Inledning Vid bearbetning av keramiska artiklar, de viktigaste parametrarna som påverkar kvaliteten på slutprodukterna är införlivandet av lerhaltiga mineraler och deras specifika egenskaper (sammansättning och renhet). Vanligtvis råvaran utvinns direkt från markbundna ytan och därmed koncentrationen av föroreningar i råvaran inte är homogeneus. Beroende på atmosfäriska och geologiska förutsättningarna för deponering, samt graden av förändring av lera, kan den innehålla vissa mineraler koncentrationer som: hematit, illmenite, pyrit, magnetit, krom, etc. Dessa mineraler bidrar ofta till element som Fe, Cr, Mn, Ti och Ni, som har egenskapen att pigmentet produkten oönskat [1, 2]. Råvaror med järnoxid koncentrationer på 0,5 - 3% minskar vithet mineral, ger det en brun - gul färg och begränsar dess användning inom den keramiska industrin [2]. Vissa forskare har utvecklat olika fysiska och kemiska tekniker (och mer nyligen mikrobiologiska) i syfte att avlägsna järn järn förekommer som oxid eller hydratiserade oxider i leran. De tekniker som kan öka vithet i slutprodukterna [3-5]. Användningen av organiska syror har varit en av de mest effektiva metoder för blekning av kaolin. Cameselle et al. [3] fann att för lösning av ett mol av järn tre massor av oxalsyra är nödvändiga för kaolin studerats av dem. Med detta förhållande som de bestäms av formeln av komplexet bildas av oxalsyra och järn i lösningen:  3C 2 O 4 2 - + Fe 3 + [Fe (C 2 O 4) 3] 3 - Nyligen utförda undersökningar har främst inriktat på studier av järn utvinning från kaolin, vars huvudsakliga beståndsdelen kaolinit. I detta arbete metoden av järn återsändande med oxalsyra i en lera prov antogs. För detta ändamål har en experimentell design utförs med en 2 k faktoriell design, där k är antal faktorer [6]. Anses faktorer är: koncentration av oxalsyra, tid och temperatur, blir en 2 3 design. Material och metoder Leran urval som används i detta arbete kommer från en deposition som ligger i södra Mexiko, och gavs av ett lokalt företag. Denna lera har något kommersiellt intresse på grund av det höga innehållet av järn som finns i det (4,2%) och dess låga vithet index (L = 71). Kemiska och mineraliska karakterisering gjordes av röntgen (XRF) och röntgendiffraktion (XRD), respektive. Malning av leran utfördes med ett porslin kvarn med aluminiumoxid bollar. Under våra förhållanden var det fräsning förrän leran var 85% lägre än mesh 325 (~ 40μm). En simplexmetoden användes för att optimera utlakning förhållanden. Den matris av denna design är listade i tabell 1. De ursprungliga villkoren för behandlingen valdes ut på grundval av den optimala resultat för kaolin som finns i referenserna [2-5]. Tabell 1. Matris av experimentell design för tre faktorer 2 3. | |
1 | - | - | - | 2 | + | - | - | 3 | - | + | - | 4 | + | + | - | 5 | - | - | + | 6 | + | - | + | 7 | - | + | + | 8 | + | + | + |
A = Oxalsyra B = Tid C = temperatur Utlakningen experimenten utfördes med 250 ml kolvar med en blandning av 10 g lera och 100 ml av oxalsyra. Kolvarna placerades på värmeplattor med konstant omrörning (870 rpm). Mängden urlakade järn efter detta förfarande har fastställts genom atomabsorptionsspektroskopi. Dessutom var den ursprungliga färgen på provet som fastställs i vart och ett av de fasta ämnen som erhållits genom filtrering. För vithet mätningar var proverna som värmebehandlats vid 1000 ° C i 30 minuter. Efter detta förfarande, det vita indexet bestäms genom en GretagMcBeth kolorimeter Ögonfärg 7000A. Resultat och diskussion Leran består av kalcit, kvarts, albit och muskovit. Järnet är närvarande som en amorf fas och hydroxider, enligt de resultat som presenteras av företaget som tillhandahöll lera. I tabell 2 XRF analys av lera är noterat. Tabell 2. XRF analys av lera. | Al2O3 | 8,23 | Fe2O3 | 4,19 | CaO | 28,96 | MgO | 1,28 | SO3 | 1,37 | Na2O | 0,56 | K2O | 2,40 | TiO2 | 0,52 | P2O5 | 0,10 | Mn2O3 | 0,00 | * LOI. | 22,70 |
* 950 ° C Leran under värmebehandling av 1000 ° C i 30 minuter visade en brun-rödaktig färg och en vithet index (L) av 71. Efter lakningsprocessen konstaterades att i en period av 2 till 3 dagar en brun färg fällning bildas och minskar intensiteten i färgen på utlakning lösningen innehållande det upplösta järn. Den järnklorid järn är bunden till tre oxalat joner av en av syrejoner i var och en av dessa sura grupper. Detta komplex innehåller en gul färg som håller med drycker som erhålls efter behandlingar med lera [4]. Tabell 3 visar resultaten av den första simplex för faktoriell design 2 3. Ju större mängd urlakade järn var 30%, motsvarande låga koncentrationer, men med högre villkor för tid och temperatur. Detta resultat tyder på att just den oxalsyra koncentrationen i sig inte påverkar järnet bort reaktionen. Kombination av koncentration och tid har ett tyngre effekt i järn avlägsnas, vilket ger högre index. Detta observeras tydligare i tabell 4. Möjligen kan detta bero på en låg reaktion kinetisk, där inte endast de arter koncentrationen delta, men också tid (och temperatur). Tabell 3. Resultat från den första simplex av faktoriell design 2 3. | 1 | 100 | 2 | 50 | 10 | 2 | 200 | 2 | 50 | 5 | 3 | 100 | 5 | 50 | 19 | 4 | 200 | 5 | 50 | 23 | 5 | 100 | 2 | 80 | 15 | 6 | 200 | 2 | 80 | 17 | 7 | 100 | 5 | 80 | 30 | 8 | 200 | 5 | 80 | 27 |
A = Oxalsyra B = Tid C = temperatur Tabell 4. Fastställande av effekter och interaktioner mellan faktorer. | 1 | - | - | - | + | + | + | - | 10 | 2 | + | - | - | - | - | + | + | 5 | 3 | - | + | - | - | + | - | + | 19 | 4 | + | + | - | + | - | - | - | 23 | 5 | - | - | + | + | - | - | + | 15 | 6 | + | - | + | - | + | - | - | 17 | 7 | - | + | + | - | - | + | - | 30 | 8 | + | + | + | + | + | + | + | 27 |
A = Oxalsyra B = Tid C = temperatur Genomföra en -0,47 Effekt B 12,99 Effekt C 7,67 Effekt av interaktioner Effect AB 0,84 Effekt AC 0,09 Effekt BC -0,51 Effekt ABC -3,05 Enligt resultaten som presenteras i tabell 4 är tiden den faktor som påverkar fler på järn borttagning, eftersom den har den högsta indexet i järn borttagning. För syrakoncentration och effekter temperatur, är resultatet negativa och positiva respektive. Detta tyder på en möjlighet att få bättre resultat med lägre syra koncentrationer och högre temperatur [7]. Däremot är kombinationen av dessa tre faktorer som är avgörande, som observerats i de höga värden som erhålls i tabell 4. När detta har skett bästa och värre svar i avlägsnandet resultat var det kommer att fortsätta med den andra sekventiell simplex. Eftersom sämre respons på 5% tas bort i experiment 2 (tabell 4), ersätter den sekventiella simplex dessa villkor med tillägg av ett nytt experiment nr 9, som anges i tabell 5. Tabell 5. Fastställande av effekter och interaktioner mellan faktorer. | 9 | 86 | 5,4 | 84 | 44 | 10 | 71 | 9 | 99 | 26 | 11 | 71 | 9 | 89 | 39 | 12 | -29 | 9 | 89 | 0 | 13 | 71 | 6 | 99 | 31 | 14 | -29 | 6 | 99 | 0 | 15 | -29 | 6 | 89 | 0 | 16 | 71 | 6 | 89 | 32 |
A = Oxalsyra (g / L) B = Tid (h) C = Temperatur (° C) Som observerats i experiment 9 är oxalsyra koncentrationen sänkas till 86 g / L. Dessutom har villkoren för tid och temperatur ändrats till 5,4 h och 84 ° C, respektive. Dessa förändringar var mycket gynnsam i avlägsnandet resultatet, eftersom det ökat till ett 44%. Eftersom detta experiment visade ett mycket bättre svar än de tidigare, är de experiment med sämre resultat ersättas med andra efter en tredje sekventiell simplex. De nya experimenten utfördes med hänsyn till resultaten av experiment 9, i kombination med observationer i tabell 4 och anges i tabell 5. Tillämpningen av denna nya simplex flyttade design negativa regioner så långt som oxalsyra koncentration, som inte har betydelse i vår studie. På grund av detta var det endast de experiment med positiva värden på koncentration gjorde, medan de andra fördes lika med noll. Dessa resultat visar att koncentrationen påverkar graden av järn tas bort. Detta kan ses tydligt i Figur 1. Dessutom konstaterades att tid och temperatur inte har någon effekt när allt deras värden utöver de som föreslås i experiment 9, som observerats i figurerna 2 och 3.  Figur 1. Effekt av koncentration av oxalsyra på n järn borttagning i tredje simplex.  Figur 2. Effekten av tid på järn avlägsnas i tredje simplex.  Figur 3. Temperaturens inverkan på järn borttagning i tredje simplex. Med en korrigering av våra tidigare design med den nya simplex med hänsyn till de senaste resultaten, experiment från 10 till 16 ersattes. Den nya experiment och deras villkor som anges i tabell 6. Den nya simplex återvände vi till regioner som liknar den första, men för att uppnå betydligt högre index av järn tas bort. Tabell 6. Resultaten av den fjärde simplex av faktoriell design 2 3. | 9 | 86 | 5,4 | 84 | 44 | 17 | 100 | 2 | 70 | 30 | 18 | 100 | 2 | 80 | 15 | 19 | 200 | 2 | 80 | 17 | 20 | 100 | 5 | 70 | 25 | 21 | 200 | 5 | 70 | 49 | 22 | 200 | 5 | 80 | 27 | 23 | 100 | 5 | 80 | 30 |
A = Oxalsyra (g / L) B = Tid (h) C = Temperatur (° C) Enligt dessa resultat kan vi se att de bästa förutsättningarna i systemet är placerade i regioner med hög oxalsyra koncentration och temperatur (Tabell 7). Dessutom finns i figur 4, 5 och 6 presenteras resultaten av graden av järn borttagning kontra variation i oxalsyra koncentration, tid och temperatur, respektive. Tabell 7. Fastställande av effekter mellan faktorer. | 17 | - | - | - | 30 | 9 | + | - | - | 44 | 18 | - | + | - | 31 | 19 | + | + | - | 35 | 20 | - | - | + | 31 | 21 | + | - | + | 40 | 22 | - | + | + | 46 | 23 | + | + | + | 37 |
A = Oxalsyra (g / L) B = Tid (h) C = Temperatur (° C) Genomföra en 4,50 Effekt B 1,00 Effekt C 3,50  | Figur 4. Effekten av koncentration av oxalsyra på järn borttagning i fjärde simplex. |  | Figur 5. Effekter av tid på järn avlägsnas i fjärde simplex. |  | Figur 6. Temperaturens inverkan på järn borttagning i fjärde simplex. |
Slutsatser Som vi har sett, beror den högsta koncentrationen av järn upplöst i varje experiment på den använda oxalsyra koncentration och dess samspel med tid och temperatur. Just nu en betydande järn-borttagning har uppnåtts under våra förhållanden, att veta att leran har en hög koncentration av järn. Vid slutet av varje behandling en gul, oxalsyra-järn upplösning och lera med hög vithet (L = 81) erhölls. Behandling med lägre halter av oxalsyra minskar proportionellt mängden upplöst järn. En framtida karakterisering av leran av SEM kommer att hjälpa oss att förstå hur järnet fördelas i strukturen på lera, så att tillämpning av en ny simplex förmodligen kommer att ta oss till andra regioner med bättre förutsättningar för järn borttagning. Tack Vi tackar CONACyT för sitt ekonomiska stöd med stipendiet Ref nr 171.120, och även fakulteten Chemical Sciences för dess hjälp och användning av laboratorier. Referenser 1. R. Galindo, "Pasta y vidriados en la fabricación de pavimentos y revestimientos cerámicos", Faenza EDITRICE IBERICA, SL España, (1994) 251. 2. L. Toro, AM Marabini, B. Paponetti och B. Passariello "Proceso per la rimozione del Ferro da concentrati di caolino, Quarzo ED Altri materiali di interese Industriale", italienska patent nr 217.070 A/90. (1990). 3. C. Cameselle, MJ Núñez och JM Lema "Lakning av Kaolin Iron - Oxider med organiska syror", J. Chem. Tech. Biotechnol., 70 (1997) 349-354. 4. C. Cameselle, MJ Núñez och JM Lema "Bioblanqueo de caolines con Aspergillus niger. Afinidad ", Tomo LV, nr 478. 1998. 5. VR Ambikadevi och M. Lalithambika, "Effekt av organiska syror på järn järn avlägsnas från järn - missfärgade kaolinit", tillämpad Clay Science, 16 (2000) 133-145. 6. D. Montgomery, "Diseño och análisis de experimentos", Limusa-Wiley, 2nd Ed., (2004) 686. 7. N. Treviño, "Estrategias de optimación, Manual de Laboratorio de Química Organica IV", Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Autonoma de Nuevo Leon (UANL) (2003). Kontaktuppgifter |