RU2481153C2 - Композиционный сорбент на основе силикатов кальция - Google Patents
Композиционный сорбент на основе силикатов кальция Download PDFInfo
- Publication number
- RU2481153C2 RU2481153C2 RU2011125244A RU2011125244A RU2481153C2 RU 2481153 C2 RU2481153 C2 RU 2481153C2 RU 2011125244 A RU2011125244 A RU 2011125244A RU 2011125244 A RU2011125244 A RU 2011125244A RU 2481153 C2 RU2481153 C2 RU 2481153C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sorbent
- oxide
- sorption
- calcium
- heavy metals
- Prior art date
Links
- 239000002594 sorbent Substances 0.000 title claims abstract description 65
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 22
- JHLNERQLKQQLRZ-UHFFFAOYSA-N Calcium silicate Chemical compound [Ca+2].[Ca+2].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] JHLNERQLKQQLRZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title abstract description 4
- 229910052918 calcium silicate Inorganic materials 0.000 title abstract description 4
- 239000000378 calcium silicate Substances 0.000 title abstract 2
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Chemical compound [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 18
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N al2o3 Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 claims abstract description 13
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium monoxide Chemical compound [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229910000460 iron oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- NOTVAPJNGZMVSD-UHFFFAOYSA-N Potassium oxide Chemical compound [K]O[K] NOTVAPJNGZMVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N Sodium oxide Chemical compound [O-2].[Na+].[Na+] KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 229910001950 potassium oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229910001948 sodium oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229910001884 aluminium oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract 2
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 claims description 14
- -1 aluminum-silicon skeleton Chemical group 0.000 claims description 12
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 12
- 235000012241 calcium silicate Nutrition 0.000 claims description 12
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 5
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 abstract description 13
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000000605 extraction Methods 0.000 abstract description 2
- 230000002427 irreversible Effects 0.000 abstract description 2
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N silicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K Aluminium hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[Al+3] WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K 0.000 abstract 1
- 229910021502 aluminium hydroxide Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 125000001145 hydrido group Chemical group *[H] 0.000 abstract 1
- 238000010327 methods by industry Methods 0.000 abstract 1
- 229910052618 mica group Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 17
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 description 13
- 235000012245 magnesium oxide Nutrition 0.000 description 11
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 10
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 10
- 230000036698 Distribution coefficient Effects 0.000 description 9
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 9
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 6
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 6
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 5
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 5
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 5
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 5
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 150000004760 silicates Chemical class 0.000 description 4
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 4
- KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N sodium Chemical compound [Na] KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 4
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 4
- LUUOIMGRQVOQEG-UHFFFAOYSA-N aluminum;magnesium;hydrate Chemical compound O.[Mg].[Al] LUUOIMGRQVOQEG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 3
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 3
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 3
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 229910052596 spinel Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011029 spinel Substances 0.000 description 3
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 2
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005341 cation exchange Methods 0.000 description 2
- 125000002091 cationic group Chemical group 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 235000013980 iron oxide Nutrition 0.000 description 2
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 2
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 2
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 2
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000019976 tricalcium silicate Nutrition 0.000 description 2
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000005995 Aluminium silicate Substances 0.000 description 1
- PZZYQPZGQPZBDN-UHFFFAOYSA-N Aluminium silicate Chemical compound O=[Al]O[Si](=O)O[Al]=O PZZYQPZGQPZBDN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 231100000614 Poison Toxicity 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating Effects 0.000 description 1
- 230000003213 activating Effects 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000012211 aluminium silicate Nutrition 0.000 description 1
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminum Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JYIBXUUINYLWLR-UHFFFAOYSA-N aluminum;calcium;potassium;silicon;sodium;trihydrate Chemical compound O.O.O.[Na].[Al].[Si].[K].[Ca] JYIBXUUINYLWLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BZYJJFBTIHWLBW-UHFFFAOYSA-N aluminum;oxosilicon Chemical group [Al].[Si]=O BZYJJFBTIHWLBW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004566 building material Substances 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000012215 calcium aluminium silicate Nutrition 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000005039 chemical industry Methods 0.000 description 1
- 229910001603 clinoptilolite Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000003295 industrial effluent Substances 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N iron(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Fe+2] VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000391 magnesium silicate Substances 0.000 description 1
- 235000012243 magnesium silicates Nutrition 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000000320 mechanical mixture Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 238000009856 non-ferrous metallurgy Methods 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 230000002285 radioactive Effects 0.000 description 1
- 239000002901 radioactive waste Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory Effects 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing Effects 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 230000002588 toxic Effects 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 239000003440 toxic substance Substances 0.000 description 1
- 238000006276 transfer reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к области сорбционного извлечения тяжелых металлов и радионуклидов из водных растворов. Сорбент представляет собой термообработанную смесь саморассыпающегося шлака на основе силикатов кальция и гидроалюмосиликатов из ряда глин и гидрослюд. Сорбент содержит (в пересчете на оксиды) мас.%: диоксид кремния 28÷31; оксид кальция 40÷53; оксид алюминия 7÷9; оксид магния 6÷8; оксид калия 0,5÷1,0; оксид натрия 0,5÷1,0; оксид железа 1,0÷3,0. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности необратимой сорбции радионуклидов и тяжелых металлов композиционным сорбентом на основе силикатов кальция. 4 табл., 2 пр.
Description
Изобретение относится к области сорбционно-осадительных технологий извлечения тяжелых металлов и радионуклидов из водных растворов и может найти применение на предприятиях цветной металлургии, производства металлоизделий, а также может быть использовано для иммобилизации радиоактивных отходов из растворов, для очистки территорий и водоемов, подвергшихся загрязнению тяжелыми металлами и радионуклидами.
Известен гранулированный неорганический сорбент (Патент РФ №2032460, «Гранулированный неорганический сорбент и способ его получения», МПК B01J 20/06, 10.04.1995), применяемый для переработки жидких и газовых технологических потоков, при очистке отходящих газов и сбросных вод предприятий от радиоактивных и токсичных веществ в атомной энергетике и химической промышленности. Сорбент представляет собой сферогранулированный (диаметр 0,001-3 мм) материал с кристаллической структурой двухфазного твердого раствора, состоящего из анатаза и рутила. Подвижность катионной подрешетки и способность к сорбционному катионному замещению регулируется степенью нестехиометрии сложного оксида.
Недостатком данного изобретения является ограничение сорбционной емкости емкостью катионного обмена. В результате сорбент характеризуется низким коэффициентом распределения по тяжелым металлам.
Известны природные силикатные сорбенты-цеолиты (Овчаренко Г.И., Свиридов В.Л. Цеолиты в строительных материалах. - Барнаул: Изд-во АлтГТУ, - 1995, 102 с.). Цеолиты, например, клиноптилолит, содержат силикаты алюминия, кальция, кремния, магния в структурно-связанном состоянии и обладают сорбционной способностью к катионам тяжелых металлов и радионуклидов. Недостатком сорбентов на основе цеолитов является обратимость сорбции, низкий коэффициент распределения и высокая стоимость.
Наиболее близким аналогом изобретения (Патент РФ №2230609, «Сорбент на основе силикатов кальция», МПК B01J 20/10, 20/04, 20/08, 21.04.2003) является сорбент на основе силикатов кальция, содержащий диоксид кремния.
Сорбент на основе силикатов кальция с добавлением оксида алюминия и оксида магния содержит указанные ингредиенты в следующих соотношениях, мас.%: диоксид кремния 25÷26, оксид кальция 45÷52, оксид алюминия 5÷7, оксид магния 13÷15.
Минералогический состав полученного комплексного сорбента определяется его химическим составом. Основными фазовыми составляющими известного композиционного сорбента являются силикаты: двухкальциевый силикат 2CaO·SiO2; трехкальциевый силикат 3CaO·SiO2; мервинит 3СаО·MgO·SiO2, а также периклаз MgO и оксид алюминия Al2O3, присутствующий в виде шпинели MgO·Al2O3. Указанный сорбент на основе силикатов кальция с добавлением оксида алюминия и оксида магния необратимо фиксирует радионуклиды, о чем свидетельствует низкая степень выщелачивания последних из отработанного сорбента. Создание сорбента на основе силикатов кальция с добавлением оксида алюминия и оксида магния производится методом плавления исходных компонентов. Технология производства сорбента рассчитана на получение саморассыпающегося материала с фракционным составом 0,1-0,4 мм.
Недостатком известного решения является низкий коэффициент распределения, присутствие в составе сорбента фазовой составляющей (шпинели), не участвующей в сорбционном процессе. Высокая дисперсность исходного сорбента и еще более высокая дисперсность продуктов сорбционного взаимодействия исключает возможность их разделения и регенерации сорбента. При образовании мелкодисперсных плохо отстаивающихся осадков в процессе эксплуатации сорбента его фильтрующие и сорбционные свойства уменьшаются. Использование известного сорбента для отсыпки дна водоемов и поверхностных слоев почв, загрязненных тяжелыми металлами и радионуклидами, создает опасность ветрового загрязнения территорий мелкодисперсными токсичными продуктами сорбции, например, при обмелении водоемов.
Техническим результатом настоящего изобретения является повышение эффективности необратимой сорбции радионуклидов и тяжелых металлов композиционным сорбентом на основе силикатов кальция.
Технический результат достигается тем, что композиционный сорбент, представляющий собой гранулированную смесь саморассыпающегося шлака на основе силикатов кальция и магния и гидроалюмосиликатов из ряда глин и гидрослюд, термически обрабатывается в интервале температур 850-900°C. Термическая обработка приводит к процессам фазообразования, в частности формированию структуры геленита, 2СаО·SiO2·Al2O3, а также нестехиометрических алюмосиликатов кальция, в которых катионы кальция частично замещены на катионы железа, калия, натрия.
Процессы фазообразования при оптимальных температурах, обеспечивающих слабое спекание гранул при сохранении их диффузионной проницаемости, реализуются при следующем соотношении компонентов в пересчете на оксиды, мас.%: диоксид кремния 28÷31; оксид кальция 40÷53; оксид алюминия 7÷9; оксид магния 6÷8; оксид калия 0,5÷1,0; оксид натрия 0,5÷1,0; оксид железа 1,0÷3,0.
Основными фазовыми составляющими заявленного комплексного сорбента являются силикаты: двухкальциевый силикат 2CaO·SiO2; трехкальциевый силикат 3CaO·SiO2; мервинит 3CaO·MgO·SiO2; геленит 2СаО·SiO2·Al2O3. Оксид магния и оксид алюминия не образуют шпинели, а входят в состав MgO - мервинита и Al2O3 - геленита. Оксиды калия, натрия, железа не образуют индивидуальных фаз, а входят в состав силикатов кальция, образуя нестехиометрические соединения.
Если состав известного сорбента представляет собой механическую смесь фазовых составляющих, в том числе и не участвующих в сорбционном процессе, то в составе предлагаемого сорбента силикаты образуют единый алюмокремнекислородный каркас. Присутствие в составе сорбента катионов калия, натрия, железа активирует реакции катионного обмена и массопереноса в процессе сорбции тяжелых металлов и радионуклидов. В составе сорбента отсутствуют составляющие, не участвующие в сорбционном процессе.
Увеличение по сравнению с прототипом содержания оксидов кремния и алюминия, присутствующих в виде алюмосиликатов, с добавками оксидов калия, натрия, железа обеспечивает возможность получения гранулированного материала сорбента с заданным размером частиц согласно технологическим требованиям, а также регулировать процессы фазообразования при термообработке, ответственные за формирование сорбционных свойств.
Использование композиционного сорбента в гранулированном состоянии и присутствие в его составе активирующих добавок обеспечивает реализацию следующих преимуществ:
- регулирования сорбционной и осадительной стадии сорбционного процесса;
- разделения сорбента и мелкодисперсных продуктов сорбционного взаимодействия;
- регенерации сорбента.
Композиционный сорбент обладает способностью необратимо удерживать тяжелые металлы как селективно, так и комплексно.
Поскольку все компоненты являются реакционно-активными, их соотношения выбраны с учетом процессов фазообразования при термообработке.
При содержании компонентов менее указанных пределов нарушаются стехиометрические соотношения для реакций фазообразования при термообработке, ответственных за формирование алюмокремнекислородного каркаса. В результате уменьшается химическая стойкость и механическая прочность композиционного сорбента, а также эффективность сорбционного процесса. Одновременно увеличивается количество мелкодисперсных продуктов сорбционного взаимодействия.
При содержании компонентов более указанных пределов существует опасность выщелачивания продуктов сорбционного взаимодействия, уменьшается коэффициент распределения.
При оптимальных соотношениях компонентов снижение температуры термообработки ниже 850°C приводит к уменьшению механической прочности гранул до величин ~3 МПа, исключающих их практическое использование. Область температур ниже 850°C недостаточна для прохождения реакции фазообразования и формирования единого упрочняющего алюмокремнекислородного каркаса. Гранулы сорбента при практическом использовании рассыпаются, при этом преимущества гранулированного сорбента теряются. При повышении температуры выше 900°C процессы спекания активируются, прочность гранул возрастает на 40-50% по сравнению с оптимальной, достигая ~15-17 МПа. При этом снижаются диффузионная проницаемость и сорбционная активность композиционного сорбента.
Композиционный сорбент может быть использован для иммобилизации тяжелых металлов и радионуклидов из кислых промышленных стоков, в составе съемных фильтров и кассет для комплексной водоочистки.
Примером конкретного выполнения композиционного сорбента на основе силикатов кальция, содержащего диоксид кремния, оксид кальция, оксид алюминия, оксид магния с добавлением оксидов калия, натрия, железа, могут служить смеси саморассыпающихся шлаковых отходов производства цветных металлов с минеральными гидроалюмосиликатами в соотношениях 85 мас.% к 15 мас.%, соответственно, обеспечивающих заявляемое содержание оксидов в комплексном сорбенте. В качестве гидроалюмосиликатов могут быть использованы монтмориллониты, каолиновые минералы, гидрослюды и др. (Г.Н.Пшинко, Т.Г.Тимошенко и др. Сорбционная очистка воды от 90Sr и его иммобилизация в керамических матрицах. // Химия и технология воды. - 2007. - 29, №3. - С.262-274). Смеси саморассыпающегося шлака с минеральными гидроалюмосиликатами гранулировали на тарельчатом грануляторе, термически обрабатывали в интервале температур 850-900°C, обеспечивающем формирование единого алюмокремнекислородного каркаса композиционного сорбента и получение гранул с механической прочностью 8-10 МПа.
Варианты составов комплексного сорбента приведены в таблице 1. В качестве модельного раствора выбран водный раствор тяжелых металлов с содержанием катионов никеля - 70 мг/л, меди - 70 мг/л, железа - 70 мг/л, цинка - 50 мг/л, марганца - 50 мг/л, кадмия - 50 мг/л, церия - 100 мг/л, pH 2,8. Катионы церия использованы в качестве имитатора радионуклидов.
Предлагаемое техническое решение иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1. В 6 емкостей помещали модельный раствор, затем в каждую емкость добавляли композиционный сорбент с размером частиц 0,5-5 мм, в соотношении твердое: жидкое = 1:30. В каждую емкость помещали сорбент определенного состава, согласно таблице 1. Растворы, содержащие композиционный сорбент, выдерживали при температуре 22°C и перемешивали, измеряя значения pH каждые 0,5 часа до установления постоянного pH (9-9,5). Процесс сорбции завершали, отделяли сорбент от раствора отстаиванием. Растворы фильтровали и определяли концентрацию ионов никеля, меди, железа, цинка, марганца, кадмия и церия на атомно-эмиссионном спектрометре Optima 2100 DV. Коэффициент распределения Kd (мл/г) рассчитывали по известной формуле
V - объем модельного раствора, мл;
m - масса сорбента, г;
Со - исходная концентрация катионов в модельном растворе, мг/л;
С - концентрация катионов в отфильтрованном модельном растворе, мг/л.
Результаты представлены в таблице 2.
Пример 2. Полную сорбционную емкость определяли на модельном растворе, содержащем 100 мг/л церия. В одну емкость заливали модельный раствор, содержащий катионы церия, и помещали композиционный сорбент в соотношении твердое: жидкое = 1:30, в другую емкость заливали модельный раствор, содержащий катионы церия, и помещали сорбент, полученный по прототипу, в соотношении твердое: жидкое = 1:30. Процесс сорбции проводили как в примере 1 (до установления постоянного значения pH), затем композиционный сорбент промывали водой и снова заливали модельным раствором. Процесс осуществляли многократно до прекращения сорбционного взаимодействия композиционного сорбента с модельным раствором. Результаты определения сорбционной емкости представлены в таблице 3.
Как следует из таблиц 2 и 3, коэффициент распределения при использовании предлагаемого композиционного сорбента для сорбции тяжелых металлов увеличивается по сравнению с прототипом в 30-340 раз, а сорбционная емкость возрастает в 3-3,5 раза.
| Таблица 1 | |||||||
| Варианты составов композиционного сорбента при оптимальной температуре термообработки (870°C) | |||||||
| Порядковый номер | Содержание компонентов, % | ||||||
| SiO2 | CaO | Al2O3 | MgO | K2O | Na2O | Fe2O3 | |
| 1 | 29,0 | 45 | 7,5 | 6 | 0,50 | 0,50 | 1,00 |
| 2 | 29,5 | 45 | 8,0 | 6 | 0,75 | 0,75 | 1,50 |
| 3 | 30,0 | 43 | 9,0 | 6 | 1,00 | 1,00 | 3,00 |
| 4 | 30,0 | 45 | 7,5 | 6 | 0,30 | 0,20 | 0,50 |
| 5 | 29,0 | 45 | 7,5 | 6 | 1,30 | 1,50 | 3,50 |
| 6 (прототип) | 26,0 | 46 | 7,0 | 6 | - | - | - |
| Таблица 2 | ||||||
| Физико-химические характеристики композиционного сорбента при оптимальной температуре термообработки (870°C) | ||||||
| Наименование свойств сорбента | Варианты составов сорбента | |||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 (прототип) | |
| Фракционный состав, мм | 1-5 | 1-5 | 1-5 | 1-5 | 1-5 | 0,1-0,4 |
| Насыпная масса, г/см3 | 1,38-1,39 | 1,38-1,39 | 1,38-1,39 | 1,38-1,39 | 1,38-1,39 | 1,0-1,2 |
| Коэффициент распределения, Kd, мл/г | ||||||
| Ni | 1,6·104 | 5,3·104 | 3,8·104 | 1,7·103 | 2,8·103 | 950 |
| Cu | 1,9·105 | 2,5·105 | 3,1·105 | 6,7·103 | 8,9·103 | 800 |
| Fe | 2,3·105 | 3,2·105 | 3,8·105 | 4,6·103 | 5,6·103 | 900 |
| Zn | 1,7·104 | 2,4·104 | 2,1·104 | 3,7·103 | 3,4·103 | 850 |
| Mn | 1,5·104 | 2,2·104 | 1,9·104 | 4,5·103 | 3,9·103 | 800 |
| Cd | 1,8·104 | 2,5·104 | 3,3·104 | 4,8·103 | 3,7·103 | 900 |
| Ce | 3,8·105 | 2,5·105 | 4,3·105 | 2,8·103 | 3,5·103 | 1000 |
| Степень выщелачивания, % | 0 | 0 | 0 | 0 | 0,006 | 0,007 |
| Таблица 3 | |||
| Сорбционная емкость композиционного сорбента при оптимальной температуре термообработки (870°C) | |||
| № | Наименование показателя | Предлагаемый сорбент | Прототип |
| 1 | Концентрация церия в исходном растворе, мг/дм3 | 1000 | 1000 |
| 2 | Емкость сорбента по церию, мг/г | 54 | 15 |
| 3 | Коэффициент распределения по церию, Kd, мл/г | 3,9·105 | 1000 |
| Таблица 4 | |||
| Влияние температуры термообработки на характеристики композиционного сорбента состава 1 | |||
| Характеристика сорбента | Температура термообработки,°C | ||
| 800 | 870 | 950 | |
| Коэффициент распределения Kd, мл/г | |||
| Ni | 1,3·103 | 1,6·104 | 750 |
| Cu | 1,6·104 | 1,9·105 | 600 |
| Fe | 3,5·103 | 2,3·105 | 850 |
| Zn | 1,9·103 | 1,7·104 | 840 |
| Mn | 3,2·103 | 1,5·104 | 760 |
| Cd | 1,6·103 | 1,8·104 | 860 |
| Ce | 2,4·104 | 3,8·105 | 950 |
| Сорбционная емкость сорбента по церию, мг/г | 35 | 54 | 14 |
| Механическая прочность, МПа | 3 | 10 | 15 |
Claims (1)
- Композиционный сорбент, представляющий собой гранулированную смесь саморассыпающегося шлака на основе силикатов кальция и гидроалюмосиликатов из ряда глин и гидрослюд, термически обработанную в интервале температур, обеспечивающем формирование единого алюмокремнекислородного каркаса, и содержащий следующие компоненты (в пересчете на оксиды), мас.%:
Диоксид кремния 28÷31 Оксид кальция 40÷53 Оксид алюминия 7÷9 Оксид магния 6÷8 Оксид калия 0,5÷1,0 Оксид натрия 0,5÷1,0 Оксид железа 1,0÷3,0
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011125244A RU2481153C2 (ru) | 2011-06-17 | Композиционный сорбент на основе силикатов кальция |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011125244A RU2481153C2 (ru) | 2011-06-17 | Композиционный сорбент на основе силикатов кальция |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2011125244A RU2011125244A (ru) | 2012-12-27 |
| RU2481153C2 true RU2481153C2 (ru) | 2013-05-10 |
Family
ID=
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2560436C1 (ru) * | 2014-07-24 | 2015-08-20 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Вологодский государственный университет" (ВоГУ) | Сорбент для доочистки биологически очищенных сточных вод от ионов аммония и фосфатов |
| RU2575044C1 (ru) * | 2014-12-18 | 2016-02-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" (национальный исследовательский университет) (ФГБОУ ВПО "ЮУрГУ" (НИУ)) | Композиционный гранулированный сорбент на основе силикатов кальция |
| RU2683082C1 (ru) * | 2018-05-31 | 2019-03-26 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" | Способ получения кальцийалюмосиликатного неорганического коагулянта |
| RU2725315C1 (ru) * | 2019-03-19 | 2020-07-02 | Анатолий Григорьевич Демахин | Способ очистки воды от соединений мышьяка |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2560436C1 (ru) * | 2014-07-24 | 2015-08-20 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Вологодский государственный университет" (ВоГУ) | Сорбент для доочистки биологически очищенных сточных вод от ионов аммония и фосфатов |
| RU2575044C1 (ru) * | 2014-12-18 | 2016-02-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" (национальный исследовательский университет) (ФГБОУ ВПО "ЮУрГУ" (НИУ)) | Композиционный гранулированный сорбент на основе силикатов кальция |
| RU2683082C1 (ru) * | 2018-05-31 | 2019-03-26 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" | Способ получения кальцийалюмосиликатного неорганического коагулянта |
| RU2725315C1 (ru) * | 2019-03-19 | 2020-07-02 | Анатолий Григорьевич Демахин | Способ очистки воды от соединений мышьяка |
| RU2805663C2 (ru) * | 2021-10-14 | 2023-10-23 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)" (ФГАОУ ВО "ЮУрГУ (НИУ)") | Состав и способ получения композиционного гранулированного сорбента на основе алюмосиликатов кальция и магния |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| El-Eswed et al. | Efficiency and mechanism of stabilization/solidification of Pb (II), Cd (II), Cu (II), Th (IV) and U (VI) in metakaolin based geopolymers | |
| EP0001499B1 (en) | Treatment and disposal of heavy metal containing sludge wastes | |
| Ok et al. | Heavy metal adsorption by a formulated zeolite-Portland cement mixture | |
| Chiang et al. | Synthesis of zeolitic-type adsorbent material from municipal solid waste incinerator bottom ash and its application in heavy metal adsorption | |
| JP5905669B2 (ja) | 有害物質の処理材及び有害物質の処理方法 | |
| Jana | A new look to an old pozzolan, clinoptilolite–a promising pozzolan in concrete | |
| JP5734807B2 (ja) | 放射性セシウム及び放射性ストロンチウム含有物質の処理方法 | |
| Yi et al. | Efficient preparation of red mud-based geopolymer microspheres (RM@ GMs) and adsorption of fluoride ions in wastewater | |
| EP1740325A1 (en) | Method for waste stabilisation and products obtained therefrom | |
| Lu et al. | Lead glass-ceramics produced from the beneficial use of waterworks sludge | |
| Vyšvařil et al. | Immobilization of heavy metals in natural zeolite-blended cement pastes | |
| EP1230020A1 (en) | Silicate/aluminate materials | |
| US7645095B2 (en) | Method for waste stabilisation and products obtained therefrom | |
| JP2016117050A (ja) | 無機ポリマー質吸着剤及びその製造方法 | |
| SK100098A3 (en) | Process for the manufacture of a sorbent, a sorbent and its use for the immobilization of heavy metals in contaminated aqueous or solid phase | |
| Kadirova et al. | Simultaneous removal of NH4+, H2PO4− and Ni2+ from aqueous solution by thermally activated combinations of steel converter slag and spent alumina catalyst | |
| Onutai et al. | Removal of Pb2+, Cu2+, Ni2+, Cd2+ from wastewater using fly ash based geopolymer as an adsorbent | |
| Pavolová et al. | Modelling of copper and zinc adsorption onto zeolite | |
| Bouguermouh et al. | Stabilization of flotation wastes resulting from the treatment of Pb/Zn ore based on geopolymers | |
| Tzamos et al. | Ammonium exchange capacity of the Xerovouni zeolitic tuffs, Avdella area, Evros Prefecture, Greece | |
| CN105498683A (zh) | 一种用于含氟污水净化的改性粘土矿物材料的制备方法 | |
| RU2481153C2 (ru) | Композиционный сорбент на основе силикатов кальция | |
| González et al. | Trivalent chromium ion removal from aqueous solutions using low-cost zeolitic materials obtained from exhausted FCC catalysts | |
| Faghihian et al. | A comparative study of the sorption of Cd (II) and Pb (II) ions from aqueous solution by local bentonite and clinoptilolite | |
| RU2575044C1 (ru) | Композиционный гранулированный сорбент на основе силикатов кальция |