Reaproveitamento de gesso pré-tratado com lavagem com água como agregado para aterro cimentado

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 16091 (2022) Cite este artigo

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O fosfogesso (PG) é reaproveitado como agregado no aterro cimentado, o que melhora efetivamente a eficiência de reaproveitamento do PG. No entanto, as impurezas maciças contidas no agregado PG afetariam adversamente a hidratação do ligante e, portanto, deteriorariam o desenvolvimento da resistência do aterro. Esta pesquisa começa com o estudo de viabilidade do pré-tratamento de PG com o método de lavagem com água. Com base no princípio mais econômico da demanda de água, as condições ótimas para lavagem do PG foram determinadas em um tempo de agitação de 5 min e uma relação sólido-líquido de 1:0,5. Em seguida, o PG original e o pré-tratado foram feitos no aterro. Em comparação com o uso do PG original, a pasta de preenchimento usando o PG pré-tratado teve melhor desempenho de fluidez, como a menor viscosidade da pasta e a maior taxa de sangramento. Além disso, com o agregado pré-tratado PG, a resistência do aterro foi significativamente aumentada em mais de 8 vezes. Finalmente, o comportamento ambiental do aterro cimentado foi investigado. Usando o PG pré-tratado como agregado, as concentrações de PO43− e F− na água de sangria e lixiviados de aterro podem atender ao padrão chinês para descarga integrada de águas residuais. Os resultados ampliam o reaproveitamento do PG como agregado de forma mais ecológica, atendendo às necessidades de minas sustentáveis.

O aterro cimentado é um meio eficaz para aumentar a recuperação de minério, melhorar as condições de segurança e reduzir o descarte superficial de resíduos sólidos. Como resíduo sólido típico, o fosfogesso (PG) é o subproduto gerado durante a exploração dos recursos de fosfato1,2,3. A produção global de PG é estimada em cerca de 100–280 Mt anualmente, da qual a China contribui com 25%4,5. Atualmente, o PG é reciclado como aditivo em materiais de construção, modificadores de solo e produção de cimento, mas com uma taxa de utilização limitada de 15%6,7,8. Em 2008, Li et al.9 propuseram de forma inovadora uma técnica de preenchimento cimentado com PG como agregado, melhorando efetivamente a taxa de utilização de PG em até 60%. No processo de aterro de PG cimentado, o agregado PG (mais de 80% em peso seco) é misturado com aglutinante e água a uma pasta heterogênea de aterro, que é então bombeada para as áreas subterrâneas mineradas. A lama desidrata gradualmente e consolida, acumulando força para suportar as paredes de rocha nas minas subterrâneas.

Como material de preenchimento primário, o agregado PG é composto principalmente de CaSO4·2H2O, e também contém grandes quantidades de impurezas, como ácidos residuais, fosfatos, fluoretos e metais pesados10,11. Estudos anteriores mostraram que as impurezas podem deteriorar seriamente o processo de hidratação do aterro e causar poluição ambiental. Li e Fall12 adicionaram sulfato no aterro de pasta cimentada com escória e descobriram que o alto teor de sulfato afetou negativamente a resistência à idade precoce e a autodessecação do aterro. Chen et al.13 exploraram os efeitos do cloreto nas propriedades mecânicas do aterro de pasta cimentada com ganga. Os resultados mostraram que a resistência inicial do aterro diminuiu obviamente quando o teor inicial de cloro era superior a 40‰. Zhou et al.14 prepararam aterros cimentados usando PG com vários teores de fosfato e demonstraram que a resistência 120d diminuiu de 2,04 para 0,30 MPa à medida que o fosfato dissolvido em PG aumentou de 29 para 377 mmol/kg. Quando o teor de fosfato no PG excede 87 mmol/kg, ele tende a causar poluição de fosfato ao meio ambiente. Além disso, vale a pena notar que o PG é um resíduo sólido hiperácido com um valor de pH geralmente dentro de 3, em comparação com outros agregados de enchimento neutros1,15. No entanto, as reações de hidratação comumente ocorrem em condições fortemente alcalinas (pH > 11,5)16. Portanto, os ácidos residuais no PG neutralizariam os íons hidroxila do aglutinante e interfeririam na reação de hidratação do aterro, o que, por sua vez, perturbaria o desenvolvimento da resistência do aterro. Assim, é necessário o pré-tratamento do PG para mitigar os efeitos adversos em sua utilização secundária.