Siêu âm tăng cường cacbonat khoáng sản

Cacbonat khoáng là phản ứng của carbon dioxide với các khoáng chất kiềm như canxi hoặc magiê oxit. Cacbonat khoáng sản được sử dụng để sản xuất công nghiệp các hạt rắn trong ngành dược phẩm, polymer và phân bón cũng như để cô lập carbon dioxide trong vật liệu kiềm. Xử lý hạt bằng siêu âm điện đã được tìm thấy một phương tiện tăng cường quá trình thành công dẫn đến chuyển đổi cacbonat cao hơn và tốc độ phản ứng nhanh hơn.

Cacbonat khoáng sản: Quá trình và hạn chế

Đối với cacbonat, vật liệu tự nhiên và chất thải có ga do sự hiện diện của các oxit kiềm, hydroxit hoặc silicat trong thành phần của chúng. Quá trình cacbonat hóa bao gồm các bước phản ứng sau:

Các bước cacbonat khoáng

Đối với phản ứng cacbonat hóa, các hạt phải có sẵn cho thuốc thử. Điều này có nghĩa là một bề mặt hạt cao mà không có các lớp thụ động là cần thiết để cải thiện quá trình cacbonat hóa.
Sự hình thành của một lớp cacbonat ngày càng dày và dày đặc bao quanh lõi không phản ứng co lại của hạt rắn tạo ra ba bước giới hạn tốc độ:

• hydrat hóa oxit / silicat;
• lọc cation; và
• khuếch tán đến vùng phản ứng.

Để cải thiện quá trình cacbonat hóa, những hạn chế này phải được khắc phục bằng công nghệ hỗ trợ quy trình. Siêu âm công suất cao đã được áp dụng thành công như một công nghệ tăng cường quá trình tăng cường tốc độ cacbonat hóa và tốc độ phản ứng.

Giải pháp: Siêu âm cacbonat

Theo nhóm nghiên cứu của Katholieke Universiteit Leuven ở Bỉ, “Siêu âm đã được chứng minh là một công cụ hữu ích tiềm năng để tăng cường các quá trình cacbonat hóa khoáng sản. Do tăng cường trộn, phá vỡ hạt và loại bỏ các lớp thụ động canxi cacbonat, có thể tăng tốc động học phản ứng và đạt được mức độ cacbonat hóa lớn hơn trong thời gian ngắn hơn. Hơn nữa, kết hợp với các ion magiê trong dung dịch, siêu âm giúp tăng cường đáng kể quá trình tổng hợp các tinh thể aragonite, bằng cách giảm nồng độ magiê cần thiết và giảm nhiệt độ phản ứng đến điều kiện môi trường gần.”
[Santos và cộng sự 2011, tr.114]

Sơ lược về lợi ích:

• phân phối kích thước hạt tốt bằng cách trộn siêu âm, deagglomeration & Phay
• Siêu âm loại bỏ các lớp thụ động
• siêu âm tăng cường động học phản ứng
• Siêu âm làm giảm tính cơ bản
• Tăng cường quá trình siêu âm: năng suất cao hơn, phản ứng nhanh hơn

Hiệu ứng siêu âm trên cacbonat khoáng sản. [Santos và cộng sự 2013]

xử lý hạt siêu âm

Sonication là một công cụ mạnh mẽ để xử lý bùn hạt. Lực siêu âm cường độ cao tạo ra rung động cơ học và xâm thực mạnh mẽ trong chất lỏng. Những lực ứng suất cao này có thể phá vỡ các khối kết tụ và thậm chí các hạt sơ cấp, do đó siêu âm công suất cao / tần số thấp là một phương pháp đáng tin cậy cho Phay, deagglomeration và Phân tán Ứng dụng.

Hình ảnh SEM của canxi oxit ban đầu (a) và sau 10 phút sonication (b). [Santos và cộng sự 2012]

Phay siêu âm trong quá trình cacbonat hóa bùn tạo ra các hạt nhỏ với diện tích bề mặt lớn. Bên cạnh việc tạo mùi thơm hạt, sonication cũng loại bỏ sự lắng đọng khỏi bề mặt hạt, chẳng hạn như vỏ có ga hoặc các lớp ma trận cạn kiệt bao quanh lõi hạt không phản ứng. Bằng cách loại bỏ các lớp thụ động, các giới hạn khuếch tán được giảm và vật liệu không phản ứng được tiếp xúc với pha nước. Qua đó, sonication có thể làm tăng chuyển đổi cacbonat hóa và động học quá trình - dẫn đến năng suất cao hơn và phản ứng nhanh hơn.

Hiệu ứng siêu âm trên các hạt [Santos et al. 2011]