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Sep 21, 2023

Rimozione dei metalli pesanti dalle ceneri volanti MSS mediante trattamenti termici e clorazione

Scientific Reports volume 5,

Scientific Reports volume 5, numero articolo: 17270 (2015) Citare questo articolo

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Una ritrattazione di questo articolo è stata pubblicata il 16 gennaio 2017

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Il comportamento termico dei metalli pesanti nel coincenerimento delle ceneri volanti dell'inceneritore di fanghi solidi urbani (ceneri volanti MSS) è stato studiato utilizzando un forno tubolare su scala di laboratorio. I risultati indicano che senza l'aggiunta di agenti clorurati, la temperatura era un parametro importante e aveva influenzato significativamente la rimozione dei metalli pesanti, mentre il tempo di residenza aveva un effetto debole. Tra 900 e 1000 °C per 60-300 minuti, i metalli pesanti hanno reagito con il cloruro presente nelle ceneri volanti e circa dall'80 all'89% di Pb, dal 48% al 56% di Cd, dal 27% al 36% di Zn e il 6% al 24% di Cu è stato rimosso. Dopo l'aggiunta di agenti clorurati, la velocità di evaporazione dei metalli pesanti è migliorata notevolmente, laddove la velocità di evaporazione di Cu e Zn era maggiore di quella di Pb e Cd. All’aumentare della quantità di agenti clorurati aggiunti, aumentava anche la velocità di rimozione dei metalli pesanti. Tuttavia, l'effetto del tipo di agente clorurante sulla clorazione dei metalli pesanti differiva notevolmente, dove NaCl aveva l'effetto più debole sulla velocità di rimozione di Cu, Cd e Zn. In termini di recupero delle risorse e decontaminazione, MgCl2 e CaCl2 sono le scelte migliori grazie alla loro efficiente rimozione di Zn.

La produzione di fanghi di depurazione è in rapido aumento e il loro trattamento ha attirato notevole attenzione negli ultimi anni1. Rispetto alla discarica e all'uso agricolo, l'incenerimento è preferito per lo smaltimento rapido, la riduzione di grandi volumi e peso e il recupero di energia2. In Cina, la co-combustione di fanghi e rifiuti solidi urbani (RSU) o carbone per la produzione di energia sta diventando il metodo principale di incenerimento dei fanghi a causa del numero di impianti di incenerimento disponibili dotati di attrezzature avanzate3. Tuttavia, durante questo processo, la quantità di residui di incenerimento prodotti, che includono ceneri pesanti e ceneri volanti, può raggiungere il 10% in peso della massa totale della materia prima e contenere grandi quantità di metalli pesanti4.

Esistono molti processi brevettati riguardanti lo smaltimento o l'utilizzo di questi residui di incenerimento, in particolare per lo smaltimento delle ceneri volanti. Questi processi possono essere classificati come segue5: (1) ceneri volanti miscelate con un legante (ad esempio, inertizzazione in una matrice cementizia); (2) ceneri volanti trattate idrometallurgicamente per la rimozione dei metalli pesanti e (3) ceneri volanti trattate termicamente con l'obiettivo dell'inertizzazione e/o della rimozione dei metalli pesanti (ad esempio, fusione o sinterizzazione). Tuttavia, molti di questi processi presentano degli svantaggi. Utilizzando il primo metodo come esempio, una volta che le ceneri volanti si sono indurite in una matrice cementizia, i metalli pesanti vengono diluiti. Pertanto, è più difficile e costoso recuperare i metalli in una fase successiva. Inoltre, il legame dei metalli pesanti (idraulicamente in una matrice cementizia o dopo fusione sotto forma di vetro) non significa immobilizzazione completa6. Pertanto, la separazione dei metalli pesanti dalle ceneri volanti sta diventando importante come fonte di recupero dei metalli o come mezzo per ridurne i potenziali pericoli.

È auspicabile un processo in grado di rimuovere i metalli pesanti prima dello smaltimento in discarica7,8,9, in particolare se questo processo potesse simultaneamente recuperare i metalli pesanti contaminanti. Un processo a secco, come un trattamento termico, è potenzialmente interessante, poiché potrebbe separare alcuni metalli pesanti dalla matrice principale (SiO2, Al2O3 e CaO) delle ceneri formando cloruri metallici a temperature più basse10. Il trattamento termico delle ceneri volanti provoca sia l'evaporazione che la stabilizzazione dei metalli pesanti a seconda della temperatura di trattamento11,12. Jakob et al. hanno scoperto che l’evaporazione di Zn, Pb, Cd e Cu in un precipitatore elettrostatico delle ceneri era più efficace a temperature appena al di sotto dell’intervallo di fusione delle ceneri (1000–1100 °C)11. Tuttavia, i tipi di trattamento della fusione delle ceneri richiedono un elevato consumo di energia e producono ceneri volanti secondarie13. I cloruri di metalli pesanti hanno generalmente pressioni di vapore elevate e punti di ebollizione più bassi rispetto a quelli dei corrispondenti ossidi metallici14. Il processo di condensazione di questi composti metallici può essere ritardato quando durante il trattamento termico è coinvolto il Cl, che può accelerare la volatilizzazione dei metalli pesanti. Pertanto, le ceneri volanti MSS potrebbero essere miscelate con una certa quantità di agenti clorurati per separare efficacemente i metalli pesanti dalle ceneri volanti MSS15,16. Per le applicazioni industriali, gli agenti clorurati solidi (ad esempio NaCl, MgCl2 o CaCl2) sono vantaggiosi a causa (1) della manipolazione più semplice rispetto al Cl2 gassoso e (2) del fatto che Cl2 porta anche alla clorurazione di elementi non pericolosi, come come Ca o Fe (cioè CaCl2, che è stato utilizzato in uno studio precedente oltre a Cl2, è più selettivo per Cd, Cu, Pb e Zn)17,18,19,20.