AAS, XRPD, SEM/EDS, and ftir studies of the effect of calcite and magnesite on the uptake of Pb2+ and Zn2+ ions by natural kaolinite and clinoptilolite

Abstract

Öz Bu çalışmada, Pb2+ ve Zn2+ iyonlarının kaolinit ve klinoptilolit minerallerince tutulmasındaki kalsit ve magnezit etkisi çeşitli deneysel ortamlarda araştırılmıştır. XRPD, SEM/EDS, ve FTIR teknikleri kati örnekleri karakterize etmek için kullanılırken, her iki iyonun sıvı faz içindeki konsantrasyonu AAS kullanılarak ölçüldü. Bu çalışma saf kaolinit ve klinoptilolit üzerindeki kurşun ve çinkonun kinetik ve sorpsiyon izotermlerini de içermektedir. Ayrıca, farklı konsantrasyon ve pH koşullarında kurşun ve çinkonun sorpsiyon davranışları saf kalsit ve magnezit ile olan etMleşimine ek olarak, yüzde (kütle) 5,10, 25, ve 60 karbonat içeren klinoptilolit ve kaolinit kanşımları ile olan etkileşimi de araştırıldı. Oluşan çökelti morfolojisi, kurşun ve çinko iyonlarının sorpsiyonundan dolayı kalsit, magnezit, kaolinit ve klinoptilolitteki olası yapısal değişimi incelenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, kaolinit ve klinoptilolitin kurşuna karşı sorpsiyon afînitesi, çinkoya karşı olan afinitesinden daha büyüktür. Çalışılan deney koşullarında, kurşun ve çinko iyonlarının tutulma sırası magnezit> kalsh> klinoptilolit> kaolinit şeklinde saptanmıştır. Çinko ve kurşun iyonlarının başlangıç konsantrasyonları doygunluk koşullarına yükseltildiği zaman, serusit (PbC03) ve hidroserusit (Pb3(C03)2(OH)2) çökeltilerin hızlı bir büyüme gösterdiği gözlenmiştir. Magnezit ve kalsitin çözünürlüğünün artmasına neden olan başlangıç pH inin 10' a yükselmesi, hidrozinkitin çökmesinin artmasına ve serusit yerine hidroserusit formunun oluşmasına yol açmıştır. Zn2+ ve Pb2+ iyonlarının kalsit ve magnezit tarafından tutulması, karbonat gruplarının geometrisinin biraz değişmesine yol açmakta, buda titreşim bantlarını etkilemektedir.

ABSTRACT In this study, the effect of magnesite and calcite on Hie uptake of lead and zinc ions by mixtures of these carbonates with kaolinite and clinoptilolite was investigated at various loadings and mixture compositions. The concentration of both ions in the liquid phase was in measured using AAS, while XRPD, SEM/EDS, and FTIR techniques were used in characterizing the solid samples. The study included the determination of kinetics and sorption isotherms of lead and zinc on pure kaolinite and clinoptilolite. Moreover, the sorption behavior of lead and zinc at different concentrations and pH conditions was investigated on mixtures of calcite and magnesite with kaolinite and clinoptilolite at carbonate mass percentage compositions of 5, 10, 25, 60 in addition to pure calcite and magnesite. The morphologies of the formed precipitates, the plausible structural change in the lattice of calcite, magnesite, kaolinite, and clinoptilolite originating from sorption of lead and zinc ions was examined. According to obtained results, the sorption affinity of kaolinite and clinoptilolite towards lead is larger than their affinity towards zinc. Within the operating experimental conditions, the sorption capacity increased with increasing the amounts of calcite, and magnesite. The overall order of retention of lead and zinc was observed as magnesite > calcite> clinoptilolite> kaolinite under neutral and alkaline pH conditions and high loadings. When the initial concentration of zinc and lead ions is raised to saturation conditions, rapid overgrowth of cerussite and hydrozincite was observed. Increasing the initial pH to 10,0 caused enhancement in the dissolution of calcite and magnesite, leading to the enhancing the precipitation of hydrozincite, and an increased formation of hydrocerussite instead of cerussite. The uptake of Zn2+ and Pb2+ ions by calcite and magnesite have lead to modifying the geometry of the carbonate groups, the tiling reflected as variation in their vibrational bands.