Materiais de enchimento ambiental à base de pó de fosfogesso com cinzas de incineração de resíduos sólidos urbanos

May 26, 2023

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 478 (2023) Citar este artigo

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Um novo material de enchimento de construção (NBFM) usando cinzas volantes de fosfogesso e incineração de resíduos sólidos municipais (MSWI) é preparado neste artigo. Os efeitos da dosagem de cinzas volantes MSWI e do pré-tratamento de lavagem com água de cinzas volantes MSWI nas propriedades mecânicas, tempo de presa, lixiviação de metal, produtos de hidratação e microestrutura de NBFM são analisados ​​por uma série de estudos experimentais. Os resultados indicam que as propriedades mecânicas, o tempo de presa e a densidade da microinterface do NBFM são ótimos quando a dosagem de cinza volante do MSWI é de 3%. As propriedades mecânicas do NBFM aumentam e o tempo de condensação e a concentração de lixiviação de metais pesados ​​diminuem após a lavagem das cinzas volantes do MSWI. Com o aumento da idade de cura, a lixiviação do elemento metálico do NBFM diminui e, quando a idade de cura é de 7 dias, o efeito de solidificação do NBFM na maioria dos elementos metálicos atende ao padrão do código chinês (GB5085.3-2007). A viabilidade de cinza volante MSWI e fosfogesso como materiais de enchimento para engenharia de construção é verificada, e a mudança de propriedades macroscópicas de NBFM também é explicada.

O fosfogesso é um dos subprodutos industriais da produção de ácido fosfórico por processo úmido, que produzir uma tonelada de ácido fosfórico pode trazer de 4 a 5 toneladas de fosfogesso. A produção anual de fosfogesso da indústria de fertilizantes fosfatados em todo o mundo é de cerca de 300 milhões de toneladas1. Uma quantidade de fosfogesso acumulado não só ocupa a terra e polui o meio ambiente, mas também os metais pesados ​​no fosfogesso irão fluir para as águas subterrâneas com a água da chuva, resultando em poluição dos recursos hídricos. Assim, a utilização efetiva de fosfogesso tem recebido ampla atenção2,3,4,5.

Os estudos experimentais relevantes6,7,8 mostraram que o fosfogesso tinha propriedades autoconsolidantes. O uso do fosfogesso como material obturador é viável e tem alto valor para a conservação dos recursos naturais, proteção ambiental e desenvolvimento econômico9,10,11. Para melhorar a aplicação de materiais de preenchimento de fosfogesso (PFM) na engenharia de construção, alguns estudiosos se concentraram no comportamento físico do PFM. Gu12 realizou um experimento para estudar a influência do fosfogesso na GFP. Os resultados revelaram que com o aumento do teor de fosfogesso, a fluidez do PFM aumenta e o tempo de pega aumenta. Mashifana13 analisou a influência do método de cura e teor de fosfogesso na GFP. Os resultados mostram que a cura em alta temperatura pode melhorar a resistência do PFM, e a resistência do PFM é maior quando o teor de fosfogesso é de 30%. Jiang14 usou fosfogesso como aglutinante para preparar o PFM. Os resultados indicam que a resistência à compressão e à flexão do PFM após 2 h foram de 3,2 MPa e 1,6 MPa, respectivamente, o que pode atender ao padrão de resistência do código chinês. Chen15 usou fosfogesso como material de base para preparar o PFM. A influência do cimento, pó de sílica e cal virgem na resistência do PFM foi analisada. Os resultados indicaram que sob a ativação de cimento Portland, pó de microssílica e cal virgem, a resistência do PFM aumenta na fase posterior, e a resistência do PFM foi de 20 MPa aos 28 dias.

A cinza de incineração de resíduos sólidos municipais (MSWI) é um resíduo perigoso16,17,18,19, com a rápida aplicação da tecnologia de incineração de resíduos, a descarga de cinzas de MSWI em rápido crescimento, mas a segurança do aterro de capacidade de cinzas de MSW não é suficiente. Após a perda do controle da regulamentação, grande parte da incineração das cinzas do MSWI diretamente no meio ambiente contaminaria o solo e as águas subterrâneas, trazendo um enorme risco de poluição ao meio ambiente. Cinza MSWI incluindo cinzas de fundo e cinzas volantes. A aplicação de cinzas pesadas traz grandes benefícios econômicos e ambientais. Portanto, Dou20 analisou as propriedades, métodos de tratamento e status de aplicação das cinzas residuais do MSWI por experimento. Os resultados indicam que a cinza residual do MSWI como um agregado de baixa resistência tem grande potencial. Davinder21 discutiu o efeito do cimento e da fibra na compactação e no comportamento de resistência das cinzas residuais do MSWI. Os resultados mostram que o peso unitário seco máximo das cinzas de fundo diminui e o teor de umidade ótimo aumenta devido à adição de cimento e fibra. Além disso, a adição de fibrina pode reduzir a dureza das cinzas residuais do MSWI. Jing22 investigou a influência da ativação mecânica nas características da pasta cimento-cinza de fundo MSWI. Os resultados demonstram que a ativação mecânica aumentou significativamente a resistência à compressão da pasta de cinza de cimento MSWI, que aumentou 14% quando o tempo de moagem foi de 30 min. Laura23 usou um método avançado de recuperação a seco para separar metais não ferrosos e ferrosos das cinzas residuais do MSWI e produzir produtos agregados com diferentes tamanhos de partícula, o que é significativo para a reciclagem das cinzas residuais do MSWI. A Pravez24 utiliza cinzas residuais e cimento proveniente da incineração de resíduos sólidos urbanos no fabrico de tijolos. Os resultados mostraram que os critérios mínimos de absorção de água e resistência mínima à compressão dos tijolos também são satisfeitos quando o cimento é substituído por 6% das cinzas residuais do RSU.