Integrazione della mineralizzazione accelerata del carbonio con la valorizzazione dei residui minerari per il recupero di elementi critici

The growing urgency of countering the accumulation of carbon dioxide (CO₂) in the atmosphere requires the development of sequestration strategies that are not only stable but also technically accelerated. Among the most promising solutions, CO₂ mineralization stands out as a geologically safe and permanent process, capable of transforming the greenhouse gas into solid carbonates through reaction with cations released from mineral matrices. This thesis focuses on optimizing accelerated mineralization, investigating the effectiveness of integrating mining residues into the carbon capture process. The primary objective is to identify the ideal operating conditions to maximize CO₂ precipitation in the form of stable calcite, using mining residues as active nucleation centers. Thanks to their specific morphology and composition, these materials act as heterogeneous catalysts, breaking down the reaction kinetic barriers and dramatically accelerating crystal formation. The experimental tests were conducted within a controlled reactor system at a temperature of 40°C and a CO₂ pressure set at 1 bar. The study tested mineral residues at concentrations of 0.2 g/kg and 0.8 g/kg, analyzing their behavior following the injection of specific reagents (0.02 M CaCl2 and 0.06 M NaOH) to trigger carbonate precipitation. The results obtained allow for the definition of an integrated approach where mine residue, usually considered waste, becomes a fundamental geochemical resource for climate mitigation, while also promoting the sustainability of the mining sector through the circular management of its byproducts.

La crescente urgenza di contrastare l’accumulo di anidride carbonica (CO₂) in atmosfera richiede lo sviluppo di strategie di sequestro che siano non solo stabili, ma anche tecnicamente accelerate. Tra le soluzioni più promettenti, la mineralizzazione della CO₂ si distingue come un processo geologicamente sicuro e permanente, capace di trasformare il gas serra in carbonati solidi attraverso la reazione con cationi rilasciati da matrici minerali. Il presente lavoro di tesi si focalizza sull’ottimizzazione della mineralizzazione accelerata, investigando l’efficacia dell’integrazione dei residui minerari nel processo di cattura del carbonio. L’obiettivo principale è individuare le condizioni operative ideali per massimizzare la precipitazione della CO₂ in forma di calcite stabile, utilizzando i residui derivanti da attività estrattive come centri di nucleazione attiva. Grazie alla loro specifica morfologia e composizione, questi materiali agiscono come catalizzatori eterogenei, abbattendo le barriere cinetiche della reazione e accelerando drasticamente la formazione dei cristalli. Le prove sperimentali sono state condotte all’interno di un sistema reattoristico controllato a temperatura di 40°C e con una pressione di CO₂ fissata a 1 bar. Nello studio, sono stati testati residui minerali a concentrazioni di 0,2 g/kg e 0,8 g/kg, analizzandone il comportamento a seguito dell’iniezione di reagenti specifici (CaCl2 0,02 M e NaOH 0,06 M) per innescare la precipitazione carbonatica. I risultati ottenuti permettono di definire un approccio integrato dove il residuo di miniera, solitamente considerato uno scarto, diventa una risorsa geochimica fondamentale per la mitigazione climatica, favorendo al contempo la sostenibilità del settore minerario attraverso una gestione circolare dei propri sottoprodotti.