El yeso industrial derivado de subproductos se refiere a los residuos sólidos generados como subproducto en los procesos de producción industrial, compuestos principalmente por sulfato de calcio (CaSO₄). Se produce normalmente como subproducto que contiene sulfato de calcio a través de reacciones químicas en determinados procesos de producción química. El yeso industrial derivado de subproductos se produce en grandes cantidades, tiene una composición compleja y contiene ciertas cantidades de impurezas y sustancias nocivas. Requiere un tratamiento y procesamiento adecuados antes de poder utilizarse para la recuperación de recursos.
I. Características principales del yeso industrial
1. Composición compleja
Además del componente principal, el sulfato de calcio, también puede contener otras impurezas y sustancias nocivas, como metales pesados, compuestos orgánicos, fluoruros, cloruros y trazas de sustancias radiactivas.
2. Gran volumen de producción
En los procesos de producción industrial a gran escala, como la producción de fertilizantes fosfatados y la desulfuración de gases de combustión en centrales eléctricas de carbón, el volumen de producción de yeso industrial derivado de subproductos es considerable. Según datos relevantes, China es un importante productor de yeso derivado de subproductos, con aproximadamente el 75 % de la producción mundial. En 2009, la capacidad de producción alcanzó aproximadamente 119 millones de toneladas y, en 2023, superó los 300 millones de toneladas; el yeso de desulfuración representa aproximadamente dos tercios del total, principalmente como resultado del desarrollo de la generación de energía térmica en China y de los esfuerzos de remediación ambiental de las empresas de carbón.
3. Diferencias significativas en las propiedades físicas
El yeso industrial derivado de diferentes fuentes puede presentar variaciones significativas en el tamaño de las partículas, la morfología cristalina, el contenido de humedad y otras propiedades físicas.
II. Tipos, fuentes y composición de sustancias nocivas del yeso industrial derivado
1. Fosfoyeso: subproducto sólido generado durante la producción de ácido fosfórico mediante el tratamiento del mineral de fosfato con ácido sulfúrico. Su componente principal es el sulfato de calcio dihidratado, que contiene fosfatos, sulfatos, fluoruros, metales pesados (como manganeso, cadmio, plomo, mercurio, etc.), compuestos orgánicos y trazas de sustancias radiactivas (como el radio), y suele presentar tonos grisáceos, grisáceos-negros o grisáceos-amarillos.
2. Yeso de desulfuración: Su componente principal es el mismo que el del yeso natural, sulfato de calcio dihidratado, con un contenido ≥93 %. Se produce moliendo caliza en una pasta, pasando gases de combustión que contienen SO₂ a través de una torre de lavado para eliminar el SO₂, donde la pasta de cal reacciona con el SO₂ para formar sulfato de calcio y sulfito de calcio. A continuación, el sulfito de calcio se oxida para formar sulfato de calcio, que es el yeso desulfurado. Contiene sulfito de calcio, iones de cloruro en exceso y trazas de metales pesados (como plomo, cadmio y mercurio) y otras sustancias nocivas.
3. Yeso de titanio: producido durante el proceso de ácido sulfúrico para la producción de dióxido de titanio, este residuo se genera al añadir cal (o escoria de carburo de calcio) para neutralizar grandes cantidades de aguas residuales ácidas, compuestas principalmente por yeso dihidratado. Contiene impurezas como hidróxido de hierro, sulfato ferroso, hidróxido de aluminio y sílice.
4. Yeso de boro: subproducto de la producción de ácido bórico, que contiene principalmente sulfato de calcio con dos moléculas de agua, seguido de trióxido de boro y otras impurezas.
5. Yeso cítrico: Subproducto generado durante la producción de ácido cítrico cuando este se acidifica con ácido sulfúrico. Contiene ácidos residuales y materia orgánica. China es el mayor productor mundial de ácido cítrico, con un volumen de producción que superó el millón de toneladas en 2015, lo que generó más de 1,5 millones de toneladas de yeso cítrico.
6. Fluorogipsita: Subproducto generado durante la producción de fluoruro de hidrógeno mediante la acidificación de fluorita con ácido sulfúrico. Su componente principal es el sulfato de calcio anhidro, junto con fluoruro de calcio, dióxido de silicio, óxido de aluminio y trazas de fluoruro de hidrógeno residual. China cuenta con abundantes reservas de fluorita y la producción de fluoruro de hidrógeno ha crecido rápidamente. En 2018, China produjo 683,74 millones de toneladas de yeso fluorífero.
7. Yeso salino: Residuo generado en la industria salina a través de reacciones químicas, compuesto principalmente por sulfato de calcio. Contiene pequeñas cantidades de cloruros y otras impurezas.
8. Yeso de sulfato de sodio: Residuo producido durante la lixiviación de sulfato de sodio de minas de sulfato de calcio mediante lixiviación en pilas. Contiene pequeñas cantidades de sulfato de sodio y otras impurezas.
9. Yeso de ácido tartárico: residuo generado durante la producción de ácido tartárico.
Además de los anteriores, existen otros tipos, como el yeso de ácido láctico, el yeso de glutamato monosódico, el yeso de cobre, el yeso de níquel y el yeso de cromo, entre otros. Estos yesos industriales derivados de subproductos se producen en grandes cantidades y tienen cierto valor de utilización. Sin embargo, debido a la presencia de sustancias nocivas, plantean ciertos retos en su procesamiento. La utilización adecuada de estos yesos derivados de subproductos no solo reduce la contaminación ambiental, sino que también conserva los recursos y promueve el desarrollo sostenible.
III. Métodos de tratamiento de sustancias nocivas en yesos industriales comunes derivados de subproductos
1. Yeso fosfórico
Método de lavado con agua: mediante lavados repetidos, se pueden eliminar el flúor soluble, el fósforo y la materia orgánica que flota en la superficie, reduciendo así el contenido de fósforo y flúor. Sin embargo, las aguas residuales generadas deben tratarse de nuevo antes de su vertido para evitar la contaminación ambiental. Este método es costoso y no cumple los requisitos de ahorro energético y reducción de emisiones.
Método de neutralización con cal: reacciona con el fósforo soluble, el flúor y otras impurezas del fosfogisio para formar sustancias insolubles que precipitan y se separan. La cantidad de cal añadida es fundamental, y el pH de la suspensión se controla normalmente en torno a 7.
Método de cribado: Aprovechando la distribución desigual de las impurezas en el fosfogesso, se utiliza el cribado para eliminar las partículas más grandes, reduciendo así el contenido de impurezas. Sin embargo, este método solo es eficaz cuando las impurezas están distribuidas de forma extremadamente desigual y rara vez se aplica en la práctica.
Método de tratamiento químico: Las impurezas nocivas, como el fósforo del fosfogipsita, se convierten en materiales utilizables mediante reacciones químicas. Por ejemplo, el fosfogipsita se mezcla con materiales alcalinos de calcio, materiales compuestos de silicio y aluminio y aditivos, y luego se somete a reacciones químicas para producir fosfatos y silicatos beneficiosos para el cemento. Este método es sencillo de aplicar, económico y muy utilizado en el pretratamiento del fosfogipsita para la producción de cemento.
Método de calcinación: Durante la calcinación a alta temperatura, los gases liberados por la descomposición del pentóxido de fósforo se volatilizan y se eliminan. Simultáneamente, el P₂O₅ reacciona con ciertos componentes activos del fosfogisio para formar compuestos de fosfato estables y de baja solubilidad. Las altas temperaturas eliminan las trazas de fósforo orgánico, reducen los niveles de impurezas, mejoran el rendimiento del fosfogisio, eliminan el agua libre y el agua cristalina y reducen la viscosidad.
Tecnología de solidificación/estabilización: Utilizando escoria de carburo de calcio o cal como agente neutralizante alcalino para el fosfogesso, y sulfato poliférico o cloruro de polialuminio como estabilizador de solidificación direccional, este método solidifica y estabiliza eficazmente los componentes tóxicos y nocivos del fosfogesso.
2. Yeso desulfurado
Método de lavado con agua: este método elimina las impurezas solubles, como los iones de cloruro, del yeso desulfurado mediante lavado con agua.
Método de precipitación química: se añaden precipitantes químicos al yeso desulfurado para que reaccionen con sustancias nocivas, como los iones de metales pesados, formando precipitados insolubles que se eliminan.
Método de solidificación/estabilización: se mezcla el yeso de desulfuración con solidificantes y estabilizadores para fijar las sustancias nocivas en una matriz sólida estable, reduciendo su movilidad y biodisponibilidad.
Método de vertido en vertederos: los residuos sólidos de yeso de desulfuración se eliminan en vertederos especializados. El vertedero debe contar con medidas a prueba de fugas para evitar que los residuos se filtren a las aguas subterráneas.
3. Yeso fluorurado
Método de precipitación: Se añade un precipitante para provocar la reacción de los iones fluoruro con el precipitante, formando precipitados de fluoruro insolubles, que se eliminan así del yeso fluorurado.
Método de adsorción: Se utilizan las propiedades de adsorción de los adsorbentes para eliminar el fluoruro del yeso fluorurado.
Método de calcinación: Durante la calcinación a alta temperatura, el fluoruro puede convertirse en sustancias insolubles o poco solubles y fijarse así.
4. Yeso cítrico
Método de lavado con agua: Eliminar parte de las impurezas solubles del yeso cítrico mediante lavado con agua.
Método de precipitación química: Añadir precipitantes químicos al yeso cítrico para que reaccionen con sustancias nocivas, como iones de metales pesados, formando precipitados insolubles que se eliminan.
Método de solidificación/estabilización: Mezclar el yeso cítrico con solidificantes y estabilizadores para fijar las sustancias nocivas en una matriz sólida estable, reduciendo su movilidad y biodisponibilidad.
5. Yeso de titanio
Método de lavado con agua: Eliminar algunas impurezas solubles del yeso de titanio mediante lavado con agua.
Método de precipitación química: Añadir precipitantes químicos al yeso de titanio para que reaccionen con sustancias nocivas como los iones de metales pesados, formando precipitados insolubles que se pueden eliminar.
Método de solidificación/estabilización: Mezclar el yeso de titanio con solidificantes, estabilizadores y otros aditivos para fijar las sustancias nocivas en una matriz sólida estable, reduciendo así su movilidad y biodisponibilidad.
6. Yeso salino
Método de lavado con agua: Eliminar parte de las impurezas solubles del yeso salino mediante lavado con agua.
Método de precipitación química: añadir precipitantes químicos al yeso salino para que reaccionen con sustancias nocivas, como iones de metales pesados, formando precipitados insolubles que se eliminan.
Método de solidificación/estabilización: mezclar el yeso salino con solidificantes y estabilizadores para fijar las sustancias nocivas en una matriz sólida estable, reduciendo su movilidad y biodisponibilidad.
7. Yeso de cobre, yeso de níquel, yeso de cromo
Método de precipitación química: añadir precipitantes químicos al yeso de cobre, al yeso de níquel y al yeso de cromo para que reaccionen con iones de metales pesados como el cobre, el níquel y el cromo, formando precipitados insolubles que se eliminan.
Método de intercambio iónico: Utilizar las propiedades de adsorción de las resinas de intercambio iónico para eliminar iones de metales pesados como el cobre, el níquel y el cromo del yeso de cobre, el yeso de níquel y el yeso de cromo.
Método de solidificación/estabilización: Mezclar yeso de cobre, yeso de níquel y yeso de cromo con solidificadores y estabilizadores para fijar las sustancias nocivas en una matriz sólida estable, reduciendo así su movilidad y biodisponibilidad.
Al tratar sustancias nocivas en el yeso industrial derivado de subproductos, deben seleccionarse métodos de tratamiento adecuados o combinaciones de métodos en función del tipo específico de yeso, el tipo y el contenido de las sustancias nocivas y el uso posterior previsto, a fin de lograr un tratamiento inocuo y la utilización de los recursos del yeso industrial derivado de subproductos.
III. Principales orientaciones para la utilización de los recursos del yeso industrial derivado de subproductos
1. Producción de retardadores de cemento
El fosfogesso, el yeso de desulfuración, el yeso fluorado y el yeso de titanio pueden sustituir al yeso natural como retardadores del cemento, retrasando el tiempo de fraguado del cemento y facilitando la mezcla, el transporte y la construcción del hormigón. Sin embargo, las impurezas solubles de fósforo y flúor presentes en el fosfogesso pueden afectar al rendimiento del cemento, lo que requiere métodos de pretratamiento, como la calcinación por etapas o la reducción con gas sulfuroso, para eliminar las impurezas antes de su uso en la producción de cemento.
2. Producción de materiales de construcción de yeso
Aprovechando las excelentes propiedades de aislamiento térmico, ligereza, resistencia al fuego y respeto al medio ambiente del yeso, se pueden desarrollar nuevos materiales para paredes y placas de yeso. Aprovechando las propiedades técnicas del yeso, se puede utilizar para enlucido, autonivelante y relleno de minas. Además, los recursos de azufre y calcio del yeso pueden utilizarse para producir whiskers de sulfato de calcio, sulfato de amonio, sulfato de potasio y cemento coproducido con ácido sulfúrico, entre otros productos químicos, que tienen una alta pureza y valor económico.
3. Acondicionadores del suelo
El fosfoyesos tiene una naturaleza débilmente ácida y puede utilizarse para mejorar los suelos salinos y alcalinos, aumentando la fertilidad del suelo.
4. Aplicaciones agrícolas
Los iones Ca²⁺, Si⁴⁺ y S²⁻ presentes en el yeso de desulfuración son nutrientes minerales beneficiosos para las plantas, ya que favorecen el crecimiento de los cultivos en suelos salinos y alcalinos. Puede servir como acondicionador del suelo para regular su nutrición, reducir su acidez y mejorar su compactación.
5. Preparación de productos químicos
El yeso de desulfuración puede reaccionar con carbonato de amonio de bajo valor para producir fertilizantes de sulfato de amonio de alto valor y ricos en nutrientes, mientras que el carbonato de calcio resultante puede utilizarse para fabricar cemento.
Preparación de whiskers de sulfato de calcio: Los whiskers de sulfato de calcio se preparan a partir de sulfato de calcio en yeso fluorita para su uso en la mejora de plásticos, caucho y otros materiales.
6. Extracción de metales valiosos
Mediante métodos hidrometalúrgicos, se pueden extraer metales valiosos como el cobre, el níquel y el cromo del yeso de cobre, el yeso de níquel y el yeso de cromo.
7. Otras aplicaciones
También se puede utilizar como material para la construcción de carreteras, como relleno para la base de las carreteras y material aglutinante para la capa base, con el fin de mejorar el rendimiento de la base de las carreteras y reducir el consumo de cemento.
