Preparazione di gesso ad elevata purezza e punto di bianco da fosfogesso per il sequestro minerale di CO2

Dec 16, 2023

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 4156 (2023) Citare questo articolo

576 accessi

1 Altmetrico

Dettagli sulle metriche

Il fosfogesso (PG) è un prodotto di scarto solido generato durante la produzione di acido fosforico con processo a umido. Varie impurità riducono considerevolmente la purezza, il bianco e il campo di applicazione del PG. Questo articolo analizza in dettaglio le proprietà fisiche del PG ed esamina sistematicamente il contenuto e la distribuzione delle impurità. Sulla base dei risultati ottenuti, viene proposto un processo semplice per la rimozione efficiente di quasi tutte le impurità nel PG. La purezza e il candore del gesso purificato (CaSO4) sono aumentati significativamente rispettivamente al 99% e al 92%. Sono stati poi analizzati la migrazione delle impurità e il bilancio materiale di questo processo. Ancora più importante, il gesso purificato ha mostrato un'elevata efficienza di sequestro della CO2 per il sequestro minerale della CO2, attraverso la quale è stato ottenuto un prodotto CaCO3 ad alto valore aggiunto.

Il fosfogesso (PG) è un prodotto di scarto solido industriale pericoloso proveniente dall'industria del fosfato umido1,2. La diffusa deposizione di quella polvere fine, di colore da grigio chiaro a grigio scuro, con un leggero odore e una forte acidità è stata associata a gravi problemi legati all'ambiente. Si stima che ogni anno nel mondo vengano generati più di 200 milioni di tonnellate di PG3. Il PG è composto principalmente da CaSO4·2H2O e impurità4. La presenza di queste impurità nel PG ne limita notevolmente l'applicazione. La purezza e il candore del PG sono rispettivamente solo dell'85% e del 50% circa. Migliorare la purezza e il candore del PG rimuovendo tali impurità conferirebbe proprietà ottiche intrinseche ideali e potrebbe essere utilizzato in sostituzione della risorsa di gesso naturale di alta qualità in continua diminuzione5.

I metodi attualmente applicati per la rimozione delle impurità dal fosfogesso eliminano principalmente l'influenza delle impurità di fosforo e fluoro sui materiali da costruzione in gesso6,7,8,9,10. Tuttavia, il fosfogesso viene prodotto prevalentemente nelle periferie, il che ne limita l'utilizzo più ampio o di fascia alta e la distanza di trasporto11. Infatti, il fosfogesso purificato (PPG), che sarebbe caratterizzato da elevata purezza e punto di bianco, avrebbe buone prospettive di applicazione. Esistono prove che questo gesso purificato (CaSO4) può essere utilizzato come additivo o modificatore nei polimeri, come il poli(cloruro di vinile) (PVC) e il polilattide12, come agente essiccante chimico di alta qualità utilizzato per la rimozione dell'umidità13 o come promettente trasportatore di ossigeno per la combustione a circuito chimico (CLC)14.

Negli ultimi anni, l’utilizzo del PG come materia prima per il sequestro minerale della CO2 ha suscitato un notevole interesse nella ricerca15,16. Il contenuto di ossido di calcio nel PG arriva fino al 32%, che è una buona materia prima per catturare la CO2. Il prodotto CaCO3 non solo ha una vasta gamma di applicazioni, ma può anche contribuire a ottenere uno stoccaggio permanente di CO2 con un basso rischio di rilevamento. Mentre le impurità presenti nel PG esercitano una grande influenza sulla qualità del prodotto carbonatato e riducono la conversione della carbonatazione17, il fosfogesso purificato è molto richiesto sia per la produzione di carbonato di calcio a valore aggiunto che per il sequestro minerale di CO2.

In questo lavoro sono state studiate le composizioni mineralogiche, le forme e la distribuzione delle impurità nel PG. Sulla base dei nostri risultati, proponiamo un metodo di rimozione delle impurità semplice ed efficiente che può essere utilizzato per rimuovere quasi tutte le impurità nel PG. Inoltre, sono state esaminate le proprietà fisiche del gesso purificato, è stato analizzato il meccanismo di migrazione delle impurità ed è stato stabilito il bilancio materiale di questo processo. Infine, il gesso purificato ottenuto è stato utilizzato per segregare la CO2, processo mediante il quale si è ottenuto carbonato di calcio con elevata purezza e punto di bianco. Inoltre, anche l’efficienza del sequestro della CO2 è stata notevolmente migliorata.

La materia prima PG utilizzata in questo studio è stata ottenuta da Sinochem Fuling Chemical Industry Co, Ltd. (Chongqing, Cina). Successivamente, la PG è stata essiccata a 40°C per 12 ore per rimuovere l'acqua adsorbita. È stato posto in un contenitore ermetico e conservato a temperatura ambiente fino a ulteriori analisi. Il gesso purificato è stato quindi filtrato, lavato successivamente con acqua deionizzata, essiccato a 80°C per 12 ore e posto in un contenitore ermetico. Il tributilfosfato (TBP) e l'acido solforico di grado analitico sono stati acquistati da Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd.