Характеристики минеральных сорбентов

История использования природных минеральных сорбентов.

Ещё в древности было замечено, что некоторые камни, помещенные в воду, меняют её характеристики и вкус, что такая вода благотворно влияет на всё живое. Недаром многие старые источники и колодцы на дне усеяны разными камнями. И сегодня для того, чтоб сохранить воду и улучшить её качество люди помещают в сосуды всевозможные минералы.

Химический состав и физические свойства сорбентов.

 

Слово «сорбент» происходит от латинского sorbens – поглощающий, т.е. сорбирующий из окружающей среды газы или растворённые вещества. Различают также абсорбенты – образующие с поглощённым веществом твёрдый или жидкий раствор, адсорбенты – поглощающие или сгущающие вещество на своей поверхности, и химические поглотители, поглощающие вещество, вступая во взаимодействие. Отдельная группа – ионообменные сорбенты-иониты (поглощают ионы одного типа, выделяя эквивалентное количество ионов другого типа).

После проб многих минеральных групп в очистке воды мы остановились на трёх – магнезиты, аморфный углерод и кремнезёмы. Именно они показали высокую эффективность химико-физических свойств в качестве сорбентов, сравнительно невысокую стоимость обработки и активации, а также имеют достаточные запасы на территории России.

Группа магнезиты.

Эта группа представлена гидратами двухвалентных металлов Mg, Fe, Мn, кристаллизующихся в тригональной или гексагональной сингонии. Здесь мы рассмотрим лишь один магнезит.

Магнезит - Mg[OH2]. Химсостав MgO - 69%, Н2O - 31%. В виде примесей иногда присутствуют Fe (ферромагнезиты) и Мn (манганомагнезиты).

Цвет магнезита белый, редко зеленоватый или бесцветный. Блеск излома стеклянный, плоскости спайности – перламутровые. Ng =1,580 Nm =1,559.

Сингония тригональная;

дитригонально-скаленоэдрический в. с. L633L23PC.

Кристаллическая структура типичная слоистая. В ней в качестве аниона участвует дипольная гидроксильная группа [ОН]1- с радиусом иона 1,40 Å. В кристаллической структуре группы уложены по принципу плотнейшей гексагональной упаковки. Каждый слой из двух плоских листов, сложенных ионами гидроксила параллельно плоскости (0001). Между листами лежит лист из катионов Mg2+, занимающих все октаэдрические пустоты между двумя листами ОН, т. е. каждый ион Mg располагается между шестью гидроксильными анионами и связан с тремя ионами [ОН]1- одного листа и тремя ионами [ОН]1- другого листа. Совершенная спайность проходит между тройными слоями, сцепленными остаточными связями.

Облик кристаллов.

Наблюдающиеся кристаллы обладают толстотаблитчатым обликом. Обычны листоватые талькоподобные агрегаты. Встречаются также метаколлоидные образования натечной формы.

Готовый к использованию в водоподготовке сорбент из магнезита – это измельчённые, обработанные и активированные гранулы белого цвета величиной от 0,8 до 2,0 мм (рисунок 2, справа).

Углерод – докембрийская порода, занимающая по составу и свойствам промежуточное положение между антрацитами и графитами.

Встречаются виды углерода чёрного, тёмно-серого и коричневого цвета.

Различают две разновидности углерода:

1. блестящий С=94%, O,N = 1,9 %, Н=0,8% зольность 2,2%

2. матово-серый С=64%, О,N= 3,5%, Н=6,7% зольность 3,3%

Плотность — 2,25-2,84 г/см3; пористость — 0,5-5 %; прочность на сжатие 100—276 МПа; модуль упругости (Е) — 0,31*105 МПа. Электропроводен, электропроводность — (1-3)×103 См/м; теплопроводность — 3,8 вт/м·K. Среднее значение коэффициента теплового расширения в интервале температур от +20 до +600 °С — 12×10−6 К−1. Теплотворная способность 7500 ккал/кг.

Порода обладает сорбционными и каталитическими свойствами.

Углеродистое вещество – смесь разнообразных углеродных аллотропов, чьи решётки соединены аморфным углеродом. Дроблёный, обработанный и активированный минерал обладает хорошей механической прочностью, химически стоек, не замутняет фильтруемую через него воду. Материал используют для очистки воды от остатков хлора, нитратов и нитритов, от бактериальной флоры, что является его уникальными свойствами.

Группа кремнезёмов (силициты) – органогенные и криптогенные кремнесодержащие осадочные породы – самый распространённый минерал на земле с очень высоким содержанием кремния SiO2.

Внешне силициты делятся на две группы.

Первая группа имеет матовый, землистый, не кристаллический вид, из-за чего часто называется "землёй", например, диатомовой или радиоляриевой. Эта группа объединяет опаловые и опалкристобалитовые породы; в неё входят породы как биоморфные (диатомиты, радиоляриты и некоторые спонголиты), так и абиоморфные (трепела и другие опалиты – кремневые туфы и гейзериты). Их структура пелитоморфная, т.е. визуально они незернистые, глиноподобные.

Вторая группа имеет стекловатый вид, афанитовую структуру; это кремни в собственном смысле слова, в основном халцедоновые, часто кварц-халцедоновые и кварцевые. Последние образовались путем перекристаллизации. Они обычно называются терминами кремневой группы – кремнями, яшмами, фтанитами, лидитами.

Для водоочистки используются опалиты, которые в основном (от 60 до 90 %) сложены хемогенным опалом. Встречаются примеси кремневых остатков организмов (радиолярий, спикул губок, панцирей диатомей), мелких обломков кварца и полевых шпатов, зёрен глауконита и глинистого вещества. Порода прочная, звонкая при ударе, с большой пористостью и гигроскопичностью, обычно серого или темно-серого цвета. Отличается великолепными сорбционными свойствами и свойствами катиона – ионного обмена. Часто применяется как адсорбент для очистки жидкостей, в газовой, химической и других отраслях промышленности.

Требования к качеству минеральных сорбентов.

Качество сорбентов напрямую зависит от качества отобранного сырья, от правильной обработки и активации. Перед покупкой малых партий магнезитового и углеродного сырья заказывают его образцы на диагностику.

С кремневыми опалитами ситуация обстоит совершенно иначе. Здесь сырьё приходится кропотливо выбирать вручную, так как даже в одном месторождении опалитов находится абсолютно разный материал вперемежку с другими породами.

При переработке и активации строго соблюдается последовательность всех операций и параметров, так как от точности технологического процесса зависит качество конечного продукта. Ведь минеральные сорбенты должны выполнять возложенную на них работу: проводить минеральный и ионокатионовый обмен, выравнивать pH, удалять из воды вредные эле-менты и бактериальную флору.

Также минеральные сорбенты при специальной активации могут успешно применяться для фильтрации вин, пива, напитков, растительных масел и многих других жидкостей.