiya bosqichlaridan iborat:
Mineral karbonatlash bosqichlari
Karbonatlash reaksiyasi uchun zarrachalar reagentlar taʼsiriga ochiq boʻlishi kerak. Bu karbonatlash jarayonini yaxshilash uchun zarrachalarning passivlashtiruvchi qatlamlarsiz katta sirt maydoni zarurligini anglatadi.
Qattiq zarrachaning kichrayib borayotgan, reaksiyaga kirishmagan yadrosini oʻrab turuvchi karbonat qatlamining tobora qalinlashib va zichlashib borishi tezlikni cheklovchi uchta bosqichni yuzaga keltiradi:
- oksidlar/ silikatlarning gidratlanishi;
- kationlarning yuvilib eritmaga oʻtishi; va
- reaksiya zonasiga diffuziya.
Nanozarrachalarning quyidan yuqoriga sintezi UP400St ultratovushli qurilmasi yordamida
Yechim: ultratovush yordamida karbonatlash
Belgiyadagi Katholieke Universiteit Leuven tadqiqot guruhi taʼkidlashicha, «ultratovush mineral karbonatlash jarayonlarini jadallashtirish uchun potensial foydali vosita ekanligi isbotlangan. Aralashtirishning yaxshilanishi, zarrachalarning parchalanishi va kalsiy karbonatning passivlashtiruvchi qatlamlari olib tashlanishi tufayli reaksiya kinetikasini tezlashtirish va qisqaroq vaqtda yuqoriroq karbonatlash darajasiga erishish mumkin boʻldi. Bundan tashqari, eritmadagi magniy ionlari bilan birgalikda ultratovush magniyning talab etiladigan konsentratsiyasini kamaytirish hamda reaksiya haroratini atrof-muhit sharoitlariga yaqin darajagacha pasaytirish orqali aragonit kristallari sintezini sezilarli darajada kuchaytiradi.»
[Santos et al. 2011, p.114]
Afzalliklarning qisqacha koʻrinishi:
- ultratovush yordamida aralashtirish, deaglomeratsiya va maydalash orqali mayda zarrachalarning oʻlcham boʻyicha taqsimlanishi
- ultratovush passivlashtiruvchi qatlamlarni olib tashlaydi
- ultratovush reaksiya kinetikasini tezlashtiradi
- ultratovush asoslikni kamaytiradi
- ultratovush yordamida jarayonni jadallashtirish: yuqoriroq mahsulot chiqishi, tezroq reaksiya
Ultratovushning mineral karbonatlashga taʼsiri. [Santos et al. 2013]
Stol ustiga oʻrnatiladigan UIP1000hdT ultratovushli qurilmasi zarrachalarni nam holda maydalash va disperslash uchun
Zarrachalarga ultratovush bilan ishlov berish
Ultratovush bilan ishlov berish zarrachali suspenziyalarga ishlov berishning kuchli vositasidir. Kuchli ultratovush kuchlari suyuqliklarda mexanik tebranish va kuchli kavitatsiyani yuzaga keltiradi. Yuqori mexanik zoʻriqish hosil qiluvchi bu kuchlar aglomeratlarni va hatto birlamchi zarrachalarni parchalashi mumkin, shuning uchun yuqori quvvatli/ past chastotali ultratovush ishonchli usul boʻlib, u maydalash, deaglomeratsiya va disperslash amaliyotlari uchun qoʻllanadi.
Kalsiy oksidining dastlabki holatdagi (a) va 10 daqiqa ultratovush bilan ishlov berilgandan keyingi (b) skanerlovchi elektron mikroskop (SEM) tasvirlari. [Santos et al. 2012]
Suspenziyalarni karbonatlash jarayonida ultratovush yordamida maydalash katta sirt maydoniga ega mayda zarrachalarni hosil qiladi. Ultratovush bilan ishlov berish zarrachalarni parchalashdan tashqari, ularning sirtidagi choʻkindilarni, masalan, reaksiyaga kirishmagan zarracha yadrosini oʻrab turuvchi karbonatlangan qobiqlar yoki tarkibiy moddalari kamaygan matritsa qatlamlarini ham olib tashlaydi. Passivlashtiruvchi qatlamlarni olib tashlash diffuziya cheklovlarini kamaytiradi va reaksiyaga kirishmagan materialni suvli faza taʼsiriga ochadi. Shu tariqa, ultratovush bilan ishlov berish karbonatlashdagi konversiya darajasini oshirishi va jarayon kinetikasini tezlashtirishi mumkin – bu yuqoriroq mahsulot chiqishi va tezroq reaksiyaga olib keladi.
Ultratovushning zarrachalarga taʼsiri [Santos et al. 2011]
UIP16000 – eng kuchli ultratovushli ogʻir ish sharoitlariga moʻljallangan UIP16000 qurilmasi (16kW)
Adabiyotlar/Manbalar
- Santos, Rafael M.; Francois, Davy; Mertens, Gilles; Elsen, Jan; Van Gerven, Tom (2013): Ultrasound-intensified mineral carbonation. Applied Thermal Engineering Vol. 57, Issues 1–2, 2013. 154–163.
- Santos, Rafael M.; Ceulemans, Pieter; Van Gerven, Tom (2012): Synthesis of pure aragonite by sonochemical mineral carbonation. Chemical Engineering Research & Design, 90/ 6, 2012. 715-725.
- Santos, Rafael M.; Ceulemans, Pieter; Francois, Davy; Van Gerven, Tom (2011): Ultrasound-Enhanced Mineral Carbonation. IChemE 2011.
Karbonatlash uchun xomashyo
Karbonatlash uchun xomashyo birlamchi yoki chiqindi materiallardan iborat boʻlishi mumkin. Uglerodni bogʻlab saqlash uchun ishlatiladigan odatiy birlamchi xomashyo tarkibiga olivin (Mg, Fe)2SiO4, serpentin (Mg, Fe)3Si2O5(OH)4, shuningdek, vollastonit CaSiO3 kabi minerallar kiradi.
Chiqindi materiallarga poʻlat ishlab chiqarish shlaklari, qizil gips, chiqindi kullar, qogʻoz fabrikasi chiqindilari, sement pechi changi va konchilik chiqindilari kiradi. Ushbu sanoat qoʻshimcha mahsulotlari va chiqindilari tarkibida ishqoriy oksidlar, gidroksidlar yoki silikatlar mavjudligi tufayli karbonatlash uchun ishlatilishi mumkin.