The Mechanism of Amphoteric Metals Cations Immobilization into Clay-Cement Mixtures

Stempkowska, Agata

doi:10.29227/IM-2020-01-02	13

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

The Mechanism of Amphoteric Metals Cations Immobilization into Clay-Cement Mixtures

Autorzy

Stempkowska Agata

Treść / Zawartość

Pełne teksty:

Pobierz

Identyfikatory

DOI

10.29227/IM-2020-01-02 13

Warianty tytułu

Mechanizm immobilizacji kationów metali amfoterycznych w mieszaninach iłowo-cementowych

Języki publikacji

Abstrakty

The article presents the possibilities of using special prepared binders to reduce the emission of ions from soil, and immobilize metals migration from waste deposits. Clay-cement slurries are mixtures containing in their compositions clinker binder and clay minerals, in this case they were Bełchatów and Koniecpol clays. After hydratation process mixtures they create flexible and tight structures that are used, among others, as a barriers immobilizing the spread of pollution. The tests have shown that in the case of amphoteric metals, it is possible to accumulate almost 100% of the contamination using clay-cement suspensions. An attempt was also made to explain the mechanisms of ion retention in arised structures. The article presents three probable mechanism of amphoteric ions binding, the first is retention in the clay minerals interlayer spaces, the second is entrapment in CSH type phases formed during hydratation. Last possibility is formation of some new silicate structures.

W artykule przedstawiono możliwości zastosowania specjalnie przygotowanych spoiw w celu unieruchomienia migracji metali amfoterycznych. Spoiwa cementowo-iłowe to mieszanki zawierające w swoich składach spoiwo klinkierowe i minerały ilaste, w tym przypadku były to gliny Bełchatów i Koniecpol. Po procesie hydratacji mieszanki te tworzą elastyczne i szczelne struktury, które są wykorzystywane m.in. jako bariery unieruchamiające rozprzestrzenianie się zanieczyszczeń. Testy wykazały, że w przypadku metali amfoterycznych możliwa jest prawie 100% akumulacja zanieczyszczeń w strukturze zawiesin iłowo-cementowych. Podjęto również próbę wyjaśnienia mechanizmów zatrzymywania jonów w powstałych strukturach. W artykule przedstawiono trzy prawdopodobne mechanizmy wiązania jonów amfoterycznych, pierwszy to retencja w przestrzeniach międzywarstwowych minerałów ilastych, drugi to uwięzienie w fazach typu CSH powstałych podczas hydratacji. Ostatnią możliwością jest tworzenie nowych struktur krzemianowych.

Słowa kluczowe

amphoteric ions metals pollution clay-cement mixtures hydratation

jony amfoteryczne zanieczyszczenie metalami mieszanki gliny z cementem hydratacja

Wydawca

Polskie Towarzystwo Przeróbki Kopalin

Czasopismo

Inżynieria Mineralna

Rocznik

2020

Tom

no. 1, vol. 1

Strony

13--21

Opis fizyczny

Bibliogr. 32 poz., tab., wykr., zdj,

Twórcy

autor

Stempkowska Agata

stemp@agh.edu.pl

AGH University of Science and Technology, Faculty of Mining and Geoengineering, Cracow, Poland

Bibliografia

1. Andersen S. Ødegård S. Hans M.Seip 1994 Background levels of heavy metals in Polish forest soils Ecological Engineering, Volume 3, Issue 3, pp 245-253
2. Andreola F, Barbieri L, Corradi A, Lancellotti I, Manfredini T., 2001 The possibility to recycle solid residues of the municipal waste incineration into a ceramic tile body. J Mater Sci 36:4869–4873. doi: 10.1023/A:1011823901409
3. Bashir MJK, Aziz HA, Yusoff MS 2011 New sequential treatment for mature landfill leachate by cationic/anionic and anionic/cationic processes: optimization and comparative study. J Hazard Mater vol 186 pp 92–102
4. Boghetich G, Liberti L, Notarnicola M, Palma M, Petruzzelli D 2005 Chloride extraction for quality improvement of municipal solid waste incinerator ash for the concrete industry. Waste Manag Res 23:57–61. doi: 10.1177/0734242X05051017
5. Chibuike G. U., Obiora S. C. 2014 Heavy Metal Polluted Soils: Effect on Plants and Bioremediation Methods Applied and Environmental Soil Science Article ID 752708, http://dx.doi.org/10.1155/2014/752708
6. Collivignarelli, M.C., Abbà, A., Sorlini, S. et al. 2017 Evaluation of concrete production with solid residues obtained from fluidized-bed incineration of MSW-derived solid recovered fuel (SRF) J Mater Cycles Waste Manag) 19: 1374. https://doi.org/10.1007/s10163-016-0523-y
7. Dalton J.L, Gardner K.H, Seager T.P, Weimer M.I, Spear J.C.M, Magee B.J 2004 Properties of Portland cement made from contaminated sediments. Resour Conserv Recycl vol 41pp 227–241
8. Esaifan M., LN. Warr, G. Grathoff, T. Meyer, MT Schafmeister, A. Kurt, H 2019. Testrich Synthesis of Hydroxy-Sodalite/Cancrinite Zeolites from Calcite-Bearing Kaolin for the Removal of Heavy Metal Ions in Aqueous Media, Minerals, vol 9(8), pp 484;
9. Horst ML, Wensheng Z, 2015 Research review of cement clinker chemistry, Cement and Concrete Research vol 78 pp 24-37
10. Izak P., Wójcik Ł., Słowikowski D., 2015 Rheology of soil binder dispersions Materiały Ceramiczne = Ceramic Materials / Polskie Towarzystwo Ceramiczne, Kraków ; vol 67 pp 158-163
11. Kasmi, A., Abriak, NE., Benzerzour, M. et al. 2017. Environmental impact and mechanical behavior study of experimental road made with river sediments: recycling of river sediments in road construction J Mater Cycles Waste Manag 19: 1405. https://doi.org/10.1007/s10163-016-0529-5
12. Korotenko E., Hendrych J., Mašin P., Solidiﬁcation of Sludge from Waste Water Treatment, Inżynieria Mineralna – Journal of the Polish Mineral Engineering Society, No 1(41), p. 103–110, DOI: 10.29227/IM-2018-01-17
13. Lafhaj Z, Samara M, Agostini F, Boucard L, Skoczylas F, Depelsenaire G 2007 Polluted river sediments from the North region of France: treatment with Novosol process and valorization in clay bricks. Constr Build Mater vol 148 pp 606–612
14. Malviya, R. Chaudhary, R. J 2006 8: 78. https://doi.org/10.1007/s10163-005-0139-0 Evaluation of leaching characteristics and environmental compatibility of solidified/stabilized industrial waste Mater Cycles Waste Manag
15. Monteiro RCC, Figueiredo CF, Alendouro MS, Ferro MC, Davim EJR, Fernandes MHV 2008 Characterization of MSWI bottom ashes towards utilization as glass raw material. Waste Manag 28(7):1119–1125. doi: 10.1016/j.wasman.2007.05.004
16. Pardo L, Cecilia JA, Lopez-Moreno C, Hernandez V, Pozo M, Bentabol JM, Franco F, 2018 Influence of the Structure and Experimental Surfaces Modifications of 2:1 Clay Minerals on the Adsorption Properties of Methylene Blue Minerals, vol 8(8), pp 359; https://doi.org/10.3390/min8080359
17. Prawo ochrony środowiska (Dz.U. Nr 62, poz. 627) http://prawo.sejm.gov.pl/isap.nsf/DocDetails.xsp?id=WDU20010620627
18. Seip H. M., Pawałowski L. Sulliven T., 1994 Environmental degradation dur to heavy metals and acidifying deposition — A Polish-Scandinavian workshop Ecological Engineering Volume 3, Issue 3, pp 205-206
19. Spence W. P., Kultermann E. 2017 Construction Materials, Methods and Techniques CENGAGE Learning
20. Stempkowska A., Wójcik Ł., Izak P., Staszewska M., Mastalska-Popławska J., 2018 Investigation of post-industrial pollutions’ immobilization in a hydraulic self-solidifying clay-cement binder IOP Conference Series: Materials Science and Engineering vol. 427 pp 1–10
21. Stempkowska A., Izak P., Mastalska-Popławska J., 2017 Selected elements cations exchange in acidic medium on sorbents surface based on modified brown coal Gospodarka Surowcami Mineralnymi = Mineral Resources Management ; vol. 33 iss. 1, pp. 139–149.
22. Stempkowska A., Wójcik Ł., Izak P., 2011 Pseudothixotropic properties of clay-cement sluries Materiały Ceramiczne = Ceramic Materials / Polskie Towarzystwo Ceramiczne, Kraków ;. vol 6, pp. 278–282
23. Varshney, S., Jain, P., Srivastava, S. J 2017 Application of ameliorated wood pulp to recover Cd(II), Pb(II), and Ni(II) from e-waste, Mater Cycles Waste Managment https://doi.org/10.1007/s10163-016-0539-3
24. Wang L. K., Yung-Tse Hung, Shammas N. K. 2010 Handbook of Advanced Industrial and Hazardous Wastes Treatment, CRC Press
25. Wang, D., Liu, D., Tao, L. et al. 2017 The impact on the effects of leachate concentrates recirculation for different fill age waste, J Mater Cycles Waste Manag https://doi.org/10.1007/s10163-016-0508-x
26. Wójcik Ł., Izak P., Kuś R., 2009 The influence of composition changes on properties of clay-cement binders Materiały Ceramiczne = Ceramic Materials / Polskie Towarzystwo Ceramiczne, Kraków, Vol 61, pp 27-30
27. Wójcik Ł., Izak P., Mastalska-Popławska J., Gajek M., 2015 Clay-cement suspensions - rheological and functional properties Journal of Physics. Conference Series , vol. 790, pp 1–7.
28. Wuana R. A., Okieimen F. E. 2011, Heavy Metals in Contaminated Soils: A Review of Sources, Chemistry, Risks and Best Available Strategies for RemediationI SRN Ecology Article ID 402647, http://dx.doi.org/10.5402/2011/402647
29. Wuana R. A., Okieimen F. E. 2011, Heavy Metals in Contaminated Soils: A Review of Sources, Chemistry, Risks and Best Available Strategies for RemediationI SRN Ecology Article ID 402647, http://dx.doi.org/10.5402/2011/402647
30. Zhang W., Ren X., Ouyang S., 2011 Development on ion substitution effect on the crystal structure and properties of tricalcium silikat Journal of Chineese. Ceramic Society vol 39 pp1666-1672
31. Zhang, H., He, PJ., Shao, LM. et al. 2008 Leaching behavior of heavy metals from municipal solid waste incineration bottom ash and its geochemical modeling, J Mater Cycles Waste Manag https://doi.org/10.1007/s10163-007-0191
32. Zmijowa D., Koliba M., Raclavski K 2018 Human Health Risk Assessment of Heavy Meatls Bound on Particulate Matter Inżynieria Mineralna Wyd. Polskiego Towarzystwa Przeróbki Kopalin, z. 1(41), s. 93–98, DOI: 10.29227/IM-2018-01-15

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-43a9ab3b-c6de-4a33-9fb9-daf476a4c3aa