stringtranslate.com

Фосфогипс

Фосфогипсовый штабель, расположенный недалеко от Кедайняй , Литва 55°14′47″ с. ш. 24°01′44″ в. д. / 55.24639° с. ш. 24.02889° в. д. / 55.24639; 24.02889 .

Фосфогипс (PG) — это гидрат сульфата кальция , образующийся как побочный продукт производства удобрений , в частности фосфорной кислоты , из фосфоритовой руды . Он в основном состоит из гипса (CaSO4 · 2H2O ) . Хотя гипс является широко используемым материалом в строительной промышленности , фосфогипс обычно не используется, а хранится неограниченное время из-за его слабой радиоактивности , вызванной присутствием в природе урана (U) и тория (Th), а также их дочерних изотопов радия (Ra), радона (Rn) и полония (Po). С другой стороны, он включает в себя несколько ценных компонентов — сульфатов кальция и таких элементов, как кремний , железо , титан , магний , алюминий и марганец . [1] Однако долгосрочное хранение фосфогипса является спорным. [2] На тонну производства фосфорной кислоты образуется около пяти тонн фосфогипса. Ежегодно в мире, по оценкам, образуется от 100 до 280 миллионов тонн фосфогипса. [3]

Фотография медины Сфакса с частью порта и характерными круговыми земляными работами проекта реконструкции Тапаруры площадью 420 га , из которых 260 га были отвоеваны у моря путем отложения фосфогипса, сделанная астронавтом в 2015 году. [4]

Производство и свойства

Фосфогипс является побочным продуктом производства фосфорной кислоты путем обработки фосфатной руды ( апатита ) серной кислотой по следующей реакции:

Са 5 (PO 4 ) 3 X + 5 H 2 SO 4 + 10 H 2 O → 3 H 3 PO 4 + 5 (CaSO 4 · 2 H 2 O) + HX
где X может включать OH, F, Cl или Br

Фосфогипс радиоактивен из-за присутствия в нем природного урана (5–10 ppm ) и тория , а также их дочерних нуклидов радия, радона, полония и т. д. Морские отложения фосфата обычно имеют более высокий уровень радиоактивности, чем магматические фосфатные отложения, поскольку уран присутствует в морской воде в количестве около 3 ppb (примерно 85 ppb от общего количества растворенных твердых веществ ). Уран концентрируется во время образования эвапоритовых отложений, поскольку растворенные твердые вещества выпадают в осадок в порядке растворимости , причем легко растворимые материалы, такие как хлорид натрия, остаются в растворе дольше, чем менее растворимые материалы, такие как уран или сульфаты. Другие компоненты фосфогипса включают кремний (5–10%), фторид (F, ~1%), фосфор (P, ~0,5%), железо (Fe, ~0,1%), алюминий (Al, ~0,1%), барий (Ba, 50 ppm), свинец (Pb, ~5 ppm), хром (Cr, ~3 ppm), селен (Se, ~1 ppm) и кадмий (Cd, ~0,3 ppm). [3] [5] Около 90% Po и Ra из сырой руды удерживается в фосфогипсе. [3] Таким образом, его можно считать технологически улучшенным природным радиоактивным материалом ( TENORM ).

Использовать

Были предложены различные варианты использования фосфогипса, в том числе его использование в качестве материала для: [2]

По данным Тейлора (2009), «до 15% мирового производства PG используется для производства строительных материалов, в качестве почвоулучшителя и регулятора схватывания при производстве портландцемента ». Остальное остается в штабеле. [3]

В Соединенных Штатах

Фосфогипсовый штабель или «гипсовый штабель», [6] расположенный недалеко от Форт-Мида, Флорида . Они содержат отходы производства фосфатных удобрений.

Агентство по охране окружающей среды США (EPA) запретило большинство применений фосфогипса с концентрацией 226 Ra более 10 пикокюри /грамм (0,4  Бк /г) [7] в 1990 году. [3] В результате фосфогипс, превышающий этот предел, хранится в больших штабелях, поскольку извлечение таких низких концентраций радия либо невозможно, либо неэкономично при современных технологиях использования гипса или радия [ необходима ссылка ] . Учитывая традиционное определение Кюри через удельную активность226
Ra , этот предел эквивалентен 0,01 миллиграмма (0,00015 грамма) радия на метрическую тонну или концентрации 10 частей на триллион. (См. § Стопки Gyp ниже.)

Агентство по охране окружающей среды одобрило использование фосфогипса для строительства дорог во время администрации Трампа в 2020 году, заявив, что одобрение было получено по просьбе Института удобрений, который выступает за индустрию удобрений. [8] Экологи выступили против этого решения, заявив, что использование радиоактивного материала таким образом может представлять опасность для здоровья. [9] В 2021 году Агентство по охране окружающей среды отменило правило, разрешающее использование фосфогипса в строительстве дорог. [10]

В штате Флорида находится около 80% мировых мощностей по производству фосфогипса. В мае 2023 года законодательный орган Флориды принял законопроект, требующий от Департамента транспорта Флориды изучить использование фосфогипса в дорожном строительстве, включая демонстрационные проекты, хотя для этого потребуется федеральное одобрение. [11] Закон, который требует от департамента завершить исследование и дать рекомендацию к 1 апреля 2024 года, был подписан губернатором Роном ДеСантисом 29 июня 2023 года. [12]

В Китае

Производство фосфорных удобрений в Китае превысило производство в США в 2005 году, и вместе с этим возникла проблема избыточного фосфогипса. К 2018 году ненадлежащее хранение стало серьезной проблемой в бассейне реки Янцзы , причем фосфор составляет 56% всех нарушений стандартов качества воды. Фосфор, который все еще остается в фосфогипсе, может привести к эвтрофикации водоемов и, следовательно, цветению водорослей или даже аноксическим явлениям («мертвым зонам») в нижних слоях водоема. Общее количество фосфогипса в хранилищах к 2020 году превысит 600 Мт, при этом ежегодно производится 75 Мт. [13]

Строительная отрасль является крупнейшим потребителем фосфогипса в 2020 году: 10,5 млн тонн было использовано в качестве замедлителя схватывания бетона, а 3,5 млн тонн — в гипсокартоне . [13] Он также используется в качестве химического сырья для производства сульфатов и в качестве почвоулучшителя , аналогичного обычному гипсу. [14] Общее потребление в 2020 году составило 31 млн тонн, что намного ниже темпов накопления. [13] С 2016 года предпринимаются значительные усилия по расширению использования фосфогипса на национальном уровне, что является частью двух последовательных пятилетних планов . [14]

Фосфогипс может потребовать предварительной обработки для удаления загрязняющих веществ перед использованием. Фосфор (P) значительно замедляет отверждение и снижает прочность материала, что является важной проблемой в строительстве. Фтор (F) может накапливаться в культурах. Хотя китайский фосфогипс обычно содержит менее токсичные тяжелые металлы и радиоактивные элементы [ почему? ] [ нужна цитата ] , некоторые из них тем не менее превышают допустимые пределы радиоактивности для строительного материала или производят культуры с неприемлемым количеством мышьяка (As), свинца (Pb), кадмия (Cd) или ртути (Hg). Препятствиями для дальнейшего использования являются стоимость удаления тяжелых металлов и значительные различия между источниками фосфогипса. [14]

Загрязнение и очистка

Фосфогипс может загрязнять окружающую среду содержанием фосфора, вызывающим эвтрофикацию , токсичным содержанием тяжелых металлов и радиоактивностью. PG выделяет радон , который может накапливаться в помещении, если используется в качестве строительного материала. Открытые хранилища также выделяют радон на уровне, потенциально опасном для рабочих. [3] Радон — это благородный газ , который тяжелее воздуха и, таким образом, имеет тенденцию накапливаться в плохо проветриваемых подземных помещениях, таких как шахты или подвалы. Природный радон считается второй по распространенности причиной рака легких после курения. [15] Однако более существенным является выщелачивание содержимого фосфогипса в грунтовые воды и, следовательно, в почву, что усугубляется тем фактом, что PG часто транспортируется в виде шлама . [3] Накопление воды внутри гипсовых штабелей может привести к ослаблению конструкции штабеля, что является причиной нескольких тревог в Соединенных Штатах. [6]

Основной подход к снижению загрязнения PG заключается в том, чтобы действовать до того, как он выщелачивается в окружающую среду. Это может означать переработку очищенных материалов из PG в различных приложениях (см. выше) [3] или преобразование его в более стабильную форму для хранения. Засыпка цементной пастой преобразует опасные отходы горнодобывающей промышленности, такие как PG, в цементную пасту, а затем использует пасту для заполнения пустот, созданных при добыче горных пород. [16]

Биоремедиация может использоваться для очистки уже загрязненной воды и почвы. Микробы могут удалять тяжелые металлы, радиоактивные материалы [ требуется ссылка ] и любые органические загрязнители внутри, а также уменьшать количество сульфатного материала. [17] С подходящими почвенными добавками и добавками PG также может поддерживать рост выносливых растений, надеясь предотвратить дальнейшую эрозию. [18]

Гипсовые штабеля

Часто повторное использование фосфогипса неэкономично из-за примесей [ необходимо дополнительное объяснение ] , горнодобывающие компании обычно сбрасывают отходы в искусственные холмы, называемые «фосфогипсовыми штабелями» или отстойниками вблизи шахты. Отстойники [19] представляют собой открытые резервуары, которые содержат различные типы промышленных и сельскохозяйственных отходов. включая не менее 70 штабелей фосфогипса (из фосфатных шахт, используемых для производства удобрений). [20] Протекающий отходный пруд фосфогипса, который почти обрушился, если бы отходы не попали в залив Тампа во Флориде в 2021 году, подчеркивает опасности и почти катастрофические ситуации, связанные с отстойниками сточных вод по всей стране. [21]

Центральная Флорида имеет большое количество фосфатных месторождений, особенно в регионе Боун-Вэлли . Морская фосфатная руда из центральной Флориды слабо радиоактивна, и, как таковой, побочный продукт фосфогипса (в котором радионуклиды несколько сконцентрированы) слишком радиоактивен, чтобы его можно было использовать в большинстве случаев. В результате около миллиарда тонн фосфогипса сложено в 25 штабелей во Флориде (22 находятся в центральной Флориде), и около 30 миллионов дополнительных тонн производятся каждый год. [22]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Черныш, Елизавета; Яхненко, Елена; Чубур, Виктория; Рубик, Хинек (2021). «Переработка фосфогипса: обзор экологических проблем, текущих тенденций и перспектив». Прикладные науки . 11 (4): 1575. дои : 10.3390/app11041575 .
  2. ^ ab Ayres, RU, Holmberg, J., Andersson, B., "Материалы и глобальная окружающая среда: отходы горнодобывающей промышленности в 21 веке", MRS Bull. 2001, 26, 477. doi :10.1557/mrs2001.119
  3. ^ abcdefgh Тайиби, Ханан; Чура, Мохамед; Лопес, Феликс А.; Альгуасил, Франсиско Дж.; Лопес-Дельгадо, Аврора (2009). «Воздействие на окружающую среду и управление фосфогипсом». Журнал экологического менеджмента . 90 (8): 2377–2386. Бибкод : 2009JEnvM..90.2377T. дои : 10.1016/j.jenvman.2009.03.007. hdl : 10261/45241 . PMID  19406560. S2CID  24111765.
  4. ^ Стефани Венгер, «Тунис: комментарий Sfax veut recupérer «sa» mer», La Tribune, 29 июля 2013 г.
  5. ^ Рамзи Таха; Роджер К. Силс; Марти Э. Титтлбаум; Уиллис Торнсберри-младший; Джеймс Т. Хьюстон. «Использование побочного продукта фосфогипса в дорожном строительстве» (PDF) . Отчет о транспортных исследованиях . № 1345.
  6. ^ ab «Неизбежный отказ штабеля фосфогипса в заливе Тампа подвергает риску фосфатную промышленность». Тусон, Аризона: Центр биологического разнообразия. 3 апреля 2021 г.
  7. ^ Агентство по охране окружающей среды США (EPA) (1992). "Подраздел R - Национальные стандарты выбросов радона из фосфогипсовых труб". Свод федеральных правил, 40 CFR 61
  8. ^ "EPA одобряет использование фосфогипса в дорожном строительстве" (пресс-релиз). EPA. 2020-10-14. Архивировано из оригинала 2021-03-18.
  9. ^ Фрейзин, Рэйчел (15.10.2020). «EPA разрешает использование радиоактивных материалов при строительстве некоторых дорог». The Hill .
  10. ^ Будрик, Зак (2 июля 2021 г.). «EPA отзывает правило, разрешающее использование радиоактивных материалов при строительстве дорог». The Hill . Архивировано из оригинала 3 июля 2021 г. Получено 4 июля 2021 г.
  11. ↑ Билл Чаппелл (9 мая 2023 г.). «Законодатели Флориды хотят использовать радиоактивные материалы для мощения дорог». NPR .
  12. ↑ Chappell, Bill (30 июня 2023 г.). «Флорида продвигается вперед по плану радиоактивного дорожного покрытия, поскольку губернатор ДеСантис подписывает новый закон». NPR . Получено 1 июля 2023 г.
  13. ^ abc 经济日报 (Economy Daily). 长江边的"渣山"是固废还是璞玉——磷石膏堆存污染及综合利用调查 [Являются ли «шлаковые горы» недвижимыми отходами или необработанным нефритом? Обследование по хранению, загрязнению и использованию фосфогипса. СиньхуаНет .
  14. ^ abc Хэбэй DONR, Управление по внешним связям с наукой и технологиями. 磷石膏的综合利用探讨 [Об использовании фосфогипса]. Управление по океану, Департамент природных ресурсов, провинция Хэбэй . Проверено 10 марта 2022 г.
  15. ^ Vogeltanz-Holm, N.; Schwartz, GG (2018). «Радон и рак легких: что на самом деле знает общественность?». Журнал экологической радиоактивности . 192 : 26–31. Bibcode :2018JEnvR.192...26V. doi : 10.1016/j.jenvrad.2018.05.017 . PMID  29883874. S2CID  47009598.
  16. ^ Лю, Y; Чэнь, Q; Ван, Y; Чжан, Q; Ли, H; Цзян, C; Ци, C (18 ноября 2021 г.). «Восстановление фосфогипса на месте с предварительной обработкой промывкой водой с использованием засыпки цементной пастой: реологическое поведение и эволюция повреждений». Материалы . 14 (22): 6993. Bibcode : 2021Mate...14.6993L. doi : 10.3390/ma14226993 . PMC 8618653. PMID  34832394 . 
  17. ^ Трифи, Хауда; Наджари, Афеф; Ашуак, Вафа; Баракат, Мохамед; Гедира, Кейс; Мрад, Фатен; Саиди, Моулди; Сгайер, Хайтам (январь 2020 г.). «Метатаксономика тунисского фосфогипса на основе пяти направлений биоинформатики: идеи биоремедиации». Геномика . 112 (1): 981–989. дои : 10.1016/j.ygeno.2019.06.014 . ПМИД  31220587.
  18. ^ Комницас, К.; Паспалиарис, И.; Лазар, И.; Петрисор, И.Г. (1999). «Ремедиация фосфогипсовых штабелей. Полевое пилотное применение». Process Metallurgy . 9 : 645–654. doi :10.1016/S1572-4409(99)80154-0. ISBN 9780444501936.
  19. ^ «Риски загрязнения от токсичных сточных вод | Hydroviv». www.hydroviv.com . Получено 22.04.2022 .
  20. ^ US EPA, OAR (2018-11-28). «Радиоактивный материал от производства удобрений». www.epa.gov . Получено 2022-04-22 .
  21. ^ Табучи, Хироко (2021-04-06). «Флоридский кризис подчеркивает общенациональный риск от токсичных прудов». The New York Times . ISSN  0362-4331 . Получено 2022-04-22 .
  22. ^ Флоридский институт исследований фосфатов. «Фосфогипс и запрет Агентства по охране окружающей среды». Архивировано 19 февраля 2015 г.

Дальнейшее чтение