Czerwone błoto

Wysypisko czerwonego błota w pobliżu Bützflethermoor

Czerwony szlam lub pozostałość boksytu to produkt odpadowy powstający przy ekstrakcji tlenku glinu z rud zawierających glin (zwłaszcza boksytu ). Tlenek glinu jest produktem pośrednim w produkcji aluminium . Charakterystyczny kolor czerwony pochodzi ze stałych cząstek żelaza (III), związki (na przykład żelazo (III), wodorotlenek i żelaza (III), tlenek ), które są zawieszone w roztworze wodorotlenku sodu .

Ponad 95% Al 2 O 3 produkowanego na całym świecie jest generowane w procesie Bayera ; na tonę Al 2 O 3 wytwarza się około 1 do 1,5 tony pozostałości boksytu. W 2015 roku na całym świecie wyprodukowano około 115 milionów ton Al 2 O 3 ; zaowocowało to około 150 milionami ton pozostałości boksytu jako produktu odpadowego .

Powstanie

Do przemysłowej produkcji metalicznego aluminium wykorzystywany jest boksyt , czyli ruda składająca się głównie z tlenku i wodorotlenku glinu oraz tlenku i wodorotlenku żelaza. Drobne składniki to głównie tlenek tytanu, krzemiany i śladowe ilości metali ciężkich. W celu wyekstrahowania Al 2 O 3 rozpuszczalna część boksytu jest rozpuszczana w sodzie kaustycznej w wysokiej temperaturze i ciśnieniu („przefermentowany”, tak zwany proces Bayera ). Zawarte związki glinu są przekształcane w rozpuszczalny w wodzie glinian sodu Na [Al(OH) 4 ] i oddzielane od nierozpuszczalnej w wodzie pozostałości przez ekstrakcję . Wodorotlenek glinu (Al(OH) 3 ) wytrąca się z roztworu glinianu sodu przez rozcieńczenie i schłodzenie . Jest on następnie spalany do tlenku glinu (Al 2 O 3 ) w systemach ze złożem fluidalnym lub w piecach obrotowych i redukowany do metalu za pomocą elektrolizy w stanie stopionym ( proces Halla-Héroulta ) .

Związki żelaza i metali ciężkich pozostają w postaci zawiesiny lub dyspersji w silnie alkalicznym roztworze i ze względu na ich czerwonawy kolor określane są mianem czerwonego błota . Aby jak najefektywniej obsługiwać proces Bayer i obniżyć koszty produkcji, jak najwięcej NaOH jest usuwane z pozostałości na różnych etapach i ponownie wykorzystywane. Skutkuje to pozostałością o mniejszej alkaliczności i łatwiejszej obsłudze.

Ilość wyprodukowanego czerwonego błota na tonę wyprodukowanego aluminium zależy od składu użytego boksytu, który różni się w zależności od pochodzenia: W przypadku boksytu tropikalnego można przyjąć około 1,6 tony wilgotnego czerwonego błota, w przypadku boksytu europejskiego od 3,2 do 3,7 tony .

kompozycja

Zasadniczo czerwone błoto zawiera obce substancje zawarte w rudzie boksytu . Są to głównie tlenki żelaza i tytanu oraz różne związki kwasu krzemowego . Czerwone błoto uzyskuje swój charakterystyczny czerwony kolor dzięki swojemu głównemu składnikowi tlenku żelaza (III) . Drobne składniki zawarte w rudzie różnią się w zależności od pochodzenia rudy. Wykryto tu liczne metale ciężkie, takie jak arsen , ołów , kadm , chrom , wanad i rtęć . Według analizy czerwonego szlamu z huty aluminium MAL AG (Magyar Alumínium) ( Ajka , Zachodnie Węgry ) przeprowadzonej na zlecenie Greenpeace , sucha masa zawierała 110  ppm arsenu, 1,3 ppm rtęci i 660 ppm chromu.

Elementarna Analiza metodą z austriackiego Federalną Agencję Ochrony Środowiska wykazało, że czerwony szlam z tej rośliny glinu składa się łącznie z 38 pierwiastków , takich kadmu (7 ppm), niklu (270 ppm) i antymonu (40 ppm). Skład znacznie się różni, ale zwykle zawiera się między:

składnik proporcje
Fe 2 O 3 0,5…60%
Al 2 O 3 0,5…30%
TiO 2 0,3 ... 15%
CaO 0,2 ... 14%
SiO 2 0,3…50%
Na 2 O 0,1...10%

Pozostałość boksytu składa się mineralogicznie w następujący sposób:

minerał składniki proporcje
Sodalit 3 Na 2 O 3 Al 2 O 3  6 SiO 2  Na 2 SO 4 04… 40%
Al- getyt 10...30%
Krwawień Fe 2 O 3 10...30%
Kwarcowy i amorficzny SiO 2 05…20%
Katoite 3 CaO · Al 2 O 3  · 6 H 2 O 02…20%
Behmit AlO (OH) 00…20%
Rutyl 02… 15%
moskiewski K 2 O 3 Al 2 O 3  6 SiO 2  2 H 2 O 00…15%
Kalcyt 02…10%
Gibbsite Al (OH) 3 00…5%
Kaolinici Al 2 O 3  · 2 SiO 2  · 2 H 2 O 00…5%

Tworzenie glinokrzemianów sodu odzwierciedla fakt, że niektóre z obecnych związków glinu reagują z reaktywnymi krzemianami w procesie Bayera, a tym samym zmniejszają wydajność tlenku glinu.

Miejsce pobytu

Utylizacja pozostałości uległa znacznym zmianom od początku produkcji aluminium na dużą skalę.

Pierwotnie szlam o zawartości części stałych 20% pompowano do stawów lub zbiorników, z których część powstała w dawnych kopalniach boksytu. Alternatywnie zbudowano uszczelnione składowiska z tamami lub groblami. Powszechną procedurą było również usuwanie za pomocą rurociągów w rzekach, ujściach rzek lub do morza. Często pozostałości były również składowane ( wyrzucane ) na pełnym morzu w pobliżu rowów oceanicznych . Utylizacja w morzach, rzekach i ujściach rzek nie jest już dziś wykorzystywana.

Tak zwany suchy proces układania stosowano od połowy lat 80.; Powodem tego jest brak powierzchni magazynowych i zwiększone obawy dotyczące ostatecznej utylizacji osadów. W tej metodzie pozostałości są zagęszczane (zawartość części stałych 48-55%), a następnie przechowywane w sposób umożliwiający suszenie i zestalanie.

Powszechnie stosowaną metodą jest filtracja, dzięki której powstaje placek filtracyjny (zazwyczaj <30% wilgoci resztkowej). Ciasto jest myte wodą lub parą w celu zmniejszenia zasadowości przed wysyłką. Przefiltrowana pozostałość jest łatwiejsza do recyklingu ze względu na niższą alkaliczność, tańszy transport i łatwiejszą obsługę.

W Niemczech szlam jest dziś na szczelnych składowiskach do przechowywania do czasu, gdy obecne w dyspersji wodorotlenki i krzemiany zostaną wycofane. Ulatniająca się soda kaustyczna jest poddawana recyklingowi. Składowisko jest następnie zasypywane piaskiem i ziemią i rekultywowane . Jedno z największych wysypisk czerwonego błota w Niemczech znajduje się w pobliżu Stade w Dolnej Saksonii, między Bützflethermoor i Stadermoor, 10 km na północny zachód od Stade. Stade tlenek glinu przemywa się sodę kaustyczną z czerwonego szlamu, zanim został on składowany.

Od niedawna oczyszczone czerwone błoto stosuje się również jako wypełniacz w budownictwie drogowym oraz jako surowiec do ceramiki . Omówiono inne możliwe zastosowania czerwonego szlamu jako surowca, które okazały się (od ~ 2006 r.) zbyt kosztowne i nieopłacalne. Dlatego w 2017 r . recyklingowi poddano mniej niż 2% .

zagrożenia

Krótkotrwałe niebezpieczeństwo szlamu czerwonego wynika przede wszystkim z zawartości kaustycznego wodorotlenku sodu .

Długotrwała szkodliwość wynika z zawartości toksycznych metali ciężkich , w zależności od pochodzenia i rodzaju boksytu. Tlenki metali ciężkich i wodorotlenki metali ciężkich są zwykle bardzo słabo rozpuszczalne w środowisku zasadowym. Czerwone błoto na wysypisku zawiera około 1% rozpuszczalnych wodorotlenków metali ciężkich. Toksyczne składniki obecne jako aniony, takie jak fluorki , arseniany , chromiany i wanadany, mogą być jednak również wypłukiwane z osadu w środowisku zasadowym. Jeśli wodorotlenek sodu z czerwonego szlamu zostanie zneutralizowany przez silne rozcieńczenie lub dodanie kwasów , mogą powstać również rozpuszczalne związki innych metali ciężkich, a tym samym zagrożenie dla środowiska. Dlatego składowiska z czerwonym mułem powinny mieć zarówno pokrycie powierzchni, jak i ochronę przed kontaktem z wodami gruntowymi .

Incydenty

Niewłaściwe usuwanie lub celowe odprowadzanie czerwonego szlamu do rzek i jezior może prowadzić do poważnych problemów środowiskowych . W przeszłości zdarzały się również wypadki podczas przechowywania czerwonego błota:

4 października 2010 r., kiedy pękła tama Kolontár na Węgrzech, z magazynów fabryki aluminium w węgierskim mieście Ajka wyciekło od 700 000 do 1 miliona metrów sześciennych czerwonego błota .

W jednej z największych kopalni boksytu w Brazylii, Porto Trombetas w dorzeczu Amazonki , czerwone błoto jest zrzucane do Lago Batata . Doprowadziło to do ogromnego wyginięcia gatunków w jeziorze, organizacji ekologicznych, takich jak Rettet den Regenwald e. V. nawet mówić o całkowitej śmierci ekosystemu. Ponadto woda z jeziora i sąsiedniego Rio Sapone nie może być już wykorzystywana jako woda pitna.

Aplikacje

Ponieważ proces firmy Bayer został po raz pierwszy zastosowany w 1894 roku, potencjalna wartość pozostałości została rozpoznana i przeprowadzono badania w celu znalezienia ponownego użycia. Próbowano odzyskać główne składniki, zwłaszcza żelazo. Można wymienić cztery kategorie w odniesieniu do możliwego wykorzystania pozostałości boksytu: Ekstrakcja głównych i wtórnych składników: żelaza, tytanu, pierwiastków ziem rzadkich (REE); Zastosowanie jako główny surowiec do wytwarzania produktów, m.in. B. cement; Wykorzystanie pozostałości boksytu jako składnika materiałów budowlanych m.in. B. Beton, cegła, dachówka; Ulepszanie gruntów i przekształcanie pozostałości w użyteczny produkt, taki jak: B. w procesie Virotec.

Zróżnicowany skład pozostałości prowadzi do wielu różnych możliwych zastosowań: w produkcji cementu, zastosowanie w betonie jako SCM (uzupełniający materiał cementowy), do wydobycia żelaza i tytanu, zastosowanie w elementach budowlanych, w cegłach, w płytkach, jak Podsypka torowa, do ulepszania gleby, jako nawóz wapniowy i krzemowy, do ekstrakcji lantanowców (SEE), skandu, galu, jako adsorber metali ciężkich, jako barwnik, do chemicznego uzdatniania wody, w ceramice (szklanej), szkle piankowym jako pigment, jako wypełniacz do PVC, jako substytut drewna, w geopolimerach , jako katalizatory, jako natryskiwanie plazmowe aluminium i miedzi, przy produkcji kompozytów tytanian glinowo-mulitowy do powłok odpornych na temperaturę, przy odsiarczaniu spalin, w utylizacji arsenu i chromu.

Szacuje się, że od 2 do 3,5 miliona ton wytworzonej pozostałości boksytu jest ponownie wykorzystywane rocznie:

  • Cement: 500 000 do 1 500 000 t
  • Surowiec do produkcji żelaza i stali 400 000 do 1 500 000 t
  • Pokrywa składowiska / drogi / poprawa gleby: 200 000 do 500 000 t
  • Materiały budowlane (cegła, płytki, ceramika itp.) - 100 000 do 300 000 t
  • Inne (produkt ogniotrwały, adsorber, odwadnianie szybów (Virotec), katalizatory itp.) - 100 000 t

W 2015 roku uruchomiona została europejska inicjatywa finansowana z Unii Europejskiej dotycząca waloryzacji pozostałości boksytów. 15 doktorów zostało zatrudnionych w ramach Europejskiej Sieci Szkoleń na rzecz Waloryzacji Bezodpadowej Boksytu. Główny nacisk położony jest na wydobycie Fe, Al, Ti i REE (w tym skandu) oraz wykorzystanie pozostałości jako surowców do materiałów budowlanych (cementy, geopolimery).

literatura

  • KS Sutherland, „Sprzęt do oddzielania ciał stałych/cieczy”, Wiley-VCH, Weinheim (2005).
  • Roczne statystyki zbierane i publikowane przez World Aluminium .
  • „Zarządzanie pozostałościami boksytu: najlepsze praktyki”, dostępne w International Aluminium Institute, 10 King Charles II Street, Londyn, SW1Y 4AA, Wielka Brytania oraz w Internecie .
  • Dane o światowej produkcji aluminium i tlenku glinu .
  • Wanchao Liu, Jiakuan Yang, Bo Xiao, „Przegląd obróbki i utylizacji pozostałości boksytu w Chinach”, w Int. J. of Mineral Processing, 93 220-231 (2009), DOI: 10.1016 / j.minpro.2009.08.005 .
  • MB Cooper, „ Naturalnie występujący materiał radioaktywny (NORM) in Australian Industries”, raport EnviroRad ERS-006 przygotowany dla Australian Radiation Health and Safety Advisory Council (2005).
  • Agrawal, KK Sahu, BD Pandey, „Zarządzanie odpadami stałymi w przemyśle metali nieżelaznych w Indiach”, Resources, Conservation and Recycling 42 (2004), 99–120, DOI: 10.1016 / j.resconrec.2003.10.004 .
  • Jongyeong Hyuna, Shigehisa Endoha, Kaoru Masudaa, Heeyoung Shinb, Hitoshi Ohyaa, „Redukcja chloru w pozostałościach boksytu poprzez separację drobnych cząstek”, wewn. J. Górnika. Process., 76, 1-2, (2005), 13-20.
  • Claudia Brunori, Carlo Cremisini, Paolo Massanisso, Valentina Pinto, Leonardo Torricelli, „Ponowne wykorzystanie przetworzonych odpadów boksytu z czerwonego błota: badania nad kompatybilnością środowiskową”, Journal of Hazardous Materials, 117 (1), (2005), 55-63.
  • H. Genc¸-Fuhrman, JC Tjell, D. McConchie, „Zwiększenie zdolności adsorpcji arsenianów zobojętnionego czerwonego błota (Bauxsol ™)”, J. Colloid Interface Sci. 271 (2004) 313-320, DOI: 10.1016 / j.jcis.2003.10.011 .
  • H. Genc¸-Fuhrman, JC Tjell, D. McConchie, O. Schuiling, „Adsorpcja arsenianu z wody przy użyciu zobojętnionego czerwonego błota”, J. Colloid Interface Sci. 264 (2003) 327-334, DOI: 10.1016 / S0021-9797 (03) 00447-8 .

linki internetowe

Commons : Red Mud  - Kolekcja obrazów, filmów i plików audio

Indywidualne dowody

  1. ↑ Roczne statystyki zbierane i publikowane przez World Aluminium .
  2. ↑ Manfred Sietz, Stefan Seuring : Ocena cyklu życia w praktyce operacyjnej , Eberhard Blottner Verlag, Taunusstein 1997 s. 103
  3. ↑ Węgry: Niewłaściwe obchodzenie się z czerwonym błotem
  4. ↑ Wyniki analiz węgierskiego błota czerwonego z Kolontaru na zlecenie Greenpeace ( Pamiątka z 2 lutego 2014 w Internet Archive ), dostęp 9 października 2010 (PDF; 96 kB)
  5. ↑ Toksyczny osad: Według Greenpeace, podwyższony poziom drobnego pyłu. ORF , 12 października 2010, dostęp 17 października 2010 .
  6. ↑ Raport z badań nr 1010/441 „Badania metali ciężkich i oznaczanie Cr(VI) w czerwonym błocie” ( pamiątka z dnia 2 lutego 2014 r. w Archiwum Internetowym ). Zamówienie A 9928 - projekt nr. 2490, dostęp 17 października 2010 (PDF; 46 kB, stworzony przez Umweltbundesamt GmbH w imieniu Greenpeace).
  7. ↑ Raport z badań nr 1010/431 „Oznaczanie arsenu, rtęci i chromu (całkowitego) w czerwonym błocie” ( pamiątka z 2 lutego 2014 r. w Internet Archive ). Zamówienie A 9928 - projekt nr. 249, dostęp 17 października 2010 (PDF; 42 kB, stworzony przez Umweltbundesamt GmbH w imieniu Greenpeace).
  8. ↑ K. Evans, E. Nordheim i K. Tsesmelis, „Zarządzanie pozostałościami boksytu”, Metale lekkie, 63-66 (2012), DOI: 10.1007 / 978-3-319-48179-1_11 .
  9. ↑ G. Power, M. Graefe i C. Klauber, „Problemy dotyczące pozostałości boksytu: bieżące zarządzanie, usuwanie i przechowywanie praktyk”, Hydrometalurgia, 108, 33-45 (2011), DOI: 10.1016 / j.hydromet.2011.02.006 .
  10. ^ BG Purnell, „Utylizacja błota w zakładzie Burntisland tlenku glinu”. Metale lekkie, 157-159. (1986).
  11. ↑ HH Pohland i AJ Tielens, „Projektowanie i eksploatacja niedekantowanych stawów z czerwonym błotem w Ludwigshafen”, Proc. wewn. Konf. Odpady boksytu, Kingston, Jamajka (1986).
  12. ↑ EI Robinsky, „Obecny stan systemu utylizacji pochyłych zagęszczonych odpadów”, Proc. wewn. Konf. Odpady boksytu, Kingston, Jamajka (1986).
  13. ^ JL Chandler, „Składanie i suszenie słoneczne do utylizacji odpadów boksytowych na Jamajce”, Proc. wewn. Konf. Odpady boksytu, Kingston, Jamajka (1986).
  14. ↑ „Bauxite Residue Management: Best Practice”, opublikowany przez World Aluminium, European Aluminium dostępny w Międzynarodowym Instytucie Aluminium (10 King Charles II Street, Londyn, SW1Y 4AA, Wielka Brytania) oraz w Internecie pod adresem http://bauxite.world-aluminium. org / rafinacja / boksytowe-zarządzanie-pozostałościami.html
  15. ↑ KS Sutherland, „Sprzęt do oddzielania substancji stałych od cieczy”, Wiley-VCH, Weinheim (2005).
  16. ^ Wypadek na Węgrzech – Pierwsza analiza ostrzega przed toksynami w czerwonym błocie , Cordula Meyer 12 października 2010 w Spiegel-Online, dostęp 20 października 2013.
  17. ↑ a b Frank Muster: Rotschlamm. Pozostały materiał z produkcji tlenku glinu - ekologiczny plecak czy wkład do procesów produkcyjnych? Kassel University Press GmbH, Kassel 2007, ISBN 978-3-89958-359-5 , s. 15.
  18. ↑ Produkcja aluminium – co zrobić ze 150 mln ton „czerwonego błota” rocznie? W: euronews.com . 2 kwietnia 2018, dostęp 23 grudnia 2018 .
  19. ^ Wypadek chemiczny: katastrofa ekologiczna zbliża się do Węgier. W: DerWesten. 6 października 2010, udostępniono 6 października 2010 .
  20. ↑ regenwald.org: Aluminium , dostęp 25 lutego 2013 r.
  21. ↑ eco-world.de: woda pitna czy paliwo? A to tylko wierzchołek góry lodowej ... Pobrane 25 lutego 2013 r.
  22. ↑ BK Parekh i WM Goldberger, „Ocena technologii możliwego wykorzystania szlamów procesowych firmy Bayer”, opublikowana przez amerykańską Agencję Ochrony Środowiska, EPA 600/2-76-301.
  23. ↑ Y. Pontikes i GN Angelopoulos „Pozostałość boksytu w cemencie i materiałach cementowych”, Reourc. Zachowaj. Recyl. 73, 53-63 (2013), DOI: 10.1016 / j.resconrec.2013.01.005 .
  24. ↑ Y.Pontikes, GN Angelopoulos, B. Blanpain, „Pierwiastki promieniotwórcze w pozostałościach boksytu w procesie Bayera i ich wpływ na opcje waloryzacji”, Transport NORM, Pomiary i strategie NORM, Materiały budowlane, Postępy w nauce. i Tech, 45 2176-2181 (2006).
  25. ↑ WKBiswas i DJ Cooling, „Sustainability Assessment of Red SandTM jako substytut Virgin Sand and Crushed Limestone”, J. of Ind. Ecology, 17 (5) 756-762 (2013), DOI: 10.1111 / jiec.12030 .
  26. ↑ H. Genc¸-Fuhrman, JC Tjell, D. McConchie, „Adsorpcja arsenu z wody przy użyciu aktywowanego zobojętnionego czerwonego błota”, Environ. Nauka. Technol. 38 (2004) 2428-2434, DOI: 10.1021/es035207h .
  27. ↑ http://etn.redmud.org/project/