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Keywords:

  • apatite;
  • heavy metal removal;
  • neutralization;
  • acid mine waste water;
  • and macro-kinetic mechanism

Abstract

The influence of the apatite on the efficiency of neutralization and on heavy metal removal of acid mine waste water has been studied. The analysis of the treated waste water samples with apatite has shown an advanced purification, the concentration of the heavy metals after the treatment of the waste water with apatite being 25 to 1000 times less than the Maximum Concentration Limits admitted by European Norms (NTPA 001/2005). In order to establish the macro-kinetic mechanism in the neutralization process, the activation energy, Ea, and the kinetic parameters, rate coefficient of reaction, kr, and kt were determined from the experimental results obtained in “ceramic ball-mill” reactor. The obtained values of the activation energy Ea >> 42 kJ mol−1 (e.g. Ea = 115.50 ± 7.50 kJ mol−1 for a conversion of sulphuric acid ηH2SO4 = 0.05, Ea = 60.90 ± 9.50 kJ mol−1 for ηH2SO4 = 0.10 and Ea = 55.75 ± 10.45 kJ mol-1 for ηH2SO4 = 0.15) suggest that up to a conversion of H2SO4 equal 0.15 the global process is controlled by the transformation process, adsorption followed by reaction, which means surface-controlled reactions. At a conversion of sulphuric acid ηH2SO4 > 0.15, the obtained values of activation energy Ea < 42 kJ mol-1 (e.g. Ea = 37.55 ± 4.05 kJ mol-1 for ηH2SO4 = 0.2, Ea = 37.54 ± 2.54 kJ mol-1 for ηH2SO4 = 0.3 and Ea = 37.44 ± 2.90 kJ mol-1 for ηH2SO4 = 0.4) indicate diffusion-controlled processes. This means a combined process model, which involves the transfer in the liquid phase followed by the chemical reaction at the surface of the solid. Kinetic parameters as rate coefficient of reaction, kr with values ranging from (5.02 ± 1.62) 10-4 to (8.00 ± 1.55) 10-4 (s-1) and transfer coefficient, kt, ranging from (8.40 ± 0.50) 10-5 to (10.42 ± 0.65) 10-5 (m s-1) were determined.

On a étudié l'influence de l'apatite sur l'efficacité de neutralisation et le retrait de métaux lourds de l'eau usée de mines acides. L'analyse des échantillons d'eaux usées traitées par l'apatite montre une purification avancée, la concentration de métaux lourds avec le traitement de l'eau usée par l'apatite étant de 25 à 1000 fois moindre que les limites de concentration maximales admises par les normes européennes (NTPA 001/2005). Afin d'établir le mécanisme macro-cinétique dans le procédé de neutralisation, l'énergie d'activation, Ea, le coefficient de vitesse de réaction des paramètres cinétiques, kr, et le coefficient de transfert, kt, ont été déterminés à partir des résultats expérimentaux obtenus dans un réacteur «broyeurs à boulets en c?ramique?. Les valeurs obtenues pour l'?nergie d'activation Ea > > 42 kJ mol-1 (p. ex., Ea = 115,50 ± 7,50 kJ/mol-1 pour la conversion de ηH2SO4 0,05, Ea = 60,90 ± 9,50 kJ/mol-1 pour la conversion de ηH2SO4 0,10 et Ea 55,75 ± 10,45 kJ mol-1 pour las conversion de ηH2SO4 0,15), sugg?rent que jusqu'? une conversion de ηH2SO4 ?gale ? 0,15, le d?veloppement de proc?d? important est le proc?d? de transformation, l'adsorption, suivi par la r?action, qui correspond ? des r?actions contr?l?es ? la surface. ? une conversion de ηH2SO4 > 0,15, les valeurs obtenues pour l'?nergie d'activation Ea < 42 kJ/mol-1 (p. ex, Ea = 37,55 ± 4,05 kJ/mol-1 pour la conversion de ηH2SO4 0,2, Ea = 37,54 ± 2,54 kJ/mol-1 pour la conversion de ηH2SO4 0,3 et Ea = 37,44 ± 2,90 kJ/mol-1 pour la conversion de ηH2SO40,4) ce qui correspond ? des proc?d?s contr?l?s par la diffusion. Il s'agit donc d'un mod?le de proc?d?s combin?s, qui implique le transfert dans la phase liquide suivi d'une r?action chimique ? la surface du solide. Les param?tres cin?tiques comme le coefficient de vitesse de r?action (kr) avec des valeurs comprises entre (5,02 ± 1,62) 10-4 et (8,00 ± 1,55) 10-4 (s-1) et le coefficient de transfert (kt) compris entre (8,40 ± 0,50)10-5 et (10,42 ± 0,65) 10-5 (m/s-1), ont ?t? d?termin?s.