Materiali da riempimento ambientali a base di polvere di fosfogesso con ceneri da incenerimento di rifiuti solidi urbani

Jan 26, 2024

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 478 (2023) Citare questo articolo

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In questo documento viene preparato un nuovo materiale di riempimento per l'edilizia (NBFM) che utilizza fosfogesso e ceneri volanti per l'incenerimento dei rifiuti solidi urbani (MSWI). Gli effetti del dosaggio delle ceneri volanti MSWI e del pretrattamento con acqua di lavaggio delle ceneri volanti MSWI su proprietà meccaniche, tempo di presa, lisciviazione dei metalli, prodotti di idratazione e microstruttura di NBFM sono analizzati da una serie di studi sperimentali. I risultati indicano che le proprietà meccaniche, il tempo di presa e la densità della microinterfaccia di NBFM sono ottimali quando il dosaggio delle ceneri volanti MSWI è del 3%. Le proprietà meccaniche dell'NBFM aumentano e il tempo di condensazione e la concentrazione di lisciviazione dei metalli pesanti diminuiscono dopo il lavaggio delle ceneri volanti MSWI. Con l'aumento dell'età di indurimento, la lisciviazione degli elementi metallici di NBFM diminuisce e quando l'età di indurimento è di 7 giorni, l'effetto di solidificazione di NBFM sulla maggior parte degli elementi metallici soddisfa lo standard del codice cinese (GB5085.3-2007). Viene verificata la fattibilità delle ceneri volanti e del fosfogesso dell'MSWI come materiali di riempimento per l'ingegneria edile e viene spiegato anche il cambiamento delle proprietà macroscopiche dell'NBFM.

Il fosfogesso è uno dei sottoprodotti industriali della produzione di acido fosforico con processo a umido, che producendo una tonnellata di acido fosforico si possono ottenere 4-5 tonnellate di fosfogesso. La produzione annuale di fosfogesso dall'industria dei fertilizzanti al fosforo in tutto il mondo è di circa 300 milioni di tonnellate1. Una quantità di fosfogesso accumulata non solo occupa il terreno e inquina l’ambiente, ma anche i metalli pesanti presenti nel fosfogesso fluiscono nelle falde acquifere con l’acqua piovana, con conseguente inquinamento delle risorse idriche. Pertanto, l'utilizzo efficace del fosfogesso ha ricevuto ampia attenzione2,3,4,5.

I relativi studi sperimentali6,7,8 hanno dimostrato che il fosfogesso aveva proprietà autoconsolidanti. L'uso del fosfogesso per i materiali di riempimento è fattibile e ha un alto valore per la conservazione delle risorse naturali, la protezione dell'ambiente e lo sviluppo economico9,10,11. Per migliorare l'applicazione dei materiali di riempimento a base di fosfogesso (PFM) nell'ingegneria edile, alcuni studiosi si sono concentrati sul comportamento fisico dei PFM. Gu12 ha condotto un esperimento per studiare l'influenza del fosfogesso sul PFM. I risultati hanno rivelato che con l’aumento del contenuto di fosfogesso, aumenta la fluidità del PFM e aumenta il tempo di presa. Mashifana13 ha analizzato l'influenza del metodo di polimerizzazione e del contenuto di fosfogesso sul PFM. I risultati mostrano che la polimerizzazione ad alta temperatura può migliorare la resistenza del PFM e la resistenza del PFM è massima quando il contenuto di fosfogesso è del 30%. Jiang14 ha utilizzato il fosfogesso come legante per preparare il PFM. I risultati indicano che la resistenza alla compressione e alla flessione del PFM dopo 2 ore erano rispettivamente di 3,2 MPa e 1,6 MPa, che possono soddisfare lo standard di resistenza del codice cinese. Chen15 ha utilizzato il fosfogesso come materiale di base per preparare il PFM. È stata analizzata l'influenza del cemento, della polvere di silice e della calce viva sulla resistenza del PFM. I risultati hanno indicato che con l'attivazione del cemento Portland, della polvere di microsilice e della calce viva, la forza del PFM aumenta nella fase successiva e la forza del PFM era di 20 MPa a 28 giorni.

Le ceneri dell'incenerimento dei rifiuti solidi urbani (MSWI) sono rifiuti pericolosi16,17,18,19, con la rapida applicazione della tecnologia di incenerimento dei rifiuti, lo scarico delle ceneri MSWI in rapida crescita, ma la sicurezza della capacità delle ceneri MSWI della discarica non è sufficiente. Dopo la perdita del controllo normativo, gran parte dell’incenerimento delle ceneri dei rifiuti solidi urbani direttamente nell’ambiente contaminerebbe il suolo e le falde acquifere, comportando un enorme rischio di inquinamento per l’ambiente. Ceneri MSWI comprese le ceneri pesanti e le ceneri volanti. L’applicazione delle ceneri pesanti presenta grandi vantaggi economici e ambientali. Pertanto, Dou20 ha analizzato sperimentalmente le proprietà, i metodi di trattamento e lo stato di applicazione delle ceneri pesanti dei rifiuti solidi urbani. I risultati indicano che le ceneri pesanti MSWI come aggregato a bassa resistenza hanno un grande potenziale. Davinder21 ha discusso l'effetto del cemento e delle fibre sulla compattazione e sul comportamento di resistenza delle ceneri pesanti MSWI. I risultati mostrano che il peso unitario massimo secco delle ceneri pesanti diminuisce e il contenuto di umidità ottimale aumenta a causa dell'aggiunta di cemento e fibre. Inoltre, l’aggiunta di fibrina può ridurre la durezza delle ceneri pesanti MSWI. Jing22 ha studiato l'influenza dell'attivazione meccanica sulle caratteristiche della pasta di ceneri pesanti e cemento MSWI. I risultati dimostrano che l’attivazione meccanica ha aumentato significativamente la resistenza alla compressione della pasta di cemento e ceneri pesanti MSWI, che è aumentata del 14% quando il tempo di macinazione era di 30 minuti. Laura23 ha utilizzato un metodo avanzato di recupero a secco per separare i metalli non ferrosi e ferrosi dalle ceneri pesanti dei RSU e produrre prodotti aggregati con particelle di diverse dimensioni, il che è significativo per il riciclaggio delle ceneri pesanti dei RSU. Pravez24 utilizza ceneri pesanti e cemento provenienti dall'incenerimento dei rifiuti solidi urbani nella produzione di mattoni. I risultati hanno mostrato che i criteri minimi di assorbimento d’acqua e di resistenza minima alla compressione dei mattoni sono soddisfatti anche quando il cemento viene sostituito al 6% delle ceneri pesanti dei rifiuti solidi urbani.