Kırmızı çamur - Red mud
Kırmızı çamur olarak da bilinen, boksit tortu , bir olan endüstriyel atık arıtma esnasında üretilen boksit içine alümina kullanılarak Bayer prosesi . Kırmızı rengini veren demir oksitler de dahil olmak üzere çeşitli oksit bileşiklerinden oluşur . Dünya çapında üretilen alüminanın% 95'inden fazlası Bayer sürecinden geçer; üretilen her ton alümina için yaklaşık 1 ila 1,5 ton kırmızı çamur da üretilmektedir. 2018'de yıllık alümina üretimi yaklaşık 126 milyon tondu ve bu da 160 milyon tonun üzerinde kırmızı çamur oluşumuyla sonuçlandı.
Bu yüksek üretim seviyesi ve malzemenin yüksek alkalinitesi nedeniyle , önemli bir çevresel tehlike ve depolama sorunu oluşturabilir. Sonuç olarak, bununla başa çıkmak için daha iyi yöntemler bulmak için önemli çaba harcanmaktadır.
Daha az yaygın olarak, bu malzeme aynı zamanda boksit atıkları , kırmızı çamur veya alümina rafineri kalıntıları olarak da bilinir .
Üretim
Kırmızı çamur, alüminaya giden yolda boksitin rafine edilmesinin başlıca yolu olan Bayer sürecinin bir yan ürünüdür. Elde edilen alümina, Hall-Héroult prosesi ile alüminyum üretmek için kullanılan hammaddedir . Tipik bir boksit bitkisi, alüminadan bir ila iki kat daha fazla kırmızı çamur üretir. Bu oran, arıtma işleminde kullanılan boksitin türüne ve ekstraksiyon koşullarına bağlıdır.
Boksit cevherinden alümina yapmak için Bayer işlemini kullanan dünya çapında 60'tan fazla üretim operasyonu . Boksit cevheri, normalde açık döküm madenlerinde çıkarılır ve işlenmek üzere bir alümina rafinerisine aktarılır. Alümina, yüksek sıcaklık ve basınç koşulları altında sodyum hidroksit kullanılarak ekstrakte edilir. Boksitin çözünmeyen kısmı (tortu) çıkarılır, bir sodyum alüminat çözeltisi oluşur , bu daha sonra bir alüminyum hidroksit kristali ile tohumlanır ve kalan alüminyum hidroksitin çözeltiden çökelmesine neden olacak şekilde soğumaya bırakılır. Alüminyum hidroksitin bir kısmı bir sonraki partiyi tohumlamak için kullanılırken, geri kalanı alüminyum oksit (alümina) üretmek için döner fırınlarda veya sıvı ani kalsinatörlerde 1000 ° C'nin üzerinde kalsine edilir (ısıtılır).
Kullanılan boksitin alümina içeriği normalde% 45-50 arasındadır, ancak çok çeşitli alümina içerikli cevherler kullanılabilir. Alüminyum bileşiği olarak mevcut olabilir gibsit (Al (OH) 3 ), böhmit (γ-AIO (OH)) ya da diyaspor (α-AIO (OH)). Kalıntı, her zaman, ürüne karakteristik bir kırmızı renk veren yüksek bir demir oksit konsantrasyonuna sahiptir . İşlemde kullanılan sodyum hidroksitin küçük bir kalıntı miktarı kalıntıda kalır ve malzemenin yüksek pH / alkaliniteye, normalde> 12'ye sahip olmasına neden olur. Süreci olabildiğince verimli hale getirmek ve üretim maliyetlerini düşürmek için, katı / sıvı ayırma işlemindeki çeşitli aşamalar, kalıntıdan mümkün olduğu kadar fazla sodyum hidroksiti Bayer İşlemine geri dönüştürmek için uygulanır. Bu aynı zamanda kalıntının son alkalinitesini düşürerek kullanım ve saklamayı daha kolay ve daha güvenli hale getirir.
Kompozisyon
Kırmızı çamur, katı ve metal oksitlerin bir karışımından oluşur . Kırmızı renk kaynaklanan demir oksit kütlesinin% 60 kadar içermektedir. Çamur, 10 ila 13 arasında değişen bir pH ile oldukça baziktir . Demire ek olarak, diğer baskın bileşenler arasında silika , ağartılmamış artık alümina ve titanyum oksit bulunur .
Alüminyum bileşenin ekstraksiyonundan sonra kalıntının ana bileşenleri, çözünmez metal oksitlerdir. Belirli bir alümina rafinerisi tarafından üretilen bu oksitlerin yüzdesi, boksit cevherinin kalitesine ve doğasına ve ekstraksiyon koşullarına bağlı olacaktır. Aşağıdaki tablo, yaygın kimyasal bileşenlerin bileşim aralıklarını gösterir, ancak değerler büyük ölçüde farklılık gösterir:
| Kimyasal | Yüzde kompozisyon |
|---|---|
| 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 |
Mineralojik olarak ifade edilen mevcut bileşenler şunlardır:
| Kimyasal ad | Kimyasal formül | Yüzde kompozisyon |
|---|---|---|
| Sodalit | 3Na 2 O⋅3Al 2 O 3 ⋅6SiO 2 ⋅Na 2 SO 4 | % 4–40 |
| Kansrinit | Na 3 ⋅CaAl 3 ⋅Si 3 ⋅O 12 CO 3 | % 0–20 |
| Aluminous- goethite (alüminyumlu demir oksit) | α- (Fe, Al) OOH | % 10-30 |
| Hematit (demir oksit) | Fe 2 O 3 | % 10-30 |
| Silika (kristal ve amorf) | SiO 2 | % 5–20 |
| Trikalsiyum alüminat | 3CaO⋅Al 2 O 3 ⋅6H 2 O | % 2–20 |
| Böhmit | AlO (OH) | % 0–20 |
| Titanyum dioksit | TiO 2 | % 0-10 |
| Perovskit | CaTiO 3 | % 0-15 |
| Muskovit | K 2 O⋅3Al 2 O 3 ⋅6SiO 2 ⋅2H 2 O | % 0-15 |
| Kalsiyum karbonat | CaCO 3 | % 2-10 |
| Gibbit | Al (OH) 3 | % 0-5 |
| Kaolinit | Al 2 O 3 ⋅2SiO 2 ⋅2H 2 O | % 0-5 |
Genel olarak, kalıntının bileşimi, silikon bileşenin bir kısmı haricinde, alüminyum olmayan bileşenlerin bileşimini yansıtır: kristalin silika (kuvars) reaksiyona girmeyecek, ancak genellikle reaktif silika olarak adlandırılan mevcut silikanın bir kısmı reaksiyona girecektir. ekstraksiyon koşulları altında ve sodyum alüminyum silikatın yanı sıra diğer ilgili bileşikleri oluşturur.
Çevresel tehlikeler
Alkaliliğinden dolayı kırmızı çamurun deşarjı çevreye zararlıdır .
1972'de İtalyan Montedison şirketi tarafından Korsika açıklarında kırmızı çamur deşarjı vardı . Dava, Akdeniz'i yöneten uluslararası hukukta önemlidir.
Ekim 2010'da bir kırmızı çamur yaklaşık bir milyon metreküp alümina yakın bitki Kolontár içinde Macaristan'da yanlışlıkla çevredeki kırsal serbest bırakıldı Ajka alümina bitki kaza on kişinin ölümüne ve büyük bir alanı kirletecek. Marcal nehrindeki tüm yaşamın kızıl çamur tarafından "söndürüldüğü" ve birkaç gün içinde çamurun Tuna'ya ulaştığı söyleniyordu . Bununla birlikte, sızıntının uzun vadeli çevresel etkileri küçük olmuştur.
Kalıntı depolama alanları
Kalıntı depolama yöntemleri, orijinal tesislerin kurulmasından bu yana önemli ölçüde değişti. İlk yıllardaki uygulama, bulamacı yaklaşık% 20 katı konsantrasyonda, bazen eski boksit madenlerinde veya tükenmiş taş ocaklarında oluşturulan lagünlere veya göletlere pompalamaktı. Diğer durumlarda, barajlar veya setlerle su tutulurken, bazı operasyonlar için vadiler baraj edildi ve kalıntılar bu tutma alanlarında biriktirildi.
Bir zamanlar kızıl çamurun boru hatları veya mavnalarla nehirlere, haliçlere veya denize boşaltılması yaygın bir uygulamadır; diğer durumlarda, kalıntı denize taşındı ve kıyıdan kilometrelerce açıkta derin okyanus çukurlarına atıldı. Deniz, haliçler ve nehirlerdeki tüm atıklar artık durdu.
Kalıntı depolama alanı tükendikçe ve ıslak depolamaya ilişkin endişeler arttıkça, 1980'lerin ortalarından bu yana kuru istifleme giderek daha fazla benimseniyor. Bu yöntemde, kalıntılar yüksek yoğunluklu bir bulamaç haline (% 48-55 katı veya daha yüksek) koyulaştırılır ve daha sonra pekişecek ve kuruyacak şekilde biriktirilir.
Giderek daha popüler hale gelen bir arıtma prosesi, filtrasyondur ve bu sayede bir filtre keki (tipik olarak% 26 - 29 nem ile sonuçlanır) üretilir. Bu kek, yarı kurutulmuş bir malzeme olarak taşınmadan ve depolanmadan önce alkaliliği azaltmak için su veya buharla yıkanabilir. Bu formda üretilen kalıntı, daha düşük alkaliliğe sahip olduğu, taşınması daha ucuz olduğu ve kullanımı ve işlenmesi daha kolay olduğu için yeniden kullanım için idealdir.
2013 yılında Vedanta Aluminium , Ltd. Hindistan'ın Odisha kentindeki Lanjigarh rafinerisinde kırmızı çamur tozu üretim birimini devreye aldı ve bunu alümina endüstrisinde büyük çevresel tehlikelerle mücadele eden türünün ilk örneği olarak tanımladı.
Kullanım
Bayer prosesi endüstriyel olarak ilk kez 1894'te benimsendiğinden, kalan oksitlerin değeri kabul edildi. Başlıca bileşenleri, özellikle de demiri kurtarmak için girişimlerde bulunulmuştur. Madencilik başladığından beri, kalıntı için kullanım arayışına muazzam miktarda araştırma çabası ayrılmıştır.
Kırmızı çamurun kullanımlarını geliştirmek için birçok çalışma yapılmıştır. Çimento üretiminde, yol yapımında ve demir kaynağı olarak yılda tahmini 2 ila 3 milyon ton kullanılmaktadır. Potansiyel uygulamalar arasında düşük maliyetli beton üretimi, fosfor döngüsünü iyileştirmek için kumlu topraklara uygulama , toprak asitliğinin iyileştirilmesi , çöplüklerin kapatılması ve karbon tutulması sayılabilir .
Portland çimentosu klinkerinde boksit kalıntısının mevcut kullanımını açıklayan incelemeler, tamamlayıcı çimentolu malzemeler / harmanlanmış çimentolar ve özel kalsiyum sülfo-alüminat çimentoları kapsamlı bir şekilde araştırılmış ve belgelenmiştir.
- Çimento imalatı, betonda ek çimentolu malzeme olarak kullanılır. 500.000 ila 1.500.000 ton arası.
- Kalıntıda bulunan belirli bileşenlerin hammadde geri kazanımı: demir, titanyum, çelik ve REE ( nadir toprak elementleri ) üretimi. 400.000 ila 1.500.000 ton arası;
- Düzenli depolama / yollar / toprak iyileştirme - 200.000 ila 500.000 ton;
- Yapı veya inşaat malzemelerinde (tuğla, fayans, seramik vb.) Bileşen olarak kullanın - 100.000 ila 300.000 ton;
- Diğer (refrakter, adsorban, asit maden drenajı (Virotec), katalizör vb.) - 100.000 ton.
- Bina panelleri, tuğlalar, köpüklü yalıtım tuğlaları, fayanslar, çakıl / demiryolu balastı, kalsiyum ve silikon gübre, çöp ucu kapatma / saha restorasyonu, lantanitlerin (nadir topraklar) geri kazanımı, skandiyum geri kazanımı, galyum geri kazanımı, itriyum geri kazanımı, asit madeninin arıtılmasında kullanım drenaj, ağır metallerin adsorbanları, boyalar, fosfatlar, florür, su arıtma kimyasalı, cam seramikler, seramikler, köpüklü cam, pigmentler, petrol sondajı veya gaz çıkarma, PVC için dolgu , ahşap ikamesi, jeopolimerler, katalizörler, alüminyumun plazma sprey kaplaması ve bakır, yüksek sıcaklığa dayanıklı kaplamalar için alüminyum titanat-Mullite kompozitlerinin imalatı, baca gazının kükürt giderme, arsenik giderme, krom giderme.
2015 yılında , kırmızı çamurun kıymetlendirilmesine yönelik Avrupa Birliği fonlarıyla Avrupa'da büyük bir girişim başlatıldı . Yaklaşık 15 Doktora öğrenciler, Boksit Kalıntısının Sıfır Atık Değerlemesi için Avrupa Eğitim Ağı'nın (ETN) bir parçası olarak işe alındı. Temel odak noktası , kalıntının yapı malzemelerine dönüştürülmesi sırasında demir, alüminyum, titanyum ve nadir toprak elementlerinin ( skandiyum dahil ) geri kazanılması olacaktır .
Ayrıca bakınız
Referanslar
Ek referanslar
- MB Cooper, "Avustralya Endüstrilerinde Doğal Olarak Oluşan Radyoaktif Malzeme (NORM)", EnviroRad raporu, Avustralya Radyasyon Sağlığı ve Güvenliği Danışma Konseyi (2005) için hazırlanan ERS-006 raporudur.
- Agrawal, KK Sahu, BD Pandey, "Hindistan'daki demir dışı endüstrilerde katı atık yönetimi", Kaynaklar, Koruma ve Geri Dönüşüm 42 (2004), 99–120.
- Jongyeong Hyuna, Shigehisa Endoha, Kaoru Masudaa, Heeyoung Shinb, Hitoshi Ohyaa, "İnce partikül ayrımı ile boksit kalıntısındaki klorun indirgenmesi", Int. J. Miner. Süreç., 76, 1-2, (2005), 13–20.
- Claudia Brunori, Carlo Cremisini, Paolo Massanisso, Valentina Pinto, Leonardo Torricelli, "İşlenmiş kırmızı çamur boksit atığının yeniden kullanımı: çevresel uyumluluk üzerine çalışmalar", Journal of Hazardous Materials, 117 (1), (2005), 55–63.
- H. Genc¸-Fuhrman, JC Tjell, D. McConchie, "Nötralize kırmızı çamurun (Bauxsol ™) arsenat adsorpsiyon kapasitesinin arttırılması", J. Colloid Interface Sci. 271 (2004) 313–320.
- H. Genc¸-Fuhrman, JC Tjell, D. McConchie, O. Schuiling, "Nötralize kırmızı çamur kullanılarak sudan arsenatın adsorpsiyonu", J. Colloid Interface Sci. 264 (2003) 327–334.
Dış bağlantılar ve daha fazla okuma
- Kırmızı Çamur (veya kırmızı Çamur) de video Periyodik Tablo (Nottingham Üniversitesi)
- Babel, S .; Ashrafwan, TA. (Şubat 2003). "Kirlenmiş sudan ağır metal alımı için düşük maliyetli adsorbanlar: bir inceleme". J Tehlike Mater . 97 (1–3): 219–43. doi : 10.1016 / S0304-3894 (02) 00263-7 . PMID 12573840 .