Waiting
Login processing...

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

Engineering

Tvåvägs valoriseringen av masugnsslagg: Syntes av utfällt kalciumkarbonat och zeolitiska 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

Den indirekta karbonatisering av industriavfall som är rika på alkalimetaller har i stor utsträckning forskat inom ramen för avskiljning och lagring av koldioxid (CCS) 1, 2, 3, 4. En viss mängd av CO 2 kan lagras på ett effektivt sätt, permanent, och på ett sätt som är godartad till atmosfären. Men medan värdefulla material bildas, finns det en del av den teknik som otillräckligt förblir utforskas. I den indirekta karbonatisering processen, är kalcium selektivt extraheras från materialet och utsattes därefter för karbonatisering under kontrollerade förhållanden. Men genererar avfall valoriseringen processen fasta återstoder från materialet; dessa rester inte bearbetas vidare eller utnyttjas efter kalcium extraktionssteget. Bearbetning vägar som minskar produktionen av sådana rester, eller ens att eliminera dem, bör hittas. Till dettaände, nyligen har det varit ett försök att utveckla och optimera en process genom vilken, med hjälp av masugn (BF) slagg som utgångsmaterial, en noll-avfall mineral kolbindningen, tillsammans med bildandet av nyttiga mineraler, kan vara uppnås 5, 6.

Flera avfall betecknas som effektiva reaktanter för CO2 mineralisering. Bland dem, järn- och stålverk slagg presentera betydligt högre experimentell CO 2 upptag än varannan industriavfall 4. Attraktionskraft BF slagg för avfall valoriseringens ligger i dess egenskaper (kemisk, mineral och morfologiska egenskaper) och de potentiella tillämpningar av material 5. Det är en biprodukt av järnfattandet, där föroreningar från järnmalm avlägsnas i en pyrometallurgisk process. Baserat på det sätt som det kyls ned efter dess separation från molten järn, fyra olika typer av slagg genereras: (i) luftkyld (dvs kristallin), (ii) granulerad (dvs. förglasat), (iii) utökat (dvs skum), och (iv) pelleteras.

Även produktionen av utfällt kalciumkarbonat (PCC) enligt indirekt karbonatisering av masugnsslagg är en process som har lyckats locka mycket uppmärksamhet 7, 8, är den hydrotermiska omvandlingen av slagg för framställning av zeolitiska mineraler en teknik som har studerats och utvecklades endast under de senaste åren 9, 10, 11. Inte i något av fallen har det ansetts som en teknik som skulle kunna användas i kombination med den indirekta karbonatisering av masugnsslagg i syfte att uppnå det symbiotiska bildning av PCC och zeoliter. Följande kommer två-vägs valoriseringen förfarande som beskrivs häri, dessa två teknikerär kopplade för att åstadkomma tillräcklig upptag av CO2 samtidigt erhålla zeolitiska mineraler och eliminera eventuella fasta återstoder. Enligt detta förfarande, är CO 2 lagras i kalcium som extraherades från slagg genom syralakning via en mineral karbonatiseringsreaktionen 5. För att uppnå lämpliga PCC produktegenskaperna för applikationer inom papperstillverkning (mineralogi, partikelstorleksfördelning, och partikelmorfologi), är lakvattnet från extraktionsmomentet första fysikalisk-kemiskt renat 6. Parallellt är zeolitiska mineraler bildas i en kaustik lösning via hydrotermisk omvandling av fasta återstoder från kalcium extraktionssteget 5.

Zeolit ​​är ett aluminiumsilikat mineral. Det förekommer naturligt, men det kan också framställas industriellt i stor skala. Ett flertal unika zeolit ​​ramar har identifierats, vilket leder till olika applicheten för materialen. Till exempel, kan de användas som katalysatorer i flera industrisektorer 12, 13; de finns i tvättmedel och byggmaterial som tillsatser i asfalt, betong 14, 15, och Portlandcement 16, 17; och de har också tillämpningar inom medicinsk 18, 19, 20 och jordbruks 21, 22, 23 domäner. Vidare, beroende på deras stora specifika ytareor och deras katjonbytar kapaciteter, zeoliter kan också användas som sorbenter 24, 25, 26, 27. Dessa speciella sorbenter kan också användas to direkt behandla tungmetall lastat flöden, såsom avloppsvatten eller förorenat grundvatten 28, 29, 30, 31. I denna studie, det zeolitiska material som framställts av masugnsslagg via tvåvägs valoriseringen process, för första gången, testades som en adsorbent för en tungmetall, nämligen nickel.

För den föreslagna symbiotiskt processen, bör ett extraktionsmedel älskvärd både PCC och zeolit ​​formation användas. Således är valet av en lämplig extraktant kritisk. Bland flera urlakningsmedel tillämpas i föregående forskning på både indirekta karbonatisering 7, 8 och hydrotermisk omvandling 10, 11 av masugnsslagg tillsattes ättiksyra valts som den mest lovande. Saltsyra 10 uppvisar skadliga effekter på både generation av PCC och urlaknings selektivitet, orsaka betydande förluster i mängder Si och Al i lakvattnet lösning. Å andra sidan, har myrsyra 11 visat sig vara effektiv, eftersom den klarar av att effektivt avlägsna Ca och Mg från slaggen samtidigt presentera anmärkningsvärd urlakning selektivitet, vilket både Si och Al ostört. Emellertid uppvisar en lägre syrakonstanten än ättiksyra 33, vilket tyder på att utfällningen av kalciumkarbonat bör vara lättare att uppnå efter anställning av acetat lösningar som extraktionsmedlet. Det har också visat sig att, i vissa fall, till exempel med hjälp av succinater 34 och oxalater 35 fälls icke-karbonatform i stället för PCC. Eloneva et al. 36 jämfört sexton extraktionsmedel för kalcium bort från ståltillverkningsslagg och fann ättiksyra vara den mest effektiva (bästprestanda mellan 0,5 M och 2 M extraktionsmedel koncentrationer) och mest framgångsrika (högsta kalcium återhämtning på ~ 100%).

Följande protokoll beskriver i detalj laboratorieskala experimentella processen som leder till bildandet av högrent PCC och ett zeolitmaterial, med potentiella användningsområden som pappersfyllmedel och tungmetall sorbenter respektive. Masugnsslagg är utgångsmaterialet. Testmetoderna som används för att bedöma den syntetiserade zeolitmaterial som en adekvat tungmetall sorbent är också beskrivs.

Protocol

1. Kalcium Extraktion från masugnsslagg

OBS: På grund av den skadliga effekten av aciditet på urlakning selektivitet, utvinning av kalcium sker i två steg, med användning av halv molariteten av ättiksyra (CH3COOH) som skulle användas i ett enda steg.

  1. Slipa masugnsslagg med användning av en mortel och mortelstöt och siktas det till partikelstorlek under 2 mm.
  2. Bryta förseglingen en autoklav reaktor som är utrustad med en dubbel-pumphjul omrörare, en värme / kyla jacka, en tryckmätare, och ett termoelement. Se till att det inre av reaktorkärlet och komponenterna som skjuter ut från reaktorhuvudet (omröraraxel; pumphjul, och termoelementbrunn, som fungerar som en baffel) är rena och fria från eventuella orenheter som kan störa den kalcium extraktionsprocessen. Om de inte är, tvätta dem noggrant.
  3. Väg 100 g av siktad masugnsslagg (<2 mm) och placera den i kärlet. Lägg 731 ml CH3COOH (2 M) till than kärl och försegla den. Se till att den förseglade reaktorn är ordentligt fäst vid sitt stöd.
  4. Placera värmemanteln i rätt position, så att den täcker nästan hela kärlet. Ställa in uppvärmningstemperaturen till 30 ° C och börja blanda uppslamningen vid 1000 rpm. Vänta tills temperaturen i det inre av reaktorn når börvärdet (ca 15 min), och sedan lämna uppslamningen att blandas i ovannämnda betingelser under 60 min.
  5. När väl syraextraktion tid har förflutit, avlägsna värmemanteln, bryta förseglingen reaktorn, och häll slammet från reaktorn i en bägare. En dräneringsventil kan också användas, men de grova fasta ämnena kan blockera passagen.
  6. Vakuum filtrera uppslamningen för att separera lakvattenlösning från de kvarvarande fasta ämnen; använda filterpapper med porstorlek av 8 pm eller mindre. Bearbeta det fasta materialet omedelbart (våt kaka), eller låt dem torka vid rumstemperatur för bearbetning vid ett senare tillfälle.
    OBS: Lakvattnet kan lagras ent omgivningstemperatur, men det bör företrädesvis behandlas vidare (renad och kolsyrat) kort därefter för att undvika okontrollerad utfällning av lösta föreningar.
  7. Tvätta både reaktorn huvudet och kärlet med avjoniserat vatten för att säkerställa att inga rester från syran eller slaggen kvar.
  8. Placera den torra, fasta återstoden från den första Ca extraktionssteget i kärlet och tillsätt 731 ml CH3COOH (2 M). Upprepa samma procedur (steg 1,5) för att blanda det fasta materialet med syran (vid 30 ° C och 1000 rpm under 60 min).
  9. Vid slutet av det andra extraktionssteget, placera den post-extraktion uppslamning i centrifugrör. Använd stor kapacitet rör (t.ex. 50 ml eller högre) och följa standardcentrifugering metoder, såsom att säkra lika stor vikt i varje rör.
    1. Separera de fasta ämnena från lakvattnet genom centrifugering av uppslamningen vid 2500 x g under minst 10 min. Häll långsamt supernatanten till en ny flaska medan keeping de fasta ämnena i rören.
      OBS: Separationen av fasta ämnen (suspenderade kiseldioxid och rest BF slagg) från kalciumacetat rika vätskefasen uppnås sålunda.
  10. Återvinna den fasta återstoden som härrör från det andra extraktionssteget från rören och återsuspendera dem i DI-vatten. Utför ytterligare en runda av centrifugering för att avlägsna kvarvarande lösliga acetater. Återvinna de tvättade fasta substanserna och låter dem torka under omgivningsbetingelser.
  11. Kombinera de lösningar från både den första extraktionen filtrering (filtratet) och den andra extraktionen centrifugering (supernatant) för att erhålla den efter extraktion lakvatten.

2. Fysikalisk-kemisk rening av Post-extraktion Lakvatten

OBS: Trots separationen av fasta ämnen från lakvattenlösning (steg 1,9), innehåller den resulterande supernatanten fortfarande lösliga eller kolloidalt föroreningar. Den viktigaste av dessa föroreningar är kiseldioxid, magnesium och aluminium.Enligt tidigare publicerade arbeten 32, är kiseldioxid löslighet i rent vatten proportionell mot temperaturen av lösningen (dvs genom minskning av temperaturen hos rent vatten, lösligheten för kiseldioxid minskar också). Även lakvattnet lösningen inte är rent vatten, har det visat sig att man utsätter vätskefasen från det fast-flytande separation av den post-extraktion uppslamningen till kylning resulterar i ytterligare avlägsnande kiseldioxid (jämfört med centrifugering enbart) 2. Å andra sidan, magnesium- och aluminiumföroreningar är närvarande i supernatanten i form av acetater. För att avsevärt minska deras löslighet, måste de omvandlas till olösliga metallhydroxider genom pH-justering 2.

  1. Lägga koncentrerad NaOH-lösning (50% vikt / vikt) till supernatanten, så att den slutliga koncentrationen av NaOH i supernatanten är 1,25 M; detta kommer att öka pH-värdet till cirka 8,4, vilket således omvandling av magnesium och aluminium esstates till deras betydligt mindre löslig form av hydroxider. Lägga den kaustika lösningen långsamt under omrörning och mätning av pH.
  2. Placera NaOH-anrikad supernatant i kylskåp och kyla ner till 1 ° C för att orsaka den extra utfällning av kiseldioxid.
  3. Efter avkylning, vakuum filtrera lösningen med användning av filterpapper med en porstorlek av 0,45 | j, m. Mikro-filtrering av lösningen resulterar i den ytterligare avlägsnande av kisel och av de utfällda orenheter av magnesium och aluminium.

3. Karbonatisering av de renade lakvatten

OBS: På grund av regenerering av ättiksyra vid karbonatisering är NaOH används som tillsats för att buffra syrahalt, som hämmar kalcium nederbörd. För produktion av en renare PCC bör NaOH användas i en sub-ekvimolär koncentration med avseende på den hos den CH3COOH används i extraktionssteget (2 M).

  1. Häll det renade lakvatten i autoklaven återskådespelare. Kontrollera båda sina fartyg och cap komponenter för att kontrollera att de är rena från rester från tidigare användningsområden i syfte att undvika föroreningar stör de carbonation reaktioner. Lägga koncentrerad NaOH (50% vikt / vikt) till kärlet, så att den slutliga NaOH-koncentrationen i det renade lakvattnet lösningen är 1,7 M, för att neutralisera den regenere CH3COOH under karbonatisering. Täta reaktorn och försiktigt fast det sitt stöd.
  2. Placera värmemanteln av reaktorn i rätt position. Justera uppvärmningstemperaturen till 30 ° C och börja blanda uppslamningen vid 1000 rpm. Vänta tills det inre av reaktorn når den önskade temperaturen (ca 15 min). Starta karbonatisering av blandningen genom att införa i reaktorn CO2 med hög renhet (99,5%) vid 2 bar; köras i 60 min.
  3. Vid slutförandet av kolsyra, ta bort värmemanteln, tryckavlasta och bryta förseglingen reaktorn och häll kolsyrade slam i en bägare.
    NOTERA:En dräneringsventil kan också användas efter trycksänkning, eftersom de fasta ämnena är fina.
  4. Vakuum-filtrera den resulterande uppslamningen för att separera de fasta fällningarna från lösningen; använda filterpapper med en porstorlek av 8 | j, m eller mindre. Skölj filterkakan noggrant med avjoniserat vatten under vakuum för avlägsnande lösliga natrium.
    OBS: markant minskning av konduktiviteten hos skölj filtrat kan användas för att bekräfta skölj ändpunkt.
  5. Ugnstorr det fasta materialet vid 105 ° C under 24 h för att hämta PCC.

4. Hydrothermal Omvandling av Extraction fasta återstoder

OBS: För hydrotermisk omvandling, kalcium- utarmade restfastämnen från masugnsslagg ättiksyra extraktion används. Efter varje extraktion körning (inklusive båda stegen), kan utvinnas mindre än 50 vikt-% av den ursprungliga massan (på grund av kalcium extraktion och partiell förlust av kolloidal kiseldioxid i filtrering och beroende på filterpapperet porosity används). Således är flera satser av extraktion behövs för att generera den massan av fasta ämnen som används i det hydrotermiska omvandlingssteget.

  1. Placera 60 g av de torra, kvarvarande fasta substanser från kalcium extraktion i en ren autoklavreaktor. Tillsätt 300 ml av 2 M NaOH-lösning. Täta reaktorn och fäst den sitt stöd.
  2. Placera värmemanteln av reaktorn i rätt position. Justera uppvärmningstemperaturen till 150 ° C och börja blanda uppslamningen vid 300 rpm. Vänta i ungefär 45-50 minuter, tills det inre av reaktorn når den önskade temperaturen. Lämnar uppslamningen att blandas i ovannämnda betingelser under 24 h.
  3. Vid fullbordandet av den hydrotermala omvandlingen, avlägsna värmemanteln och låt reaktorn svalna i 60 min, till cirka 35 ° C. Reaktormanteln kylkrets kan också användas för att snabba kylning.
    1. Bryta förseglingen reaktorn och häll den konverterade uppslamning i en bägare.
    Vakuum-filtrering av uppslamningen för att separera de konverterade fasta ämnen från lösningen; använda filterpapper med en porstorlek av 8 | j, m eller mindre. Sköljde den fasta substansen noggrant med avjoniserat vatten under vakuum för att avlägsna överskottet av kaustik.
    OBS: markant minskning av konduktiviteten hos skölj filtrat kan användas för att bekräfta skölj slutpunkt.
  4. Ugnstorr det filtrerade materialet vid 105 ° C under 24 h för erhållande av den hydrotermiskt omvandlas materialet.
  5. Disaggregera det granulära materialet med användning av en mortel och mortelstöt och siktas det resulterande materialet till en partikelstorlek <0,85 mm.

5. Heavy Metal Adsorption Tester med zeolitiska produkt

OBS: Ni2 + är vald som tungmetall för utredning. Förorenade lösningar med olika initiala Halterna av tungmetaller syntetiserades. Initiala Halterna av tungmetaller av 2-200 mg / L valdes som lämpliga för de behov som den aktuella studien.

  1. För att framställa de kontaminerade lösningar för de vid jämvikt, använder en mikro-pipett för att lägga till en lämplig mängd av 1000 mg / L analyskvalitet standardlösning av Ni2 + i 1 L av ultrarent vatten i en mätkolv för att producera lösningar av de önskade Ni2 + koncentrationer (2 mg / L, 10 mg / L, 20 mg / L, 100 mg / L, och 200 mg / l).
  2. I tillslutna plastflaskor, skingra 1 g av hydrotermiskt omvandlas materialet härrör från steg 4,6 i 100 ml av varje syntetiskt framställda kontaminerad lösning.
  3. Lägga koncentrerad NaOH (2 M vid första och 0,5 M närmare slutpunkten) droppvis för att justera pH hos lösningarna till 4-5. Kontinuerligt röra om lösningen vid låg hastighet med användning av en magnetisk omrörarstav på en omrörningsplatta. Övervaka pH under tillsats av NaOH med hjälp av en pH-elektrod indränkt i lösningen.
  4. Placera flaskorna i en skakinkubator och skaka dem vid 160 rpm och 20 ° C under 24 h.
  5. Efter blandning, tillsätt koncentrerad HCl (2 M vid första och 0,2 M närmare slutpunkten) droppvis till lösningen för att justera pH till 4-5. Under justeringen, kontinuerligt röra om lösningen vid låg hastighet med användning av en magnetisk omrörarstav på en omrörningsplatta. Övervaka pH kontinuerligt under tillsats av HCl genom att använda en pH-elektrod indränkt i lösningen.
  6. Placera uppslamningen i centrifugrör. Separera de fasta ämnena från lösningen genom användning av en laboratoriecentrifug vid 2500 xg under 5 min. Häll försiktigt supernatanten lösningen till en ny flaska och samtidigt hålla de fasta ämnena i centrifugröret.
  7. Surgör lösningen med HNO3 (2 vikt% salpetersyra koncentration) för att minska pH-värdet till <2.
    OBS: Detta steg utförs för att säkerställa att jonerna förblir i lösning under lagring (vid omgivningstemperatur) före ytterligare manipulering och analys.
  8. Bestäm jämviktskoncentrationen av det undersökta heavy metal i supernatanten med hjälp av ICP-OES.
    OBS: Lösningar utspädes med enfaktor 10-100x med användning av 2 vikt-% HNO 3 utspädningsmedel, så att den förväntade koncentrationen ligger inom det linjära området av instrumentet kalibrering (0-2 mg / L). Yttrium, vid 2 mg / L, tillsätts till varje utspätt prov som en inre standard. ICP-OES instrument drivs baserat på tillverkarens rekommendationer för analys av metaller i avloppsvatten 37. Alternativa metoder för bestämning av nickelkoncentrationen i lösning, såsom ICP-MS och AAS, är också lämpliga för detta steg.
  9. Beräkna mängden tungmetall adsorberat per g av adsorbenten vid jämvikt (q e) med användning av följande formel:
    Ekvation
    där C o är den initiala koncentrationen (| j, mol / ml) av de tunga metalljoner i lösningen, C e är jämviktskoncentrationen av de tunga metalljoner i lösningen (imol / ml), V är volume den kontaminerade lösningen (ml), och m är massan av den torra adsorbenten (g).

Representative Results

För att testa karbonat fällningar för renhet och avkastning kan flera instrumentella tekniker tillämpas. Den elementära sammansättningen (inklusive större och mindre komponenter) kan bestämmas antingen genom induktivt kopplad plasmaatomemissionsspektroskopi (ICP-OES), genom induktivt kopplad plasma-masspektrometri (ICP-MS) eller atomabsorptionsspektroskopi (AAS) efter syraupplösning (i HCI), eller genom röntgenfluorescensspektroskopi (XRF) med provet i pulver- eller pelletform. XRF är mindre känslig för mindre komponenter (<1 vikt-%). Mer detaljer och exempel återfinns i De Crom et al. 6 Dessa resultat kommer att visa om oönskade föroreningar är närvarande och kommer att avgöra, genom massbalans, effektiviteten att omvandla innehållet i den ursprungliga slaggen kalcium i PCC. Mineralsammansättningen bestämmes bäst genom röntgen-pulver diffraktion (XRD). Den resulterande diffraktogram ger kvalitativinformation om förekomsten av kristallina mineralfaser. Kvantifiering av de relativa mängderna är gjord av Rietveld förfining teknik (med en noggrannhet på omkring ± 2-3 vikt%). Mer information och exempel finns i Santos et al. 38 Dessa resultat kommer att kontrollera om de processförhållanden eller föroreningar påverkar kristallisationsprocessen, genererar ytterligare oönskade faser förutom kalcit (CaCO 3). Partikelstorleksfördelning (PSD) och medelpartikeldiameter bestäms bäst genom våt (DI vatten) laserdiffraktion. Mer information och exempel kan hittas i De Crom et al. 6 Dessa resultat används för att bedöma om PCC uppfyller kraven i dess avsedda tillämpning (dvs. pappers), som vanligtvis anger en övre cut-off storlek och ett spann av distribution.

Grundämnessammansättningen av den post-extraktion lakvatten och post-karbonatiseringprodukter, såväl som XRD-mönstret och volymbaserad PSD av de post-karbone fällningar, presenteras i Figurerna 1 och 2. ICP-MS teknik användes för att mäta innehållet (vikt-%) av vissa metaller (Ca, Mg, Al, och Si) i sammansättningen av lakvattnet efter Ca extraktionssteget och före dess karbonatisering. Användningen av analyskvalitet ättiksyra (2 M) som urlakningsmedel resulterade i en Ca extraktion av ungefär 90% (Figur 1a). Enligt resultaten var en ännu högre verkningsgrad extraktion detekteras för magnesium (nästan 100%), en annan metall som effektivt kan kolsyrade men under mer intensiva förhållanden.

Beteendet av kiseldioxid och aluminium under extraktionssteget undersöktes också. För att framgångsrikt producera aluminiumsilikat baserade zeolitiska mineraler genom hydrotermisk omvandling, men också för att undvika kontaminering av den syntetiserade PCC med undefar element, både kisel och aluminium bör förbli i fast fas under utvinningsprocessen. Enligt resultaten, ättiksyra uppvisade en tillfredsställande begränsat läckage av kiseldioxid och aluminium, med nästan 92% av kiseldioxid och 62% av kvarvarande opåverkade under urlakningsprocessen (figur 1b) aluminium.

Kolsyrning av det renade lakvattnet lösning resulterade i produktion av PCC med önskvärda egenskaper, såsom visas i fig 2. Baserat på XRD-diagram (figur 2b), mineralfasen som i huvudsak syntetiserades var det av kalcit (88,2 vikt-%), medan små mängder av nesquehonite (Mg (HCO 3) (OH) · 2H 2 O; 3,2 vikt-%) och magnesian kalcit (Ca 1-0,85 Mg 0-0,15 CO 3, 2,8 vikt%) var också närvarande. Från PSD-analys av materialet (figur 2c), blev det klart att den genomsnittliga partikel size var små och partikelstorleksfördelningen var snäv.

Parallellt med kolsyra, var de fasta resterna från extraktionssteget utsätts för hydrotermisk omvandling. Karakterisering av det hydrotermiskt omvandlas materialet, för att kontrollera produktionen av de zeolitiska mineraler och för att bedöma morfologi, genomfördes enligt följande. Den elementära sammansättningen är lättast erhålls genom XRF. Trace-elementet fastställande kräver syraupplösning följt av ICP-OES, ICP-MS, eller AAS, med digestionen utförs med användning av sekventiella syraupplösnings (HNO3 -HF eller HNO3 -HClO 4 -HF) för att lösa upp kiseldioxid fasen. Medan det inte finns någon specifik elemental sammansättning riktat för den konverterade materialet, hjälper denna analys klargöra mineralkomposition bestämdes genom XRD. Röntgendiffraktionsanalys, för att bestämma mineralsammansättning, PSD och genomsnittlig partikeldiameter bestämdes på liknande sätt som karbonat fällningar, ens tidigare nämnda. Specifik ytarea, porvolym och medelpordiameter bestämdes genom kväveadsorption, med isotermerna tolkas enligt Brunauer-Emmett-Teller (BET) med flera punkter teori. Prover bör initialt avgasades under vakuum vid 350 ° C under 4 h. Mer information och exempel finns i Chiang et al. 5

Ca, Mg, Al, och Si-innehållet i den hydrotermiskt omvandlas materialet, bestämd med hjälp av ICP-OES teknik, visas i figur 3a, medan deras mineralogisk sammansättning, bestämd från XRD mönster, visas i figur 3b. Medelpartikelstorleken och storleksfördelningen, som erhållits från PSD-analys, visas i figur 3c. Det resulterande materialet mineralogiskt kännetecknas av närvaron av två huvudfaser: analcim (NaAlSi 2 O 6 ∙ H2O) och tobermorit (Ca5 (OH) 2 Si 6 O 16 ∙ 4H 2 O). Förekomsten av den senare i den konverterade utvinningsresterna motiverar betydande kalciumhalt (22,5 vikt%) som upptäcktes i den kemiska sammansättningen av materialet, eftersom det analyserades med hjälp av XRF. Kiseldioxid (37,2 vikt-%) och aluminium (11,2 vikt%) var de andra primära element, medan magnesium var närvarande i mängder på cirka 4 vikt-%. Baserat på PSD analys volym ögonblick (De Brouckere) genomsnittlig partikeldiameter (D [4,3]) av de konverterade materialen var 86,6 pm, medan storleksfördelningen varierade från 0,594 um till 1,11 mm. Kväveadsorption analys bekräftade bildningen av mesoporösa material (46,0 nm medelpordiameter), med den specifika ytan och porvolymen hos hydrotermiskt omvandlas materialet, respektive, som ökar från 4,89 m 2 / g till 95,23 m 2 / g och från 0,014 ml / g till 0,610 ml / g jämfört med den ursprungliga slaggen.

r.within-page = "1"> De jämvikts adsorptionsisotermer av Ni 2+ har laddats in i hydrotermiskt omvandlas materialet, före och efter pH-justering av den jämviktade adsorbent-adsorbat-lösning, såväl som monteringen av de experimentella data till den linjäriserade Langmuir, Freundlich, och Temkin adsorptionsmodeller visas i figur 4.

Langmuir modellen bygger på vissa rimliga antaganden som karakteriserar kemisorption processen. Enligt dem på ytan av adsorbenten erbjuder endast ett fast antal adsorptionsplatser, med identiska former och storlekar, som kännetecknas av identiska adsorptionskapacitet. Det adsorberade materialet bildar endast ett skikt (tjocklek av en molekyl) på ytan av adsorbenten, och temperaturen är konstant. Matematiskt är Langmuir-modellen uttryckas med följande ekvation:

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

där C e är jämviktskoncentrationen av adsorbatet i lösning (| j, mol / 100 ml), q e är mängden metall adsorberats per g adsorbent vid jämvikt (imol / g), D m är den teoretiska maximala kapaciteten hos adsorbenten monoskikttäckning (| j, mol / g), och k är Langmuir isoterm konstant (100 ml / umol).

Freundlich isoterm inte begränsas av de antaganden som krävs i Langmuir-modellen. I stället beskriver det den fysikalisk adsorption process som kan appliceras på adsorbenter med heterogena ytor. De adsorptionsställen, distribuerade över hela adsorbenten yta, kännetecknas av olika affiniteter för adsorbatet, medan det adsorberade materialet bildar mer än ett skikt på ytan av adsorbenten. Freundlichmodell matematiskt uttryckas som:

Ekvation

där K f och n är de Freundlich Isotherm konstanter, motsvarande adsorptionsförmåga och adsorption intensiteten, respektive.

Slutligen antar Temkin modellen att adsorptionen värme av alla molekylerna i skiktet minskar linjärt med täckning på grund av att de adsorberande-adsorbat interaktioner, under det att bindningsenergier är jämnt fördelade. Den Temkin modellen uttrycks genom följande ekvation:

Ekvation

där R är den universella gaskonstanten (8,314 J / mol / K), T är the temperatur (K), är AQ variationen av adsorptionsenergi ((J / mol) ∙ (g / | j, mol)), och K 0 är Temkin isotermen jämviktsbindningskonstanten (100 ml / umol).

Värdena på koefficienterna för alla de tillämpade modeller beräknades baserat på de plottade adsorptionsisotermer (Figur 4A) och de linjära formerna av de Langmuir, Freundlich, och Temkin ekvationerna (Figur 4b-4d). Koefficientvärdena, tillsammans med de linjära ekvationer, presenteras i tabell 1. Slutligen är jämförelser mellan de experimentella data och den teoretiska adsorptionsisotermer av Ni 2+ har laddats in i aktiverat material för de tre olika adsorptionsmodeller presenteras i figur 5. Baserat på konturen av graferna och den höga närhet av de experimentella resultat till de teoretiska Isotherm kurvor, har det verifierats att den nyligen förMed sorbentmaterialet kan effektivt användas som en Ni2 + adsorbent.

Genom att jämföra de inpassade resultaten som presenteras i figur 5a och 5b, samt regressionskoefficienterna (R 2) för Langmuir och Freundlich modeller (tabell 1), är det tydligt att Langmuir-ekvationen är en som bättre beskriver de experimentella data. Detta innebär att adsorptionen av Ni 2 + -joner på den omvandlade materialet är ett monoskikt adsorption och att dess natur är att av en kemisorption process. För att ytterligare analysera vilken typ av undersökta adsorption, försökte vi också passa Temkin modellen i experimentdata. Från det diagram som visas i figur 5c och dess höga R 2 (tabell 1), är det tydligt att den Temkin modellen passar också de experimentella data väl. Baserat på de positiva värdena för variationen avadsorption energi (AQ), kan man dra slutsatsen att adsorptionen är exoterm.

Figur 1
Figur 1: Ättiksyra extraktion. Koncentration av Al, Ca, Mg och Si i lakvattnet lösningar (första steget, andra steget, och totalt) resulterande från reaktionen mellan ättiksyra och mald, granulerad masugnsslagg vid 30 ° C, 1000 rpm och under 60 min. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

figur 2
Figur 2: Kalciumkarbonat faller ut. (A) Sammansättning av karbonatfällningen, uttryckt i viktprocent per element, normalisera d till 100% totalt. (B) XRD schema för den post-karbonatisering fällning. (C) partikelstorleksfördelningen hos den post-karbonatisering fällning. Reproduceras från De Crom et al. 6 med tillstånd från Elsevier (3879261230348). Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 3
Figur 3: hydrotermalt konverterade material. (A) Sammansättning av hydrotermiskt omvandlas materialet, uttryckt i viktprocent per element, normaliserad till 100% totalt. (B) XRD schema för hydrotermalt omvandlas materialet. (C) Genomsnittlig partikelstorleksfördelningen hos den hydrotermiskt omvandlas materialet..com / filer / ftp_upload / 55.062 / 55062fig3large.jpg "target =" _ blank "> Klicka här för att se en större version av denna siffra.

figur 4
Figur 4: Adsorption isotermer. (A) adsorptionsisoterm data av Ni2 + på det zeolitiska materialet före och efter pH-justeringen. (B - d) Montering av de experimentella data till linjäriserade Langmuir, Freundlich, och Temkin adsorptionsmodeller. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

figur 5
Figur 5: Experimentell och simulerade uppgifter närhet. Jämförelse mellan de experimentella data (exp) och de simulerade adsorptionsisotermer (CALC) av Ni 2+ har laddats in i zeolitmaterial enligt (a) Langmuir, (b) Freundlich, och (c) Temkin modeller. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Linjära ekvationer koefficienter ojusterad justerat
Langmuir ekvation Ekvation D m 196,08 196,08
k 0,174 0,0851
R 2 0,997 0,993
Freundlichuttryck Ekvation n 2,50 2,13
Kf 26,50 17,64
R 2 0,840 0,893
Temkin ekvation Ekvation Δ Q 102,30 93,99
K 0 9,97 3,58
R 2 0,998 0,978

Tabell 1: adsorptionsisoterm parametrar för Ni2 + adsorption på zeolitmaterial. Ekvationer och monterade parametrar från, linjäriserade Langmuir, Freundlich, och Temkin adsorptionsmodeller.

Discussion

Även indirekt kolsyra 7, 8 och hydrotermisk omvandling 9, 10 av BF slagg har fått stor forskat som separata processer, deras koppling till symbiotiska syntes av PCC och zeolitiska mineraler har nyligen föreslagits 5 och metoden häri presenteras i detalj. Det mest kritiska steget i processen är det tillräckligt (nästan total) extraktion av Ca och den begränsade urlakning av kiseldioxid och aluminium från masugnsslagg under extraktionen fasen. Den höga mängden kalcium i lakvattnet säkrar en hög hastighet av PCC syntes efter karbonatisering och hämmar alstringen av stora mängder av icke önskade faser (t.ex., tobermorit, hydrogarnet (Ca 3 Al 2 (SiO 4) 3-y (OH) 4y) ) bland de hydrotermiskt förädlade produkter 9. På the Däremot är bevarandet av den största delen av Si och Al i efter extraktion fasta rester av avgörande betydelse för bildandet av zeolitiska mineraler.

För detta ändamål, bland de flera extraktionsmedlen undersökta i litteraturen 7, 8, 10, 11, 34, 35, 36, tillsattes ättiksyra valts som den mest lämpliga för syftet med denna studie. Det speciella extraheringsmedel orsakar frisättning av höga mängder av kalcium från slaggen till lösningen, samtidigt som man säkerställer kvarhållandet av den största delen av Si och Al i de resulterande rester. Detta främjar den parallella bildandet av PCC och zeoliter. Ättiksyran-till-kalcium molförhållande som användes i varje extraktionssteg var 2: 1 (baserat på massan av slagg, innehållet i slaggen kalcium, och the volym ättiksyra lösning), vilket innebär att den totala kvoten över två extraktionssteg var 4: 1. Eftersom kalciumacetat har ett förhållande acetat-till-kalcium av 2: 1, dubbla den stökiometriska mängden användes, som befanns nödvändigt av Chiang et al. 5

För att begränsa förekomsten av oönskade föroreningar i den genererade PCC bör lakvatten lösningen underkastas ytterligare rening innan de kolsyrad; detta är en annan nyhet i den föreslagna symbiotiskt processen. I tidigare arbete, var PCC kvalitet (kemisk renhet, mineralsammansättning, partikelstorlek och form) påverkades negativt av föroreningar. För den syntetiserade PCC att betraktas som pappersfyllmedel, måste vissa kriterier uppfyllas. Den producerade PCC bör kännetecknas av hög kemisk renhet (min. 98 vikt% Ca), homogen mineralogiska struktur, liten genomsnittlig partikelstorlek och snäv storleksfördelning 6. Som framgår av representativt resultats sektion, ger den föreslagna processen dessa egenskaper. Det utfällda karbonat är av hög renhet och har en halt av 98,1 vikt-% (figur 2a) kalcium.

Optimeringen av den hydrotermiska omvandlingsprocessen resulterade i produktion av ett material med förmåga att verka som en tungmetall adsorbent. Optimeringen gjordes genom att hitta den lämpligaste kombinationen av temperatur, NaOH-koncentration, och reaktionstiden. Tobermorit är en av de oönskade mineralfaser som kan bilda; dess skiktade kristallstrukturen leder till minskad specifik yta 39, en egenskap viktigt för sorbenter, även om det har rapporterats att tobermorit kan fungera som en sorbent genom en jon-mekanism 40. Icke desto mindre, mineralfasen som dominerar den konverterade materialet i denna studie, under optimala förhållanden, är det av analcim (figur 3b). Det är en zeolit ​​som har rapporterats tillha en noterbar tungmetall adsorptionskapacitet 41, 42 och kan således användas för att avlägsna giftiga föroreningar från avloppsvatten, så som visas häri.

Den potentiella användningen av detta material som en sorbent undersöktes för nickel avlägsnande från vattnet. PH-nivåer av de syntetiskt framställda kontaminerade lösningar av Ni2 + kontrollerades till 4-5 under provet, först, för att förhindra upplösning av materialet i den initiala sura miljön av den syntetiska lösningen, och för det andra för att justera pH till nivån som normalt återfinns i tungmetall sanering förhållanden 43. Tre olika Isotherm modeller, nämligen Langmuir, Freundlich, och Temkin, tillämpades för att karakterisera adsorptionsprocesser (figurer 4 och 5), med Langmuir-modellen visat sig vara den mest lämpliga. Det bör noteras att D m värden attriberas till ojusterade jämvikts adsorbent-adsorbat lösningar är högre än de som motsvarar jämviktslösningar efter justeringen. Detta förklaras av ökningen av pH som sker under adsorptionsreaktioner förekommer i lösningen tills den når sin jämvikt. Ett högre pH (> 5) orsakar nickel för att falla ut som Ni (OH) 2, i enlighet med geokemisk modellering och experimentella studier av Santos et al. 44, som i sin tur blåser upp D m värdet. Denna typ av tungmetall bör inte redovisas som den verkliga adsorptionskapaciteten hos det testade materialet. I ett försök att undvika sådana förspända mätningar, pH-värdet hos den jämviktade adsorbent-adsorbat lösningen återjusteras till ~ 5,0 genom tillsats av droppar av koncentrerad saltsyra. De lägre q-värden (Figur 4A), och följaktligen mer konservativa Ni adsorption uppskattning av den pH-justerade lösningen, vilket kan vara obtained.

De tekniker som beskrivs häri har potential att vara anpassad till utnyttjandet av andra material som källor av Ca, Al, och Si för syntesen av PCC och zeoliter. andra än masugnsslagg kan innefatta stålframställning slagg, förbränningsaska, gruv- och berikningsavfall, bygg- och rivningsavfall, naturliga mineraler, etc. Potentiella material inte alla dessa material innehålla samma proportioner av Ca, Al, och Si som masugnsslagg (vilket är vad som gör masugnsslagg särskilt attraktiva), men ändå kan de fortfarande användas för att producera PCC, zeoliter, eller andra mineralbaserade produkter (t.ex. aggregat 45 eller puzzolana material) genom liknande tekniker bearbetning (en kombination av utvinning, utfällning och / eller kemisk omvandling). Dessutom bör de zeolitiska material som framställts av BF slagg eller andra mineraler testas för andra avloppsvatten eller sanerings tillämpningar, eftersom de sannolikt har adsorption kapacitet för andra tungmetaller, såsom Cd, Pb och Zn 46. Economics (behovet av att betala för jungfruliga material kontra undvikande av bortskaffande avgifter för avfallsmaterial, eller den ekonomiska avkastningen på att utnyttja de produkter för högre eller lägre värde program) bör spela en roll i fastställandet av en lämplig mineral råmaterial. Byte av andra processingångar (ättiksyra, natriumhydroxid och koncentrerad CO2) med mindre kostsamma eller lättare återvinnings alternativ bör också övervägas för att förbättra processkostnader.

Disclosures

Vi har inget att lämna ut.

Acknowledgments

Vi erkänner stödet till forskning som tillhandahålls av laboratoriepersonalen för Sheridan Chemical och miljö Laboratories, särskilt Jaspreet Chandla, Nausheen Zehra, Mike Ovas, Erin Sutton, och Daniel Liao. EG är också tacksamma att Associate Deans Terry Davison och Dave Wackerlin värd för honom i Sheridan. Det ekonomiska stödet från Terry Davison och Dr. Iain McNab, dekanus för tillämpad vetenskap och teknik på Sheridan, är också uppskattat. ATS Scientific Inc., Quantachrome Instruments, och Malvern Instruments var nådig bistå med kväveadsorption och partikelstorlek analyser.

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 masugnsslagg avfall valorisering CO mineral karbonatisering hydrotermisk omvandling heavy metal adsorption utfällt kalciumkarbonat zeolit
Tvåvägs valoriseringen av masugnsslagg: Syntes av utfällt kalciumkarbonat och zeolitiska 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