Preparação de gesso com alta pureza e alvura a partir de fosfogesso para sequestro mineral de CO2

Dec 16, 2023

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 4156 (2023) Citar este artigo

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O fosfogesso (PG) é um resíduo sólido gerado durante a produção de ácido fosfórico por processo úmido. Várias impurezas reduzem consideravelmente a pureza, a brancura e a faixa de aplicação do PG. Este artigo analisa detalhadamente as propriedades físicas do PG e examina sistematicamente o conteúdo e a distribuição de impurezas. Com base nos resultados obtidos, é proposto um processo simples para a remoção eficiente de quase todas as impurezas no PG. A pureza e a brancura do gesso purificado (CaSO4) aumentaram significativamente para 99% e 92%, respectivamente. A migração de impurezas e o balanço de material desse processo foram então analisados. Mais importante ainda, o gesso purificado apresentou alta eficiência de sequestro de CO2 para o sequestro de CO2 mineral, através do qual foi obtido um produto CaCO3 de alto valor agregado.

O fosfogesso (PG) é um resíduo sólido industrial perigoso da indústria de fosfato úmido1,2. A deposição generalizada desse pó fino, cinza claro a escuro, de leve odor e forte acidez tem sido associada a sérios problemas ambientais. Estima-se que mais de 200 milhões de toneladas de PG sejam geradas a cada ano no mundo3. O PG é composto principalmente por CaSO4·2H2O e impurezas4. A presença dessas impurezas no PG limita significativamente sua aplicação. A pureza e a brancura do PG são apenas aproximadamente 85% e 50%, respectivamente. Melhorar a pureza e a brancura do PG removendo tais impurezas conferiria propriedades óticas inerentes ideais e pode ser usado como um substituto para o recurso de gesso natural de alta qualidade, cada vez menor5.

Os métodos atualmente aplicados para remoção de impurezas do gesso eliminam principalmente a influência das impurezas de fósforo e flúor nos materiais de construção de gesso6,7,8,9,10. No entanto, o fosfogesso é produzido predominantemente nos subúrbios, o que limita sua utilização mais ampla ou de ponta e a distância de transporte11. De fato, o fosfogesso purificado (PPG), que seria caracterizado por alta pureza e brancura, teria boas perspectivas de aplicação. Existem evidências de que esse gesso purificado (CaSO4) pode ser usado como aditivo ou modificador em polímeros, como poli(cloreto de vinila) (PVC) e polilactídeo12, como um agente de secagem químico de alta qualidade utilizado para remoção de umidade13, ou como um promissor transportador de oxigênio para combustão em circuito químico (CLC)14.

Nos últimos anos, o uso do PG como matéria-prima para o sequestro de minerais de CO2 tem atraído grande interesse de pesquisa15,16. O teor de óxido de cálcio no PG chega a 32%, o que é uma boa matéria-prima para capturar CO2. O produto CaCO3 não só tem uma ampla gama de aplicações, mas também pode contribuir para o armazenamento permanente de CO2 com baixo risco de detecção. Enquanto as impurezas no PG exercem uma grande influência na qualidade do produto carbonatado e diminuem a conversão de carbonatação17, o fosfogesso purificado é muito procurado tanto para a produção de carbonato de cálcio de valor agregado quanto para o sequestro mineral de CO2.

Neste trabalho, foram estudadas as composições mineralógicas, formas e distribuição das impurezas no PG. Com base em nossos resultados, propomos um método de remoção de impurezas simples e eficiente que pode ser usado para remover quase todas as impurezas no PG. Além disso, as propriedades físicas do gesso purificado foram examinadas, o mecanismo de migração de impurezas foi analisado e o balanço material desse processo foi estabelecido. Por fim, o gesso purificado obtido foi utilizado para segregar CO2, processo pelo qual se obteve carbonato de cálcio com alta pureza e alvura. Além disso, a eficiência do sequestro de CO2 também foi consideravelmente melhorada.

A matéria-prima de PG utilizada neste estudo foi obtida da Sinochem Fuling Chemical Industry Co, Ltd. (Chongqing, China). Após isso, o PG foi seco a 40 °C por 12 h para remover a água adsorvida. Foi colocado em um recipiente hermético e armazenado em temperatura ambiente até análise posterior. O gesso purificado foi então filtrado, lavado sucessivamente com água deionizada, seco a 80 °C por 12 h e colocado em recipiente hermético. O tributil fosfato de grau analítico (TBP) e o ácido sulfúrico foram adquiridos da Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd.