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

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.