Červené bahno - Red mud
Červené bahno , známé také jako zbytky bauxitu , je průmyslový odpad vznikající při rafinaci bauxitu na oxid hlinitý pomocí Bayerova procesu . Skládá se z různých oxidových sloučenin, včetně oxidů železa, které dodávají červenou barvu. Více než 95% celosvětově produkovaného oxidu hlinitého pochází z procesu Bayer; na každou tunu vyrobeného oxidu hlinitého se také vyprodukuje přibližně 1 až 1,5 tuny červeného bahna. Roční produkce oxidu hlinitého v roce 2018 činila přibližně 126 milionů tun, což vedlo k vytvoření více než 160 milionů tun červeného bahna.
Vzhledem k této vysoké úrovni výroby a vysoké zásaditosti materiálu může představovat významné riziko pro životní prostředí a problém se skladováním. Výsledkem je, že je vynaloženo značné úsilí při hledání lepších metod řešení.
Méně často je tento materiál znám také jako hlušina bauxitu , červený kal nebo zbytky rafinace oxidu hlinitého .
Výroba
Červené bahno je vedlejším produktem Bayerova procesu, hlavním způsobem rafinace bauxitu na cestě k oxidu hlinitému. Výsledný oxid hlinitý je surovinou pro výrobu hliníku procesem Hall – Héroult . Typická bauxitová rostlina produkuje jeden až dvakrát tolik červeného bahna než oxid hlinitý. Tento poměr závisí na typu bauxitu použitého v procesu rafinace a podmínkách extrakce.
Více než 60 výrobních operací po celém světě využívajících proces Bayer k výrobě oxidu hlinitého z bauxitové rudy. Bauxitová ruda se těží, obvykle v povrchových dolech , a přepravuje se do rafinerie oxidu hlinitého ke zpracování. Oxid hlinitý se extrahuje hydroxidem sodným za podmínek vysoké teploty a tlaku. Nerozpustná část bauxitu (se zbytek) se odstraní, což vede k roztoku hlinitanu sodného , který je pak naočkován s hydroxidem hlinitým krystalu a nechá zchladnout whicfh způsobí, že zbývající hydroxid hlinitý, aby se vysrážel z roztoku. Část hydroxidu hlinitého se používá k naočkování další dávky, zatímco zbytek se kalcinuje (zahřívá) na více než 1000 ° C v rotačních pecích nebo fluidních kalcinátorech za vzniku oxidu hlinitého (oxidu hlinitého).
Obsah oxidu hlinitého v použitém bauxitu je obvykle mezi 45 - 50%, ale lze použít rudy se širokou škálou obsahu oxidu hlinitého. Sloučenina hliníku může být přítomna jako gibbsit (Al (OH) 3 ), boehmit (y-AlO (OH)) nebo diaspora (a-AlO (OH)). Zbytek má vždy vysokou koncentraci oxidu železa, což dává produktu charakteristickou červenou barvu. Malé zbytkové množství hydroxidu sodného použitého v procesu zůstává se zbytkem, což způsobí, že materiál má vysoké pH / alkalitu, obvykle> 12. Zavádějí se různé stupně procesu separace pevná látka / kapalina, aby se ze zbytku recyklovalo co nejvíce hydroxidu sodného zpět do Bayerova procesu, aby byl proces co nejúčinnější a snížily se výrobní náklady. To také snižuje konečnou zásaditost zbytku, což usnadňuje a bezpečnější manipulaci a skladování.
Složení
Červené bahno se skládá ze směsi pevných a kovových oxidů. Červená barva pochází z oxidů železa , které obsahují až do 60% hmotnosti. Bahno je vysoce bazické s pH v rozmezí 10 až 13. Kromě železa patří mezi další dominantní složky oxid křemičitý , nebělený zbytkový oxid hlinitý a oxid titaničitý .
Hlavními složkami zbytku po extrakci hliníkové složky jsou nerozpustné oxidy kovů. Procento těchto oxidů produkovaných konkrétní rafinací oxidu hlinitého bude záviset na kvalitě a povaze bauxitové rudy a podmínkách těžby. Tabulka níže ukazuje rozsahy složení pro běžné chemické složky, ale hodnoty se velmi liší:
| Chemikálie | Procentní složení |
|---|---|
| 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% |
Mineralogicky vyjádřené přítomné složky jsou:
| Chemický název | Chemický vzorec | Procentní složení |
|---|---|---|
| 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% |
| Hliník - goethit (hlinitý oxid železitý) | a- (Fe, Al) OOH | 10–30% |
| Hematit (oxid železitý) | Fe 2 O 3 | 10–30% |
| Oxid křemičitý (krystalický a amorfní) | SiO 2 | 5–20% |
| Hlinitan trivápenatý | 3CaO⋅Al 2 O 3 ⋅ 6H 2 O | 2–20% |
| Boehmit | AlO (OH) | 0–20% |
| Oxid titaničitý | TiO 2 | 0–10% |
| Perovskit | CaTiO 3 | 0–15% |
| Moskvan | K 2 O⋅3Al 2 O 3 ⋅6SiO 2 ⋅2H 2 O | 0–15% |
| Uhličitan vápenatý | CaCO 3 | 2–10% |
| Gibbsite | Al (OH) 3 | 0–5% |
| Kaolinit | Al 2 O 3 ⋅2SiO 2 ⋅2H 2 O | 0–5% |
Obecně složení zbytku odráží složení nehliníkových složek, s výjimkou části křemíkové složky: krystalický oxid křemičitý (křemen) nereaguje, ale část přítomného oxidu křemičitého, často označovaného jako reaktivní oxid křemičitý, bude reagovat. za extrakčních podmínek a tvoří křemičitan sodný-hlinitý, jakož i další příbuzné sloučeniny.
Nebezpečí pro životní prostředí
Vypouštění červeného bahna je pro jeho zásaditost nebezpečné pro životní prostředí .
V roce 1972 došlo u pobřeží Korsiky k vypouštění červeného bahna italskou společností Montedison . Případ je důležitý v mezinárodním právu upravujícím Středozemní moře.
V říjnu 2010, přibližně jeden milion kubických metrů červeného kalu z oxidu hlinitého elektrárně nedaleko Kolontár v Maďarsku byl omylem propuštěn do okolní krajiny v Ajka oxidu hlinitého rostlin nehody zahynulo deset lidí a kontaminaci velkou plochu. Celý život v řece Marcal byl údajně „uhasen“ červeným bahnem a během několika dní se bahno dostalo až k Dunaji . Dlouhodobé účinky úniku na životní prostředí však byly malé.
Zbytkové skladovací prostory
Metody skladování zbytků se od doby, kdy byly postaveny původní závody, podstatně změnily. V prvních letech se postupovalo tak, že se kejda v koncentraci asi 20% pevných látek čerpala do lagun nebo rybníků, které se někdy vytvářely v bývalých bauxitových dolech nebo vyčerpaných lomech. V jiných případech, impoundments byly konstruovány s hrází nebo hráze , zatímco u některých operací údolí byly přehrazen a zbytek uložen v těchto přídržných oblastí.
Kdysi bylo běžnou praxí, že červené bahno bylo vypouštěno do řek, ústí řek nebo do moře potrubími nebo čluny; v jiných případech byl zbytek odeslán na moře a zlikvidován v hlubokých oceánských příkopech mnoho kilometrů od pobřeží. Veškerá likvidace v moři, ústí řek a řek se nyní zastavila.
Vzhledem k tomu, že prostor pro ukládání zbytků vyčerpal a obavy vzrostly nad mokrým skladováním, od poloviny osmdesátých let se stále více osvědčovalo stohování. V této metodě jsou zbytky zahuštěny na suspenzi s vysokou hustotou (48-55% pevných látek nebo vyšší) a poté naneseny způsobem, který konsoliduje a vysuší.
Stále populárnějším procesem zpracování je filtrace, při které se vyrábí filtrační koláč (obvykle vedoucí k 26 - 29% vlhkosti). Tento koláč lze před přepravou a uskladněním jako polosuchý materiál umýt buď vodou nebo vodní parou, aby se snížila zásaditost. Zbytky vyrobené v této formě jsou ideální pro opětovné použití, protože mají nižší alkalitu, jsou levnější při přepravě a jsou snáze zpracovatelné a zpracovatelné.
V roce 2013 Vedanta Aluminium , Ltd. pověřila červené bahno prášek produkující jednotku na svém Lanjigarh rafinérii v Urísa , Indii , popisovat to jako první svého druhu v oxidu hlinitého průmyslu, řešení hlavních nebezpečí pro životní prostředí.
Použití
Vzhledem k tomu, že Bayerův proces byl poprvé průmyslově přijat v roce 1894, byla uznána hodnota zbývajících oxidů. Byly učiněny pokusy o opětovné získání hlavních složek - zejména železa. Od začátku těžby bylo věnováno enormní množství výzkumného úsilí hledání využití zbytků.
Bylo provedeno mnoho studií s cílem vyvinout využití červeného bahna. Odhadem se 2 až 3 miliony tun ročně používají při výrobě cementu, stavbě silnic a jako zdroj železa. Mezi potenciální aplikace patří výroba levného betonu, aplikace na písčité půdy ke zlepšení cyklování fosforu , zlepšení kyselosti půdy , omezení skládky a sekvestrace uhlíku .
Recenze popisující současné použití zbytků bauxitu v portlandském cementovém slínku, doplňkových cementových materiálech / směsných cementech a speciálních cementech na bázi sulfo-hlinitanu vápenatého byly rozsáhle prozkoumány a dobře zdokumentovány.
- Výroba cementu , použití v betonu jako doplňkový cementový materiál. Od 500 000 do 1 500 000 tun.
- Surové využití specifických složek přítomných ve zbytku: výroba železa, titanu, oceli a REE ( prvky vzácných zemin ). Od 400 000 do 1 500 000 tun;
- Omezení skládky / zlepšení silnic / půdy - 200 000 až 500 000 tun;
- Použití jako součást stavebních nebo stavebních materiálů (cihly, dlaždice, keramika atd.) - 100 000 až 300 000 tun;
- Ostatní (žáruvzdorné, adsorpční, odvodnění kyselých dolů (Virotec), katalyzátor atd.) - 100 000 tun.
- Použití do stavebních panelů, cihel, pěnových izolačních cihel, obkladů, štěrku a štěrku, hnojiv vápníku a křemíku, zakrytí hrotů odpadu / obnova místa, využití lanthanidů (vzácných zemin), využití skandia, využití gália, využití yttria , zpracování kyselého dolu drenáž, adsorbent těžkých kovů, barviva, fosforečnany, fluoridy, chemikálie na úpravu vody, sklokeramika, keramika, pěnové sklo, pigmenty, těžba ropy nebo těžba plynu, plnivo pro PVC , náhražky dřeva, geopolymery, katalyzátory, plazmový nástřik hliníku a měď, výroba kompozitů titaničitanu hlinitého a mulitu pro vysokoteplotní povlaky, odsíření spalin, odstraňování arsenu, odstraňování chrómu.
V roce 2015 byla v Evropě zahájena hlavní iniciativa s prostředky z Evropské unie zaměřená na zhodnocení valorizace červeného bahna. Asi 15 Ph.D. studenti byli přijati jako součást Evropské vzdělávací sítě (ETN) pro valorizaci zbytků bauxitu v nulovém odpadu. Klíčovým zaměřením bude obnova železa, hliníku, titanu a prvků vzácných zemin (včetně skandia ) při současném zhodnocení zbytku na stavební materiály.
Viz také
Reference
Další odkazy
- MB Cooper, „Přirozeně se vyskytující radioaktivní materiál (NORM) v australském průmyslu“, zpráva EnviroRad ERS-006 připravená pro australskou poradní radu pro zdraví a bezpečnost při radiaci (2005).
- Agrawal, KK Sahu, BD Pandey, „Hospodaření s pevným odpadem v odvětví neželezných kovů v Indii“, Resources, Conservation and Recycling 42 (2004), 99–120.
- Jongyeong Hyuna, Shigehisa Endoha, Kaoru Masudaa, Heeyoung Shinb, Hitoshi Ohyaa, „Redukce chloru ve zbytku bauxitu jemnou separací částic“, Int. J. Miner. Process., 76, 1-2, (2005), 13–20.
- Claudia Brunori, Carlo Cremisini, Paolo Massanisso, Valentina Pinto, Leonardo Torricelli, „Opětovné použití upraveného odpadu bauxitu z červeného bahna: studie o ekologické kompatibilitě“, Journal of Hazardous Materials, 117 (1), (2005), 55–63.
- H. Genc¸-Fuhrman, JC Tjell, D. McConchie, „Zvýšení adsorpční kapacity arzeničnanu neutralizovaného červeného bahna (Bauxsol ™)“, J. Colloid Interface Sci. 271 (2004) 313–320.
- H. Genc¸-Fuhrman, JC Tjell, D. McConchie, O. Schuiling, „Adsorpce arzeničnanu z vody za použití neutralizovaného červeného bahna“, J. Colloid Interface Sci. 264 (2003) 327–334.
Externí odkazy a další čtení
- Red Sludge (or Red Mud) at the Periodic Table of Videos (University of Nottingham)
- Babel, S .; Kurniawan, TA. (Únor 2003). „Nízko nákladové adsorbenty pro absorpci těžkých kovů ze znečištěné vody: recenze“. J Hazard Mater . 97 (1–3): 219–43. doi : 10.1016 / S0304-3894 (02) 00263-7 . PMID 12573840 .