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May 22, 2023

Réutilisation du phosphogypse prétraité par lavage à l'eau comme granulat pour remblai cimenté

Scientific Reports volume 12, Numéro d'article : 16091 (2022) Citer cet article 937 Accès 3 Citations Détails des métriques Le phosphogypse (PG) est réutilisé comme granulat dans le remblai cimenté, qui

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 16091 (2022) Citer cet article

937 Accès

3 citations

Détails des métriques

Le phosphogypse (PG) est réutilisé comme granulat dans le remblai cimenté, ce qui améliore efficacement l'efficacité de la réutilisation du PG. Cependant, les impuretés massives contenues dans les granulats PG nuiraient à l’hydratation du liant, et donc détérioreraient le développement de la résistance du remblai. Cette recherche commence par l'étude de faisabilité du prétraitement du PG avec la méthode de lavage à l'eau. Sur la base du principe le plus économique de la demande en eau, les conditions optimales de lavage du PG ont été déterminées avec un temps d'agitation de 5 min et un rapport solide-liquide de 1:0,5. Ensuite, le PG original et prétraité a été intégré au remblai. Par rapport à l'utilisation du PG d'origine, la boue de remblai utilisant le PG prétraité présentait de meilleures performances de fluidité, telles qu'une viscosité de la boue plus faible et un taux de saignement plus élevé. De plus, avec le granulat prétraité PG, la résistance du remblai a été considérablement améliorée de plus de 8 fois. Enfin, le comportement environnemental du remblai cimenté a été étudié. En utilisant le PG prétraité comme agrégat, les concentrations de PO43− et de F− dans les eaux de purge et les lixiviats de remblai pourraient répondre à la norme chinoise en matière de rejet intégré des eaux usées. Les résultats étendent la réutilisation des PG comme granulats d'une manière plus respectueuse de l'environnement, répondant aux besoins des mines durables.

Le remblai cimenté est un moyen efficace pour augmenter la récupération du minerai, améliorer les conditions de sécurité et réduire l'élimination en surface des déchets solides. En tant que déchet solide typique, le phosphogypse (PG) est le sous-produit généré lors de l’exploitation des ressources en phosphate1,2,3. La production mondiale de PG est estimée entre 100 et 280 Mt par an, dont la Chine contribue à hauteur de 25 %4,5. Actuellement, le PG est recyclé comme additif dans les matériaux de construction, les modificateurs de sol et la production de ciment, mais avec un taux d'utilisation limité de 15 %6,7,8. En 2008, Li et al.9 ont proposé de manière innovante une technique de remblai cimenté avec du PG comme granulat, améliorant efficacement le taux d'utilisation du PG jusqu'à 60 %. Dans le processus de remblai cimenté PG, les granulats PG (plus de 80 % en poids sec) sont mélangés avec du liant et de l'eau pour obtenir une boue de remblai hétérogène, qui est ensuite pompée vers les zones souterraines exploitées. La boue s'assèche et se consolide progressivement, renforçant ainsi la résistance nécessaire pour soutenir les parois rocheuses des mines souterraines.

En tant que principal matériau de remblai, les granulats PG sont principalement composés de CaSO4·2H2O et contiennent également de grandes quantités d'impuretés telles que des acides résiduels, des phosphates, des fluorures et des métaux lourds10,11. Des études antérieures ont montré que les impuretés pourraient sérieusement détériorer le processus d'hydratation du remblai et provoquer une pollution environnementale. Li et Fall12 ont ajouté du sulfate dans le remblai en pâte cimentée au laitier et ont découvert qu'une teneur élevée en sulfate avait un impact négatif sur la résistance au jeune âge et l'auto-dessiccation du remblai. Chen et al.13 ont exploré les effets du chlorure sur les propriétés mécaniques du remblai en pâte cimentée par gangue. Les résultats ont montré que la résistance initiale du remblai diminuait évidemment lorsque la teneur initiale en chlore était supérieure à 40‰. Zhou et al.14 ont préparé un remblai cimenté en utilisant du PG avec diverses teneurs en phosphate et ont démontré que la résistance 120d diminuait de 2,04 à 0,30 MPa à mesure que le phosphate dissous dans le PG augmentait de 29 à 377 mmol/kg. Lorsque la teneur en phosphate du PG dépasse 87 mmol/kg, cela tend à provoquer une pollution phosphatée de l’environnement. En outre, il convient de noter que le PG est un déchet solide hyperacide avec un pH généralement inférieur à 3, par rapport aux autres agrégats de remplissage neutres1,15. Cependant, les réactions d’hydratation se produisent généralement dans des conditions fortement alcalines (pH > 11,5)16. Par conséquent, les acides résiduels dans le PG neutraliseraient les ions hydroxyle du liant et interféreraient avec la réaction d’hydratation du remblai, ce qui perturberait le développement de la résistance du remblai. En conséquence, il est nécessaire de prétraiter les PG pour atténuer les effets néfastes de leur utilisation secondaire.