O gesso industrial refere-se a resíduos sólidos gerados como subproduto em processos de produção industrial, compostos principalmente por sulfato de cálcio (CaSO₄). É normalmente produzido como subproduto contendo sulfato de cálcio através de reações químicas em determinados processos de produção química. O gesso industrial é produzido em grandes quantidades, tem uma composição complexa e contém certas quantidades de impurezas e substâncias nocivas. Requer tratamento e processamento adequados antes de poder ser utilizado para recuperação de recursos.
I. Principais características do gesso industrial
1. Composição complexa
Além do componente principal, o sulfato de cálcio, também pode conter outras impurezas e substâncias nocivas, tais como metais pesados, compostos orgânicos, fluoretos, cloretos e vestígios de substâncias radioativas.
2. Grande volume de produção
Em processos de produção industrial em grande escala, como a produção de fertilizantes fosfatados e a dessulfuração de gases de combustão em usinas termelétricas a carvão, o volume de produção do gesso industrial é substancial. De acordo com dados relevantes, a China é um grande produtor de gesso industrial, respondendo por aproximadamente 75% da produção mundial. Em 2009, a capacidade de produção atingiu aproximadamente 119 milhões de toneladas e, em 2023, ultrapassou 300 milhões de toneladas; o gesso de dessulfuração representa aproximadamente dois terços do total, resultante principalmente do desenvolvimento da geração de energia térmica na China e dos esforços de remediação ambiental por parte das empresas a carvão.
3. Diferenças significativas nas propriedades físicas
O gesso industrial derivado de diferentes fontes pode apresentar variações significativas no tamanho das partículas, morfologia cristalina, teor de umidade e outras propriedades físicas.
II. Tipos, fontes e composição de substâncias nocivas do gesso industrial
1. Fosfogesso: Um subproduto sólido gerado durante a produção de ácido fosfórico pelo tratamento de minério de fosfato com ácido sulfúrico. Seu principal componente é o sulfato de cálcio di-hidratado, contendo fosfatos, sulfatos, fluoretos, metais pesados (como manganês, cádmio, chumbo, mercúrio, etc.), compostos orgânicos e traços de substâncias radioativas (como rádio), aparecendo tipicamente em tons de branco acinzentado, preto acinzentado ou amarelo acinzentado.
2. Gesso de dessulfurização: Seu principal componente é o mesmo do gesso natural, sulfato de cálcio di-hidratado, com um teor ≥93%. É produzido pela moagem de calcário em uma pasta, passando gás de combustão contendo SO₂ por uma torre de lavagem para remover o SO₂, onde a pasta de cal reage com o SO₂ para formar sulfato de cálcio e sulfito de cálcio. O sulfito de cálcio é então oxidado para formar sulfato de cálcio. Este é o gesso de dessulfurização. Contém sulfito de cálcio, íons cloreto em excesso e traços de metais pesados (como chumbo, cádmio e mercúrio) e outras substâncias nocivas.
3. Gesso de titânio: Produzido durante o processo de ácido sulfúrico para a produção de dióxido de titânio, este resíduo é gerado pela adição de cal (ou escória de carboneto de cálcio) para neutralizar grandes quantidades de águas residuais ácidas, compostas principalmente por gesso di-hidratado. Contém impurezas como hidróxido de ferro, sulfato ferroso, hidróxido de alumínio e sílica.
4. Gesso de boro: Um subproduto da produção de ácido bórico, contendo principalmente sulfato de cálcio com duas moléculas de água, seguido por trióxido de boro e outras impurezas.
5. Gesso cítrico: Um subproduto gerado durante a produção de ácido cítrico quando o ácido cítrico é acidificado com ácido sulfúrico. Contém ácidos residuais e matéria orgânica. A China é o maior produtor mundial de ácido cítrico, com um volume de produção superior a um milhão de toneladas em 2015, resultando em mais de 1,5 milhões de toneladas de gesso cítrico.
6. Fluorogipsum: Um subproduto gerado durante a produção de fluoreto de hidrogênio pela acidificação da fluorita com ácido sulfúrico. Seu principal componente é o sulfato de cálcio anidro, juntamente com fluoreto de cálcio, dióxido de silício, óxido de alumínio e traços de fluoreto de hidrogênio residual. A China possui reservas abundantes de fluorita e a produção de fluoreto de hidrogênio tem crescido rapidamente. Em 2018, a China produziu 683,74 milhões de toneladas de gesso fluoritado.
7. Gesso salino: Resíduo gerado na indústria do sal por meio de reações químicas, composto principalmente por sulfato de cálcio. Contém pequenas quantidades de cloretos e outras impurezas.
8. Gesso de sulfato de sódio: Resíduo produzido durante a lixiviação de sulfato de sódio de minas de sulfato de cálcio usando lixiviação em pilha. Contém pequenas quantidades de sulfato de sódio e outras impurezas.
9. Gesso ácido tartárico: resíduo gerado durante a produção de ácido tartárico.
Além dos acima mencionados, outros tipos incluem gesso ácido láctico, gesso glutamato monossódico, gesso de cobre, gesso de níquel e gesso de cromo, entre outros. Esses gessos industriais derivados de subprodutos são produzidos em grandes quantidades e têm certo valor de utilização. No entanto, devido à presença de substâncias nocivas, eles apresentam certos desafios no processamento. A utilização adequada desses gessos derivados de subprodutos não apenas reduz a poluição ambiental, mas também conserva recursos e promove o desenvolvimento sustentável.
III. Métodos de tratamento para substâncias nocivas em gessos comuns derivados de subprodutos industriais
1. Fosfogesso
Método de lavagem com água: Através de lavagens repetidas, o flúor solúvel, o fósforo e a matéria orgânica flutuante na superfície podem ser removidos, reduzindo o teor de fósforo e flúor. No entanto, as águas residuais geradas devem ser tratadas novamente antes da descarga para evitar a poluição ambiental. Este método é caro e não cumpre os requisitos de poupança de energia e redução de emissões.
Método de neutralização com cal: Reage com o fósforo solúvel, o flúor e outras impurezas no fosfogesso para formar substâncias insolúveis que precipitam e se separam. A quantidade de cal adicionada é crítica, com o pH da pasta normalmente controlado em torno de 7.
Método de peneiramento: Utilizando a distribuição desigual das impurezas no fosfogesso, a peneiração é usada para remover partículas maiores, reduzindo assim o teor de impurezas. No entanto, esse método só é eficaz quando as impurezas estão distribuídas de forma extremamente desigual e raramente é aplicado na prática.
Método de tratamento químico: Impurezas nocivas, como o fósforo no fosfogesso, são convertidas em materiais utilizáveis por meio de reações químicas. Por exemplo, o fosfogesso é misturado com materiais alcalinos de cálcio, materiais compostos de silício-alumínio e aditivos, e então passa por reações químicas para produzir fosfatos e silicatos benéficos para o cimento. Este método é simples de operar, de baixo custo e amplamente aplicado no pré-tratamento do fosfogesso para a produção de cimento.
Método de calcinação: Durante a calcinação em alta temperatura, os gases liberados pela decomposição do pentóxido de fósforo são volatilizados e removidos. Simultaneamente, o P₂O₅ reage com certos componentes ativos no fosfogesso para formar compostos de fosfato estáveis e de baixa solubilidade. As altas temperaturas removem traços de fósforo orgânico, reduzem os níveis de impurezas, melhoram o desempenho do fosfogesso, removem a água livre e a água cristalina e diminuem a viscosidade.
Tecnologia de solidificação/estabilização: Usando escória de carboneto de cálcio ou cal como agente neutralizante alcalino para o fosfogesso e sulfato de poliferro ou cloreto de polialumínio como estabilizador de solidificação direcional, este método solidifica e estabiliza de forma eficiente os componentes tóxicos e nocivos do fosfogesso.
2. Gesso dessulfurizado
Método de lavagem com água: Este método remove impurezas solúveis, como íons cloreto, do gesso dessulfurado por meio de lavagem com água.
Método de precipitação química: Adicione precipitantes químicos ao gesso dessulfurado para reagir com substâncias nocivas, como íons de metais pesados, formando precipitados insolúveis para remoção.
Método de solidificação/estabilização: mistura-se o gesso de dessulfurização com solidificantes e estabilizadores para fixar as substâncias nocivas em uma matriz sólida estável, reduzindo sua mobilidade e biodisponibilidade.
Método de aterro sanitário: os resíduos sólidos de gesso de dessulfurização são descartados em aterros sanitários especializados. O aterro sanitário deve ter medidas à prova de vazamentos para evitar que os resíduos vazem para as águas subterrâneas.
3. Gesso fluoreto
Método de precipitação: Adiciona-se um precipitante para fazer com que os íons fluoreto reajam com o precipitante, formando precipitados de fluoreto insolúveis, removendo-os assim do gesso fluoreto.
Método de adsorção: Utiliza-se as propriedades de adsorção dos adsorventes para remover o fluoreto do gesso fluoreto.
Método de calcinação: Durante a calcinação a alta temperatura, o fluoreto pode ser convertido em substâncias insolúveis ou pouco solúveis e, assim, fixado.
4. Gesso cítrico
Método de lavagem com água: Remova parte das impurezas solúveis do gesso cítrico por meio de lavagem com água.
Método de precipitação química: Adicione precipitantes químicos ao gesso cítrico para reagir com substâncias nocivas, como íons de metais pesados, formando precipitados insolúveis para remoção.
Método de solidificação/estabilização: Misture o gesso cítrico com solidificantes e estabilizadores para fixar as substâncias nocivas em uma matriz sólida estável, reduzindo sua mobilidade e biodisponibilidade.
5. Gesso de titânio
Método de lavagem com água: Remova algumas impurezas solúveis do gesso de titânio por meio de lavagem com água.
Método de precipitação química: Adicione precipitantes químicos ao gesso de titânio para reagir com substâncias nocivas, como íons de metais pesados, formando precipitados insolúveis para remoção.
Método de solidificação/estabilização: Misture gesso de titânio com solidificantes, estabilizadores e outros aditivos para fixar substâncias nocivas em uma matriz sólida estável, reduzindo assim sua mobilidade e biodisponibilidade.
6. Gesso salino
Método de lavagem com água: Remova parte das impurezas solúveis do gesso salino através da lavagem com água.
Método de precipitação química: Adicionar precipitantes químicos ao gesso salino para reagir com substâncias nocivas, como íons de metais pesados, formando precipitados insolúveis para remoção.
Método de solidificação/estabilização: Misturar gesso salino com solidificantes e estabilizadores para fixar substâncias nocivas em uma matriz sólida estável, reduzindo sua mobilidade e biodisponibilidade.
7. Gesso de cobre, gesso de níquel, gesso de cromo
Método de precipitação química: Adicione precipitantes químicos ao gesso de cobre, gesso de níquel e gesso de cromo para reagir com íons de metais pesados, como cobre, níquel e cromo, formando precipitados insolúveis para remoção.
Método de troca iônica: Utilizar as propriedades de adsorção das resinas de troca iônica para remover íons de metais pesados, como cobre, níquel e cromo, do gesso de cobre, gesso de níquel e gesso de cromo.
Método de solidificação/estabilização: Misturar gesso de cobre, gesso de níquel e gesso de cromo com solidificadores e estabilizadores para fixar substâncias nocivas em uma matriz sólida estável, reduzindo assim sua mobilidade e biodisponibilidade.
Ao tratar substâncias nocivas em gesso industrial derivado de subprodutos, devem ser selecionados métodos de tratamento adequados ou combinações de métodos com base no tipo específico de gesso, no tipo e conteúdo das substâncias nocivas e no uso subsequente pretendido, para obter um tratamento inofensivo e a utilização dos recursos do gesso industrial derivado de subprodutos.
III. Principais direções para a utilização dos recursos do gesso industrial derivado de subprodutos
1. Produção de retardadores de cimento
O fosfogesso, o gesso de dessulfuração, o gesso fluorado e o gesso de titânio podem substituir o gesso natural como retardadores de cimento, retardando o tempo de presa do cimento e facilitando a mistura, o transporte e a construção do concreto. No entanto, as impurezas solúveis de fósforo e flúor no fosfogesso podem afetar o desempenho do cimento, exigindo métodos de pré-tratamento, como calcinação em etapas ou redução de enxofre gasoso, para remover as impurezas antes do uso na produção de cimento.
2. Produção de materiais de construção de gesso
Utilizando as excelentes propriedades de isolamento térmico, leveza, resistência ao fogo e respeito ao meio ambiente do gesso, novos materiais para paredes e placas de gesso podem ser desenvolvidos. Ao aproveitar as propriedades de engenharia do gesso, ele pode ser utilizado para reboco, autonivelamento e preenchimento de minas. Além disso, os recursos de enxofre e cálcio no gesso podem ser usados para produzir whiskers de sulfato de cálcio, sulfato de amônio, sulfato de potássio e cimento coproduzido com ácido sulfúrico, entre outros produtos químicos, que têm alta pureza e valor econômico.
3. Condicionadores de solo
O fosfogesso tem uma natureza fracamente ácida e pode ser usado para melhorar solos salinos e alcalinos, aumentando a fertilidade do solo.
4. Aplicações agrícolas
Os íons Ca²⁺, Si⁴⁺ e S²⁻ presentes no gesso de dessulfuração são nutrientes minerais benéficos para as plantas, promovendo o crescimento das culturas em solos salinos-alcalinos. Ele pode servir como condicionador do solo para regular a nutrição do solo, reduzir a acidez do solo e melhorar a compactação do solo.
5. Preparação de produtos químicos
O gesso de dessulfurização pode reagir com carbonato de amônio de baixo valor para produzir fertilizante de sulfato de amônio de alto valor e rico em nutrientes, enquanto o carbonato de cálcio resultante pode ser usado para fabricar cimento.
Preparação de whiskers de sulfato de cálcio: Os whiskers de sulfato de cálcio são preparados a partir de sulfato de cálcio em gesso fluorita para uso no aprimoramento de plásticos, borracha e outros materiais.
6. Extração de metais valiosos
Através de métodos hidrometalúrgicos, metais valiosos como cobre, níquel e cromo podem ser extraídos do gesso de cobre, gesso de níquel e gesso de cromo.
7. Outras aplicações
Também pode ser usado como material de construção de estradas, como enchimento de base de estradas e materiais aglutinantes para a camada de base, para melhorar o desempenho da base da estrada e reduzir o consumo de cimento.
