ES2360784T3 - CONTACT GRANULES AND ADSORBENTS. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para fabricar un agente de adsorción/agente de reacción, caracterizado porque (a) se mezclan oxihidróxidos de hierro de la fase α-FeOOH en forma sólida, semisólida o suspendida mediante la adición de Fe(OH)3 en suspensión o en forma de gel con contenidos de agua variables, pudiendo generarse el Fe(OH)3 también in situ a partir de soluciones salinas de Fe (lll) y neutralización, y después (b1) o bien la suspensión se seca obteniendo un estado sólido y el material sólido, a continuación, se tritura mecánicamente a la forma y/o tamaño deseados, o bien (b2) la suspensión, dado el caso después de un presecado a un estado semisólido, se somete a una conformación mecánica y, a continuación, (adicionalmente) a secado, obteniendo un estado sólido,Process for manufacturing an adsorption agent / reaction agent, characterized in that (a) iron oxyhydroxides of the α-FeOOH phase are mixed in solid, semi-solid or suspended form by the addition of Fe (OH) 3 in suspension or in the form of gel with variable water contents, Fe (OH) 3 can also be generated in situ from Fe (lll) and neutralization salt solutions, and then (b1) or the suspension is dried to obtain a solid state and solid material Then, it is mechanically crushed to the desired shape and / or size, or (b2) the suspension, if necessary after a pre-drying in a semi-solid state, is subjected to a mechanical conformation and then (additionally) to drying, obtaining a solid state,
Description
La presente invención se refiere a un procedimiento para fabricar un agente de adsorción/agente de reacción, caracterizado porque The present invention relates to a process for manufacturing an adsorption agent / reaction agent, characterized in that
(a) se mezclan oxihidróxido de hierro de la fase α-FeOOH en forma sólida, semisólida o suspendida mediante la adición de Fe(OH)3 en suspensión o en forma de gel con contenidos de agua variables, pudiendo generarse el Fe(OH)3 también in situ a partir de soluciones salinas de Fe(lll) y neutralización, y después (a) iron oxyhydroxide of the α-FeOOH phase is mixed in solid, semi-solid or suspended form by adding Fe (OH) 3 in suspension or in gel form with variable water contents, Fe (OH) can be generated 3 also in situ from Fe (lll) and neutralization salt solutions, and then
(b1) o bien la suspensión se seca obteniendo un estado sólido y el material sólido, a continuación, se tritura mecánicamente en la forma y/o tamaño deseados, o bien (b1) either the suspension is dried to obtain a solid state and the solid material is then mechanically ground into the desired shape and / or size, or
(b2) la suspensión, dado el caso después de un presecado a un estado semisólido, se somete a una conformación mecánica y, a continuación, (adicionalmente) a secado, obteniendo un estado sólido, (b2) the suspension, if necessary after pre-drying to a semi-solid state, is subjected to a mechanical conformation and then (additionally) drying, obtaining a solid state,
a los agentes de adsorción/agentes de reacción que pueden obtenerse según el procedimiento mencionado anteriormente como tales, que además están caracterizados porque las agujas del tipo α-FeOOH de capas amorfas están adheridas entre sí; a aparatos que contienen los agentes de adsorción/agentes de reacción mencionados anteriormente, así como al uso de los agentes de adsorción/agentes de reacción y de los aparatos mencionados anteriormente para la purificación de gases y líquidos. to the adsorption agents / reaction agents that can be obtained according to the above-mentioned process as such, which are further characterized in that the needles of the α-FeOOH type of amorphous layers are adhered to each other; to apparatus containing the adsorption agents / reaction agents mentioned above, as well as to the use of the adsorption agents / reaction agents and the apparatus mentioned above for the purification of gases and liquids.
Los gránulos de contacto y adsorbentes, también los que son a base de óxido de hierro y/o oxihidróxido de hierro, ya se han descrito. Se usan principalmente en procedimientos en continuo, encontrándose habitualmente en aparatos de tipo torre o columna por los que circula el medio que se va a tratar, y los procesos de reacción o de adsorción químicos Contact granules and adsorbents, also those that are based on iron oxide and / or iron oxyhydroxide, have already been described. They are mainly used in continuous procedures, usually found in tower or column type apparatus through which the medium to be treated circulates, and the chemical reaction or adsorption processes
o físicos tienen lugar en la superficie interior y exterior de los gránulos. Con este fin, no pueden usarse materiales en forma de polvo, ya que se compactan en la dirección de flujo del medio y, con ello, aumentan la resistencia al flujo hasta bloquear el aparato. Si un aparato se limpia mediante lavado a contracorriente (véase más adelante), se descargan o se pierden grandes cantidades del polvo, o provocan una carga intolerable de las aguas residuales. or physical take place on the inner and outer surface of the granules. To this end, materials in powder form cannot be used, as they are compacted in the direction of flow of the medium and, thereby, increase the resistance to flow until the apparatus is locked. If a device is cleaned by backwashing (see below), large amounts of dust are discharged or lost, or cause an intolerable load of wastewater.
Los medios en circulación también ejercen, no obstante, fuerzas sobre los gránulos, que pueden provocar abrasión y/o movimiento hasta la agitación intensa de los gránulos. Por lo tanto, los gránulos chocan entre sí y, como consecuencia, se genera un desgaste por abrasión no deseado. Esto provoca una pérdida de material de contacto o adsorbente y una contaminación del medio que hay que tratar. The circulating means also exert, however, forces on the granules, which can cause abrasion and / or movement until the agitation of the granules is intense. Therefore, the granules collide with each other and, as a consequence, unwanted abrasion wear is generated. This causes a loss of contact material or adsorbent and a contamination of the medium to be treated.
Se usan ventajosamente, por ejemplo, en el sector de la purificación de agua o la purificación de gases, agentes de adsorción/agentes de reacción que contienen óxido de hierro e hidróxido de hierro. En el caso de la purificación de aguas, este agente se usa en filtros o columnas absorbentes con circulación horizontal o vertical o mediante la adición al agua que hay que tratar para la separación de compuestos, orgánicos o inorgánicos, disueltos, suspendidos o emulsionados de fósforo, arsénico, antimonio, azufre, selenio, teluro, berilio, cianocompuestos y compuestos de metales pesados de agua de bebida, agua de consumo, aguas residuales industriales y domésticas, agua mineral, agua bendita y agua medicinal, así como en agua de ríos, agua de estanques de jardines y agua de uso agrícola. También es posible el uso de las conocidas como paredes reactivas para la separación de las sustancias contaminantes de suelos y conducciones de agua de infiltración de sitios contaminados (vertederos). They are advantageously used, for example, in the field of water purification or gas purification, adsorption agents / reaction agents containing iron oxide and iron hydroxide. In the case of water purification, this agent is used in absorbent filters or columns with horizontal or vertical circulation or by adding to the water to be treated for the separation of compounds, organic or inorganic, dissolved, suspended or emulsified phosphorus , arsenic, antimony, sulfur, selenium, tellurium, beryllium, cyanocomposites and heavy metal compounds of drinking water, drinking water, industrial and domestic wastewater, mineral water, holy water and medicinal water, as well as in river water, garden pond water and water for agricultural use. It is also possible to use those known as reactive walls for the separation of contaminants from soils and infiltration water pipes from contaminated sites (landfills).
En el caso de la purificación de gases, el agente se usa en adsorbedores para su unión a constituyentes no deseados tales como ácido sulfúrico, mercaptanos y ácido cianhídrido, así como compuestos de fósforo, arsénico, antimonio, azufre, selenio, teluro, así como cianocompuestos y compuestos de metales pesados en gases de escape. También es posible adsorber gases tales como HF, HCl, H2S, SOx, NOx. In the case of gas purification, the agent is used in adsorbers for binding to unwanted constituents such as sulfuric acid, mercaptans and cyanhydride acid, as well as phosphorus, arsenic, antimony, sulfur, selenium, tellurium compounds, as well as cyanocomposites and heavy metal compounds in exhaust gases. It is also possible to adsorb gases such as HF, HCl, H2S, SOx, NOx.
También es posible la eliminación de compuestos de fósforo, arsénico, antimonio, selenio, teluro, así como de cianocompuestos y compuestos de metales pesados de aceites usados y de otros disolventes orgánicos contaminantes. It is also possible to eliminate phosphorus, arsenic, antimony, selenium, tellurium compounds, as well as cyano compounds and heavy metal compounds from used oils and other contaminating organic solvents.
Los gránulos de contacto y adsorbentes a base de óxidos de hierro y/o oxihidróxidos de hierro también se usan para la catálisis de reacciones químicas en fase gas o en fase líquida. Contact granules and adsorbents based on iron oxides and / or iron oxyhydroxides are also used for catalysis of gas or liquid phase chemical reactions.
Se conocen también procedimientos de diferentes tipos para eliminar oligoelementos y contaminantes de sistemas acuosos usando agentes de adsorción. Methods of different types for removing trace elements and contaminants from aqueous systems using adsorption agents are also known.
Así, en el documento DE-A 3 120 891 se describe un procedimiento en el que, para la separación, particularmente, de fosfatos de aguas superficiales, se realiza una filtración a través de alúmina activa con una granulación de 1 a 3 mm. Thus, in DE-A 3 120 891 a process is described in which, for the separation, particularly, of surface water phosphates, filtration is carried out through active alumina with a granulation of 1 to 3 mm.
El documento DE-A 3 800 873 describe un agente de adsorción a base de materiales porosos tales como, por ejemplo, creta hidrofobizada con una granulación de fina a media, para la eliminación de contaminantes de agua. DE-A 3 800 873 describes an adsorption agent based on porous materials such as, for example, hydrophobicized crete with a fine to medium granulation, for the removal of water contaminants.
En el documento DE-A 3 703 169 se da a conocer un procedimiento para la fabricación de un material de filtro granulado para tratar agua natural. El adsorbente se fabrica mediante granulación de una suspensión acuosa de caolín con adición de dolomita en forma de polvo en un lecho fluidizado. A continuación, los gránulos se calcinan a 900 a 950 °C. In DE-A 3 703 169 a process for the manufacture of a granulated filter material for treating natural water is disclosed. The adsorbent is manufactured by granulating an aqueous kaolin suspension with the addition of dolomite in powder form in a fluidized bed. Next, the granules are calcined at 900 to 950 ° C.
Por el documento DE-A 40 34 417 se conoce un procedimiento para fabricar y usar reactivos con alta reactividad para la purificación de gases de escape y agua residual En dicho documento se describen mezclas de Ca(OH)2 con aditivos de arcillas, rocas en polvo, polvo volátil y ceniza volátil, que se fabrican con forma porosa y tienen una superficie de aproximadamente 200 m2/g. From DE-A 40 34 417 a process is known for manufacturing and using reagents with high reactivity for the purification of exhaust gases and wastewater. This document describes mixtures of Ca (OH) 2 with clay additives, rocks in powder, volatile powder and volatile ash, which are manufactured with a porous shape and have an area of approximately 200 m2 / g.
Los procedimientos mencionados o los agentes de contacto que se usan en dicho documento tienen la desventaja general de que los componentes correspondientes responsables de la adsorción selectiva de constituyentes de los medios que hay que purificar, es decir, los verdaderos adsorbentes, deben añadirse con altas cantidades de áridos, para permitir una conformación a gránulos. Con ello se reduce en gran medida la capacidad de unión con los contaminantes acuosos que hay que eliminar. Además, el procesamiento o la reutilización posterior del material son problemáticos, ya que la sustancia extraña usada como aglutinante debe separarse primeramente de nuevo. The mentioned procedures or the contact agents used in said document have the general disadvantage that the corresponding components responsible for the selective adsorption of constituents of the media to be purified, that is, the true adsorbents, must be added with high amounts of aggregates, to allow a conformation to granules. This greatly reduces the ability to bond with aqueous contaminants that must be removed. In addition, subsequent processing or reuse of the material is problematic, since the foreign substance used as a binder must first be separated again.
En el documento DE-A 4 214 487 se describen un procedimiento y un reactor para eliminar contaminantes del agua. Un reactor con forma de embudo, en el que como sorbente para los contaminantes acuosos se usa hidróxido de hierro distribuido en forma de copos, tiene una circulación horizontal. La desventaja en este procedimiento es el uso del hidróxido de hierro en copos, ya que debido a la pequeña diferencia de densidad entre el agua y el hidróxido de hierro, se tiene como resultado que un reactor de este tipo sólo pueda operar con velocidades de flujo muy reducidas y existe el riesgo de que el sorbente, dado el caso ya cargado con contaminante, se descargue del reactor junto con el agua. In DE-A 4 214 487 a process and a reactor for removing contaminants from water are described. A funnel-shaped reactor, in which, as a sorbent for aqueous contaminants, iron hydroxide distributed in the form of flakes is used, has a horizontal circulation. The disadvantage in this process is the use of iron hydroxide in flakes, since due to the small difference in density between water and iron hydroxide, it results in a reactor of this type can only operate with flow rates very low and there is a risk that the sorbent, if already loaded with contaminant, is discharged from the reactor along with the water.
En el documento JP-A 55 132 633 se describe fango rojo granulado como subproducto de la producción de aluminiocomo adsorbente para arsénico. Éste se compone de Fe2O3, Al2O3 y SiO2. Sobre la estabilidad de los gránulos y sobre el procedimiento de granulación no se informa en dicho documento. Otra desventaja de estos adsorbentes es la poca constancia de la composición del producto, la falta de seguridad de disponibilidad y la posible carga con aluminio del agua de bebida . Ya que se sospecha que el aluminio favorece la aparición de la enfermedad de Alzheimer, debe evitarse especialmente la contaminación con el mismo. JP-A 55 132 633 describes granulated red sludge as a byproduct of aluminum production as adsorbent for arsenic. This is composed of Fe2O3, Al2O3 and SiO2. The stability of the granules and the granulation procedure is not reported in said document. Another disadvantage of these adsorbents is the lack of constancy of the composition of the product, the lack of security of availability and the possible loading with aluminum of the drinking water. Since it is suspected that aluminum favors the onset of Alzheimer's disease, contamination with it should be especially avoided.
En el documento DE-A 19 826 186 se describe un procedimiento para fabricar un agente de adsorción que contiene hidróxido de hierro. Se mezcla una dispersión polimérica con hidróxido de hierro en agua de forma dispersable. Esta mezcla se seca bien, obteniendo un estado sólido, y el material sólido, a continuación, se tritura mecánicamente en la forma y/o el tamaño deseados o la mezcla, dado el caso después de un presecado, se somete a una conformación y, a continuación, se acaba de secar obteniendo un estado sólido. Con ello se obtiene un material en el que el hidróxido de hierro está embebido de forma sólida en el polímero y que debe presentar una elevada capacidad de unión para los contaminantes incluidos en aguas residuales o gases de escape. A process for manufacturing an adsorption agent containing iron hydroxide is described in DE-A 19 826 186. A polymer dispersion is mixed with iron hydroxide in water in a dispersible form. This mixture dries well, obtaining a solid state, and the solid material is then mechanically ground into the desired shape and / or size or the mixture, if necessary after drying, is subjected to a shaping and, then, it has just dried obtaining a solid state. This results in a material in which iron hydroxide is solidly embedded in the polymer and must have a high binding capacity for contaminants included in wastewater or exhaust gas.
La desventaja de este procedimiento es el uso de aglutinantes orgánicos, que cargan adicionalmente el agua que hay que tratar mediante la erosión por lavado y/o el desgaste por abrasión de sustancias orgánicas. Además, no se garantiza una estabilidad con el uso a largo plazo de la combinación de adsorbentes. Además, las bacterias y otros microorganismos pueden usar un aglutinante orgánico como medio de alimentación, de modo que existe un riesgo de colonización del contacto con microorganismos y la contaminación del medio por los mismos. Básicamente, la presencia de sustancias auxiliares de otro tipo necesarias para la fabricación de los adsorbentes en el procesamiento, el reciclado o la reutilización de adsorbentes usados presenta una desventaja, ya que el uso de sustancias puras es menos problemático que el uso de mezclas de sustancias como en este caso. Así, por ejemplo, los aglutinantes poliméricos en la reutilización de materiales adsorbentes a base de óxido de hierro como pigmentos para colorear hormigón tiene la desventaja de que estos aglutinantes pueden impedir la dispersión del pigmento en el hormigón líquido. The disadvantage of this procedure is the use of organic binders, which additionally charge the water to be treated by erosion by washing and / or abrasion wear of organic substances. In addition, stability is not guaranteed with the long-term use of the combination of adsorbents. In addition, bacteria and other microorganisms can use an organic binder as a feeding medium, so that there is a risk of colonization of contact with microorganisms and contamination of the medium by them. Basically, the presence of other auxiliary substances necessary for the manufacture of adsorbents in the processing, recycling or reuse of used adsorbents presents a disadvantage, since the use of pure substances is less problematic than the use of substance mixtures As in this case. Thus, for example, polymeric binders in the reuse of iron oxide based adsorbent materials such as concrete coloring pigments have the disadvantage that these binders can prevent the dispersion of the pigment in the liquid concrete.
En el documento DE-A 4 320 003 se describe un procedimiento para eliminar arsénico disuelto en agua subterránea por medio de hidróxido de hierro granulado o coloidal. Para el uso de productos de hidróxido de hierro (II) finos, suspendidos, se recomienda en dicho documento introducir la suspensión de hidróxido de hierro en filtros de lecho sólido, que están rellenos con el material granulado u otros vehículos con alta porosidad externa o interna. También este procedimiento tiene la desventaja de que, debido al adsorbente "sustrato + hidróxido de hierro", solo se pueden lograr capacidades de carga específica reducidas. Además, existe sólo una unión débil entre el sustrato y el hidróxido de hierro, de modo que en un tratamiento posterior con agua que contiene arsénico existe el riesgo de descargar hidróxido de hierro In DE-A 4 320 003 a process for removing arsenic dissolved in groundwater by means of granulated or colloidal iron hydroxide is described. For the use of fine, suspended iron (II) hydroxide products, it is recommended in said document to introduce the iron hydroxide suspension in solid bed filters, which are filled with the granulated material or other vehicles with high external or internal porosity . This procedure also has the disadvantage that, due to the adsorbent "substrate + iron hydroxide", only reduced specific loading capacities can be achieved. In addition, there is only a weak bond between the substrate and iron hydroxide, so that in a subsequent treatment with arsenic-containing water there is a risk of discharging iron hydroxide
o arseniato de hierro. En esta publicación se menciona también el uso de hidróxido de hierro granulado como material adsorbente para un reactor de lecho sólido. La fabricación del hidróxido de hierro granulado se realiza mediante un acondicionamiento de congelación (liofilización) de hidróxido de hierro obtenido por neutralización de disoluciones ácidas de sales de hierro (III) a temperaturas inferiores a 5 ºC. Este procedimiento de fabricación consume una gran cantidad de energía y genera un agua residual muy cargada con sales. Además, como resultado de este procedimiento de fabricación se obtienen únicamente partículas muy pequeñas con una estabilidad mecánica reducida. Esto provoca, en el caso de usar un reactor de lecho sólido, que el espectro de partícula mediante la abrasión mecánica de las partículas se reduzca claramente con el transcurso de la operación, lo que de nuevo tiene la consecuencia de que las partículas dispersas finamente se descarguen del reactor con el agente de adsorción cargado o no cargado. Otra desventaja de este granulado es que la capacidad de adsorción frente a compuestos de arsénico se reduce considerablemente si el granulado, por ejemplo, debido a un periodo de secado más largo, pierde agua. or iron arsenate. This publication also mentions the use of granulated iron hydroxide as an adsorbent material for a solid bed reactor. The manufacture of the granulated iron hydroxide is carried out by means of a freezing (lyophilization) conditioning of iron hydroxide obtained by neutralizing acidic solutions of iron (III) salts at temperatures below 5 ° C. This manufacturing process consumes a large amount of energy and generates a wastewater very charged with salts. In addition, as a result of this manufacturing process only very small particles with reduced mechanical stability are obtained. This causes, in the case of using a solid bed reactor, that the particle spectrum by mechanical abrasion of the particles is clearly reduced over the course of the operation, which again has the consequence that the finely dispersed particles are discharge from the reactor with the adsorption agent charged or not charged. Another disadvantage of this granulate is that the adsorption capacity against arsenic compounds is greatly reduced if the granulate, for example, due to a longer drying period, loses water.
Por el documento US-A-5.948.726 se han dado a conocer sistemas de adsorbentes/aglutinantes que se obtienen extrayendo de una mezcla de (a) un aglutinante capaz de reticulación a partir de óxidos de metales o metaloides, (b) adsorbentes oxidantes como óxidos de metaloides y (c) un ácido una cantidad los suficientemente grande de agua, de modo que los componentes (a) y (b) se reticulan formando un sistema adsorbente/aglutinante. Como se muestra en los ejemplos de realización, se usa como aglutinante una alúmina u óxido de aluminio coloidal. From US-A-5,948,726, adsorbent / binder systems have been disclosed which are obtained by extracting from a mixture of (a) a binder capable of cross-linking from metal oxides or metalloids, (b) oxidizing adsorbents as metalloid oxides and (c) an acid a sufficiently large amount of water, so that components (a) and (b) are crosslinked forming an adsorbent / binder system. As shown in the embodiments, an alumina or colloidal aluminum oxide is used as a binder.
La desventaja de esta composición es que para su fabricación es necesario el uso de ácido (columna 9, fila 4) así como el hecho de que no se trata de una sustancia pura, sino heterogénea, lo que es no deseable para la fabricación, regeneración, eliminación o almacenamiento definitivo de adsorbentes de este tipo, por ejemplo, en un vertedero. En el ámbito de la revelación de esta publicación también se deben incluir adsorbentes que son adecuados para la adsorción de arsénico, pero no se presentan ejemplos concretos. Es conocido que el óxido de aluminio es claramente inferior con respecto a la fuerza de adsorción para arsénico a los óxidos de hierro. The disadvantage of this composition is that for its manufacture it is necessary to use acid (column 9, row 4) as well as the fact that it is not a pure substance, but heterogeneous, which is undesirable for manufacturing, regeneration , disposal or definitive storage of adsorbents of this type, for example, in a landfill. Adsorbents that are suitable for arsenic adsorption should also be included in the scope of the disclosure of this publication, but no concrete examples are presented. It is known that aluminum oxide is clearly inferior with respect to the adsorption strength for arsenic to iron oxides.
Para el tratamiento de agua se usan preferentemente adsorbentes que operan en continuo, que frecuentemente operan en grupos orientados en paralelo. Por ejemplo, para liberar agua de contaminantes orgánicos, se alimenta adsorbente de este tipo con carbón activo. En el momento de máxima utilización los adsorbentes presentes operan en paralelo, para permitir que la velocidad de flujo no sobrepase el máximo permitido. Durante los periodos de utilización reducida de agua, los adsorbentes se retiran por separado de la operación y pueden mantenerse en espera, mientras tanto, por ejemplo, fijándose el material adsorbente a cargas especiales, como se explica en detalle más adelante. También se ha considerado el uso de gránulos, que pueden generarse mediante la compactación de, por ejemplo, óxido de hierro en forma de polvo mediante el uso de fuerzas lineales altas. Los gránulos de este tipo ya se han descrito para colorear homogéneamente hormigón líquido. El uso de fuerzas lineales elevadas en la compactación consume gran cantidad de energía y es costoso y la estabilidad del compactado es insuficiente en caso de uso a largo plazo del adsorbente. Por lo tanto, se considera el uso de adsorbentes de este tipo, en particular en operación continua, por ejemplo, para la purificación de agua, sólo de forma limitada. En particular, para el mantenimiento o purificación de instalaciones de adsorbentes mediante el lavado a contracorriente (véase más adelante), los gránulos de este tipo pierden, debido a la agitación de los mismos asociada con ello, grandes cantidades de sustancia. El agua residual de contralavado se enturbia fuertemente debido a la abrasión. Esto es inaceptable por varios motivos: Primero, se pierde material adsorbente, que se carga de forma elevada con contaminantes después de un periodo de operación largo y, por lo tanto, es toxicológicamente preocupante. Además, la corriente de agua residual se carga con el material producido por desgaste por abrasión, que puede sedimentar y, así, provocar un efecto perjudicial sobre el sistema de conducción, y finalmente, la instalación de purificación se carga de forma no deseada física y toxicológicamente, por mencionar sólo algunos motivos. For water treatment, adsorbents that operate continuously, which frequently operate in parallel oriented groups, are preferably used. For example, to release water from organic pollutants, adsorbent of this type is fed with activated carbon. At the time of maximum use, the adsorbents present operate in parallel, to allow the flow rate not to exceed the maximum allowed. During periods of reduced water use, the adsorbents are removed separately from the operation and can be kept on hold, meanwhile, for example, by fixing the adsorbent material at special loads, as explained in detail below. The use of granules has also been considered, which can be generated by compacting, for example, iron oxide in powder form by using high linear forces. Granules of this type have already been described to homogeneously color liquid concrete. The use of high linear forces in compaction consumes a great deal of energy and is expensive and the stability of the compacting is insufficient in case of long-term use of the adsorbent. Therefore, the use of adsorbents of this type is considered, in particular in continuous operation, for example, for water purification, only to a limited extent. In particular, for the maintenance or purification of adsorbent installations by backwashing (see below), granules of this type lose, due to the agitation thereof associated with it, large amounts of substance. The backwash wastewater becomes heavily clouded due to abrasion. This is unacceptable for several reasons: First, adsorbent material is lost, which is heavily loaded with contaminants after a long period of operation and, therefore, is toxicologically worrying. In addition, the wastewater stream is loaded with the material produced by abrasion wear, which can sediment and thus cause a detrimental effect on the conduction system, and finally, the purification facility is physically and undesirably charged. Toxicologically, to mention just a few reasons.
La presente invención se basa, por lo tanto, en el objetivo de proporcionar un agente de adsorción/agente de reacción a base de compuestos de hierro y oxígeno en forma de trozos que presente una alta estabilidad mecánica junto con un alta capacidad de unión con los contaminantes incluidos en líquidos y gases sin que deban usarse aglutinantes orgánicos o aglutinantes de diferente tipo inorgánicos para obtener una estabilidad mecánica suficiente o instalaciones que funcionen con medios de este tipo. The present invention is based, therefore, on the objective of providing an adsorption agent / reaction agent based on pieces of iron and oxygen in the form of pieces having a high mechanical stability together with a high binding capacity with the Contaminants included in liquids and gases without organic binders or binders of different inorganic types to be used to obtain sufficient mechanical stability or facilities operating with such media.
Los agentes de contacto o adsorción/agentes de reacción según la invención, su puesta a disposición, su uso, así como el aparato que se alimenta con los mismos, solucionan este complejo objetivo. The contact or adsorption agents / reaction agents according to the invention, their provision, their use, as well as the apparatus that is fed with them, solve this objective complex.
A este respecto, se trata de un oxihidróxido de hierro embebido en un polímero de Fe(OH)3, un material que en la fase α-FeOOH, como han demostrado experimentos, presenta una elevada capacidad de unión con contaminantes frecuentemente presentes en aguas de desecho o gases de escape y sin la adición de aglutinantes orgánicos o sustancias de otro tipo inorgánicas con función de aglutinante ya presenta una estabilidad mecánica e hidráulica suficiente. In this regard, it is an iron oxyhydroxide embedded in a polymer of Fe (OH) 3, a material that in the α-FeOOH phase, as experiments have shown, has a high binding capacity with contaminants frequently present in water waste or exhaust gases and without the addition of organic binders or other inorganic substances with binder function already has sufficient mechanical and hydraulic stability.
Debido a que este material está exento de aglutinantes de otro tipo, presenta frente a adsorbentes del estado de la técnica, además, la ventaja de que en caso necesario después de la separación o eliminación de los contaminantes adsorbidos, puede eliminarse como un todo o usarse para otras aplicaciones, como por ejemplo, después de triturarse para la coloración de hormigón y otros materiales de construcción, así como usos habituales de pigmentos en pinturas, colorantes y barnices o para colorear otros sustratos tales como acolchados de corteza o madera triturada. Because this material is free of binders of another type, it has the advantage of adsorbents of the prior art, in addition, the advantage that if necessary after separation or removal of adsorbed contaminants, it can be removed as a whole or used for other applications, such as after crushing for the coloring of concrete and other building materials, as well as customary uses of pigments in paints, dyes and varnishes or for coloring other substrates such as crust padding or crushed wood.
El material según la invención se obtiene mezclando oxihidróxido de hierro de la fase α-FeOOH en forma sólida o suspendida mediante la adición de Fe(OH)3 en suspensión o en forma de gel con contenidos variables de agua y de esta mezcla, a continuación, se elimina el agua, totalmente o con mantenimiento de una cantidad de agua determinada, por ejemplo, mediante filtración o evaporación, y el material sólido o semisólido, a continuación, se tritura mecánicamente en la forma y/o tamaño deseados, o la dispersión se somete, dado el caso después de un presecado a un estado semisólido, a una conformación mecánica y, a continuación (adicionalmente) a secado con obtención de un estado sólido. A este respecto, el oxihidróxido de hierro se embebe de forma sólida en el polímero de Fe(OH)3. El Fe(OH)3 también puede obtenerse in situ a partir de soluciones salinas de Fe(lll) y neutralización. Preferentemente, la base restante en el procedimiento de fabricación del pigmento suspendido se hace reaccionar con este fin con una cantidad equivalente de sal de Fe (III). El hidróxido de hierro (OH)3 está, en un estado inicial, preferentemente en forma acuosa-pastosa, pudiendo presentar la pasta cantidades de agua casi discrecionales, generalmente entre el 10 y el 90 % en peso, preferentemente entre el 40 y el 70 % en peso. También puede usarse hidróxido de hierro Fe(OH)3 recién preparado, que se ha obtenido por precipitación de la solución de sal de hierro (III). La eliminación de agua mediante evaporación se realiza preferentemente después, si las suspensiones de las que se va a eliminar el agua están ampliamente exentas de sal y/o se han establecido sobre el producto final obtenido unas exigencias menos elevadas sobre la estabilidad mecánica en operación. The material according to the invention is obtained by mixing iron oxyhydroxide of the α-FeOOH phase in solid or suspended form by adding Fe (OH) 3 in suspension or in gel form with variable water contents and of this mixture, then , the water is removed, totally or with maintenance of a certain amount of water, for example, by filtration or evaporation, and the solid or semi-solid material is then mechanically crushed in the desired shape and / or size, or the dispersion it is subjected, if necessary, after drying to a semi-solid state, to a mechanical conformation and then (additionally) to drying, obtaining a solid state. In this regard, iron oxyhydroxide is solidly embedded in the polymer of Fe (OH) 3. Fe (OH) 3 can also be obtained in situ from salt solutions of Fe (lll) and neutralization. Preferably, the base remaining in the manufacturing process of the suspended pigment is reacted for this purpose with an equivalent amount of Fe (III) salt. The iron hydroxide (OH) 3 is, in an initial state, preferably in an aqueous-pasty form, the paste being able to present almost discretionary amounts of water, generally between 10 and 90% by weight, preferably between 40 and 70 % in weigh. Freshly prepared Fe (OH) 3 iron hydroxide can also be used, which has been obtained by precipitation of the iron (III) salt solution. The elimination of water by evaporation is preferably carried out later, if the suspensions from which the water is to be removed are largely free of salt and / or less high demands on the mechanical stability in operation have been established on the final product obtained.
De forma alternativa, el agua se elimina mediante filtración. A este respecto, es posible mejorar el comportamiento de filtración de las suspensiones aplicando medidas que mejoran la filtración, tales como las descritas, por ejemplo en Solid-Liquid Filtration and Separation Technology, A. Rushton, A.S., Ward RG., Holdich, 2ª edición 2000, Wiley-VCH, Weinheim y Handbuch der Industiellen Fest/Flüssig-Filtration, H. Gasper, D. Öchsle, E. Pongratz, 2ª edición 2000, Wiley-VCH Weinheim. De este modo, se añaden a las suspensiones, por ejemplo, agentes de floculación. Alternatively, water is removed by filtration. In this regard, it is possible to improve the filtration behavior of the suspensions by applying measures that improve filtration, such as those described, for example in Solid-Liquid Filtration and Separation Technology, A. Rushton, AS, Ward RG., Holdich, 2nd. 2000 edition, Wiley-VCH, Weinheim and Handbuch der Industiellen Fest / Flüssig-Filtration, H. Gasper, D. Öchsle, E. Pongratz, 2nd edition 2000, Wiley-VCH Weinheim. In this way, flocculation agents are added to the suspensions, for example.
Los agentes de adsorción/agentes de reacción de acuerdo con la invención pueden someterse a un secado al aire y/o al vacío y/o en una cabina de secado y/o en un secador de paso continuo o en un secador por pulverización a temperaturas que se encuentran en el intervalo de 5 a 300 ºC. También es posible una liofilización del material. The adsorption agents / reaction agents according to the invention can be subjected to air and / or vacuum drying and / or in a drying cabinet and / or in a continuous-pass dryer or in a temperature-spray dryer which are in the range of 5 to 300 ° C. A lyophilization of the material is also possible.
Los agentes de adsorción/agentes de reacción de acuerdo con la invención tienen, preferentemente, un contenido de agua residual inferior al 20 % en peso. The adsorption agents / reaction agents according to the invention preferably have a residual water content of less than 20% by weight.
La trituración del material se realiza, preferentemente, mediante molido dando partículas de un tamaño que se encuentra en el intervalo de entre 0,5 y 20 mm. La conformación mecánica del material semisólido tiene lugar preferentemente en una instalación de granulación o peletización o en una extrusora, pudiendo obtenerse cuerpos moldeados con un tamaño que se encuentra en el intervalo de 0,5 a 20 mm de diámetro o longitud. The crushing of the material is preferably carried out by grinding to give particles of a size in the range of 0.5 to 20 mm. The mechanical conformation of the semi-solid material preferably takes place in a pelletizing or pelletizing installation or in an extruder, with molded bodies having a size in the range of 0.5 to 20 mm in diameter or length can be obtained.
Se ha descubierto que los fragmentos o gránulos obtenidos de este modo poseen una capacidad de unión con contaminantes presentes en aguas, líquidos o gases y, además, poseen una estabilidad suficientemente alta frente a medios fluidos con respecto a su esfuerzo mecánico o hidráulico. It has been found that the fragments or granules obtained in this way have a binding capacity with contaminants present in water, liquids or gases and, in addition, have a sufficiently high stability against fluid media with respect to their mechanical or hydraulic stress.
Sorprende particularmente que los oxihidróxidos de hierro tratados con Fe (OH)3 se compactan en aglomerados muy duros en el secado, que poseen una alta resistencia a la abrasión mecánica y una alta estabilidad hidráulica frente al contacto con el agua en circulación sin la adición de aglutinantes, y que tienen una capacidad de unión alta con contaminantes y oligoelementos presentes en el agua. It is particularly surprising that iron oxyhydroxides treated with Fe (OH) 3 are compacted into very hard drying agglomerates, which have high resistance to mechanical abrasion and high hydraulic stability against contact with circulating water without the addition of binders, and that have a high binding capacity with contaminants and trace elements present in the water.
Para el uso de acuerdo con la invención son adecuados los pigmentos de oxihidróxido de hierro de goethita. La preparación de pigmentos de óxido de hierro está en el estado de la técnica; se obtienen mediante reacciones de precipitación y oxidación y de Penniman a partir de soluciones de sal de hierro (II) y el hidróxido de hierro mediante precipitación a partir de soluciones de sal de hierro (III). Goethite iron oxyhydroxide pigments are suitable for use according to the invention. The preparation of iron oxide pigments is in the state of the art; they are obtained by precipitation and oxidation reactions and from Penniman from iron (II) salt solutions and iron hydroxide by precipitation from iron (III) salt solutions.
El producto posee una superficie BET von 50 a 500 m2/g, preferentemente de 80 a 200 m2/g. The product has a BET area of 50 to 500 m2 / g, preferably 80 to 200 m2 / g.
El tamaño de partícula primario se determinó mediante mediciones por medio de exploración con el microscopio electrónico de barrido, por ejemplo, con un aumento de 60000:1 (aparato: XL30 ESEM FEG, empresa Philips). Si las partículas primarias tienen forma de aguja, tales como, por ejemplo, en la fase α-FeOOH, puede indicarse como medida del tamaño de partícula la anchura de la aguja. Se observa para nanopartículas α-FeOOH una anchura de aguja de 100 nm, no obstante, principalmente de entre 4 y 50 nm. Las partículas primarias α-FeOOH tienen habitualmente una relación longitud:anchura de 5: 1 a 50:1, típicamente de 5:1 a 20:1. Mediante dotación o una realización especial de la reacción, no obstante, se puede variar la relación longitud:anchura de las formas de aguja. The primary particle size was determined by measurements by scanning with the scanning electron microscope, for example, with an increase of 60000: 1 (apparatus: XL30 ESEM FEG, Philips company). If the primary particles are needle-shaped, such as, for example, in the α-FeOOH phase, the width of the needle can be indicated as a measure of particle size. A needle width of 100 nm is observed for α-FeOOH nanoparticles, however, mainly between 4 and 50 nm. The α-FeOOH primary particles usually have a length: width ratio of 5: 1 to 50: 1, typically 5: 1 to 20: 1. By endowment or a special embodiment of the reaction, however, the length: width ratio of the needle shapes can be varied.
Mediante la mezcla de Fe(OH)3 con hidróxidos de hierro, se observa en la exploración por medio del microscopio electrónico de barrido la existencia de las partículas de pigmento o germen cristalino en su morfología de partícula conocida, que se mantienen unidas entre sí o están adheridas entre sí por medio del polímero Fe(OH)3 amorfo. By mixing Fe (OH) 3 with iron hydroxides, the existence of the crystalline pigment or germ particles in their known particle morphology, which are held together with each other or is observed in the scanning electron microscope. they are adhered to each other by means of the amorphous Fe (OH) 3 polymer.
Los pigmentos de oxihidróxido de hierro amarillos se sintetizan, generalmente, mediante precipitación de hidróxidos Yellow iron oxyhydroxide pigments are generally synthesized by precipitation of hydroxides
o carbonatos de hierro (II) a partir de las soluciones de sales hierro (II) correspondientes tales como, por ejemplo, FeSO4, FeCI2, en forma pura o como soluciones de decapado, en un intervalo de pH ácido o básico, y la posterior oxidación en oxihidróxidos de hierro (III) (véase, entre otros, G. Buxbaum, Industrial Inorganic Pigments, VCH Weinheim, 2ª edición, 1998, página 231 y siguientes). La oxidación de hierro divalente o trivalente se realiza, preferentemente, con aire; a este respecto, es una ventaja una gasificación intensiva. También la oxidación con H2O2 da como resultado oxihidróxidos de hierro. Como agente de precipitación se usa, preferentemente, NaOH. No obstante, también pueden usarse otros agentes de precipitación, tales como KOH, Na2CO3, K2CO3, CaO, Ca(OH)2, CaCO3, NH3, NH4OH, MgO y/o MgCO3. or iron (II) carbonates from the corresponding iron (II) salt solutions such as, for example, FeSO4, FeCI2, in pure form or as pickling solutions, in an acidic or basic pH range, and thereafter oxidation in iron (III) oxyhydroxides (see, among others, G. Buxbaum, Industrial Inorganic Pigments, VCH Weinheim, 2nd edition, 1998, page 231 et seq.). The oxidation of divalent or trivalent iron is preferably carried out with air; In this regard, intensive gasification is an advantage. Also oxidation with H2O2 results in iron oxyhydroxides. As the precipitation agent, preferably, NaOH is used. However, other precipitation agents, such as KOH, Na2CO3, K2CO3, CaO, Ca (OH) 2, CaCO3, NH3, NH4OH, MgO and / or MgCO3, can also be used.
Mediante la elección adecuada de las condiciones de precipitación y oxidación se puede obtener una fase α de nanopartículas de oxihidróxido de hierro que presenten una superficie específica alta, de tal modo que las nanopartículas se aglomeren en un estado seco y posean en forma triturada una estabilidad alta frente a la abrasión mecánica y de mecánica de fluidos. Para controlar los pigmentos precipitados en el sentido de una necesaria alta distribución fina, las precipitaciones, por ejemplo de α-FeOOH amarillo, tal como se describe en los documentos de patente US-A 2 558 303 y US-A 2 558 304, se realizan en el intervalo de pH básico con carbonatos alcalinos como agentes de precipitación y añadiendo, generalmente, modificadores, tales como, por ejemplo SiO2, sales de cinc, aluminio o magnesio, ácidos hidroxicarboxílicos, fosfatos, metafosfatos. Los productos obtenidos de este modo se describen en el documento USA 2 558 302. Tales modificadores de gérmenes cristalinos no impiden un procesamiento posterior, un reciclaje u otro uso de distinto tipo de los adsorbentes de acuerdo con la invención. En los procedimientos de precipitación en medio acuoso, la precipitación en medio básico da como resultado polvos aglomerados menos duros que las realizadas en medios ácidos, según conocimientos actuales. By means of the appropriate choice of the precipitation and oxidation conditions, an α phase of iron oxyhydroxide nanoparticles having a high specific surface can be obtained, such that the nanoparticles agglomerate in a dry state and have a high stability in crushed form. against mechanical abrasion and fluid mechanics. To control precipitated pigments in the sense of a necessary high fine distribution, precipitation, for example of yellow α-FeOOH, as described in US-A 2 558 303 and US-A 2 558 304, they perform in the basic pH range with alkali carbonates as precipitating agents and generally adding modifiers, such as, for example, SiO2, zinc, aluminum or magnesium salts, hydroxycarboxylic acids, phosphates, metaphosphates. Products obtained in this way are described in USA 2 558 302. Such crystalline germ modifiers do not prevent further processing, recycling or other use of different types of adsorbents according to the invention. In precipitation procedures in aqueous media, precipitation in basic media results in agglomerated powders less hard than those made in acidic media, according to current knowledge.
No obstante, los modificadores de gérmenes de cristalización tienen la ventaja, entre otras, de que a temperaturas de reacción alta pueden lograr una distribución lo suficientemente fina por sí mismos. However, crystallization germ modifiers have the advantage, among others, that at high reaction temperatures they can achieve a sufficiently fine distribution on their own.
Frente al estado de la técnica, en el caso de los productos descritos, el procedimiento para su preparación y su uso presentan una mejora. Los agentes de adsorción/agentes de reacción de acuerdo con la invención pueden cargarse bastante más que los del estado de la técnica y presentan, por lo tanto, una estabilidad a la abrasión superior frente a esfuerzos mecánicos e hidráulicos. Pueden usarse directamente como tales. En la trituración o molido de las sustancias secas puras obtenidas a continuación, a partir de tortas de filtro o extrusoras, puede evitarse, por ejemplo, en el uso en instalaciones de adsorbentes, una purificación del agua, ya que los trozos gruesos se disgregan por sí mismos en el caso de ponerse en contacto con agua. En este caso aparece una distribución estadística de tamaño de grano; no obstante, ninguna partícula de un tamaño que se descargue en cantidades considerables a través del medio en circulación desde el adsorbedor. Against the state of the art, in the case of the products described, the procedure for its preparation and its use have an improvement. The adsorption agents / reaction agents according to the invention can be loaded much more than those of the state of the art and therefore have superior abrasion stability against mechanical and hydraulic stresses. They can be used directly as such. In the crushing or grinding of the pure dry substances obtained below, from filter cakes or extruders, a purification of water can be avoided, for example, in the use of adsorbent plants, since the thick pieces are broken down by themselves in case of contact with water. In this case a statistical distribution of grain size appears; however, no particle of a size that is discharged in considerable quantities through the medium in circulation from the adsorber.
En una granulación aparte, tal como sería necesario en el uso de los oxihidróxidos convencionales en forma de polvo (suelto), bien usando aglutinantes diferentes a la sustancia o fuerzas lineales altas en la compactación, puede evitarse totalmente. In a separate granulation, as would be necessary in the use of conventional oxyhydroxides in powder form (loose), either by using binders other than the substance or high linear forces in compaction, it can be totally avoided.
Como otro procedimiento para obtener un granulado, se ha probado la eficacia de la granulación de una pasta semilíquida. A este respecto, se forma pellas o barras a partir de una pasta semisólida, por ejemplo usando una chapa perforada sencilla, una prensa de rodillos o una extrusora y éstas se secan bien de manera similar o bien se lleva este extrudado por medio de un esferonizador, adicionalmente, a una forma de bola o de gránulo. Las bolitas o los gránulos todavía húmedos pueden secarse posteriormente hasta un contenido de humedad discrecional. Con ello, los gránulos no se aglutinan, recomendándose un contenido de humedad residual < 50 %. Una forma de bola de este tipo puede ser ventajosa para el uso de adsorbentes de lecho sólido debido a la carga mejorada de este modo en recipientes de adsorbentes frente a los gránulos triturados o pellas en forma de barra. As another procedure for obtaining a granulate, the effectiveness of granulation of a semi-liquid paste has been tested. In this regard, pellets or bars are formed from a semi-solid paste, for example using a simple perforated sheet, a roller press or an extruder and these are dried either similarly or this extrudate is carried by means of a spheronizer. , additionally, to a ball or granule shape. The still wet pellets or pellets can be subsequently dried to a discretionary moisture content. With this, the granules do not agglutinate, with a residual moisture content <50% being recommended. Such a ball shape may be advantageous for the use of solid bed adsorbents due to the improved loading in this way in adsorbent containers against crushed granules or stick-shaped pellets.
Las cantidades que se usan de acuerdo con la invención de oxihidróxidos de hierro u óxidos de hierro, por una parte, e hidróxido de hierro, por otra, se determinan mediante las exigencias sobre el producto fabricado de acuerdo con la invención con respecto a su estabilidad mecánica y resistencia a la abrasión. Un contenido alto de pigmentos (en forma de polvo) reduce ciertamente, generalmente, la estabilidad mecánica de los productos de acuerdo con la invención, facilitando, no obstante, dado el caso, la filtración de las suspensiones. El experto en los sectores de aplicación correspondientes puede determinar mediante unos pocos ensayos dirigidos el comportamiento de mezcla óptimo para los fines de aplicación. The amounts used in accordance with the invention of iron oxyhydroxides or iron oxides, on the one hand, and iron hydroxide, on the other, are determined by the requirements on the product manufactured according to the invention with respect to its stability Mechanical and abrasion resistance. A high content of pigments (in powder form) certainly reduces, generally, the mechanical stability of the products according to the invention, facilitating, however, the filtration of the suspensions. The expert in the corresponding application sectors can determine the optimal mixing behavior for the application purposes by a few targeted tests.
De modo particularmente preferente, los agentes de adsorción/agentes de reacción de acuerdo con la invención se usan para la purificación de líquidos, en particular para la eliminación de metales pesados. Una aplicación preferente en este campo técnico es la descontaminación de agua, en particular de agua de bebida. Hace algún tiempo, la eliminación de arsénico del agua de bebida dedicaba una atención especial. Los gránulos de acuerdo con la invención son muy adecuados para ello, debido a que los valores límite establecidos por la administración de los Estados Unidos EPA mediante el uso de los gránulos de acuerdo con la invención no sólo se respetan, sino que incluso pueden disminuirse. Particularly preferably, the adsorption agents / reaction agents according to the invention are used for the purification of liquids, in particular for the removal of heavy metals. A preferred application in this technical field is the decontamination of water, in particular drinking water. Some time ago, the removal of arsenic from drinking water gave special attention. The granules according to the invention are very suitable for this, because the limit values established by the United States EPA administration by using the granules according to the invention are not only respected, but can even be lowered.
Para ello pueden usarse los agentes de adsorción/agentes de reacción en aparatos de adsorción convenciones, tal como se usan actualmente, por ejemplo, alimentados con carbón activo, para la eliminación de contaminantes de otro tipo. También es ciertamente posible una operación en lotes, por ejemplo en cisternas o en recipientes similares, que dado el caso están equipados con agitadores. No obstante, es preferente el uso en instalaciones que operan en continuo tales como adsorbedores de paso. For this purpose, the adsorption agents / reaction agents can be used in conventional adsorption apparatus, as currently used, for example, fed with activated carbon, for the removal of contaminants of another type. A batch operation is also certainly possible, for example in tanks or similar containers, which if necessary are equipped with stirrers. However, use in continuous operating facilities such as step adsorbers is preferred.
Debido a que el agua que se trata para agua de bebida contiene habitualmente también contaminantes orgánicos como algas y organismos similares, la superficie de los adsorbentes se cubre, en particular la superficie exterior de adsorbentes en forma de gránulos, durante el uso, con sedimentos en su mayor parte viscosos, que dificultan o impiden totalmente la entrada de agua y, con ello, la adsorción de de los componentes que hay que eliminar. Por este motivo, los aparatos adsorbedores se lavan a contracorriente de vez en cuando con agua, lo que se realiza preferentemente durante periodos con un consumo de agua reducido (véase anteriormente), individualmente, en los aparatos retirados del servicio. A este respecto, el adsorbente según la invención forma remolinos, y mediante el esfuerzo mecánico de la superficie implícito, el recubrimiento no deseado se elimina y se descarga en contra de la dirección del fluido en el funcionamiento útil. El agua de lavado se alimenta generalmente a una instalación de depuración. A este respecto, los adsorbentes de acuerdo con la invención se conservan de forma especialmente buena, ya que su alta estabilidad posibilita una purificación en un corto periodo, sin que se registren pérdidas destacadas de material adsorbente o que el agua de lavado a contracorriente alimentada al agua de desecho se enriquezca con material adsorbente expulsado, dado el caso, ya muy cargado con metales pesados. Because the water treated for drinking water usually also contains organic pollutants such as algae and similar organisms, the surface of the adsorbents is covered, in particular the outer surface of adsorbents in the form of granules, during use, with sediments in mostly viscous, which hinder or completely prevent the entry of water and, with it, the adsorption of the components to be removed. For this reason, the adsorber devices are washed countercurrently from time to time with water, which is preferably carried out during periods with reduced water consumption (see above), individually, in the appliances removed from service. In this regard, the adsorbent according to the invention swirls, and by the mechanical stress of the implicit surface, the unwanted coating is removed and discharged against the direction of the fluid in useful operation. Washing water is usually fed to a purification facility. In this regard, the adsorbents according to the invention are preserved in a particularly good way, since their high stability allows a purification in a short period, without significant losses of adsorbent material being recorded or the backwashing water fed to the Waste water is enriched with expelled adsorbent material, if necessary, already heavily loaded with heavy metals.
Debido a que los gránulos de acuerdo con la invención están exentos de aglutinantes de tipo diferente, el material se elimina fácilmente de modo similar después de su uso. Así, el arsénico adsorbido puede, por ejemplo en aparatos especiales, eliminarse térmica o químicamente, obteniéndose como material puro un pigmento de óxido de hierro, que bien se recicla para fines de aplicación similares o se puede suministrar para aplicaciones de pigmentos convencionales. Según la aplicación y las determinaciones legales, el contenido del adsorbedor también puede usarse sin la eliminación previa de los metales pesados, por ejemplo, como pigmento para colorear materiales de construcción de larga duración tales como hormigón, debido a que los metales pesados extraídos de este modo de agua de bebida se inmovilizan a largo plazo y se extraen del ciclo del agua. Because the granules according to the invention are free of binders of a different type, the material is easily removed in a similar manner after use. Thus, the adsorbed arsenic can, for example, in special apparatus, be removed thermally or chemically, obtaining an iron oxide pigment as pure material, which is either recycled for similar application purposes or can be supplied for conventional pigment applications. Depending on the application and legal determinations, the content of the adsorber can also be used without prior removal of heavy metals, for example, as a pigment for coloring long-lasting building materials such as concrete, because the heavy metals extracted from it Drinking water mode are immobilized in the long term and extracted from the water cycle.
Por lo tanto, también las instalaciones de tratamiento de agua o las centrales abastecedoras de agua, en las que se opera con aparatos recubiertos con los gránulos de acuerdo con la invención son también objeto de la presente invención, así como los procedimientos para la descontaminación de agua usando aparatos de este tipo y los aparatos mismos. Therefore, also the water treatment facilities or the water supply plants, in which it is operated with apparatus coated with the granules according to the invention are also object of the present invention, as well as the procedures for decontamination of water using devices of this type and the devices themselves.
La determinación de la superficie específica de los productos de acuerdo con la invención según BET se realiza mediante procedimientos de gas portador (He:N2=90:10) según el procedimiento de un punto, de acuerdo con la norma DIN 66131 (1993). Para la medida, la muestra se calienta 1 hora a 140 ºC en una corriente de nitrógeno seca The determination of the specific surface of the products according to the invention according to BET is carried out by means of carrier gas processes (He: N2 = 90: 10) according to the one-point procedure, in accordance with DIN 66131 (1993). For measurement, the sample is heated 1 hour at 140 ° C in a stream of dry nitrogen
Para medir la adsorción de arsénico (lII) y arsénico (V) se tratan en un frasco de PE de 5 l durante un determinado periodo 3 l de una solución acuosa de NaAsO2 o Na2HAsO4 con las concentraciones iniciales correspondientes indicadas de 2-3 mg/l de arsénico con 3 g de la muestra que hay que analizar y, a este respecto, se añade el frasco a un rodillo giratorio en movimiento. La velocidad de adsorción de iones As sobre el hidróxido de hierro durante este determinado periodo, por ejemplo una hora, se indica con mg(As3+/5+)/g(FeOOH)·h a partir de la diferencia con los iones As3+/5+ remanentes en disolución. To measure the adsorption of arsenic (II) and arsenic (V), a 5-liter PE bottle is treated for a given period of 3 l of an aqueous solution of NaAsO2 or Na2HAsO4 with the corresponding initial indicated concentrations of 2-3 mg / 1 arsenic with 3 g of the sample to be analyzed and, in this regard, the bottle is added to a rotating roller. The adsorption rate of As ions on iron hydroxide during this given period, for example one hour, is indicated with mg (As3 + / 5 +) / g (FeOOH) · from the difference with As3 + / 5 + ions Remnants in solution.
La medición de la adsorción de iones Sb3+, Sb5+, Hg2+, Pb2+, Cr6+, Cd2+ se realiza de acuerdo con la misma muestra y, concretamente, se preparan las concentraciones deseadas mediante la disolución de las cantidades correspondientes de Sb2O3, KSb(OH)6, PbCI2, NaCrO4, CdCI2 en H2O y se ajusta el valor de pH a 7-9. The adsorption of Sb3 +, Sb5 +, Hg2 +, Pb2 +, Cr6 +, Cd2 + ions is measured according to the same sample and, specifically, the desired concentrations are prepared by dissolving the corresponding amounts of Sb2O3, KSb (OH) 6 , PbCI2, NaCrO4, CdCI2 in H2O and the pH value is adjusted to 7-9.
Los contenidos en As, Sb, Cd, Cr, Hg o Pb del hidróxido de hierro cargado o de las soluciones se determina mediante espectroscopía de masas (ICP-EM) según la norma DIN 38406-29 (1999) o mediante espectroscopía de emisión óptica (ICP-OES) según la norma EN-ISO 11885 (1998) con el correspondiente plasma acoplado inductivo como unidad de activación. The contents in As, Sb, Cd, Cr, Hg or Pb of the charged iron hydroxide or solutions are determined by mass spectroscopy (ICP-EM) according to DIN 38406-29 (1999) or by optical emission spectroscopy (ICP-OES) according to EN-ISO 11885 (1998) with the corresponding inductive coupled plasma as an activation unit.
La valoración de la resistencia a la abrasión mecánica e hidráulica se realiza según el procedimiento siguiente: Se introdujeron 10 g del granulado que se va analizar, con un tamaño de grano >0,1 mm en un matraz Erlenmeyer de 500 ml con 150 ml de agua desmineralizada en una agitadora LabShaker (Modell Kühner, empresa Braun) durante un periodo de 30 minutos con una rotación de 250 revoluciones por minuto. A continuación, se aísla de la suspensión por medio de un tamiz la porción >0,1 mm, se seca y se pesa. La relación de peso entre la pesada de salida y la de entrada determina el valor del desgaste por abrasión en %. The mechanical and hydraulic abrasion resistance is evaluated according to the following procedure: 10 g of the granulate to be analyzed were introduced, with a grain size> 0.1 mm in a 500 ml Erlenmeyer flask with 150 ml of demineralized water in a LabShaker shaker (Modell Kühner, Braun company) for a period of 30 minutes with a rotation of 250 revolutions per minute. Next, the portion> 0.1 mm is isolated from the suspension by means of a sieve, dried and weighed. The weight ratio between the weighing out and the weighing determines the value of abrasion wear in%.
La invención se explicará a continuación en detalle mediante un ejemplo. El ejemplo debe servir como ilustración del procedimiento y no representa ninguna limitación The invention will be explained in detail below by an example. The example should serve as an illustration of the procedure and does not represent any limitation
Se añadieron 525 g de una suspensión de un polvo de pigmento de α-FeOOH en forma de agujas (50 g/l de FeOOH, Bayfer-rox®920, Bayer AG, Leverkusen, Alemania) a 800 g de una solución de FeCI3 (100 g/l) y mediante la adición de 247 g de una solución acuosa de NaOH (24 %) se formó un hidróxido de hierro sobre el pigmento. La suspensión se filtró a través de un filtro de vacío, la torta del filtrado con una conductividad residual del filtrado de 1 mS/cm se lavó y la torta del filtrado, a continuación, se secó en una cabina de secado a 75 ºC. El material muy duro se trituró, a continuación, dando un granulado con unos tamaños de grano de entre 0,2 y 2 mm. La superficie específica según BET ascendió a 64 m2/g. Mediante la exploración con el microscopio electrónico de barrido, por ejemplo con un aumento de 60000:1, se observó que las agujas del tipo α-FeOOH de capas amorfas están adheridas entre sí o aglomeradas. La velocidad de adsorción con respecto a una solución acuosa de NaAsO2 con una concentración inicial de 2,9 mg/l (As3+) ascendió a 1,8 mg(As3+/g(FeOOH)·h, con relación a una solución de Na2HAsO4 con una concentración inicial de 2,8 mg/l (As5+) ascendió a 1,6 mg(As5+)/g(FeOOH)·h. 525 g of a suspension of a needle-shaped pigment powder of α-FeOOH (50 g / l FeOOH, Bayfer-rox® 920, Bayer AG, Leverkusen, Germany) was added to 800 g of a FeCI3 solution ( 100 g / l) and by adding 247 g of an aqueous solution of NaOH (24%) an iron hydroxide was formed on the pigment. The suspension was filtered through a vacuum filter, the filter cake with a residual conductivity of the filtrate of 1 mS / cm was washed and the filter cake was then dried in a drying cabin at 75 ° C. The very hard material was crushed, then giving a granulate with grain sizes between 0.2 and 2 mm. The specific surface area according to BET amounted to 64 m2 / g. By scanning with the scanning electron microscope, for example with an increase of 60000: 1, it was observed that the needles of the α-FeOOH type of amorphous layers are adhered together or agglomerated. The adsorption rate with respect to an aqueous solution of NaAsO2 with an initial concentration of 2.9 mg / l (As3 +) was 1.8 mg (As3 + / g (FeOOH) · h, relative to a solution of Na2HAsO4 with an initial concentration of 2.8 mg / l (As5 +) amounted to 1.6 mg (As5 +) / g (FeOOH) · h.
Claims (13)
- 3. 3.
- Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque para precipitar el Fe(OH)3 se usan sales de Fe3+ de la serie de los carbonatos, cloruros, fluoruros, nitratos, sulfatos, sulfitos. Process according to claim 1 or 2, characterized in that to precipitate Fe (OH) 3 Fe3 + salts of the series of carbonates, chlorides, fluorides, nitrates, sulfates, sulphites are used.
- 4. Four.
- Agente de adsorción en forma de trozos, fabricado según uno de los procedimientos según las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque las agujas del tipo α-FeOOH de capas amorfas están adheridas entre sí. Adsorption agent in the form of pieces, manufactured according to one of the methods according to claims 1 to 3, characterized in that the needles of the α-FeOOH type of amorphous layers are bonded together.
- 5. 5.
- Agente de adsorción/agente de reacción en forma de trozos según la reivindicación 4, caracterizado porque en el caso del agente de adsorción/agente de reacción en forma de trozos se trata de un cuerpo moldeado. Adsorption agent / reaction agent in the form of pieces according to claim 4, characterized in that in the case of the adsorption agent / reaction agent in the form of pieces it is a molded body.
- 6. 6.
- Aparatos a través de los que pueden circular medios, caracterizados porque contienen el agente de adsorción/agente de reacción en forma de trozos según las reivindicaciones 4 y 5. Apparatus through which media can circulate, characterized in that they contain the adsorption agent / reaction agent in the form of pieces according to claims 4 and 5.
- 7. 7.
- Aparatos a través de los que pueden circular medios según la reivindicación 6, caracterizados porque en el caso del aparato se trata de un adsorbedor de paso. Apparatus through which media can circulate according to claim 6, characterized in that in the case of the apparatus it is a passage adsorber.
- 8. 8.
- Instalaciones de tratamiento de aguas que comprenden aparatos según las reivindicaciones 6 ó 7. Water treatment facilities comprising apparatus according to claims 6 or 7.
- 9. 9.
- Centrales de abastecimiento de aguas que comprenden instalaciones de tratamiento de aguas según la reivindicación 8. Water supply plants comprising water treatment facilities according to claim 8.
- 10. 10.
- Uso de los agentes de adsorción/agentes de reacción en forma de trozos según las reivindicaciones 4 y 5 y de los aparatos según las reivindicaciones 6 y 7 para purificar gases o líquidos. Use of the adsorption agents / reaction agents in the form of pieces according to claims 4 and 5 and of the apparatus according to claims 6 and 7 to purify gases or liquids.
- 11. eleven.
- Uso de los agentes de adsorción/agentes de reacción en forma de trozos según las reivindicaciones 4 y 5 y de los aparatos según las reivindicaciones 6 y 7 para el tratamiento de aguas. Use of the adsorption agents / reaction agents in the form of pieces according to claims 4 and 5 and of the apparatus according to claims 6 and 7 for water treatment.
- 12. 12.
- Uso de los agentes de adsorción/agentes de reacción en forma de trozos según las reivindicaciones 4 y 5 y de los aparatos según las reivindicaciones 6 y 7 para eliminar metales pesados, tales como compuestos de fósforo, antimonio, berilio, selenio, teluro, cadmio, cromo así como cianocompuestos del agua. Use of the adsorption agents / reaction agents in the form of pieces according to claims 4 and 5 and of the apparatus according to claims 6 and 7 to remove heavy metals, such as phosphorus, antimony, beryllium, selenium, tellurium, cadmium compounds , chromium as well as cyano compounds of water.
- 13. 13.
- Uso de los agentes de adsorción/agentes de reacción en forma de trozos según las reivindicaciones 4 y 5, de los aparatos según las reivindicaciones 6 y 7, de las instalaciones de tratamiento de aguas según la reivindicación 8, así como de las centrales de abastecimiento de agua según la reivindicación 9 para eliminar compuestos de arsénico del agua. Use of the adsorption agents / reaction agents in the form of pieces according to claims 4 and 5, of the apparatus according to claims 6 and 7, of the water treatment facilities according to claim 8, as well as of the supply plants of water according to claim 9 for removing arsenic compounds from water.
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