Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio (May 2021)
Effect of temperature and clay addition on the thermal behavior of phosphate sludge
Abstract
The aim of the present work is to characterize the phosphate sludge from the area of Youssoufia (rich in CaO ~ 31%) and to study its thermal behavior alone and when mixed with clay from Safi (Morocco). This may contribute to its valorization as an alternative raw material for ceramic industries. The evolution of phases during the thermal treatment of phosphate sludge, clay and sludge–clay mixtures at different mass ratios (25 wt%, 50 wt%, and 75 wt%) was performed at different levels of temperatures from 600 to 1120 °C. Mineralogical analysis by X-ray diffraction (XRD) showed that the sludge mainly consisted of quartz, calcite, dolomite, and francolite. Dolomite and calcite vanished after sludge heating and two new phases were formed, namely akermanite and monticellite. For clay, it mainly consisted of illite, kaolinite, quartz, calcite, and dolomite. After clay sintering at high temperature, a new phase was formed, i.e. anorthite. The effects of the MO/SiO2 ratio (MO = CaO + MgO) in mixtures (clay + sludge) on the crystallization behavior of diopside and fluorapatite, and the disappearance of the akermanite were investigated. The results showed that the crystallization of diopside–fluorapatite increased when the MO/SiO2 ratio increased. Resumen: El objetivo del presente trabajo es caracterizar un lodo de fosfato del área de Youssoufia (rico en CaO ~ 31%) y estudiar su comportamiento térmico tras su mezcla con una arcilla de Safi (Marruecos). Este estudio puede contribuir a su valorización como materia prima alternativa para la industria cerámica. La evolución de las fases minerales durante el tratamiento térmico de lodos de fosfato, arcilla y mezclas de lodos y arcilla en diferentes proporciones de masa (25, 50 y 75% de peso) se realizó a diferentes temperaturas, desde 600 a 1.120 °C. El análisis por difracción de rayos X (DRX) permitió conocer la composición mineralógica del lodo formado principalmente por cuarzo, calcita, dolomita y francolita. La dolomita y la calcita desaparecieron tras el calentamiento del lodo y se formaron 2 nuevas fases, a saber, akermanita y monticellita. En cuanto a la arcilla, el análisis mineralógico evideció la presencia de illita, caolinita, cuarzo, calcita y dolomita como fases mayoritarias. Tras la descomposicón de la arcilla se formó anortita como fase de alta temperatura. Se investigaron los efectos de la relación MO/SiO2 (MO = CaO + MgO) en mezclas (arcilla + lodo) sobre la cristalización de diópsido y fluorapatita y la desaparición de la akermanita. Los resultados mostraron que la cristalización de diopsido-fluorapatita aumentó cuando creció el cociente MO/SiO2.
