Красная грязь - Red mud

О дубильном растворе для бурового раствора см. Квебрахо дерево.
Красная грязь рядом Stade (Германия )
Бокситы, алюминиевая руда (Эро отделение, Франция ). Красноватый цвет обусловлен оксиды железа составляющие основную часть красного шлама.

Красная грязь, также известен как бокситовый остаток, является промышленные отходы генерируется при уточнении боксит в глинозем с использованием Процесс Байера. Он состоит из различных окись соединения, в том числе оксиды железа, придающие 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.[1]

Благодаря высокому уровню производства и высокому качеству материала щелочность, это может представлять серьезную 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 осадок, 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. Процесс Холла-Эру.[3] Типичный бокситовый завод производит в два-два раза больше красного шлама, чем глинозема. Это соотношение зависит от типа боксита, используемого в процессе очистки, и условий экстракции.[4]

Более 60 производственных предприятий по всему миру с использованием Процесс Байера для производства глинозема из бокситовой руды.[нужна цитата ] Бокситовая руда добывается, как правило, в карьеры, и переданы на переработку на глиноземный завод. Оксид алюминия экстрагируют гидроксидом натрия в условиях высокой температуры и давления. Нерастворимую часть боксита (остаток) удаляют, получая раствор алюминат натрия, что тогда засеянный с гидроксид алюминия кристалл и дают остыть, что вызывает осаждение оставшегося гидроксида алюминия из раствора. Часть гидроксида алюминия используется для затравки следующей партии, а остальная часть - кальцинированный (нагревается) при температуре выше 1000 ° C во вращающихся печах или в камерах мгновенного обжига для производства 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 гиббсит (Al (OH)3), бемит (γ-AlO (OH)) или диаспора (α-AlO (OH)). Остаток неизменно имеет высокую концентрацию оксид 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 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 металлический оксиды. В красный цвет возникает из оксиды железа, составляющие до 60% масс. Грязь очень основной с pH от 10 до 13.[3][4][5] Помимо железа, к другим доминирующим компонентам относятся: кремнезем, невыщелоченный остаточный оксид 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
Fe2О35–60%
Al2О35–30%
TiO20–15%
CaO2–14%
SiO23–50%
Na2О1–10%

Минералогически выраженные компоненты:

Химическое названиеХимическая формулаПроцентный состав
Содалит3Na2O⋅3Al2О3⋅6SiO2⋅На2ТАК44–40%
КанкринитNa3⋅CaAl3⋅Si3⋅O12CO30–20%
Глиноземгетит (глиноземистый оксид железа)α- (Fe, Al) OOH10–30%
Гематит (оксид железа)Fe2О310–30%
Кремнезем (кристаллический и аморфный)SiO25–20%
Трикальций алюминат3CaO⋅Al2О3⋅6H2О2–20%
БемитAlO (ОН)0–20%
Оксид титанаTiO20–10%
ПеровскитCaTiO30–15%
МосквичK2O⋅3Al2О3⋅6SiO2⋅2H2О0–15%
Карбонат кальцияCaCO32–10%
ГиббситAl (ОН)30–5%
КаолинитAl2О3⋅2SiO2⋅2H2О0–5%

В целом, состав остатка отражает состав неалюминиевых компонентов, за исключением части кремниевого компонента: кристаллический кремнезем (кварц) не вступает в реакцию, но некоторая 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 щелочность.

В 1972 г. произошел выброс красной грязи у побережья г. Корсика итальянской компанией Montedison.[7] Дело важно в международном праве, регулирующем Средиземное море.[8]

В октябре 2010 года примерно один миллион кубометров красного шлама из глинозем сажать рядом Колонтар в Венгрия был случайно выпущен в окружающую сельскую местность в Авария на глиноземном заводе на Айке, убив десять человек и загрязнив большую территорию.[9]Вся жизнь в Marcal река, как говорили, была «потушена» красной грязью, и в течение нескольких дней грязь достигла Дунай.[10] Однако долгосрочные экологические последствия разлива были незначительными.[11]

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 плотинами или дамбы, в то время как для некоторых операций долины были перекрыты дамбой, и остатки отложились 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 остатки вывозились в море и сбрасывались в глубокие океанические траншеи за много километров от берега. Большая часть сброса в море, устья и реки в настоящее время остановлена, и оставшиеся производители, которые все еще придерживаются этой практики, активно ищут альтернативы из-за все более строгого экологического законодательства.[13]

По мере того, как места для хранения остатков заканчивались 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 от 26 до 29%). Этот кек можно промыть водой или паром для снижения щелочности перед транспортировкой и хранением в виде полусухого материала.[19] Остаток, произведенный 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 Веданта Алюминий, Ltd. ввела в эксплуатацию установку по производству порошка красного шлама на нефтеперерабатывающем заводе в Ланжигархе в г. Одиша, Индия, описывая его как первый в своем роде в глиноземной промышленности, который борется с серьезными экологическими опасностями.[20]

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.[21] Приблизительно от 2 до 3 миллионов тонн ежегодно используются в производстве цемента,[22] дорожное строительство[23] и как источник железа.[3][4][5] Возможные области применения включают производство недорогого бетона,[24] применение на песчаных почвах для улучшения круговорот фосфора, улучшение кислотность почвы, закрытие свалки и связывание 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]

  • Цемент производство, использование в бетоне в качестве дополнительного вяжущего материала. От 500 000 до 1 500 000 тонн.[28][29]
  • Извлечение сырьем определенных компонентов, присутствующих в остатке: железа, титана, стали и РЗЭ (редкоземельные элементы ) производство. От 400 000 до 1 500 000 тонн;
  • Покрытие полигона / 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, кирпиче, пенопласте, плитке, щебне / железнодорожном балласте, кальциевых и кремниевых удобрениях, покрытии мусорных свалок / восстановлении площадки, лантаноиды (редкоземельные элементы) восстановление, скандий восстановление, галлий восстановление, иттрий восстановление, обработка кислых шахтных стоков, адсорбент тяжелых металлов, красители, фосфаты, фторид, химикаты для очистки воды, стеклокерамика, керамика, пеностекло, пигменты, бурение нефтяных скважин или добыча газа, наполнитель для ПВХ, заменитель древесины, геополимеры, катализаторы, плазменный спрей нанесение покрытий на алюминий и медь, производство композитов из титаната алюминия и муллита для получения термостойких покрытий, обессеривание дымовых газов, удаление мышьяка, удаление хрома.[31]

В 2015 году в Европе на средства Европейского Союза была запущена крупная инициатива по решению валоризация красной грязи. Около 15 докторов наук. студенты были приняты на работу в рамках Европейской учебной сети (ETN) по безотходной оценке остатков бокситов.[32] Основное внимание будет уделяться извлечению железа, алюминия, титана и редкоземельных элементов (включая скандий ) при превращении остатков в строительные материалы.

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ Ежегодная статистика, собираемая и публикуемая World Aluminium.
  2. ^ Эванс, К., "История, проблемы и новые разработки в области управления и использования бокситовых остатков", J. Sustain Metall. Май 2016. Дои:10.1007 / s40831-016-00060-х.
  3. ^ а б c Шмитц, Кристоф (2006). "Избавление от красной грязи". Справочник по переработке алюминия. п. 18. ISBN  978-3-8027-2936-2.
  4. ^ а б c Чандра, Сатиш (1996-12-31). «Утилизация красной грязи». Отходы, используемые при производстве бетона. С. 292–295. ISBN  978-0-8155-1393-3.
  5. ^ а б Общество горнодобывающей, металлургической и геологоразведочной промышленности США (2006-03-05). «Боксит». Промышленные полезные ископаемые и горные породы: товары, рынки и использование. С. 258–259. ISBN  978-0-87335-233-8.
  6. ^ Эйрес, Р. У., Холмберг, Дж., Андерссон, Б., «Материалы и глобальная окружающая среда: добыча отходов в 21 веке», MRS Bull. 2001, 26, 477. Дои:10.1557 / mrs2001.119
  7. ^ Крозье, Жан. "Долгая борьба против загрязнения окружающей среды Средиземного моря по Монтедисону". France 3 Corse ViaStella (На французском). Получено 4 января 2019.
  8. ^ Привет, Кристиан. "Le recours au juge est la garantie de l'intégralité de la règle environmental". Actu-Environnement (На французском). Получено 4 января 2019.
  9. ^ Гура, Давид. «Разлив токсичного красного шлама с Венгерского алюминиевого завода» - экологическая катастрофа'". NPR.org. Национальное общественное радио. Получено 5 января 2019.
  10. ^ «Венгерская утечка химического ила достигла Дуная». BBC. 7 октября 2010 г.
  11. ^ «Разлив красного шлама в Венгрии нанес незначительный долгосрочный ущерб». Получено 14 декабря 2018.
  12. ^ Эванс, Кен; Нордхейм, Эйрик; Цесмелис, Кэти (2012). «Обращение с бокситовыми остатками». Легкие металлы. John Wiley & Sons, Ltd., стр. 61–66. Дои:10.1002 / 9781118359259.ch11. ISBN  9781118359259.
  13. ^ Мощность, Г .; Gräfe, M .; Клаубер, К. (июнь 2011 г.). «Проблемы бокситовых остатков: I. Текущие методы управления, удаления и хранения». Гидрометаллургия. 108 (1–2): 33–45. Дои:10.1016 / j.hydromet.2011.02.006.
  14. ^ Б. Г. Пурнелл, «Удаление грязи на глиноземном заводе в Бернтисленде». Легкие металлы, 157–159. (1986).
  15. ^ H. H. Pohland и A. J. Tielens, «Проектирование и эксплуатация не декантированных прудов с красной грязью в Людвигсхафене», Proc. Int. Конф. Хвостохранилище бокситов, Кингстон, Ямайка (1986).
  16. ^ Э. И. Робинский, “Современное состояние системы захоронения наклонных утолщенных хвостов”, Тр. Int. Конф. Хвостохранилище бокситов, Кингстон, Ямайка (1986).
  17. ^ Дж. Л. Чандлер, «Процесс штабелирования и солнечной сушки для захоронения бокситовых хвостов на Ямайке», Proc. Int. Конф. Хвостохранилище бокситов, Кингстон, Ямайка (1986).
  18. ^ «Обращение с бокситовыми отходами: передовая практика» (PDF). Мир алюминия. Получено 5 января 2019.
  19. ^ К. С. Сазерленд, «Оборудование для разделения твердой и жидкой фаз», Wiley-VCH, Weinheim (2005).
  20. ^ «Веданта вводит в эксплуатацию завод по производству порошка красного шлама в Одише». Деловая 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. Дои:10.1016 / j.resconrec.2006.03.003.
  22. ^ Ю. Понтикес и Г. Н. Ангелопулос "Остатки бокситов в цементе и цементных материалах", Resourc. Консерв. Ресил. 73, 53-63 (2013).
  23. ^ а б В.К. Бисвас и Д. Дж. Куллинг, «Оценка устойчивости красного песка в качестве 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. Дои:10.1016 / j.minpro.2009.08.005
  25. ^ «Обращение с бокситовыми остатками». bauxite.world-aluminium.org. Международный институт алюминия. Получено 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. Дои:10.1016 / j.jhazmat.2012.11.024. PMID  23246940.
  27. ^ «Горное дело и переработка - утилизация бокситовых остатков». bauxite.world-aluminium.org. Получено 2019-10-04.
  28. ^ Ю. Понтикес и Г. Н. Ангелопулос "Остатки бокситов в цементе и цементных материалах", Resourc. Консерв. Ресил. 73, 53–63 (2013).
  29. ^ Y. Pontikes, G. N. 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).
  30. ^ H. Genc¸-Fuhrman, J. C. Tjell, D. McConchie, «Адсорбция мышьяка из воды с использованием активированного нейтрализованного красного шлама», Environ. Sci. Technol. 38 (2004) 2428–2434.
  31. ^ Б. К. Парех и В. М. Голдбергер, «Оценка технологии возможного использования технологических растворов Байера», опубликовано Агентством по охране окружающей среды США, EPA 600 / 2-76-301.
  32. ^ «Проект | Европейская обучающая сеть по безотходной оценке бокситовых остатков (красной грязи)».

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 здоровью (2005).
  • 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, J. C. Tjell, D. McConchie, «Повышение адсорбционной способности нейтрализованного красного шлама (Bauxsol ™) по арсенату», J. Colloid Interface Sci. 271 (2004) 313–320.
  • H. Genc¸-Fuhrman, J. C. 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