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

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 478 (2023) Citar este artigo

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Um novo material de enchimento de construção (NBFM) usando fosfogesso e cinzas volantes de 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 pega, lixiviação de metal, produtos de hidratação e microestrutura do NBFM são analisados ​​por uma série de estudos experimentais. Os resultados indicam que as propriedades mecânicas, o tempo de pega e a densidade da microinterface do NBFM são ideais quando a dosagem de cinzas volantes 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 das cinzas volantes e do fosfogesso MSWI como materiais de enchimento para engenharia de construção é verificada, e a mudança nas propriedades macroscópicas do NBFM também é explicada.

O fosfogesso é um dos subprodutos industriais da produção de ácido fosfórico por processo úmido, e a produção de uma tonelada de ácido fosfórico pode gerar de 4 a 5 toneladas de fosfogesso. A produção anual de fosfogesso proveniente 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 ​​do fosfogesso fluirão para as águas subterrâneas com a água da chuva, resultando na poluição dos recursos hídricos. Assim, a utilização eficaz do fosfogesso tem recebido ampla atenção2,3,4,5.

Os estudos experimentais relevantes6,7,8 demonstraram que o fosfogesso apresentava propriedades autoconsolidantes. O uso do fosfogesso para materiais de preenchimento é viável e tem alto valor para conservação de recursos naturais, proteção ambiental e desenvolvimento econômico9,10,11. Para melhorar a aplicação de materiais de enchimento de fosfogesso (PFM) na engenharia de construção, alguns estudiosos se concentraram no comportamento físico do PFM. Gu12 conduziu um experimento para estudar a influência do fosfogesso na MAP. 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 do teor de fosfogesso na FP. 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 PFM. Os resultados indicam que a resistência à compressão e a resistência 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 utilizou fosfogesso como material de base para preparar PFM. Foi analisada a influência do cimento, do pó de sílica e da cal viva na resistência dos FFP. Os resultados indicaram que sob a ativação de cimento Portland, pó de microssílica e cal viva, a resistência do PFM aumenta na fase posterior, e a resistência do PFM foi de 20 MPa aos 28 dias.

As cinzas da incineração de resíduos sólidos municipais (RSU) são resíduos perigosos16,17,18,19, com a rápida aplicação da tecnologia de incineração de resíduos, a descarga de cinzas de RSU está em rápido crescimento, mas a segurança do aterro de capacidade de cinzas de RSU não é suficiente. Após a perda do controle regulatório, grande parte da incineração dos RSU diretamente no meio ambiente contaminaria o solo e as águas subterrâneas, trazendo enorme risco de poluição ao meio ambiente. Cinzas MSWI incluindo cinzas pesadas e cinzas volantes. A aplicação de cinzas residuais traz grandes benefícios económicos e ambientais. Portanto, Dou20 analisou as propriedades, métodos de tratamento e status de aplicação das cinzas pesadas do MSWI por experimento. Os resultados indicam que a cinza pesada MSWI como 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 pesadas do MSWI. Os resultados mostram que o peso unitário seco máximo das cinzas pesadas diminui e o teor ótimo de umidade 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 de cimento-cinza residual MSWI. Os resultados demonstram que a ativação mecânica aumentou significativamente a resistência à compressão da pasta de cimento-cinza 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 de RSU e produzir produtos agregados com diferentes tamanhos de partículas, o que é significativo para a reciclagem de cinzas residuais de RSU. Pravez24 utiliza cinza pesada e cimento provenientes da incineração de resíduos sólidos urbanos na fabricação de tijolos. Os resultados mostraram que os critérios de mínima absorção de água e resistência mínima à compressão dos tijolos também são satisfeitos quando o cimento é substituído por 6% de cinza pesada do RSU.