Красный шлам , предпочтительно известный как остаток боксита , представляет собой промышленные отходы, образующиеся при переработке боксита в глинозем с использованием процесса Байера . Он состоит из различных оксидных соединений, в том числе оксидов железа, которые придают ему красный цвет. Более 95% производимого в мире глинозема 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 оксид алюминия 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 кальцинаторах мгновенного обжига для получения оксида алюминия (оксида алюминия).
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. Грязь очень щелочная с pH от 10 до 13. [3] [4] [5] Помимо железа, другие доминирующие компоненты включают кремнезем , 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 общих химических компонентов, но значения сильно различаются:
Химическая | Процентный состав |
---|---|
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% |
Минералогически выраженные компоненты:
Химическое название | Химическая формула | Процентный состав |
---|---|---|
Содалит | 3Na 2 O⋅3Al 2 O 3 ⋅6SiO 2 ⋅Na 2 SO 4 | 4–40% |
Канкринит | Na 3 ⋅CaAl 3 ⋅Si 3 ⋅O 12 CO 3 | 0–20% |
Глиноземисто- гетит (оксид железа) | α- (Fe, Al) OOH | 10–30% |
Гематит (оксид железа) | Fe 2 O 3 | 10–30% |
Кремнезем (кристаллический и аморфный) | SiO 2 | 5–20% |
Трикальций алюминат | 3CaO⋅Al 2 O 3 ⋅6H 2 O | 2–20% |
Бемит | AlO (ОН) | 0–20% |
Оксид титана | TiO 2 | 0–10% |
Перовскит | CaTiO 3 | 0–15% |
Москвич | K 2 O⋅3Al 2 O 3 ⋅6SiO 2 ⋅2H 2 O | 0–15% |
Карбонат кальция | CaCO 3 | 2–10% |
Гиббсит | Al (OH) 3 | 0–5% |
Каолинит | Al 2 O 3 ⋅2SiO 2 ⋅2H 2 O | 0–5% |
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 имеет важное значение 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 через несколько дней грязь достигла Дуная . [10] Долгосрочные экологические последствия разлива были незначительными после усилий венгерского правительства по восстановлению в 127 миллионов евро . [11]
Зоны хранения остатков [ править ]
Способы хранения остатков существенно изменились со времени постройки первоначальных заводов. В первые годы практиковалось закачивание жидкого навоза с концентрацией около 20% твердых частиц в лагуны или пруды, иногда создаваемые 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 загорожены, а остатки оседали в этих зонах ожидания. [12]
Когда-то было обычной практикой сбрасывать красный шлам в реки, устья или море по трубопроводам или баржам; в других случаях остаток вывозили в море и сбрасывали 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 содержащий 23–27% влаги). 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 в обращении и переработке.
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 области применения включают производство недорогого бетона [24], нанесение на песчаные почвы для улучшения круговорота фосфора , улучшения кислотности почвы, перекрытия 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 полигонов / дороги / мелиорация почвы - от 200000 до 500000 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, гравийном / 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 выпустил Дорожную карту по максимальному использованию остатков боксита в цементе и бетоне ( https://www.world-aluminium.org/publications/ ). [32]
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 оценке безотходной ценности бокситовых остатков. [33] 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 в мире 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,низкий след CO2, цементные изделия. Таким образом, ReActiv предлагает беспроигрышный сценарий для обоих промышленных секторов (сокращение отходов и выбросов CO2 соответственно).
См. Также [ править ]
- Химические отходы
- Оливье Дюбукуа
Ссылки [ править ]
- ^ Годовая статистика, собираемая и публикуемая World Aluminium .
- ^ 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 .
- ^ a b c Шмитц, Кристоф (2006). «Избавление от красной грязи» . Справочник по переработке алюминия . п. 18. ISBN 978-3-8027-2936-2.
- ^ 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.
- ^ a b Общество горного дела, металлургии, разведки США (2006-03-05). «Бокситы» . Промышленные полезные ископаемые и горные породы: товары, рынки и использование . С. 258–259. ISBN 978-0-87335-233-8.
- ↑ 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
- ^ Крозье, Жан. «Долгая борьба против загрязнения окружающей среды Средиземного моря по Монтедисону» . France 3 Corse ViaStella (на французском языке) . Проверено 4 января 2019 года .
- ^ 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 года .
- ^ Гура, Дэвид. «Toxic Красный шлам Spill от венгерского алюминиевого завода„экологическая катастрофа “ » . NPR.org . Национальное общественное радио . Проверено 5 января 2019 .
- ^ "Венгерская утечка химического ила достигает Дуная" . BBC News . 7 октября 2010 . Проверено 3 февраля 2021 года .
- ^ "Венгерский разлив красной грязи нанес небольшой долгосрочный ущерб" . Проверено 14 декабря 2018 года .
- ^ 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.
- ^ 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 .
- ↑ BG Purnell, «Удаление грязи на глиноземном заводе в Бернтисленде». Легкие металлы, 157–159. (1986).
- ^ HH Pohland и AJ Tielens, «Проектирование и эксплуатация на Non-сливают Красный Mud прудах в Людвигсхафен», Proc. Int. Конф. Хвостохранилище бокситов, Кингстон, Ямайка (1986).
- ^ Е. И. Робинский, "Текущее состояние системы захоронения наклонных утолщенных хвостов", Proc. Int. Конф. Хвостохранилище бокситов, Кингстон, Ямайка (1986).
- ^ JL Chandler, «Процесс складирования и солнечной сушки для захоронения бокситовых хвостов на Ямайке», Proc. Int. Конф. Хвостохранилище бокситов, Кингстон, Ямайка (1986).
- ^ "Управление остатками бокситов: передовой опыт" (PDF) . Мировой алюминий . Проверено 5 января 2019 .
- ^ KS Sutherland, «Оборудование для разделения твердой и жидкой фаз», Wiley-VCH, Weinheim (2005).
- ^ «Веданта вводит в эксплуатацию завод по производству порошка из красной грязи в Одише» . Бизнес-линия . 19 ноября 2013 г.
- ^ 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 .
- ^ Y. Pontikes и GN Angelopoulos "Остатки бокситов в цементе и цементных материалах", Resourc. Консерв. Ресил. 73, 53-63 (2013).
- ^ 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).
- ^ 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
- ^ "Управление остатками бокситов" . bauxite.world-aluminium.org . Международный институт алюминия . Проверено 9 августа +2016 .
- ^ 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 .
- ^ «Горное дело и переработка - Использование бокситовых остатков» . bauxite.world-aluminium.org . Проверено 4 октября 2019 .
- ^ Y. Pontikes и GN Angelopoulos "Остатки бокситов в цементе и цементных материалах", Resourc. Консерв. Ресил. 73, 53–63 (2013).
- ^ Y. Pontikes, GN Angelopoulos, B. Blanpain, "Радиоактивные элементы в остатках бокситов процесса Bayer и их влияние на варианты повышения ценности", Транспортировка NORM, Измерения и стратегии NORM, Строительные материалы, Достижения в науке. and Tech, 45, 2176–2181 (2006).
- ^ H. Genc¸-Fuhrman, JC Tjell, D. McConchie, «Адсорбция мышьяка из воды с использованием активированного нейтрализованного красного шлама», Environ. Sci. Technol. 38 (2004) 2428–2434.
- ↑ BK Parekh и WM Goldberger, «Оценка технологии возможного использования технологических растворов Байера», опубликованная Агентством по охране окружающей среды США, EPA 600 / 2-76-301.
- ^ «Горное дело и переработка - Использование бокситовых остатков» . bauxite.world-aluminium.org . Проверено 4 октября 2019 .
- ^ «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 охране здоровья (2005 г.).
- Агравал, К.К. Саху, Б.Д. Пандей, «Управление твердыми отходами в цветной металлургии в Индии», Ресурсы, сохранение и переработка 42 (2004), 99–120.
- Jongyeong Hyuna, Shigehisa Endoha, Kaoru Masudaa, Heeyoung Shinb, Hitoshi Ohyaa, "Снижение содержания хлора в бокситовых остатках путем разделения тонких 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 ]
Викискладе есть медиафайлы по теме " Красная грязь" . |
- Красная грязь (или красная грязь) в Периодической таблице видео (Ноттингемский университет)
- Babel, S .; Курниаван, Т.А. (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 .