Hydrotermale prosesser, prosesser som foregår i nærvær av vann ved minst 100 °C og høyt trykk. I naturen dannes mange mineraler gjennom hydrotermale prosesser. Oppløsning og krystallisasjon av mineraler og våtforbrenning av organisk materiale er hydrotermale prosesser som kan utføres industrielt.

Gasser fra vulkaner og fra underjordiske smeltemasser (magmaer) reagerer med bergartene de passerer ved en prosess som kalles pneumatolyse. Når temperaturen faller, kondenseres gassene og gir vandige løsninger. Den hydrotermale virksomhet består i reaksjon mellom disse løsningene og sidesteinen. Hydrotermalløsninger transporterer mineralsubstans som avsettes i hulrom og sprekker som konkresjoner eller som hydrotermalganger og -årer, eller som impregnasjon langs korngrensene. Viktige malm- og ertsmineraler avsettes på denne måte.

Det skilles mellom tre temperaturintervaller: 1) hypotermal 300–500 °C; 2) mesotermal 200–300 °C; 3) epitermal 50–200 °C.

Hydrotermal mineraldannelse kan iblant observeres der varme kilder kommer til overflaten, for eksempel ved de praktfulle Mammoth Hot Springs i Yellowstone National Park i USA.

Mange av de naturlige hydrotermale prosessene er etterlignet i laboratoriet og utviklet videre til tekniske prosesser, kjent som hydrotermal syntese eller hydrotermal krystallisasjon. Ved fremstilling av store enkeltkrystaller av kvarts, SiO2, anvendes en høytrykksmetode med superkritisk vann ved et trykk på 790 atm og en temperatur på ca. 400 °C. Råmaterialet, ren kvarts i små stykker, befinner seg i bunnen av en langstrakt stående autoklav som inneholder ca. 1 molar lutløsning. En eller flere startkrystaller av kvarts henger over i et område hvor temperaturen holdes ca. 50 °C lavere. Fordi løseligheten avtar ved fallende temperatur, vil kvarts som løses ut i bunnen etter hvert felles ut på startkrystallene. Temperaturforskjellen sørger for indre strømning og transport i autoklaven. For å oppnå perfekte, store krystaller, må utfellingen skje svært langsomt. Produksjon av en krystall på et halvt kilo kan ta 2–3 måneder.

Hydrotermal syntese omfatter også produksjon av en rekke høyrene oksider der det først utfelles mikrokrystallitter, gjerne mindre enn 10 mm i diameter. Eksempler er SiO2 til elektronisk utstyr og kromdioksid, CrO2, som særlig har vært brukt til magnetbånd for informasjonslagring. Et annet viktig produkt er zeolitter, spesielle krystaller av aluminosilikater som anvendes til katalysatorer og til selektiv adsorpsjon av komponenter (molekylsiler).

Flere av de industrielle prosessene utnytter de spesielle egenskapene til superkritisk vann, dvs. vann nær eller over det kritiske punkt, som for vann er 374 °C og 225 atm. Vann i superkritisk tilstand kan ikke lenger identifiseres som damp eller væske, men har egenskaper som minner om begge faser. Eksempelvis er densiteten helt avhengig av trykket, slik den er for en gass, og den kan ved høye trykk bli vesentlig høyere enn for vann. Løsemiddelegenskapene ligner vannets, men da de er sterkt avhengig av trykk og temperatur, kan man styre oppløsning og utfelling ved relativt små endringer i disse parametrene. Superkritisk vann har lav viskositet og høy diffusivitet, omtrent som for gasser. Oppløsningshastighet og evne til å trenge inn i små sprekker og hulrom i et materiale er derfor svært god.

Denne teknologien omfatter vannkjemisk behandling av metallførende mineraler ved høyt trykk og temperatur. De verdifulle komponentene ekstraheres selektivt over i vannfasen og kan deretter utvinnes i ren form. I bayerprosessen for produksjon av aluminiumoksid, er et av trinnene behandling av bauxitt med konsentrert natronlutløsning i autoklaver ved 160–170 °C. Derved løses aluminium ut som natriumaluminat mens uoppløst jern og silisium kan filtreres fra. Hovedreaksjonene er

Al(OH)3 + NaOH→NaAl(OH)4 (aq)

Eller

AlO(OH) + NaOH + H2O→NaAl(OH)4 (aq)

Våtforbrenning er en reaksjon mellom oksygen og suspendert eller løst organisk materiale i en vannfase. Typiske betingelser er temperaturer mellom 150 og 325 °C og trykk fra 20 til 200 atm. Prosessen er i prinsippet nokså lik vanlig forbrenning, men den er vanskeligere å initiere (tenne). Når innholdet av organisk materiale er ca. 0,5 %, er våtforbrenningen selvforsynt med varme; ved høyere konsentrasjoner kan energi hentes ut i varmevekslere. Våtforbrenning er tatt i bruk til destruksjon av mange forskjellige typer organisk problemavfall.

Foreslå endringer i tekst

Foreslå bilder til artikkelen

Kommentarer

Har du spørsmål til artikkelen? Skriv her, så får du svar fra fagansvarlig eller redaktør.

Du må være logget inn for å kommentere.