Contaminated soil that will require cleanup using anthracite-bentonite and bentonite clays.

Arcillas de antracita-bentonita y bentonita para la limpieza de derrames de petróleo y revestimientos de vertederos

Los usos de antracita (un tipo de carbón) y bentonita (un tipo de arcilla) van mucho más allá de los usos tradicionales como combustible y fuente de cerámica respectivamente. La antracita-bentonita es una combinación resistente para la eliminación de contaminantes de derrames y flujos de residuos. Crucial para cualquier despliegue es la disponibilidad de antracita y bentonita de calidad superior , según lo suministrado por African Pegmatite, el socio industrial preferido.

Los derrames de petróleo, los incidentes de residuos industriales y la lixiviación del almacenamiento de residuos son problemas continuos tanto en el mundo desarrollado como en el mundo en desarrollo. En caso de que estos contaminantes lleguen a cursos de agua, podrían producirse procesos como la eutrofización y la muerte de la vida acuática(1). Algunos de los principales y robustos tratamientos de contaminación por metales pesados y aceitosos en el almacenamiento de agua y residuos se basan en la bentonita y la antracita.

¿Qué son la bentonita y la antracita?

Las bentonitas son arcillas filosilicadas de aluminio compuestas principalmente de montmorillonita. Montmorillonite es una estemectita dioctahedral y tiene una estructura cristalina de geometrías mixtas; una geometría octaédrica entre dos capas de geometría tetraédrica. La na bentonita es una de las más comunes, y es valorada por su capacidad de hinchazón(2). Se origina a partir de ceniza volcánica que fue depositada en ambientes marinos. La bentonita de calcio, por el contrario, no es muy apreciada por sus propiedades hinchadas. Se deriva de ceniza volcánica depositada en ambientes de agua dulce (D2). El agua estructural se elimina de las bentonitas calentando en el rango de 400 a 500 °C. El calentamiento más allá de 900 °C cambia la estructura del cristal de forma completa e irreversible. La bentonita se considera mucho más fácilmente moldeada y sinterizado en comparación con la kaolina, que es químicamente similar. La antracita es una de las formas superiores de carbón, ampliamente disponible y con multitud de usos, es un material barato y confiable.

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Perfil de porosidad

Muchas de las aplicaciones de arcilla de bentonita provienen de su perfil de porosidad único, es decir, es altamente porosa. Los niveles de porosidad están estrechamente alineados con el área de la superficie, y el área de superficie está relacionada con cómo puede ser un material adsorbente. La adsorción es el fenómeno físico donde un sólido "se aferra" a las moléculas de un soluto de gas o líquido. Como regla general, a pesar de las propiedades específicas de un adsorbente, cuanto mayor sea la superficie, más adsorbente puede ser un material. El carbón en general, y la antracita en particular, se clasifican como materiales porosos. Las brasas de grado inferior se describen como macroporosas, mientras que las carbones de grado superior, como la antracita, se caracterizan como predominantemente microporosas(3).

Bentonita para derrames

La bentonita ha encontrado uso para el tratamiento de desechos/derrames de aceite (y otros orgánicos) - actúa junto con otros componentes como un material altamente poroso, absorbiendo físicamente el aceite y permitiendo así la eliminación fácil a través de la filtración. Los derrames de petróleo son a menudo algunos de los tipos más peligrosos de contaminación química en el mar y en los cursos de agua, siendo responsables de la pérdida de vida marina y vegetal. Como tal, deben lograrse métodos de rápida implementación y altamente fiables para eliminar el aceite y otros contaminantes orgánicos del agua. La arcilla de bentonita juega el papel protagonista en este esfuerzo como adsorbente primario. La bentonita se puede utilizar sola, modificada (ver más abajo) o junto con la antracita. Otros sorbentes para el aceite de eliminación de agua incluyen turba, fibra de vidrio y la resina de intercambio iónico Amberlite(4)

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Bentonita-Antracita para derrames de petróleo

Las mezclas de bentonita y antracita son útiles para la separación y eliminación de aceite, sustancias grasas y orgánicos poco solubles en agua de líquidos.

El aceite en emulsiones de aceite en agua se puede aislar utilizando arcillas de bentonita en polvo, con el aumento sustancial de la superficie macroescala que actúa en un método complementario a la superficie micro/nano-escala proporcionada por la arcilla de bentonita en sí(5). El carbón activado, la bentonita y la antracita depositada se han utilizado conjuntamente para tratar emulsiones de agua de aceite en el sector petrolero. La investigación ha encontrado que las tasas de adsorción (y por lo tanto las tasas de eliminación de aceite) aumentan con un mayor tiempo de exposición al sorbente(6).

Se demostró que una mezcla de 30% de bentonita y 70% de polvo de carbón (en peso) elimina el aceite y los orgánicos pesados de las emulsiones de aceite/agua en conversiones de hasta el 98%. Las eficiencias de esta magnitud se explican por el hecho de que la bentonita-antracita es altamente organofítica(7). Los tamaños de las partículas oscilaban entre 0,85 y 2,36 mm, lo que una vez que se hinchan con contaminantes, se pueden filtrar fácilmente. Parte del mecanismo por el cual la bentonita es un excelente sorbente en ese papel se basa en la sustitución del contraión de sodio o calcio con el extremo de nitrógeno de una amina cuaternaria - la naturaleza organoffílica mejorada dará lugar a una hinchazón pronunciada en los materiales orgánicos(8), y por lo tanto se puede decir que es selectiva para los productos orgánicos como el petróleo crudo , petróleo y benceno. La antracita tiene una densidad similar a la bentonita a granel y tiene el efecto de ralentizar cualquier absorción avanzada en la arcilla hinchada. La capacidad de absorber líquidos de todo tipo disminuye rápidamente a altas temperaturas(9). Para tales aplicaciones, la bentonita-antracita se puede añadir a una piscina de agua contaminada, o el agua contaminada se puede pasar a través de un filtro de bentonita-antracita.

Un sistema de filtración para la eliminación de petróleo e hidrocarburos del agua de sentina en el sector marítimo garantiza la descarga de agua libre de aceite mediante el uso de un filtro combinado de turba-antracita-bentonita, que es en general de naturaleza hidrofóbica y oleoffílica(10). Los autores de patentes afirman que es ventajoso en el medio marítimo, ya que los pasteles de filtro (turba contaminada-antracita-bentonita) se pueden quemar para su eliminación.

La viabilidad de la bentonita surge del hecho de que es un excelente sorbent(10). La sorbencia en el caso de la bentonita gira en torno al ión positivo de sodio (o calcio) que se reemplaza por un ión de amonio. Este paradigma mejora la organofilia, por lo que es ideal para la corrección de derrames de petróleo. La investigación ha sugerido que la bentonita es moderadamente selectiva para los orgánicos, incluido el benceno(11). La antracita se utiliza comúnmente junto con la bentonita, ya que se mezcla bien y evita que cualquier absorción ocurra antes de lo previsto. Además, la antracita tiene una densidad a granel similar a la bentonita.

Un estudio ha demostrado que una mezcla de bentonita y antracita en una relación de 30:70 fue eficaz en la limpieza de emulsiones de aceite y agua y aceites sintéticos a casi 100% de eficiencia - estos datos son testimonio de la organofilia de bentonita y el perfil de porosidad antes mencionado. Desafortunadamente, la absorbancia y la capacidad de remediar el aceite y los derrames orgánicos desaparecen cuando la temperatura pasa 100 °C(12).

Capitalizar la organofilia es clave para un despliegue exitoso de bentonita-antracita. Como es la facilidad de uso. Los tamaños típicos de partículas de 0,85 a 2,36 mm en estado pre-hinchado significan que la bentonita-antracita es fácil de manejar, más aún una vez hinchada y llena de contaminantes. Todo lo que se requiere es filtración de exclusión de tamaño para eliminar cualquier contaminante. La antracita-bentonita se elimina fácilmente y no es tóxica.

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Bentonita-Antracita para contaminación de agua industrial/minera

Problemas como el drenaje de minas ácidas son problemas relativamente comunes y persistentes que enfrentan el sector minero. Las aguas subterráneas cerca de una mina de carbón en Nigeria habían dado positivo para las concentraciones de hierro en el ca. 1.300 mg L-1 rango de hierro, en el que los niveles de toxicidad es un problema. Utilizando un régimen combinado de ceniza de mosca del carbón, antracita y bentonita, estos niveles se redujeron significativamente(13). Otros contaminantes en el drenaje de la mina ácida pueden incluir iones de metales pesados y sulfatos. La instalación en este trabajo fue permitir que el agua de drenaje de la mina fuera contenida por una barrera adsorbente de bentonita-carbón, eliminando más del 80% de los contaminantes del hierro. Una malla 8x30, 0,97 m2 g-1 columna de filtro de bentonita-antracita se ha utilizado en corrientes industriales de aguas residuales para eliminar metales pesados, y aunque el filtro no funcionó tan bien como la costosa zeolita 'clinoptilolite' en la eliminación de todos los rastros, superó en términos de eliminación orgánica de la solución además de los metales. Los autores sugirieron que el uso de un sistema de doble filtro que aproveche la robustez, fiabilidad y naturaleza barata de la bentonita-antracita, junto con un filtro de zeolita podría proporcionar los máximos beneficios(14).

Para las instalaciones generales de filtración, la adición de tan sólo un 10% de arcilla de bentonita en peso a una mezcla tradicional de arena y carbón en una columna de filtración puede ser eficaz para mejorar la filtración capitalizando los niveles elevados de absorbencia del sistema ahora de arcilla-arena-carbón. Se ha informado que la antracita presente es responsable de limitar las capacidades de hinchazón de la mezcla de arcilla-arena-carbón(15).

Arcillas bentonitas modificadas para adsorbents de aceite

Se ha demostrado que varios ejemplos de bentonita modificada son útiles en esta área. Un estudio utilizó la polimerización radical del ácido acrílico en gránulos de na-bentonita a baja carga. Los autores encontraron que la sorpción de las mezclas de aceite-agua a temperatura ambiente (oscila entre 10 y 21 °C) se incrementó notablemente en el rango más alto(16). Mirando un sistema más complejo, na-bentonita, ácido acrílico, montmorillonita de tipo sódico y varios vinculadores de acrilamilamida se utilizaron para crear un nanocompuesto "superabsorbente" (17) para agua y algunos aceites; con el contenido combinado de arcilla y montmorillonita en torno al 80%. Mientras que tal nanocompuesto difiere del ejemplo de Na-bentonita modificado anteriormente, se encontró que el valor de absorbancia era de 1.201 g/g de nanocompuesto.

En un estudio relacionado sobre arcillas de tipo caolín, también aluminosilicates, se encontró que la modificación ácida de dicha arcilla causaba el desarrollo de una estructura porosa altamente definida con baja resistencia mecánica. Superficies de ca. 29 m2 g-1 se lograron con tamaños de poro de 2-5 nm. Además, el tratamiento de esta arcilla modificada con ácido con una base fuerte le dio una arcilla porosa con poros de 20-40 nm(18). Estos datos sugieren que un tratamiento similar de la arcilla de bentonita químicamente compatible de la misma manera ofrecería resultados análogos. Las arcillas bentonitas modificadas con sebo dimetil-di (hidrogenado) (es decir, grasa animal) se han demostrado en líquidos aceitosos para eliminar eficazmente los residuos aromáticos(19).

Debido a los evidentes paralelismos entre el petróleo crudo y los disolventes orgánicos insolubles en agua (como el benceno, el ciclohexano, el dicloloromethane, etc.), la porosidad que ofrece la bentonita se ha aplicado como adsorbente a estos casos(20).

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Bentonita-Antracita para revestimientos de vertederos

Uno de los principales flagelos en el mundo moderno es la cantidad de residuos enviados al vertedero, algunos de ellos tóxicos. Naturalmente, algunos flujos de desechos son inevitables, y en algunos países los métodos de separación de residuos no se practican rutinariamente. En tales casos, es crucial minimizar el riesgo de que los residuos potencialmente tóxicos de los vertederos se lixivian en el entorno, en cursos de agua que causen riesgo a la vida. La arcilla de bentonita, debido a su perfil de porosidad único, es capaz de evitar la escorrentía y la lixiviación de los vertederos. La bentonita rara vez se utiliza sola, más bien, por lo general en concierto con otros materiales como la antracita.

Las mezclas de bentonita y carbón se pueden utilizar como revestimientos y toppers de vertederos, para evitar escorrentías innecesarias y potencialmente dañinas para el medio ambiente local. Basándose en sus excelentes propiedades de absorbancia, se ha demostrado que la bentonita-antracita es útil en la absorbancia -y por lo tanto la captura de- metales pesados, incluyendo cadmio, plomo y níquel cuando la bentonita se utilizó en una relación de 2:1 con la antracita, además de una cantidad de arena también presente.

Estudios similares a estos han identificado mezclas de bentonita y antracita como excelentes sorbents para contaminantes a base de líquido que han surgido de flujos de residuos industriales, vertederos y otros escenarios relacionados. La bentonita se considera esencial en estas situaciones, ya que la antracita tiene poco o ningún impacto en la filtración de los contaminantes indeseables(21). Es de vital importancia garantizar la lixiviación de los sitios industriales y se previenen los vertederos de residuos municipales: la intoxicación por metales pesados puede tener profundos impactos en la vida silvestre local, la actividad marina y los suministros domésticos de agua. El paradigma de absorción-filtración de antracita de bentonita se ha utilizado en otras situaciones relacionadas, incluyendo para la limpieza de la contaminación por plomo(22)

Un contaminante raro pero, sin embargo, potencialmente peligroso que puede estar presente en los vertederos, especialmente si dicho vertedero está muy sucio con desechos del procesamiento de alimentos o de la agricultura son enzimas. Clorridazon y metribuzin son dos contaminantes de este tipo que se sabe que son capaces de lixiviar del suelo y pilas de residuos(23) - una formulación de liberación controlada de bentonita-antracita apoyada por alginato se ha desplegado para ralentizar la lixiviación de clorizadon y metribuzin de los suelos. El estudio empleó antracita-bentonita granulada. Este es un ejemplo de antracita-bentonita que se utiliza esencialmente como herbicida.

Esencial para aplicaciones de vertederos/residuos es la capacidad de soportar la presión, y se ha encontrado que bentonita-antracita y bentonita-carbón de arena forman mezclas densas con buenas propiedades de resistencia compresiva(24).

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Consideraciones operativas y comparación con otros métodos

Como se encuentra ampliamente distribuido en todo el mundo, la arcilla de bentonita y la antracita son baratos, y por lo tanto son buenos candidatos juntos para los casos de uso mencionados anteriormente. El alto costo de los materiales para los métodos de limpieza tradicionales puede ser una preocupación(25). Algunas de las principales preocupaciones con los métodos tradicionales para la limpieza de petróleo y derrames orgánicos incluyen una baja eficiencia de separación de aceite-agua, alto costo de material y baja capacidad de adsorción orgánica/petrolera(26). Naturalmente, estos problemas pueden ser negados en parte mediante el uso de más del método tradicional -como los sorbentes a base de vegetales y minerales-, pero esto derrota el principio de utilizar la cantidad mínima de materiales posible y genera más residuos. Una propiedad a menudo pasada por alto del uso de arcillas bentonitas como sorbents es su naturaleza "respetuosa con el medio ambiente" y no tóxica(27).

Un informe sugiere que la arcilla bentonita en polvo es un adsorbente y removedor de aceites significativamente más eficaz del agua(28) que el carbón activado, hasta siete veces más. Citando el hecho de que la bentonita no sufre el mismo "ciego" de los poros que el carbón, se afirma que se trata de un modelo más rentable y escalable. En los casos de bentonita-carbón y bentonita-antracita, la bentonita es el sorbente primario.

Otros usos de bentonita y bentonita-antracita

Las fundiciones de arena verde para productos metálicos de alta gama utilizan ampliamente bentonita y antracita - la primera se utiliza en la arena en alrededor de un 10% en peso y garantiza una buena fluidez. La antracita está presente con el fin de garantizar una fácil liberación del producto fundido y para evitar la humectación - que puede conducir a 'quemar' u otros defectos de la superficie que tienen que ser mecanizados a mano más tarde.

Las reparaciones a pequeña escala de forros de alto horno (29), corredores de hornos y cúpulas son usos de nicho crecientes para bentonita-antracita(30). Aunque utilizando diferentes métodos, la bentonita y la antracita se combinan con otros materiales (incluyendo pero no limitado a: grafito, cloruro de calcio y arena cromada) para formar una pasta. Esta pasta se aplica a la grieta o rotura y luego se cura rápidamente. Estos usos capitalizan la fuerza de la bentonita curada y la relativa refracción del presente de la antracita.

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  • La antracita y la arcilla de bentonita son materiales porosos de origen natural, que son baratos de adquirir, trabajar y eliminar.
  • Sus propiedades de porosidad y estabilidad general a largo plazo conducen a su uso como sorbentes para el tratamiento de derrames y flujos de residuos.
  • Los derrames de petróleo y la eliminación de residuos orgánicos/aceites del agua; la eliminación de metales pesados de los residuos de agua y la ayuda a contener la contaminación resultante de los vertederos son las principales aplicaciones.
  • Otros usos de la bentonita-antracita incluyen en fundiciones de arena verde y en la reparación de hornos
  • Tanto la antracita como la bentonita no son tóxicas, por lo tanto, no hay riesgos para la salud relacionados con ningún despliegue.

African Pegmatite es un proveedor líder de antracita y bentonita de calidad superior para una gran cantidad de aplicaciones que van desde la limpieza de derrames hasta la prevención de lixiviación de metales y más.

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Referencia

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