Fosfogips

Stos fosfogypsu zlokalizowany w pobliżu Kiejdan na Litwie .

Fosfogips (PG) to uwodniony siarczan wapnia powstający jako produkt uboczny przy produkcji nawozów z fosforytów . Składa się głównie z gipsu (CaSO 4 ·2H 2 O). Chociaż gips jest szeroko stosowanym materiałem w budownictwie , fosfogips zwykle nie jest używany, ale jest przechowywany w nieskończoność ze względu na jego słabą radioaktywność spowodowaną obecnością naturalnie występującego uranu (U) i toru (Th) i ich pochodne izotopy radu (Ra), radonu (Rn) i polonu (Po). Składowanie fosfogipsu na duże odległości jest kontrowersyjne. Na tonę produkcji kwasu fosforowego powstaje około pięciu ton fosfogipsu. Rocznie szacowana produkcja fosfogipsu na całym świecie wynosi od 100 do 280 milionów ton metrycznych.

Zdjęcie astronautów z 2015 r. przedstawiające medynę w Sfax z częścią portu i charakterystycznymi okrągłymi robotami ziemnymi w ramach projektu przebudowy Taparura o powierzchni 420 ha , z których 260 ha zostało odzyskanych z morza poprzez zdeponowanie fosfogipsu.

Produkcja i właściwości

Fosfogips jest produktem ubocznym przy produkcji kwasu fosforowego poprzez obróbkę rudy fosforanowej ( apatytu ) kwasem siarkowym zgodnie z następującą reakcją:

Ca 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
gdzie X może obejmować OH, F, Cl lub Br

Fosfogips jest radioaktywny ze względu na obecność naturalnie występującego uranu (5–10 ppm ) i toru oraz ich pochodnych nuklidów radu, radonu, polonu itp. Fosforany osadzone w morzu mają zazwyczaj wyższy poziom radioaktywności niż magmowe osady fosforanowe, ponieważ uran jest obecny w wodzie morskiej w ilości około 3 ppb (około 85 ppb całkowitej rozpuszczonej substancji stałej ). Uran jest skoncentrowany podczas tworzenia ewaporatu osady w postaci rozpuszczonych ciał stałych wytrącają się w kolejności rozpuszczalności , przy czym łatwo rozpuszczalne materiały, takie jak chlorek sodu, pozostają w roztworze dłużej niż materiały mniej rozpuszczalne, takie jak uran lub siarczany. Inne składniki fosfogipsu to krzemionka (5–10%), fluor (F, ~ 1%), fosfor (P, ~ 0,5%), żelazo (Fe, ~ 0,1%), glin (Al, ~ 0,1%), bar (Ba, 50 ppm), ołów (Pb, ~5 ppm), chrom (Cr, ~3 ppm), selen (Se, ~1 ppm), kadm (Cd, ~0,3 ppm). Około 90% Po i Ra z surowej rudy jest zatrzymywane w fosfogypsie. Można go zatem uznać za udoskonalony technologicznie naturalnie występujący materiał promieniotwórczy ( TENORM ).

Używać

Zaproponowano różne zastosowania fosfogipsu, w tym wykorzystanie go jako materiału do:

Według Taylora (2009) „do 15% światowej produkcji PG jest wykorzystywane do produkcji materiałów budowlanych, jako dodatek do gleby i jako regulator zestawu w produkcji cementu portlandzkiego ” . Reszta pozostaje w stosie.

W Stanach Zjednoczonych

Stos fosfogipsu lub „stos gipsu”, znajdujący się w pobliżu Fort Meade na Florydzie . Zawierają one odpadowe produkty uboczne przemysłu nawozów fosforowych.

Agencja Ochrony Środowiska Stanów Zjednoczonych (EPA) zakazała większości zastosowań fosfogipsu o stężeniu 226 Ra większym niż 10 pikocurie /gram (0,4 Bq /g) w 1990 r. W rezultacie fosfogips przekraczający ten limit jest przechowywany w dużych stosy, ponieważ wydobycie tak niskich stężeń radu jest albo niemożliwe, albo nieopłacalne przy obecnej technologii wykorzystania gipsu lub radu [ potrzebne źródło ] . Biorąc pod uwagę tradycyjną definicję Curie poprzez aktywność właściwa 226 Ra
, granica ta odpowiada 0,01 miligrama (0,00015 gr) radu na tonę metryczną lub stężeniu 10 części na bilion. (Patrz § Stosy cygańskie poniżej).

EPA zatwierdziła wykorzystanie fosfogipsu do budowy dróg w 2020 r., mówiąc, że zgoda została wydana na wniosek Instytutu Nawozów, który opowiada się za przemysłem nawozowym. Ekolodzy sprzeciwili się tej decyzji, twierdząc, że użycie materiału radioaktywnego w ten sposób może stanowić zagrożenie dla zdrowia. W 2021 roku EPA cofnęła przepis zezwalający na stosowanie fosfogipsu w budownictwie drogowym. Jakie – jeśli w ogóle – zagrożenia dla zdrowia są związane z niskimi dawkami promieniowania, które mogą wynikać z zastosowania fosfogipsu w budownictwie, trudno określić ilościowo jako naturalne promieniowanie tła zwykle przekazuje wyższą dawkę niż te dodatkowe źródła. Polityka opiera się na liniowym modelu bezprogowym i dlatego zwykle nakazuje utrzymywanie dawek, których można uniknąć, na tak niskim poziomie, jak jest to rozsądnie osiągalne . Biorąc pod uwagę, że zaangażowane radionuklidy są emiterami alfa , których główne zagrożenie wynika z wchłonięcia (wdychanie, połknięcie itp.), nieodpowiednio ułożony osad, który emituje pył do środowiska, może w rzeczywistości przekazać wyższą dawkę pochłoniętą niż trwałe materiały budowlane, które nie uwalniają pyłu do środowiska. środowisko. [ potrzebne źródło ]

W Chinach

Produkcja nawozów fosforowych w Chinach w 2005 r. przewyższyła produkcję w USA, a wraz z nią pojawił się problem nadmiaru fosfogipsu. Do 2018 roku niewłaściwe przechowywanie stało się głównym problemem w rzeki Jangcy , gdzie fosfor odpowiada za 56% wszystkich naruszeń norm jakości wody. Fosfor, który nadal pozostaje w fosfogipsie, może prowadzić do eutrofizacji zbiorników wodnych, a tym samym do zakwitów glonów , a nawet zdarzeń beztlenowych („martwe strefy”) w dolnych warstwach zbiornika wodnego. Łączna ilość składowanych fosfogipsów do 2020 r. przekroczy 600 mln ton, z czego 75 mln ton rocznie będzie się wydobywać.

Przemysł budowlany jest największym użytkownikiem fosfogipsu w 2020 r., z czego 10,5 mln ton wykorzystano jako opóźniacz wiązania betonu, a 3,5 mln ton wykorzystano do produkcji płyt kartonowo-gipsowych . Stosowany jest również jako surowiec chemiczny do produkcji siarczanów oraz jako odżywka do gleby podobna do zwykłego gipsu. Całkowite zużycie w 2020 r. wyniosło 31 Mt, znacznie poniżej tempa akumulacji. planów pięcioletnich , nastąpił znaczny nacisk na rozszerzenie wykorzystania fosfogipsu na poziomie krajowym .

Fosfogips może wymagać wstępnej obróbki w celu usunięcia zanieczyszczeń przed użyciem. Fosfor (P) znacznie opóźnia utwardzanie i zmniejsza wytrzymałość materiału, co jest ważnym problemem w budownictwie. Fluor (F) może gromadzić się w uprawach. Chociaż chiński fosfogips generalnie zawiera mniej toksycznych metali ciężkich i pierwiastków radioaktywnych [ dlaczego? ] [ potrzebne źródło ] niektóre jednak przekraczają dopuszczalne limity radioaktywności dla materiałów budowlanych lub produkują uprawy z niedopuszczalnymi ilościami arsenu (As), ołowiu (Pb), kadmu (Cd) lub rtęci (Hg). Bariery w dalszym wykorzystaniu obejmują koszty usuwania metali ciężkich i znaczne różnice między źródłami fosfogipsu.

Zanieczyszczenie i oczyszczenie

Fosfogips może zanieczyszczać środowisko przez zawartość fosforu powodującą eutrofizację , zawartość toksycznych metali ciężkich i radioaktywność. PG uwalnia radon , który może gromadzić się w pomieszczeniach, jeśli jest używany jako materiał budowlany. Sklepy na świeżym powietrzu również uwalniają radon na poziomie potencjalnie niebezpiecznym dla pracowników. Radon jest gazem szlachetnym , cięższym od powietrza, dlatego gromadzi się w słabo wentylowanych przestrzeniach podziemnych, takich jak kopalnie czy piwnice. Naturalnie występujący radon jest uważany za drugą najczęstszą przyczynę raka płuc po paleniu. Bardziej znaczące jest jednak wypłukiwanie zawartości fosfogipsu do wód gruntowych, aw konsekwencji do gleby, co pogarsza fakt, że PG jest często transportowany jako zawiesina . Gromadzenie się wody wewnątrz kominów gipsowych może prowadzić do osłabienia konstrukcji komina, co jest przyczyną kilku alarmów w Stanach Zjednoczonych.

Głównym podejściem do zmniejszenia zanieczyszczenia PG jest działanie, zanim przedostanie się ono do środowiska. Może to oznaczać recykling oczyszczonych materiałów z PG w różnych zastosowaniach (patrz wyżej) lub przekształcenie ich w bardziej stabilną formę do przechowywania. Zasypka z pasty cementowej przekształca niebezpieczne odpady wydobywcze, takie jak PG, w pastę cementową, a następnie wykorzystuje tę pastę do wypełnienia pustych przestrzeni powstałych w wyniku wydobywania skał.

Bioremediacja może być stosowana do oczyszczania już zanieczyszczonej wody i gleby. Drobnoustroje mogą usuwać metale ciężkie i materiały radioaktywne [potrzebne źródło dotyczące usuwania radioaktywności przez rośliny], wszelkie zanieczyszczenia organiczne w nich zawarte i redukować materiał siarczanowy. Dzięki odpowiednim modyfikacjom gleby i dodatkom PG może również wspierać wzrost odpornych roślin, miejmy nadzieję, zapobiegając dalszej erozji.

Stosy cygańskie

Często ponowne wykorzystanie fosfogipsu jest nieekonomiczne ze względu na zanieczyszczenia [ wymagane dalsze wyjaśnienia ] , firmy wydobywcze często wyrzucają odpady na sztuczne wzgórza zwane „kominami fosfogipsu” lub stawy odpadowe w pobliżu kopalni. Stawy ściekowe to otwarte zbiorniki wodne, które zawierają różne rodzaje odpadów przemysłowych i rolniczych. w tym co najmniej 70 hałd fosfogipsu (z kopalń fosforytów wykorzystywanych do produkcji nawozów). Przeciekający staw z odpadami fosfogipsowymi, który prawie się zawalił, gdyby nie pozwolono na odpływ odpadów do zatoki Tampa na Florydzie w 2021 r. zwraca uwagę na niebezpieczeństwa i bliskie katastrofy związane ze stawami ściekowymi w całym kraju.

Centralna Floryda ma dużą ilość złóż fosforanów, szczególnie w regionie Bone Valley . Ruda fosforanowa osadzona w morzu z centralnej Florydy jest słabo radioaktywna i jako taki produkt uboczny fosfogipsu (w którym radionuklidy są nieco skoncentrowane) jest zbyt radioaktywny, aby można go było wykorzystać w większości zastosowań. W rezultacie na Florydzie znajduje się około miliarda ton fosfogipsu ułożonych w 25 stosach (22 w centralnej Florydzie), a każdego roku generuje się około 30 milionów dodatkowych ton.

Zobacz też

  1. ^ ab Ayres, RU, Holmberg, J., Andersson, B. , „Materiały i globalne środowisko: górnictwo odpadów w XXI wieku”, MRS Bull. 2001, 26, 477. doi : 10.1557/mrs2001.119
  2. ^ a b c d e f g h   Tayibi, Hanan; Choura, Mohamed; López, Félix A.; Alguacil, Francisco J.; López-Degado, Aurora (2009). „Wpływ na środowisko i zarządzanie fosfogypsem”. Dziennik Zarządzania Środowiskowego . 90 (8): 2377–2386. doi : 10.1016/j.jenvman.2009.03.007 . hdl : 10261/45241 . PMID 19406560 .
  3. ^ Stéphanie Wenger, «Tunezja: komentarz Sfax veut récupérer « sa » mer », La Tribune , 29 lipca 2013
  4. ^ RAMZI TAHA, ROGER K. SEALS, MARTY E. TITTLEBAUM, WILLIS THORNSBERRY, JR. I JAMES T. HOUSTON. Wykorzystanie fosfogypsu jako produktu ubocznego w budowie dróg (PDF) . REJESTR BADAŃ TRANSPORTOWYCH 1345 (Raport). {{ cytuj raport }} : CS1 maint: używa parametru autorów ( link )
  5. ^ a b „Nieuchronna awaria stosu fosfogipsu w zatoce Tampa naraża na ryzyko przemysłu fosforanowego” . Tucson, AZ: Centrum różnorodności biologicznej. 3 kwietnia 2021 r.
  6. ^ Agencja Ochrony Środowiska Stanów Zjednoczonych (EPA) (1992). „Podczęść R – Krajowe normy emisji radonu ze stosów fosfogipsu”. Kodeks przepisów federalnych, 40 CFR 61
  7. ^ „EPA zatwierdza stosowanie fosfogipsu w budowie dróg” (komunikat prasowy). EPA. 2020-10-14. Zarchiwizowane od oryginału w dniu 2021-03-18.
  8. ^ Frazin, Rachela (15.10.2020). „EPA pozwala na użycie materiałów radioaktywnych w niektórych konstrukcjach drogowych” . Wzgórze .
  9. ^ Budryk, Zack (2 lipca 2021). „EPA wycofuje przepis zezwalający na użycie materiałów radioaktywnych w budownictwie drogowym” . Wzgórze . Zarchiwizowane od oryginału w dniu 3 lipca 2021 r . Źródło 4 lipca 2021 r .
  10. ^ a b c 经 济 日报 (Dziennik ekonomiczny). czy nieoszlifowany jadeit? Ankieta dotycząca składowania, zanieczyszczenia i wykorzystania fosfogipsu. XinhuaNet .
  11. ^ a b c Hebei DONR, Biuro Spraw Zagranicznych ds. Nauki i Technologii. 磷石膏的综合利用探讨 [O zastosowaniach fosfogipsu]. Ocean Administration, Departament Zasobów Naturalnych, prowincja Hebei . Źródło 10 marca 2022 r .
  12. ^    Vogeltanz-Holm, N.; Schwartz, GG (2018). „Radon i rak płuc: co tak naprawdę wie opinia publiczna?” . Dziennik radioaktywności środowiska . 192 : 26–31. doi : 10.1016/j.jenvrad.2018.05.017 . PMID 29883874 . S2CID 47009598 .
  13. Bibliografia    _ Chen, Q; Wang, Y; Zhang, Q; Li, H; Jiang, C; Qi, C (18 listopada 2021). „Rekultywacja fosfogipsu in situ za pomocą wstępnego przemywania wodą przy użyciu zasypki z pasty cementowej: zachowanie reologiczne i ewolucja uszkodzeń” . Materiały . 14 (22): 6993. Bibcode : 2021Mate...14.6993L . doi : 10.3390/ma14226993 . PMC 8618653 . PMID 34832394 .
  14. Bibliografia   _ Najjari, Afef; Achouak, Wafa; Barakat, Mohamed; Ghedira, Kais; Mrad, Faten; Saidi, Moldi; Sghaier, Haïtham (styczeń 2020). „Metataksonomika tunezyjskiego fosfogipsu oparta na pięciu rurociągach bioinformatycznych: wgląd w bioremediację” . Genomika . 112 (1): 981–989. doi : 10.1016/j.ygeno.2019.06.014 . PMID 31220587 .
  15. ^   Komnitsas, K.; Paspaliaris, I.; Lazar, I.; Petrisor, IG (1999). „Rekultywacja stosów fosfogipsowych. Zastosowanie w skali pilotażowej”. Metalurgia procesowa . 9 : 645–654. doi : 10.1016/S1572-4409(99)80154-0 . ISBN 9780444501936 .
  16. ^ „Ryzyko zanieczyszczenia z toksycznych stawów ściekowych | Hydroviv” . www.hydroviv.com . Źródło 2022-04-22 .
  17. ^ US EPA, Wiosło (2018-11-28). „Materiał promieniotwórczy z produkcji nawozów” . www.epa.gov . Źródło 2022-04-22 .
  18. ^   Tabuchi, Hiroko (2021-04-06). „Kryzys na Florydzie podkreśla ogólnokrajowe ryzyko związane z toksycznymi stawami” . New York Timesa . ISSN 0362-4331 . Źródło 2022-04-22 .
  19. ^ Florida Institute of Phosphate Research. „Fosfogips i zakaz EPA” zarchiwizowano 19 lutego 2015 r.

Dalsza lektura

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Phosphogypsum&oldid=1136405494 ”