Roter Schlamm - Red mud

Roter Schlamm bei Stade ( Deutschland )

Bauxit , ein Aluminiumerz ( Departement Hérault , Frankreich ). Die rötliche Farbe ist auf Eisenoxide zurückzuführen , die den Hauptteil des roten Schlamms ausmachen.

Roter Schlamm , auch Bauxit-Rückstand genannt , ist ein Industrieabfall , der bei der Veredelung von Bauxit zu Aluminiumoxid nach dem Bayer-Verfahren anfällt . Es besteht aus verschiedenen Oxidverbindungen , einschließlich der Eisenoxide, die seine rote Farbe verleihen. Über 95% des weltweit produzierten Aluminiumoxids wird nach dem Bayer-Verfahren hergestellt. Für jede produzierte Tonne Aluminiumoxid werden auch ungefähr 1 bis 1,5 Tonnen Rotschlamm produziert. Die jährliche Produktion von Aluminiumoxid im Jahr 2018 betrug ungefähr 126 Millionen Tonnen, was zur Erzeugung von über 160 Millionen Tonnen Rotschlamm führte.

Aufgrund dieses hohen Produktionsniveaus und der hohen Alkalität des Materials kann dies ein erhebliches Umwelt- und Lagerungsproblem darstellen. Infolgedessen werden erhebliche Anstrengungen unternommen, um bessere Methoden für den Umgang damit zu finden.

Seltener ist dieses Material auch als Bauxit-Tailings , Rotschlamm oder Aluminiumoxid-Raffinerierückstände bekannt .

Produktion

Roter Schlamm ist ein Nebenprodukt des Bayer-Verfahrens, dem Hauptmittel zur Raffination von Bauxit auf dem Weg zu Aluminiumoxid. Das resultierende Aluminiumoxid ist der Rohstoff für die Herstellung von Aluminium nach dem Hall-Héroult-Verfahren . Eine typische Bauxitpflanze produziert ein- bis zweimal so viel roten Schlamm wie Aluminiumoxid. Dieses Verhältnis hängt von der Art des im Raffinationsprozess verwendeten Bauxits und den Extraktionsbedingungen ab.

Weltweit mehr als 60 Produktionsbetriebe nach dem Bayer-Verfahren zur Herstellung von Aluminiumoxid aus Bauxiterz. Bauxiterz wird normalerweise in Tagebau-Minen abgebaut und zur Verarbeitung in eine Aluminiumoxid-Raffinerie überführt. Das Aluminiumoxid wird unter Verwendung von Natriumhydroxid unter Bedingungen hoher Temperatur und hohen Drucks extrahiert. Der unlösliche Teil des Bauxits (der Rückstand) wird entfernt, wodurch eine Lösung von Natriumaluminat entsteht , die dann mit einem Aluminiumhydroxidkristall geimpft und abkühlen gelassen wird, wodurch das verbleibende Aluminiumhydroxid aus der Lösung ausfällt. Ein Teil des Aluminiumhydroxids wird zur Aussaat der nächsten Charge verwendet, während der Rest in Drehrohröfen oder Flüssigkeitsblitzkalzinierern auf über 1000 ° C kalziniert (erhitzt) wird, um Aluminiumoxid (Aluminiumoxid) herzustellen.

Der Aluminiumoxidgehalt des verwendeten Bauxits liegt normalerweise zwischen 45 und 50%, es können jedoch Erze mit einem breiten Bereich an Aluminiumoxidgehalten verwendet werden. Die Aluminiumverbindung kann als Gibbsit (Al (OH) ₃ ), Böhmit (γ-AlO (OH)) oder Diaspore (α-AlO (OH)) vorliegen . Der Rückstand hat immer eine hohe Konzentration an Eisenoxid , was dem Produkt eine charakteristische rote Farbe verleiht. Eine kleine Restmenge des im Verfahren verwendeten Natriumhydroxids verbleibt im Rückstand, wodurch das Material einen hohen pH-Wert / eine hohe Alkalität aufweist, normalerweise> 12. Es werden verschiedene Stufen des Fest / Flüssig-Trennprozesses eingeführt, um so viel Natriumhydroxid wie möglich aus dem Rückstand in den Bayer-Prozess zurückzuführen, um den Prozess so effizient wie möglich zu gestalten und die Produktionskosten zu senken. Dies senkt auch die endgültige Alkalität des Rückstands, wodurch die Handhabung und Lagerung einfacher und sicherer wird.

Komposition

Roter Schlamm besteht aus einer Mischung von festen und metallischen Oxiden. Die rote Farbe entsteht durch Eisenoxide , die bis zu 60% der Masse ausmachen. Der Schlamm ist sehr Grund mit einem pH - Wert von 10 bis 13. Zusätzlich zu Eisen reichen, wobei die anderen dominierenden Elemente umfassen Siliciumdioxid , nicht ausgelaugt Rest Aluminiumoxid und Titanoxid .

Die Hauptbestandteile des Rückstands nach der Extraktion der Aluminiumkomponente sind unlösliche Metalloxide. Der Prozentsatz dieser Oxide, die von einer bestimmten Aluminiumoxidraffinerie produziert werden, hängt von der Qualität und Art des Bauxiterzes und den Extraktionsbedingungen ab. Die folgende Tabelle zeigt die Zusammensetzungsbereiche für übliche chemische Bestandteile, die Werte variieren jedoch stark:

Mineralogisch ausgedrückt sind die vorhandenen Komponenten:

Im Allgemeinen spiegelt die Zusammensetzung des Rückstands die der Nichtaluminiumkomponenten wider, mit Ausnahme eines Teils der Siliciumkomponente: kristallines Siliciumdioxid (Quarz) reagiert nicht, aber ein Teil des vorhandenen Siliciumdioxids, oft als reaktives Siliciumdioxid bezeichnet, reagiert unter den Extraktionsbedingungen und bilden Natriumaluminiumsilikat sowie andere verwandte Verbindungen.

Umweltgefahren

Das Ablassen von Rotschlamm ist aufgrund seiner Alkalität umweltschädlich .

1972 gab es vor der Küste Korsikas einen Rotschlammabfluss der italienischen Firma Montedison . Der Fall ist wichtig im Völkerrecht für das Mittelmeer.

Im Oktober 2010 wurde beim Unfall mit einer Aluminiumoxidfabrik in Ajka versehentlich eine Million Kubikmeter Rotschlamm aus einer Aluminiumoxidfabrik in der Nähe von Kolontár in Ungarn in die umliegende Landschaft freigesetzt , wobei zehn Menschen getötet und ein großes Gebiet kontaminiert wurden. Alles Leben im Marcal soll durch den roten Schlamm "ausgelöscht" worden sein, und innerhalb weniger Tage hatte der Schlamm die Donau erreicht . Die langfristigen Umweltauswirkungen der Verschüttung waren jedoch gering.

Restlagerbereiche

Die Rückstandslagermethoden haben sich seit dem Bau der ursprünglichen Anlagen erheblich geändert. In den Anfangsjahren wurde die Aufschlämmung in einer Konzentration von etwa 20% Feststoffen in Lagunen oder Teiche gepumpt, die manchmal in ehemaligen Bauxitminen oder erschöpften Steinbrüchen entstanden waren. In anderen Fällen wurden Aufstauungen mit Dämmen oder Dämmen errichtet , während für einige Operationen Täler aufgestaut und die Rückstände in diesen Haltebereichen abgelagert wurden.

Früher war es üblich, dass der rote Schlamm über Pipelines oder Lastkähne in Flüsse, Flussmündungen oder das Meer eingeleitet wurde. In anderen Fällen wurde der Rückstand auf See verschifft und viele Kilometer vor der Küste in Tiefseegräben entsorgt. Alle Entsorgung im Meer, in Flussmündungen und Flüssen wurde eingestellt.

Da der Speicherplatz für Rückstände knapp wurde und die Besorgnis über die Nasslagerung zunahm, wurde seit Mitte der 1980er Jahre zunehmend das Trockenstapeln übernommen. Bei diesem Verfahren werden Rückstände zu einer Aufschlämmung mit hoher Dichte (48-55% Feststoffe oder höher) eingedickt und dann so abgeschieden, dass sie sich verfestigen und trocknen.

Ein zunehmend beliebtes Behandlungsverfahren ist die Filtration, bei der ein Filterkuchen (typischerweise mit 26 - 29% Feuchtigkeit) erzeugt wird. Dieser Kuchen kann entweder mit Wasser oder Dampf gewaschen werden, um die Alkalität zu verringern, bevor er transportiert und als halbgetrocknetes Material gelagert wird. In dieser Form hergestellte Rückstände sind ideal für die Wiederverwendung, da sie eine geringere Alkalität aufweisen, billiger zu transportieren und einfacher zu handhaben und zu verarbeiten sind.

Im Jahr 2013 hat Vedanta Aluminium , Ltd. in seiner Raffinerie Lanjigarh in Odisha , Indien , eine Produktionsanlage zur Herstellung von Rotschlammpulver in Betrieb genommen , die als die erste ihrer Art in der Aluminiumoxidindustrie bezeichnet wird und sich mit großen Umweltgefahren befasst.

Verwenden

Seit der ersten industriellen Einführung des Bayer-Verfahrens im Jahr 1894 wurde der Wert der verbleibenden Oxide erkannt. Es wurden Versuche unternommen, die Hauptkomponenten - insbesondere das Eisen - wiederzugewinnen. Seit Beginn des Bergbaus wurde ein enormer Forschungsaufwand für die Suche nach Verwendungszwecken für die Rückstände aufgewendet.

Viele Studien wurden durchgeführt, um die Verwendung von Rotschlamm zu entwickeln. Schätzungsweise 2 bis 3 Millionen Tonnen werden jährlich für die Herstellung von Zement, den Straßenbau und als Eisenquelle verwendet. Mögliche Anwendungen sind die Herstellung von kostengünstigem Beton, die Anwendung auf sandigen Böden zur Verbesserung des Phosphorkreislaufs , die Verbesserung des Säuregehalts des Bodens , die Verschließung von Deponien und die Kohlenstoffbindung .

Übersichten über die derzeitige Verwendung von Bauxit-Rückständen in Portlandzementklinker, ergänzenden zementartigen Materialien / Mischzementen und speziellen Calciumsulfoaluminat-Zementen wurden ausführlich untersucht und gut dokumentiert.

• Zementherstellung , Verwendung in Beton als zusätzliches zementartiges Material. Von 500.000 bis 1.500.000 Tonnen.
• Rohstoffrückgewinnung bestimmter im Rückstand enthaltener Komponenten: Eisen-, Titan-, Stahl- und REE - Produktion ( Seltenerdelemente ). Von 400.000 bis 1.500.000 Tonnen;
• Deponierung / Straßen / Bodenverbesserung - 200.000 bis 500.000 Tonnen;
• Verwendung als Bestandteil von Bau- oder Baumaterialien (Ziegel, Fliesen, Keramik usw.) - 100.000 bis 300.000 Tonnen;
• Sonstiges (Feuerfest, Adsorbens, Entwässerung von Säureminen (Virotec), Katalysator usw.) - 100.000 Tonnen.
• Verwendung in Bauplatten, Ziegeln, geschäumten Isolierziegeln, Fliesen, Kies- / Eisenbahnschotter, Kalzium- und Siliziumdünger, Verschließung von Müllspitzen / Wiederherstellung von Standorten, Rückgewinnung von Lanthaniden (Seltenen Erden), Rückgewinnung von Scandium, Rückgewinnung von Gallium, Rückgewinnung von Yttrium , Behandlung von Säureminen Entwässerung, Adsorbens von Schwermetallen, Farbstoffen, Phosphaten, Fluorid, Wasseraufbereitungschemikalien, Glaskeramiken, Keramiken, Schaumglas, Pigmenten, Ölbohrungen oder Gasförderung, Füllstoff für PVC , Holzersatz, Geopolymere, Katalysatoren, Plasmasprühbeschichtung aus Aluminium und Kupfer, Herstellung von Aluminiumtitanat-Mullit-Verbundwerkstoffen für hochtemperaturbeständige Beschichtungen, Entschwefelung von Rauchgas, Entfernung von Arsen, Entfernung von Chrom.

2015 wurde in Europa eine große Initiative mit Mitteln der Europäischen Union gestartet, um die Valorisierung von Rotschlamm anzugehen . Etwa 15 Ph.D. Die Studenten wurden im Rahmen des European Training Network (ETN) für die Null-Abfall-Verwertung von Bauxit-Rückständen rekrutiert. Das Hauptaugenmerk wird auf der Rückgewinnung von Eisen-, Aluminium-, Titan- und Seltenerdelementen (einschließlich Scandium ) liegen, während die Rückstände zu Baumaterialien aufgewertet werden.

Siehe auch

• Chemischer Abfall
• Olivier Dubuquoy

Verweise

Zusätzliche Referenzen

• MB Cooper, „Natürlich vorkommendes radioaktives Material (NORM) in der australischen Industrie“, EnviroRad-Bericht ERS-006, erstellt für den australischen Beirat für Strahlenschutz und -sicherheit (2005).
• Agrawal, KK Sahu, BD Pandey, "Entsorgung fester Abfälle in der Nichteisenindustrie in Indien", Resources, Conservation and Recycling 42 (2004), 99–120.
• Jongyeong Hyuna, Shigehisa Endoha, Kaoru Masudaa, Heeyoung Shinb, Hitoshi Ohyaa, "Reduktion von Chlor in Bauxitresten durch Feinpartikelabtrennung", Int. J. Miner. Process., 76, 1-2 (2005), 13–20.
• Claudia Brunori, Carlo Cremisini, Paolo Massanisso, Valentina Pinto, Leonardo Torricelli, "Wiederverwendung eines behandelten Bauxitabfalls aus rotem Schlamm: Studien zur Umweltverträglichkeit", Journal of Hazardous Materials, 117 (1), (2005), 55–63.
• H. Genc¸-Fuhrman, JC Tjell, D. McConchie, "Erhöhung der Arsenatadsorptionskapazität von neutralisiertem Rotschlamm (Bauxsol ™)", J. Colloid Interface Sci. 271 (2004) 313–320.
• H. Genc¸-Fuhrman, JC Tjell, D. McConchie, O. Schuiling, "Adsorption von Arsenat aus Wasser unter Verwendung von neutralisiertem Rotschlamm", J. Colloid Interface Sci. 264 (2003) 327–334.

Externe Links und weiterführende Literatur

• Roter Schlamm (oder roter Schlamm) im Periodensystem der Videos (University of Nottingham)
• Babel, S.; Kurniawan, TA. (Februar 2003). "Kostengünstige Adsorbentien für die Aufnahme von Schwermetallen aus kontaminiertem Wasser: eine Übersicht". J Hazard Mater . 97 (1-3): 219-43. doi : 10.1016 / S0304-3894 (02) 00263-7 . PMID  12573840 .