Recupero di fosforo da ceneri di biomasse

Il presente lavoro di tesi magistrale si pone l’obiettivo di approfondire quanto emerso in una prima fase sperimentale volta a fornire i dati necessari per la valutazione della fattibilità tecnico-economica di un impianto per il recupero di materia, in particolare fosforo, da residui di combustione derivanti dall’incenerimento di fanghi biologici e di residui della filiera agroalimentare. Si renderebbe così interessante il processo di incenerimento dei fanghi biologici in quanto, le ceneri derivanti dalla termovalorizzazione dei fanghi prodotti dagli impianti di depurazione potrebbero essere destinate, qualora economicamente compatibili con i cicli produttivi, alla produzione di acido fosforico e concimi a base fosfatica sostituendo, almeno parzialmente, i minerali di cava i cui giacimenti- fonti non rinnovabili - sono in esaurimento. I principali processi industriali prevedono la produzione di fosforo e composti fosfatici per via termica, nel caso in cui si operi su di un materiale sufficientemente puro o, in alternativa, per via umida nel caso in cui il titolo in P2O5 sia contenuto e siano presenti elementi indesiderati quali, appunto, i metalli pesanti. La elevata presenza di metalli pesanti orienta la procedura di recupero verso le tecniche ad umido basate sulla lisciviazione acida. La validità della procedura di lisciviazione con acido solforico è stata verificata con due prove: la prima si è effettuata una estrazione controcorrente a cinque stadi facendo uso di H2SO4 con un rapporto solido/liquido S/L 1:10; la seconda condotta nelle medesime condizioni, per verificare la possibilità di riciclare le acque di lavaggio delle ceneri alla fine del processo, per limitare al massimo il consumo acido. È stata poi testata la purificazione di H3PO4 presente nei lisciviati ottenuti con H2SO4 tramite estrazione liquido/liquido con alcol isoamilico, ottenendo però un’estrazione non sufficiente rispetto al H3PO4 presente nella fase acquosa iniziale, per tanto la purificazione tramite estrazione liquido-liquido non risulta accettabile visto il consumo eccessivo di H2SO4 rispetto all’H3PO4 ottenibile. Altre prove di lisciviazione contro corrente sono state fatte sostituendo l’acido fosforico all’acido solforico ottenendo una resa di lisciviazione del 65%; il lisciviato così ottenuto risulta meno contaminato da metalli pesanti. Successivamente sui lisciviati ottenuti si sono effettuate due prove di purificazione: una variando in modo controllato il pH fino a pH 6 tramite aggiunta di ammoniaca al 30%, per verificare la possibilità di ottenere la precipitazione di idrossidi, lasciando in soluzione l’ H3PO4; la seconda i due lisciviati sono stati trattati con latte di calce (sospensione di Ca(OH)2 al 10%) fino a pH 9-9,5, per verificare la possibile produzione di fertilizzanti a base di fosfati di calcio. Ottenendo nella prima prova una coprecipitazione non quantitativa dei metalli presenti, ma anche la contemporanea precipitazione dei fosfati presenti in soluzione; nella seconda si ottiene la precipitazione quantitativa di tutti gli elementi costituenti il lisciviato. Al fine di procedere alla classificazione come concimi, sui materiali così ottenuti, sono stati quantificati i metalli pesanti e, sempre sul prodotto ottenuto dalla precipitazione con latte di calce, si sono effettuati test di cessione di P, al fine di valutarne la biodisponibilità. Particolarmente interessante risulta quindi il solido ottenuto dal lisciviato da H2SO4. Sono state condotte due ulteriori prove di lisciviazione con H2SO4 a concentrazioni inferiori, ottenendo risultati analoghi a quelli ottenuti con H2SO4 1 N. Di fatto non è tanto importante la concentrazione dell’acido lisciviante purché l’estrazione proceda sempre a un pH inferiore a 2. Prove di estrazione sono state fatte anche sulle ceneri ottenute dalla frazione solida di digestato bovino e suino, ottenendo risultati eccellenti.