Красная грязь - Red mud

  (Перенаправлено из бокситовых хвостохранилищ )
Красная грязь возле Штаде ( Германия )
Боксит , алюминиевая руда ( департамент Эро , Франция ). Красноватый цвет обусловлен оксидами железа, которые составляют основную часть красного шлама.

Красный шлам , также известный как остаток боксита , 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, 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 2018 году составило около 126 миллионов тонн, в результате чего образовалось более 160 миллионов тонн красного шлама.

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.

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

Производство

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 . Типичный бокситовый завод производит в два-два раза больше красного шлама, чем глинозема. Это соотношение зависит от типа боксита, используемого в процессе рафинирования, и условий экстракции.

Более 60 производственных предприятий по всему миру используют процесс Байера для производства глинозема из бокситовой руды. Бокситовая руда добывается, как правило, в открытых карьерах и передается на переработку на глиноземный завод. 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 алюминия кристаллом и дает остыть whicfh вызывает оставшийся гидроксид алюминия в осадок 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 (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 продукту 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 максимально возможного 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.

Сочинение

Красный шлам состоит из смеси твердых и металлических оксидов. Красный цвет возникает из оксидов железа , которые содержат до 60% от массы. Бурового раствора является весьма основным с рН в диапазоне от 10 до 13. В дополнение к железу, другие компоненты включают доминантные диоксид кремния , оксид алюминия невыщелоченной остаточный и оксид титана .

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:

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

Сброс красного шлама опасен для окружающей среды из-за его щелочности .

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

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. Говорили, что вся жизнь в реке Маркал была « потушена » красной грязью, и в течение нескольких дней грязь достигла Дуная . Однако долгосрочные экологические последствия разлива были незначительными.

Площадки для хранения остатков

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 в бывших бокситовых рудниках или истощенных карьерах. В других случаях водохранилища были построены с помощью дамб или дамб , в то время как для некоторых операций долины были перекрыты дамбами , а остатки оседали в этих зонах ожидания.

Когда-то было обычной практикой сбрасывать красный шлам в реки, устья или море по трубопроводам или баржам; в других случаях остатки вывозились в море и сбрасывались в глубокие океанические траншеи за много километров от берега. Все сбросы в море, устья и реки в настоящее время прекращены.

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. 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.

Все более популярным процессом очистки является фильтрация, при которой образуется осадок на фильтре (обычно с содержанием влаги от 26 до 29%). Этот кек можно промыть водой или паром для снижения щелочности перед транспортировкой и хранением в виде полусухого материала. Остаток, полученный в этой форме, идеально подходит для повторного использования, поскольку он имеет более низкую щелочность, дешевле в транспортировке и 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.

Использовать

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.

Было проведено множество исследований для разработки способов использования красного шлама. По оценкам, от 2 до 3 миллионов тонн ежегодно используются в производстве цемента, строительстве дорог и в качестве источника железа. Потенциальные области применения включают производство недорогого бетона, нанесение на песчаные почвы для улучшения круговорота фосфора , улучшение кислотности почвы, перекрытие свалок и связывание углерода .

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.

  • Производство цемента , использование в бетоне в качестве дополнительного вяжущего материала. От 500 000 до 1 500 000 тонн.
  • 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 200000 до 500000 тонн;
  • 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.
  • 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 напыление алюминия и медь, производство композитов титанат алюминия и муллита для покрытий, устойчивых к высоким температурам, обессеривание дымовых газов, удаление мышьяка, удаление хрома.

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. Основное внимание будет уделяться извлечению железа, алюминия, титана и редкоземельных элементов (включая скандий ) при одновременном превращении остатков в строительные материалы.

Смотрите также

Ссылки

Дополнительные ссылки

  • 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 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