Anthrazit-Bentonit und Bentonit Tonfür Öl-Spill-Reinigung und Deponie Futter

Die Verwendung von Anthrazit (eine Art von Kohle) und Bentonit (eine Art von Ton) geht weit über die traditionellen Verwendungen als Brennstoff bzw. Quelle für Keramik hinaus. Anthrazit-Bentonit ist eine robuste Kombination zur Entfernung von Verunreinigungen aus Verschüttungen und Abfallströmen. Entscheidend für jeden Einsatz ist die Verfügbarkeit von hochwertigem Anthrazit und Bentonit - wie sie von African Pegmatite, dem bevorzugten Industriepartner, geliefert wird.

Ölverschmutzungen, Industrieabfallvorfälle und ausgelaugte Abfälle sind sowohl in den Entwickelten ländern als auch in den Entwicklungsländern ein ständiges Problem. Sollten solche Schadstoffe Wasserläufe erreichen, könnten Prozesse wie Eutrophierung und Tod von Wasserlebewesen die Folge sein(1). Einige der führenden und robusten Behandlungen von öliger und schwerer Metallkontamination in Wasser- und Abfalllagerungbasieren basieren auf Bentonit und Anthrazit.

Was sind Bentonit und Anthrazit?

Bentonite sind Aluminiumphyllosilikattone, die hauptsächlich aus Montmorillonit bestehen. Montmorillonit ist ein dioctaheder Sektit und hat eine Kristallstruktur aus gemischten Geometrien; eine Oktaedergeometrie, die zwischen zwei Schichten tetraeder Geometrie eingeklemmt ist. Na-Bentonit ist eines der häufigsten und wird für seine Schwellungsfähigkeit geschätzt(2). Es stammt aus vulkanischer Asche, die in Meeresumgebungen abgelagert wurde. Calciumbentonit hingegen wird wegen seiner Schwellungseigenschaften nicht hoch angesehen. Es wird aus vulkanischer Asche abgeleitet, die in Süßwasserumgebungen (D2) abgelagert wird. Das strukturelle Wasser wird durch Erhitzen im Bereich von 400 bis 500 °C von Bentoniten eliminiert. Die Erwärmung über 900°C verändert die Kristallstruktur vollständig und unwiderruflich. Bentonit gilt als viel leichter geformt und sintert im Vergleich zu Kaolin, das chemisch ähnlich ist. Anthrazit ist eine der überlegenen Formen der Kohle, weit verbreitet und mit einer Vielzahl von Anwendungen, ist es ein kostengünstiges und zuverlässiges Material.

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Porositätsprofil

Viele Anwendungen von Bentonitton stammen aus seinem einzigartigen Porositätsprofil, d.h. er ist sehr porös. Die Porositätsniveaus sind eng mit der Oberfläche ausgerichtet, und die Oberfläche hängt davon ab, wie adsorbierend ein Material sein kann. Adsorption ist das physikalische Phänomen, bei dem ein fester "Hält" auf Moleküle aus einem Gas oder Flüssigkeitsgelöst. Als faustumsummehrliche Faustregel gilt, je größer die Oberfläche, desto adsorbierender ein Material sein kann. Kohle im Allgemeinen und Anthrazit im Besonderen werden als poröse Materialien klassifiziert. Kohlen niedrigerer Qualität werden als makroporös bezeichnet, während höherwertige Kohlen wie Anthrazit als überwiegend mikroporös gekennzeichnet sind(3).

Bentonit für Verschüttungen

Bentonit hat Verwendung für die Behandlung von Öl (und anderen organischen) Abfällen/Verschüttungen gefunden - es wirkt neben anderen Komponenten als hochporöses Material, das das Öl physikalisch adsorbiert und somit eine einfache Entfernung durch Filtration ermöglicht. Ölverschmutzungen gehören oft zu den gefährlichsten Arten chemischer Kontamination auf See und in Wasserläufen, die für den Verlust von Meeres- und Pflanzenleben verantwortlich sind. Daher müssen schnell einsatzfähige und äußerst zuverlässige Methoden zur Entfernung von Öl und anderen organischen Verunreinigungen aus dem Wasser erreicht werden. Bentonit-Ton spielt die Hauptrolle in diesem Bemühen als primäres Adsorbens. Bentonit kann allein, modifiziert (siehe unten) oder neben Anthrazit verwendet werden. Weitere Sorbens für Öl aus der Wasserentnahme sind Torf, Glasfaser und das Ionenaustauscherharz Amberlite(4)

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Bentonit-Anthrazit für Ölverschmutzungen

Bentonit-Anthrazit-Mischungen eignen sich für die Trennung und Entfernung von Öl, öligen Substanzen und schlecht wasserlöslichen organischen Stoffen aus Flüssigkeiten.

Öl in Öl-in-Wasser-Emulsionen kann mit pulverförmigen Bentonit-Tonen isoliert werden, wobei die erheblich vergrößerte Oberfläche im Makromaßstab in einer kostenlosen Methode auf die mikro-nanoskalige Oberfläche wirkt, die der Bentonitton selbst bietet(5). Aktivkohle, Bentonit und abgelagertes Anthrazit wurden zusammen zur Behandlung von Öl-Wasser-Emulsionen im Erdölsektor eingesetzt. Untersuchungen haben ergeben, dass die Adsorptionsraten (und damit die Ölentfernungsraten) mit der größeren Expositionszeit gegenüber dem Sorbens(6) zunehmen.

Eine Mischung aus 30 % Bentonit und 70 % Kohlestaub (nach Gewicht) entferntöle und schwere organische Stoffe aus Öl-Wasser-Emulsionen bei Umwandlungen von bis zu 98 %. Effizienzgewinne dieser Größenordnung erklären sich dadurch, dass das Bentonit-Anthrazit hoch organophil ist(7). Partikelgrößen von 0,85 bis 2,36 mm, wodurch einmal mit Schadstoffen angeschwollene Partikel leicht weggefiltert werden können. Ein Teil des Mechanismus, durch den Bentonit ein ausgezeichnetes Sorbens in diesem Papier ist, beruht auf dem Ersatz der Natrium- oder Kalzium-Gegention durch das Stickstoffende eines quaternären Amins - die verstärkte organophile Natur führt zu einer ausgeprägten Schwellung organischer Materialien(8), und daher kann man sagen, dass sie für organische Stoffe wie Rohöl selektiv ist. , Erdöl und Benzol. Anthrazit hat eine ähnliche Dichte wie Bentonit in der Masse und hat den Effekt, jede fortgeschrittene Absorption in den anschwellenden Ton zu verlangsamen. Die Fähigkeit, Flüssigkeiten aller Art aufzunehmen, nimmt bei hohen Temperaturen rapide ab(9). Für solche Anwendungen kann Bentonit-Anthrazit zu einem Pool von kontaminiertem Wasser hinzugefügt werden, oder das kontaminierte Wasser kann durch einen Bentonit-Anthrazit-Filter geleitet werden.

Ein Filtersystem zur Entfernung von Öl und Kohlenwasserstoffen aus Bilgenwasser im Schifffahrtssektor sorgt durch den Einsatz eines kombinierten Torf-Anthrazit-Bentonit-Filters, der insgesamt hydrophob und oleophil ist(10), für die Ableitung von ölfreiem Wasser. Patentautoren behaupten, dass es im maritimen Umfeld vorteilhaft ist, da die Filterkuchen (kontaminierter Torf-Anthrazit-Bentonit) zur Entsorgung verbrannt werden können.

Die Lebensfähigkeit von Bentonit ergibt sich aus der Tatsache, dass es sich um ein ausgezeichnetes Sorbens(10) handelt. Die Sorbenität bei Bentonit dreht sich um das positive Natrium (oder Kalzium) Ion, das durch ein Ammonium-Ion ersetzt wird. Dieses Paradigma verbessert die Organophiliität und ist daher ideal für die Ölverschmutzung. Untersuchungen haben ergeben, dass Bentonit für organische Stoffe einschließlich Benzol mäßig selektiv ist(11). Anthrazit wird häufig neben Bentonit verwendet, da es sich gut vermischt und verhindert, dass eine Absorption früher als erwartet auftritt. Zusätzlich hat Anthrazit eine ähnliche Schüttdichte wie Bentonit.

Eine Studie hat gezeigt, dass eine Mischung aus Bentonit und Anthrazit im Verhältnis 30:70 bei der Reinigung von Öl- und Wasseremulsionen und synthetischen Ölen mit fast 100% Wirkungsgrad wirksam war - diese Daten zeugen von der Organophiliität von Bentonit und dem oben genannten Porositätsprofil. Leider sinkt die Absorption und die Fähigkeit, Öl- und organische Verschüttungen zu beheben, wenn die Temperatur 100 °C(12) überschreitet.

Die Kapitalisierung der Organophillicitn ist der Schlüssel zu einem erfolgreichen Bentonit-Anthrazit-Einsatz. Ebenso wie die Benutzerfreundlichkeit. Typische Partikelgrößen von 0,85 bis 2,36 mm im vorgeschwollenen Zustand bedeuten, dass Bentonit-Anthrazit leicht zu handhaben ist, noch mehr einmal angeschwollen und voller Verunreinigungen. Alles, was erforderlich ist, ist Größenausschlussfiltration, um verunreinigungen zu entfernen. Anthrazit-Bentonit ist leicht zu entsorgen und selbst nicht giftig.

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Bentonit-Anthrazit für industrielle/Bergbau-Wasserkontamination

Probleme wie die Entwässerung von Säureminen sind relativ häufig und anhaltende Probleme, mit denen der Bergbausektor konfrontiert ist. Das Grundwasser in der Nähe eines Kohlebergwerks in Nigeria hatte positiv auf Eisenkonzentrationen in der ca. 1.300 mgL-1 Eisenbereich, bei dem die Toxizität ein Problem darstellt. Mit Hilfe einer kombinierten Kohleflugasche, Anthrazit und Bentonit-Ton-Regime wurden diese Werte deutlich gesenkt(13). Andere Verunreinigungen in der sauren Minenentwässerung können Schwermetallionen und Sulfate sein. Die Einrichtung dieser Arbeiten bestand darin, die Aufnahme von Grubenentwässerungswasser durch eine Bentonit-Kohle-Adsorbensezulage zu ermöglichen, wodurch mehr als 80 % der Eisenverunreinigungen entfernt wurden. Ein 8x30 Mesh, 0,97 m2 g-1 Bentonit-Anthrazit-Filtersäule wurde in industriellen Abwasserströmen verwendet, um Schwermetalle zu entfernen, und obwohl der Filter nicht so gut funktionierte wie das teure Zeolith "Clinoptilolite" bei der Entfernung aller Spuren, übertraf er in Bezug auf die organische Entfernung aus der Lösung zusätzlich zu den Metallen. Die Autoren schlugen vor, dass die Verwendung eines dualen Filtersystems, das die Robustheit, Zuverlässigkeit und Preisfreundlichkeit von Bentonit-Anthrazit in Anspruch nehmen könnte, neben einem Zeolithfilter maximale Vorteile bieten könnte(14).

Bei allgemeinen Filtrationsanlagen kann die Zugabe von nur 10 Gewichtsprozent Bentonitton zu einem herkömmlichen Sand- und Kohlegemisch in einer Filtrationssäule wirksam sein, um die Filtration zu verbessern, indem die erhöhte Saugfähigkeit des jetzt tonsand-kohlesystems in Anspruch genommen wird. Es wurde berichtet, dass das vorhandene Anthrazit für die Begrenzung der Quellfähigkeiten des Ton-Sand-Kohle-Gemischs verantwortlich ist(15).

Modifizierte Bentonit-Tonen für Öladsorbenten

Mehrere Beispiele für modifizierten Bentonit haben sich in diesem Bereich als nützlich erwiesen. Eine Studie verwendete die radikale Polymerisation von Acrylsäure auf Na-Bentonit-Granulat bei geringer Belastung. Die Autoren stellten fest, dass die Sorrption von Öl-Wasser-Gemischen bei Umgebungstemperatur (Bereiche von 10 bis 21 °C) im höheren Bereich spürbar erhöht wurde(16). Betrachtet man ein komplexeres System, so wurden Na-Bentonit, Acrylsäure, Natriummontmorillonit und verschiedene Acrylamid-Linker verwendet, um ein "superabsorbierendes" Nanokomposit(17) für Wasser und einige Öle zu erzeugen; mit dem kombinierten Ton- und Montmorillonitgehalt bei ca. 80%. Während sich ein solches Nanokomposit vom vorherigen modifizierten Na-Bentonit-Beispiel unterscheidet, wurde festgestellt, dass der Absorptionswert 1.201 g/g Nanokomposit betrug.

In einer verwandten Studie über Kaolin-Art Tone, auch Aluminosilikate, Säuremodifikation solcher Ton wurde gefunden, um die Entwicklung einer hoch definierten porösen Struktur mit geringer mechanischer Festigkeit verursachen. Flächen von ca. 29 m2 g-1 wurden mit Porengrößen von 2-5 nm erreicht. Die weitere Behandlung dieses säuremodifizierten Tons mit einer starken Basis bot einen porösen Ton mit 20-40 nm Poren(18). Diese Daten deuten darauf hin, dass eine ähnliche Behandlung von chemisch kompatiblem Bentonitton auf die gleiche Weise analoge Ergebnisse liefern würde. Bentonit-Ton, der mit Dimethyl-di(hydriertem) Talg (d. h. tierischem Fett) modifiziert wurde, wurden in öligen Flüssigkeiten nachgewiesen, um aromatische Rückstände wirksam zu entfernen(19).

Aufgrund der offensichtlichen Parallelen zwischen Rohöl und wasserunlöslichen organischen Lösungsmitteln (wie Benzol, Cyclohexan, Dichlormethan usw.) wurde die porositische Porosität als Adsorbierung auf diese Fälle angewendet(20).

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Bentonit-Anthrazit für Deponie-Futter

Eine der größten Geißeln in der modernen Welt ist die Menge der Abfälle, die auf Deponien verbracht werden - einige davon giftig. Natürlich sind einige Abfallströme unvermeidbar, und in einigen Ländern werden Methoden der Abfalltrennung nicht routinemäßig praktiziert. In solchen Fällen ist es von entscheidender Bedeutung, das Risiko zu minimieren, dass potenziell giftige Deponieabfälle in die Umgebung aussickern und in Wasserläufe gelangen, die Lebensgefahr verursachen. Bentonit-Ton ist aufgrund seines einzigartigen Porositätsprofils in der Lage, Ablauf und Auslaugung von Deponien zu verhindern. Bentonit wird selten allein verwendet, sondern in der Regel im Konzert mit anderen Materialien wie Anthrazit.

Mischungen von Bentonit und Kohle können als Deponieauskleidungen und Topper verwendet werden, um unnötigen und potenziell schädlichen Ablauf in die lokale Umwelt zu verhindern. Aufgrund seiner hervorragenden Absorptionseigenschaften hat sich Bentonit-Anthrazit bei der Absorption - und damit der Einfangen von - Schwermetallen wie Cadmium, Blei und Nickel als nützlich erwiesen, wenn Bentonit im Verhältnis 2:1 zu Anthrazit verwendet wurde, zusätzlich zu einer Menge Sand, der ebenfalls vorhanden ist.

Ähnliche Studien wie diese haben Bentonit- und Anthrazitgemische als ausgezeichnete Sorbens für flüssige Verunreinigungen identifiziert, die aus industriellen Abfallströmen, Deponien und anderen verwandten Szenarien entstanden sind. Bentonit gilt in diesen Situationen als wesentlich, wobei das Anthrazit kaum bis gar keine Auswirkungen auf die Filtration der unerwünschten Verunreinigungen hat(21). Es ist von entscheidender Bedeutung, sicherzustellen, dass die Auslaugung von Industriestandorten und kommunalen Abfalldeponien verhindert wird - Schwermetallvergiftungen können tiefgreifende Auswirkungen auf die lokale Tierwelt, die Meerestätigkeit und die Wasserversorgung haben. Das Bentonit-Anthrazit-Absorptions-Filtrationsparadigma wurde in anderen verwandten Situationen eingesetzt, unter anderem zur Reinigung der Bleikontamination(22)

Ein seltener, aber dennoch potenziell gefährlicher Schadstoff, der auf Deponien vorkommen kann, insbesondere wenn diese Deponien stark mit Abfällen aus der Lebensmittelverarbeitung oder Landwirtschaft verschmutzt sind, sind Enzyme. Chloridazon und Metribuzin sind zwei solcher Verunreinigungen, von denen bekannt ist, dass sie aus Boden und Abfallhaufen auslaugen können(23) - eine alginitgestützte Bentonit-Anthrazit-gesteuerte Freisetzungsformulierung wurde eingesetzt, um die Auslaugung von Chlorizadon und Metribuzin aus Böden zu verlangsamen. Die Studie verwendete granuliertes Anthrazit-Bentonit. Dies ist ein Beispiel dafür, dass Anthrazit-Bentonit im Wesentlichen als Herbizid verwendet wird.

Wesentlich für Deponien/Abfallanwendungen ist die Fähigkeit, Druck standzuhalten, und es wurde festgestellt, dass Bentonit-Anthrazit und Sandbentonit-Kohle dichte Mischungen mit guten Druckfestigkeitseigenschaften bilden(24).

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Betriebsüberlegungen und Vergleich mit anderen Methoden

Wie es weit verbreitet in der ganzen Welt gefunden wird, Bentonit Ton und Anthrazit sind kostengünstig, und damit sind sie gute Kandidaten zusammen für die oben genannten Anwendungsfälle. Hohe Materialkosten für herkömmliche Reinigungsmethoden können ein Problem sein(25). Zu den Hauptanliegen traditioneller Methoden für Öl- und organische Verschmutzungsreinigungen gehören eine geringe Öl-Wasser-Trennungseffizienz, hohe Materialkosten und eine geringe organische/Öl-Adsorptionskapazität(26). Natürlich können diese Probleme teilweise durch die Verwendung von mehr der traditionellen Methode - wie pflanzliche und mineralische Sorbens - negiert werden, aber dies widerlegt das Prinzip der Verwendung der minimalen Menge an Materialien möglich und erzeugt mehr Abfall. Man übersah oft die Eigenschaft, Bentonit-Ton als Sorbens zu verwenden, ist seine "umweltfreundliche" und ungiftige Natur(27).

Einem Bericht zufolge ist der pulverisierte Bentonitton ein deutlich wirksameres Adsorbens und Entferner von Ölen aus Wasser(28) als Aktivkohle, bis zu siebenmal mehr. Unter Berufung auf die Tatsache, dass Bentonit nicht die gleiche "Blindung" von Poren wie Holzkohle leidet, wird festgestellt, dass dies ein kostengünstigeres und skalierbareres Modell ist. Bei Bentonitkohle und Bentonit-Anthrazit ist der Bentonit das primäre Sorbens.

Andere Verwendungen von Bentonit und Bentonit-Anthrazit

Grüne Sandgussteile für High-End-Metallprodukte verwenden sowohl Bentonit als auch Anthrazit ausgiebig - ersteres wird mit einem Gewicht von ca. 10% im Sand eingesetzt und sorgt für eine gute Fließfähigkeit. Das Anthrazit ist vorhanden, um eine einfache Freisetzung des gegossenen Produkts zu gewährleisten und Eine Benetzung zu verhindern - was zu "Aufbrennen" oder anderen Oberflächendefekten führen kann, die später von Hand abgefertigt werden müssen.

Kleinere Reparaturen an Hochofenauskleidungen(29), Ofenläufern und Kuppeln sind aufkeimende Nischenanwendungen für Bentonit-Anthrazit(30). Obwohl mit verschiedenen Methoden, Bentonit und Anthrazit werden mit anderen Materialien kombiniert (einschließlich, aber nicht beschränkt auf: Graphit, Calciumchlorid und Chromsand) eine Paste zu bilden. Diese Paste wird auf den Riss oder Bruch aufgetragen und härtet dann schnell aus. Diese nutzen die Stärke des ausgehärteten Bentonits und die relative Refraktorität des vorhandenen Anthrazites.

Beratung von Manganoxid

  • Anthrazit und Bentonit-Ton sind sowohl natürlich vorkommende, poröse Materialien, die kostengünstig zu erwerben, zu arbeiten und zu entsorgen sind.
  • Ihre Eigenschaften der Porosität und allgemeine Langzeitstabilität führen zu ihrer Verwendung als Sorbenten für die Behandlung von Verschüttungen und Abfallströmen.
  • Ölverschmutzungen und die Entfernung von organischen/öligen Abfällen aus Wasser; Schwermetallentfernung aus Wasserabfällen und Hilfe bei der Eindämmung von Kontaminationen, die von Deponien verursacht werden, sind die Hauptanwendungen.
  • Andere Verwendungen von Bentonit-Anthrazit sind in grünen Sandguss und in der Ofenreparatur
  • Sowohl Anthrazit als auch Bentonit sind nicht toxisch, daher gibt es keine gesundheitlichen Risiken mit einem Einsatz verbunden.

Afrikanische Spegmatite ist ein führender Anbieter von hochwertigem Anthrazit und Bentonit für eine Vielzahl von Anwendungen, die von der Verschüttungsreinigung bis hin zur Vermeidung von Metallauslaugung und mehr reichen.

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Verweis

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