Yeso fosforado
Subproducto de hidrato de sulfato de calcio artificial
Pila de fosfoyeso ubicada cerca de Kėdainiai , Lituania 55°14′47″N 24°01′44″E / 55.24639, -24.02889 .

El fosfoyeso (PG) es el hidrato de sulfato de calcio formado como subproducto de la producción de fertilizantes , particularmente ácido fosfórico , a partir de roca fosfórica . Está compuesto principalmente de yeso (CaSO 4 ·2H 2 O). Aunque el yeso es un material ampliamente utilizado en la industria de la construcción , el fosfoyeso generalmente no se usa, sino que se almacena indefinidamente debido a su débil radiactividad causada por la presencia de uranio (U) y torio (Th) naturales , y sus isótopos hijos radio (Ra), radón (Rn) y polonio (Po). Por otro lado, incluye varios componentes valiosos: sulfatos de calcio y elementos como silicio , hierro , titanio , magnesio , aluminio y manganeso . [1] Sin embargo, el almacenamiento a largo plazo del fosfoyeso es controvertido. [2] Se generan alrededor de cinco toneladas de fosfoyeso por tonelada de producción de ácido fosfórico. Anualmente, la generación estimada de yeso fosforado a nivel mundial es de 100 a 280 millones de toneladas métricas. [3]

Fotografía de un astronauta tomada en 2015 de la Medina de Sfax con parte del puerto y las distintivas obras de tierra circulares del proyecto de reurbanización de Taparura de 420 ha , de las cuales 260 ha se han recuperado del mar mediante el depósito de yeso fosforado. [4]

Producción y propiedades

El yeso fosforado es un subproducto de la producción de ácido fosfórico mediante el tratamiento del mineral de fosfato ( apatita ) con ácido sulfúrico de acuerdo con la siguiente reacción:

Ca 5 (PO 4 ) 3 X + 5 H 2 SO 4 + 10 H 2 O → 3 H 3 PO 4 + 5 (CaSO 4 · 2 H 2 O) + HX
donde X puede incluir OH, F, Cl o Br

El fosfoyeso es radiactivo debido a la presencia de uranio natural (5–10 ppm ) y torio , y sus nucleidos hijos radio, radón, polonio, etc. El fosfato depositado en el mar normalmente tiene un nivel más alto de radiactividad que los depósitos de fosfato ígneo , porque el uranio está presente en el agua de mar en aproximadamente 3 ppb (aproximadamente 85 ppb de sólidos disueltos totales ). El uranio se concentra durante la formación de depósitos de evaporita a medida que los sólidos disueltos precipitan en orden de solubilidad y los materiales que se disuelven fácilmente, como el cloruro de sodio, permanecen en solución durante más tiempo que los materiales menos solubles, como el uranio o los sulfatos. Otros componentes del fosfoyeso incluyen sílice (5-10%), fluoruro (F, ~1%), fósforo (P, ~0,5%), hierro (Fe, ~0,1%), aluminio (Al, ~0,1%), bario (Ba, 50 ppm), plomo (Pb, ~5 ppm), cromo (Cr, ~3 ppm), selenio (Se, ~1 ppm) y cadmio (Cd, ~0,3 ppm). [3] [5] Aproximadamente el 90% del Po y el Ra del mineral en bruto se retiene en el fosfoyeso. [3] Por lo tanto, puede considerarse un material radiactivo natural mejorado tecnológicamente ( TENORM ).

Usar

Se han propuesto diversas aplicaciones para el uso del yeso fosforado, incluido su uso como material para: [2]

Según Taylor (2009), “hasta un 15% de la producción mundial de PG se utiliza para fabricar materiales de construcción, como enmienda del suelo y como controlador de fraguado en la fabricación de cemento Portland ”. El resto permanece en la pila. [3]

En los Estados Unidos

Una pila de fosfoyeso o "gyp stack", [6] ubicada cerca de Fort Meade, Florida . Contiene los subproductos residuales de la industria de fertilizantes fosfatados.

La Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) ha prohibido la mayoría de las aplicaciones de yeso fosforado que tengan una concentración de 226 Ra superior a 10 pico curie /gramo (0,4  Bq /g) [7] en 1990. [3] Como resultado, el yeso fosforado que excede este límite se almacena en grandes pilas, ya que la extracción de concentraciones tan bajas de radio no es posible o no es económica con la tecnología actual para el uso del yeso o del radio [ cita requerida ] . Dada la definición tradicional del Curie a través de la actividad específica de226
Ra , este límite equivale a 0,01 miligramos (0,00015 gr) de radio por tonelada métrica o una concentración de 10 partes por billón. (Véase el apartado Pilas de yeso más abajo.)

La EPA aprobó el uso de yeso fosforado para la construcción de carreteras durante la administración Trump en 2020, afirmando que la aprobación se produjo a petición del Instituto de Fertilizantes, que defiende a la industria de los fertilizantes. [8] Los ambientalistas se opusieron a la decisión, diciendo que el uso del material radiactivo de esta manera puede suponer riesgos para la salud. [9] En 2021, la EPA retiró la norma que autorizaba el uso de yeso fosforado en la construcción de carreteras. [10]

El estado de Florida posee aproximadamente el 80% de la capacidad de producción de yeso fosforado del mundo. En mayo de 2023, la legislatura de Florida aprobó un proyecto de ley que exige que el Departamento de Transporte de Florida estudie el uso de yeso fosforado en la construcción de carreteras, incluidos los proyectos de demostración, aunque esto requeriría la aprobación federal. [11] La ley, que exige que el departamento complete un estudio y haga una recomendación antes del 1 de abril de 2024, fue promulgada por el gobernador Ron DeSantis el 29 de junio de 2023. [12]

En China

En 2005, la producción china de fertilizantes fosfatados superó a la de Estados Unidos, y con ella surgió el problema del exceso de yeso fosfatado. En 2018, el almacenamiento inadecuado se ha convertido en un problema importante en la cuenca del río Yangtze , y el fósforo es responsable del 56% de todos los incumplimientos de las normas de calidad del agua. El fósforo, que todavía permanece en el yeso fosfatado, puede provocar la eutrofización de masas de agua y, por ende, floraciones de algas o incluso eventos anóxicos ("zonas muertas") en las capas inferiores de una masa de agua. La cantidad total de yeso fosfatado almacenado en 2020 supera los 600 Mt, y se producen 75 Mt cada año. [13]

La industria de la construcción es el principal usuario de fosfoyeso en 2020, con 10,5 Mt utilizadas como retardante del fraguado del hormigón y 3,5 Mt utilizadas en paneles de yeso . [13] También se utiliza como materia prima química para producir sulfatos y como acondicionador de suelos similar al yeso normal. [14] El consumo total en 2020 fue de 31 Mt, mucho menor que la tasa de acumulación. [13] Ha habido un impulso significativo para expandir el uso de fosfoyeso a nivel nacional desde 2016, siendo parte de dos planes quinquenales consecutivos . [14]

El fosfoyeso puede requerir un preprocesamiento para eliminar contaminantes antes de su uso. El fósforo (P) retarda significativamente el curado y reduce la resistencia del material, una preocupación importante en la construcción. El flúor (F) puede acumularse en los cultivos. Aunque el fosfoyeso chino generalmente contiene metales pesados ​​menos tóxicos y elementos radiactivos [ ¿por qué? ] [ cita requerida ] , algunos exceden los límites aceptables de radiactividad para material de construcción, o producen cultivos con cantidades inaceptables de arsénico (As), plomo (Pb), cadmio (Cd) o mercurio (Hg). Las barreras para un mayor uso incluyen el costo de la eliminación de metales pesados ​​y una variación considerable entre las fuentes de fosfoyeso. [14]

Contaminación y limpieza

El fosfoyeso puede contaminar el medio ambiente por su contenido de fósforo, que provoca eutrofización , por su contenido de metales pesados ​​tóxicos y por su radiactividad. El PG libera radón , que puede acumularse en interiores si se utiliza como material de construcción. Los almacenes al aire libre también liberan radón a un nivel potencialmente peligroso para los trabajadores. [3] El radón es un gas noble que es más pesado que el aire y, por lo tanto, tiende a acumularse en espacios subterráneos mal ventilados, como minas o bodegas. El radón natural se considera la segunda causa más común de cáncer de pulmón después del tabaquismo. [15] Sin embargo, más sustancial es la lixiviación del contenido de fosfoyeso en el nivel freático y, en consecuencia, en el suelo, exacerbada por el hecho de que el PG a menudo se transporta como una suspensión . [3] La acumulación de agua dentro de las chimeneas de yeso puede provocar el debilitamiento de la estructura de la chimenea, una causa de varias alarmas en los Estados Unidos. [6]

El principal enfoque para reducir la contaminación por PG es actuar antes de que se filtre al medio ambiente. Esto puede significar reciclar materiales purificados de PG en una variedad de aplicaciones (ver arriba) [3] o convertirlo en una forma más estable para su almacenamiento. El relleno de pasta de cemento convierte los desechos mineros peligrosos, como el PG, en una pasta de cemento y luego se utiliza la pasta para rellenar los huecos creados por la minería de las rocas. [16]

La biorremediación puede utilizarse para limpiar el agua y el suelo ya contaminados. Los microbios pueden eliminar metales pesados ​​y material radiactivo [cita requerida sobre la eliminación de radiactividad por parte de las plantas], cualquier contaminante orgánico presente en el interior y reducir el material sulfatado. [17] Con enmiendas y aditivos adecuados para el suelo, la PG también puede favorecer el crecimiento de plantas resistentes, con lo que se espera evitar una mayor erosión. [18]

Pilas de yeso

A menudo, la reutilización del fosfoyeso no es económica debido a las impurezas [ se necesita más explicación ] , las empresas mineras suelen arrojar los desechos en colinas artificiales llamadas "pilas de fosfoyeso" o estanques de desechos cerca de la mina. Los estanques de desechos [19] son ​​depósitos al aire libre que contienen una variedad de diferentes tipos de desechos industriales y agrícolas, incluidas al menos 70 pilas de fosfoyeso (de minas de fosfato utilizadas para la producción de fertilizantes). [20] Un estanque de desechos de fosfoyeso con fugas que casi colapsó, si no se hubiera permitido que los desechos fluyeran hacia la bahía de Tampa en Florida en 2021, resalta los peligros y los casi desastres asociados con los estanques de aguas residuales en todo el país. [21]

En Florida Central hay una gran cantidad de depósitos de fosfato, en particular en la región de Bone Valley . El mineral de fosfato depositado en el mar en Florida Central es débilmente radiactivo y, como tal, el subproducto de fosfoyeso (en el que los radionucleidos están algo concentrados) es demasiado radiactivo para ser utilizado en la mayoría de las aplicaciones. Como resultado, hay alrededor de mil millones de toneladas de fosfoyeso apiladas en 25 pilas en Florida (22 están en Florida Central) y se generan alrededor de 30 millones de toneladas adicionales cada año. [22]

Véase también

  • Yeso § Residuos de refinería
  • Lodo rojo : producto de desecho altamente alcalino del procesamiento del aluminio.
  • Relaves mineros : problema general de los productos de desecho que quedan después de la minería
  • Drenaje ácido de minas : aguas altamente ácidas producidas a partir de interacciones entre el oxígeno del agua y los compuestos de azufre depositados en condiciones reductoras.

Referencias

  1. ^ Chernysh, Yelizaveta; Yakhnenko, Olena; Chubur, Viktoriia; Roubík, Hynek (2021). "Reciclaje de fosfoyeso: una revisión de cuestiones ambientales, tendencias actuales y perspectivas". Ciencias Aplicadas . 11 (4): 1575. doi : 10.3390/app11041575 .
  2. ^ ab Ayres, RU, Holmberg, J., Andersson, B., "Materiales y medio ambiente global: minería de residuos en el siglo XXI", MRS Bull. 2001, 26, 477. doi :10.1557/mrs2001.119
  3. ^ abcdefgh Tayibi, Hanan; Choura, Mohamed; López, Félix A.; Alguacil, Francisco J.; López-Delgado, Aurora (2009). "Impacto ambiental y gestión del fosfoyeso". Revista de Gestión Ambiental . 90 (8): 2377–2386. Código Bib : 2009JEnvM..90.2377T. doi : 10.1016/j.jenvman.2009.03.007. hdl : 10261/45241 . PMID  19406560. S2CID  24111765.
  4. ^ Stéphanie Wenger, «Túnez: comentario Sfax veut récupérer «sa» mer», La Tribune, 29 de julio de 2013
  5. ^ Ramzi Taha; Roger K. Seals; Marty E. Tittlebaum; Willis Thornsberry Jr; James T. Houston. "Uso de yeso fosforado como subproducto en la construcción de carreteras" (PDF) . Registro de investigación de transporte . N.º 1345.
  6. ^ ab "La falla inminente de la chimenea de fosfoyeso en la bahía de Tampa expone los riesgos de la industria del fosfato". Tucson, AZ: Centro para la Diversidad Biológica. 3 de abril de 2021.
  7. ^ Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) (1992). "Subparte R - Normas nacionales de emisión de radón de chimeneas de fosfoyeso". Código de Reglamentos Federales, 40 CFR 61
  8. ^ "La EPA aprueba el uso de yeso fosforado en la construcción de carreteras" (Comunicado de prensa). EPA. 14 de octubre de 2020. Archivado desde el original el 18 de marzo de 2021.
  9. ^ Frazin, Rachel (15 de octubre de 2020). "La EPA permite el uso de material radiactivo en algunas construcciones de carreteras". The Hill .
  10. ^ Budryk, Zack (2 de julio de 2021). «La EPA retira la norma que permite el uso de material radiactivo en la construcción de carreteras». The Hill . Archivado desde el original el 3 de julio de 2021. Consultado el 4 de julio de 2021 .
  11. ^ Bill Chappell (9 de mayo de 2023). "Los legisladores de Florida quieren utilizar material radiactivo para pavimentar carreteras". NPR .
  12. ^ Chappell, Bill (30 de junio de 2023). "Florida avanza con el plan de pavimentación de carreteras radiactivas mientras el gobernador DeSantis firma una nueva ley". NPR . Consultado el 1 de julio de 2023 .
  13. ^ abc 经济日报 (Diario de economía). 长江边的"渣山"是固废还是璞玉——磷石膏堆存污染及综合利用调查 [¿Son las "montañas de escoria" desechos inamovibles o jade sin cortar? Una encuesta sobre el almacenamiento, la contaminación y el uso de fosfoyeso]. XinhuaNet .
  14. ^ abc Hebei DONR, Oficina de Asuntos Exteriores de Ciencia y Tecnología. 磷石膏的综合利用探讨 [Sobre los usos del fosfoyeso]. Administración Oceánica, Departamento de Recursos Naturales, Provincia de Hebei . Consultado el 10 de marzo de 2022 .
  15. ^ Vogeltanz-Holm, N.; Schwartz, GG (2018). "Radón y cáncer de pulmón: ¿Qué sabe realmente el público?". Journal of Environmental Radioactivity . 192 : 26–31. Bibcode :2018JEnvR.192...26V. doi : 10.1016/j.jenvrad.2018.05.017 . PMID  29883874. S2CID  47009598.
  16. ^ Liu, Y; Chen, Q; Wang, Y; Zhang, Q; Li, H; Jiang, C; Qi, C (18 de noviembre de 2021). "Remediación in situ de yeso fosforado con pretratamiento de lavado con agua utilizando relleno de pasta cementada: comportamiento reológico y evolución del daño". Materiales . 14 (22): 6993. Bibcode :2021Mate...14.6993L. doi : 10.3390/ma14226993 . PMC 8618653 . PMID  34832394. 
  17. ^ Trifi, Houda; Najjari, Afef; Achouak, Wafa; Barakat, Mohamed; Ghedira, Kais; Mrad, Faten; Saidi, Mouldi; Sghaier, Haïtham (enero de 2020). "Metataxonómica del fosfoyeso tunecino basada en cinco proyectos bioinformáticos: conocimientos para la biorremediación". Genómica . 112 (1): 981–989. doi : 10.1016/j.ygeno.2019.06.014 . PMID  31220587.
  18. ^ Komnitsas, K.; Paspaliaris, I.; Lazar, I.; Petrisor, IG (1999). "Remediación de chimeneas de fosfoyeso. Aplicación a escala piloto de campo". Process Metallurgy . 9 : 645–654. doi :10.1016/S1572-4409(99)80154-0. ISBN 9780444501936.
  19. ^ "Riesgos de contaminación por estanques de aguas residuales tóxicas | Hydroviv". www.hydroviv.com . Consultado el 22 de abril de 2022 .
  20. ^ US EPA, OAR (28 de noviembre de 2018). "Material radiactivo de la producción de fertilizantes". www.epa.gov . Consultado el 22 de abril de 2022 .
  21. ^ Tabuchi, Hiroko (6 de abril de 2021). «La crisis de Florida pone de relieve un riesgo nacional derivado de los estanques tóxicos». The New York Times . ISSN  0362-4331 . Consultado el 22 de abril de 2022 .
  22. ^ Instituto de Investigación de Fosfatos de Florida. "El fosfoyeso y la prohibición de la EPA". Archivado el 19 de febrero de 2015.

Lectura adicional

  • Chernysh, Yelizaveta; Yakhnenko, Olena; Chubur, Viktoriia; Roubík, Hynek (9 de febrero de 2021). "Reciclaje de fosfoyeso: una revisión de cuestiones ambientales, tendencias actuales y perspectivas". Applied Sciences . 11 (4): 1575. doi : 10.3390/app11041575 .
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Phosphogypsum&oldid=1241992165"