Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

Twee-weg Valorisatie van hoogovenslakken: Synthese van neergeslagen calciumcarbonaat en Zeolitische Heavy Metal Adsorbent

Published: February 21, 2017 doi: 10.3791/55062
Automatic Translation
1, 2, 3, 4
1Department of Offshore, Process and Energy Engineering, Cranfield University, 2School of Applied Chemical and Environmental Sciences, Sheridan College Institute of Technology and Advanced Learning, 3School of Engineering, University of Guelph, 4Carbon Systems Engineering, Centre for Combustion, Carbon Capture and Storage, Cranfield University

Introduction

Het indirecte carbonatatie van industriële residuen die rijk zijn aan alkalimetalen is op grote schaal onderzocht in het kader van afvang en opslag (CCS) technologie 1, 2, 3, 4. Sommige hoeveelheid CO 2 kan efficiënt worden opgeslagen, permanent en op een wijze die goedaardig naar de atmosfeer. Hoewel waardevolle materialen worden gevormd, is er een deel van de techniek die onvoldoende blijft onderzocht. In de indirecte carbonatatieproces wordt calcium selectief geëxtraheerd uit het materiaal vervolgens onder gecontroleerde omstandigheden carbonatatie onderworpen. Echter, het afval valorisatie proces genereert vaste resten uit het materiaal; deze residuen niet verder worden verwerkt of benut nadat de calcium extractie. Verwerking routes die de productie van dergelijke resten te verminderen of zelfs te elimineren die moet worden gevonden. dezeDaartoe Onlangs is er een poging om een ​​werkwijze te ontwikkelen en te optimaliseren waarbij bij hoogovens (BF) slak als uitgangsmateriaal, een zero-waste minerale sekwestratie van koolstof, vergezeld van de vorming van nuttige mineralen, kan zijn bereikte 5, 6.

Verschillende afvalstoffen worden gekwalificeerd als efficiënt reactanten voor CO 2 mineralisatie. Onder hen, ijzer- en staal-making slakken presenteren aanzienlijk hoger experimentele CO 2 opnamen te zijn dan elk ander industrieel afval 4. De aantrekkelijkheid van BF slakken voor de valorisatie van afval ligt in de kwaliteiten (chemische, minerale, en morfologische eigenschappen) en de mogelijke toepassingen van het materiaal 5. Het is een bijproduct van het ijzer vormingsproces, waarbij onzuiverheden uit ijzererts worden verwijderd in een pyrometallurgische werkwijze. Gebaseerd op de manier waarop het wordt afgekoeld na de scheiding van de molten ijzer, vier verschillende soorten slakken worden gegenereerd: (i) luchtgekoelde (dwz kristallijn), (ii) gegranuleerd (dwz verglaasde), (iii) geëxpandeerd (dwz geschuimde), en (iv) gepelletiseerd.

Hoewel de productie van neergeslagen calciumcarbonaat (PCC) met de indirecte carbonatatie van BF slakken is een proces dat heeft veel aandacht 7, 8 aantrekken de hydrothermische omzetting van slakken voor de productie van zeoliet mineralen een technologie die is onderzocht en alleen de laatste jaren ontwikkeld 9, 10, 11. In geen van de gevallen is het beschouwd als een techniek die kan worden gebruikt in combinatie met de indirecte carbonatatie van BF slakken om de symbiotische vorming van PCC en zeolieten bereiken. Naar aanleiding van de twee-weg valorisatie proces hierin beschreven, deze twee techniekenzijn gekoppeld met de opslag voldoende CO 2 doen terwijl ook verkregen zeolitische mineralen en elimineren van eventuele vaste resten. Volgens deze werkwijze wordt CO 2 opgeslagen in het calcium dat vanaf slak via een minerale carbonatatie reactiemengsel 5 werd gewonnen door uitlogen met zuur. Om de geschikte PCC producteigenschappen voor toepassingen in papierfabricage (mineralogie, deeltjesgrootteverdeling en deeltjesmorfologie) te bereiken, het percolaat van de extractie eerst fysico-chemisch gezuiverd 6. Tegelijkertijd worden zeoliet mineralen gevormd in een bijtende oplossing via de hydrothermische conversie van de vaste afvallen, verkregen uit de calcium extractie 5.

Zeoliet een aluminosilicaat mineralen. Het komt van nature, maar het kan ook worden industrieel op grote schaal. Talrijke unieke zeoliet kaders zijn geïdentificeerd, waardoor verschillende APPLICaties voor de materialen. Zo kunnen deze worden gebruikt als katalysatoren bij een aantal industriële sectoren 12, 13; ze worden gevonden in schoonmaakmiddelen en bouwmaterialen als additieven in asfalt, beton 14, 15, en Portland cement 16, 17; en ze hebben ook toepassingen in de medische 18, 19, 20 en landbouw 21, 22, 23 domeinen. Verder, vanwege hun grote specifieke oppervlakken en hun kation uitwisselingscapaciteit, zeolieten kan ook worden gebruikt als absorptiemiddelen 24, 25, 26, 27. Deze specifieke sorptiemiddelen kunnen ook worden gebruikt to rechtstreeks behandelen heavy metal beladen stromen, zoals afvalwater of verontreinigd grondwater 28, 29, 30, 31. In deze studie, het zeolitische materiaal dat met BF slakken via de bidirectionele valorisatie proces voor het eerst getest als een adsorbens voor een zwaar metaal, namelijk nikkel.

Voor de voorgestelde symbiotische proces dient extractiemiddel beminnelijk zowel de PCC en zeoliet vorming worden gebruikt. Zo is de keuze van een geschikt extractiemiddel kritisch. Onder de verschillende uitloging middelen toegepast in eerder onderzoek zowel indirecte carbonatatie 7, 8 en hydrothermische omzetting 10, 11 van BF slakken, azijnzuur werd geselecteerd als de meest veelbelovende. Zoutzuur 10 vertoont nadelige effecten op zowel de gENERATIE van PCC en de uitloging selectiviteit, waardoor aanzienlijke verliezen in de hoeveelheden Si en Al in het percolaat oplossing. Aan de andere kant, is mierenzuur 11 bleken efficiënt te zijn, omdat het erin slaagt om Ca en Mg efficiënt te verwijderen uit de slakken, terwijl de presentatie opmerkelijk uitloging selectiviteit, waardoor zowel de Si en de Al ongestoord. Maar toch een lagere zuurconstante dan azijnzuur 33, wat suggereert dat de precipitatie van calciumcarbonaat gemakkelijker worden bereikt moet na de toepassing van oplossingen acetaat als extractiemiddel. Ook is gebleken dat, in sommige gevallen, zoals bij het gebruik van succinaten 34 en 35 oxalaten, non-carbonaat neerslaat vorm in plaats van PCC. Eloneva et al. 36 ten opzichte van zestien extractiemiddelen voor calcium verwijdering uit de staalproductie slakken en vond azijnzuur de meest efficiënte zijn (bestprestaties tussen 0,5 M en 2 M extractiemiddel concentraties) en succesvolste (hoogste calcium herstel bij ~ 100%).

Het volgende protocol beschrijft in detail de lab-schaal experimentele proces dat leidt tot de vorming van hoogzuiver PCC en een zeolitisch materiaal met potentiële toepassingen als papier vulstoffen en heavy metal sorptiemiddelen, respectievelijk. BF slakken is het uitgangsmateriaal. De testprocedures toegepast voor de beoordeling van de gesynthetiseerde zeoliet materiaal als een adequate heavy metal sorbent worden ook geschetst.

Protocol

1. Calcium Winning in hoogovenslakken

OPMERKING: Door het schadelijke effect van zuur op uitloging selectiviteit, de extractie van calcium vindt plaats in twee stappen, met behulp halve molariteit azijnzuur (CH3COOH) die zullen worden gebruikt in een enkele stap.

  1. Maal de BF slak met een mortier en stamper en zeef aan deeltjesgrootte dan 2 mm.
  2. Unseal een autoclaaf reactor die is uitgerust met een dual-impeller roerder, een verwarmings / koelmantel, een manometer en een thermokoppel. Zorg ervoor dat de binnenkant van het reactorvat en de componenten uitsteken van de reactorkop (roeras, waaier en thermokoppel goed, dat werkt als een schot) schoon en vrij van onzuiverheden die kunnen interfereren met de calcium extractieproces. Als ze niet, was ze dan grondig.
  3. Weeg 100 g van het gezeefde BF slakken (<2 mm) en plaats deze in het vat. Voeg 731 ml CH3COOH (2 M) in tHij vat en sluit het. Zorg ervoor dat de afgedichte reactor goed is bevestigd aan haar steun.
  4. Plaats de verwarmingsmantel op de juiste plaats, dat voordien bijna totale houder. Stel de verwarmingstemperatuur bij 30 ° C en begint het mengen van de suspensie bij 1000 tpm. Wacht tot de temperatuur in het inwendige van de reactor het instelpunt (ongeveer 15 min) bereikt, en laat de suspensie te mengen in de genoemde voorwaarden voor 60 min.
  5. Zodra de zure extractie verstreken is, verwijder de verwarmingsmantel ontsluiten de reactor en giet de slurry uit de reactor in een beker. Een aftapklep kan ook worden gebruikt, maar de grove vaste stoffen de doorgang blokkeert.
  6. Vacuüm-filter de slurry om het percolaat oplossing uit de resterende vaste stoffen te scheiden; Gebruik filtreerpapier met poriëngrootte van 8 micrometer of minder. Verwerk de vaste stoffen onmiddellijk (natte koek), of laat ze drogen bij omgevingstemperatuur verwerking op een later tijdstip.
    NB: Het percolaat kan worden opgeslagen eent omgevingstemperatuur, maar bij voorkeur verder verwerkt (gezuiverd en koolzuurhoudende) kort daarna de ongecontroleerde precipitatie van opgeloste stoffen voorkomen.
  7. Was zowel de reactor hoofd en het schip met DI-water om ervoor te zorgen dat er geen resten van het zuur of de slak wordt achtergelaten.
  8. Plaats de droge, vaste residu van de eerste Ca extractiestap in het vat en voeg 731 ml CH3COOH (2 M). Herhaal deze procedure (stap 1,5) om de vaste stoffen te mengen met het zuur (bij 30 ° C en 1000 rpm gedurende 60 min).
  9. Aan het einde van de tweede extractiestap, plaatst de post-extractie slurrie in centrifugebuizen. Met grote capaciteit buizen (bijvoorbeeld 50 ml of meer) en volg centrifugatie standaard werkwijzen, zoals gelijke gewicht aan elke buis.
    1. Scheid de vaste stoffen van het percolaat door centrifugeren van de suspensie bij 2500 xg gedurende minimaal 10 min. Giet langzaam de bovenstaande vloeistof in een nieuwe fles terwijl het keEping de vaste stoffen in de buizen.
      OPMERKING: De scheiding van de vaste stoffen (zwevend silica en achtergebleven BF slakken) vanaf het calciumacetaat vloeistoffase wordt aldus verkregen.
  10. Herstellen van de vaste residu als gevolg van de tweede extractiestap van de buizen en opnieuw op te schorten ze in DI water. Voer een nieuwe ronde van centrifugeren om resterende oplosbare acetaten te verwijderen. Herstel de gewassen vaste stoffen en laat ze drogen onder omgevingsomstandigheden.
  11. Combineer de oplossingen van zowel de eerste extractie filtratie (filtraat) en de tweede extractie centrifugatie (supernatant) op de post-extractie percolaat verkrijgen.

2. Fysisch-chemische zuivering van de Post-extractie Percolaat

OPMERKING: Ondanks de scheiding van vaste stoffen uit het percolaat oplossing (stap 1,9), de verkregen supernatant bevat nog oplosbaar of colloïdaal verontreinigingen. De belangrijkste van deze verontreinigingen zijn silica, magnesium en aluminium.Volgens de eerder gepubliceerde werk 32, silica oplosbaarheid in zuiver water is evenredig met de temperatuur van de oplossing (dat wil zeggen door verlaging van de temperatuur van zuiver water, de oplosbaarheid van silica ook afneemt). Hoewel het percolaat oplossing niet zuiver water, is gevonden dat het onderwerpen van de supernatant van de vaste stof-vloeistofscheiding van de post-extractie slurry afkoelen ertoe leidt dat verdere silica verwijdering (ten opzichte van centrifugatie alleen) 2. Anderzijds, magnesium en aluminium verontreinigingen aanwezig zijn in de supernatant in de vorm van acetaten. Om de oplosbaarheid aanzienlijk te verminderen, moeten ze worden omgezet in onoplosbare metaalhydroxiden op pH 2.

  1. Voeg geconcentreerde NaOH-oplossing (50% w / w) aan het supernatant, zodanig dat de uiteindelijke concentratie van NaOH in het supernatant 1,25 M; dit zal de pH toenemen tot ongeveer 8,4, waardoor het omzetten van de magnesium en aluminium acetates hun aanzienlijk minder oplosbare vorm van hydroxiden. Voeg de caustische oplossing langzaam onder roeren en meten van de pH.
  2. Plaats de NaOH-verrijkte supernatant in de koelkast en koel het af tot 1 ° C tot de extra precipitatie van silica te veroorzaken.
  3. Eenmaal afgekoeld, vacuüm filtreer de oplossing filterpapier met een poriegrootte van 0,45 urn. De micro-filtratie van de oplossing resulteert in de verdere verwijdering van silicium en de geprecipiteerde onzuiverheden van magnesium en aluminium.

3. Carbonatatie van het gezuiverde percolaat

LET OP: Als gevolg van de regeneratie van azijnzuur op koolzuur, wordt NaOH gebruikt als additief aan de zuurgraad, die calcium neerslag remt bufferen. Voor de bereiding van een zuiverder PCC dienen NaOH worden gebruikt in een sub-equimolaire concentratie ten opzichte van die van de CH3COOH gebruikt in de extractiestap (2 M).

  1. Giet de gezuiverde percolaat in de autoclaaf reacteur. Controleer zowel het vat en dop componenten om te controleren of ze schoon zijn van residu van eerdere toepassingen in om onzuiverheden te interfereren met de carbonatatie reacties te vermijden. Voeg geconcentreerd NaOH (50% w / w) aan het vat, zodanig dat de uiteindelijke NaOH-concentratie in het gezuiverde percolaat oplossing 1,7 M, om de geregenereerde CH3COOH neutraliseren tijdens carbonatatie. Sluit de reactor en zorgvuldig vast aan zijn steun.
  2. Plaats de verwarmingsmantel van de reactor in de juiste positie. Stel de verwarmingstemperatuur bij 30 ° C en begint het mengen van de suspensie bij 1000 tpm. Wacht tot het inwendige van de reactor de gewenste temperatuur (ongeveer 15 min) bereikt. Start de carbonatatie van het mengsel door de invoering van de reactor CO2 van hoge zuiverheid (99,5%) bij 2 bar; looptijd van 60 min.
  3. Bij de voltooiing van carbonatatie, verwijder de verwarmingsmantel drukloos en ontsluiten van de reactor en giet de gecarbonateerde suspensie in een beker.
    NOTITIE:Een aftapklep kan ook worden gebruikt na depressurisatie, aangezien de vaste stoffen zijn prima.
  4. Vacuüm-filter de verkregen suspensie om het vaste neerslag uit de oplossing te scheiden; Gebruik filtreerpapier met een poriëngrootte van 8 micrometer of minder. Spoel de filterkoek grondig met DI water onder vacuüm oplosbare natrium te verwijderen.
    OPMERKING: De duidelijke vermindering van de geleidbaarheid van het filtraat spoelen kan worden gebruikt voor het spoelen eindpunt bevestigen.
  5. Oven Droog de vaste stof bij 105 ° C gedurende 24 uur om de PCC te halen.

4. hydrothermale Omzetting van de Extraction vaste residuen

LET OP: Voor hydrothermale conversie, werden-calcium uitgeput resterende vaste stoffen uit de hoogovenslakken azijnzuur extractie gebruikt. Na elke extractie run (inclusief beide stappen), minder dan 50 gew% van het oorspronkelijk gewicht kan worden hersteld (door calcium extractie en gedeeltelijk verlies van colloïdaal silica in filtratie en afhankelijk van het filterpapier porosity gebruikt). Aldus meerdere batches extractie nodig om de massa van vaste stoffen die in de hydrothermische omzettingsstap genereren.

  1. Plaats 60 g van het droge, vaste resten van het calcium extractie in een schone autoclaaf reactor. Voeg 300 ml 2 M NaOH oplossing. Sluit de reactor en zet deze op zijn steun.
  2. Plaats de verwarmingsmantel van de reactor in de juiste positie. Stel de verwarmingstemperatuur 150 ° C en begint het mengen van de suspensie bij 300 rpm. Wacht ongeveer 45-50 min, totdat het inwendige van de reactor de gewenste temperatuur bereikt. Laat de suspensie te mengen in de genoemde omstandigheden gedurende 24 uur.
  3. Na voltooiing van de hydrothermische conversie, verwijder de verwarmingsmantel en laat de reactor afkoelen 60 min tot ongeveer 35 ° C. Koelcircuit de reactormantel kan ook worden gebruikt om koelsnelheid.
    1. Unseal de reactor en giet de geconverteerde slurry in een beker.
    Vacuüm-filter de suspensie om de geconverteerde vaste stof uit de oplossing te scheiden; Gebruik filtreerpapier met een poriëngrootte van 8 micrometer of minder. Spoel de vaste stoffen grondig met DI water onder vacuüm om het overtollige bijtende verwijderen.
    OPMERKING: De duidelijke vermindering geleidbaarheid van het filtraat spoelen kan worden gebruikt voor het spoelen eindpunt bevestigen.
  4. Ovendroge het gefilterde materiaal bij 105 ° C gedurende 24 uur om de hydrothermaal omgezet materiaal te verkrijgen.
  5. Splitsen van het korrelvormige materiaal met een mortier en stamper en zeef het resulterende materiaal tot een deeltjesgrootte <0,85 mm.

5. Heavy Metal Adsorptie Proeven met de Zeolitische Product

OPMERKING: Ni2 + is geselecteerd als zwaar metaal voor onderzoek. Verontreinigde oplossingen met verschillende initiële concentraties zware metalen werden gesynthetiseerd. Initial de concentraties zware metalen van 2-200 mg / l werden gekozen als geschikt is voor de behoeften van de huidige studie.

  1. De verontreinigde oplossingen voor evenwichtsexperimenten bereiden met een zachte-pipet om een geschikte hoeveelheid van 1000 mg / l analytische kwaliteit standaardoplossing van Ni2 + toe te voegen aan 1 liter ultrazuiver water in een volumetrische kolf oplossingen produceren de gewenste Ni2 + concentraties (2 mg / l, 10 mg / l, 20 mg / l, 100 mg / l en 200 mg / l).
  2. In afgedekt plastic flessen, dispergeren 1 g van het hydrothermisch omgezet materiaal afkomstig uit stap 4.6 in 100 ml van elk synthetisch bereide verontreinigde oplossing.
  3. Voeg geconcentreerd NaOH (2 M in eerste en 0,5 M dichter bij het eindpunt) druppelsgewijs toegevoegd om de pH van de oplossing aan te passen tot 4-5. Continu roeren de oplossing bij een lage snelheid met een magnetische roerstaaf op een roerplaat. Controleer de pH tijdens het toevoegen van NaOH van een pH-elektrode in de oplossing ondergedompeld.
  4. Plaats de flessen in een shaker incubator en schud ze bij 160 rpm en 20 ° C gedurende 24 uur.
  5. Na mengen, voeg geconcentreerd HCl (2 M eerst en 0,2 M dichter bij het eindpunt) druppelsgewijs aan de oplossing om de pH passen tot 4-5. Tijdens het instellen continu roeren de oplossing bij een lage snelheid met een magnetische roerstaaf op een roerplaat. Controleer de pH continu tijdens het toevoegen van de HCl van een pH-elektrode in de oplossing ondergedompeld.
  6. Plaats de slurry in centrifugebuizen. Scheid de vaste stof uit de oplossing met behulp van een laboratorium centrifuge bij 2500 xg gedurende 5 minuten. Giet de bovenstaande vloeistof over in een nieuwe fles terwijl de vaste stoffen in de centrifugebuis.
  7. Zuur de oplossing met HNO 3 (2 gew% salpeterzuur zuurconcentratie) om de pH op <2 verminderen.
    Opmerking: Deze stap wordt uitgevoerd om te waarborgen dat de ionen in oplossing blijven tijdens opslag (bij omgevingstemperatuur) voorafgaand aan verdere bewerking en analyse.
  8. Bepaal de evenwichtsconcentratie van de onderzochte zware metalen in de supernatant met behulp van ICP-OES.
    OPMERKING: Oplossingen worden verdund met eenfactor 10-100x gebruik 2 gew% HNO 3 verdunningsmiddel, zodat de verwachte concentratie binnen het lineaire bereik van de kalibratie (0-2 mg / l). Yttrium, bij 2 mg / l, wordt toegevoegd aan elk verdund monster als interne standaard. De ICP-OES instrument wordt gebruikt op basis van aanbevelingen van de fabrikant voor de analyse van metalen in afvalwater 37. Alternatieve technieken voor het bepalen van nikkelconcentratie in oplossing, zoals ICP-MS en AAS, zijn ook geschikt voor deze stap.
  9. Bereken de hoeveelheid zware metalen geadsorbeerd per g adsorptiemiddel bij evenwicht (q e) met de volgende formule:
    Vergelijking
    waarin C o is de beginconcentratie (pmol / ml) van zware metaalionen in de oplossing, C e de evenwichtsconcentratie van de zware metaalionen in de oplossing (pmol / ml), V de volume van de verontreinigde oplossing (ml), en m de massa van de droge adsorptiemiddel (g).

Representative Results

Om het carbonaat neerslaat op zuiverheid en de opbrengst te testen, kan een aantal instrumentele technieken worden toegepast. De elementaire samenstelling (met inbegrip van belangrijke en minder belangrijke bestanddelen) kan worden bepaald door inductief gekoppelde plasma-atomaire emissie spectroscopie (ICP-OES) door inductief gekoppeld plasma massaspectrometrie (ICP-MS) of atomaire absorptiespectroscopie (AAS) na zure digestie (in HCl), of X-stralen fluorescentie spectroscopie (XRF) met het monster in poeder- of pelletvorm. XRF minder gevoelig voor kleine componenten (<1 gew%). Meer details en voorbeelden zijn te vinden in De Crom et al. 6 Deze resultaten zullen laten zien als ongewenste verontreinigingen aanwezig zijn en zal helpen bij het bepalen, door de massabalans, de efficiëntie van het omzetten van het calciumgehalte van de oorspronkelijke slakken in PCC. De minerale samenstelling wordt het best bepaald door röntgen poeder diffractie (XRD). De resulterende diffractogram biedt kwalitatieveinformatie over de aanwezigheid van kristallijne minerale fasen. Kwantificering van de relatieve hoeveelheden wordt gemaakt door Rietveld verfijning techniek (met een nauwkeurigheid van ongeveer ± 2-3 gew%). Meer details en voorbeelden zijn te vinden in Santos et al. 38 Deze resultaten zullen nagaan of de procescondities of onzuiverheden beïnvloeden de kristallisatiewerkwijze genereren van extra ongewenste fasen naast calciet (CaCO 3). Deeltjesgrootteverdeling (PSD) en de gemiddelde deeltjesdiameter worden het best bepaald door natte (DI water) laser diffractie. Meer details en voorbeelden zijn te vinden in De Crom et al. 6 De resultaten worden gebruikt om te beoordelen of de PCC aan de eisen van de beoogde toepassing (bijv papierfabricage), die gewoonlijk een hogere cut-off grootte en een overspanning van distributie specificeren.

De elementaire samenstelling van de post-extractie percolaat en post-koolzuurproducten, alsmede de XRD patroon en volumegebaseerde PSD van de post-carbonatatie precipitaten, zijn weergegeven in figuren 1 en 2. ICP-MS werd toegepast om het gehalte (gew%) van bepaalde metalen (Ca, Mg, Al en Si) in de samenstelling van het percolaat na de Ca extractiestap en vóór de carbonisering te meten. Het gebruik van analytische kwaliteit azijnzuur (2 M) als het uitloogmiddel tot een Ca winning van ongeveer 90% (figuur 1a). Volgens de resultaten, werd een nog grotere extractie-efficiëntie gedetecteerd magnesium (bijna 100%), andere metalen die efficiënt kunnen worden gecarboniseerd maar onder intensieve omstandigheden.

Het gedrag van silica en aluminium tijdens de extractiestap werd eveneens onderzocht. Succesvol produceren aluminosilicaat zeoliet gebaseerde mineralen met hydrothermische conversie, maar ook om verontreiniging van het gesynthetiseerde PCC met unde voorkomengewenste elementen, zowel silica en aluminium moeten de vaste fase tijdens het extractieproces blijft. Volgens de resultaten, azijnzuur vertoonde een bevredigende beperkte uitloging van silica en aluminium, met bijna 92% silica en 62% van de resterende niet beïnvloed tijdens het loogproces (figuur 1b) aluminium.

Het carboneren van het gezuiverde percolaat oplossing resulteerde in de productie van PCC met gewenste karakteristieken, zoals weergegeven in figuur 2. Op basis van de XRD diagram (figuur 2b), de minerale fase die voornamelijk werd gesynthetiseerd was die van calciet (88,2 gew%), terwijl kleine hoeveelheden nesquehonite (Mg (HCO 3) (OH) · 2H 2 O; 3,2 gew%) en magnesiumhoudend calciet (Ca 1-0,85 Mg 0-0,15 CO 3; 2,8 gew%) waren ook aanwezig. Uit de PSD analyse van het materiaal (figuur 2c), werd het duidelijk dat de gemiddelde deeltjes size was klein en de deeltjesgrootteverdeling was smal.

Parallel met koolzuur, werden de vaste residuen van de extractie onderworpen aan hydrothermische conversie. Karakterisering van het hydrothermisch omgezet materiaal, de productie van de zeoliet mineralen verifiëren en de morfologie beoordelen, werd als volgt uitgevoerd. De elementsamenstelling wordt het gemakkelijkst verkregen door XRF. Trace-element bepaling vereist zuur spijsvertering, gevolgd door ICP-OES, ICP-MS, of AAS, met behulp van sequentiële zuur ontbinding uitgevoerd spijsvertering (HNO 3 -HF of HNO 3 -HClO 4 -HF) aan de silica fase op te lossen. Hoewel er geen specifieke elementsamenstelling gericht op het omgezette materiaal helpt deze analyse duidelijk de minerale samenstelling bepaald met XRD. XRD analyse, om minerale samenstelling, de PSD te bepalen en de gemiddelde deeltjesdiameter werden op dezelfde wijze bepaald carbonaat neerslaat, eens voornoemde. Specifiek oppervlak, porievolume en gemiddelde poriediameter werden bepaald door middel van stikstofadsorptie, met de isothermen geïnterpreteerd volgens de Brunauer-Emmett-Teller (BET) multi-point theorie. De monsters moet aanvankelijk worden ontgast onder vacuüm bij 350 ° C gedurende 4 uur. Meer details en voorbeelden zijn te vinden in Chiang et al. 5

Ca, Mg, Al en Si-gehalte in het hydrothermisch omgezet materiaal, bepaald met ICP-OES techniek wordt getoond in figuur 3a, dat de mineralogische samenstelling, bepaald door XRD patronen wordt getoond in figuur 3b. De gemiddelde deeltjesgrootte en grootteverdeling verkregen uit de PSD analyse wordt getoond in figuur 3c. Het resulterende materiaal wordt mineralogisch gekenmerkt door de aanwezigheid van twee hoofdfasen: analciem (NaAlSi 2 O 6 ∙ H 2 O) en tobermoriet (Ca5 (OH) 2 Si 6 O 16 ∙ 4 H 2 O). De aanwezigheid daarvan in het geconverteerde extractie residuen rechtvaardigt de opmerkelijke calciumgehalte (22,5 gew%) dat werd gedetecteerd in de chemische samenstelling van het materiaal, zoals werd geanalyseerd met XRF. Silica (37,2 gew%) en aluminium (11,2 gew%) waren de andere primaire elementen, terwijl magnesium aanwezig is in hoeveelheden van ongeveer 4 gew%. Op basis van de PSD-analyse, het volume moment (De Brouckere) gemiddelde deeltjesdiameter (D [4,3]) van de geconverteerde materialen was 86,6 pm, terwijl de grootteverdeling varieerde van 0,594 pm tot 1,11 mm. Stikstofadsorptie-analyse bevestigde de vorming van mesoporeuze materialen (46,0 nm gemiddelde poriediameter), met het specifiek oppervlak en poriënvolume van het hydrothermisch omgezet materiaal, respectievelijk het verhogen van 4,89 m 2 / g tot 95,23 m 2 / g en van 0,014 mL / g tot 0,610 ml / g over de oorspronkelijke slakken.

r.within-page = "1"> Het evenwicht adsorptie-isothermen van Ni2 + op het hydrothermisch omgezet materiaal vóór en na de pH van de geëquilibreerde adsorbens adsorbaat-oplossing, en het aanbrengen van de experimentele gegevens aan de gelineariseerde Langmuir, Freundlich en Temkin adsorptiemodellen zijn weergegeven in figuur 4.

De Langmuir model is gebaseerd op een aantal redelijke veronderstellingen dat de chemisorptie proces te karakteriseren. Volgens hen, het oppervlak van het adsorbens biedt slechts een vast aantal adsorptieplaatsen met identieke vormen en maten, gekenmerkt door identieke adsorptiecapaciteit. Het geadsorbeerde materiaal vormt slechts een laag (dikte van één molecuul) op het oppervlak van het adsorbens en de temperatuur constant. Wiskundig wordt de Langmuir model uitgedrukt door de volgende vergelijking:

/files/ftp_upload/55062/55062eq2.jpg "/>

waarin C e de evenwichtsconcentratie adsorbaat in oplossing (pmol / 100 ml), q e de hoeveelheid metaal geadsorbeerd per gram adsorptiemiddel bij evenwicht (umol / g), D m is de theoretisch maximale monolaagbedekking capaciteit van het adsorptiemiddel (umol / g), en k de Langmuir isotherm constant (100 ml / umol).

De Freundlich isotherm wordt niet beperkt door de in de Langmuir model aannames. In plaats daarvan wordt de fysische adsorptie proces te adsorbentia kunnen worden toegepast heterogene oppervlakken. De adsorptie locaties, verspreid over het oppervlak van het adsorbens, worden gekenmerkt door verschillende affiniteiten voor het adsorbaat, terwijl het geadsorbeerde materiaal vormt meer dan een laag op het oppervlak van het adsorbens. de Freundlichmodel wordt wiskundig uitgedrukt als:

Vergelijking

waarbij K f en n Freundlich isotherm constanten, overeenkomend met adsorptiecapaciteit en adsorptie intensiteit resp.

Tenslotte de Temkin model veronderstelt dat de adsorptiewarmte van alle moleculen van de laag lineair afneemt dekking door het adsorbens adsorbaat-interacties, terwijl de bindingsenergieën gelijkmatig verdeeld. De Temkin model wordt uitgedrukt door de volgende vergelijking:

Vergelijking

waarbij R de universele gasconstante (8,314 J / mol / K), T the (K), is de variatie AQ adsorptie energie ((J / mol) ∙ (g / umol)) en K 0 is de Temkin isotherm evenwicht bindingsconstante (100 ml / umol).

De waarden van de coëfficiënten van de toegepaste modellen werden berekend op basis van de adsorptie-isothermen uitgezet (figuur 4a) en de lineaire vormen van de Langmuir, Freundlich en Temkin vergelijkingen (figuur 4b-4d). De coëfficiëntwaarden, samen met de lineaire vergelijkingen, worden in Tabel 1. Tenslotte vergelijkingen tussen de experimentele gegevens en de theoretische adsorptie-isothermen van Ni2 + op het geactiveerde materiaal voor de drie verschillende adsorptiemodellen zijn weergegeven in figuur 5. Gebaseerd op de contour van de grafieken en de dichte nabijheid van de experimentele resultaten aan de theoretische isotherm curves, is vastgesteld dat de nieuw temed sorberende materiaal effectief kan worden gebruikt als een Ni2 + adsorbens.

Door vergelijking van de gemonteerde resultaten weergegeven in figuur 5a en 5b, en de regressiecoëfficiënten (R 2) voor de Langmuir en Freundlich modellen (tabel 1), blijkt dat de Langmuir vergelijking is die beter beschrijft de experimentele gegevens. Dit betekent dat de adsorptie van Ni2 + -ionen op het omgezette materiaal een monolaag adsorptie en dat de natuur die van een werkwijze chemisorptie. Om de aard van de onderzochte adsorptie verder analyseren we vervolgens geprobeerd de Temkin model passen bij de experimentele gegevens. Vanuit de in figuur 5c en de hoge R 2 (Tabel 1) grafiek blijkt dat de Temkin model past ook de experimentele gegevens ook. Op basis van de positieve waarde van de variatie vanadsorptie energie (AQ), kan worden geconcludeerd dat de adsorptie exotherm.

Figuur 1
Figuur 1: Azijnzuur extractie. Concentratie van Al, Ca, Mg en Si in het percolaat oplossingen (eerste stap, de tweede stap, en in totaal) als gevolg van de reactie tussen azijnzuur en gemalen, gegranuleerde BF slakken bij 30 ° C, 1000 rpm en 60 minuten. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 2
Figuur 2: calcium carbonaat neerslaat. (A) Samenstelling van het carbonaat precipitaat, uitgedrukt in gewichtspercentage per element, normaliseren d tot 100% van het totaal. (B) XRD diagram van de post-koolzuur neerslag. (C) deeltjesgrootteverdeling van de post-koolzuur neerslag. Overgenomen van De Crom et al. 6 met toestemming van Elsevier (3879261230348). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figuur 3
Figuur 3: hydrothermisch omgezet materiaal. (A) Samenstelling van het hydrothermisch omgezet materiaal, uitgedrukt in gewichtspercentage per element, genormaliseerd op 100% totaal. (B) XRD diagram van het hydrothermisch omgezet materiaal. (C) De gemiddelde deeltjesgrootteverdeling van het hydrothermisch omgezet materiaal..com / files / ftp_upload / 55062 / 55062fig3large.jpg "target =" _ blank "> Klik hier om een ​​grotere versie van deze figuur te bekijken.

figuur 4
Figuur 4: Adsorptie-isothermen. (A) adsorptie isotherm gegevens van Ni2 + op het zeolietmateriaal voor en na pH-aanpassing. (B - d) Montage van de experimentele gegevens aan de gelineariseerde Langmuir, Freundlich en Temkin adsorptie modellen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figuur 5
Figuur 5: Experimentele en gesimuleerde data nabijheid. Vergelijking tussen de experimentele data (exp) en de gesimuleerde adsorptieisothermen (calc) van Ni2 + op het zeolietmateriaal volgens (a) Langmuir, (b) Freundlich, en (c) Temkin modellen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Lineaire vergelijkingen coëfficiënten ongecorrigeerde gecorrigeerd
Langmuir Equation Vergelijking Dm 196,08 196,08
k 0,174 0,0851
R 2 0,997 0,993
freundlich Equation Vergelijking n 2.50 2.13
K f 26.50 17.64
R 2 0.840 0,893
Temkin Equation Vergelijking Δ Q 102,30 93.99
K 0 9.97 3.58
R 2 0,998 0,978

Tabel 1: Adsorptie isotherm parameters voor de Ni2 + adsorptie aan het zeolietmateriaal. Vergelijkingen, en voorzien van parameters, gelineariseerde Langmuir, Freundlich en Temkin adsorptie modellen.

Discussion

Hoewel de indirecte carbonatatie 7, 8 en de hydrothermische conversie 9, 10 van BF slakken op grote schaal onderzocht als afzonderlijke processen, de koppeling voor de symbiotische synthese van PCC en zeoliet mineralen pas onlangs voorgesteld 5, en de werkwijze wordt hierin gepresenteerd detail. De meest kritische stap van het proces is het voldoende (bijna totaal) extractie van Ca en de beperkte uitloging van silica en aluminium uit de BF slak tijdens de extractiefase. De hoge hoeveelheid calcium in het percolaat zorgt voor een hoge mate van PCC synthese na carbonatatie en remt de vorming van grote hoeveelheden ongewenste fasen (bijvoorbeeld tobermoriet, hydrogarnet (Ca 3 Al 2 (SiO 4) 3-y (OH) 4y) ) onder de hydrothermaal producten voor 9. op the anderzijds het behoud van het grootste deel van Si en Al in de post-extractie vaste residuen van instrumenteel belang voor de vorming van zeoliet mineralen.

Hiertoe behoren tot de verschillende extractiemiddelen onderzocht in de literatuur 7, 8, 10, 11, 34, 35, 36, werd azijnzuur als meest geschikt voor het doel van deze studie. De bijzondere extractiemiddel veroorzaakt het vrijkomen van grote hoeveelheden calcium uit de slakken aan de oplossing, en tegelijkertijd het behoud van het grootste deel van Si en Al in de resulterende residuen. Dit bevordert de vorming van parallelle PCC en zeolieten. Het azijnzuur-calciumatoomverhouding molverhouding toegepast in elke extractiestap was 2: 1 (gebaseerd op de massa van slakken, het calciumgehalte van de slakken en the deel azijnzuur oplossing), wat betekent dat de totale verhouding over twee extractiestappen bedroeg 4: 1. Omdat calciumacetaat heeft een acetaat-calciumatoomverhouding verhouding van 2: 1, dubbele stoichiometrische hoeveelheid gebruikt, zoals door Chiang et al noodzakelijk werd gevonden. 5

Om de aanwezigheid van ongewenste verontreinigingen in de gegenereerde PCC beperken, dient het percolaat oplossing onderworpen aan verdere zuivering alvorens koolzuurhoudend; dit is een andere nieuwigheid van het voorgestelde symbiotische proces. In eerdere werk, werd het PCC kwaliteit (chemische zuiverheid, minerale samenstelling, grootte en vorm deeltjes) negatief beïnvloed door verontreinigingen. Voor het gesynthetiseerde PCC te kwalificeren als papieren vulstof moet aan bepaalde criteria worden voldaan. De geproduceerde PCC moet worden gekenmerkt door een hoge chemische zuiverheid (min. 98 gew% Ca), homogene mineralogische structuur, de kleine gemiddelde deeltjesgrootte en nauwe grootteverdeling 6. Zoals gepresenteerd in het representatief resultaats sectie, het voorgestelde proces biedt deze kenmerken. De neergeslagen carbonaat met hoge zuiverheid en een calciumgehalte van 98,1 gew% (Figuur 2a).

De optimalisering van de hydrothermische conversie proces heeft geleid tot de productie van een materiaal met het vermogen om als een zwaar metaal adsorptiemiddel. De optimalisatie werd door de meest geschikte combinatie van temperatuur, concentratie NaOH en reactietijd. Tobermoriet is één van de ongewenste minerale fasen die kunnen vormen; zijn gelaagde kristalstructuur leidt tot minder specifiek oppervlak 39, een eigenschap belangrijk sorbentia, al is gemeld dat tobermoriet kan als sorptiemiddel met een ion-uitwisselingsmechanisme 40. Niettemin, de minerale fase die de omgezette materiaal overheerst in dit onderzoek onder optimale omstandigheden, is die van analciem (figuur 3b). Het is een zeoliet die is gerapporteerd vooreen opmerkelijke heavy metal adsorptiecapaciteit 41, 42 en kan dus worden gebruikt voor de verwijdering van toxische verontreinigingen uit afvalwater, zoals hier getoond.

Het potentiële gebruik van dit materiaal als een sorbens onderzocht nikkel verwijdering uit water. De pH van het synthetisch bereid verontreinigde oplossingen van Ni 2+ werden gecontroleerd op 4-5 tijdens de test, eerste, ontbinding van de stof te voorkomen in de oorspronkelijke zure milieu van de synthetische oplossing, en anderzijds om de pH aan te passen het niveau doorgaans te vinden in heavy metal sanering omstandigheden 43. Drie verschillende isotherm, waarbij te Langmuir, Freundlich en Temkin zijn om de adsorptie processen (figuren 4 en 5) te karakteriseren, de Langmuir model blijkt het meest geschikt wordt toegepast. Opgemerkt wordt dat de Dm waarden attribbijge- aan het zuivere evenwicht adsorbens adsorbaat-oplossingen zijn hoger dan die welke overeenkomen met het evenwicht oplossingen na de aanpassing. Dit wordt verklaard door de stijging van de pH die plaatsvindt tijdens de adsorptie reacties die in oplossing totdat het evenwicht bereikt. Een hogere pH (> 5) veroorzaakt nikkel neerslaat als Ni (OH) 2, volgens geochemische en experimentele studies van Santos et al. 44, die op zijn beurt de Dm waarde opgeblazen. Dit soort heavy metal moeten niet worden verwerkt als de eigenlijke adsorptiecapaciteit van het geteste materiaal. In een poging om dergelijke metingen voorgespannen voorkomen, de pH van de geëquilibreerde adsorbens adsorbaat-oplossing werd bijgesteld tot ~ 5,0 door toevoeging druppels geconcentreerd zoutzuur. De lagere waarden q e (figuur 4a), en bijgevolg de meer conservatieve Ni adsorptie schatting van de pH-oplossing, kunnen dus obtained.

De hier beschreven technieken het potentieel om te worden aangepast aan de exploitatie van andere materialen als bronnen van Ca, Al, Si en voor de synthese van PCC en zeolieten. met uitzondering van hoogovenslakken kunnen zijn staalproductie slakken, bodemassen, mijnbouw en verwerking van mineralen afval, bouw- en sloopafval, natuurlijke mineralen, etc. mogelijke materialen Niet al deze materialen bevatten dezelfde verhoudingen van Ca, Al, en Si als BF slakken (dat is wat BF slakken bijzonder aantrekkelijk), maar toch kan het nog steeds gebruikt om PCC, zeolieten of andere minerale afgeleide producten (bijvoorbeeld aggregaten 45 of pozzolaanmaterialen) via dezelfde verwerkingstechnieken (een combinatie van extractie produceren precipitatie en / of chemische omzetting). Ook moet de zeolietmaterialen geproduceerd BF slakken en andere mineralen worden getest op andere afvalwater en herstel toepassingen, omdat ze waarschijnlijk Adsorption capaciteit voor andere zware metalen zoals Cd, Pb, Zn en 46. Economics (de noodzaak om te betalen voor nieuwe grondstoffen versus het vermijden van de verwijdering vergoedingen voor afvalstoffen, of het financiële rendement op het benutten van de producten voor hoger- of lagere waarde toepassingen) moet een rol spelen bij de identificatie van een geschikte minerale grondstof. Vervanging van ander proces ingangen (azijnzuur, natriumhydroxide en geconcentreerde CO 2) door goedkoper of gemakkelijker realiseerbare alternatieven moet ook worden overwogen om de verwerkingskosten te verbeteren.

Disclosures

We hebben niets te onthullen.

Acknowledgments

Wij erkennen de steun voor het onderzoek van het laboratorium personeel van de Sheridan Chemical and Environmental Laboratories, in het bijzonder Jaspreet Chandla, Nausheen Zehra, Mike Ovas, Erin Sutton, en Daniel Liao. EG is ook dankbaar Associate Deans Terry Davison en Dave Wackerlin voor het hosten van hem Sheridan. De financiële steun van Terry Davison en Dr. Iain McNab, decaan van de faculteit Toegepaste Wetenschappen en Technologie aan Sheridan, wordt ook gewaardeerd. ATS Scientific Inc., Quantachrome Instruments en Malvern Instruments waren hoffelijk in het bijstaan ​​met stikstof adsorptie en deeltjesgrootte analyses.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Acetic acid (CH3COOH) Caledon Laboratories 1000-1-29 Glacial (≥99.7%).
Autoclave reactor Parr 4525-T-HC-M(HC) One liter volume, equipped with dual turbine impeller, baffle and electric heating jacket.
Blast Furnace (BF) slag ArcelorMittal - Granulated BF Slag from Ghent (Belgium); Pelletized BF Slag from Hamilton (Canada).
Carbon dioxide (CO2) Praxair TBC Industrial grade (99.5%).
Centrifugal Mill Retsch ZM100 0.50 mm sieve.
Centrifuge Thermo Electron IEC CL30 To separate solids from liquids.
Ecoclave reactor Büchi Type 3E One liter volume, equipped with turbine impeller, baffle and electric heating jacket.
Filter paper Fisher Scientific P8 (09-795F) Porosity: coarse; flow rate: fast.
Hydrochloric acid (HCl) Caledon Laboratories 6025-1-29 Reagent grade (36.5%-38.0%).
Incubator New Brunswick Scientific I 24 Orbital shaker with temperature control.
Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer (ICP-MS) Thermo Electron X Series To determine the concentration of Al, Ca, Mg and Si in the post-extraction leachates and post-carbonation liquid medium.
Inductively Coupled Plasma Optical Emissions Spectrometer (ICP-OES) PerkinElmer Optima 8300 To determine the concentration of Ni in the post-centrifuged equilibrated adsorbent-adsorbated leachate.
Laser Diffraction Analysis (LDA) Malvern Mastersizer 3000 To measure the average particle size diameter and particle size distribution (PSD) of the solids.
Microbalance Sartorius Quintix224-S1 Four decimals.
Ni standard solution Perkin Elmer N9300136 Concentration of 1,000 mg/1,000 mL.
Nitric acid (HNO3) Caledon Laboratories 7525-1-29 Reagent grade (68.0%-70.0%).
Oven Fisher Scientific Isotemp oven 105°C.
pH meter Fisher Scientific AB15 Calibrated with standard solutions before each set of measurements; temperature corrected to 25 °C.
Sodium hydroxide (NaOH) Caledon Laboratories 7871-6-42 Reagent grade (50% W/W).
X-ray Diffraction (XRD) Rigaku MiniFlex 600 To characterize mineralogical properties of adsorbant solids.
X-ray Fluorescence (XRF) PANalytical Zetium To characterize chemical composition of solids.
Nitrogen Adsorption Quantachrome NOVAtouch  To characterize specific surface area, pore volume and mean pore diameter of solids.

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Stolaroff, J. K., Lowry, G. V., Keith, D. W. Using CaO- and MgO-rich industrial waste streams for carbon sequestration. Energ. Convers. Manage. 46, 687-699 (2004).
  2. Bobicki, E. R., Liu, Q., Xu, Z., Zeng, H. Carbon capture and storage using alkaline industrial wastes. Prog. Energy Combust. Sci. 38, 302-320 (2011).
  3. Sanna, A., Dri, M., Hall, M. R., Maroto-Valer, M. Waste materials for carbon capture and storage by mineralisation (CCSM) - A UK perspective. Appl. Energy. 99, 545-554 (2012).
  4. Bodor, M., Santos, R. M., Van Gerven, T., Vlad, M. Recent developments and perspectives on the treatment of industrial wastes by mineral carbonation - A review. Cent. Eur. J. Eng. 3 (4), 566-584 (2013).
  5. Chiang, Y. W., Santos, R. M., Elsen, J., Meesschaert, B., Martens, J. A., Van Gerven, T. Towards zero-waste mineral carbon sequestration via two-way valorization of ironmaking slag. Chem. Eng. J. 249, 260-269 (2014).
  6. De Crom, K., Chiang, Y. W., Van Gerven, T., Santos, R. M. Purification of slag-derived leachate and selective carbonation for high-quality precipitated calcium carbonate synthesis. Chem. Eng. Res. Des. , 180-190 (2015).
  7. Teir, S., Eloneva, S., Fogelholm, C. -J., Zevenhoven, R. Dissolution of steelmaking slags in acetic acid for precipitated calcium carbonate production. Energy. 32 (4), 528-539 (2007).
  8. Eloneva, S., Teir, S., Salminen, J., Fogelholm, C. -J., Zevenhoven, R. Fixation of CO2 by carbonating calcium derived from blast furnace slag. Energy. 33 (9), 1461-1467 (2008).
  9. Sugano, Y., Sahara, R., Murakami, T., Narushima, T., Iguchi, Y., Ouchi, C. Hydrothermal synthesis of zeolite A using blast furnace slag. ISIJ Int. 45, 937-945 (2005).
  10. Kuwahara, Y., Ohmichi, T., Kamegawa, T., Mori, K., Yamashita, H. A novel conversion process from waste slag: synthesis of a hydrotalcite-like compound and zeolite from blast furnace slag and evaluation of adsorption capacities. J. Mater. Chem. 20, 5052-5062 (2010).
  11. Murakami, T., Sugano, Y., Narushima, T., Iguchi, Y., Ouchi, C. Recovery of calcium from BF slag and synthesis of zeolite A using its residue. ISIJ Int. 51, 901-905 (2011).
  12. Davis, R. J. New perspectives on basic zeolites as catalysts and catalyst supports. J. Catal. 216 (1-2), 396-405 (2003).
  13. Primo, A., Garcia, H. Zeolites as catalysts in oil refining. Chem. Soc. Rev. 43, 7548-7561 (2014).
  14. Vaiana, R., Iuele, T., Gallelli, V. Warm Mix asphalt with synthetic zeolite: A laboratory study on mixes workability. Int. J. Pavement Res. Technol. 6 (5), 562-569 (2013).
  15. Handayani, A. T., Setiaji, B. H., Prabandiyani, S. The Use of Natural Zeolite as an Additive in Warm Mix Asphalt with Polymer Modified Asphalt Binder. Int. J. Eng. Res. Africa. 15, 35-46 (2015).
  16. Jana, D. A new look to an old pozzolan, clinoptilolite - a promising pozzolan in concrete. Proceedings of the 29th ICMA conference on cement microscopy, Quebec City, , Curran Associates Inc. 168-206 (2007).
  17. Valipour, M., Pargar, F., Shekarchi, M., Khani, S. Comparing a natural pozzolan, zeolite, to metakaolin and silica fume in terms of their effect on the durability characteristics of concrete: A laboratory study. Constr. Build. Mater. 41, 879-888 (2013).
  18. Tomasevic-Canovic, M. Purification of natural zeolite-clinoptilolite for medical application-Extraction of lead. J. Serb. Chem. Soc. 70 (11), 1335-1345 (2005).
  19. Andronescu, E., Grigore, F., Tardei, C., Stefan, E. Natural zeolites with medical applications--preliminary preparation and characterization. Rev. Med. Chir. Soc. Med. Nat. Iasi. 110 (1), 236-241 (2006).
  20. Rhee, P., et al. QuikClot use in trauma for hemorrhage control: case series of 103 documented uses. J. Trauma. 64 (4), 1093-1099 (2008).
  21. Mumpton, F. A. Using zeolites in agriculture. Innovative Biological Technologies for Lesser Developed Countries. , Congress of the United States, Office of Technology Assessment. Washington, DC, USA. (1985).
  22. Mumpton, F. A. La roca magica. Uses of natural zeolites in agriculture and industry. Proc. Natl. Acad. Sci. U S A. 96 (7), 3463-3470 (1999).
  23. Ramesh, K., Reddy, D. D., Biswas, A. K., Rao, A. S. Zeolites and Their Potential Uses in Agriculture. Adv. Agron. 113, 215-236 (2011).
  24. Gholikandi, G. B., Baneshi, M. M., Dehghanifard, E., Salehi, S., Yari, A. R. Natural Zeolites Application as Sustainable Adsorbent for Heavy Metals Removal from Drinking Water. Iran. J. Toxicol. 3, 302-310 (2010).
  25. Wang, S., Peng, Y. Natural zeolites as effective adsorbents in water and wastewater treatment. Chem. Eng. J. 156 (1), 11-24 (2010).
  26. Shoumkova, A. Zeolites for water and wastewater treatment: An overview. 2011 Research Bulletin of the Australian Institute of High Energetic Materials. 2, 10-70 (2011).
  27. Chiang, Y. W., Ghyselbrecht, K., Santos, R. M., Meesschaert, B., Martens, J. A. Synthesis of zeolitic-type adsorbent material from municipal solid waste incinerator bottom ash and its application in heavy metal adsorption. Catal. Today. 190 (1), 23-30 (2012).
  28. Shevade, S., Ford, R. G. Use of synthetic zeolites for arsenate removal from pollutant water. Water Res. 38 (14-15), 3197-3204 (2004).
  29. Erdem, E., Karapinar, N., Donat, R. The removal of heavy metal cations by natural zeolites. J. Colloid Interface Sci. 280 (2), 309-314 (2004).
  30. Ruggieri, F., Marín, V., Gimeno, D., Fernandez-Turiel, J. L., García-Valles, M., Gutierrez, L. Application of zeolitic volcanic rocks for arsenic removal from water. Engin. Geol. 101 (3-4), 245-250 (2008).
  31. Terdkiatburana, T., Wang, S., Tadé, M. O. Adsorption of heavy metal ions by natural and synthesized zeolites for wastewater treatment. Int. J. Environ. Waste. Manag. 3 (3-4), 327-335 (2009).
  32. Alexander, G. B., Heston, W. M., Iler, R. K. The solubility of amorphous silica in water. J. Phys. Chem. 58 (6), 453-455 (1954).
  33. Bingham, E., Cohrssen, B. Patty's Toxicology. 3, John Wiley & Sons. Hoboken. sixth edition 472 (2012).
  34. Santos, R. M., Chiang, Y. W., Elsen, J., Van Gerven, T. Distinguishing between carbonate and non-carbonate precipitates from the carbonation of calcium-containing organic acid leachates. Hydrometallurgy. 147-148, 90-94 (2014).
  35. Bonfils, B., Julcour-Lebigue, C., Guyot, F., Bodénan, F., Chiquet, P., Bourgeois, F. Comprehensive analysis of direct aqueous mineral carbonation using dissolution enhancing organic additives. Int. J. Greenhouse Gas Control. 9, 334-346 (2012).
  36. Eloneva, S., et al. Reduction of CO2 emissions from steel plants by using steelmaking slags for production of marketable calcium carbonate. Steel Res. Int. 80 (6), 415-421 (2009).
  37. Sarojam, P. Analysis of Wastewater for Metals using ICP-OES. , PerkinElmer, Inc. Shelton, USA. Available online: http://www.perkinelmer.com/lab-solutions/resources/docs/APP_MetalsinWastewater.pdf (2010).
  38. Santos, R. M., Van Bouwel, J., Vandevelde, E., Mertens, G., Elsen, J., Van Gerven, T. Accelerated mineral carbonation of stainless steel slags for CO2 storage and waste valorization: effect of process parameters on geochemical properties. Int. J. Greenhouse Gas Control. 17, 32-45 (2013).
  39. Tsutsumi, T., Nishimoto, S., Kameshima, Y., Miyake, M. Hydrothermal preparation of tobermorite from blast furnace slag for Cs+ and Sr2+ sorption. J. Hazard. Mater. 266, 174-181 (2014).
  40. Komarneni, S. Heavy metal removal from aqueous solutions by tobermorites and zeolites. Nucl. Chem. Waste Manage. 5, 247-250 (1985).
  41. Rachkova, N. G., Shuktomova, I. I. Sorption of U(VI) and Ra from aqueous solutions with analcime-containing rock. Radiochemistry. 52 (1), 76-80 (2010).
  42. Hegazy, E. Z., Hamdy, I., Abo El Enin, R. M. M. Preparation and characterization of Ti and V modified analcime from local kaolin. Appl. Clay Sci. 49 (3), 149-155 (2010).
  43. Chiang, Y. W., et al. Strategic selection of an optimal sorbent mixture for in-situ remediation of heavy metal contaminated sediments: Framework and case. J. Environ. Manage. , 1-11 (2012).
  44. Santos, R. M., Mertens, G., Salman, M., Cizer, Ö, Van Gerven, T. Comparative study of ageing, heat treatment and accelerated carbonation for stabilization of municipal solid waste incineration bottom ash in view of reducing regulated heavy metal/metalloid leaching. J. Environ. Manage. 128, 807-821 (2013).
  45. Bodor, M., et al. Laboratory investigation of carbonated BOF slag used as partial replacement of natural aggregate in cement mortars. Cem. Concr. Compos. 65, 55-66 (2016).
  46. Chiang, Y. W., Santos, R. M., Vanduyfhuys, K., Meesschaert, B., Martens, J. A. Atom-Efficient Route for Converting Incineration Ashes into Heavy Metal Sorbents. Chem. Sus. Chem. 7, 276-283 (2014).

Tags

Engineering Hoogovenslak afval valorisatie CO minerale carbonatatie hydrothermale conversie heavy metal adsorptie neergeslagen calciumcarbonaat zeoliet
Twee-weg Valorisatie van hoogovenslakken: Synthese van neergeslagen calciumcarbonaat en Zeolitische Heavy Metal Adsorbent
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Georgakopoulos, E., Santos, R. M.,… More

Georgakopoulos, E., Santos, R. M., Chiang, Y. W., Manovic, V. Two-way Valorization of Blast Furnace Slag: Synthesis of Precipitated Calcium Carbonate and Zeolitic Heavy Metal Adsorbent. J. Vis. Exp. (120), e55062, doi:10.3791/55062 (2017).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter