高炉スラグの双方向の物価安定政策：沈殿した炭酸カルシウムおよびゼオライト重金属吸着剤の合成

純度および収率のために炭酸塩沈殿物を試験するために、いくつかの楽器の技術を適用することができます。 （メジャーおよびマイナー成分を含む）の元素組成は、酸消化後、誘導結合プラズマ質量分析（ICP-MS）又は原子吸光分光法（AAS）によって、いずれかの誘導結合プラズマ原子発光分光分析（ICP-OES）によって決定することができる（中塩酸）、または粉末もしくはペレット形態のサンプルのX線蛍光分光法（XRF）によって。 XRFは、微量成分（<1重量％）のためにあまり敏感です。詳細および例は、デCROM らに見出されます。望ましくない不純物が存在すると判断するのに役立ちます場合は6これらの結果は、マスバランスによって、PCCに元のスラグのカルシウム含有量の変換効率を実証します。鉱物組成は、最高のX線粉末回折（XRD）によって決定されます。得られた回折図は、定性的提供します結晶鉱物相の存在についての情報。相対量の定量は、（周りの±2~3重量％の精度で）リートベルト法の技術によって作製されます。詳細および例は、サントスらで見つけることができます。プロセス条件や不純物は、方解石（CaCO 3を）以外に追加の望ましくない相を生成する結晶化プロセスに影響を与える場合、38これらの結果を確認します。粒度分布（PSD）と平均粒径最良ウェット（DI水）レーザー回折により決定されます。詳細および例は、デCROM らで見つけることができます。 6これらの結果は、PCCは、通常、上部のカットオフサイズおよび分布のスパンを指定し、その意図する用途（ すなわち、製紙）の要件を満たしているかどうかを評価するために使用されます。 抽出後の浸出液とポスト炭酸の元素組成製品、ならびにXRDパターンとポスト炭酸析出物の体積基準PSDは、 図1及び図 2に示されています。 ICP-MS法は、CA抽出段階後の浸出液の組成およびその炭酸化の前に特定の金属（カルシウム、マグネシウム、アルミニウム、及びSi）の含有量（質量％）を測定しました。浸出剤として分析グレードの酢酸（2 M）の使用は、約90％（ 図1A）のカルシウムの抽出をもたらしました。結果によると、より高い抽出効率は、マグネシウム（ほぼ100％）が検出された、効率的な炭酸化することができる他の金属が、より強力な条件下で。 抽出段階の間にシリカとアルミニウムの挙動も調べました。正常水熱転化を介してアルミノシリケート系ゼオライト鉱物を製造するためにだけでなく、アンクルと合成PCCの汚染を避けるために産ま要素は、シリカおよびアルミニウムの両方が、抽出プロセス中に固相に留まるべきです。結果によれば、酢酸、シリカの約92％と浸出プロセス（ 図1b）の間に影響を受けていない残りのアルミニウムの62％と、シリカとアルミニウムの良好限定浸出を示しました。 図2に示されるように精製した浸出溶液の炭酸化は、望ましい特性を有するPCCの製造をもたらしました。 XRDダイアグラム（ 図2b）に基づいて、主に合成された鉱物相はnesquehonite少量のに対し、その方解石（88.2重量％）であったマグネシウム（Mg（HCO 3）（OH）・2H 2 O; 3.2重量％）そして、マグネシア方解石（CA 1から0.85 Mgを0から0.15 CO 3; 2.8重量％）も存在しました。材料（ 図2c）のPSD分析から、平均粒子SIZことが明らかになりましたeが小さく、粒度分布は狭かったです。 炭酸化と並行して、抽出段階からの固体残渣を水熱転化に供しました。次のように水熱変換材料の特性、ゼオライト鉱物の生産を確認すると、形態を評価するために、実施されました。元素組成は、最も容易にXRFによって得られます。消化がシリカ相を溶解するため、順次酸溶解（HNO 3 -HFまたはHNO 3 -HClO 4 -HF）を用いて行って微量元素の決意は、ICP-OES、ICP-MS、またはAAS続いて酸分解を必要とします。変換された材料を対象と特定の元素組成はありませんが、この分析はXRDによって決定鉱物組成を明確にするのに役立ちます。 XRD分析は、鉱物組成、PSDを決定し、粒子直径を意味するが、炭酸沈殿物と同様に測定しました、前述しましたよ。比表面積、細孔容積、および細孔の平均径は、ブルナウアー – エメット – テラー（BET）多点理論に従って解釈等温線と、窒素吸着により測定しました。サンプルは最初に4時間、350℃の真空下で脱気されるべきです。詳細および例は、チェンマイらで見つけることができます。 5 XRDパターンから求め、その鉱物組成が、 図3bに示されているのに対し、ICP-OES法を用いて決定水熱変換材料中のCaはMg、Al及びSiの含有量は、 図3aに示されています。 PSD分析から得られた平均粒径及び粒度分布は、 図3cに示されています。 Ca（方沸石（NaAlSi 2 O 6∙H 2 O）とトバモライトが：得られた物質を、鉱物学二つの主相の存在によって特徴づけられます5（OH）2のSi 6 O 16∙4H 2 O）。変換された抽出残渣における後者の存在は、それがXRFを用いて分析したように、材料の化学組成で検出された顕著なカルシウム含有量（22.5重量％）を正当化します。マグネシウムは約4重量％の量で存在していたのに対し、シリカ（37.2重量％）及びアルミニウム（11.2質量％）は、他の主要な要素でした。サイズ分布は0.594ミクロン1.11ミリメートルの範囲であったのに対してPSD解析に基づいて、体積モーメント（デBrouckere）は、変換された材料の粒径（D [4,3]）を意味することは、86.6ミクロンでした。窒素吸着分析により、95.23 2 / gの、および0.014 mLの4.89 2 / gで増加、それぞれ、水熱変換材料の比表面積及び細孔容積を有する、メソ多孔性物質（46.0 nmの細孔の平均直径）の形成が確認されました元のスラグを超える0.610ミリリットル/ gの/ gです。 <p class="jove_content" fo:keep-togethe r.within-ページ= "1">平衡化した吸着剤吸着質溶液のpH調整前と後の水熱変換材料、上へのNi 2+の平衡吸着等温線と同様に、線形化に実験データのフィッティングラングミュア、フロイントリヒ、及びテムキン吸着モデルは、 図4に示されています。 ラングミュアモデルは、化学吸着プロセスを特徴づけるいくつかの合理的な仮定に基づいています。彼らによると、吸着剤の表面は、同一の吸着能力によって特徴づけられる、同一の形や大きさで、吸着部位の固定された数を提供しています。吸着剤の表面に吸着された材料を形成一層のみ（一分子の厚さ）、及び温度が一定です。数学的には、ラングミュアモデルは、以下の式で表されます。 /files/ftp_upload/55062/55062eq2.jpg "/> C eは 、溶液中の吸着質の平衡濃度（モル/ 100mL）である場合、Q eは平衡（モル/ g）に吸着剤1g当たりに吸着金属の量であり、D mは 、吸着剤の理論上の最大単層被覆の能力であります（マイクロモル/ g）であり、kは、ラングミュア等温定数（100ミリリットル/モル）です。 フロイントリヒ等温線はラングミュアモデルに必要な前提条件によって制約されていません。その代わりに、それは、異種表面を有する吸着剤に適用することができ、物理的吸着法が記載されています。吸着材は、吸着剤の表面上に複数の層を形成するのに対し、すべての吸着剤の表面上に分散吸着サイトが、吸着のために異なる親和性によって特徴づけられます。フロイントリヒモデルは数学的に以下のように表されます。 ここで、K f及びNはフロイントリッヒ等温定数は、それぞれ、吸着容量、吸着強度に対応しています。 最後に、テムキンモデルは、結合エネルギーが均一に分布しているのに対し、層のすべての分子の吸着熱が直線的に、吸着剤、吸着質相互作用によるカバレッジとともに減少することを想定しています。テムキンモデルは以下の式で表されます。 Rは普遍気体定数（8.314 J /モル/ K）であり、Tは番目です電子温度（K）、ΔQは、吸着エネルギーの変化（（J /モル）∙（グラム/モル））であり、K 0は定数（100ミリリットル/モル）に結合テムキン等温平衡です。 すべての適用モデルの係数の値がプロットされた吸着等温線（ 図4a）とラングミュア、フロイントリヒ、およびテムキン方程式（ 図4b-4D）の線形フォームに基づいて計算しました。係数値は、線形方程式と共に、 表1に示します。最後に、三つの異なる吸着モデルのために活性化材料上に実験データとNi 2+の理論吸着等温線間の比較を図5に示されています。グラフの輪郭と理論等温曲線と実験結果の高い近接性に基づいて、新たに用いることが確認されましたMED吸着剤材料は、効果的にのNi 2+の吸着剤として使用することができます。 図5Aおよび5B、ならびにラングミュアとフロイントリッヒモデル（ 表1）についての回帰係数（R 2）で示さフィット結果を比較することにより、ラングミュアの方程式は、より良い実験データを記述するものであることは明らかです。これは、変換された材料上のNi 2+イオンの吸着は単分子層吸着であり、その性質は化学吸着プロセスのものであることをことを意味します。さらに調査吸​​着の性質を分析するために、我々はまた、実験データにテムキンモデルに適合するように試みました。 図5c及びその高いR 2（ 表1）に示すグラフから、テムキンモデルもよく、実験データに適合することは明らかです。変動の正の値に基づきます吸着エネルギー（ΔQ）には、吸着は発熱性であると結論付けることができます。 図1： 酢酸抽出 。酢酸と地面との間の反応から得られる浸出液溶液中のAl、カルシウム、マグネシウム、およびSiの濃度（第一工程、第二工程、および合計で）、30℃での粒状高炉スラグ、1,000rpmで60分間。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。 図2： 炭酸カルシウムが沈殿します。 （a）は、炭酸塩沈殿物の組成は、要素ごとの重量百分率で、正規化 100％の合計D。 （b）の後、炭酸沈殿物のXRD図を。 （c）の後、炭酸沈殿物の粒径分布を。デCROM らから再生。エルゼビア（3879261230348）からの許可を得て6。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。 図3： 水熱変換材料。 （A）水熱変換材料の組成は、100％の合計に対して正規化、要素当たりの重量パーセントで表されます。水熱変換材料の（b）の XRD図。 （C）水熱変換材料の平均粒度分布。.COM /ファイル/ ftp_upload / 55062 / 55062fig3large.jpg "ターゲット=" _空白 ">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。 図4： 吸着等温線。 （a）は、pH調整の前と後のゼオライト材料上のNi 2+の吸着等温線データ。 （B – d）の線形化ラングミュア、フロイントリヒ、およびテムキン吸着モデルと実験データのフィッティング。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。 図5：実験とシミュレーションデータ近接。実験データの比較（例：P）と（A）ラングミュアに記載のゼオライト材料上へのNi 2+のシミュレートされた吸着等温線（計算値）、（b）は、フロイントリッヒ、及び（c）テムキンモデル。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。 一次方程式 係数 未調整 調整 ラングミュア式 D メートル 196.08 196.08 K 0.174 0.0851 </tD> R 2 0.997 0.993 フロイントリヒ式 n個 2.50 2.13 K F 26.50 17.64 R 2 0.840 0.893 テムキン式 ΔQ 102.30 93.99 K 0 9.97 3.58 R 2 0.998 0.978 <p class="jove_content" fo:keep-together.within-ページ= "1"> 表1： ゼオライト材料へ のNi 2+ 吸着 用の吸着等温線のパラメータ 。方程式、及び線形化ラングミュア、フロイントリヒ、およびテムキン吸着モデル、からフィットされたパラメータ。