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Bentonite is a form of clay

Anthracite-Bentonite et argiles bentonites pour le nettoyage des déversements d’hydrocarbures et les revêtements d’enfouissement

Les utilisations de l’anthracite (un type de charbon) et de la bentonite (un type d’argile) vont bien au-delà des utilisations traditionnelles comme combustible et source pour la céramique respectivement. L’anthracite-bentonite est une combinaison robuste pour éliminer les contaminants des déversements et des flux de déchets. La disponibilité d’anthracite et de bentonite de qualité supérieure, fournies par l’africain Pegmatite, partenaire industriel privilégié, est cruciale pour tout déploiement.

Les déversements d’hydrocarbures, les incidents liés aux déchets industriels et les lixiviations provenant du stockage des déchets sont des problèmes permanents dans les pays développés et en développement. Si ces polluants atteignent les cours d’eau, des processus tels que l’eutrophisation et la mort de la vie aquatique pourraient en résulter(1). Certains des traitements de premier plan, et robustes, de la contamination des métaux gras et lourds dans le stockage de l’eau et des déchets sont basés autour de la bentonite et de l’anthracite.

Qu’est-ce que la bentonite et l’anthracite?

Les bentonites sont des argiles phyllosilicates en aluminium composées principalement de montmorillonite. Montmorillonite est un smectite dioctahédral et a une structure cristalline de géométries mixtes; une géométrie octaèdre coincée entre deux couches de géométrie tétraèdre. La na-bentonite est l’une des plus courantes et est appréciée pour sa capacité de gonflement(2). Il provient de cendres volcaniques qui ont été déposées dans les milieux marins. La bentonite de calcium, inversement, n’est pas fortement considérée pour ses propriétés de gonflement. Il est dérivé de cendres volcaniques déposées dans des environnements d’eau douce(D2). L’eau structurale est éliminée des bentonites par chauffage de l’âge de 400 à 500 °C. Le chauffage au-delà de 900°C modifie complètement et irréversiblement la structure cristalline. La bentonite est considérée comme beaucoup plus facile à mouler et à friter par rapport au kaolin, qui est chimiquement similaire. L’anthracite est l’une des formes supérieures de charbon, largement disponible et avec des utilisations multitude, c’est un matériau peu coûteux et fiable.

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Profil porosité

Beaucoup d’applications de l’argile bentonite proviennent de son profil de porosité unique, c’est-à-dire qu’il est très poreux. Les niveaux de porosité sont étroitement alignés avec la surface, et la surface est liée à la façon dont adsorbent un matériau peut être. L’adsorption est le phénomène physique où un solide « accroche » sur des molécules d’un soluté de gaz ou de liquide. En règle générale, les propriétés spécifiques d’un adsorbent nonobstant, plus la surface, plus adsorbent un matériau peut être adsorbent. Le charbon en général, et l’anthracite en particulier, sont classés comme des matériaux poreux. Les charbons de qualité inférieure sont décrits comme macroporeux, tandis que les charbons de qualité supérieure comme l’anthracite sont caractérisés comme principalement microporeux(3).

Bentonite pour déversements

La bentonite a trouvé une utilisation pour le traitement des déchets/déversements d’huile (et d’autres matières organiques) - elle agit aux côtés d’autres composants comme un matériau très poreux, adsorbing physiquement l’huile et permettant ainsi l’élimination facile par filtration. Les déversements d’hydrocarbures sont souvent parmi les types les plus dangereux de contamination chimique en mer et dans les cours d’eau, étant responsables de la perte de vie marine et végétale. À ce titre, il faut parer rapidement à des méthodes déployables et hautement fiables pour éliminer l’huile et les autres contaminants organiques de l’eau. Bentonite clay joue le rôle principal dans cet effort en tant qu’adsorbent primaire. La bentonite peut être utilisée seule, modifiée (voir ci-dessous) ou à côté de l’anthracite. D’autres sorbents pour l’huile provenant de l’enlèvement de l’eau comprennent la tourbe, la fibre de verre et la résine d’échange d’ions Amberlite(4)

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Bentonite-Anthracite pour les déversements de pétrole

Les mélanges bentonite-anthracite sont utiles pour la séparation et l’élimination de l’huile, des substances grasses et des matières organiques mal solubles dans l’eau des liquides.

L’huile dans les émulsions d’huile dans l’eau peut être isolée à l’aide d’argiles de bentonite en poudre, la surface macro-échelle considérablement augmentée agissant dans une méthode complémentaire à la surface micro/nano-échelle fournie par l’argile de bentonite elle-même(5). Le carbone activé, la bentonite et l’anthracite déposé ont été utilisés ensemble pour traiter les émulsions huile-eau dans le secteur pétrolier. La recherche a révélé que les taux d’adsorption (et donc les taux d’élimination du pétrole) augmentent avec un plus grand temps d’exposition au sorbent(6).

Un mélange de 30% de bentonite et 70% de poussière de charbon (en poids) a été montré pour enlever l’huile et les matières organiques lourdes de l’huile / émulsions d’eau à des conversions allant jusqu’à 98%. Les gains d’efficacité de cette ampleur s’expliquent par le fait que la bentonite-anthracite est très organophilique(7). La taille des particules variait de 0,85 à 2,36 mm, ce qui, une fois gonflé avec du polluant, peut facilement être filtrée. Une partie du mécanisme par lequel la bentonite est un excellent sorbent dans ce papier repose sur le remplacement de la contreion de sodium ou de calcium par l’extrémité d’azote d’une amine quaternaire - la nature organophilique améliorée se traduira par un gonflement prononcé des matières organiques(8), et donc on peut dire qu’il est sélectif pour les matières organiques telles que le pétrole brut , pétrole et benzène. L’anthracite a une densité similaire à la bentonite dans le vrac et a pour effet de ralentir toute absorption avancée dans l’argile enflée. La capacité d’absorber les liquides de tous types. diminue rapidement à des températures élevées(9). Pour de telles applications, la bentonite-anthracite peut être ajoutée à une piscine d’eau contaminée, ou l’eau contaminée peut être passée par un filtre bentonite-anthracite.

Un système de filtration pour l’élimination du pétrole et des hydrocarbures de l’eau de cale dans le secteur maritime assure le rejet d’eau sans huile à l’aide d’un filtre combiné tourbe-anthracite-bentonite, qui est globalement à la fois hydrophobe et oléophile dans la nature(10). Les auteurs de brevets affirment qu’il est avantageux dans l’environnement maritime que les gâteaux filtrant (plante contaminée-anthracite-bentonite) peuvent être brûlés pour élimination.

La viabilité de la bentonite découle du fait qu’il s’agit d’un excellent sorbent(10). La sorbency dans le cas de la bentonite tourne autour de l’ion positif de sodium (ou calcium) étant remplacé par un ion d’ammonium. Ce paradigme améliore l’organophilicité, la rendant donc idéale pour l’assainissement des déversements d’hydrocarbures. La recherche a suggéré que la bentonite est modérément sélective pour les produits organiques, y compris le benzène(11). L’anthracite est couramment utilisé à côté de la bentonite car il se mélange bien et empêche toute absorption se produisant plus tôt que prévu. En outre, l’anthracite a une densité en vrac similaire à la bentonite.

Une étude a montré qu’un mélange de bentonite et d’anthracite dans un rapport de 30:70 était efficace lors du nettoyage des émulsions d’huile et d’eau et des huiles synthétiques à près de 100% d’efficacité - ces données témoignent de l’organophilicité de la bentonite et du profil de porosité susmentionné. Malheureusement, l’absorption et la capacité d’assainir le pétrole et les déversements organiques diminuent lorsque la température passe à 100 °C(12).

Capitaliser sur l’organophillicité est la clé d’un déploiement bentonite-anthracite réussi. Tout comme la facilité d’utilisation. La taille typique des particules de 0,85 à 2,36 mm dans l’état pré-gonflé signifie que la bentonite-anthracite est facile à manipuler, encore plus une fois gonflée et pleine de contaminants. Tout ce qu’il faut, c’est une filtration d’exclusion de taille pour éliminer tout contaminant. Anthracite-bentonite est facilement éliminé et n’est pas lui-même toxique.

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Bentonite-Anthracite pour la contamination industrielle et minière de l’eau

Les problèmes comme le drainage des mines acides sont relativement fréquents et les problèmes persistants auxquels est confronté le secteur minier. Les eaux souterraines près d’une mine de charbon au Nigeria avaient donné des résultats positifs pour les concentrations de fer dans le ca. 1 300 mg de ferL-1, auquel les niveaux de toxicité sont un problème. À l’aide d’un régime combiné de cendres de mouche du charbon, d’anthracite et d’argile bentonite, ces niveaux ont été considérablement réduits(13). D’autres contaminants dans le drainage des mines acides peuvent inclure les ions et les sulfates de métaux lourds. L’accumulation de ces travaux visait à permettre que l’eau de drainage des mines soit contenue par une barrière adsorbent de bentonite-charbon, éliminant plus de 80 % des contaminants du fer. Un maillage 8x30, 0,97 m2 g-1 colonne de filtre bentonite-anthracite a été utilisée dans les eaux usées industrielles pour enlever les métaux lourds, et bien que le filtre n’ait pas fonctionné aussi bien que la coûteuse zéolite «clinoptilolite» à enlever toutes les traces, il a surpassé en termes d’enlèvement organique de la solution en plus des métaux. Les auteurs ont suggéré que l’utilisation d’un système de double filtre bénéficiant de la robustesse, de la fiabilité et de la nature peu coûteuse de bentonite-anthracite, à côté d’un filtre zéolite pourrait fournir des avantages maximums(14).

Pour les installations générales de filtration, l’ajout d’aussi peu que 10% d’argile bentonite par poids à un mélange traditionnel de sable et de charbon dans une colonne de filtration peut être efficace pour améliorer la filtration en capitalisant sur les niveaux accrus d’absorption du système maintenant argileux-sable-charbon. Il a été rapporté que l’anthracite présent est responsable de limiter les capacités de gonflement du mélange argile-sable-charbon(15).

Argiles de bentonite modifiées pour les adsorbents d’huile

Plusieurs exemples de bentonite modifiée se sont avérés utiles dans ce domaine. Une étude a utilisé la polymérisation radicale de l’acide acrylique sur les granules de Na-bentonite à faible charge. Les auteurs ont constaté que la sorption des mélanges huile-eau à température ambiante (varie de 10 à 21 °C) a été sensiblement augmentée à la plage supérieure(16). En examinant un système plus complexe, la na-bentonite, l’acide acrylique, la montmorillonite de type sodium et divers lieneurs d’acrylamide ont été utilisés pour créer un nanocomposite « superabsorbent » (17) pour l’eau et certaines huiles; avec la teneur combinée en argile et en montmorillonite à environ 80%. Bien qu’une telle nanocomposite diffère de l’exemple na-bentonite modifié précédent, la valeur d’absorption s’est avérée être de 1 201 g/g de nanocomposite.

Dans une étude connexe sur les argiles de type kaolin, également aluminosilicates, la modification acide de cette argile s’est avérée pour causer le développement d’une structure poreuse fortement définie avec la faible résistance mécanique. Surfaces de ca. 29 m2 g-1 ont été atteints avec des tailles de pores de 2-5 nm. Le traitement plus long de cette argile acide-modifiée avec une base forte a offert une argile poreuse avec 20-40 nm pores(18). Ces données suggèrent que le traitement semblable de l’argile de bentonite chimiquement compatible de la même manière permettrait des résultats analogues. Des argiles de bentonite modifiées avec du suif diméthyle-di (hydrogéné) (c.-à-d. de la graisse animale) ont été montrées dans des liquides huileux pour éliminer efficacement les résidus aromatiques(19).

En raison des parallèles évidents entre le pétrole brut et les solvants organiques insolubles de l’eau (comme le benzène, le cyclohexane, le dichloromethane, etc.), la porosité offerte par la bentonite a été appliquée comme adsorbent à ces cas(20).

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Bentonite-Anthracite pour revêtements d’enfouissement

L’un des principaux fléaux dans le monde moderne est la quantité de déchets envoyés à la décharge - certains d’entre eux toxiques. Naturellement, certains flux de déchets sont inévitables et, dans certains pays, les méthodes de séparation des déchets ne sont pas systématiquement pratiquées. Dans de tels cas, il est crucial de minimiser le risque de lixiviation des déchets d’enfouissement potentiellement toxiques dans les environs, dans des cours d’eau causant des risques pour la vie. L’argile bentonite, en raison de son profil de porosité unique, est capable d’empêcher le ruissellement et la lixiviation des sites d’enfouissement. La bentonite est rarement utilisée seule, plutôt, généralement de concert avec d’autres matériaux tels que l’anthracite.

Les mélanges de bentonite et de charbon peuvent être utilisés comme revêtements d’enfouissement et toppers, afin d’éviter les eaux de ruissellement inutiles et potentiellement nocives pour l’environnement local. Sur la base de ses excellentes propriétés d’absorption, bentonite-anthracite s’est montré utile dans l’absorption - et donc le piégeage - des métaux lourds, y compris le cadmium, le plomb et le nickel lorsque la bentonite a été utilisée dans un rapport de 2:1 à l’anthracite, en plus d’une quantité de sable également présent.

Des études semblables à celles-ci ont identifié les mélanges de bentonite et d’anthracite comme d’excellents sorbents pour les contaminants liquides provenant des flux de déchets industriels, des sites d’enfouissement et d’autres scénarios connexes. La bentonite est considérée comme essentielle dans ces situations, l’anthracite ayant peu ou pas d’impact sur la filtration des contaminants indésirables(21). Il est d’une importance cruciale de veiller à ce que la lixiviation des sites industriels et des décharges municipales soit évitée - l’empoisonnement aux métaux lourds peut avoir de profondes répercussions sur la faune locale, l’activité marine et l’approvisionnement en eau domestique. Le paradigme d’absorption-filtration de l’anthracite bentonite a été utilisé dans d’autres situations connexes, y compris pour le nettoyage de la contamination au plomb(22)

Un contaminant rare mais néanmoins potentiellement dangereux qui peut être présent dans les sites d’enfouissement, en particulier si ces décharges sont fortement souillées avec des déchets provenant de la transformation des aliments ou de l’agriculture sont des enzymes. Le chloridazon et le métribuzine sont deux contaminants de ce genre qui sont connus pour être en mesure de lessivage du sol et des tas de déchets(23) - une formulation à libération contrôlée de bentonite-anthracite soutenue par l’alginate a été déployée pour ralentir la lixiviation du chlorizadon et du métribuzine des sols. L’étude a employé l’anthracite-bentonite granulé. Il s’agit d’un exemple d’anthracite-bentonite essentiellement utilisé comme herbicide.

La capacité de résister à la pression est essentielle aux applications des sites d’enfouissement et des déchets, et il a été constaté que la bentonite-anthracite et le sable-bentonite-charbon forment des mélanges denses avec de bonnes propriétés de résistance compressive(24).

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Considérations opérationnelles et comparaison avec d’autres méthodes

Comme il est largement distribué dans le monde entier, l’argile bentonite et l’anthracite sont peu coûteux, et donc ils sont de bons candidats ensemble pour les cas d’utilisation mentionnés ci-dessus. Le coût élevé des matériaux pour les méthodes traditionnelles de nettoyage peut être préoccupant(25). Parmi les principales préoccupations concernant les méthodes traditionnelles de nettoyage du pétrole et des déversements organiques, mentionnons une faible efficacité de séparation entre l’huile et l’eau, un coût élevé des matériaux et une faible capacité d’adsorption organique/pétrolière(26). Naturellement, ces problèmes peuvent être partiellement niés en utilisant plus de la méthode traditionnelle - comme les sorbents à base de légumes et de minéraux - mais cela va à l’encontre du principe de l’utilisation de la quantité minimale de matériaux possibles et génère plus de déchets. L’une des propriétés souvent négligées de l’utilisation d’argiles bentonites comme sorbents est sa nature « respectueuse de l’environnement » et non toxique(27).

Un rapport suggère que l’argile bentonite en poudre est un adsorbent et un dissolvant significativement plus efficaces des huiles de l’eau(28) que le charbon actif, jusqu’à sept fois plus. Citant le fait que la bentonite ne souffre pas du même « nton » des pores que le charbon de bois, il est dit qu’il s’agit d’un modèle plus rentable et évolutif. Dans les cas de bentonite-charbon et de bentonite-anthracite, la bentonite est le sorbent primaire.

Autres utilisations de la bentonite et de la bentonite-anthracite

Les moulages de sable vert pour les produits métalliques haut de gamme utilisent largement à la fois la bentonite et l’anthracite - le premier est utilisé dans le sable à environ 10% par poids et assure une bonne débitabilité. L’anthracite est présent afin d’assurer une libération facile du produit moulé et d’éviter le mouillage - ce qui peut conduire à «brûler» ou d’autres défauts de surface qui doivent être usinés à la main plus tard.

Les réparations à petite échelle des revêtements des hauts fourneaux(29), des fournaises et des coupoles sont des utilisations de niche en plein essor pour la bentonite-anthracite(30). Bien qu’utilisant différentes méthodes, la bentonite et l’anthracite sont combinés avec d’autres matériaux (y compris, mais sans s’y limiter: graphite, chlorure de calcium et sable chromé) pour former une pâte. Cette pâte est appliquée sur la fissure ou la rupture, puis guérit rapidement. Ces utilisations capitalisent sur la force de la bentonite guérie et la réfractoriness relative de l’anthracite présent.

Résumé

  • L’anthracite et l’argile bentonite sont des matériaux naturels et poreux, qui sont peu coûteux à acquérir, à travailler avec et à éliminer.
  • Leurs propriétés de porosité et leur stabilité générale à long terme conduisent à leur utilisation comme sorbents pour les traitements des déversements et des flux de déchets.
  • Les déversements d’hydrocarbures et l’élimination des déchets organiques/huileux de l’eau; l’élimination des métaux lourds des déchets d’eau et l’aide à contenir la contamination résultant des sites d’enfouissement sont les principales applications.
  • D’autres utilisations de la bentonite-anthracite incluent dans les moulages verts de sable et dans la réparation de four
  • L’anthracite et la bentonite ne sont pas toxiques, il n’y a donc aucun risque pour la santé impliqué dans tout déploiement.

African Pegmatite est l’un des principaux fournisseurs d’anthracite et de bentonite de qualité supérieure pour une multitude d’applications allant du nettoyage des déversements à la prévention des lixiviations métalliques et plus encore.

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Référence

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11 R. E. Grim, Clay Mineralogy, 2e éd., McGraw-Hill, New York, 1968
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