Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено с остатка боксита )
Перейти к навигации Перейти к поиску
О танине, используемом в буровом растворе, см. Дерево Квебрахо .
Красная грязь возле Штаде ( Германия )
Боксит , алюминиевая руда ( департамент Эро , Франция ). Красноватый цвет обусловлен оксидами железа, которые составляют основную часть красного шлама.

Красный шлам , формально называемый остатками бокситов , представляет собой промышленные отходы, образующиеся при переработке бокситов в глинозем с использованием процесса Байера . Он состоит из различных оксидных соединений, в том числе оксидов железа, придающих ему красный цвет. Более 95% глинозема, производимого в мире, производится методом Байера; На каждую тонну произведенного глинозема также производится от 1 до 1,5 тонн красного шлама. Годовое производство глинозема в 2020 году превысило 133 миллиона тонн, в результате чего образовалось более 175 миллионов тонн красного шлама. [1]

Из-за такого высокого уровня производства и высокой щелочности материала он может представлять значительную опасность для окружающей среды и проблемы при хранении. В результате прилагаются значительные усилия для поиска более эффективных методов решения этой проблемы. [2]

Реже этот материал также известен как бокситовые хвосты , красный шлам или остатки глиноземного завода .

Производство [ править ]

Красный шлам является побочным продуктом процесса Байера, основного средства очистки бокситов на пути к глинозему. Полученный глинозем является сырьем для производства алюминия по процессу Холла-Эру . [3] Типичный бокситовый завод производит в 1-2 раза больше красного шлама, чем глинозема. Это соотношение зависит от типа боксита, используемого в процессе рафинирования, и условий экстракции. [4]

Более 60 производственных предприятий по всему миру используют процесс Байера для производства глинозема из бокситовой руды. [ необходима цитата ] Бокситовая руда добывается, как правило, в открытых карьерах и передается на глиноземный завод для переработки. Оксид алюминия экстрагируют гидроксидом натрия в условиях высокой температуры и давления. Нерастворима часть бокситов (остаток , ) удаляются, что приводит к раствору алюмината натрия , который затем затравка с гидроксидом алюминиякристалл и дают остыть, что вызывает осаждение оставшегося гидроксида алюминия из раствора. Некоторая часть гидроксида алюминия используется для затравки следующей партии, а оставшаяся часть кальцинируется (нагревается) при температуре выше 1000 ° C во вращающихся печах или жидкостных обжиговых печах для получения оксида алюминия (глинозема).

Содержание глинозема в используемом боксите обычно составляет от 45 до 50%, но можно использовать руды с широким диапазоном содержания глинозема. Соединение алюминия может присутствовать в виде гиббсита (Al (OH) 3 ), бемита (γ-AlO (OH)) или диаспора (α-AlO (OH)). Остаток неизменно имеет высокую концентрацию оксида железа.что придает изделию характерный красный цвет. Небольшое остаточное количество гидроксида натрия, используемого в процессе, остается с остатком, в результате чего материал имеет высокий pH / щелочность, обычно> 12. Различные стадии процесса разделения твердой и жидкой фаз вводятся для рециркуляции как можно большего количества гидроксида натрия из остатка обратно в процесс Байера, чтобы сделать процесс максимально эффективным и снизить производственные затраты. Это также снижает конечную щелочность остатка, делая его более простым и безопасным в обращении и хранении.

Состав [ править ]

Красный шлам состоит из смеси твердых и металлических оксидов. Красный цвет возникает из окислов железа , которые могут содержать до 60% от массы. Бурового раствора является весьма основным с рН в диапазоне от 10 до 13. [3] [4] [5] В дополнение к железу, другие компоненты включают доминантные диоксид кремния , невыщелоченные остаточные соединения алюминия и оксид титана . [6]

Основными составляющими остатка после экстракции алюминиевого компонента являются нерастворимые оксиды металлов. Процентное содержание этих оксидов, производимых конкретным глиноземным заводом, будет зависеть от качества и природы бокситовой руды и условий добычи. В таблице ниже показаны диапазоны составов для общих химических компонентов, но значения сильно различаются:

ХимическаяПроцентный состав
Fe 2 O 35–60%
Al 2 O 35–30%
TiO 20–15%
CaO2–14%
SiO 23–50%
Na 2 O1–10%

Минералогически выраженные компоненты:

Химическое названиеХимическая формулаПроцентный состав
Содалит3Na 2 O⋅3Al 2 O 3 ⋅6SiO 2 ⋅Na 2 SO 44–40%
КанкринитNa 3 ⋅CaAl 3 ⋅Si 3 ⋅O 12 CO 30–20%
Глиноземисто- гетит (оксид железа)α- (Fe, Al) OOH10–30%
Гематит (оксид железа)Fe 2 O 310–30%
Кремнезем (кристаллический и аморфный)SiO 25–20%
Трикальций алюминат3CaO⋅Al 2 O 3 ⋅6H 2 O2–20%
БемитAlO (ОН)0–20%
Оксид титанаTiO 20–10%
ПеровскитCaTiO 30–15%
МосквичK 2 O⋅3Al 2 O 3 ⋅6SiO 2 ⋅2H 2 O0–15%
Карбонат кальцияCaCO 32–10%
ГиббситAl (OH) 30–5%
КаолинитAl 2 O 3 ⋅2SiO 2 ⋅2H 2 O0–5%

В целом, состав остатка отражает состав неалюминиевых компонентов, за исключением части кремниевого компонента: кристаллический кремнезем (кварц) не вступает в реакцию, но часть присутствующего кремнезема, часто называемая реактивным кремнеземом, будет реагировать. в условиях экстракции и образуют алюмосиликат натрия, а также другие родственные соединения.

Опасности для окружающей среды [ править ]

Сброс красного шлама может быть опасным для окружающей среды из-за его щелочности и видовых компонентов.

В 1972 году итальянская компания Montedison произвела выброс красной грязи у побережья Корсики . [7] Дело важно в международном праве, регулирующем Средиземное море . [8]

В октябре 2010 года примерно один миллион кубометров красного шлама с глиноземного завода недалеко от Колонтара в Венгрии был случайно выпущен в окружающую сельскую местность в результате аварии на глиноземном заводе в Айке , в результате чего погибли десять человек и была загрязнена большая территория. [9] Говорили, что вся жизнь в реке Маркал была « потушена » красной грязью, и в течение нескольких дней грязь достигла Дуная . [10] Долгосрочные экологические последствия разлива были незначительными после усилий венгерского правительства по восстановлению в размере 127 миллионов евро . [11]

Зоны хранения остатков [ править ]

Способы хранения остатков существенно изменились с момента постройки первоначальных заводов. Раньше практикой была закачка навозной жижи с концентрацией около 20% твердых частиц в лагуны или пруды, которые иногда создавались на бывших бокситовых рудниках или истощенных карьерах. В других случаях водохранилища были построены с дамбами или дамбами , в то время как для некоторых операций долины были перекрыты дамбами , а остатки оседали в этих зонах ожидания. [12]

Когда-то было обычным делом сбрасывать красный шлам в реки, эстуарии или море по трубопроводам или баржам; в других случаях остатки вывозились в море и сбрасывались в глубокие океанские траншеи за много километров от берега. С 2016 года прекращен сброс в море, лиманы и реки. [13]

По мере того, как места для хранения остатков иссякали и возрастала озабоченность по поводу влажного хранения, с середины 1980-х годов все более широко применяется сухое складирование. [14] [15] [16] [17] В этом методе остатки сгущаются до суспензии с высокой плотностью (48–55% твердых веществ или выше), а затем осаждаются таким образом, чтобы они уплотнялись и высыхали. [18]

Все более популярным процессом очистки является фильтрация, при которой образуется осадок на фильтре (обычно с содержанием влаги 23–27%). Этот кек можно промыть водой или паром для снижения щелочности перед транспортировкой и хранением в виде полусухого материала. [19] Остаток, полученный в этой форме, идеально подходит для повторного использования, поскольку он имеет более низкую щелочность, дешевле в транспортировке, а также его легче обрабатывать и обрабатывать.

В 2013 году компания Vedanta Aluminium , Ltd. ввела в эксплуатацию установку по производству порошка красного шлама на своем нефтеперерабатывающем заводе в Ланджигархе в Одише , Индия , назвав его первым в своем роде в глиноземной промышленности, устраняющим серьезные экологические риски. [20]

Используйте [ редактировать ]

Поскольку процесс Байера был впервые применен в промышленности в 1894 году, ценность остальных оксидов была признана. Были предприняты попытки восстановить основные компоненты, особенно железо. С момента начала добычи, огромное количество исследовательских усилий было посвящено поиску использования остатков. Многие исследования сейчас финансируются Европейским Союзом в рамках программы Horizon Europe . [ необходима цитата ] Было проведено несколько исследований для разработки использования красного шлама. [21] По оценкам, от 3 до 4 миллионов тонн ежегодно используются в производстве цемента [22], строительстве дорог [23] и в качестве источника железа. [3] [4] [5]Потенциальные применения включают производство недорогого бетона [24], нанесение на песчаные почвы для улучшения круговорота фосфора , улучшения кислотности почвы, закрытия свалок и связывания углерода . [25] [26]

Обзоры, описывающие текущее использование бокситовых остатков в портландцементном клинкере, дополнительных цементных материалах / смешанных цементах и ​​специальных цементах на основе сульфоалюмината кальция, были тщательно изучены и хорошо задокументированы. [27]

  • Производство цемента , использование в бетоне в качестве дополнительного вяжущего материала. От 500 000 до 1 500 000 тонн. [28] [29]
  • Извлечение сырья из определенных компонентов, присутствующих в остатке: производство железа, титана, стали и РЗЭ ( редкоземельных элементов ). От 400 000 до 1 500 000 тонн;
  • Покрытие полигона / дороги / мелиорация почвы - от 200 000 до 500 000 тонн; [23]
  • Использование в качестве компонента в строительных или строительных материалах (кирпич, плитка, керамика и т. Д.) - от 100 000 до 300 000 тонн;
  • Прочее (огнеупор, адсорбент, дренаж кислых шахт (Virotec), катализатор и др.) - 100 000 тонн. [30]
  • Использование в строительных панелях, кирпичах, пенопластовых кирпичах, плитках, гравии / железнодорожном балласте, кальциевых и кремниевых удобрениях, закрытии мусорных свалок / восстановлении площадки, извлечении лантаноидов (редкоземельных элементов), извлечении скандия, извлечении галлия, извлечении иттрия , обработке кислотных шахт дренаж, адсорбент тяжелых металлов, красители, фосфаты, фторид, химикаты для очистки воды, стеклокерамика, керамика, пеностекло, пигменты, добыча нефти или газа, наполнитель для ПВХ , заменитель древесины, геополимеры, катализаторы, плазменное распылениенанесение покрытий на алюминий и медь, производство композитов из титаната алюминия и муллита для покрытий, устойчивых к высоким температурам, обессеривание дымовых газов, удаление мышьяка, удаление хрома. [31]

В 2020 году Международный институт алюминия запустил Дорожную карту по максимальному использованию остатков боксита в цементе и бетоне. [32] [33]

В 2015 году в Европе на средства Европейского Союза была запущена крупная инициатива по повышению ценности красного шлама. Около 15 докторов наук. студенты были приняты на работу в рамках Европейской учебной сети (ETN) по безотходной оценке остатков бокситов. [34] Основное внимание будет уделяться извлечению железа, алюминия, титана и редкоземельных элементов (включая скандий ) при одновременном превращении остатков в строительные материалы.

В ноябре 2020 года был запущен исследовательский проект ReActiv: активация промышленных остатков для устойчивого производства цемента, который финансируется ЕС. Одна из крупнейших мировых цементных компаний LafargeHolcim в сотрудничестве с 20 партнерами из 12 европейских стран запустила амбициозный четырехлетний проект ReActiv (reactivproject.eu). Проект ReActiv создаст новую устойчивую симбиотическую цепочку создания стоимости, связывающую побочные продукты производства глинозема и цементной промышленности. В ReActiv будут внесены изменения как в производство глинозема, так и в производство цемента, чтобы связать их с помощью новых технологий ReActiv. Последний модифицирует свойства промышленных остатков, превращая их в реактивный материал (с пуццолановой или гидравлической активностью), пригодный для новых,низкийCO
2след, цементные изделия. Таким образом, ReActiv предлагает беспроигрышный сценарий для обоих промышленных секторов (сокращение отходов и CO
2 выбросы соответственно).

См. Также [ править ]

  • Химические отходы
  • Оливье Дюбууа

Ссылки [ править ]

  1. ^ Годовая статистика, собираемая и публикуемая World Aluminium .
  2. ^ Эванс, К., «История, проблемы и новые разработки в управлении и использовании бокситовых остатков», J. Sustain Metall. Май 2016 г. doi : 10.1007 / s40831-016-00060-x .
  3. ^ a b c Шмитц, Кристоф (2006). «Избавление от красной грязи» . Справочник по переработке алюминия . п. 18. ISBN 978-3-8027-2936-2.
  4. ^ a b c Чандра, Сатиш (1996-12-31). «Утилизация красной грязи» . Отходы, используемые при производстве бетона . С. 292–295. ISBN 978-0-8155-1393-3.
  5. ^ a b Общество горного дела, металлургии, геологоразведки США (2006-03-05). «Боксит» . Промышленные минералы и горные породы: товары, рынки и использование . С. 258–259. ISBN 978-0-87335-233-8.
  6. ↑ Ayres, RU, Holmberg, J., Andersson, B., «Материалы и глобальная окружающая среда: добыча отходов в 21 веке», MRS Bull. 2001, 26, 477. DOI : 10,1557 / mrs2001.119
  7. ^ Крозье, Жан. «Долгая борьба против загрязнения окружающей среды Средиземного моря по Монтедисону» . France 3 Corse ViaStella (на французском языке) . Проверено 4 января 2019 .
  8. ^ Привет, Кристиан. «Le recours au juge est la garantie de l'intégralité de la règle environmentalnementale» . Actu-Environnement (на французском языке) . Проверено 4 января 2019 .
  9. ^ Гура, Дэвид. «Toxic Красный шлам Spill от венгерского алюминиевого завода„экологическая катастрофа “ » . NPR.org . Национальное общественное радио . Проверено 5 января 2019 .
  10. ^ "Венгерская утечка химического ила достигает Дуная" . BBC News . 7 октября 2010 . Проверено 3 февраля 2021 года .
  11. ^ "Венгерский разлив красной грязи нанес небольшой долгосрочный ущерб" . Проверено 14 декабря 2018 .
  12. ^ Эванс, Кен; Нордхейм, Эйрик; Цесмелис, Кэти (2012). «Обращение с бокситовыми остатками». Легкие металлы . John Wiley & Sons, Ltd., стр. 61–66. DOI : 10.1002 / 9781118359259.ch11 . ISBN 9781118359259.
  13. ^ Мощность, G .; Gräfe, M .; Клаубер, К. (июнь 2011 г.). «Проблемы бокситовых остатков: I. Текущие методы управления, удаления и хранения». Гидрометаллургия . 108 (1–2): 33–45. DOI : 10.1016 / j.hydromet.2011.02.006 .
  14. ↑ BG Purnell, «Удаление грязи на глиноземном заводе в Бернтисленде». Легкие металлы, 157–159. (1986).
  15. ^ HH Pohland и AJ Tielens, «Проектирование и эксплуатация не декантированных прудов с красной грязью в Людвигсхафене», Proc. Int. Конф. Хвостохранилище бокситов, Кингстон, Ямайка (1986).
  16. ^ Е. И. Робинский, «Текущее состояние системы захоронения наклонных утолщенных хвостов», Proc. Int. Конф. Хвостохранилище бокситов, Кингстон, Ямайка (1986).
  17. ^ JL Chandler, «Процесс складирования и солнечной сушки для захоронения бокситовых хвостов на Ямайке», Proc. Int. Конф. Хвостохранилище бокситов, Кингстон, Ямайка (1986).
  18. ^ «Управление остатками бокситов: передовая практика» (PDF) . Мировой алюминий . Проверено 5 января 2019 .
  19. ^ KS Sutherland, «Оборудование для разделения твердой и жидкой фаз», Wiley-VCH, Weinheim (2005).
  20. ^ «Веданта вводит в эксплуатацию завод по производству порошка из красной грязи в Одише» . Бизнес-линия . 19 ноября 2013 г.
  21. ^ Кумар, Санджай; Кумар, Ракеш; Бандопадхьяй, Амитава (01.10.2006). «Инновационные методики утилизации отходов металлургической и смежных отраслей». Ресурсы, сохранение и переработка . 48 (4): 301–314. DOI : 10.1016 / j.resconrec.2006.03.003 .
  22. ^ Y. Pontikes и GN Angelopoulos "Остатки бокситов в цементе и цементных материалах", Resourc. Консерв. Ресил. 73, 53-63 (2013).
  23. ^ a b W.K. Бисвас и DJ Cooling, «Оценка устойчивости красного песка как заменителя первичного песка и дробленого известняка», J. of Ind. Ecology, 17 (5) 756-762 (2013).
  24. ^ Лю, В., Ян, Дж., Сяо, Б., "Обзор обработки и использования остатков бокситов в Китае", Int. Дж. Майнер. Процесс. 2009, 93, 220. doi : 10.1016 / j.minpro.2009.08.005
  25. ^ "Управление остатками бокситов" . bauxite.world-aluminium.org . Международный институт алюминия . Проверено 9 августа +2016 .
  26. ^ Си, Чуньхуа; Ма, Инцюнь; Линь, Чуся (2013). «Красный шлам как поглотитель углерода: изменчивость, влияющие факторы и экологическое значение». Журнал опасных материалов . 244–245: 54–59. DOI : 10.1016 / j.jhazmat.2012.11.024 . PMID 23246940 . 
  27. ^ "Горное дело и переработка - Использование бокситовых остатков" . bauxite.world-aluminium.org . Проверено 4 октября 2019 .
  28. ^ Y. Pontikes и GN Angelopoulos "Остатки бокситов в цементе и цементных материалах", Resourc. Консерв. Ресил. 73, 53–63 (2013).
  29. ^ Ю. Pontikes, Г. Н. Angelopoulos, Б. Blanpain, «Радиоактивные элементы в остатке процесса бокситов Байера и их влияние на параметры валоризации», транспортировании NORM, NORM измерения и стратегии, строительных материалов, Успехи в Sci. and Tech, 45, 2176–2181 (2006).
  30. ^ H. Genc¸-Fuhrman, JC Tjell, D. McConchie, «Адсорбция мышьяка из воды с использованием активированного нейтрализованного красного шлама», Environ. Sci. Technol. 38 (2004) 2428–2434.
  31. ↑ BK Parekh и WM Goldberger, «Оценка технологии возможной утилизации технологических растворов Байера», опубликованная Агентством по охране окружающей среды США, EPA 600 / 2-76-301.
  32. ^ https://www.world-aluminium.org/publications/
  33. ^ "Горное дело и переработка - Использование бокситовых остатков" . bauxite.world-aluminium.org . Проверено 4 октября 2019 .
  34. ^ «Проект | Европейская обучающая сеть по безотходной оценке остатков бокситов (красная грязь)» .

Дополнительные ссылки [ править ]

  • М.Б. Купер, «Радиоактивный материал естественного происхождения (NORM) в промышленности Австралии», отчет EnviroRad ERS-006, подготовленный для Австралийского Консультативного совета по радиационной безопасности и здоровью (2005 г.).
  • Агравал, К.К. Саху, Б.Д. Пандей, «Управление твердыми отходами в цветной металлургии в Индии», Ресурсы, консервация и переработка 42 (2004), 99–120.
  • Jongyeong Hyuna, Shigehisa Endoha, Kaoru Masudaa, Heeyoung Shinb, Hitoshi Ohyaa, "Снижение содержания хлора в бокситовых остатках путем отделения мелких частиц", Int. Дж. Майнер. Процесс., 76, 1–2, (2005), 13–20.
  • Клаудиа Брунори, Карло Кремизини, Паоло Массаниссо, Валентина Пинто, Леонардо Торричелли, «Повторное использование обработанных бокситовых отходов красного шлама: исследования экологической совместимости», Journal of Hazardous Materials, 117 (1), (2005), 55–63.
  • H. Genc¸-Fuhrman, JC Tjell, D. McConchie, «Повышение адсорбционной способности нейтрализованного красного шлама (Bauxsol ™) по арсенату», J. Colloid Interface Sci. 271 (2004) 313–320.
  • H. Genc-Fuhrman, JC Tjell, D. McConchie, O. Schuiling, «Адсорбция арсената из воды с использованием нейтрализованного красного шлама», J. Colloid Interface Sci. 264 (2003) 327–334.

Внешние ссылки и дальнейшее чтение [ править ]

  • "Red Sludge" на YouTube из Периодической таблицы видео (Ноттингемский университет)
  • Babel, S .; Курниаван, TA. (Февраль 2003 г.). «Недорогие адсорбенты для поглощения тяжелых металлов из загрязненной воды: обзор». J Hazard Mater . 97 (1–3): 219–43. DOI : 10.1016 / S0304-3894 (02) 00263-7 . PMID  12573840 .