Oczyszczanie kwaśnych wód kopalnianych przy wykorzystaniu nanominerału perlitu – systemy działania ciągłego i okresowego

In this paper the adsorption activity of perlite nanoparticles for removal of Cu2+, Fe2+ and Mn2+ ions at Iran Sarcheshmeh copper acid mine drainage was discussed. Thus, raw perlite that provided from internal resource was modified and prepared via particles size reduction to nano scale and characterized by X-ray diffraction, X-ray fluorescence, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, Fourier transforms infrared and BET specific surface area analysis. The results of acid mine drainage show that pH of acid mine drainage is 5.1 and Cu2+, Fe2+ and Mn2+ ions are 10.5, 4.1 and 8.3 ppm, respectively. Firstly in the batch system the influence of adsorbent dose and temperature parameters were considered and then isothermal and kinetic models were investigated. According to the results the Langmuir isotherm and pseudo-second order kinetic model showed better correlation with the experimental data than other isotherm and kinetic models. Obtained thermodynamic parameters such as ΔG°, ΔH° and ΔS° show that the Cu2+, Fe2+ and Mn2+ ions adsorption from acid mine drainage is spontaneous and endothermic. Finally, perlite nanoparticles adsorbent was packed inside a glass column and used for the removal of heavy metals in 1, 3, 5 ml/min acid mine drainage flow rates, the breakthrough curves show that the column was saturated at 180, 240 and 315 min for different flow rates, respectively. According to the obtained results, this abundant, locally available and cheap silicate mineral showed a great efficiency for the removal of heavy metal pollutants from acid mine drainage and can be utilized for much volume of acid mine drainage or industrial scale.W pracy omówiono zdolności adsorpcyjne nano-cząsteczek perlitu wykorzystywanych o usuwania jonów Cu2+, Fe2+ i Mn2+ z kwaśnych wód kopalniach w kopalni miedzi w Sarcheshmeh w Iranie. Surowy perlit pozyskiwany ze źródeł własnych został zmodyfikowany i odpowiednio spreparowany poprzez zre-dukowanie cząsteczek do rozmiarów rzędu nano- cząsteczek. Perlit poddany został następnie badaniom z wykorzystaniem dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego, rentgenowskiej analizy fluorescencyjnej, skaningowej mikroskopii elektronowej, transmisyjnej mikroskopii elektronowej, spektroskopii w podczerwieni z transformatą Fouriera. Przeprowadzono także badania powierzchni właściwej w oparciu o równanie BET. Wyniki badań kwaśnych wód kopalnianych wykazują ich kwasowość na poziomie 5.1, a zawartość jonów Cu2+, Fe2+ i Mn2 wynosi odpowiednio 10.5, 4.1, 8.3 ppm. W pierwszym etapie analizowano system działania okresowego, zbadano wpływ następujących parametrów: ilości czynnika absorbującego i temperatury. Następnie przebadano modele izotermiczne i kinetyczne. Na podstawie uzyskanych wyników wykazano, że izoterma Langmuira oraz model pseudo-kinetycznego drugiego rzędu wykazują lepszą zgodność z danymi eksperymentalnymi niż pozostałe modele izotermiczne i kinetyczne. Uzyskane parametry termodynamiczne: ΔG°, ΔH° i ΔS° wskazują, że adsorpcja jonów Cu2+, Fe2+ i Mn2 z kwaśnych wód kopalnianych przebiega spontanicznie i jest procesem endotermicznym. W końcowym etapie badania nanocząsteczki perlitu- adsorbentu zostały umieszczone wewnątrz szklanej kolumny i wykorzystane do usuwania jonów metali ciężkich z kwaśnych wód kopalnianych podawanych z prędkością przepływu 1, 3, 5 ml/min. Krzywe przebicia wskazują, że kolumna została nasycona odpowiednio po 180, 240 i 315 dla odpowiednich prędkości przepływu. Uzyskane wyniki wskazują, że ten występujący lokalnie w dużych ilościach, tani i łatwo dostępny minerał krzemianowy wykazuje wysoką skuteczność w usuwaniu z kwaśnych wód kopalniach zanieczyszczeń w postaci metali ciężkich, dlatego też może być z powodzeniem wykorzystany do oczyszczania znacznych ilości wód a także na skalę przemysłową