Sorpční vlastnosti konvertorových kalů

Lucia Rozumová

Doctoral thesis

Sorption properties of converter sludge

Abstract:

Předkládaná dizertační práce se zabývá problematikou hutnických odpadů vznikajících v mokrém procesu čištění plynů kyslíkového konvertoru. Cílem práce je posoudit vhodnost použití konvertorového kalu, po odstranění ve vodě rozpustných složek, jako adsorbentu vybraných kovových iontů a popsat proces adsorpce. K ověření sorpčních možností byly zvoleny modelové roztoky Ni(II), Mn(II), Co(II) a reálné vzorky důlních vod pocházejících z těžby hnědého uhlí. Hodnocení adsorpčních schopností dvou upravených konvertorových kalů bylo provedeno na základě hodnot účinnosti odstranění kovových iontů z modelového roztoku. Získané závislosti na pH, čase a počáteční koncentraci modelových roztoků jednotlivých iontů byly využity k popisu kinetiky adsorpce a k modelaci adsorpčních izoterem. Provedené experimenty prokázaly, že účinnost odstranění sledovaných iontů závisí na hodnotě pH, počáteční koncentraci iontů kovů a doby kontaktu. Kinetiku adsorpce nejlépe popsal model pseudo druhého řádu, který ukázal, že proces adsorpce je pomalý. Adsorpční děj nejlépe popsala Langmuirova izoterma pro ionty Ni(II) a Mn(II) adsorbované na vzorku konvertorového kalu č. 1 a Freundlichova izoterma pro ionty Co(II) vzorku konvertorového kalu č. 1 a pro všechny ionty adsorbované na vzorku konvertorového kalu č. 2. Ověření použití konvertorových kalů na reálných vzorcích důlních vod prokázalo výrazné snížení obsahu všech sledovaných iontů kovů vlivem zachycení iontů na povrchu kalu, přičemž nebylo nutné upravovat pH důlní vody pro optimální účinnost odstranění kovových iontů. Hodnocení desorpčních experimentů ukázalo, že nejpevněji jsou vázané ionty Mn(II). Možnost použití studovaných konvertorových kalů pro odstraňování znečisťujících látek z vodných roztoků a odpadních vod se ukázala jako reálna. Při aplikaci těchto odpadních materiálů došlo ke snížení koncentrací sledovaných iontů kovů a k úpravě hodnoty pH ve vzorcích důlních vod pod přípustné limitní hodnoty znečištění stanovené pro vypouštění důlních vod do vodních toků.

Abstract:

This dissertation deals with the issues of metallurgical wastes generated in the wet process of the oxygen converter gas purification. The aim of this work is to assess the suitability of the utilization of converter sludge after removal of water-soluble components as the adsorbent of selected metal ions and to describe the adsorption process. Model solutions of ions Ni(II), Mn(II), Co(II) and real samples of mine waters originating from brown coal mining were selected to verify of the sorption properties. Evaluation of the adsorption capabilities of two pre-treated converter sludges was carried out on the basis of the removal efficiency of selected metal ions from model solutions. Obtained dependences on the pH of model solution, time and initial concentration of model solutions of the observed metal ions were used for the description of the kinetics of adsorption and modeling of adsorption isotherms. The performed experiments showed that the removal efficiency of the observed ions depended on the pH value, the initial concentration of the metal ions and the contact time. The kinetics of adsorption was described by the pseudo-second order model, which showed that the adsorption process is slow. The Langmuir isotherm described the best the adsorption process as regards Ni(II) and Mn(II) ions adsorbed on the converter sludge sample No. 1. The Freundlich isotherm provided the best description in the case of Co(II) ions for converter sludge sample No. 1 and all ions adsorbed on the converter sludge sample No. 2. The verification of the utilization of converter sludges on the real mine water samples showed a significant reduction of the contents of all observed metal ions. This was due to the capture of ions on the surface of the sludge. It was not necessary to adjust the pH value of the mine water for the optimal efficiency of the removal of metal ions. The evaluation of desorption experiments showed that Mn (II) ions are most strongly bound. The possibility of utilization of studied converter sludges for the removal of pollutants from aqueous solutions and wastewaters proved to be real. When applying these waste materials the concentration of the observed metal ions and the pH value in the mine water samples decreased below the permissible limit values set for the discharge of mine water into the watercourses occurred.

Keywords

konvertorový kal, důlní vody, sorpce kovových iontů

Keywords

converter sludge, mine water, sorption of metal ions

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 22. 9. 2017

Thesis defence

• Date of defence: 27. 2. 2018
• Supervisor: Jana Seidlerová
• Reader: Boleslav Taraba, Vladimír Tomášek, Eva Plevová

VŠB - Technical University of Ostrava

Fakulta metalurgie a materiálového inženýrství

Doctoral programme / field:
Metalurgie / Chemická metalurgie