Bauksiittiliete

Bauksiitti (punainen) muta  on sivutuote alumiinioksidin tuotannossa , joka puolestaan ​​on pääraaka-aine alumiinimetallin sekä keraamisten materiaalien , hioma- ja tulenkestävien materiaalien tuotannossa . Sen tuotannon laajuus tekee siitä tärkeän jätteen, ja siksi sen varastointiongelmat on otettava huomioon. kaikki mahdollisuudet löytää sille käyttöä harkitaan. 95 % maailman alumiinituotannosta tulee Bayer-prosessista; jokaista valmistettua alumiinioksiditonnia kohden on noin 1-1,5 tonnia bauksiittilietettä. Alumiinioksidin vuosituotanto vuonna 2014 oli noin 108 miljoonaa tonnia, mikä tuotti 135 miljoonaa tonnia bauksiittilietettä [1] .

Tuotanto

Maailmassa on yli 60 laitosta, jotka käyttävät Bayer-prosessia alumiinioksidin tuottamiseen bauksiitista . Bauksiitti louhitaan tyypillisesti louhoksista ja kuljetetaan jalostamoihin jalostettaviksi. Alumiinioksidin uuttamiseksi bauksiitin liukoinen osa liuotetaan natriumhydroksidiin korkeassa lämpötilassa ja paineessa. Bauksiitin liukenematon osa (jäännös) poistetaan, jolloin jäljelle jää natriumaluminaattiliuos , joka sitten seulotaan ja jätetään jäähtymään, jolloin alumiinihydroksidi saostuu liuoksesta. Vaikka osa alumiinihydroksidista palautetaan ja käytetään seuraavan erän seulomiseen, loput kalsinoidaan (kuumennetaan) yli 1000 °C:n lämpötiloissa rummussa tai uunissa alumiinioksidin tuottamiseksi. Tyypillinen käytetyn bauksiitin alumiinipitoisuus on 50 %, vaikka paljon korkeampilaatuisia malmeja voidaan käyttää. Alumiiniyhdisteitä voi esiintyä gibbsiittinä (Al(OH) 3 ), boehmiittina (AlO(OH)) ja diasporina ( AlOOH ). Liete sisältää korkean pitoisuuden rautaoksidia, joka antaa tuotteelle tyypillisen punaisen värin. Lietteeseen jää pieni määrä prosessissa käytettyä natriumhydroksidia, mikä johtaa materiaalin korkeaan emäksisyyteen, tyypillisesti pH >12. Erilaisia ​​neste-/kiintoaineerotusvaiheita käytetään maksimimäärän hydroksidin uuttamiseksi lietteestä takaisin Bayer-prosessiin prosessin tehokkuuden parantamiseksi ja käyttökustannusten alentamiseksi. Tämä johtaa myös jäämien emäksisyyden vähenemiseen, mikä tekee niistä helpompia käsitellä.

Koostumus

Bauksiittilietteen pääkomponentit alumiinia sisältävien komponenttien uuttamisen jälkeen ovat reagoimattomia metallioksideja. Tietyn alumiinisulaton tuottamien oksidien prosenttiosuus riippuu tietyn bauksiittimalmin laadusta ja alkuperästä sekä kaivosolosuhteista. Koostumusalue voi vaihdella suuresti, tyypillisiä arvoja ovat: Fe 2 O 3 5 - 60%, Al 2 O 3 5 - 30%, TiO 2 0,3 - 15%, CaO 2 - 14%, SiO 2 3 - 50 % ja Na201 - 10 %.

Prosessin tavoitteena on saada mahdollisimman paljon alumiinia sisältäviä komponentteja talteen edullisimmalla tavalla. Yleensä jäännöksen koostumus heijastaa muiden kuin alumiinikomponenttien pitoisuutta bauksiitissa, lukuun ottamatta osaa piikomponentista: kiteinen piidioksidi (kvartsi) ei reagoi lukuun ottamatta pientä osaa, jota kutsutaan "reaktiiviseksi piidioksidiksi". ", reagoi alumiinin uuttoprosessin aikana ja muodostaa natrium-alumiinisilikaattia.

Bauksiittilietteen mineraloginen koostumus: sodaliitti (3Na 2 O.3Al 2 O 3 .6SiO 2 .Na 2 SO 4 ) 4 - 40 %; aluminogetiitti (rautaoksidi ja alumiiniseos) 10 - 30 %; hematiitti (rautaoksidi) 10 - 30 %; piidioksidi (piidioksidi), kiteinen ja amorfinen 5 - 20 %; trikalsiumaluminaatti (3CaO.Al203.6H20 ) 2 - 20 % ; böhmiitti (AlO(OH)) 0 - 20 %; titaanidioksidi 2 - 15 %; muskoviitti ( K20.3AI203.6Si02.2H20 ) 0 - 15 % ; _ _ _ kalsiumkarbonaatti 2 - 10 %; gibbsiitti (Al(OH) 3 ) 0 - 5 %; kaoliniitti (Al 2O 3. 2SiO 2 .2H 2O ) 0 - 5 %.

Lietteen varastointialueet

Alkuvuosina harjoitettiin lietteen pumppaamista nestemäisen saven muodossa (kiintoainepitoisuus noin 20 %) laguuneihin tai lammikoihin, jotka joskus syntyivät entisissä bauksiittikaivoksissa tai tyhjennetyissä louhoksissa. Toisissa tapauksissa altaita luotiin patojen ja patojen avulla, kun taas joillakin teollisuudenaloilla laaksot padottiin ja liete varastoitiin näihin laaksoihin [2] .

Yleisenä käytäntönä oli myös lietteen upottaminen jokiin tai mereen putkien tai proomujen avulla; muissa tapauksissa liete kuljetettiin mereen monen kilometrin päähän rannasta ja upotettiin syvänmeren altaisiin.

Nykyaikaisessa tuotannossa sijoittelu jokiin, jokiin tai mereen on lopetettu [3] . Kun varastotila loppui, huoli märkävarastuksesta kasvoi, ja kuivausmenetelmää otettiin yhä enemmän käyttöön 1980-luvun puolivälistä lähtien [4] [5] [6] [7] . Tässä menetelmässä liete sakeutetaan tiheäksi lietteeksi (48-55 % kiintoainetta) ja varastoidaan sitten siten, että materiaali jähmettyy ja kuivuu [8] .

Suodatusmenetelmän suosio on kasvussa, jolloin suodattimelle kerrostetaan sedimenttiä (<30 % kiintoaineita). Tämä sakka voidaan pestä vedellä tai höyryllä alkalisuuden vähentämiseksi ja sitten kuljettaa ja varastoida puolikuivana materiaalina [9] . Tällä tavalla valmistetut jäännökset sopivat ihanteellisesti kierrätettäväksi alhaisemman alkalisuutensa vuoksi, ovat halvempia kuljettaa ja helpompia huoltaa ja käsitellä.

Sovellus

Siitä lähtien, kun Bayer-prosessi otettiin käyttöön ensimmäisen kerran vuonna 1894, jäännösoksidien merkitys on tunnustettu. Pääkomponentteja, erityisesti rautaa, on yritetty uuttaa. Kaivosteollisuuden tulon myötä jäännöstuotteiden käytön löytämiseen omistettiin valtava määrä tieteellistä työtä. Mahdolliset käyttötavat voidaan jakaa eri ryhmiin:

Alumiinin käsittelyssä käytettävän bauksiittilietteen koostumusten laaja valikoima on johtanut lukuisiin teknisesti toteuttamiskelpoisiin sovelluksiin, mukaan lukien: sementin tuotanto, käyttö betonissa sementtipohjaisena lisämateriaalina, raudan louhinta, titaanin louhinta, käyttö rakennuspaneeleissa, tiileissä, eristys tiilet, laatat, käyttö sorana ja rautateiden painolastina, maanparannus, kalsium- ja piilannoitteet, maaperän kunnostus, lantanidin (harvinaisen maametallin) louhinta, skandium- , gallium- , yttrium -louhinta , korjaava happokaivoksen salaojitus, raskasmetallien absorbentti, maalit, fosfaatit , floridit, talteenottokemikaalit vesi, lasikeramiikka , keramiikka, vaahtolasi , pigmentit, öljynporaus tai kaasun tuotanto, PVC-täyteaine, puunkorvaus, geopolymeerit, katalyytit, alumiini- ja kuparipinnoitteiden plasmaruiskutus, alumiinititaniitti/mulliittikomposiittien valmistus lämpötila- kestävät pinnoitteet, rikinpoistoväri pesukaasut, arseenin poisto, kromin poisto [10] .

Arvioiden mukaan bauksiittilietettä käytetään vuosittain 2–3,5 miljoonaa tonnia:

Vuonna 2015 Euroopassa käynnistettiin Euroopan unionin tuella merkittävä aloite bauksiittilietteen arvostamiseksi. 15 tohtoriopiskelijaa rekrytoitiin osaksi eurooppalaista koulutusverkostoa bauksiittijäämien jätteettömistä arvostamisesta [15] . Päähuomio kiinnitetään raudan, alumiinin, titaanin ja harvinaisten maametallien (mukaan lukien skandiumin) louhintaan, jossa käytetään kaikkia rakennusmateriaalien jäämiä.

Muistiinpanot

  1. ↑ World Aluminiumin keräämät ja julkaisemat vuositilastot. http://www.world-aluminium.org/statistics/alumina-production/ Arkistoitu 21. lokakuuta 2019 Wayback Machinessa
  2. ↑ K Evans, E. Nordheim ja K. Tsesmelis, "Bauxite Residue Management", Light Metals, 63-66(2012).
  3. ↑ G. Power, M. Graefe ja C. Klauber, "Bauxite residue issues: Current Management, Disposal and Storage Practices", Hydrometallurgy, 108, 33-45 (2011).
  4. ↑ BG Purnell, "Mudan hävittäminen Burntislandin alumiinioksiditehtaalla". Light Metals, 157-159. (1986).
  5. ↑ HH Pohland ja AJ Tielens, "Dekantoimattomien punamudan altaiden suunnittelu ja käyttö Ludwigshafenissa", Proc. Int. Conf. Bauxite Tailings, Kingston, Jamaika (1986).
  6. ↑ E. I. Robinsky, "Current Status of Sloped Thickened Linings Disposal System", Proc. Int. Conf. Bauxite Tailings, Kingston, Jamaika (1986).
  7. ↑ JL Chandler, "The Stacking and Solar Drying Process for disposes of bauxite rying in Jamaika", Proc. Int. Conf. Bauxite Tailings, Kingston, Jamaika (1986).
  8. ↑ "Bauxite Residue Management: Best Practice", julkaisija World Aluminium the European Aluminium, saatavilla International Aluminium Institutesta, 10 King Charles II Street, Lontoo, SW1Y 4AA, UK ja verkossa osoitteesta http://bauxite.world-aluminium. org/refining/bauxite-residue-management.html Arkistoitu 11. elokuuta 2016 Wayback Machinessa
  9. ↑ KS Sutherland, "Solid/Liquid Separation Equipment", Wiley-VCH, Weinheim (2005).
  10. ↑ BK Parekh ja WM Goldberger, "An arvio teknologiasta Bayerin prosessilietteiden mahdollista hyödyntämistä varten", julkaissut Yhdysvaltain ympäristönsuojeluvirasto, EPA 600/2-76-301.
  11. ↑ Y. Pontiles ja G. N. Angelopoulos "Bauksiittijäämät sementissä ja sementtimateriaaleissa", Resourc. säilyttää. Recyl. 73, 53-63 (2013).
  12. ↑ Y. Pontiles, GN Angelopoulos, B. Blanpain, "Radioaktiiviset elementit Bayerin prosessibauksiittijäännöksissä ja niiden vaikutus valorisointivaihtoehtoihin", NORM-, NORM-mittaukset ja -strategiat, rakennusmateriaalit, tieteen edistysaskeleet. and Tech, 45 2176-2181 (2006).
  13. ↑ WKBiswas ja DJ Cooling, "Red SandTM:n kestävän kehityksen arviointi Virgin Sand ja Crushed Limestonen korvikkeena", J. of Ind. Ecology, 17(5) 756-762 (2013).
  14. ↑ H. Genc¸-Fuhrman, JC Tjell, D. McConchie, "Arseenin adsorptio vedestä käyttämällä aktivoitua neutraloitua punamutaa", Environ. sci. Technol. 38 (2004) 2428-2434.
  15. ↑ Projekti | Eurooppalainen koulutusverkosto bauksiittijäämien (punamudan) jätteettömään arvostukseen . Haettu 12. tammikuuta 2016. Arkistoitu alkuperäisestä 7. joulukuuta 2019.

Linkit

BK Parekh ja WM Goldberger, "An arvio teknologiasta Bayerin prosessilietteiden mahdollista hyödyntämistä varten", julkaissut US Environmental Protection Agency, EPA 600/2-76-301.