Czerwone błoto - Red mud
Czerwony szlam , znany również jako pozostałość boksytu , jest odpadem przemysłowym powstającym podczas rafinacji boksytu w tlenek glinu w procesie Bayera . Składa się z różnych związków tlenkowych , w tym z tlenków żelaza, które nadają mu czerwony kolor. Ponad 95% tlenku glinu produkowanego na całym świecie pochodzi z procesu Bayera; na każdą tonę wyprodukowanego tlenku glinu wytwarza się również około 1 do 1,5 tony czerwonego szlamu. Roczna produkcja tlenku glinu w 2018 roku wyniosła około 126 milionów ton, co dało w rezultacie ponad 160 milionów ton czerwonego szlamu.
Ze względu na ten wysoki poziom produkcji i wysoką zasadowość materiału może stanowić poważne zagrożenie dla środowiska i problem z przechowywaniem. W rezultacie wkłada się wiele wysiłku w znalezienie lepszych metod radzenia sobie z tym problemem.
Rzadziej ten materiał jest również znany jako odpadki boksytowe , czerwony szlam lub pozostałości rafineryjne tlenku glinu .
Produkcja
Czerwony szlam jest produktem ubocznym procesu Bayera, głównym sposobem rafinacji boksytu na drodze do tlenku glinu. Powstały tlenek glinu jest surowcem do produkcji aluminium w procesie Halla-Héroulta . Typowa fabryka boksytu produkuje od jednego do dwóch razy więcej czerwonego szlamu niż tlenku glinu. Stosunek ten zależy od rodzaju boksytu używanego w procesie rafinacji i warunków ekstrakcji.
Ponad 60 zakładów produkcyjnych na całym świecie wykorzystujących proces firmy Bayer do wytwarzania tlenku glinu z rudy boksytu. Ruda boksytu jest wydobywana, zwykle w kopalniach odkrywkowych , i przekazywana do rafinerii tlenku glinu w celu przetworzenia. Tlenek glinu ekstrahuje się wodorotlenkiem sodu w warunkach wysokiej temperatury i ciśnienia. Nierozpuszczalną część boksytu (pozostałość) usuwa się, tworząc roztwór glinianu sodu , który następnie zaszczepia się kryształem wodorotlenku glinu i pozostawia do ostygnięcia, co powoduje wytrącenie pozostałego wodorotlenku glinu z roztworu. Część wodorotlenku glinu jest używana do zaszczepiania kolejnej partii, podczas gdy pozostała część jest kalcynowana (podgrzewana) w temperaturze ponad 1000 ° C w piecach obrotowych lub płynnych kalcynatorach błyskawicznych w celu wytworzenia tlenku glinu (tlenku glinu).
Zawartość tlenku glinu w zastosowanym boksycie wynosi zwykle od 45 do 50%, ale można stosować rudy o szerokim zakresie zawartości tlenku glinu. Związek glinu może występować jako gibsyt (Al (OH) 3 ), bemit (γ-AlO (OH)) lub diaspor (α-AlO (OH)). Pozostałość ma niezmiennie wysokie stężenie tlenku żelaza, co nadaje produktowi charakterystyczny czerwony kolor. Niewielka resztkowa ilość wodorotlenku sodu użytego w procesie pozostaje w pozostałościach, powodując wysokie pH / zasadowość materiału, zwykle> 12. Wprowadza się różne etapy procesu separacji ciało stałe / ciecz w celu zawrócenia jak największej ilości wodorotlenku sodu z pozostałości z powrotem do procesu Bayera, aby proces był jak najbardziej wydajny i obniżył koszty produkcji. Obniża to również ostateczną zasadowość pozostałości, dzięki czemu jest łatwiejszy i bezpieczniejszy w obsłudze i przechowywaniu.
Kompozycja
Czerwony szlam składa się z mieszaniny stałych i metalicznych tlenków. Czerwony kolor powstaje w tlenki żelaza , które zawierają do 60% wagowych. Szlam jest wysoce zasadowy i ma pH w zakresie od 10 do 13. Oprócz żelaza, inne dominujące składniki obejmują krzemionkę , niewybielany pozostałość tlenku glinu i tlenek tytanu .
Głównymi składnikami pozostałości po ekstrakcji składnika aluminiowego są nierozpuszczalne tlenki metali. Odsetek tych tlenków produkowanych przez daną rafinerię tlenku glinu będzie zależał od jakości i charakteru rudy boksytu oraz warunków ekstrakcji. Poniższa tabela przedstawia zakresy składu dla typowych składników chemicznych, ale wartości są bardzo zróżnicowane:
| Chemiczny | Skład procentowy |
|---|---|
| Fe 2 O 3 | 5–60% |
| Al 2 O 3 | 5–30% |
| TiO 2 | 0–15% |
| CaO | 2–14% |
| SiO 2 | 3–50% |
| Na 2 O | 1–10% |
Obecne składniki wyrażone mineralogicznie to:
| Nazwa chemiczna | Wzór chemiczny | Skład procentowy |
|---|---|---|
| Sodalit | 3Na 2 O⋅3Al 2 O 3 ⋅6SiO 2 ⋅Na 2 SO 4 | 4–40% |
| Cancrinite | Na 3 ⋅CaAl 3 ⋅Si 3 ⋅O 12 CO 3 | 0–20% |
| Aluminous- getyt (glinowy, tlenek żelaza) | α- (Fe, Al) OOH | 10–30% |
| Hematyt (tlenek żelaza) | Fe 2 O 3 | 10–30% |
| Krzemionka (krystaliczna i bezpostaciowa) | SiO 2 | 5–20% |
| Glinian trójwapniowy | 3CaO⋅Al 2 O 3 ⋅6H 2 O | 2–20% |
| Boehmite | AlO (OH) | 0–20% |
| Dwutlenek tytanu | TiO 2 | 0–10% |
| Perovskite | CaTiO 3 | 0–15% |
| Moskale | K 2 O⋅3Al 2 O 3 ⋅6SiO 2 ⋅2H 2 O | 0–15% |
| Węglan wapnia | CaCO 3 | 2–10% |
| Gibsyt | Al (OH) 3 | 0–5% |
| Kaolinit | Al 2 O 3 ⋅2SiO 2 ⋅2H 2 O | 0–5% |
Ogólnie skład pozostałości odzwierciedla skład składników innych niż aluminium, z wyjątkiem części składnika silikonowego: krzemionka krystaliczna (kwarc) nie będzie reagować, ale część obecnej krzemionki, często nazywana krzemionką reaktywną, zareaguje w warunkach ekstrakcji i tworzą glinokrzemian sodu, a także inne pokrewne związki.
Zagrożenia środowiskowe
Uwalnianie czerwonego szlamu jest niebezpieczne dla środowiska ze względu na jego zasadowość .
W 1972 roku włoska firma Montedison wydostała się z wybrzeża Korsyki na czerwone błoto . Sprawa jest ważna w prawie międzynarodowym dotyczącym Morza Śródziemnego.
W październiku 2010 r. Około miliona metrów sześciennych czerwonego szlamu z fabryki tlenku glinu w pobliżu Kolontár na Węgrzech zostało przypadkowo uwolnionych do okolicznych terenów wiejskich podczas wypadku w zakładzie produkującym tlenek glinu w Ajka , zabijając dziesięć osób i zanieczyszczając duży obszar. Mówiono, że całe życie w rzece Marcal zostało „ugaszone” przez czerwone błoto iw ciągu kilku dni błoto dotarło do Dunaju . Jednak długoterminowe skutki wycieku dla środowiska były niewielkie.
Obszary przechowywania pozostałości
Metody składowania pozostałości uległy znacznej zmianie od czasu zbudowania pierwotnych zakładów. We wczesnych latach praktyka polegała na pompowaniu gnojowicy w stężeniu około 20% ciał stałych do lagun lub stawów tworzonych czasami w dawnych kopalniach boksytu lub zubożonych kamieniołomach. W innych przypadkach skonstruowano piętrzenia z tamami lub wałami przeciwpowodziowymi , podczas gdy dla niektórych operacji doliny zostały spiętrzone, a pozostałości zdeponowane na tych obszarach przetrzymywania.
Kiedyś było powszechną praktyką zrzucanie czerwonego szlamu do rzek, ujść rzek lub do morza rurociągami lub barkami; w innych przypadkach pozostałość była wysyłana na morze i umieszczana w głębokich rowach oceanicznych wiele kilometrów od brzegu. Wszelkie usuwanie w morzu, ujściach rzek i rzekach zostało wstrzymane.
Wraz z wyczerpywaniem się miejsca do przechowywania pozostałości i wzrostem obaw związanych z przechowywaniem na mokro, od połowy lat osiemdziesiątych coraz częściej stosuje się układanie na sucho. W tej metodzie pozostałości są zagęszczane do zawiesiny o dużej gęstości (48-55% ciał stałych lub więcej), a następnie osadzane w taki sposób, że konsoliduje i wysycha.
Coraz popularniejszym procesem uzdatniania jest filtracja, w wyniku której powstaje placek filtracyjny (zwykle o wilgotności 26 - 29%). Ciasto można myć wodą lub parą w celu zmniejszenia zasadowości przed transportem i przechowywaniem jako półsuszony materiał. Pozostałość wytworzona w tej postaci jest idealna do ponownego wykorzystania, ponieważ ma niższą zasadowość, jest tańsza w transporcie oraz łatwiejsza w obróbce i przetwarzaniu.
W 2013 Vedanta Aluminium , Ltd. zleciła czerwony proszek jednostki wytwarzające błoto na jej Lanjigarh rafinerii w Odisha , Indiach , opisując ją jako pierwszą tego rodzaju w przemyśle tlenku glinu, zwalczanie poważnych zagrożeń dla środowiska.
Posługiwać się
Odkąd proces Bayera po raz pierwszy został przyjęty na skalę przemysłową w 1894 r., Uznano wartość pozostałych tlenków. Podejmowano próby odzyskania głównych składników - zwłaszcza żelaza. Odkąd rozpoczęto wydobycie, ogromna ilość wysiłków badawczych została poświęcona poszukiwaniu zastosowań dla pozostałości.
Przeprowadzono wiele badań w celu opracowania zastosowań czerwonego szlamu. Szacuje się, że od 2 do 3 milionów ton rocznie jest używanych do produkcji cementu, budowy dróg oraz jako źródło żelaza. Potencjalne zastosowania obejmują produkcję taniego betonu, nanoszenie na gleby piaszczyste w celu poprawy obiegu fosforu , polepszanie kwasowości gleby , pokrywanie wysypisk i sekwestrację węgla .
Przeglądy opisujące obecne wykorzystanie pozostałości boksytu w klinkierze portlandzkim, uzupełniających materiałach cementowych / mieszanych cementach i specjalnych cementach sulfoglinianowych zostały szeroko zbadane i dobrze udokumentowane.
- Produkcja cementu , zastosowanie w betonie jako dodatkowy materiał cementowy. Od 500 000 do 1 500 000 ton.
- Odzysk surowców poszczególnych składników obecnych w pozostałości: produkcja żelaza, tytanu, stali i REE ( pierwiastków ziem rzadkich ). Od 400 000 do 1 500 000 ton;
- Zamknięcie wysypiska / drogi / poprawa stanu gleby - 200 000 do 500 000 ton;
- Zastosowanie jako składnik materiałów budowlanych lub konstrukcyjnych (cegły, płytki, ceramika itp.) - 100 000 do 300 000 ton;
- Inne (materiały ogniotrwałe, adsorbent, kwaśny drenaż kopalni (Virotec), katalizator itp.) - 100 000 ton.
- Zastosowanie w płytach budowlanych, cegłach, spienionych cegłach izolacyjnych, płytkach, żwirze / podsypce kolejowej, nawozach wapniowo-krzemowych, przykryciu wysypisk śmieci / renowacji terenu, odzysku lantanowców (ziem rzadkich), odzysku skandu, odzysku galu, odzysku itru , oczyszczaniu kopalni kwasu drenaż, adsorbent metali ciężkich, barwniki, fosforany, fluor, chemikalia do uzdatniania wody, ceramika szklana, ceramika, szkło spienione, pigmenty, wiercenie ropy lub wydobycie gazu, wypełniacz do PCV , substytuty drewna, geopolimery, katalizatory, plazmowe powlekanie natryskowe aluminium i miedź, produkcja kompozytów tytanian glinu-mulit do powłok odpornych na wysokie temperatury, odsiarczanie spalin, usuwanie arsenu, usuwanie chromu.
W 2015 r. Rozpoczęto w Europie dużą inicjatywę dzięki funduszom z Unii Europejskiej, aby zająć się waloryzacją czerwonego szlamu. Około 15 doktorów studentów rekrutowano w ramach Europejskiej Sieci Szkoleniowej (ETN) ds. Zerowej Waloryzacji Pozostałości Boksytu. Głównym celem będzie odzyskiwanie żelaza, aluminium, tytanu i pierwiastków ziem rzadkich (w tym skandu ) przy jednoczesnym przekształceniu pozostałości w materiały budowlane.
Zobacz też
Bibliografia
Dodatkowe odniesienia
- MB Cooper, „Naturalnie występujący materiał radioaktywny (NORM) w australijskim przemyśle”, raport EnviroRad ERS-006 przygotowany dla Australian Radiation Health and Safety Advisory Council (2005).
- Agrawal, KK Sahu, BD Pandey, „Zarządzanie odpadami stałymi w przemyśle nieżelaznym w Indiach”, Resources, Conservation and Recycling 42 (2004), 99–120.
- Jongyeong Hyuna, Shigehisa Endoha, Kaoru Masudaa, Heeyoung Shinb, Hitoshi Ohyaa, „Redukcja chloru w pozostałości boksytu przez oddzielanie drobnych cząstek”, Int. J. Miner. Process., 76, 1-2, (2005), 13–20.
- Claudia Brunori, Carlo Cremisini, Paolo Massanisso, Valentina Pinto, Leonardo Torricelli, „Ponowne wykorzystanie przetworzonych odpadów boksytu z czerwonego błota: badania zgodności środowiskowej”, Journal of Hazardous Materials, 117 (1), (2005), 55–63.
- H. Genc¸-Fuhrman, JC Tjell, D. McConchie, „Zwiększanie zdolności adsorpcji arsenianu neutralizowanego czerwonego szlamu (Bauxsol ™)”, J. Colloid Interface Sci. 271 (2004) 313-320.
- H. Genc¸-Fuhrman, JC Tjell, D. McConchie, O. Schuiling, „Adsorption of arsenate from water using neutralized red mud”, J. Colloid Interface Sci. 264 (2003) 327–334.
Linki zewnętrzne i dalsze czytanie
- Red Sludge (or Red Mud) at The Periodic Table of Videos (University of Nottingham)
- Babel, S .; Kurniawan, TA. (Luty 2003). „Tanie adsorbenty do wychwytywania metali ciężkich z zanieczyszczonej wody: przegląd”. J Hazard Mater . 97 (1–3): 219–43. doi : 10.1016 / S0304-3894 (02) 00263-7 . PMID 12573840 .