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ब्लास्ट फर्नेस लावा की दो-तरफा मूल्यसिथरीकरण: उपजी कैल्शियम कार्बोनेट और zeolitic भारी धातु Adsorbent के संश्लेषण

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

क्षारीय धातुओं में अमीर औद्योगिक अवशेषों की अप्रत्यक्ष कार्बोनेशन व्यापक रूप से कार्बन कैप्चर और स्टोरेज (सीसीएस) प्रौद्योगिकी 1, 2, 3, 4 के भाग के रूप में शोध किया गया है। सीओ 2 में से कुछ राशि कुशलता से संग्रहित किया जा सकता है, स्थायी रूप से, और एक तरह से वातावरण को सौम्य है। हालांकि, जबकि मूल्यवान सामग्री का गठन कर रहे हैं, वहाँ तकनीक है कि अपर्याप्त पता लगाया रहता है का एक हिस्सा है। अप्रत्यक्ष कार्बोनेशन प्रक्रिया में, कैल्शियम चुनिंदा सामग्री से निकाला जाता है और बाद में नियंत्रित परिस्थितियों में कार्बोनेशन के अधीन है। हालांकि, अपशिष्ट मूल्यसिथरीकरण प्रक्रिया सामग्री से ठोस अवशेषों को उत्पन्न करता है; इन अवशेषों को आगे की कार्रवाई की या कैल्शियम निकासी चरण के बाद शोषण नहीं कर रहे हैं। मार्गों कि इस तरह के अवशेषों के उत्पादन को कम करने, या यहां तक ​​कि उन्हें समाप्त प्रसंस्करण, पाया जाना चाहिए। इसके लिएअंत में, हाल ही में, वहाँ का विकास और अनुकूलन करने के लिए एक प्रक्रिया है जो, ब्लास्ट फर्नेस (बीएफ) शुरू सामग्री, कार्बन का एक शून्य अपशिष्ट खनिज ज़ब्ती, उपयोगी खनिज के गठन के साथ साथ के रूप में लावा का उपयोग करके द्वारा, हो सकता है एक प्रयास किया गया है हासिल की 5, 6।

कई अपशिष्ट पदार्थों सीओ 2 खनिज के लिए कुशल अभिकारकों के रूप में योग्य हैं। उनमें से, iron- और इस्पात बनाने slags काफी अधिक प्रयोगात्मक सीओ हर दूसरे औद्योगिक अपशिष्ट 4 से 2 uptakes प्रस्तुत करते हैं। अपशिष्ट मूल्यसिथरीकरण के लिए बीएफ लावा के आकर्षण में अपने गुणों (रासायनिक, खनिज, और रूपात्मक गुण) और सामग्री 5 के संभावित अनुप्रयोगों में निहित है। यह लोहे लेने की प्रक्रिया, जिसमें लौह अयस्क से दोष एक pyrometallurgical प्रक्रिया में हटा दिया जाता है की एक उप-उत्पाद है। रास्ते के आधार पर यह molte से अपनी जुदाई के बाद नीचे ठंडा किया जाता हैn लोहा, लावा के चार अलग अलग प्रकार उत्पन्न कर रहे हैं: (i) एयर कूल्ड (यानी, क्रिस्टलीय), (ii) दानेदार (यानी, vitrified), (iii) का विस्तार (यानी, foamed), और (iv) pelletized।

हालांकि उपजी कैल्शियम कार्बोनेट (पीसीसी) के उत्पादन बीएफ लावा का अप्रत्यक्ष कार्बोनेशन का उपयोग कर एक प्रक्रिया है कि ज्यादा ध्यान 7, 8 को आकर्षित करने में कामयाब रहा है, zeolitic खनिजों के उत्पादन के लिए लावा का जलतापीय रूपांतरण एक तकनीक है कि अध्ययन किया गया है और हाल के वर्षों के दौरान केवल 9 विकसित की है, 10, 11। बहरहाल, मामले से कोई भी यह एक तकनीक है कि आदेश में पीसीसी और zeolites की सहजीवी गठन के लक्ष्य को हासिल करने में बीएफ लावा का अप्रत्यक्ष कार्बोनेशन के साथ संयोजन में इस्तेमाल किया जा सकता है के रूप में माना गया है। निम्नलिखित दो-तरफा मूल्यसिथरीकरण प्रक्रिया यहाँ बताया, इन दोनों तकनीकोंसीओ 2 के लिए पर्याप्त ज़ब्ती को पूरा करने के लिए समय भी zeolitic खनिज प्राप्त करने और किसी भी संभावित ठोस अवशेषों को नष्ट करने मिलकर कर रहे हैं। इस प्रक्रिया के अनुसार, सीओ 2 कैल्शियम कि एक खनिज कार्बोनेशन प्रतिक्रिया 5 के माध्यम से एसिड लीचिंग द्वारा लावा से निकाला गया था में संग्रहित है। Papermaking (खनिज, कण आकार के वितरण, और कण आकृति विज्ञान) में अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त पीसीसी उत्पाद गुणों को प्राप्त करने के लिए, निकासी मंच से leachate पहले भौतिक-रासायनिक शुद्ध 6 है। समानांतर में, zeolitic खनिज कैल्शियम निकासी चरण 5 से उत्पन्न ठोस अवशेषों की जलतापीय रूपांतरण के माध्यम से एक कास्टिक समाधान में बनते हैं।

जिओलाइट एक alumino सिलिकेट खनिज है। यह स्वाभाविक रूप से होता है, लेकिन यह भी औद्योगिक रूप से बड़े पैमाने पर उत्पादन किया जा सकता है। कई अद्वितीय जिओलाइट चौखटे पहचान की गई है, विभिन्न आवेदन के लिए अग्रणीसामग्री के लिए ations। उदाहरण के लिए, वे कई औद्योगिक क्षेत्रों 12, 13 में उत्प्रेरक के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है; वे, डिटर्जेंट में और डामर में additives के रूप में निर्माण सामग्री में पाए जाते हैं ठोस 14, 15, और पोर्टलैंड सीमेंट 16, 17; और वे भी चिकित्सा 18, 19, 20 और कृषि 21, 22, 23 डोमेन में आवेदन किया है। इसके अलावा, उनके बड़े विशिष्ट सतह क्षेत्रों और उनके कटियन विनिमय क्षमता के कारण, zeolites भी sorbents 24, 25, 26, 27 के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है। ये विशेष sorbents भी टी इस्तेमाल किया जा सकताओ सीधे इस तरह के गंदे पानी या दूषित भूजल 28, 29, 30, 31 के रूप में भारी धातु से लदी धाराओं, इलाज। इस अध्ययन में, zeolitic दो तरह मूल्यसिथरीकरण प्रक्रिया के माध्यम से बीएफ लावा से उत्पादित माल, पहली बार के लिए, एक भारी धातु, अर्थात्, निकल के लिए एक पी लेनेवाला के रूप में परीक्षण किया है।

प्रस्तावित सहजीवी प्रक्रिया के लिए, एक निष्कर्षण एजेंट दोनों पीसीसी और जिओलाइट गठन के लिए मिलनसार इस्तेमाल किया जाना चाहिए। इस प्रकार, एक उपयुक्त निकासी के चुनाव महत्वपूर्ण है। कई लीचिंग एजेंटों दोनों अप्रत्यक्ष कार्बोनेशन 7, 8 और जलतापीय रूपांतरण 10, बीएफ लावा की 11 पर पूर्व अनुसंधान में लागू बीच, एसिटिक एसिड सबसे होनहार के रूप में चयनित किया गया था। हाइड्रोक्लोरिक एसिड 10 दर्शाती हानिकारक दोनों जी पर प्रभावपीसीसी की और लीचिंग चयनात्मकता पर eneration, leachate समाधान में सी और अल की मात्रा में महत्वपूर्ण नुकसान के कारण। दूसरी ओर, फार्मिक एसिड 11, कुशल साबित हुई, क्योंकि यह कुशलता से लावा से सीए और मिलीग्राम दूर करने के लिए है, जबकि उल्लेखनीय लीचिंग चयनात्मकता पेश दोनों एसआई और अल undisturbed छोड़ने सफल हुआ है। हालांकि, यह एक कम एसिड हदबंदी एसिटिक एसिड 33 से लगातार प्रस्तुत करता है, सुझाव है कि कैल्शियम कार्बोनेट की वर्षा निकासी के एजेंट के रूप में एसीटेट समाधान के रोजगार के बाद और अधिक आसानी से प्राप्त किया जाना चाहिए। यह भी कुछ मामलों में, जैसे succinates 34 के उपयोग के साथ के रूप में दिखाया गया है, और 35 Oxalates, गैर कार्बोनेट पीसीसी के स्थान पर प्रपत्र precipitates। Eloneva एट अल। इस्पात निर्माण slags से कैल्शियम को हटाने और पाया एसिटिक एसिड के लिए 36 की तुलना में सोलह extractants सबसे कुशल होने के लिए (सबसे अच्छा0.5 एम और 2 एम निकासी सांद्रता के बीच प्रदर्शन) और सबसे सफल (उच्चतम कैल्शियम वसूली ~ 100 पर%)।

निम्नलिखित प्रोटोकॉल प्रयोगशाला पैमाने पर प्रयोगात्मक प्रक्रिया है कि उच्च शुद्धता पीसीसी के गठन और एक zeolitic सामग्री की ओर जाता है, कागज fillers और भारी धातु sorbents, क्रमशः के रूप में संभावित उपयोगों के साथ विस्तार से वर्णन है। बीएफ लावा शुरुआती सामग्री है। एक पर्याप्त भारी धातु Sorbent के रूप में संश्लेषित zeolitic सामग्री के मूल्यांकन के लिए आवेदन किया परीक्षण प्रक्रियाओं को भी रेखांकित कर रहे हैं।

Protocol

1. ब्लास्ट फर्नेस लावा से कैल्शियम निष्कर्षण

नोट: लीचिंग चयनात्मकता पर अम्लता के हानिकारक प्रभाव के कारण, कैल्शियम की निकासी जगह दो चरणों में ले जाता है, एसिटिक एसिड (CH 3 COOH) है कि एक ही चरण में इस्तेमाल किया जाएगा के आधे molarity का उपयोग कर।

  1. एक मोर्टार और मूसल का उपयोग बीएफ लावा पीस और 2 मिमी नीचे कण आकार के लिए इसे छलनी।
  2. एक आटोक्लेव रिएक्टर कि एक दोहरे प्ररित करनेवाला दोषी, एक हीटिंग / ठंडा जैकेट, एक दबाव नापने का यंत्र, और एक thermocouple के साथ सुसज्जित है खोलना। साफ है और किसी भी दोष है कि कैल्शियम निकालने की प्रक्रिया के साथ हस्तक्षेप कर सकते हैं के लिए स्वतंत्र हैं सुनिश्चित करें कि रिएक्टर पोत की आंतरिक और घटकों रिएक्टर सिर (; प्ररित करनेवाला और thermocouple अच्छी तरह से है, जो एक भ्रमित रूप में कार्य करता दोषी शाफ्ट) से फैला हुआ बनाओ। वे नहीं कर रहे हैं, उन्हें अच्छी तरह से धो लें।
  3. sieved बीएफ लावा की 100 ग्राम (<2 मिमी) वजन और पोत में जगह है। टी करने के लिए सीएच की 731 एमएल जोड़ें 3 COOH (2 एम)वह पोत और इसे सील। सुनिश्चित करें कि सील रिएक्टर ठीक से अपने समर्थन को बांधा जाता है सुनिश्चित करें।
  4. उचित स्थिति में हीटिंग जैकेट की जगह, इतना है कि यह लगभग पूरे पोत शामिल किया गया है। 30 डिग्री सेल्सियस के लिए हीटिंग तापमान सेट और 1000 rpm पर घोल मिश्रण शुरू करते हैं। जब तक रिएक्टर के भीतरी इलाकों में तापमान सेट बिंदु (लगभग 15 मिनट) तक पहुँच जाता है रुको, और फिर 60 मिनट के लिए ऊपर उल्लिखित शर्तों पर मिश्रण करने के घोल छोड़ दें।
  5. एक बार जब एसिड निकासी समय बीत गया है, हीटिंग जैकेट हटाने रिएक्टर खोलना, और एक बीकर में रिएक्टर से घोल डाल देना। एक नाली वाल्व भी इस्तेमाल किया जा सकता है, लेकिन मोटे ठोस पारित होने ब्लॉक कर सकते हैं।
  6. वैक्यूम फिल्टर घोल अवशिष्ट ठोस से leachate समाधान अलग करने के लिए; 8 माइक्रोन या उससे कम के छेद के आकार के साथ फिल्टर पेपर का उपयोग करें। ठोस प्रक्रिया तुरंत (गीला केक), या बाद में प्रसंस्करण के लिए परिवेश के तापमान पर सूखने के लिए उन्हें छोड़ दें।
    ध्यान दें: leachate संग्रहित किया जा सकता है एकटी परिवेश के तापमान, लेकिन यह अधिमानतः आगे की कार्रवाई की जानी चाहिए (शुद्ध और कार्बोनेटेड) शीघ्र ही बाद में भंग यौगिकों के अनियंत्रित वर्षा से बचने के लिए।
  7. दोनों रिएक्टर सिर और डि पानी के साथ पोत धो सुनिश्चित करें कि एसिड या लावा से कोई अवशेष पीछे छोड़ दिया है करने के लिए।
  8. पोत में पहली सीए निष्कर्षण कदम से सूखी, ठोस अवशेषों की जगह और 731 सीएच एमएल 3 COOH (2 एम) जोड़ें। (30 डिग्री सेल्सियस पर 60 मिनट के लिए और 1,000 आरपीएम) एसिड के साथ ठोस मिश्रण करने के लिए एक ही प्रक्रिया (1.5 कदम) दोहराएँ।
  9. दूसरी निष्कर्षण कदम के अंत में, अपकेंद्रित्र ट्यूबों में पोस्ट-निष्कर्षण घोल जगह है। बड़ी क्षमता ट्यूब (जैसे, 50 एमएल या अधिक) का उपयोग करें और इस तरह के प्रत्येक ट्यूब में बराबर वजन सुनिश्चित करने के रूप में मानक centrifugation प्रथाओं, का पालन करें।
    1. 10 मिनट की एक न्यूनतम के लिए 2500 XG पर घोल centrifuging द्वारा leachate से ठोस अलग करें। धीरे-धीरे एक नई बोतल, जबकि Ke में सतह पर तैरनेवाला डालनाट्यूबों में ठोस eping।
      नोट: कैल्शियम एसीटेट युक्त तरल चरण से ठोस (निलंबित सिलिका और अवशिष्ट बीएफ लावा) की जुदाई इस प्रकार हासिल की है।
  10. ट्यूब और से दूसरे निष्कर्षण कदम से उत्पन्न ठोस अवशेषों की वसूली के लिए उन्हें डि पानी में फिर से निलंबित। अवशिष्ट घुलनशील एसीटेट दूर करने के लिए centrifugation के दूसरे दौर के प्रदर्शन करना। धोया ठोस ठीक हो और उन्हें परिवेश की स्थिति के तहत शुष्क करने की अनुमति देते हैं।
  11. पोस्ट-निष्कर्षण leachate प्राप्त करने के लिए दोनों पहली निकासी निस्पंदन (छानना) और दूसरा निकासी centrifugation (सतह पर तैरनेवाला) से समाधान गठबंधन।

2. पोस्ट-निष्कर्षण Leachate के भौतिक-रासायनिक शोधन

नोट: leachate समाधान (कदम 1.9) से ठोस के अलगाव के बावजूद, जिसके परिणामस्वरूप सतह पर तैरनेवाला अभी भी घुलनशील या कोलाइडयन दोष होता है। इनमें से सबसे महत्वपूर्ण दोष से सिलिका, मैग्नीशियम और एल्यूमीनियम हैं।पहले प्रकाशित काम 32 के अनुसार, शुद्ध पानी में सिलिका घुलनशीलता समाधान (यानी, शुद्ध पानी के तापमान को कम करके, सिलिका की घुलनशीलता भी कम हो जाती है) के तापमान के लिए आनुपातिक है। हालांकि leachate समाधान शुद्ध पानी नहीं है, यह पाया गया है कि आगे सिलिका हटाने में परिणाम ठंडा करने के बाद निकासी के घोल का ठोस तरल जुदाई से सतह पर तैरनेवाला subjecting (अकेले centrifugation की तुलना में) 2। दूसरी ओर, मैग्नीशियम और एल्यूमीनियम दोष एसीटेट के रूप में सतह पर तैरनेवाला में मौजूद हैं। आदेश में काफी उनके घुलनशीलता को कम करने के लिए, वे पीएच समायोजन 2 से अघुलनशील धातु हाइड्रॉक्साइड के लिए तब्दील किया जाना चाहिए।

  1. सतह पर तैरनेवाला केंद्रित NaOH समाधान (50% डब्ल्यू / डब्ल्यू) जोड़ें, इस तरह की सतह पर तैरनेवाला में NaOH के अंतिम एकाग्रता 1.25 मीटर है; इस के आसपास 8.4 पीएच में वृद्धि होगी, इस प्रकार मैग्नीशियम और एल्यूमीनियम इक्का परिवर्तितहाइड्रॉक्साइड के उनके काफी कम घुलनशील फार्म के लिए TATES। कास्टिक समाधान धीरे जबकि सरगर्मी और पीएच मापने जोड़ें।
  2. फ्रिज में NaOH समृद्ध सतह पर तैरनेवाला की जगह और 1 डिग्री सेल्सियस के लिए इसे शांत सिलिका के अतिरिक्त वर्षा के कारण।
  3. एक बार ठंडा, वैक्यूम समाधान 0.45 माइक्रोन के एक छेद के आकार के साथ फिल्टर पेपर का उपयोग फिल्टर। सिलिकॉन के आगे हटाने में और मैग्नीशियम और एल्यूमीनियम का उपजी दोष के समाधान के परिणामों की सूक्ष्म निस्पंदन।

3. शुद्ध Leachate के कार्बोनेशन

नोट: कार्बोनेशन पर एसिटिक एसिड के उत्थान के कारण, NaOH अम्लता, जो कैल्शियम वर्षा रोकता बफर करने के लिए एक additive के रूप में प्रयोग किया जाता है। एक purer पीसीसी के उत्पादन के लिए, NaOH निष्कर्षण कदम (2 एम) में इस्तेमाल किया CH 3 COOH के उस के संबंध में एक उप-equimolar एकाग्रता में इस्तेमाल किया जाना चाहिए।

  1. आटोक्लेव पुन में शुद्ध leachate डालोअभिनेता। सत्यापित करने के लिए कि वे आदेश कार्बोनेशन प्रतिक्रियाओं के साथ हस्तक्षेप दोष से बचने के लिए पिछले उपयोगों से अवशेषों की साफ कर रहे हैं दोनों अपने पोत और टोपी घटकों की जाँच करें। केंद्रित NaOH (50% डब्ल्यू / डब्ल्यू) पोत को जोड़ें, शुद्ध leachate समाधान में अंतिम NaOH एकाग्रता आदेश कार्बोनेशन दौरान पुनर्जीवित CH 3 COOH को बेअसर करने में 1.7 मीटर है कि इस तरह के। रिएक्टर को सील करने और ध्यान से अपने समर्थन के लिए यह जकड़ना।
  2. रिएक्टर के ताप जैकेट उचित स्थिति में रखें। 30 डिग्री सेल्सियस के तापमान को समायोजित हीटिंग और 1000 rpm पर घोल मिश्रण शुरू करते हैं। रुको जब तक रिएक्टर के इंटीरियर वांछित तापमान (लगभग 15 मिनट) तक पहुँचता है। 2 बार में उच्च शुद्धता (99.5%) के रिएक्टर सीओ 2 को शुरू करने से मिश्रण के कार्बोनेशन शुरू करो; 60 मिनट के लिए चला रहे हैं।
  3. कार्बोनेशन के पूरा होने पर, हीटिंग जैकेट हटाने depressurize और रिएक्टर खोलना, और एक बीकर में कार्बोनेटेड घोल डाल देना।
    ध्यान दें:एक नाली वाल्व भी depressurization बाद इस्तेमाल किया जा सकता है के रूप में ठोस ठीक कर रहे हैं।
  4. समाधान से ठोस अवक्षेप अलग करने के लिए वैक्यूम फिल्टर परिणामस्वरूप घोल; 8 माइक्रोन या उससे कम की एक छेद के आकार के साथ फिल्टर पेपर का उपयोग करें। वैक्यूम के अंतर्गत डि पानी से अच्छी तरह कुल्ला फिल्टर केक घुलनशील सोडियम हटा दें।
    नोट: कुल्ला छानना की चालकता में उल्लेखनीय कमी कुल्ला अंत बिंदु पुष्टि करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है।
  5. पीसीसी पुनः प्राप्त करने के लिए 24 घंटे के लिए 105 डिग्री सेल्सियस पर ठोस सामग्री ओवन सूखी।

4. निकालना ठोस अवशेषों की जलतापीय रूपांतरण

नोट: जलतापीय रूपांतरण के लिए, कैल्शियम समाप्त ब्लास्ट फर्नेस लावा एसिटिक एसिड निकासी से अवशिष्ट ठोस इस्तेमाल किया गया। प्रत्येक निकासी, (दोनों चरणों सहित) चलाने के बाद प्रारंभिक द्रव्यमान का कम से कम 50% wt बरामद किया जा सकता है (कैल्शियम निष्कर्षण और निस्पंदन में कोलाइडयन सिलिका का आंशिक नुकसान और फिल्टर पेपर porosi के आधार पर करने के लिए कारणTy) का इस्तेमाल किया। इस प्रकार, निष्कर्षण के कई बैचों जलतापीय रूपांतरण चरण में इस्तेमाल किया ठोस का बड़े पैमाने पर उत्पन्न करने के लिए आवश्यक हैं।

  1. कैल्शियम निकासी से सूखी, अवशिष्ट ठोस का 60 ग्राम एक साफ आटोक्लेव रिएक्टर में रखें। 2 एम NaOH समाधान की 300 मिलीलीटर जोड़ें। रिएक्टर को सील करने और इसे अपने समर्थन को जकड़ना।
  2. रिएक्टर के ताप जैकेट उचित स्थिति में रखें। 150 डिग्री सेल्सियस के लिए हीटिंग तापमान को समायोजित करें और 300 rpm पर घोल मिश्रण शुरू करते हैं। लगभग 45-50 मिनट के लिए रुको, जब तक रिएक्टर के इंटीरियर वांछित तापमान तक पहुँचता है। घोल छोड़ दो 24 घंटे के लिए ऊपर उल्लिखित शर्तों पर मिश्रण करने के लिए।
  3. जलतापीय रूपांतरण के पूरा होने पर, हीटिंग जैकेट हटाने और रिएक्टर, 60 मिनट के लिए शांत करने के लिए लगभग 35 डिग्री सेल्सियस के लिए अनुमति देते हैं। रिएक्टर जैकेट का ठंडा सर्किट भी ठंडा गति के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है।
    1. रिएक्टर खोलना और एक बीकर में परिवर्तित घोल डाल देना।
    वैक्यूम फिल्टर समाधान से परिवर्तित ठोस अलग करने के घोल; 8 माइक्रोन या उससे कम की एक छेद के आकार के साथ फिल्टर पेपर का उपयोग करें। वैक्यूम के अंतर्गत डि पानी से अच्छी तरह कुल्ला ठोस अतिरिक्त कास्टिक हटा दें।
    नोट: कुल्ला छानना की चालकता में उल्लेखनीय कमी कुल्ला अंत बिंदु पुष्टि करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है।
  4. hydrothermally परिवर्तित सामग्री प्राप्त करने के लिए 24 घंटे के लिए 105 डिग्री सेल्सियस पर छान सामग्री ओवन सूखी।
  5. बारीक सामग्री disaggregate एक मोर्टार और मूसल का उपयोग और एक कण आकार <0.85 मिमी के लिए जिसके परिणामस्वरूप सामग्री छलनी।

5. zeolitic उत्पाद के साथ भारी धातु सोखना टेस्ट

नोट: नी 2 + जांच के लिए भारी धातु के रूप में चयन किया गया है। विभिन्न प्रारंभिक भारी धातु सांद्रता के साथ दूषित समाधान संश्लेषित थे। 2-200 मिलीग्राम / एल की प्रारंभिक भारी धातु सांद्रता वर्तमान अध्ययन की जरूरतों के लिए उपयुक्त के रूप में चुने गए हैं।

  1. संतुलन प्रयोगों के लिए दूषित समाधान तैयार करने के लिए, एक बड़ा फ्लास्क के समाधान का उत्पादन करने के लिए अति शुद्ध पानी का 1 एल में 1000 मिलीग्राम / एल विश्लेषणात्मक ग्रेड नी 2 + के मानक समाधान का एक उचित मात्रा में जोड़ने के लिए एक माइक्रो-पिपेट का उपयोग वांछित नी 2 + सांद्रता (2 मिलीग्राम / एल, 10 मिलीग्राम / एल, 20 मिलीग्राम / एल, 100 मिलीग्राम / एल, और 200 मिलीग्राम / एल)।
  2. छाया हुआ है प्लास्टिक की बोतलों में, hydrothermally परिवर्तित सामग्री प्रत्येक कृत्रिम दूषित समाधान के 100 एमएल में 4.6 कदम से उत्पन्न की 1 ग्राम फैलाने के।
  3. केंद्रित NaOH dropwise (2 एम पहली और अंत बिंदु के लिए 0.5 एम करीब से) जोड़ें 4-5 के समाधान के पीएच को समायोजित करने के लिए। लगातार एक सरगर्मी प्लेट पर एक चुंबकीय सरगर्मी पट्टी का उपयोग कर एक कम गति से समाधान हलचल। पीएच की निगरानी के लिए एक पीएच इलेक्ट्रोड समाधान में भिगो का उपयोग करके NaOH जोड़ने।
  4. एक प्रकार के बरतन इनक्यूबेटर में बोतलों की जगह है और उन्हें 160 आरपीएम और 24 घंटे के लिए 20 डिग्री सेल्सियस पर आंदोलन।
  5. मिश्रण के बाद, केंद्रित एचसीएल जोड़ने (पहली और समाधान के लिए अंत बिंदु करने के लिए) dropwise 0.2 एम करीब 2 एम 4-5 पीएच को बदल डालना। समायोजन के दौरान लगातार एक भावप्रवण प्लेट पर एक चुंबकीय सरगर्मी पट्टी का उपयोग कर एक कम गति से समाधान हलचल। पीएच की निगरानी लगातार एक पीएच इलेक्ट्रोड समाधान में भिगो का उपयोग करके एचसीएल को जोड़ते समय।
  6. सेंट्रीफ्यूज ट्यूबों में घोल रखें। 5 मिनट के लिए 2500 XG पर एक प्रयोगशाला सेंट्रीफ्यूज का उपयोग करके समाधान से ठोस अलग करें। अपकेंद्रित्र ट्यूब में ठोस रखते हुए ध्यान से एक नई बोतल सतह पर तैरनेवाला समाधान डालना।
  7. HNO 3 (2 भार% नाइट्रिक एसिड एकाग्रता) के साथ समाधान खट्टा <2 पीएच को कम करने के लिए।
    नोट: यह कदम यह सुनिश्चित करने के आयनों (परिवेश के तापमान पर) भंडारण के दौरान समाधान में रहने से पहले हेरफेर और विश्लेषण और आगे के लिए किया जाता है।
  8. आईसीपी OES का उपयोग करके सतह पर तैरनेवाला में जांच की भारी धातु का संतुलन एकाग्रता का निर्धारण।
    नोट: समाधान एक से पतला कर रहे हैंका उपयोग कर 2% wt HNO 3 मंदक, कि इस तरह की उम्मीद एकाग्रता साधन अंशांकन (0-2 मिलीग्राम / एल) के रैखिक सीमा में पड़ता है 10-100x का कारक है। Yttrium, पर 2 मिलीग्राम / एल, एक आंतरिक मानक के रूप में प्रत्येक पतला नमूना करने के लिए जोड़ा गया है। आईसीपी OES साधन wastewaters 37 में धातुओं के विश्लेषण के लिए निर्माता की सिफारिशों के आधार पर चलाया जा रहा है। ऐसे आईसीपी एमएस और आस के रूप में समाधान में निकल एकाग्रता के निर्धारण के लिए वैकल्पिक तकनीक, भी इस कदम के लिए उपयुक्त हैं।
  9. पर संतुलन (क्यू ई) के अनुसार पी लेनेवाला जी adsorbed निम्न सूत्र का उपयोग भारी धातु की राशि की गणना:
    समीकरण
    जहां सी ओ समाधान में भारी धातु आयनों की प्रारंभिक एकाग्रता (μmol / एमएल), सी ई समाधान (μmol / एमएल) में भारी धातु आयनों के संतुलन एकाग्रता है, वी vo हैदूषित समाधान के Lume (एमएल), और एम पी लेनेवाला सूखी (G) की बड़े पैमाने पर है।

Representative Results

पवित्रता और उपज के लिए कार्बोनेट अवक्षेप का परीक्षण करने के लिए, कई महत्वपूर्ण भूमिका निभाई तकनीक लागू किया जा सकता है। मौलिक रचना (बड़े और छोटे घटकों सहित) में निर्धारित किया जा सकता है या तो उपपादन द्वारा मिलकर प्लाज्मा परमाणु उत्सर्जन स्पेक्ट्रोस्कोपी (आईसीपी OES) द्वारा, उपपादन द्वारा मिलकर प्लाज्मा मास स्पेक्ट्रोमेट्री (आईसीपी एमएस) या परमाणु अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी (आस) एसिड पाचन का पालन करके ( एचसीएल), या एक्स-रे प्रतिदीप्ति स्पेक्ट्रोस्कोपी (XRF) पाउडर या गोली के रूप में नमूने के साथ द्वारा। XRF छोटे घटक (<1 wt%) के लिए कम संवेदनशील है। अधिक जानकारी और उदाहरण डी Crom एट अल में पाए जाते हैं। 6 इन परिणामों यदि अवांछित दोष मौजूद हैं और मदद मिलेगी निर्धारित करते हैं, बड़े पैमाने पर संतुलन द्वारा प्रदर्शन करेंगे, पीसीसी में मूल लावा की कैल्शियम की मात्रा परिवर्तित करने की क्षमता है। खनिज संरचना सबसे अच्छा एक्स-रे पाउडर विवर्तन (XRD) द्वारा निर्धारित किया जाता है। जिसके परिणामस्वरूप diffractogram गुणात्मक प्रदान करता हैक्रिस्टलीय खनिज चरणों की उपस्थिति के बारे में जानकारी। रिश्तेदार मात्रा की मात्रा (लगभग ± 2-3 भार% की शुद्धता के साथ) Rietveld शोधन तकनीक द्वारा किया जाता है। अधिक जानकारी और उदाहरण सैंटोस एट अल में पाया जा सकता है। यदि प्रक्रिया की स्थिति या दोष क्रिस्टलीकरण प्रक्रिया को प्रभावित 38 इन परिणामों की पुष्टि, केल्साइट इसके अलावा अतिरिक्त अवांछित चरणों (CaCO 3) पैदा होगा। कण आकार के वितरण (PSD) और कण व्यास मतलब सबसे अच्छा गीला (डि पानी) लेजर विवर्तन द्वारा निर्धारित कर रहे हैं। अधिक जानकारी और उदाहरण डी Crom एट अल में पाया जा सकता है। 6 इन परिणामों का आकलन करने के लिए अगर पीसीसी जो आम तौर पर एक ऊपरी कट ऑफ आकार और वितरण की अवधि निर्दिष्ट अपने इच्छित आवेदन (यानी, papermaking) की आवश्यकताओं को पूरा किया जाता है।

पोस्ट-निष्कर्षण leachate और बाद कार्बोनेशन की मौलिक रचनाउत्पादों, साथ ही XRD पैटर्न और बाद कार्बोनेशन अवक्षेप की मात्रा के आधार पर psd, आंकड़े 1 और 2 में प्रस्तुत कर रहे हैं। आईसीपी एमएस तकनीक सीए निकासी चरण के बाद leachate की संरचना में और उसके कार्बोनेशन पहले कुछ धातुओं (सीए, मिलीग्राम, अल, और सी) की सामग्री (wt%) को मापने के लिए इस्तेमाल किया गया था। विश्लेषणात्मक ग्रेड एसिटिक एसिड (2 एम) लीचिंग एजेंट के रूप में उपयोग की लगभग 90% (चित्रा 1 ए) के एक सीए निकासी में हुई। परिणामों के अनुसार, एक भी उच्च दक्षता निकासी मैग्नीशियम (लगभग 100%), एक धातु है कि कुशलतापूर्वक कार्बोनेटेड किया जा सकता है, लेकिन और अधिक गहन शर्तों के तहत पता चला था।

निकासी के चरण के दौरान सिलिका और एल्यूमीनियम का व्यवहार भी जांच की गई। सफलतापूर्वक जलतापीय रूपांतरण के माध्यम से alumino सिलिकेट आधारित zeolitic खनिजों का उत्पादन करने के लिए, लेकिन यह भी unde के साथ संश्लेषित पीसीसी के प्रदूषण से बचने के लिएजन्म तत्वों, दोनों सिलिका और एल्यूमीनियम निष्कर्षण प्रक्रिया के दौरान ठोस चरण में रहना चाहिए। परिणामों के अनुसार, एसिटिक एसिड सिलिका का लगभग 92% और लीचिंग प्रक्रिया (चित्रा 1 बी) के दौरान अप्रभावित शेष एल्यूमीनियम का 62% के साथ, सिलिका और एल्यूमीनियम का एक संतोषजनक ढंग से सीमित लीचिंग प्रदर्शन किया।

शुद्ध leachate समाधान के कार्बोनेशन, वांछनीय विशेषताओं के साथ प्रदेश कांग्रेस के उत्पादन के परिणामस्वरूप के रूप में चित्रा 2 में दिखाया गया है। XRD आरेख के आधार पर (चित्रा 2 बी), खनिज चरण है कि मुख्य रूप से संश्लेषित किया गया था था कि केल्साइट (88.2 wt%), nesquehonite की छोटी मात्रा में (मिलीग्राम (HCO 3) (ओएच) · 2H 2 हे; 3.2 wt%) जबकि की और magnesian केल्साइट (सीए 1-0.85 मिलीग्राम 0-0.15 सीओ 3; 2.8 wt%) भी उपस्थित थे। सामग्री (चित्रा 2 सी) की PSD विश्लेषण से यह स्पष्ट हो गया है कि मतलब कण sizई छोटा था और कण आकार के वितरण संकीर्ण था।

कार्बोनेशन के साथ समानांतर में, निकासी मंच से ठोस अवशेषों जलतापीय रूपांतरण के अधीन थे। hydrothermally परिवर्तित सामग्री की विशेषता, zeolitic खनिजों के उत्पादन को सत्यापित करने और आकृति विज्ञान का आकलन करने के लिए, इस प्रकार के रूप में आयोजित किया गया था। मौलिक रचना सबसे आसानी से XRF द्वारा प्राप्त की है। ट्रेस तत्व दृढ़ संकल्प एसिड पाचन आईसीपी OES, आईसीपी एमएस, या आस द्वारा पीछा किया, पाचन अनुक्रमिक एसिड विघटन का उपयोग किया जाता (HNO 3 -HF या HNO 3 -HClO 4 -HF) सिलिका चरण भंग करने के साथ की आवश्यकता है। हालांकि कोई विशिष्ट मौलिक रचना परिवर्तित सामग्री के लिए लक्षित है, इस विश्लेषण XRD द्वारा निर्धारित खनिज संरचना को स्पष्ट मदद करता है। XRD विश्लेषण, खनिज संरचना, PSD निर्धारण और कण व्यास मतलब है कार्बोनेट अवक्षेप को इसी तरह से निर्धारित किया गया है, एकऊपर उल्लिखित है। विशिष्ट सतह क्षेत्र, ताकना मात्रा और ताकना व्यास मतलब isotherms Brunauer-एम्मेट-टेलर (शर्त) बहु बिंदु सिद्धांत के अनुसार व्याख्या के साथ, नाइट्रोजन सोखना द्वारा निर्धारित किया गया है। नमूने शुरू में 4 घंटे के लिए 350 डिग्री सेल्सियस पर वैक्यूम के अंतर्गत degassed किया जाना चाहिए। अधिक जानकारी और उदाहरण चियांग एट अल में पाया जा सकता है। 5

Hydrothermally परिवर्तित सामग्री में सीए, मिलीग्राम, अल, और सी सामग्री, आईसीपी OES तकनीक का उपयोग करके निर्धारित, चित्रा 3 ए में दिखाया गया है, जबकि उनकी खनिज संरचना, XRD पैटर्न से चुना गया, चित्रा 3 बी में दिखाया गया है। मतलब कण आकार और आकार के वितरण, PSD विश्लेषण से प्राप्त, चित्रा -3 सी में दिखाया गया है। जिसके परिणामस्वरूप सामग्री mineralogically दो मुख्य चरणों की उपस्थिति की विशेषता है: analcime (NaAlSi 2 हे 6 ∙ एच 2 ओ) और tobermorite (सीए5 (ओएच) 2 सी 6 हे 16 ∙ 4H 2 ओ)। परिवर्तित निकासी के अवशेषों में बाद के अस्तित्व उल्लेखनीय कैल्शियम की मात्रा (22.5 wt%) है कि सामग्री की रासायनिक संरचना में पाया गया था, के रूप में यह XRF का उपयोग कर विश्लेषण किया गया था सही ठहराते हैं। सिलिका (37.2% wt) और एल्यूमीनियम (11.2 wt%), अन्य प्राथमिक तत्व थे, जबकि मैग्नीशियम लगभग 4 भार% की मात्रा में मौजूद था। जबकि आकार के वितरण 0.594 माइक्रोन 1.11 मिमी से लेकर PSD विश्लेषण के आधार पर, मात्रा पल (De Brouckere) कण व्यास (डी [4,3]) परिवर्तित सामग्री का मतलब है, 86.6 माइक्रोन था। नाइट्रोजन सोखना विश्लेषण mesoporous सामग्री का गठन (46.0 एनएम ताकना व्यास मतलब है), विशिष्ट सतह क्षेत्र और hydrothermally परिवर्तित सामग्री क्रमश ताकना मात्रा के साथ की पुष्टि की, 4.89 एम 2 / जी से 95.23 मीटर 2 / छ और एमएल 0.014 से बढ़ रही है / जी 0.610 एमएल / मूल लावा के ऊपर छ।

r.within-पेज = "1"> नी 2 + का संतुलन सोखना isotherms hydrothermally परिवर्तित सामग्री, पहले और equilibrated पी लेनेवाला-adsorbate समाधान के पीएच समायोजन के बाद पर है, साथ ही linearized के लिए प्रयोगात्मक डेटा की फिटिंग Langmuir, Freundlich, और Temkin सोखना मॉडल चित्रा 4 में दिखाया जाता है।

Langmuir मॉडल कुछ उचित अनुमान है कि chemisorption प्रक्रिया विशेषताएँ पर आधारित है। उनके मुताबिक, पी लेनेवाला की सतह केवल सोखना साइटों की एक निश्चित संख्या के समान आकृति और आकार, समान सोखना क्षमता की विशेषता के साथ प्रदान करता है। adsorbed सामग्री रूपों पी लेनेवाला की सतह पर केवल एक परत (एक अणु की मोटाई), और तापमान स्थिर है। गणितीय, Langmuir मॉडल निम्न समीकरण द्वारा व्यक्त की है:

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जहां सी ई समाधान में adsorbate का संतुलन एकाग्रता है (μmol / 100 एमएल), क्यू ई धातु की राशि संतुलन (μmol / छ) पर प्रति पी लेनेवाला जी adsorbed है, डी एम पी लेनेवाला के सैद्धांतिक अधिकतम monolayer कवरेज क्षमता है (μmol / छ), और कश्मीर Langmuir इज़ोटेर्म निरंतर (100 एमएल / μmol) है।

Freundlich इज़ोटेर्म Langmuir मॉडल में आवश्यक मान्यताओं से विवश नहीं कर रहा है। इसके बजाय, यह शारीरिक सोखना प्रक्रिया है कि विषम सतहों के साथ Adsorbents करने के लिए लागू किया जा सकता वर्णन करता है। सोखना साइटों, सभी पी लेनेवाला की सतह पर वितरित, adsorbate के लिए अलग समानताएं की विशेषता है, जबकि adsorbed सामग्री पी लेनेवाला की सतह पर एक से अधिक परत रूपों। Freundlichमॉडल गणितीय रूप में व्यक्त किया जाता है:

समीकरण

जहां कश्मीर एफ और एन Freundlich इज़ोटेर्म स्थिरांक सोखना क्षमता और सोखना तीव्रता क्रमश: करने के लिए इसी रहे हैं।

अंत में, Temkin मॉडल मानता है कि परत के सभी अणुओं के सोखना गर्मी रैखिक, पी लेनेवाला-adsorbate संबंधों के कारण कवरेज के साथ कम हो जाती है, जबकि ऊर्जा बंधन समान रूप से वितरित कर रहे हैं। Temkin मॉडल निम्नलिखित समीकरण द्वारा व्यक्त की है:

समीकरण

जहां आर सार्वभौमिक गैस निरंतर (8.314 जम्मू / मोल / कश्मीर) है, टी वें हैई तापमान (कश्मीर), ΔQ सोखना ऊर्जा ((जम्मू / मोल) ∙ (छ / μmol)) की भिन्नता है, और कश्मीर 0 Temkin इज़ोटेर्म बाध्यकारी निरंतर (100 एमएल / μmol) संतुलन है।

सभी एप्लाइड मॉडल के लिए गुणांकों के मूल्यों की गणना की साजिश रची सोखना isotherms (चित्रा 4 ए) और Langmuir, Freundlich, और Temkin समीकरणों के रैखिक रूपों (चित्रा 4 बी-4D) पर आधारित थे। गुणांक मूल्यों, रेखीय समीकरण के साथ-साथ तालिका 1 में प्रस्तुत कर रहे हैं। अंत में, प्रयोगात्मक डेटा और तीन अलग अलग सोखना मॉडल के लिए सक्रिय सामग्री पर नी 2+ के सैद्धांतिक सोखना isotherms के बीच तुलना चित्रा 5 में प्रस्तुत कर रहे हैं। रेखांकन के समोच्च और सैद्धांतिक इज़ोटेर्म घटता करने के लिए प्रयोगात्मक परिणामों के उच्च निकटता के आधार पर, यह है कि नव लिए सत्यापित किया गया हैमेड Sorbent सामग्री प्रभावी ढंग से एक नी 2 + पी लेनेवाला के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है।

चित्रा 5 ए और 5 ब, साथ ही Langmuir और Freundlich मॉडल (तालिका 1) के लिए प्रतिगमन गुणांक (2 आर) में प्रस्तुत फिट परिणामों की तुलना करके, यह स्पष्ट है कि Langmuir समीकरण एक है कि बेहतर प्रयोगात्मक डेटा का वर्णन है। इसका मतलब है कि परिवर्तित सामग्री पर नी 2 + आयनों की सोखना एक monolayer सोखना है और इसकी प्रकृति एक chemisorption प्रक्रिया का है कि। आदेश में आगे की जांच की सोखना की प्रकृति का विश्लेषण करने के लिए, हम भी प्रयोगात्मक आंकड़ों के Temkin मॉडल फिट करने का प्रयास किया। ग्राफ चित्रा 5C और इसकी उच्च आर 2 (1 टेबल) में दिखाया गया है से, यह स्पष्ट है कि Temkin मॉडल भी अच्छी तरह से प्रयोगात्मक डेटा फिट बैठता है। की भिन्नता के सकारात्मक मूल्यों के आधार परसोखना ऊर्जा (ΔQ), यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है कि सोखना एक्ज़ोथिर्मिक है।

आकृति 1
चित्रा 1: एसिटिक एसिड निष्कर्षण। leachate समाधान में अल, सीए, मिलीग्राम, और सी की एकाग्रता (पहला कदम है, दूसरा कदम है, और कुल में), 30 डिग्री सेल्सियस, 1000 rpm पर 60 मिनट के लिए और एसिटिक एसिड और जमीन, दानेदार बीएफ लावा के बीच प्रतिक्रिया से उत्पन्न। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्र 2
चित्रा 2: कैल्शियम कार्बोनेट precipitates। (क) कार्बोनेट वेग की संरचना, तत्व प्रति वजन प्रतिशत में व्यक्त किया, मानक के अनुसार 100% की कुल के लिए डी। पोस्ट-कार्बोनेशन वेग (ख) XRD आरेख। पोस्ट-कार्बोनेशन वेग से (ग) कण आकार के वितरण। डी Crom एट अल से reproduced। Elsevier (3879261230348) से अनुमति के साथ 6। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्र तीन
चित्रा 3: hydrothermally परिवर्तित सामग्री। (क) hydrothermally परिवर्तित सामग्री की संरचना, तत्व प्रति वजन प्रतिशत में व्यक्त 100% की कुल के लिए सामान्यीकृत। Hydrothermally परिवर्तित सामग्री का (ख) XRD आरेख। (ग) hydrothermally परिवर्तित सामग्री का औसत कण आकार के वितरण।.com / फ़ाइलें / ftp_upload / 55062 / 55062fig3large.jpg "लक्ष्य =" _blank "> यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 4
चित्रा 4: सोखना isotherms। (क) पहले और पीएच समायोजन के बाद zeolitic सामग्री पर नी 2 + की सोखना इज़ोटेर्म डेटा। (ख - घ) linearized Langmuir, Freundlich, और Temkin सोखना मॉडल के लिए प्रयोगात्मक डेटा की फिटिंग। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 5
चित्रा 5: प्रायोगिक और नकली डेटा निकटता। प्रयोगात्मक डेटा के बीच तुलना (पूर्वपी) और (क) Langmuir के अनुसार नकली सोखना isotherms (कैल्क) नी 2 + की zeolitic सामग्री पर, (ख) Freundlich, और (ग) Temkin मॉडल। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

रेखीय समीकरण गुणांकों असमायोजित समायोजित
Langmuir समीकरण समीकरण डी एम 196.08 196.08
कश्मीर 0.174 0.0851
आर 2 0.997 0.993
Freundlich समीकरण समीकरण n 2.50 2.13
कश्मीर च 26.50 17.64
आर 2 0.840 0.893
Temkin समीकरण समीकरण Δ क्यू 102.30 93.99
कश्मीर 0 9.97 3.58
आर 2 0.998 0.978

तालिका 1: सोखना इज़ोटेर्म zeolitic सामग्री पर नी 2 + सोखना के लिए मानकों। का समीकरण, और, से linearized Langmuir, Freundlich, और Temkin सोखना मॉडल फिट मापदंडों।

Discussion

हालांकि अप्रत्यक्ष कार्बोनेशन 7, 8 और 9 जलतापीय रूपांतरण, बीएफ slags के 10 व्यापक रूप से अलग प्रक्रियाओं के रूप में शोध किया गया है पीसीसी और zeolitic खनिजों का सहजीवी संश्लेषण के लिए उनकी युग्मन हाल ही में प्रस्तावित किया गया है 5, और कार्यप्रणाली के साथ साथ में प्रस्तुत किया है विस्तार। प्रक्रिया का सबसे महत्वपूर्ण कदम पर्याप्त (लगभग कुल) सीए की निकासी और निकासी के चरण के दौरान सिलिका और बीएफ लावा से एल्यूमीनियम के सीमित लीचिंग है। Leachate में कैल्शियम की उच्च राशि कार्बोनेशन के बाद प्रदेश कांग्रेस संश्लेषण की एक उच्च दर को सुरक्षित और अवांछित चरणों की बड़ी मात्रा की पीढ़ी को रोकता है (जैसे, tobermorite, hydrogarnet (सीए 3 अल 2 (SiO 4) 3-वाई (OH) 4 वर्ष) ) hydrothermally परिवर्तित उत्पादों 9 के बीच में। वें परई दूसरी ओर, पोस्ट-निष्कर्षण ठोस अवशेषों में सी और अल का सबसे बड़ा हिस्सा के संरक्षण zeolitic खनिजों के गठन के लिए महत्वपूर्ण भूमिका निभाई महत्व का है।

यह अंत करने के लिए, साहित्य में जांच की कई extractants के बीच 7, 8, 10, 11, 34, 35, 36, एसिटिक एसिड इस अध्ययन का उद्देश्य के लिए सबसे उपयुक्त के रूप में चयनित किया गया था। विशेष निकासी एजेंट, समाधान के लिए लावा से कैल्शियम की उच्च मात्रा की रिहाई का कारण बनता है जबकि जिसके परिणामस्वरूप अवशेषों में सी और अल का सबसे बड़ा हिस्सा की अवधारण को सुनिश्चित करने। इस पीसीसी और zeolites की समानांतर गठन को बढ़ावा देता। एसिटिक एसिड के लिए कैल्शियम दाढ़ प्रत्येक निकासी चरण में इस्तेमाल किया अनुपात 2: 1 (लावा, लावा की कैल्शियम की मात्रा, और वें के द्रव्यमान के आधार परएसिटिक एसिड समाधान के ई की मात्रा), जिसका अर्थ है कि दो निष्कर्षण कदम पर कुल अनुपात 4: 1। चूंकि कैल्शियम एसीटेट 2 के एक एसीटेट करने वाली कैल्शियम अनुपात है: 1, डबल stoichiometric राशि है, के रूप में इस्तेमाल किया गया था चियांग एट अल द्वारा आवश्यक मिला था। 5

आदेश उत्पन्न पीसीसी में अवांछित अशुद्धियों की उपस्थिति सीमित करने में, leachate समाधान कार्बोनेटेड होने से पहले आगे की शुद्धि के अधीन किया जाना चाहिए; इस प्रस्तावित सहजीवी प्रक्रिया का एक और नवीनता है। पहले काम में, पीसीसी गुणवत्ता (रासायनिक पवित्रता, खनिज संरचना, कण आकार और आकृति) नकारात्मक दोष से प्रभावित था। संश्लेषित पीसीसी कागज पूरक के रूप में योग्य हो, कुछ मानदंडों से मुलाकात होगी। उत्पादित पीसीसी उच्च रासायनिक पवित्रता (मि। 98% wt सीए), समरूप खनिज संरचना, छोटे औसत कण आकार, और संकीर्ण आकार वितरण 6 की विशेषता किया जाना चाहिए। प्रतिनिधि परिणाम के रूप में पेशअनुभाग, प्रस्तावित प्रक्रिया इन विशेषताओं देता है। उपजी कार्बोनेट उच्च शुद्धता की है और 98.1% wt (2A चित्रा) के एक कैल्शियम सामग्री है।

जलतापीय रूपांतरण की प्रक्रिया के अनुकूलन क्षमता एक भारी धातु पी लेनेवाला के रूप में कार्य करने के साथ एक सामग्री के उत्पादन में हुई। अनुकूलन के तापमान, NaOH एकाग्रता, और प्रतिक्रिया समय का सबसे उपयुक्त संयोजन खोजने के द्वारा बनाया गया था। Tobermorite अवांछनीय खनिज चरणों कि फार्म कर सकते हैं में से एक है; अपने बहुस्तरीय क्रिस्टल संरचना, कम विशिष्ट सतह क्षेत्र 39, एक विशेषता sorbents के लिए महत्वपूर्ण की ओर जाता है, हालांकि यह बताया गया है कि tobermorite एक आयन एक्सचेंज तंत्र के माध्यम से एक 40 Sorbent के रूप में कार्य कर सकते हैं। बहरहाल, खनिज चरण है कि इस अध्ययन में परिवर्तित सामग्री हावी है, इष्टतम परिस्थितियों में, analcime (चित्रा 3 बी) का है। यह एक जिओलाइट कि करने के लिए सूचित किया गया हैएक उल्लेखनीय भारी धातु सोखना क्षमता 41, 42 है और इस के साथ साथ के रूप में दिखाए गए इस प्रकार, अपशिष्ट जल से विषाक्त प्रदूषणों से हटाने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है।

एक sorbent के रूप में इस सामग्री की क्षमता का उपयोग पानी से निकल हटाने के लिए जांच की गई। नी 2 + की कृत्रिम दूषित समाधान के पीएच स्तर की परीक्षा के दौरान 4-5 को नियंत्रित किया गया है, पहले, सिंथेटिक समाधान की प्रारंभिक अम्लीय वातावरण में सामग्री के विघटन को रोकने के लिए, और, दूसरी, पीएच को समायोजित करने के लिए स्तर आम तौर पर भारी धातु remediation की स्थिति 43 में पाया। तीन अलग अलग इज़ोटेर्म मॉडल, अर्थात् Langmuir, Freundlich, और Temkin, आदेश Langmuir मॉडल सबसे उपयुक्त साबित हो रही के साथ, सोखना प्रक्रियाओं (आंकड़े 4 और 5) को चिह्नित करने में लागू किया गया। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि डी एम attrib मूल्योंअसमायोजित संतुलन को uted पी लेनेवाला-adsorbate समाधान समायोजन के बाद संतुलन समाधान करने के लिए इसी उन लोगों की तुलना में अधिक हैं। यह पीएच में वृद्धि है कि समाधान में होने वाली जब तक वह अपने संतुलन पहुँचता है सोखना प्रतिक्रियाओं के दौरान जगह लेता से समझाया है। एक उच्च पीएच (> 5) नी (ओएच) 2 के रूप में वेग निकल कारण बनता है, geochemical मॉडलिंग और सैंटोस एट अल द्वारा प्रयोगात्मक अध्ययन के अनुसार। 44, जो बारी में डी एम मूल्य फुलाते। भारी धातु की इस प्रकार की सामग्री का परीक्षण की वास्तविक सोखना क्षमता के रूप में जिम्मेदार नहीं किया जाना चाहिए। ऐसे पक्षपाती माप से बचने के प्रयास में, equilibrated पी लेनेवाला-adsorbate समाधान के पीएच ~ 5.0 केंद्रित हाइड्रोक्लोरिक एसिड की बूंदों को जोड़कर फिर से समायोजित किया गया। कम क्यू ई मूल्यों (चित्रा 4 ए), और फलस्वरूप, पीएच समायोजित समाधान की अधिक रूढ़िवादी नी सोखना अनुमान है, इस प्रकार हो सकता हेbtained।

तकनीक के साथ साथ वर्णित संभावित पीसीसी और zeolites के संश्लेषण के लिए सीए, अल, और सी के स्रोत के रूप में अन्य सामग्री का शोषण करने के लिए अनुकूलित किया जाना है। ब्लास्ट फर्नेस लावा के अलावा अन्य इस्पात निर्माण slags, जलाए जाने राख, खनन और खनिज प्रसंस्करण के अवशेष, निर्माण और विध्वंस अपशिष्ट, प्राकृतिक खनिज, आदि शामिल कर सकते हैं संभावित सामग्री नहीं इन सामग्रियों के सभी बीएफ लावा के रूप में सीए, अल, और सी के उसी अनुपात में होते हैं (जो है, जो बीएफ लावा विशेष रूप से आकर्षक बनाता है), लेकिन फिर भी, वे अभी भी पीसीसी, zeolites, या अन्य खनिज व्युत्पन्न उत्पादों (जैसे, समुच्चय 45 या pozzolanic सामग्री) समान प्रसंस्करण तकनीकों के माध्यम से (निकासी के कुछ संयोजन का निर्माण करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, वर्षा और / या रासायनिक रूपांतरण)। इसके अलावा, zeolitic सामग्री बीएफ लावा या अन्य खनिजों से उत्पादित, अन्य अपशिष्ट या remediation अनुप्रयोगों के लिए परीक्षण किया जाना चाहिए, क्योंकि वे संभावना है adsoऐसी सीडी, पंजाब, और Zn 46 के रूप में अन्य भारी धातुओं, के लिए rption क्षमता। अर्थशास्त्र (अपशिष्ट पदार्थों के लिए निपटान शुल्क से बचने के लिए, या higher- या कम मूल्य के अनुप्रयोगों के लिए उत्पादों के उपयोग पर वित्तीय वापसी बनाम वर्जिन सामग्री के लिए भुगतान करने की जरूरत है) एक उपयुक्त खनिज फीडस्टॉक की पहचान करने में एक भूमिका निभानी चाहिए। अन्य प्रक्रिया आदानों की स्थानापन्न (एसिटिक एसिड, सोडियम हाइड्रोक्साइड, और केंद्रित सीओ 2) कम महंगा या अधिक आसानी से वसूली योग्य विकल्प द्वारा भी प्रसंस्करण लागत में सुधार के लिए विचार किया जाना चाहिए।

Disclosures

हम खुलासा करने के लिए कुछ भी नहीं है।

Acknowledgments

हम शेरिडन रासायनिक और पर्यावरणीय प्रयोगशालाओं की प्रयोगशाला कर्मचारियों, विशेष रूप से जसप्रीत Chandla, Nausheen Zehra, माइक OVAs, आयलैंड सटन, और डैनियल लियाओ में द्वारा प्रदान की अनुसंधान के लिए समर्थन स्वीकार करते हैं। ईजी भी उसे शेरिडन पर की मेजबानी के लिए डीन टेरी डेविसन और डेव Wackerlin एसोसिएट आभारी है। टेरी डेविसन और डॉ इयान McNab, शेरिडन में अनुप्रयुक्त विज्ञान और प्रौद्योगिकी के संकाय के डीन से वित्तीय सहायता भी सराहना की है। एटीएस वैज्ञानिक इंक, Quantachrome उपकरण, और Malvern उपकरण नाइट्रोजन सोखना और कण आकार के विश्लेषण के साथ सहायता में शालीन थे।

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.

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References

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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).

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