È proposto qui un processo innovativo di minerosintesi step-by-step finalizzato alla rimozione del Cd da reflui industriali contenenti il metallo, attraverso l'interazione tra carbonati di Mg amorfi (AMC) e soluzioni contenenti Cd mediante scambio ionico tra il Mg presente nella struttura del carbonato e gli ioni Cd in soluzione. Il processo ha l'obiettivo di produrre reflui con concentrazioni di Cd inferiori a 0,005 mg/L, il livello massimo di concentrazione raccomandato dalle normative europee ed americane.
Si eseguiranno esperimenti di interazione tra AMC e soluzioni con diverse concentrazioni di Cd, applicando differenti tempi di contatto e variando la quantità di AMC. Al fine di trarre informazioni utili alla diretta applicazione a scala industriale della metodologia proposta, gli esperimenti saranno eseguiti in condizioni di T e P ambientali. Il processo di rimozione di Cd dalle soluzioni sarà definito sulla base dei risultati dello studio cinetico e in condizioni di equilibrio.
I prodotti sintetici saranno analizzati mediante HT-XRPD, SEM-EDX, FTIR e analisi termiche per investigare le eventuali variazioni morfologiche e strutturali e la stabilità termica dei carbonati Cd-bearing. Le soluzioni residue saranno analizzate mediante ICP-AES con l'obiettivo di definire l'entità della rimozione del Cd e l'efficienza del processo nelle differenti condizioni sperimentali.
L'affinamento strutturale dei prodotti cristallini sarà eseguito mediante il metodo Rietveld; la Pair Distribution Function verrà utilizzata per definire la struttura degli AMC prima della loro interazione con le soluzioni Cd-enriched.
Alle prove di scambio ionico tra Mg e Cd seguiranno esperimenti di desorpiton finalizzati a valutare la stabilità dell'immobilizzazione del Cd nelle strutture carbonatiche e investigare la fattibilità tecnica del recupero del metallo che ha importanti applicazioni industriali quali la produzione di pigmenti, leghe metalliche, batterie e materie plastiche.
L'innovatività della ricerca proposta è da correlarsi all¿utilizzo di carbonati amorfi di Mg per la mineral remediation di acque inquinate da Cd. Le applicazioni di carbonati sintetici sono numerose e ricadono principalmente nel campo dei materiali High-Tech e dell'industria farmaceutica come carrier di nutrienti o oligoelementi in farmacologia. In natura è noto che in condizioni di weathering delle rocce ultramafiche alcuni metalli tossici liberati dall'alterazione dei minerali femici possono essere catturati nelle strutture dei carbonati prodotti dai naturali processi di alterazione [1,2].
Al contrario, per quanto a nostra conoscenza, questo sarebbe il primo studio sperimentale che prevede l'applicazione di carbonati di Mg amorfi sintetizzati dalla carbonatazione diretta della CO2 per la "mineral remediation" dell¿inquinamento da Cd. Questo innovativo approccio sperimentale ha il notevole vantaggio di consentire un controllo diretto delle reazioni cinetiche di immobilizzazione del metallo tossico nelle strutture carbonatiche. Inoltre, consente di ricavare informazioni sugli effetti del tempo di interazione fra AMC e soluzioni di Cd, delle concentrazioni del metallo nelle soluzioni e del loro rapporto solido/liquido. Tali informazioni saranno fondamentali per la definizione delle condizioni operative ottimali del processo di immobilizzazione del Cd, al fine dello "scale up" del processo in un reale impianto di trattamento di reflui industriali.
[1] Hamilton J.L., Wilson S.A., Morgan B., Turvey C.C., Paterson D.J., MacRae C., McCutcheond J., Southam G. (2016). Nesquehonite sequesters transition metals and CO2 during accelerated carbon mineralisation. Int. J. Greenh. Gas Control 55, 73-81.
[2] Hamilton J.L., Wilson S.A., Morgan B., Turvey C.C., Paterson D.J., Jowitt S.M., McCutcheond J., Southam G. (2018). Fate of transition metals during passive carbonation of ultramafic mine tailings via air capture with potential for metal resource recovery. Int. J. Greenh. Gas Control 71, 155-167.