Phosphogypsum Valorization Through Decomposition in Carbon Monoxide

Le phosphore est un élément essentiel à la vie puisqu’il est omniprésent dans plusieurs industries, notamment dans la production des engrais. Compte tenu de la croissance démographique mondiale, qui induit une croissante demande de la nourriture et par le fait même la production des engrais surtout dans le contexte de la sécurité alimentaire. Dans l’industrie, l’acide phosphorique est crucial dans la production des engrais phosphatés, et plus de 80% de l’acide phosphorique est produit par la voie humide. Ce procédé consiste en une lixiviation du minerai de phosphate, l’apatite, avec de l’acide sulfurique pour produire une pulpe contenant de l’acide phosphorique et un sous-produit solide, le phosphogypse. Suite à une filtration sous vide et un lavage du gâteau pour séparer l’acide phosphorique du phosphogypse, ce dernier est principalement jeté à la mer/rivière ou stocké en fonction des réglementations en vigueur. Dans le procédé par voie humide, cinq tonnes de phosphogypse sont générées par tonne de pentoxyde de phosphore (P2O5), ce qui rend la gestion du phosphogypse le problème le plus critique de l’industrie de l’acide phosphorique en raison de l’occupation des terres et la pollution. Par conséquent, une gestion efficace du phosphogypse promet de réduire les impacts environnementaux et d’améliorer la durabilité de l’industrie de l’acide phosphorique. Plusieurs industries, dont la fabrication des matériaux de construction, l’agriculture, le traitement des déchets et la production de l’acide sulfurique tentent d’intégrer le phosphogypse dans leur processus, principalement comme matière première et/ou nouvelle source de soufre et de calcium par le biais d’une voie physique ou chimique. D’ailleurs, le recyclage du phosphogypse offre une excellente opportunité économique aux pays dépourvus de ressources en soufre par la réduction de leur besoin, surtout lorsqu’on considère les fluctuations actuelles du marché. Cependant, la principale limitation du recyclage du phosphogypse réside, dans certains cas, dans le fait qu’il peut entrainer des problèmes techniques et environnementaux. Ainsi, une étape de purification, pouvant être thermique, physique, chimique ou une combinaison de ces méthodes, est recommandée pour satisfaire les réglementations internationales concernant les exigences du produit final.

Abstract

Phosphorus is an essential element for life as it is omnipresent in several industries, especially in fertilizer production. The signification of fertilizers cannot be denied, especially in the context of ensuring food security, particularly considering the ongoing global population growth, which induces to increase food demand. In the industry, phosphoric acid is crucial in producing phosphate fertilizers, and more than 80% of the phosphoric acid is achieved through the wet process. This process involves a leaching of the phosphate ore, i.e., apatite with sulfuric acid to generate a pulp containing phosphoric acid and a solid by-product known as Phosphogypsum. After vacuum filtration and cake washing to separate the valuable phosphoric acid from the Phosphogypsum, the latter is either thrown is the sea/river or stockpiled depending on the applied regulations. In the wet process five tonnes of PG are generated per tonne of phosphorus pentoxide (P2O5) making PG management the most critical issue facing the phosphoric acid industry due to land occupation and pollution. Therefore, an effective management of Phosphogypsum holds the promise of reducing environmental impacts and enhancing the sustainability of the phosphoric acid industry. Several industries, including building materials manufacturing, agriculture, waste management, and sulfuric acid production, are trying to integrate PG into their process, mainly as a raw material and/or a new source of sulfur and calcium through either a physical or chemical pathway. In fact, recycling PG offers an excellent opportunity for countries without sulfur resources to be independent of the sulfur market, which is subject to price fluctuations. However, the main limitation of PG recycling is impurities that can lead, in certain cases, to technical and environmental issues. A purification step, which could be thermal, physical, chemical or a combination of these, is, hence, recommended to meet international regulations for the final product requirements.