РОЗДІЛ 2
ВИКЛАД ЗАГАЛЬНОЇ МЕТОДИКИ ТА ОСНОВНИХ МЕТОДІВ ДОСЛІДЖЕНЬ
2.1. Загальна характеристика об'єкту досліджень
Для досліджень було взято природний цеоліт - клиноптилоліт, видобутий з родовища Сокирниця (південно-східна частина Закарпатського внутрішнього прогину). Мінеральний склад цеоліту представлений :
клиноптилоліт - 60-90%, кварц і польовий шпат - 6-7%,
глинисті мінерали - 2-6%, плагіоклаз - до 2%.
Хімічний склад цеоліту (масова частка, %) такий :
SiO2 - 70,21; Al2O3 - 12,27; Fe2O3 - 1,2; FeO - 0,55; TiO2 - 0,14; MnO - 0,073;
P2O5 - 0,033; K2O - 3,05; Na2O - 1,77; SO3 - 0,10; СaO +MgO - 10,604.
Склад клиноптилоліту відповідає формулі :
0,2Na2O · 0,26K2O · 0,43Ca · 0,2Mg · 9,57SiO2 · Al2O3 · 0,09Fe2O3
Обмінними йонами є йони кальцію, калію, натрію і магнію.
Для фракції 0,5-1мм істинна густина дорівнює 2,38 · 103 кг/м3, густина, що здається, - 1,79 · 103 кг/м3, насипний об'єм - 1,04 см3, насипна густина або об'ємна маса 0,93 · 103 кг/м3; питома поверхня - 653 м2/г;
об'єм пор за бензолом 0,181 · 10 3 м3/кг, за водою 0,33 · 10 3 м3/кг;
діаметр пор за бензолом - 11 нм, за водою - 20 нм.
Клиноптилоліт має подрібненість - 2,4%, здатність до стирання - 0,32%, пористість шару - 53 - 60%, пористість гранули - 25%.
Він є хімічно стійким - приріст перманганатного окиснення не перевищує 16 · 10-3 кг/м3 [22, с. 20].
2.1.1. Підготовка зразків клиноптилоліту.
Від якості підготовки цеолітової породи залежить достовірність подальших результатів. Підготовка мінералу полягала в попередньому подрібненні на кульовому млині, просіюванні на стандартних ситах, відмучуванні (це пришвидшує ущільнення осаду за умови роботи з нерухомим шаром сорбенту і сприяє точності аналізів зразків фільтрату на фотоелектричному колориметрі) та висушуванні в сушильній шафі за температури 1200С до сталої маси. Далі клиноптилоліт ставили в ексикатор для охолодження.
Усі наважки повітряно сухого цеоліту квартували і брали із точністю 0,01 г на аналітичних терезах марки ВЛР.
Для визначення форми частинок цеоліту. які використовувались як об'єкт експериментів проводились оптико-мікроскопічні дослідження. Визначення проводились на мікроскопі МБС-1 (№ 632214) за методикою оптичної мікроскопії об'ємної візуалізації (стереозображення досягається за рахунок наявності двох окулярів - бінокуляр). Зерна клиноптилоліту розміром 1 мм під час спостереження у мікроскоп із збільшенням х50 мають розмір 5 см (за умови фіксування на плівці). Крім того, методом масштабування при друці фотографій дане зображення можна збільшити у 1,5-2 рази (в залежності від завдань). Фотографія частинки цеоліту представлена на рис. 2.1.
Рис. 2.1. Фотографія зерна клиноптилоліту.
Розміри частинки вимірювалися у двох взаємоперпендикулярних напрямках. Результати багаторазових вимірювань свідчать, що розміри є співрозмірними і відхилення від вказаних параметрів не перевищували 20%. Отже із певними допущеннями можна вважати, що зерна клиноптилоліту є сферичної форми.
2.1.2. Методи аналізу для визначення вмісту міді в розчині.
Для визначення вмісту йонів міді у фільтраті використовували об'ємний [70] та фотоколориметричний [71] методи аналізу. Такий вибір методів аналізу обумовлений поставленими в дисертаційній роботі метою та задачами досліджень.
Титрування трилоном Б за допомогою метал-індикатора мурексиду застосовували тоді, коли початкова концентрація модельного розчину становила 10 кг/м3, щоб пришвидшити встановлення результатів експериментів.
За умови титрування вміст йонів міді в клиноптилоліті обчислювали за відомою формулою [71]:
(2.1)
де Е - катіонообмінна ємність за даних умов, мг-екв/г цеоліту;
V - об'єм трилону Б, витраченого на титрування, мл;
N - нормальність титру;
m - молярна маса міді, m = 63,54 кг/кмоль;
y1 - об'єм фільтрату, взятого на аналіз, мл;
y2 - об'єм розведення, мл;
Mp - маса модельного розчину сульфату міді, кг;
Mц - маса зразку цеоліту, кг;
1000 - поправочний коефіцієнт;
63,54 - перерахунок на еквівалент міді.
Фотоколориметричний метод аналізу базується на утворенні комплексу міді із диетилдитіокарбаматом жовтого кольору. Вимірюють оптичну густину фільтрату в кюветах із товщиною шару 3 см при синьому світлофільтрі ( довжина хвилі = 430 нм) відносно холостого розчину порівняння. Метод використовувався тоді, коли початкова концентрація модельного розчину в експериментах становила 1 кг/м3 і для встановлення ізотерм сорбції.
Йонообмінну ємність цеолітвмісної породи обчислюють за формулою:
(2.2)
де gпоч - вміст Cu 2+ в аліквоті вихідного розчину, кг;
gкінц - вміст Cu 2+ в аліквоті фільтрату після сорбції, кг;
V - об'єм розчину сульфату міді, м3;
P - кратність розведення;
b - об'єм аліквоти, м3;
М - наважка зразку, кг;
31,77 - перерахунок на еквівалент міді.
Всі результати експериментальних досліджень представлені в розділі 3.
2.2. Дослідження процесу очищення води від катіонів міді в умовах ідеального перемішування.
Метою експериментів в апараті з мішалкою було визначення залежностей ступеня очищення розчину від фракційного складу породи, від наважки цеоліту, оптимального часу контакту породи із модельним розчином, впливу хімічних та фізичних факторів на сорбційну здатність клиноптилоліту тощо.
Модельний розчин сульфату міді для проведення досліджень готували шляхом додавання певної маси кристалогідрату CuSO4•5H2O у дистильовану воду.
1 м3 розчину містив в собі 10 або 1 кг йонів Cu2+.
2.2.1. Методика досліджень сорбційних властивостей клиноптилоліту Сокирницького родовища.
Дослідження сорбційних властивостей сокирницького клиноптилоліту проводили в термостатованому апараті з мішалкою в періодичному режимі. Схема експ