RICERCA ITALIANA     

Programma di ricerca

Sviluppo di processi innovativi per la valorizzazione di rifiuti elettrochimici (pile scariche) per il recupero di metalli e la produzione di ferriti Zn-Mn.

Università di riferimento

Università degli Studi de L'AQUILA - CHIMICA, INGEGNERIA CHIMICA E MATERIALI - L'AQUILA(AQ)

Responsabile dell'Unità di ricerca

Francesco VEGLIO'

Descrizione

Obiettivi generali dell'UO2 sono la valutazione e la caratterizzazione delle soluzioni di lisciviazione prodotte dalla UOl, lo studio e l'ottimizzazione dei processi di purificazione della liscivia e la coprecipitazione di zinco e manganese presenti nella liscivia volta alla produzione di ferriti dolci utilizzando zinco e manganese recuperati dalle polveri trattate. Definizione dei trattamenti termici e caratterizzaione dei materiali finali ottenuti.
In definitiva il lavoro della presente UO2 si pone tra le operazioni di disassemblaggio e di lisciviazione delle pile, svolte dall'UO1, e lo studio dell'analisi di processo e dello smaltimento dei reflui, svolti dalla UO3.
In particolare oltre ai possibili processi di purificazione della liscivia (precipitazione del ferro e cementazione) si cercherà di studiare ed ottimizzare il processo di coprecipitazione di zinco e manganese utilizzabili per la produzione di ferriti dolci. Le prove di purificazione e di coprecipitazione verranno effettuate sia su soluzioni di lisciviazione prodotte dalla UO1 sia su soluzioni sintetiche preparate scegliendo un intervallo di concentrazione per Zn e Mn conforme a quello reale.
Il lavoro di ricerca in particolare si articolerà nelle seguenti tre fasi.

Fase 1 (8 mesi)
Analisi critica della letteratura inerente ai processi in esame; caratterizzazione delle liscivie prodotte dalla UO1 e studio dei processi di purificazione della liscivia stessa.
a) Caratterizzazione delle liscivie: in questa fase verranno caratterizzate le soluzioni di lisciviazione prodotte dalla UO1 attraverso misure di concentrazione delle soluzioni ottenute dalla fase di lisciviazione.
Tale caratterizzazione ha sia lo scopo di comprovare i risultati ottenuti dalla UO1 e soprattutto quello di poter produrre soluzioni sintetiche quanto più possibile prossime a quelle reali.
b) Precipitazione del ferro: verranno effettuate prove di precipitazione preliminari del ferro sulle soluzioni di lisciviazione al fine di determinare i valori di pH da raggiungere e monitorare la cinetica del processo stesso. In tal modo sarà possibile trovare l'andamento delle concentrazioni del ferro in soluzione al variare del pH e del tempo di trattamento.
Successivamente verrà ottimizzato il processo valutando l'efficienza, la cinetica e l'incidenza economica di diversi agenti precipitanti (NaOH, CaO, CaCO3, etc.).
Verranno inoltre monitorate le concentrazioni di zinco e manganese presenti in soluzione allo scopo di evitare precipitazioni indesiderate degli stessi elementi.
c) Cementazione: a seguito della fase di precipitazione del ferro si opera la cementazione, necessaria per completare la purificazione della liscivia. Durante il leaching infatti passano in soluzione metalli pesanti quali ad esempio Ni++, Cd++, Cu++. In questa fase avviene la riduzione di tali metalli ed il conseguente loro allontanamento dalla soluzione di leaching. Verranno usati come agenti riducenti lo zinco o il manganese allo scopo di accrescere la loro concentrazione in soluzione (sulla base delle conoscenze attuali manganese e zinco sembrano essere adatti per ottenere la completa rimozione dei metalli pesanti indesiderati).
Saranno effettuate prove di cementazione preliminari per determinare l'efficienza del processo sui metalli pesanti presenti (Ni++, Cd++, Cu++) in modo da mettere a punto le procedure ed i piani sperimentali necessari all'ottimizzazione di tale operazione.

Fase 2 (12 mesi)
Analisi critica della letteratura inerente al processo di coprecipitazione di zinco e manganese da soluzioni di ZnSO4 e MnSO4; studio preliminare ed ottimizzazione del processo di coprecipitazione di Zn e Mn.
a) Coprecipitazione di Zn e Mn: in tale fase verranno effettuate inizialmente delle prove di coprecipitazione di zinco e manganese dalla liscivia ormai depurata. In base allo stato dell'arte attuale (Guoxi Xi*, Yunqing Li, YuMin Liu (2003), M.V. Anathan, N.V. Parthasaradhy (1995),) emerge che molti fattori chimo-fisici possono influenzare la coprecipitazione dei due elementi. In tale fase preliminare si cercherà quindi di determinare, per il caso specifico, i parametri maggiormente influenti. Verranno quindi considerati i seguenti fattori:
§ temperatura
§ concentrazione di Mn e Zn
§ pH della soluzione
§ densità di corrente di deposizione
§ additivi per la complessazione
§ influenza di piccole concentrazioni di altri elementi presenti in soluzione (Ni, Fe, Cd…..)
Successivamente a tale fase preliminare il processo di coprecipitazione di zinco e manganese verrà ottimizzato con ulteriori prove sperimentali, che sulla base dei dati sperimentali ottenuti nelle prove preliminari, avranno lo scopo di determinare le condizioni ottimali di processo in relazione ai fattori significativamente influenti.
La fase di ottimizzazione riguarderà anche i processi di trattamento termico per l'ottenimento dei prodotti finali (trattamenti termici in condizioni controllate: TG-DTA analisis e caratterizzazione dei prodotti finali e processi di co-elettrodeposizione)

Fase 3 (4 mesi)
Caratterizzazione dei prodotti ottenuti ed integrazione dei risultati sperimentali nell'intero processo di recupero di Zinco e Manganese da pile esauste.
In questa fase della ricerca verranno caratterizzati i prodotti ottenuti nelle fasi precedenti di attività sperimentale (lega Zn-Mn derivante dal processo di coprecipitazione).
Inoltre, i risultati sperimentali precedentemente determinati verranno formalizzati in bilanci di materia e di energia relativi alle diverse fasi di possibili flowsheet d'impianto studiati.