高炉矿渣的双向稳定物价：沉淀碳酸钙和沸石重金属吸附剂的合成

为了测试纯度和产率的碳酸盐沉淀物，几个仪器技术都可以应用。元素组成（包括主要和次要成分）可以通过感应耦合等离子体原子发射光谱（ICP-OES），由下列酸消化电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）或原子吸收光谱法（AAS）来测定（在HCl中），或通过X射线荧光光谱（XRF）与粉末或颗粒形式的样品。 XRF为次要组分（<1重量％）不敏感。更多细节和实施例是在德克罗姆等人发现。 6这些结果将证明，如果不希望的杂质存在，将有助于确定，由质量平衡，原炉渣中的钙含量转换成PCC的效率。矿物组合物最好通过X射线粉末衍射（XRD）测定的。由此产生的衍射图提供定性关于结晶矿物相的存在信息。的相对量的定量是由Rietveld精修技术制成（具有约±2-3％（重量）的准确度）。更多细节和例子可以在Santos 等中找到。 38这些结果将验证该工艺条件或杂质影响结晶过程中，除了产生额外的方解石阶段意外（ 碳酸钙 ）。粒度分布（PSD）和平均粒径最好通过湿法（DI水）的激光衍射来确定。更多细节和例子可以在德克罗姆等中找到。 6这些结果用于评估如果PCC满足其预定的应用程序（ 即，造纸）的要求，通常指定一个上限截止尺寸及分布的跨度。 提取后的渗滤液和碳化后的元素组成的产品，以及在X射线衍射图案和碳化后的沉淀物的基于体积的PSD中，在图1和2给出。用ICP-MS技术测量在渗滤液的钙提取阶段后的组合物和其碳化之前的某些金属（钙，镁，铝，和Si）的含量（重量％）。使用分析级乙酸（2M）作为浸出剂的导致了大约90％（ 图1a）一钙萃取。根据结果​​，对于镁（几乎100％），即可以有效地碳酸另一种金属，但更密集的条件下，检测到一个更高的提取效率。 二氧化硅和铝的在提取阶段的行为也进行了研究。要成功地生产过水热转化铝硅酸盐类矿物沸石，也避免与理解过程合成的PCC的污染sired元素，既二氧化硅和铝应在提取过程中保持在固相。根据结果，乙酸表现出二氧化硅和铝的令人满意的有限浸出，几乎92％的二氧化硅和期间浸出过程（ 图1b）其余不受影响铝62％。 纯化的渗滤液溶液的碳酸化导致产生的PCC的具有希望的特性，如在图2中所描绘。基于X射线衍射图上（ 图2b），这主要是合成的矿物相是方解石（88.2重量％），而nesquehonite少量（镁（HCO 3）（OH）·2H 2 O; 3.2％（重量））的和镁方解石（CA 1-0.85镁0-0.15 CO 3; 2.8％（重量））也出席了会议。从材料（ 图2c）的PSD分析，很明显的是，平均粒径SIZE组小，粒径分布窄。 在与碳酸平行，从提取阶段的固体残留物进行水热转化。水热转换材料的表征，以验证生产沸石矿物质和评估的形态，如下进行。的元素组成是最容易通过XRF获得。痕量元素确定需要酸溶解接着用ICP-OES，ICP-MS，或原子吸收，与使用顺序酸溶解进行的消化（HNO 3 -HF或HNO 3 -HClO 4 -HF）以溶解硅石相。虽然有针对性的为转换后的材料没有具体的元素组成，这个分析有助于澄清XRD确定的矿物成分。 X射线衍射分析，以确定矿物组合物，所述PSD和平均粒径进行类似确定为碳酸盐沉淀物，一Ş上述。比表面积，孔体积和平均孔径是由氮吸附法测定，通过使用根据布鲁诺尔 – 埃米特 – 特勒（BET）多点理论解释的等温线。样品应在真空下进行初始脱气在350℃保持4小时。更多细节和例子可以在Chiang 等中找到。 五 在水热转化材料的钙，镁，铝，和Si含量，通过使用ICP-OES技术测定，示于图3a中 ，而它们的矿物组合物，从X射线衍射图案确定的，在图3b中示出。平均粒度和粒度分布，从PSD分析得到，显示在图3c中 。钙方沸石（NaAlSi 2 O 6∙H 2 O）和雪硅钙石（：所得材料矿物学特征在于两个主要阶段的存在5（OH）2的Si 6 O 16∙4H 2 O）。后者的在转换提取残渣的存在证明在该材料的化学组成，检测到的，因为它是用X射线荧光分析的显着的钙含量（22.5重量％）。二氧化硅（37.​​2重量％）和铝（11.2重量％）分别为另一主要元件，而镁在约4重量％的量存在。基于该PSD分析，体积瞬间（德勃鲁克尔）意味着转换后的材料的粒径（D [4,3]）为86.6微米，而粒径分布从0.594微米至1.11毫米不等。氮气吸附分析证实中孔材料的形成（46.0纳米平均孔径），具有比表面积和水热转换材料，分别的孔体积在4.89米2 /克增加到95.23米2 / g，且从0.014毫升/ g至0.610毫升/克比原炉渣。 <p class="jove_content" fo:keep-togethe r.within页="“1”">镍离子的平衡吸附等温线到水热转换材料，该平衡吸附剂吸附溶液的pH调整之前和之后，以及在实验数据的线性拟合朗缪尔，Freundlich吸附和特姆金吸附模型示于图4。 Langmuir模型是基于表征化学吸附过程的一些合理的假设。根据它们，吸附剂的表面仅提供固定数量的吸附位点的，具有相同的形状和大小，其特征在于用相同的吸附能力。吸附材料只形成一个层（一个分子的厚度）的吸附剂的表面上，并且在温度是恒定的。在数学上，Langmuir模型由下式表示： /files/ftp_upload/55062/55062eq2.jpg“/> 其中C e是吸附物的溶液中的平衡浓度（微摩尔/ 100毫升）中，q e是金属的平衡（微摩尔/克）每克吸附剂的吸附量，D m是吸附剂的理论最大单层覆盖量（微摩尔/克），并且k是Langmuir等温恒定（100毫升/微摩尔）。 该Freundlich等温不是由Langmuir模型所需要的假设的限制。相反，它描述了可应用到吸附剂与异构表面的物理吸附过程。吸附位点，分布在整个吸附剂的表面，其特点是对于被吸附物不同的亲和力，而吸附材料构成的吸附剂的表面上的多于一个的层。符合Freundlich模型在数学上表示为： 其中K f和n的Freundlich等温常数，对应于分别的吸附能力和吸附强度。 最后，的Temkin模型假定该层的所有分子的吸附热线性覆盖由于吸附剂的吸附物的相互作用减少，而结合能是均匀分布的。所述的Temkin模型由下式表示： 其中，R是通用气体常数（8.314焦耳/摩尔/ K），T是第È温度（K），ΔQ是吸附能量（（焦耳/摩尔）∙（克/微摩尔））的变化，和K 0是的Temkin等温线平衡结合常数（100毫升/微摩尔）。 对于所有的应用的模型的系数的值进行计算的基础上绘制的吸附等温线（ 图4a）和朗缪尔，Freundlich吸附和的Temkin方程的线性形式（ 图4b-4d中 ）。的系数值，与线性方程一起列于表1中。最后，实验数据和Ni 2+的理论吸附等温线到用于三种不同的吸附模型活化材料之间的比较在图5中给出。基于图形的轮廓和实验结果的理论等温曲线的高接近上，已经证实，该新对MED吸附剂材料可以被有效地用作镍离子吸附剂。 通过比较图5a和5b，以及用于Langmuir和Freundlich模型（ 表1）的回归系数（R 2）提出的拟合结果，很清楚的是，Langmuir方程是更好地描述的实验数据之一。这意味着镍2+离子对转换的材料的吸附是一种单分子层吸附，并且其本质是一个化学过程。为了进一步分析研究了吸附的性质，我们还试图向的Temkin模型拟合到实验数据。从图5c和它的高，R 2（ 表1）所示的曲线图，它清楚的是，的Temkin模型还适合实验数据良好。基于所述变化的正值吸附能（ΔQ），可以得出结论，该吸附是放热的。 图1： 乙酸提取 。在渗滤液解铝，钙，镁，和硅的浓度（第一步骤，第二步骤，并且在总）从乙酸和地面，粒状高炉炉渣之间反应产生的在30℃下，以1000rpm和60分钟。 请点击此处查看该图的放大版本。 图2： 碳酸钙沉淀。 （a）该碳酸酯沉淀的组成，在每个单元的重量百分数表示，归一化 d可100％的总。碳化后的沉淀物（b）的X射线衍射图。碳化后的沉淀物（ 三 ）粒度分布。从德克罗姆等转载。 6爱思唯尔（3879261230348）权限。 请点击此处查看该图的放大版本。 图3： 水热转换材料。 （a）该水热转换材料的组成，表示每个元素的重量百分比，标准化为100％总。水热转化材料（b）的X射线衍射图。 （c）该水热转换材料的平均粒度分布。.COM /文件/ ftp_upload / 55062 / 55062fig3large.jpg“目标=”_空白“>点击此处查看该图的放大版本。 图4： 吸附等温线。 （ 一 ）前，将pH值调整后的沸石材料镍离子的吸附等温线的数据。 （ 二 – 四 ）拟合实验数据的线性朗缪尔，符合Freundlich和特姆金吸附模型。 请点击此处查看该图的放大版本。 图5：实验和模拟数据接近。实验数据的比较（例如p）和根据（ 一个 ）朗缪尔镍离子的模拟吸附等温线（计算值），进入沸石材料，（B）符合Freundlich，和（c）的Temkin模型。 请点击此处查看该图的放大版本。 线性方程组 系数 未调整 调整 Langmuir方程 Dμm时 196.08 196.08 ķ 0.174 0.0851 </tD> R 2 0.997 0.993 Freundlich方程 ñ 2.50 2.13 ķ˚F 26.50 17.64 R 2 0.840 0.893 特姆金公式 ΔQ 102.30 93.99 ķ0 9.97 3.58 R 2 0.998 0.978 <p class="jove_content" fo:keep-together.within-页面="“1”"> 表1：吸附等温线参数为镍 离子 吸附到沸石材料。的方程，并从线性朗缪尔，Freundlich吸附和特姆金吸附模型拟合参数。