Caratterizzazione elettrochimica dell'acciaio lisciviato

Scientific Reports volume 12, numero articolo: 16691 (2022) Citare questo articolo

650 accessi

Dettagli sulle metriche

In questo lavoro sono state studiate le proprietà elettrochimiche dei fanghi di lisciviazione, della magnetite e della ferrite di zinco. L'acido acetico è stato utilizzato come reagente di lisciviazione perché, negli ultimi anni, c'è stato un aumento di interesse nell'utilizzo di materiali contenenti zinco come fotocatalizzatori, con l'acido acetico che trova applicazione nella loro preparazione. Sono stati utilizzati vari approcci metodologici, ma i migliori risultati sono stati ottenuti con una combinazione di 1-3 ore di lisciviazione in acido acetico 0,01 M con un rapporto solido/liquido di 500. In questa soluzione, la zincite veniva quasi completamente rimossa dai fanghi, mentre lo zinco ferrite e magnetite rimasero nel residuo solido. Le analisi ex situ dei principali prodotti della lisciviazione sono state eseguite mediante diffrazione di raggi X, spettroscopia infrarossa e termogravimetria. Il comportamento elettrochimico dei residui solidi e dei sistemi modello, ovvero micromagnetite e ferrite di zinco, è stato studiato in mezzi alcalini mediante elettrodi di pasta di carbonio modificata, voltammetria ciclica e cronocoulometria, con una finestra di potenziale adeguata compresa tra 0 e 1,5 V. In sintesi , è stata trovata una dipendenza lineare dell'altezza dei picchi anodico e catodico dalla radice quadrata della velocità di scansione. La posizione dei picchi anodici e catodici si è spostata leggermente con la velocità di scansione, solo a velocità basse, fino a 25 mV/s, i singoli picchi coincidevano. La risposta elettrochimica ha suggerito un processo quasireversibile.

È ampiamente riconosciuto che i rifiuti della produzione dell’acciaio sono classificati come pericolosi poiché contengono metalli pesanti. Uno di questi è lo zinco, che è contenuto sotto forma di zincite ZnO altamente solubile o di ferrite di zinco difficilmente solubile ZnFe2O4. Lo zinco e i suoi composti vengono recuperati da questi materiali di scarto mediante lisciviazione acida o alcalina ad alta o bassa pressione. Sotto pressione atmosferica, la zincite può essere separata quasi selettivamente mediante lisciviazione in NaOH, NH4Cl o (NH4)2CO3, con la ferrite di zinco che rimane nel residuo1,2,3. Durante la lisciviazione acida, anche la ferrite di zinco si dissolve, ma il ferro entra nella soluzione4,5,6. Ciò è stato superato da Siedlecka7 e Maia8 che hanno utilizzato l'alcol etilico dopo la lisciviazione acida per far precipitare i composti del solfato di ferro. Inoltre, i composti del calcio vengono convertiti in gesso insolubile e la separazione magnetica produce magnetite ed ematite.

Lo zinco può essere ottenuto dalla ferrite di zinco mediante lisciviazione acida sotto pressione elevata9 o utilizzando processi pirometallurgici, come il processo del forno Waelz e la sua modifica e il processo RecoDust basato sulla riduzione delle polveri del forno a ossigeno basico contenenti metalli pesanti mediante H2 e CO, come descritti rispettivamente in 10 e 11. Pickles12 ha studiato la riduzione selettiva mediante ferro, riportando un intervallo di temperatura e pressione ottimale per il recupero di zinco e piombo. La combinazione di riduzione, arrostimento, lisciviazione acida e separazione magnetica è stata proposta in13. La tostatura dei residui della lisciviazione dello zinco mediante solfato di ammonio è stata descritta in 14, dove il processo in tre fasi introdotto ha fornito un residuo altamente puro adatto per il riciclo nella produzione del ferro. Kashyap e Taylor15 hanno utilizzato il gas H2 per ridurre parzialmente la ferrite di zinco. Vale anche la pena notare che lo zinco può essere separato selettivamente dalla franklinite mediante un processo combinato termico-idrometallurgico utilizzando NaOH16,17,18.

I rifiuti della produzione dell'acciaio e i relativi prodotti di lisciviazione sono di grande importanza pratica. I fanghi della produzione dell'acciaio possono essere utilizzati come materia prima per la produzione di ceramica19 o per rimuovere i metalli pesanti dalle acque reflue, come mostrato in20,21. Dopo l'aggiunta della calce, dai fanghi è possibile ricavare bricchette da utilizzare nel convertitore22. Roslan et al.23 hanno studiato la possibilità di migliorare le proprietà del cemento pozzolanico derivato da sottoprodotti delle industrie di produzione dell'acciaio. La ferrite di zinco è ampiamente studiata come componente di un nanocomposito ibrido che presenta superparamagnetismo e come catalizzatore per varie reazioni chimiche. L'applicazione fotocatalitica di materiali contenenti zinco è discussa in diversi lavori24,25,26,27,28,29,30,31,32. Soprattutto il nanoibrido di ossido di ZnO-grafene ha mostrato eccellenti proprietà fotocatalitiche durante la fotodegradazione del cristalvioletto. Lo studio elettrochimico del sensore a base di ferrite di zinco è stato effettuato in33,34,35,36. Il comportamento supercapacitivo dei materiali ferritici è stato studiato in37. Le nanoparticelle hanno mantenuto più dell'87% della capacità iniziale dopo 1000 cicli di carica/scarica. I nanocompositi di grafene a base di ferrite di zinco sono stati testati come promettenti elettrocatalizzatori da Nivetha e Grace38. I nanocompositi MnFe2O4/grafene e ZnFe2O4/grafene si sono rivelati elettrocatalizzatori efficienti per la generazione di idrogeno attraverso il meccanismo di riduzione dell'idrogeno.