Lisciviazione del Ferro di un'Argilla Messicana di Interesse Industriale da Acido Ossalico

Nell'elaborazione dei prodotti ceramici, i parametri più importanti che influenzano la qualità dei prodotti finiti sono l'incorporazione dei minerali argillacei e le loro caratteristiche specifiche (composizione e purezza).

La materia prima è estratta Solitamente direttamente dalla superficie terrestre e conseguentemente la concentrazione di impurità nella materia prima non è homogeneus. Secondo gli stati atmosferici e geologici del deposito come pure il grado di alterazione dell'argilla, può contenere determinate concentrazioni minerali come: ematite, illmenite, pirite, magnetite, cromite, Ecc. Questi minerali contribuiscono comunemente agli elementi quali il Fe, il Cr, il Mn, il Ti ed il Ni, che hanno la caratteristica per pigmentare il prodotto indesiderabilmente [1, 2]. Materie prime con le concentrazioni nell'ossido di ferro di 0,5 - 3% riduca la bianchezza del minerale, dantegli un marrone - colorazioni gialle e di limitazione del suo uso nell'industria ceramica [2]. Alcuni ricercatori hanno sviluppato le tecniche fisiche e chimiche differenti (e più recentemente microbiologico) allo scopo dell'eliminazione del presente ferrico del ferro come l'ossido o ossido idrato nell'argilla. Quelle tecniche possono aumentare la bianchezza nei prodotti finiti [3-5]. L'uso degli acidi organici è stato uno dei metodi più efficienti per l'imbiancatura del caolino. Cameselle et al. [3] ha trovato che per la dissoluzione del mol di ferro tre masse di acido ossalico sono necessarie per il caolino studiato da loro. Con questa relazione hanno determinato la formula del complesso costituito da acido ossalico e dal ferro in soluzione:

3CO₂₄^2- + Fe³⁺ [Fe (CO₂₄)₃]^3-

Le indagini Recenti hanno messo a fuoco pricipalmente sullo studio sull'estrazione del ferro da caolino, di cui la componente principale è caolinite. In questo lavoro il metodo di rimozione del ferro da acido ossalico in un campione dell'argilla è stato adottato. A questo fine, una progettazione sperimentale è stata effettuata facendo uso di una Progettazione Fattoriale 2, dove K è il numero dei fattori [6]. I fattori Considerati sono: concentrazione di acido ossalico, di tempo e di temperatura, trasformantesi in una progettazione 2.

Il campione dell'argilla utilizzato in questo lavoro viene da un deposito situato nel Sud del Messico ed è stato fornito da una società locale. Questa argilla non ha di interesse commerciale dovuto il contenuto elevato di ferro presente (4,2%) e nel suo indice basso della bianchezza (L = 71).

La caratterizzazione Chimica e minerale è stata fatta da Fluorescenza a raggi X (XRF) e da Diffrazione ai raggi X (XRD), rispettivamente. La fresatura dell'argilla è stata effettuata facendo uso di un mulino della porcellana con le palle dell'allumina. Nelle nostre circostanze, la fresatura è stata fatta finché l'argilla non fosse 85% sotto la maglia 325 (~40µm).

Un metodo semplice è stato usato per l'ottimizzazione delle circostanze di lisciviazione. La matrice di questa progettazione è elencata in Tabella 1. I termini iniziali del trattamento sono stati selezionati in base ai risultati ottimali per caolino trovato nei riferimenti [2-5].

Matrice della Tabella 1. della progettazione sperimentale per tre fattori 2.³

A = acido Ossalico

B = Tempo

C = Temperatura

Gli esperimenti di lisciviazione sono stati effettuati facendo uso dei palloni da 250 ml con una miscela di 10 g di argilla e 100 ml di acido ossalico. Le boccette sono state disposte sulle piastre di riscaldamento con agitazione costante (870 giri/min.). La quantità di ferro lisciviato dopo questa procedura è stata determinata mediante la spettroscopia di assorbimento atomico. Inoltre, il colore iniziale del campione è stato determinato in ciascuno dei solidi ottenuti tramite filtrazione. Per le misure della bianchezza, i campioni erano trattati termicamente a 1000°C per 30 minuti. Dopo questa procedura, l'indice della bianchezza era risoluto con un Colore degli Occhi 7000A del colorimetro di GretagMcBeth.

L'argilla consiste della calcite, del quarzo, dell'albite e del moscovita. Il ferro è presente come una fase amorfa ed idrossidi, secondo i risultati presentati dalla società che ha fornito l'argilla. In Tabella 2 XRF l'analisi dell'argilla è elencata.

Analisi della Tabella 2. XRF di argilla.

*950° C

L'argilla nell'ambito di un trattamento termico di 1000°C per 30 minuti ha mostrato una colorazione Brown-rossastra e un indice della bianchezza (l) di 71.

Dopo Che il processo di lisciviazione è stato osservato che in un periodo di 2 - 3 giorni un precipitato di Brown-colore è formato ed ha diminuito l'intensità a colori della soluzione alcalina che contiene il ferro dissolto. Il ferro ferrico è legato a tre ioni dell'ossalato da uno degli ioni dell'ossigeno in ciascuno di questi gruppi acidi. Questo complesso presenta un colore giallo, che è d'accordo con i liquori ottenuti dopo i trattamenti con argilla [4].

La Tabella 3 elenca i risultati del primo simplex per la progettazione fattoriale 2.³ La maggior quantità di ferro lisciviato era 30%, corrispondendo alle concentrazioni basse, ma agli più alti stati di tempo e della temperatura. Questo risultato indica che appena la concentrazione nell'acido ossalico in sé non colpisce la reazione di rimozione del ferro. La Combinazione di concentrazione e di tempo ha un effetto più pesante nella rimozione del ferro, rendente gli più alti indici. Ciò è osservata più chiaro in Tabella 4. Possibilmente che questa potrebbe essere dovuto una reazione bassa cinetica, in cui non solo la concentrazione di specie partecipa, ma inoltre cronometra (e temperatura).

Risultati del primo simplex della progettazione fattoriale 2.³

A = acido Ossalico

B = Tempo

C = Temperatura

Determinazione degli effetti e delle interazioni fra i fattori.

A = acido Ossalico

B = Tempo

C = Temperatura

Effetto A-0.47

Effetto B12.99

Effetto C7.67

Effetto delle interazioni

Effetto AB0.84

Effetto AC0.09

Effetto BC-0.51

Effetto ABC -3,05

Secondo i risultati presentati in Tabella 4, il tempo è il fattore che colpisce più su rimozione del ferro, poiché ha il più alto indice nella rimozione del ferro. Per gli effetti acidi di temperatura e di concentrazione, il risultato è rispettivamente negativo e positivo. Ciò indica una possibilità per ottenere i migliori risultati facendo uso delle concentrazioni a scarso tasso di acidità e di più alti stati di temperatura [7]. Tuttavia, la combinazione di questi tre fattori è essenziale, come osservato nei valori alti ottenuti in Tabella 4.

Una Volta Che le le migliori e risposte peggiori identificate nella rimozione risulta, è stata venuta per continuare con il secondo simplex sequenziale. Poiché la risposta peggiore è la rimozione di 5% nell'esperimento 2 (Tabella 4), il simplex sequenziale sostituisce quelle circostanze con l'aggiunta di nuovo No. 9 di esperimento, come elencato nella Tabella 5.

Determinazione della Tabella 5. degli effetti e delle interazioni fra i fattori.

A = acido Ossalico (g/l)

B = Tempo (h)

C = Temperatura (° C)

Come osservato nell'esperimento 9, la concentrazione nell'acido ossalico è abbassata a 86 G/l. Inoltre, gli stati di tempo e la temperatura sono stati cambiati a 5,4 la h e 84° C, rispettivamente. Questi cambiamenti erano molto favorevoli nel risultato di rimozione, poiché è aumentato ad un 44%.

Poiché questo esperimento ha visualizzato una risposta ben migliore confrontata a quelle precedenti, gli esperimenti con i risultati peggiori sono sostituiti da altri secondo un terzo simplex sequenziale. I nuovi esperimenti sono stati effettuati che considerano i risultati dell'esperimento 9, si sono combinati con le osservazioni in Tabella 4 e sono elencati in Tabella 5.

L'Applicazione di questo nuovo simplex ha mosso la progettazione verso le regioni negative fino alla concentrazione nell'acido ossalico, che non ha senso nel nostro studio. dovuto questo, soltanto gli esperimenti con i valori positivi di concentrazione sono stati fatti, mentre gli altri sono stati presi uguale a zero. Questi risultati indicano che la concentrazione influenza il grado di rimozione del ferro. Ciò può essere osservata chiaramente nella Figura 1. Inoltre, è stato osservato che il tempo e la temperatura non hanno alcun effetto quando aumenta i loro valori oltre quelli suggeriti nell'esperimento 9, come osservato nella Figure 2 e 3.

Figura 1.

Figura 2. Effetto di tempo su rimozione del ferro terzo nel simplex.

Figura 3. Effetto della temperatura su rimozione del ferro terzo nel simplex.

Con la correzione della nostra progettazione precedente con il nuovo simplex che considera gli ultimi risultati, gli esperimenti 10 - 16 sono stati sostituiti. I nuovi esperimenti e le loro circostanze sono elencati in Tabella 6. Il nuovo simplex ci ha restituiti alle regioni simili a quella prima, ma a raggiungere gli indici considerevolmente più alti di rimozione del ferro.

Risultati della Tabella 6. del quarto simplex della progettazione fattoriale 2.³

A = acido Ossalico (g/l)

B = Tempo (h)

C = Temperatura (° C)

Secondo questi risultati, possiamo vedere che i migliori stati del sistema sono disposti nelle regioni di alte concentrazione nell'acido ossalico e temperatura (Tabella 7). Ulteriormente, nella Figure 4, 5 e 6 sono presentati i risultati del grado di rimozione del ferro contro la variazione nella concentrazione, nel tempo e nella temperatura nell'acido ossalico, rispettivamente.

Determinazione della Tabella 7. degli effetti fra i fattori.

A = acido Ossalico (g/l)

B = Tempo (h)

C = Temperatura (° C)

Effettui A 4,50

Effettui la B 1,00

Effettui la C 3,50

Come abbiamo veduto, il più alta concentrazione di ferro dissolta in ogni esperimento dipende dalla concentrazione usata nell'acido ossalico e dalla sua interazione con tempo e la temperatura. Dal momento che una considerevole rimozione del ferro è stata raggiunta nelle nostre circostanze, sapenti che l'argilla ha un'alta concentrazione di ferro.

Alla conclusione di ogni trattamento un giallo, acido ossalico - rivesta di ferro la dissoluzione e l'argilla con l'alto livello di bianchezza (L=81) è stata ottenuta. Il trattamento con le concentrazioni più basse di acido ossalico riduce proporzionalmente la quantità di ferro dissolto. Una caratterizzazione futura dell'argilla da SEM ci aiuterà a capire il modo in cui il ferro è assegnato nella struttura dell'argilla, in modo dall'applicazione di nuovo simplex probabilmente ci prenderà ad altre regioni con i migliori termini per rimozione del ferro.

Ringraziamo CONACyT per il suo contributo finanziario con No. 171120 di Riferimento di borsa ed anche la Facoltà delle Scienze Chimiche per il suoi aiuto ed uso dei laboratori.

1. R. Galindo, “cerámicos di revestimientos dell'en la fabricación de pavimentos y di vidriados delle Paste y„, FAENZA EDITRICE IBÉRICA, S.L. España, (1994) 251.

2. L. Toro, DI MATTINA Marabini, B. Paponetti e B. Passariello, “Proceso per del ferro da concentrati di caolino, industriale interese di rimozione della La dei Di di materiali di altri dell'ed di quarzo„, No. 217070 A/90 Italiano di Brevetto. (1990).

3. C. Cameselle, M.J. Núñez e J.M. Lema, “Lisciviazione del Ferro del Caolino - Ossidi con gli Acidi Organici„, J. Chim. Tech. Biotechnol., 70 (1997) 349-354.

4. C. Cameselle, M.J. Núñez e J.M. Lema, “Aspergillus niger di raggiro di Bioblanqueo de caolines. Afinidad„, Tomo LV, No. 478. 1998.

5. V.R. Ambikadevi e M. Lalithambika, “Effetto degli acidi organici su rimozione ferrica del ferro da ferro - caolinite macchiata„, Scienza Applicata dell'Argilla, 16 (2000) 133-145.

6. D. Montgomery, “Diseño ed análisis de experimentos„, Limusa-Wiley, secondo Ed., (2004) 686.

      N. Treviño, “Estrategias de optimación, Manual de Laboratorio de Química Orgánica IV„, Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Autonoma de Nuevo Leon (UANL), (2003).