Matériaux de remplissage environnementaux à base de poudre de phosphogypse avec des cendres d'incinération de déchets solides municipaux

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 478 (2023) Citer cet article

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Un nouveau matériau de remplissage de construction (NBFM) utilisant du phosphogypse et des cendres volantes d'incinération de déchets solides municipaux (MSWI) est préparé dans cet article. Les effets du dosage de cendres volantes MSWI et du prétraitement de lavage à l'eau des cendres volantes MSWI sur les propriétés mécaniques, le temps de prise, la lixiviation des métaux, les produits d'hydratation et la microstructure du NBFM sont analysés par une série d'études expérimentales. Les résultats indiquent que les propriétés mécaniques, le temps de prise et la densité de la micro-interface du NBFM sont optimaux lorsque le dosage de cendres volantes MSWI est de 3 %. Les propriétés mécaniques du NBFM augmentent et le temps de condensation et la concentration de lixiviation des métaux lourds diminuent après le lavage des cendres volantes MSWI. Avec l'augmentation de l'âge de durcissement, la lixiviation des éléments métalliques du NBFM diminue et lorsque l'âge de durcissement est de 7 jours, l'effet de solidification du NBFM sur la plupart des éléments métalliques répond à la norme du code chinois (GB5085.3-2007). La faisabilité des cendres volantes MSWI et du phosphogypse comme matériaux de remplissage pour l'ingénierie du bâtiment est vérifiée, et le changement des propriétés macroscopiques du NBFM est également expliqué.

Le phosphogypse est l'un des sous-produits industriels de la production d'acide phosphorique par voie humide, la production d'une tonne d'acide phosphorique peut rapporter 4 à 5 tonnes de phosphogypse. La production annuelle de phosphogypse provenant de l’industrie des engrais phosphorés dans le monde est d’environ 300 millions de tonnes1. Une quantité de phosphogypse thésaurisée occupe non seulement les terres et pollue l'environnement, mais les métaux lourds contenus dans le phosphogypse s'écouleront également dans les eaux souterraines avec l'eau de pluie, entraînant une pollution des ressources en eau. Ainsi, l’utilisation efficace du phosphogypse a fait l’objet d’une grande attention2,3,4,5.

Les études expérimentales pertinentes6,7,8 ont montré que le phosphogypse avait des propriétés auto-consolidantes. L'utilisation du phosphogypse pour les matériaux de remplissage est réalisable et présente une grande valeur pour la conservation des ressources naturelles, la protection de l'environnement et le développement économique9,10,11. Pour améliorer l'application des matériaux de remplissage à base de phosphogypse (PFM) dans l'ingénierie du bâtiment, certains chercheurs se sont concentrés sur le comportement physique du PFM. Gu12 a mené une expérience pour étudier l'influence du phosphogypse sur la PFM. Les résultats ont révélé qu’avec l’augmentation de la teneur en phosphogypse, la fluidité du PFM augmente et le temps de prise augmente. Mashifana13 a analysé l'influence de la méthode de durcissement et de la teneur en phosphogypse sur la PFM. Les résultats montrent que le durcissement à haute température peut améliorer la résistance du PFM, et que la résistance du PFM est la plus élevée lorsque la teneur en phosphogypse est de 30 %. Jiang14 a utilisé du phosphogypse comme liant pour préparer le PFM. Les résultats indiquent que la résistance à la compression et à la flexion du PFM après 2 h étaient respectivement de 3,2 MPa et 1,6 MPa, ce qui peut répondre à la norme de résistance du code chinois. Chen15 a utilisé du phosphogypse comme matériau de base pour préparer le PFM. L'influence du ciment, de la poudre de silice et de la chaux vive sur la résistance du PFM a été analysée. Les résultats ont indiqué que sous l'activation du ciment Portland, de la poudre de micro-silice et de la chaux vive, la résistance du PFM augmente à un stade ultérieur et que la résistance du PFM était de 20 MPa à 28 jours.

Les cendres de l'incinération des déchets solides municipaux (MSWI) sont un déchet dangereux16,17,18,19, avec l'application rapide de la technologie d'incinération des déchets, la décharge des cendres MSWI en croissance rapide, mais la sécurité de la décharge des cendres MSWI n'est pas suffisante. Après la perte du contrôle réglementaire, une grande partie de l'incinération des cendres des MSWI directement dans l'environnement contaminerait le sol et les eaux souterraines, entraînant un risque de pollution énorme pour l'environnement. Cendres MSWI, y compris les cendres résiduelles et les cendres volantes. L’application des mâchefers présente de grands avantages économiques et environnementaux. Par conséquent, Dou20 a analysé expérimentalement les propriétés, les méthodes de traitement et l’état d’application des mâchefers MSWI. Les résultats indiquent que les mâchefers MSWI, en tant qu'agrégat à faible résistance, présentent un grand potentiel. Davinder21 a discuté de l’effet du ciment et des fibres sur le comportement en termes de compactage et de résistance des mâchefers MSWI. Les résultats montrent que le poids unitaire sec maximum des mâchefers diminue et que la teneur en humidité optimale augmente en raison de l'ajout de ciment et de fibres. De plus, l’ajout de fibrine peut réduire la dureté des mâchefers MSWI. Jing22 a étudié l’influence de l’activation mécanique sur les caractéristiques de la pâte de mâchefer-ciment MSWI. Les résultats démontrent que l’activation mécanique a augmenté de manière significative la résistance à la compression de la pâte de mâchefer-ciment MSWI, qui a augmenté de 14 % lorsque le temps de broyage était de 30 min. Laura23 a utilisé une méthode avancée de récupération à sec pour séparer les métaux non ferreux et ferreux des mâchefers MSWI et produire des granulats avec différentes tailles de particules, ce qui est important pour le recyclage des mâchefers MSWI. Pravez24 utilise des mâchefers et du ciment provenant de l'incinération des déchets solides municipaux dans la fabrication de briques. Les résultats ont montré que les critères minimum d'absorption d'eau et de résistance minimale à la compression des briques sont également satisfaits lorsque le ciment est substitué à 6% de mâchefers MSWI.