Immobilizacja kationów metali ciężkich w materiałach wypalanych na bazie smektytu i zeolitu naturalnego

• Autorzy: Król M. , Mozgawa W. , Pichór W.

Warianty tytułu

EN

Immobilization of heavy metal cations within the fired materials based on natural smectite and zeolite

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań nad zastosowaniem naturalnych sorbentów do immobilizacji kationów metali ciężkich (Cd2+, Cr3+, Pb2+, Zn2+ lub Ag+) i późniejszym wykorzystaniem do otrzymywania tworzyw budowlanych. Sorpcja została przeprowadzona na sodowych formach klinoptilolitu i smektytu, pochodzących ze złóż karpackich. Obydwa sorbenty zawierające różne kationy metali ciężkich wykorzystano do otrzymywania nowych tworzyw budowlanych o dobrych właściwościach użytkowych. Próbki otrzymano podczas wypalania w temperaturach 900°C lub 1100°C, wykorzystując jako składnik podstawowy smektyt, a jako składniki schudzające klinoptilolit lub piasek kwarcowy w ilości 20% wagowych. Stwierdzono, że temperatura wypalania, rodzaj kationów metali ciężkich i rodzaj wykorzystanego surowca schudzającego wpływa na gęstość pozorną i wytrzymałość na ściskanie uzyskanych materiałów. Wartości wytrzymałości na ściskanie mieszczą się w zakresie 3-17 MPa. Zaobserwowano także wyraźny wpływ rodzaju kationów metali ciężkich wprowadzonych do struktury materiału na jego wytrzymałość; rośnie ona wraz ze wzrostem stopnia utlenienia jonów. Pomimo to brak jest istotnych różnic w składzie fazowym i mikrostrukturze. Wykazano także skuteczność immobilizacji kationów metali ciężkich w mineralnej osnowie. Metodami badań wykorzystanymi w niniejszej pracy były spektroskopia w podczerwieni, rentgenowska analiza fazowa, obserwacje w skaningowym mikroskopie elektronowym, atomowa spektroskopia absorpcyjna i badania technologiczne.

EN

The work presents results of the application of natural sorbents for immobilization of heavy metal cations (Cd2+, Cr3+, Pb2+, Zn2+ or Ag+) performed from aqueous solutions and of usage them to prepare building materials. Sorption was conducted on sodium form of natural clinoptilolite and smectite originated from Poland. Both sorbents containing various heavy metal cations were applied to obtain building materials. It was demonstrated that the samples composed of 80% smectite - 20% clinoptilolite and 80% smectite - 20% sand, fired at 900°C or 1100°C are safe materials with insignificant leaching of cations. It was found that the temperature of sintering, the introduction of heavy metal ions into materials and a kind of leaching component had the clear influence on bulk density and compressive strength. A range of compressive strength of about 3-17 MPa was measured. The influence of heavy metal cations on the compressive strength values was significant and dependent on the valence of cation immobilized. However, the cations did not modify the phase composition and the microstructure of materials. Effectiveness of cation immobilization in the mineral matrix is shown. In the work, results of IR spectroscopy, X-ray diffraction analysis, SEM observations, AAS analysis and technological investigations are presented.

Słowa kluczowe

PL

zeolit; smektyt; metale ciężkie; immobilizacja; materiały wypalane

EN

zeolite; smectite; heavy metals; immobilization; fired materials

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2010
• Tom: T. 62, nr 2
• Strony: 218--223
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., wykr., tab.

Twórcy

autor

Król M.

autor

Mozgawa W.

autor

Pichór W.

• Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, 30-059 Kraków, al. Mickiewicza 30,

Bibliografia

• 1. Inglezakis V.J., Loizidou M.D., Grigoropoulou H.P.: „Ion exchange of Pb2+, Cu2+, Fe3+, and Cr3+ on natural clinoptilolite: selectivity determination and influence of acidity on metal uptake”, J. Colloid Interf. Sci., 261, (2003), 49.
• 2. Gougar M.L.D., Scheetz B.E., Roy D.M.: „Ettringite and C–S–H portland cement phases for waste ion immobilization: review”, Waste Management, 16, (1996), 295.
• 3. Mozgawa W., Król M., Pichór W.: „Use of clinoptilolite for the immobilization of heavy metal ions and preparation of autoclaved building composites”, J. Hazard. Mater., 168, (2009), 1482.
• 4. Liguori B., Cassese A., Colella C.: „Safe immobilization of Cr(III) in heat-treated zeolite tuff compacts”, J. Hazard. Mater., B137, (2006), 1206.
• 5. Fragoulis D., Chaniotakis E., Stamatakis M.G., Zeolitic tuffs of Kimolos Island, Aegean Sea, Greece and their industrial potential, Cem. Concr. Res. 27 (1997) 889.
• 6. Yılmaza B., Uçar A., Öteyaka B.: „Properties of zeolitic tuff (clinoptilolite) blended portland cement”, V. Uz, Build. Environ., 42, (2007), 3808.
• 7. Franus W.: „Studium geologiczno-minaralogiczne skał ilastych formacji pstrych łupków jednostki skolskiej”, Prace mineralogiczne nr 92, Wydawnictwo oddziału PAN, Kraków 2002.
• 8. Wieser T.: „Zeolity – kopalny XXI wieku”, Przegląd Geologiczny, 42, (1994), 477.
• 9. Mozgawa W., Król M., Bajda T.: „ Application of IR spectra in the studies of heavy metal cations immobilization on natural sorbents”, J. Mol. Struct., 924-926, (2009), 427.
• 10.Kopia B., Małolepszy J.: „Metody badań immobilizacji metali ciężkich w materiałach budowlanych”, Cement Wapno Gips, 5/1994, 150.
• 11.Stegemann J.A., Cot´e P.L.: „A proposed protocol for evaluation of solidified wastes”, Sci. Total Environ., 178, (1996), 103.