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Inertizzazione di fanghi industriali a metalli pesanti in matrici a silicati ed ossidi: prove sperimentali

Informazioni tesi

  Autore: Giorgio Sonzogni
  Tipo: Tesi di Laurea
  Anno: 2002-03
  Università: Università degli Studi di Milano
  Facoltà: Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali
  Corso: Scienze Geologiche
  Relatore: Marilena Moroni
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 98

Questa tesi si è occupata della problematica dell’inertizzazione e possibilmente il riciclaggio di rifiuti tossici a metalli pesanti, specialmente Cr e Pb, in matrice ceramica, affiancando a questi rifiuti metodi sperimentali e d’indagine propri della petrologia sperimentale, della cristallografia e della geochimica.
Punti di partenza e premessa di questa tesi, sono i risultati sperimentali di precedenti indagini sulle associazioni di fase nei sistemi PbO-Al2O3-SiO2 (PAS) e PbO-MgO-Al2O3-SiO2-Cr2O3 (PMASCr) con campioni preparati a composizione semplificata rispetto a quella dei rifiuti tossici da inertizzare. Questi esperimenti erano stati studiati per simulare un trattamento termico del fango reale tramite l’aggiunta di componenti come Al2O3, SiO2 ed MgO, al fine di indurre la cristallizzazione di due fasi cristalline, spinello e feldspato, capaci di un’efficace immobilizzazione rispettivamente di Cr e Pb (ed elementi affini), nonostante la forte differenza di comportamento chimico di questi metalli. I dati ottenuti dalla diffrattometria sono stati raffinati con il metodo Rietveld, utilizzando il pacchetto software GSAS (General Structure Analysis System). Con questo programma si è determinato il lato di cella e la frazione molare degli spinelli sintetizzati. Plottando questi dati in funzione del tempo, si è potuto condurre un’analisi cinetica e costatare l’elevata velocità di crescita dello spinello, che cristallizza quasi completamente già dopo poche ore in tutte le isoterme indagate e raggiunge la massima frazione molare a 930°C dopo circa 22 ore.

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Università degli Studi di Milano Facoltà di Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali Corso di Laurea in Scienze Geologiche Inertizzazione di fanghi industriali a metalli pesanti in matrici a silicati e ossidi: prove sperimentali. Laureando: Sonzogni Giorgio A.A. 2002/2003 Relatore: Dott.sa Moroni Marilena matricola: 518123 Correlatore: Prof. Poli Stefano Questa tesi si è occupata della problematica dell’inertizzazione e possibilmente il riciclaggio di rifiuti tossici a metalli pesanti, specialmente Cr e Pb, in matrice ceramica, affiancando a questi rifiuti metodi sperimentali e d’indagine propri della petrologia sperimentale, della cristallografia e della geochimica. Punti di partenza e premessa di questa tesi, sono i risultati sperimentali di precedenti indagini sulle associazioni di fase nei sistemi PbO-Al 2 O 3 -SiO 2 (PAS) e PbO-MgO-Al 2 O 3 -SiO 2 -Cr 2 O 3 (PMASCr) con campioni preparati a composizione semplificata rispetto a quella dei rifiuti tossici da inertizzare. Questi esperimenti erano stati studiati per simulare un trattamento termico del fango reale tramite l’aggiunta di componenti come Al 2 O 3 , SiO 2 ed MgO, al fine di indurre la cristallizzazione di due fasi cristalline, spinello e feldspato, capaci di un’efficace immobilizzazione rispettivamente di Cr e Pb (ed elementi affini), nonostante la forte differenza di comportamento chimico di questi metalli. Nella caratterizzazione petrologica delle fasi, ci si è basati sul sistema PAS per i campioni Bi, Fp e Pb, sul sistema PMASCr per il campione Vr, e sul sistema complesso PbO-MgO-Al 2 O 3 -SiO 2 -Cr 2 O 3 -BaO- SnO 2 -Fe 2 O 3 (ovvero i fanghi reali) per il campione Mos2. I materiali inquinanti utilizzati per il campione Mos2 sono dei fanghi di fondo vasca derivanti dai processi galvanici di un’industria bergamasca. Le analisi chimiche mostrano che Pb, Cr 3+ e Cr 6+ sono gli elementi tossici con maggiore concentrazione in termini di % in peso, mentre Sn, Ba, Fe, Ni, Cd, Zn e Cu costituiscono una minima parte. Dati gli incoraggianti risultati di esperimenti precedenti si è deciso di mantenere le strutture cristalline tipo feldspato per immobilizzare Pb e Ba, e quella tipo spinello per il Cr 3+ e lo Sn. La scelta è ricaduta sul feldspato di Pb in quanto presenta una buona resistenza alla lisciviazione del metallo pesante in un ampio intervallo di pH ed è uno dei pochi allumo-silicati di Pb con temperature di sintesi e di fusione attorno ai 1000°C, comparabili con quelle utilizzate nei processi ceramici. La struttura tipo spinello invece è adeguata poichè porta alla formazione di una vasta serie di soluzioni solide, accogliendo diversi cationi tra cui Sn, Fe ed in particolare Cr 3+ , con il quale può dare magnesiocromite (MgCr 2 O 4 ), minerale fondamentale in campo ceramico per la produzione di refrattari basici. Nel sistema PAS sono state effettuate 9 sintesi con fornace elettrica: 6 con i campioni Bia-b-c e Fpa-b-c, con quench alle temperature di 950°C, 1050°C dal basso e 1050°C dopo permanenza di due ore a 1350°C; 3 con i campioni Pba-b-c, alle medesime temperature dei campioni Bi e Fp, ma con permanenza a 1200°C prima dell’ultimo quench. La scelta delle temperature di sintesi con fornace elettrica è stata fatta in conformità allo schema di percorso termico adottato in precedenti lavori. Le composizioni scelte per i campioni Fp e Bi sono le stesse utilizzate da Mastrovito (2001), ma sono state preparate con la tecnica dei gel (ossidi puri in soluzione acquosa) nel tentativo di risolvere alcuni problemi riscontrati dall’Autore, quali: la fine granulometria dei prodotti ed il mancato equilibrio a livello generale delle fasi cristallizzate. Purtroppo, come riscontrato dalle immagini con microscopia elettronica a scansione (SEM), questa tecnica si è rivelata inadeguata allo scopo e non ha permesso una buona analisi chimica dei campioni con microsonda elettronica tranne che per il feldspato di Pb che è stato analizzato correttamente con metodo a dispersione di lunghezza d’onda (WDS).. I test cinetici eseguiti sul campione Vr (ossidi puri in polvere) afferente al sistema PMASCr (bulk composition corrispondente ad un rapporto molare Cr:Pb=1) sono stati condotti tramite la camera ad alta temperatura PAP1600 per l’analisi diffrattometrica in situ. In questo modo si è potuto sottoporre il campione a 2 diversi percorsi termici da 25°C a 1200°C e a 4 isoterme con temperature di 800°C, 870°C, 930°C e 1050°C.

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Parole chiave

ceramica
cromo
diffrattometria
fanghi
feldspati
inertizzazione
metalli pesanti
minerali
piombo
raggi x
sem
silicati
soluzione solida
spinelli

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