Получение гипса высокой чистоты и белизны из фосфогипса для секвестрации минералов CO2.

Dec 16, 2023

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 4156 (2023) Цитировать эту статью

576 Доступов

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Фосфогипс (PG) представляет собой твердые отходы, образующиеся при производстве фосфорной кислоты мокрым способом. Различные примеси значительно снижают чистоту, белизну и область применения ПГ. В данной статье подробно анализируются физические свойства ПГ и систематически исследуются содержание и распределение примесей. На основании полученных результатов предложен простой процесс эффективного удаления практически всех примесей из ПГ. Чистота и белизна очищенного гипса (CaSO4) существенно увеличились до 99% и 92% соответственно. Затем были проанализированы миграция примесей и материальный баланс этого процесса. Самое главное, очищенный гипс показал высокую эффективность связывания CO2 для связывания минералов CO2, благодаря чему был получен продукт CaCO3 с высокой добавленной стоимостью.

Фосфогипс (PG) является опасным промышленным твердым отходом производства мокрых фосфатов1,2. Широкое осаждение этого мелкого порошка от светло- до темно-серого цвета со слабым запахом и сильной кислотностью связано с серьезными проблемами, связанными с окружающей средой. По оценкам, ежегодно в мире производится более 200 миллионов тонн ПГ3. ПГ состоит в основном из CaSO4·2H2O и примесей4. Наличие этих примесей в ПГ существенно ограничивает его применение. Чистота и белизна ПГ составляют лишь примерно 85% и 50% соответственно. Улучшение чистоты и белизны PG за счет удаления таких примесей придаст ему идеальные оптические свойства, и его можно будет использовать в качестве замены постоянно сокращающихся ресурсов высококачественного природного гипса5.

Применяемые в настоящее время методы удаления примесей из фосфогипса в основном исключают влияние примесей фосфора и фтора на гипсостроительные материалы6,7,8,9,10. Однако фосфогипс производится преимущественно в пригородах, что ограничивает его более широкое или высококачественное использование и дальность транспортировки11. Действительно, хорошие перспективы применения имел бы очищенный фосфогипс (ППГ), который отличался бы высокой чистотой и белизной. Существуют доказательства того, что этот очищенный гипс (CaSO4) можно использовать в качестве добавки или модификатора в полимерах, таких как поли(винилхлорид) (ПВХ) и полилактид12, в качестве высококачественного химического осушителя, используемого для удаления влаги13, или в качестве многообещающего носитель кислорода для химического петлевого горения (ХПХ)14.

В последние годы использование ПГ в качестве сырья для связывания минералов CO2 привлекло значительный исследовательский интерес15,16. Содержание оксида кальция в ПГ достигает 32%, что является хорошим сырьем для улавливания CO2. Продукт CaCO3 не только имеет широкий спектр применения, но также может способствовать обеспечению постоянного хранения CO2 с низким риском обнаружения. Хотя примеси в ПГ оказывают большое влияние на качество карбонизированного продукта и снижают конверсию карбонизации17, очищенный фосфогипс пользуется большим спросом как для производства карбоната кальция с добавленной стоимостью, так и для связывания минералов CO2.

В работе изучен минералогический состав, форма и распределение примесей в ПГ. На основании наших результатов мы предлагаем простой и эффективный метод удаления примесей, который можно использовать для удаления практически всех примесей из ПГ. Далее были исследованы физические свойства очищенного гипса, проанализирован механизм миграции примесей и установлен материальный баланс этого процесса. Наконец, полученный очищенный гипс использовался для отделения CO2 — процесса, в результате которого был получен карбонат кальция высокой чистоты и белизны. Кроме того, значительно повысилась эффективность улавливания CO2.

Сырье PG, использованное в этом исследовании, было получено от Sinochem Fuling Chemical Industry Co, Ltd. (Чунцин, Китай). После этого ПГ сушили при 40 °С в течение 12 ч для удаления адсорбированной воды. Его помещали в герметичный контейнер и хранили при комнатной температуре до дальнейшего анализа. Затем очищенный гипс фильтровали, последовательно промывали деионизированной водой, сушили при температуре 80°С в течение 12 ч и помещали в герметичный контейнер. Трибутилфосфат (ТБФ) и серную кислоту аналитической чистоты были приобретены у Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd.