用于處理水中的氧離子污染的淤漿的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于處理水中的氧離子污染的淤漿。所述淤漿包括：可膨脹的膨潤(rùn)土，具有至少0.5%的一氧化二鈉形式的鈉；所述膨潤(rùn)土具有或被處理成具有超過3.00%的一氧化二鈉形式的鈉的鈉含量，以提供鈉活化的膨潤(rùn)土；所述鈉活化的膨潤(rùn)土用選自鑭、鈰、釔和鏑的稀土元素鹽處理以提供在鈉膨潤(rùn)土內(nèi)部的或與鈉膨潤(rùn)土結(jié)合的多個(gè)活性的螯合位點(diǎn)。
【專利說明】用于處理水中的氧離子污染的淤漿
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于處理水中的氧離子污染的淤漿。本發(fā)明特別地適合處理大的水域(large bodies of water)中的氧離子污染，即具有千米范圍及以上的規(guī)模(demension)的水域，其在下文更詳細(xì)地描述。然而，本發(fā)明不限于這些水域。本發(fā)明是對(duì)美國(guó)專利第6350383號(hào)描述的淤漿的改進(jìn)，但不被視為限于此基礎(chǔ)。
【背景技術(shù)】
[0002]天然和人工產(chǎn)生的水域的富養(yǎng)化有時(shí)導(dǎo)致缺氧到這樣的程度:這些水域內(nèi)和周圍的植物群和動(dòng)物群的條件被不利地影響。在一些條件下，細(xì)菌和/或藻類的中毒發(fā)展(bloom)能夠茂盛(flourish)，致使水及其周圍的環(huán)境不適于居住，并且有時(shí)導(dǎo)致發(fā)出不悅的氣味。應(yīng)當(dāng)理解水中缺氧或低氧不一定由富養(yǎng)化引起。然而，在許多情況下水和沉積物的補(bǔ)救可以通過除去傾向于富養(yǎng)化的水中的環(huán)境氧離子實(shí)現(xiàn)。
[0003]上文提到的美國(guó)專利中描述的補(bǔ)救材料在處理受影響的水和/或它們的水底沉積物中已經(jīng)是有效的。那篇專利中的教導(dǎo)提供寬范圍的材料，所述材料在功效、生產(chǎn)成本和難度方面顯著地不同。現(xiàn)有技術(shù)的材料具有的顯著的困難在于運(yùn)輸困難，因?yàn)檠a(bǔ)救材料是淤漿，其運(yùn)輸涉及相當(dāng)大體積的水(該專利中描述的改進(jìn)的粘土材料懸浮在其中)。
[0004]對(duì)于較小的水域，根據(jù)我們的新加坡專利第125432號(hào)中描述的發(fā)明將補(bǔ)救材料制粒已經(jīng)是有優(yōu)勢(shì)的。對(duì)于大的水域，在水域的岸上或附近生產(chǎn)補(bǔ)救材料，從水域抽水以提供淤漿的水相可能是方便的。在本說明書中，除非上下文另外指出，大的水域指大小足以證明現(xiàn)場(chǎng)即在水域的岸上或附近生產(chǎn)淤漿合理的水域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的淤漿利用膨潤(rùn)土或蒙脫石粘土，其命名在本領(lǐng)域中變化，以及用于粘土材料的其它術(shù)語例如綠土和類似物也如此。本發(fā)明中受關(guān)注的粘土具有在水中的膨脹性和高的陽離子交換能力(CEC)的性質(zhì)。粘土的結(jié)構(gòu)包括四面體片和八面體片。受關(guān)注的粘土的組成包括不同比例的這種片以及石英類材料的微粒并且取決于粘土的來源而不同。在本說明書中，除非上下文另外說明，術(shù)語膨潤(rùn)土指天然產(chǎn)生的膨潤(rùn)土(其受鈉活化作用)和鈉改性的膨潤(rùn)土。在本說明書中，除非上下文另外說明，術(shù)語水中的氧離子污染理解為包括同樣地污染的水下沉積物中的氧離子污染。
[0006]本發(fā)明旨在提供用于處理水中氧離子污染的淤漿，該淤漿緩和前文提及的問題中的一個(gè)或多個(gè)，或提供對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的補(bǔ)救材料的改進(jìn)或可選方案。從以下描述，本發(fā)明的其它目的和優(yōu)勢(shì)可能變得明顯。
[0007]考慮到前述，在一方面，本發(fā)明主要地在于用于處理水中氧離子污染的淤漿，所述淤漿包括:
可膨脹的膨潤(rùn)土，其具有至少0.5%的一氧化二鈉形式的鈉； 所述膨潤(rùn)土具有或被處理成具有超過3.00%的一氧化二鈉形式的鈉的鈉含量，以提供鈉活化的膨潤(rùn)土；
所述鈉活化的膨潤(rùn)土用選自鑭、鈰、釔和鏑的稀土元素鹽處理以提供在鈉膨潤(rùn)土內(nèi)部的或與鈉膨潤(rùn)土結(jié)合的多個(gè)活性的螯合位點(diǎn)。
[0008]在另一方面，本發(fā)明主要在于生產(chǎn)用于處理水中氧離子污染的淤漿的方法，所述方法包括:
從具有至少0.50%的一氧化二鈉形式的鈉的膨潤(rùn)土中選擇可膨脹的粘土 ；
進(jìn)一步選擇或處理所述膨潤(rùn)土以具有超過3.00%的一氧化二鈉形式的鈉的鈉含量以提供鈉活化的膨潤(rùn)土；
用選自鑭、鈰、釔和鏑的稀土元素鹽處理所述鈉活化的膨潤(rùn)土以提供鈉膨潤(rùn)土內(nèi)部的或與鈉膨潤(rùn)土結(jié)合的多個(gè)活性的螯合位點(diǎn)。
[0009]優(yōu)選地，所述稀土元素鹽是鑭和鈰，原因在于與其它稀土元素的鹽相比，它們的可獲得性、低毒性和性能。鑭是更優(yōu)選的，原因在于其可獲得性和在以磷酸鑭(LaPO4)的形式提供磷酸鹽的螯合中的性能。
[0010]螯合位點(diǎn)可呈這樣的形式:螯合位點(diǎn)允許與磷酸鹽形成磷鑭鐠礦的(rhabdophanic)或類似類型的結(jié)構(gòu)，由此形成稀土元素磷酸鹽絡(luò)合物以有效地螯合來自被這些磷酸鹽污染的水或沉積物的磷酸鹽氧離子。
[0011]鈉活化的膨潤(rùn)土可以通過使至少一些其中存在的二價(jià)的堿土陽離子(例如鈣和鎂)與鈉陽離子交換來制備。優(yōu)選地，鈉陽離子源是碳酸鈉。如果碳酸鈉作為蘇打灰提供，優(yōu)選地，蘇打灰具有低的碳酸氫鹽含量。鈉`活化的膨潤(rùn)土可以被認(rèn)為是鈉活化的鈣膨潤(rùn)土，其中鈉陽離子在蒙脫石和相關(guān)的綠土(已知為2:1型頁硅酸鹽)的可交換的位置。然而，膨潤(rùn)土或鈉活化的膨潤(rùn)土不限于本發(fā)明淤漿的規(guī)定(provision)中的這些形式。
【具體實(shí)施方式】
[0012]為了本發(fā)明可以更易于理解并且進(jìn)入實(shí)際效果，現(xiàn)在將參考以下實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式進(jìn)行描述:
實(shí)施例1
通過獲得來自Wyoming USA和中國(guó)的粗的膨潤(rùn)土的樣品制備本發(fā)明淤漿，該樣品在用XRF測(cè)試時(shí)顯示了最適合鈉活化的主要的和次要的元素組成的性質(zhì)。
[0013]首先將一 kg的粗的膨潤(rùn)土用手碾碎并放入實(shí)驗(yàn)室研糊混合器中，向其加入碳酸鈉溶液，碳酸鈉溶液給予超過3.00%的一氧化二鈉形式的鈉的鈉含量和35%的水分含量。
[0014]將產(chǎn)生的混合物研糊直到獲得一致的質(zhì)地，其中膨潤(rùn)土被碳酸鈉溶液充分地濕潤(rùn)并與其混合。研糊工藝降低了膨潤(rùn)土的粒度以使用于暴露于碳酸鈉的可獲得的表面積最大化，由此將鈉與膨潤(rùn)土的陽離子交換最大化。然后將混合物進(jìn)料至具有4_孔板的50_的螺桿擠出機(jī)，其在混合物作為擠出物離開時(shí)提供進(jìn)一步的混合和剪切力。
[0015]將擠出物放在不透氣的容器中并允許反應(yīng)至多30天的一段時(shí)間，之后將其在105°C的溫度下干燥24小時(shí)。使干燥的鈉活化的膨潤(rùn)土在磨盤式碾磨機(jī)(plate attritionmill)中粉碎至> 80%通過75Mm篩，< 3%保留200Mm篩的顆粒大小。
[0016]通過將135克的氯化鑭加到4升的去離子水中并在懸式旋渦混合器(overheadvortex mixer)中以低速混合直到溶解來制備淤漿。溶解之后，將Ikg的膨潤(rùn)土逐漸地加到溶液中直到完全濕潤(rùn)。然后將混合器速度增加到1500RPM，持續(xù)4小時(shí)的階段以實(shí)現(xiàn)鑭與鈉的交換。然后測(cè)試制備的淤漿的磷酸鹽螯合。將兩升的去離子水(具有加入的試劑級(jí)的正磷酸二氫鉀(KH2PO4)以給予Ippm PO4 (作為P)的磷酸鹽源)、1.8克的制備的淤漿加到磷酸鹽測(cè)試水中，攪拌2分鐘并允許沉降3小時(shí)到24小時(shí)。發(fā)現(xiàn)磷酸鹽已從測(cè)試水中除去。
[0017]用于本發(fā)明游衆(zhòng)的膨潤(rùn)土可以通過域指示劑(field indicator)例如顏色、阜滑性和在水中的自由膨脹率被選擇為適合的。為了與作為適合鈉活化的預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)一致，可以將如此選擇的膨潤(rùn)土通過X射線熒光(XRF)分析進(jìn)一步選擇。將粗的膨潤(rùn)土歸類到> 50mm的并研磨并與預(yù)定量的鈉灰水溶液混合。產(chǎn)生的混合物具有約35%的水分含量，然后將混合物進(jìn)料至擠出機(jī)。擠出機(jī)具有用于在高剪切和高壓力下混合材料的混合螺桿(flight)以實(shí)現(xiàn)膨潤(rùn)土與蘇打灰之間的密切接觸，水分含量足以提供用于與膨潤(rùn)土的二價(jià)陽離子交換的鈉陽離子的離解(dissociation )。
[0018]膨潤(rùn)土部分地通過混合器擠出過程活化，在適合的條件下貯存擠出的膨潤(rùn)土以保持其水分含量成熟(mature)，通常持續(xù)約30天，以允許鈉活化基本上完成，隨后進(jìn)行鈉活化的膨潤(rùn)土的測(cè)試以保證其具有3.00%的一氧化二鈉形式的最低鈉含量。膨潤(rùn)土的分析可以包括將水溶性的鈣和鎂含量確定為鈉活化過程的有效性和完成的直接指示劑。
[0019]用于確定鈉活化過程的完成的測(cè)試方案可以如下所列:
Ca) 總硬度-鎂離子確定；
(b) 可溶性鈣離子確定(滴定方法)；
(C) 堿度；和
Cd) 可溶性鈉含量(鹽濃度)。
[0020]本發(fā)明用于處理水中氧離`子污染的淤漿可以通過以下來制備:用溶解在水中的4%碳酸鈉溶液處理來源于例如Wyoming和中國(guó)的膨潤(rùn)土以提供鈉活化的膨潤(rùn)土 (具有3%量的一氧化二鈉形式的鈉含量)，并且然后用12%氯化鑭處理以提供具有在水中的25%的固體含量的淤漿。
[0021]針對(duì)其被選擇用于的任務(wù)(B卩，為了稀土金屬元素與膨潤(rùn)土的可交換的陽離子的置換)的適合性選擇膨潤(rùn)土?？梢允褂脕碜云渲醒蹼x子污染將被處理的位置的水制備淤漿。淤漿可以船或類似方式運(yùn)輸用于通過直接注入到不同深度的水柱中，注入到沉積物/水柱界面的區(qū)域和表面噴射到待處理的水中來分配。
[0022]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明不限于具體的實(shí)施例和本文描述的應(yīng)用。
【權(quán)利要求】
1.一種用于處理水中氧離子污染的淤漿，所述淤漿包括: 可膨脹的膨潤(rùn)土，其具有至少0.5%的一氧化二鈉形式的鈉； 所述膨潤(rùn)土具有或被處理成具有超過3.00%的一氧化二鈉形式的鈉的鈉含量，以提供鈉活化的膨潤(rùn)土； 所述鈉活化的膨潤(rùn)土用選自鑭、鈰、釔和鏑的稀土元素鹽處理，以提供在鈉膨潤(rùn)土內(nèi)部的或與鈉膨潤(rùn)土結(jié)合的多個(gè)活 性的螯合位點(diǎn)。
【文檔編號(hào)】C02F1/42GK103880140SQ201310093981
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2013年3月22日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月21日
【發(fā)明者】A.E.韋恩克斯 申請(qǐng)人:福斯洛克股份有限公司