Anyagmérnöki Tudományok, Miskolc, 36/1. kötet. (2011) pp

Hasonló dokumentumok
HIDROLÍZIST KIVÁLTÓ GÁTANYAGOK ÁTMENETI FÉMION MEGKÖTŐ KÉPESSÉGÉNEK VIZSGÁLATA I.

NEHÉZFÉMEK ELTÁVOLÍTÁSA IPARI SZENNYVIZEKBŐL Modell kísérletek Cr(VI) alkalmazásával növényi hulladékokból nyert aktív szénen

1. változat. 4. Jelöld meg azt az oxidot, melynek megfelelője a vas(iii)-hidroxid! A FeO; Б Fe 2 O 3 ; В OF 2 ; Г Fe 3 O 4.

A Lengyelországban bányászott lignitek alkalmazása újraégető tüzelőanyagként

7. gyak. Szilárd minta S tartalmának meghatározása égetést követően jodometriásan

Adatgyűjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb műszerei

Sav bázis egyensúlyok vizes oldatban

Dr. JUVANCZ ZOLTÁN Óbudai Egyetem Dr. FENYVESI ÉVA CycloLab Kft

A feladatok megoldásához csak a kiadott periódusos rendszer és számológép használható!

Minőségi kémiai analízis

Elektrokémia. A nemesfém elemek és egymással képzett vegyületeik

KÉMIA ÍRÁSBELI ÉRETTSÉGI-FELVÉTELI FELADATOK 2003.

XXXVI. KÉMIAI ELŐADÓI NAPOK

A ferrát-technológia klórozással szembeni előnyei a kommunális szennyvizek utókezelésekor

OTKA T Szakmai beszámoló. (Zárójelentés )

Minta feladatsor. Az ion neve. Az ion képlete O 4. Szulfátion O 3. Alumíniumion S 2 CHH 3 COO. Króm(III)ion

TIOLKARBAMÁT TÍPUSÚ NÖVÉNYVÉDŐ SZER HATÓANYAGOK ÉS SZÁRMAZÉKAIK KÉMIAI OXIDÁLHATÓSÁGÁNAK VIZSGÁLATA I

ALPHA spektroszkópiai (ICP és AA) standard oldatok

1. feladat Összesen: 8 pont. 2. feladat Összesen: 11 pont. 3. feladat Összesen: 7 pont. 4. feladat Összesen: 14 pont

ÁSVÁNYI SZENEK ALKALMAZHATÓSÁGA A SZENNYEZÉSEK TOVATERJEDÉSÉT MEGAKADÁLYOZÓ GÁT- TECHNOLÓGIÁKBAN

TALAJVÉDELEM XI. A szennyezőanyagok terjedését, talaj/talajvízbeli viselkedését befolyásoló paraméterek

Környezettudományi Kooperációs Kutató Központ, ELTE TTK, Budapest 2. Analitikai Kémiai Tanszék, ELTE TTK, Budapest

Általános és szervetlen kémia Laborelıkészítı elıadás VI

KÉMIAI ALAPISMERETEK (Teszt) Összesen: 150 pont. HCl (1 pont) HCO 3 - (1 pont) Ca 2+ (1 pont) Al 3+ (1 pont) Fe 3+ (1 pont) H 2 O (1 pont)

a réz(ii)-ion klorokomplexének előállítása...

A 27/2012. (VIII. 27.) NGM rendelet (29/2016. (VIII. 26.) NGM rendelet által módosított) szakmai és vizsgakövetelménye alapján.

SZERVETLEN KÉMIAI REAKCIÓEGYENLETEK

Összesen: 20 pont. 1,120 mol gázelegy anyagmennyisége: 0,560 mol H 2 és 0,560 mol Cl 2 tömege: 1,120 g 39,76 g (2)

6. változat. 3. Jelöld meg a nem molekuláris szerkezetű anyagot! A SO 2 ; Б C 6 H 12 O 6 ; В NaBr; Г CO 2.

LABORATÓRIUMI PIROLÍZIS ÉS A PIROLÍZIS-TERMÉKEK NÉHÁNY JELLEMZŐJÉNEK VIZSGÁLATA

Természetes vizek, keverékek mindig tartalmaznak oldott anyagokat! Írd le milyen természetes vizeket ismersz!

1. feladat Összesen: 10 pont. 2. feladat Összesen: 14 pont

KÉMIA FELVÉTELI KÖVETELMÉNYEK

8. osztály 2 Hevesy verseny, megyei forduló, 2004.

Előadás címe: A vörösiszappal szennyezett felszíni vizek kárenyhítése. Mihelyt tudjátok, hogy mi a kérdés érteni fogjátok a választ is Douglas Adams

XVII. SZERVETLEN KÉMIA (Középszint)

Kémia OKTV I. kategória II. forduló A feladatok megoldása

MÓDOSÍTOTT RÉSZLETEZŐ OKIRAT (1) a NAT /2015 nyilvántartási számú akkreditált státuszhoz

Minta feladatsor. Az ion képlete. Az ion neve O 4. Foszfátion. Szulfátion CO 3. Karbonátion. Hidrogénkarbonátion O 3. Alumíniumion. Al 3+ + Szulfidion

Modellvizsgálatok a természetes vizek arzénmentesítésére

2011/2012 tavaszi félév 3. óra

Környezettechnológia. Dr. Kardos Levente adjunktus Budapesti Corvinus Egyetem Talajtan és Vízgazdálkodás Tanszék

A VÍZ OLDOTT SZENNYEZŐANYAG-TARTALMÁNAK ELTÁVOLÍTÁSA IONCSERÉVEL

SZENNYVÍZKEZELÉS NAGYHATÉKONYSÁGÚ OXIDÁCIÓS ELJÁRÁSSAL

Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny 2009/2010. Kémia I. kategória II. forduló A feladatok megoldása

Kémiai reakciók. Közös elektronpár létrehozása. Általános és szervetlen kémia 10. hét. Elızı héten elsajátítottuk, hogy.

13 Elektrokémia. Elektrokémia Dia 1 /52

Indikátorok. brómtimolkék

5. A talaj szerves anyagai. Dr. Varga Csaba

Hulladékból energiát technológiák vizsgálata életciklus-elemzéssel kapcsolt energiatermelés esetén Bodnár István

9. évfolyam II. félév 2. dolgozat B csoport. a. Arrheneus szerint bázisok azok a vegyületek, amelyek... b. Arrheneus szerint a sók...

MÓDOSÍTOTT RÉSZLETEZŐ OKIRAT (1) a NAH / nyilvántartási számú akkreditált státuszhoz

Kémia OKTV 2006/2007. II. forduló. A feladatok megoldása

Redoxi reakciók Elektrokémiai alapok Műszaki kémia, Anyagtan I előadás

Levegőkémia, az égetés során keletkező anyagok. Dr. Nagy Georgina, adjunktus Pannon Egyetem, Környezetmérnöki Intézet 2018

Témavezető neve Földiné dr. Polyák lára.. A téma címe Komplex vízkezelés természetbarát anyagokkal A kutatás időtartama:

2018/2019. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny második forduló KÉMIA. I. KATEGÓRIA Javítási-értékelési útmutató

Redox reakciók. azok a reakciók, melyekben valamely atom oxidációs száma megváltozik.

4. változat. 2. Jelöld meg azt a részecskét, amely megőrzi az anyag összes kémiai tulajdonságait! A molekula; Б atom; В gyök; Г ion.

Az anyagi rendszerek csoportosítása

6. A TALAJ KÉMIAI TULAJDONSÁGAI. Dr. Varga Csaba

T I T - M T T. Hevesy György Kémiaverseny. A megyei forduló feladatlapja. 8. osztály. A versenyző jeligéje:... Megye:...

MEMBRÁNKONTAKTOR ALKALMAZÁSA AMMÓNIA IPARI SZENNYVÍZBŐL VALÓ KINYERÉSÉRE

... Dátum:... (olvasható név)

A hulladék alapjellemzés során nyert vizsgálati eredmények értelmezési kérdései Dr. Ágoston Csaba

Oldódás, mint egyensúly

A standardpotenciál meghatározása a cink példáján. A galváncella működése elektrolizáló cellaként Elektródreakciók standard- és formálpotenciálja

A 27/2012 (VIII. 27.) NGM rendelet (12/2013. (III. 28.) NGM rendelet által módosított) szakmai és vizsgakövetelménye alapján.

Elektronátadás és elektronátvétel

1. feladat. Versenyző rajtszáma:

1. feladat Összesen: 15 pont. 2. feladat Összesen: 10 pont

RÖVID ISMERTETŐ A KAPOSVÁRI EGYETEM TALAJLABORATÓRIUMÁNAK TEVÉKENYSÉGÉRŐL

Tartalmi követelmények kémia tantárgyból az érettségin K Ö Z É P S Z I N T

Általános és szervetlen kémia Laborelıkészítı elıadás IX-X.

Kémiai alapismeretek 6. hét

ÁSVÁNYOK ÉS MÁS SZILÁRD RÉSZECSKÉK AZ ATMOSZFÉRÁBAN

A kén tartalmú vegyületeket lúggal főzve szulfid ionok keletkeznek, amelyek az Pb(II) ionokkal a korábban tanultak szerint fekete csapadékot adnak.

Redox reakciók. azok a reakciók, melyekben valamely atom oxidációs száma megváltozik.

I. ANALITIKAI ADATOK MEGADÁSA, KONVERZIÓK

KÉMIA ÍRÁSBELI ÉRETTSÉGI- FELVÉTELI FELADATOK 1997

Cementgyártás ki- és bemenet. Bocskay Balázs alternatív energia menedzser

ÚJ ELJÁRÁS KATONAI IMPREGNÁLT SZENEK ELŐÁLLÍTÁSÁRA

Környezeti analitika laboratóriumi gyakorlat Számolási feladatok áttekintése

Automata titrátor H 2 O 2 & NaOCl mérésre klórmentesítő technológiában. On-line H 2 O 2 & NaOCl Elemző. Méréstartomány: 0 10% H 2 O % NaOCl

KÉMIA. PRÓBAÉRETTSÉGI május EMELT SZINT JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

Jellemző redoxi reakciók:

Szerves Kémiai Problémamegoldó Verseny

Csermák Mihály: Kémia 8. Panoráma sorozat

Az Analitikai kémia III laboratóriumi gyakorlat (TKBL0504) tematikája a BSc képzés szerint a 2010/2011 tanév I. félévére

Tápanyag antagonizmusok, a relatív tápanyag hiány okai. Gödöllő,

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei

Gyakorló feladatok. Egyenletrendezés az oxidációs számok segítségével

Hamburger Hungária Kft. ÖSSZEFOGLALÓ JELENTÉS 2018.

Az égés és a füstgáztisztítás kémiája

T I T - M T T. Hevesy György Kémiaverseny. A megyei forduló feladatlapja. 8. osztály. A versenyző jeligéje:... Megye:...

Ecetsav koncentrációjának meghatározása titrálással

TDA-TAR ÉS O-TDA FOLYADÉKÁRAMOK ELEGYÍTHETŐSÉGÉNEK VIZSGÁLATA STUDY OF THE MIXABILITY OF TDA-TAR AND O-TDA LIQUID STREAMS

Név: Dátum: Oktató: 1.)

Az anyagi rendszerek csoportosítása

Oldódás, mint egyensúly

Átírás:

A LIGNITEKEN, ÁSVÁNYI SZENEKEN MEGKÖTÖTT FÉMIONOK SORSA A SZERVESANYAG KARBONIZÁCIÓJA, ÉGETÉSE SORÁN I. THE FATE OF METAL IONS LOADED ON LIGNITE DURING CARBNISATION AND BURNING I. LAKATOS JÁNOS (1), GOMBKÖTŐ IMRE (2), MADARÁSZ TAMÁS (3) Miskolci Egyetem, (1) Kémiai Intézet, (2), Nyersanyag-előkészítési és Környezeti Eljárástechnikai Intézet. (3) Környezetgazdálkodási Intézet, Hidrogeológiai- Mérnökgeológiai Intézeti Tanszék. 3515 Miskolc-Egyetemváros mtasotak@uni-miskolc.hu, ejtimreg@uni-miskolc.hu, hgmt@uni-miskolc.hu A víztisztításra alkalmazott lignit alapú reaktív gátak kimerült aktív anyagának egyik tervezett újrahasznosítása az energetikai célú felhasználás: cementipari, erőműi vagy speciális égetési technológiai rendszerbe történő integrálás. A vizsgálatok célja a megkötött fémionok átalakulásának, mobilitásbeli változásának megállapítása a lignit, valamint a szenek termikus átalakulása során. A karbonizátumokon és a hamukon végzett vizes és 2 mol/l salétromsavas kioldási sorozatnál meg lehetett állapítani, hogy a gát működtetésével bevitt ion nem viselkedik inert alkotóként a lignit termikus átalakításánál. A karbonizációnál hatással van a bomlási folyamatokra, ha kis mértékben is, de befolyásolja a keletkezett karbonizátum mennyiségét. Égetésnél módosítja a lignitben eredendően bent lévő hamuképző szervetlen anyagok átalakulását, változást okoz azok vegyületformáiban, így mobilizálhatóságukban. A lignit-karbonizátum-hamu sorban előre haladva növekszik a vízoldható alkotók száma. Lignit alapú gátakban a Cr(VI) redukálódni fog. Ez annál inkább bekövetkezik, minél alacsonyabb a közeg ph-ja, ill. minél kevésbé szénült a gát aktív anyaga. A képződött és megkötött Cr(III) sorsa az égetésnél keletkezett hamu kémhatásától függ. Bázikus közegében, oxigén jelenlétében a Cr(III) a toxikus és vízoldható Cr(VI)-tá oxidálódik vissza. Savas hamuknál vagy oxigén hiányában, ha hevítéskor a Cr(VI) redukálódni tudott a visszaoxidálásra, nincs mód a króm nem toxikus és alacsony oldhatóságú Cr(III) formában marad vissza. A vizsgált szénhez kötött ionok a karbonizálás és a lignit égetése, a hamuképződés során átalakulnak, mobilitásuk alakulását, mivel a fentieken túl nem lehet minden ionra általánosan érvényes megállapítást tenni iononként a szorbensből keletkező hamu tulajdonságait, kémiai összetételét is figyelembe véve kell értékelni. Kulcsszavak: lignit, reaktív gát, karbonizálás, égetés, elemek mobilitása. One of the possible way of recycling of the lignite base active components of the exhausted reactive barriers is the energy production: integration of the metal 91

loaded lignite to the cement kiln,or to the power production, or to special incineration technologies. The aim of the investigation to determine how the mobility change of the loaded ions during the thermal processes ( carbonisation or burning) of the metal loaded lignites and coals. Using aquatic and 2 mol/l nitric-acid leaching agents it was shown that, the loaded ions interfere with the matrix: during the carbonisation they influence the process of pyrolysis, resulting slightly different amount of chars. During burning the loaded ions influence the transformation of the ash forming elements which are present originally in the lignites. They modify their compounds forms and leachability. If Cr(VI) ions have contact with the lignite base barriers they will be reduced. The reduction is more effective at lower ph and lower rank coal cases. The fate of the formed and sorbed Cr(III) during the heat treatment is determined by the acid-base character of the formed ash. In case of basic character ashes and at the presence of oxygen the Cr(III) can be oxidised to the toxic and soluble Cr(VI) form, while in case of acidic character ashes and the leak of oxygen the chromium remains in the non toxic insoluble Cr(III) form. Based on the study it can be concluded that, the sorbed metal ions during the liginte carbonisation or burning will transform but to predict their mobility need to consider all that processes which can occur at the applied high temperature circumstance. Keywords: lignite, reactive barrier, carbonisation, burning, mobility of elements. Bevezetés A reaktív gátak tervezésénél sok esetben nem terveznek rövid periódusonkénti reaktív anyagcserét és nem is kerül sor a kimerült elhasznált gátanyag regenerálására, újrahasznosítására. A szorpción alapuló gátak [1] esetében két ok indokolja a címben megfogalmazott kérdés vizsgálatát. Az aktív anyag cseréjét feltételező tervezésnél kisebb méretekkel kell számolni, az időszakos cserékkel a szorpciós körülmények véletlenszerű megváltozásakor a megkötött anyag mobilizálódása nem következhet be. A kimerült gátanyag lehet tiszta lignit vagy homokkal kevert lignit. Utóbbi esetben szükséges lehet egy az ásványi szenek technológiájában ismert osztályozásra, amely a homok elválasztására irányul. Ilyen műveletet alkalmazva nem várható lényeges különbség a tisztán lignitet tartalmazó kimerült gátanyag és az elválasztással homokmentesített gátanyag újrahasznosíthatóságát, a megkötött szennyezők sorsát illetően. Ha a gát szerkezet kialakításában szerepet játszó homok elválasztását el akarjuk kerülni, olyan felhasználást kell keresnünk, ahol maga ez a homok is hasznosulhat (pl. cementipar, téglaipar, utóbbinál az sem probléma, hogy maga a gátanyag vizes, nedvességtartalma magas). Bár az elválasztás nélküli technológiákban magas hőmérsékleten a homok is kémiai reakcióba léphet a gát aktív anyagaként használt 92

lignitből visszamaradó hamuval, ill. a megkötött fémekkel, jelen vizsgálataink a homokmentes esetre koncentráltak. Tettük ezt azért is, mert a lignitben jelenlévő hamuképző szervetlen anyagok és a megkötött fémionok közti kölcsönhatást tekintjük a megkötött fém sorsa szempontjából meghatározónak. A lignit hamutartalma: 16 m/m% a megkötött fémion mennyisége: ~3 m/m% (0,5 mmol/g kapacitást és egy 60 g/mol atomtömegű iont megkötődést feltételezve). 1. Kísérleti anyagok és módszerek A vizsgálatok céljaira különböző fémionokkal telített ligniteket állítottunk elő úgy, hogy a lignitmintát a vízkezelési gyakorlatban töménynek számító (100 mmol/l) koncentrációjú semleges fémion oldatokkal telítettük. A lignit mintákat ezután szűrtük, a felületen tapadt oldatrészleteket mosással távolítottuk el. Az így előállított lignitek megkötött fémion tartalmát a feladott és a szűrletben maradt, valamint a mosással visszanyert fémion különbségeként számítottuk. A ligniten megkötődő fémion mennyiségét az 1. táblázatban adtuk meg. A megkötési adatokból látható, hogy az egy lépésben megkötött fémion mennyiségek abban a nagyságrendben vannak, mint amit ioncsere kapacitás mérésekkel meghatározhatunk (ez a 0,1 1 mmol/g tartomány). Az 1. táblázatban megadott fémionokat tartalmazó lignitmintákat használtuk a karbonizációs (inert atmoszférában történő hevítés) és az égetéses (hamvasztás) kísérletekhez. A karbonizációs kísérletek az 1. ábra szerinti kísérleti elrendezésben nitrogén atmoszférában 1000 C-on történtek. 1. táblázat Szorpciós helyen kötött fémiont tartalmazó bükkábrányi lignit (Ln(Me)) előállítása Ln(Cu) Ln(Zn) Ln(Cr(III)) Ln(Cr(VI)) c (Me) kezdeti, mmol/l 100 100 47,2 100 c (Me) szűrlet, mmol/l 0,33 14,06 14,5 1,45 c(me ) mosás, mmol/l 0,207 5,68 5,94 1,6 V mosás, ml 207 165 270 215 n 0 (Me) kezdeti, mmol 10 10 4,72 10 n 1 (Me) szűrlet+mosás, mmol 0,064 2,343 3,05 2,045 n 3 (Me) lignit, mmol 9,936 7,657 1,67 7,955 c (Me) lignit, mmol/g 0,20 0,15 0,033 0,16 Megj.: 50 g bükkrábrányi lignit (0,5<d<1 mm) +100 ml 100 mmol/l fémion tartalmú oldat. Kontaktidő:5 nap. Szétszűrés után desztillált vízzel mosva, 105 C-on szárítva. Az égetést nem hagyományos tüzelő berendezésben, hanem az analitikai vizsgálatok végzéséhez használt tokos kemencében levegő atmoszférában a mintákat 93

kerámia tégelybe mérve valósítottuk meg. (A művelet azonos volt a szénminták hamutartalmának meghatározásánál alkalmazott eljárással, azzal a különbséggel, hogy a szokásos 750 C helyett a karbonizációs kísérletekkel azonos 1000 C hevítési hőmérsékletet alkalmaztunk. záródugó minta csőkemence Perisztaltikus pumpa kőzetgyapot kvarccső gázmosó H 2 O vagy CO 2 N 2 rotaméter 1. ábra. Kísérleti elrendezés a kimerült szorbens karbonizációjához 2. Kísérleti eredmények és értékelésük 2.1. Az elemek sorsa a kimerült gátanyag termikus hasznosításakor Az elemek sorsát a kimerült gátanyag termikus hasznosításakor az elem vegyületének illékonysága fogja meghatározni. Vannak olyan elemek (Hg), ill. vegyületek: oxidok, halogenidek (HgO, As 2 O 3, ZnCl 2, CdCl 2 stb.), amelyek illékonyak, ezek vagy a füstgázban gőz formában vagy ha a harmatpontjuk alá hűlnek a pernyére kondenzáltan távoznak az égető berendezésből. Néhány elem illékonyságát a vegyületének forráspontja alapján a 2. táblázat segítségével ítélhetjük meg. Az elemek nem illékony része hamualkotóként visszamarad, de itt is lényeges lehet az átalakulás módja, ugyanis kialakulhat oldhatatlan vegyület (ez az elem stabilizációját jelenti) és víz, ill. gyengébb savak hatására mobilizálható forma, ami a salak hulladék besorolásánál fontos szerepet játszhat. Az eredeti lignit és a fémtartalmú lignitekből keletkezett karbonizátum és hamu mennyiségét a 3. táblázatban adtuk meg. A fémtől függően a hamutartalmakban kisebb a karbonizátumok mennyiségében nagyobb mértékű eltérést 94

találtunk. Ez a mérés hibahatárát meghaladó különbség arra enged következtetni, hogy a megkötött fém szerepet játszik a karbonizációkor: a lignitet alkotó szerves vegyületek krakkolódásánál, bomlásánál, valamint az égés során a hamu képződési folyamatokban. Kísérleteink további részében az így előállított karbonizátumokból és hamukból mobilizálható fémion mennyiségének meghatározására koncentráltunk. 2. táblázat Néhány a magas hőmérsékletű folyamatokban illó vegyület olvadás és forráspont adata Vegyület Olvadáspont, ºC Forráspont, ºC SbCl 3 78,3 223 AsCl 3-13 130 As 2 O 3 312 460 BiCl 3 232 447 ZnCl 2 262 732 GaCl 3 77,7 201,2 Ge Cl 3-49,5 83,1 Hg Cl 2 276 302 Cd Cl 2 570 960 3. táblázat Fémtartalmú lignitek hamvasztása és karbonizálásakor kapott hamu és karbonizátum mennyisége c(me) Karbonizátum, 1000 C, m/m% Hamu, 1000 C, m/m% Minta m/m% Bükkábrányi lignit (Ln(0)) 0 51,9 15.9 Bükkábrányi lignit + Cu (Ln(Cu)) 1,27 49,1 16,44 Bükkábrányi lignit + Zn (Ln(Zn)) 0,98 55 15,6 Bükkábrányi lignit + Cr(III) (Ln(Cr(III)) 0,16 46,1 18,54 Bükkábrányi lignit + Cr(VI) (Ln(Cr(VI)) 0,83 45,5 15,12 95

A kioldódási vizsgálatokat desztillált vízzel és 2 mol/l salétromsav oldattal végeztük. Ezek a vizsgálatok megfelelnek a hulladékminősítésnél alkalmazott előírásoknak. Ha a kivonatokban nem kapjuk vissza a szénre felvitt ion mennyiségét az vagy elillant a termikus kezelésnél, vagy olyan formában stabilizálódott a hamuban, amelyik forma az alkalmazott kivonószerekkel szemben nem mutat számottevő oldódást. A vizsgálatokhoz választott elemek közül csak a cink lehet illékony kellően nagy halogéntartalomnál. Ez a folyamat azonban a vizsgált lignitnél nem feltételezhető. Gyakorlatilag minden a kísérleteinknél kiválasztott fémionnak vissza kell maradnia a hamuban, csak az a kérdés milyen: oldható vagy kevésbé oldható vegyületformává alakul át a műveletben. A króm két esete azért került vizsgálatra, mert Cr(III) ionoknál egyszerű ioncsere, Cr(VI) nál oxidációt követően megy végbe ioncsere az in situ képződött Cr(III) megkötődése révén. A króm formák a hamuban a hamujellemzőktől függően alakulnak ki. A kioldási vizsgálatokat a lignit a karbonizátum és a hamu esetében úgy terveztük meg, hogy 2 g szénnek megfelelő anyag kerüljön érintkezésbe 20 ml kivonószerrel (desztillált víz és 2 mol/l HNO 3 ) azaz 1/10 szilárd folyadék arány valósuljon meg a vizsgálni kívánt elemek mobilizációja, így a különböző kiindulási anyagokra kapott kioldódási adatok összevethetők, a mobilitás változás iránya (növekedés vagy csökkenés) megállapíthat (lásd 2 3. ábrák). 4. táblázat A megkötött fémionok mobilizációja a fémion-lignit termikus átalakításakor keletkezett anyagokban Vizes kivonat 2M HNO 3 kivonat Karbonizátum Mobil/Teljes Mobil/ Teljes Bükkábrányi lignit + Cu 0,00 0,45 Bükkábrányi lignit + Zn 0,04 0,15 Bükkábrányi lignit + Cr(III) 0,00 0,48 Bükkábrányi lignit + Cr(VI) 0,00 0,00 Hamu Bükkábrányi lignit + Cu 0,46 0,75 Bükkábrányi lignit + Zn 0,06 0,68 Bükkábrányi lignit + Cr(III) 0,00 0,06 Bükkábrányi lignit + Cr(VI) 0,10 0,09 A vizsgált szénhez kötött ionok a karbonizálás és a lignit égetése, a hamuképződés során átalakulnak, mobilitásuk alakulását, mivel nem lehet egy minden ionra általánosan érvényes megállapítást tenni iononként kell értékelni (lásd 4. táblázat). Ezt az alábbi néhány példa igazolja. A réz a karbonizátumban nincs víz oldható formában, viszont a hamuban részben azzá válik. A cink a karbonizátumban olyan kötődést valósít meg, amelyet a 2 mol/l salétromsav sem tud számottevően megbontani. 96

75 65 Desztillált víz Fémion koncentráció/10 az oldatban, mg/l 55 45 35 25 15 Cu Zn Cr Na K Mg Ca Mn 5-5 0 Ln(Cu) Ln(Zn) Ln(Cr(III)) Ln(Cr(VI)) Ln(Cu) Ln(Zn) Ln(Cr(III)) Ln(Cr(VI)) Lignit Karbonizátum Hamu 2. ábra. A lignitből, a karbonizátumból és a hamuból desztillált vízzel kioldódó elemek mennyiségének függése a szorpciós helyeken megkötött ionok minőségétől 200 180 160 2 mol/l HNO 3 Fémion koncentráció/10 az oldatban, mg/l 140 120 100 80 60 40 Cu Zn Cr Na K Mg Ca Al Si Fe Mn 20 0 0 Ln(Cu) Ln(Zn) Ln(Cr(III)) Ln(Cr(VI)) Ln(Cu) Ln(Zn) Ln(Cr(III)) Ln(Cr(VI)) Lignit Karbonizátum Hamu 3. ábra. A lignitből, a karbonizátumból és a hamuból 2 mol/l salétromsavval kioldódó elemek mennyiségének függése a szorpciós helyeken megkötött ionok minőségétől 97

A hamuban már a savval kioldható cink jelentős mennyiséget képvisel. A kioldási adatok szerint a lignit hamuban keletkezik mintegy 10% víz oldható kromát, noha a karbonizátumban a Cr(VI) immobilis módon kötődött. Mivel a ligniten kötött fémionok átalakulása nagy mértékben függhet, az együttégetett tüzelőanyagoktól célszerű a keletkezett hamuk kioldási vizsgálatát a konkrét esetre mindig elvégezni. A 2 3. ábrák a bevitt ionokon túl a nem ionszorpcióval bevitt elemek kioldódását jelenítik meg. Segítségükkel világosabban megállapítható, hogy a lignit-karbonizátum-hamu sorban előre haladva növekszik a víz oldható elemek mennyisége. A sav oldható rész változásáról ilyen egyszerű megállapítás nem tehető. A lignitből bizonyos elemek jobban kioldhatók savban, mint később a karbonizálás, ill. az elégetés után. Azt azonban mindkét kioldási sorozatnál meg lehet állapítani, hogy a gát működtetésével bevitt ion nem viselkedik inert alkotóként a lignit termikus átalakításánál, hatással van, módosítja a lignitben eredendően bennlévő hamuképző szervetlen anyagok átalakulását, változást okoz azok vegyületformáiban, így mobilizálhatóságukban. 2.2. A króm formák átalakulása gátanyaggal reagálva és a kimerült gátanyag újra hasznosítását jelentő égetés során A szenek, lignitek nem csak szorpciós folyamatokban, hanem redox reakciókban is működhetnek a gátakban. Korábbi vizsgálatokkal kimutattuk, hogy a Cr(VI)- tőzeg, lignit, szénrendszerben a ph-tól függően különböző mértékben végbemegy a Cr(VI) redukciója [2]. A redukcióra még olyan kémiailag inertnek hitt esetben is számítani kell, mint az aktív szén, ahol a szorbens felületének funkciós csoportjaihoz (elsősorban OH) kapcsolódó karbon atomjai a redukáló ágensek. A Cr(VI) redukciója a széntartamú anyag hevítésekor is bekövetkezik, a keletkezett Cr(III) azonban levegő jelenlétében a hamu összetételétől függően visszaoxidálódhat, környezeti kockázatot jelentő toxikus és víz oldható kromátot képezve. A Cr(III)/Cr(VI) rendszer Purbaix diagramját a 4. ábra mutatja be. Az ábrán látható, hogy a Cr(VI)/Cr(III) rendszer oxidáló képessége jelentősen csökken a ph növekedésekor. A Cr(VI) forma fennmaradásának esélye lúgos közegben a legnagyobb, sok fémioné ezzel ellentétes a hidroxid képzés miatt. A Cr(VI)-Cr(III) rendszer redoxpotenciáljától függően változik a szénlignit-víz rendszerben az oxidálható komponensek száma. Semleges közegben a karbon felületek mérsékelt, erősen savas közegben jelentős oxidációjára lehet számítani. Először a felületnek azon szénatomjain megy végbe oxidáció, amelyek nem részesei a poliaromás struktúrának. A környezeti mintákban előforduló fulvosav redoxpotenciálja +0,4 V a huminsavé +0,7 V ezekre a Cr(VI) semleges, gyengén savas közegben oxidálólag fog hatni, a Cr(VI) oxidációs állapotának fennmaradása fulvo-, humin-savak jelenlétében ezért kétséges. 98

4. ábra. A Cr(III)/Cr(VI) rendszer Purbaix diagramja A Cr(VI) redukciójának mértékét a ph függvényében különböző szenekre az 5. ábra mutatja be. A szerves anyag redox kapacitása ph függő, a savas ph irányába növekszik, mivel a szén szerkezet az oxidálható csoportok széles spektrumát tartalmazza s a ph csökkenéssel növekvő redoxpotenciál miatt a Cr(VI) egyre bővülő részüket lesz képes oxidálni. Ha nő a redoxpotenciál nő az oxidálható szénatomok mennyisége. Az 5 mol/l kénsavas rendszerre vonatkozó adatokat a 6. ábra szemlélteti. Az ábrán bemutatott kísérlet során a grafittól a kokszon, különböző karbonizátumokon keresztül az aktív szenekig vizsgáltuk a Cr(VI) oxidáló hatását. Az 5 6. ábrákon bemutatott vizsgálatokból levonható következtetés, hogy a karbon anyagok jelenlétében a Cr(VI) redukálódni fog. Ez annál inkább bekövetkezik, minél alacsonyabb a közeg ph-ja, ill. minél távolabb van a széntartalmú anyag a grafit szerkezettől, közelebb a szerves vegyületekhez. A redox reakcióban Cr(VI)-ból keletkezett Cr(III) mennyisége jelentősen módosulhat termikus hatásra. A Cr(III) oxidációját különböző mátrixokban (szerves, szervetlen) levegő jelenlétében 750 C-on tanulmányoztuk. Szerves anyag jelenlétében nem csak oldatokban, hanem szilárd fázisban is végbe megy redox reakció, azaz a Cr(VI) redukálódni fog. 99

2 Redukált Cr(VI), mmg-1 1,5 1 Aktív szén (Fisher dec.) Aktív szén (Fisher gas) Lignit (Hambach) Barna szén (Putnok) Fekete szén(gedling) Faforgács(Eucaliptus) 0,5 0 1 M NaOH 0.5M NaAc Víz 0.005 M H2SO4 0.05 M H2SO4 1 M H2SO4 2 M H2SO4 5 M H2SO4 5. ábra. Cr(VI) redukciója aktív szenek, ásványi szenek és biomassza esetében különböző ph-jú közegekben. (Cr(VI) koncentráció :50 mm, szilárd oldat arány:1:40, kontaktidő 7 nap.) 14 12 10 Redukált króm, mmol/g 8 6 4 2 0 Grafit Feketeszén (Cynheidre) Feketeszén (Pocahontas.) Feketeszén (Taff-Merthyr.) Feketeszén (Gascoigne wood) Feketeszén (Daw mill) Lignit (Illinois No 6) Lignit (Can ) 6. ábra. A grafit és csökkenő szénültségű szenek Cr(VI) redox kapacitása (50 mm Cr(VI), 5 M H 2 SO 4 ), 1 nap, 1: 400 szilárd: oldat arány) 100

100 90 80 Cr(III), 750 C Cr(VI), 750 C Vízoldható króm, % 70 60 50 40 30 20 10 0 Referencia (750 C) Bükkfa forgács Na-humat K-humat Tőzeg (Kinder S.) Lignit (Visonta) Lignit (Bükkábrány) Barna szén( Borsod) Barna szén (Dorog) Barna szén (Tatbánya) fekete szén (Pécs) Lignit-agyag iszap (K1) Biomassza karbonizátum Koksz (Dunaujváros) Activ szén (Picasine) Activszén (Fisher gas) Activ szén (Fisher decolor) Referencia (25 C) 7. ábra. Cr(III) és Cr(VI) visszanyerhetősége vizes oldással szerves mátrixokról (1 g mátrix +0,05 mmól Cr(III) vagy Cr(VI), hamvasztás: 750 C, 1h.) 100 90 Vízoldható króm, % 80 70 60 50 40 30 20 10 Cr(III) 750 C 0 Kvarchomok Tárolókőzet A-2 Talaj(Nyírség) CaCO3 Magnezit Égetett magnezit Szén pernye Fa pernye Erőművi pernye UHP salak ASEA salak Cement Gázszilikát Kaolinit Illit Montmorrilonit Al2O3 Zeolit Klinoszorb Vörösiszap Referencia 750C 8. ábra. A Cr(III) visszanyerhetősége szervetlen mátrixokról 750 C-os kezelés után 101

A króm végső formáját, így mobilitását, mint azt a 7 8. ábra mutatja a szerves anyag elégést követően a keletkezett hamualkotók között lejátszódó magas hőmérsékletű folyamatok is befolyásolják. Égetésnél a keletkezett hamu kémhatásától, savas vagy bázikus jellegétől függ a króm formák sorsa. Alkalikus közegben, oxigén jelenlétében a Cr(III) különböző mértékben Cr(VI)-tá oxidálódik (8. ábra). A fenti átalakulást a gyakorlatban hasznosítják, ugyanis szódával (Na 2 CO 3 ) kevert vízben rosszul oldódó króm(iii)-oxid levegőn történő hevítésével állítják elő a vízben jól oldódó kromátot (Cr(VI))). A Cr(VI) redukciója szervetlen anyagokban is bekövetkezhet. A hőkezelés után visszamaradó szervetlen anyag öszszetétele, a savas-bázikus karaktere megszabja mi lesz a redukálódott króm sorsa. Alkalikus közeg kialakulásakor a Cr(III) levegő jelenlétében Cr(VI)-á oxidálódik. Ilyen közeg hiányában, ha hevítéskor a Cr(VI) redukálódni tudott a viszszaoxidálásra nincs mód a króm Cr(III) formában marad vissza. Köszönetnyilvánítás A tanulmány/kutató munka a TÁMOP-4.2.1.B-10/2/KONV-2010-0001 jelű projekt részeként az Új Magyarország Fejlesztési Terv keretében az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósult meg. Irodalom [1] J. Lakatos, I. Szabó, B. Csőke, C. E Snape: Coals and biomass as active materials for permeable reactive barriers. Anyagmérnöki Tudományok, Miskolc, 33 vol. 13 22 (2007). [2] J. Lakatos, S. D. Brown, C. E. Snape: Coals as sorbents for removal and reduction of hexavalent chromium from aqueous waste streams. Fuel, 81, 691 698, (2002). 102