Бокситовый шлам

Поделись знанием:
Перейти к: навигация, поиск


Бокситовый (красный) шлам — это побочный продукт при производстве оксида алюминия, который в свою очередь является основным сырьём для производства металлического алюминия, а также керамических материалов, абразивов и огнеупоров. Масштабы его производства делают его важным отходом и, соответственно, проблемы с его хранением должны учитываться; рассматривается каждая возможность нахождения для него применения. 95 % мирового производства алюминия приходится на процесс Байера; на каждую тонну произведённого оксида алюминия приходится примерно 1—1,5 тонны бокситового шлама. Годовое производство оксида алюминия в 2014 году составляло примерно 108 миллионов тонн, что привело к образованию 135 миллионов тонн бокситового шлама[1].





Производство

В мире более 60 предприятий, использующих процесс Байера для производства оксида алюминия из бокситов. Бокситы, как правило, добываются в карьерах и транспортируются на очистительные заводы для обработки. Для извлечения оксида алюминия растворимую часть бокситов растворяют в гидроксиде натрия при высокой температуре и давлении. Нерастворимая часть боксита (остаток) устраняется, оставляя раствор алюмината натрия, который затем просеивают и оставляют остывать, в результате чего гидроксид алюминия выпадает в осадок из раствора. Хотя часть гидроксида алюминия возвращается и используется чтобы просеивать следующую партию, остальная часть кальцинируется (нагревается) при температуре выше 1000 °C в барабанных или в обжиговых печах, производя оксид алюминия. Типичное содержание алюминия в используемых бокситах 50 %, хотя могут использоваться и руды с намного более широким содержанием. Соединения алюминия могут присутствовать в виде гиббсита (Al(OH)3), бемита (AlOOH) и диаспора (AlOOH). Шлам содержит высокую концентрацию оксида железа, который придаёт продукту характерный красный цвет. Небольшое количество гидроксида натрия, используемого в процессе, остаётся в шламе, что приводит к высокой щёлочности материала, типичное значение pH >12. Применяются различные этапы жидкой/твёрдой сепарации чтобы извлечь максимальное количество гидроксида из шлама обратно в процесс Байера для повышения эффективности процесса и уменьшения производственных затрат. Это также приводит к уменьшению щёлочности остатков, делая их более простыми в эксплуатации.

Состав

Основными компонентами бокситового шлама после извлечения алюминие-содержащих компонентов являются непрореагировавшие оксиды металлов. Процентное содержание этих оксидов, произведённых конкретным алюминиевым заводом, будут зависеть от качества и происхождения конкретной бокситной руды и условий добычи. Диапазон состава может сильно варьироваться, типичные значения: Fe2O3 5 — 60 %, Al2O3 5 — 30 %, TiO2 0.3 — 15 %, CaO 2 — 14 %, SiO2 3 — 50 % и Na2O 1 — 10 %.

Цель процесса — извлечь максимальное количество алюминие-содержащих компонентов наиболее экономичным способом. В общем, состав остатков отражает содержание неалюминиевых компонентов в боксите, за исключением части кремниевого компонента: кристаллический диоксид кремния (кварц) не будет реагировать за исключением малой части, именуемой реактивный кремнезём, будет реагировать во время процесса извлечения алюминия, создав натриево-алюминиевый силикат.

Минералогический состав бокситового шлама: Содалит (3Na2O.3Al2O3.6SiO2.Na2SO4) 4 — 40 %; Алюмогетит (оксид железа с примесью алюминия) 10 — 30 %; Гематит (оксид железа) 10 — 30 %; Кремнезём (диолксид кремния), кристаллический и аморфный 5 — 20 %; Трёхкальциевый алюминат (3CaO.Al2O3.6H2O) 2 — 20 %; Бемит (AlO(OH)) 0 — 20 %; Диоксид титана 2 — 15 %; Мусковит (K2O.3Al2O3. 6SiO2.2H2O) 0 — 15 %; Карбонат кальция 2 — 10 %; Гиббсит (Al(OH)3) 0 — 5 %; Каолинит (Al2O3. 2SiO2.2H2O) 0 — 5 %.

Места хранения шлама

Методы хранения шлама существенно изменились со времён строительства первоначальных заводов. В ранние годы практиковалось закачивать шлам в форме жидкой глины (при содержании твёрдой части примерно 20 %) в лагуны или пруды, иногда создававшиеся в бывших бокситовых шахтах или истощённых карьерах. В других случаях водоёмы создавались с помощью плотин и дамб, в то время как для некоторых производств долины запруживались и шлам складировался в этих долинах[2].

Так же было обычной практикой сбрасывать шлам в реки или море при помощи труб или барж; в других случаях шлам транспортировался в море за много километров от берега и сбрасывался в глубоководные впадины. Всё размещение в реках, устьях рек или море было прекращено к нашему дню[3]. По мере того как места хранения подходили к концу, росло беспокойство по поводу мокрого хранения, метод сухой укладки всё больше и больше принимался к использованию начиная с середины 1980-ых[4][5][6][7]. При этом методе шлам сгущается до суспензии с высокой плотностью (48—55 % твёрдого вещества), а затем складируется таким образом, чтобы материал затвердевал и высыхал[8].

Растёт популярность метода фильтрации, при котором откладывается осадок на фильтре (<30 % твёрдого материала). Этот осадок может быть промыт водой или паром для уменьшения щёлочности, а после транспортирован и складирован как полусухой материал[9]. Остатки, произведённые таким методом, идеально подходят для переработки, благодаря более низкой щёлочности, дешевле для транспортировки и проще в обслуживании и обработке.

Применение

С тех пор как процесс Байера был в первые принят в 1894 году, было признано значение остаточных оксидов. Принимались попытки извлечь основные компоненты, особенно железо. С появлением горнорудной промышленности огромное количество научной работы было посвящено поиску применения остаточных продуктов. Возможные методы применения могут быть подразделены на различные группы: извлечение определённых компонентов из остатков/шлама, например, железа, титана, редкоземельных элементов; использование шлама как основного компонента при производстве других продуктов, например, цемента; использование бокситовых остатков в строительстве или строительных материалах, например, бетон, плитка, кирпичи; мелиорация и засыпка почвы; конверсия шлама в полезное соединение, например, с применением процесса Virotec. Широкое разнообразие состава бокситового шлама при переработке алюминия привело к огромному числу технически осуществимых способов применения, включая: производство цемента, использование в бетоне как дополнительный цементирующий материал, добыча железа, добыча титана, применение в строительных панелях, кирпичах, изоляционных кирпичах, плитке, использование в качестве гравия и железнодорожного балласта, мелиорация почвы, кальциевые и кремниевые удобрения, восстановление почвы, добыча лантанидов (редкоземельных элементов), добыча скандия, галлия, иттрия, восстановительный дренаж кислотных с рудников, абсорбент тяжелых металлов, краски, фосфаты, флориды, химикаты для восстановления воды, стеклокерамика, керамика, пеностекло, пигменты, бурение нефти или добыча газа, наполнитель для ПВХ, замена дереву, геополимеры, катализаторы, плазменное напыление покрытий из алюминия и меди, производство композитов титанита/муллита алюминия для температурно-резистивных покрытий, очистка от серы дымовых газов, удаление мышьяка, удаление хрома[10].

По оценкам, порядка 2—3,5 миллионов тонн бокситового шлама используется ежегодно:

  • Производство цемента — 500 000—1 500 000 тонн[11][12];
  • Сырьё для производства железа и стали — 400 000 — 1 500 000 тонн;
  • Засыпка свалок, дорог, мелиорация почвы — 200 000—500 000 тонн[13];
  • Производство строительных материалов (кирпичи, плитка, керамика и т. д.) — 100 000—300 000 тонн;
  • Другое применение (огнеупоры, абсорбенты, дренаж кислотных шахт (Virotec), катализаторы и т. д.) — 100 000 тонн[14].

В 2015 крупная инициатива была предпринята в Европе при поддержке Европейского Союза направленная на валоризацию бокситового шлама. 15 аспирантов были наняты как часть Европейской Учебной Сети по Безотходной Валоризации Бокситового Шлама (European Training Network for Zero-Waste Valorisation of Bauxite Residue)[15]. Основное внимание будет уделено добыче железа, алюминия, титана, редкоземельных элементов (в том числе и скандия), используя все остатки в строительных материалах.

Напишите отзыв о статье "Бокситовый шлам"

Примечания

  1. Annual statistics collected and published by World Aluminium. www.world-aluminium.org/statistics/alumina-production/
  2. K Evans, E. Nordheim and K. Tsesmelis, «Bauxite Residue Management», Light Metals, 63-66(2012).
  3. G. Power, M. Graefe and C. Klauber, «Bauxite residue issues: Current Management, Disposal and Storage Practices», Hydrometallurgy, 108, 33-45 (2011).
  4. B. G. Purnell, «Mud Disposal at the Burntisland Alumina Plant». Light Metals, 157—159. (1986).
  5. H. H. Pohland and A. J. Tielens, «Design and Operation on Non-decanted Red Mud Ponds in Ludwigshafen», Proc. Int. Conf. Bauxite Tailings, Kingston, Jamaica (1986).
  6. E. I. Robinsky, «Current Status of the Sloped Thickened Tailings Disposal System», Proc. Int. Conf. Bauxite Tailings, Kingston, Jamaica (1986).
  7. J. L. Chandler, «The Stacking and Solar Drying Process for disposal of bauxite tailings in Jamaica», Proc. Int. Conf. Bauxite Tailings, Kingston, Jamaica (1986).
  8. «Bauxite Residue Management: Best Practice», published by World Aluminium the European Aluminium available from the International Aluminium Institute, 10 King Charles II Street, London, SW1Y 4AA, UK and on line from bauxite.world-aluminium.org/refining/bauxite-residue-management.html
  9. K. S. Sutherland, «Solid/Liquid Separation Equipment», Wiley-VCH, Weinheim (2005).
  10. B. K. Parekh and W. M. Goldberger, «An assessment of technology for the possible utilization of Bayer process muds», published by the U. S. Environmental Protection Agency, EPA 600/2-76-301.
  11. Y.Pontiles and G.N. Angelopoulos «Bauxite residue in Cement and cementious materials», Resourc. Conserv. Recyl. 73, 53-63 (2013).
  12. Y.Pontiles, G.N. Angelopoulos, B. Blanpain,, «Radioactive elements in Bayer’s process bauxite residue and their impact in valorization options», Transportation of NORM, NORM Measurements and Strategies, Building Materials, Advances in Sci. and Tech, 45 2176—2181 (2006).
  13. W.K.Biswas and D. J. Cooling, «Sustainability Assessment of Red SandTM as a substitute for Virgin Sand and Crushed Limestone», J. of Ind. Ecology, 17(5) 756—762 (2013).
  14. H. Genc¸-Fuhrman, J.C. Tjell, D. McConchie, «Adsorption of arsenic from water using activated neutralized red mud», Environ. Sci. Technol. 38 (2004) 2428—2434.
  15. [etn.redmud.org/project/ Project | European Training Network for Zero-Waste Valorisation of Bauxite Residue (Red Mud)]

Ссылки

«Bauxite Residue Management: Best Practice», available from the International Aluminium Institute, 10 King Charles II Street, London, SW1Y 4AA, UK and on line from bauxite.world-aluminium.org/refining/bauxite-residue-management.html

Data on global production of aluminium and aluminium oxide. www.world-aluminium.org

B. K. Parekh and W. M. Goldberger, «An assessment of technology for the possible utilization of Bayer process muds», published by the U. S. Environmental Protection Agency, EPA 600/2-76-301.

Wanchao Liu, Jiakuan Yang, Bo Xiao, «Review on treatment and utilization of bauxite residues in China», in Int. J. of Mineral Processing, 93 220—231 (2009).

M.B. Cooper, «Naturally Occurring Radioactive Material (NORM) in Australian Industries», EnviroRad report ERS-006 prepared for the Australian Radiation Health and Safety Advisory Council (2005).

Y.Pontikes, G.N. Angelopoulos, B. Blanpain, «Radioactive elements in Bayer’s process bauxite residue and their impact in valorization options», Transportation of NORM, NORM Measurements and Strategies, Building Materials, Advances in Sci. and Tech, 45 2176—2181 (2006).

W.K.Biswas and D. J. Cooling, «Sustainability Assessment of Red SandTM as a substitute for Virgin Sand and Crushed Limestone», J. of Ind. Ecology, 17(5) 756—762 (2013).

Agrawal, K.K. Sahu, B.D. Pandey, «Solid waste management in non-ferrous industries in India», Resources, Conservation and Recycling 42 (2004), 99-120.

Jongyeong Hyuna, Shigehisa Endoha, Kaoru Masudaa, Heeyoung Shinb, Hitoshi Ohyaa, «Reduction of chlorine in bauxite residue by fine particle separation», Int. J. Miner. Process., 76, 1-2, (2005), 13-20.

Claudia Brunori, Carlo Cremisini, Paolo Massanisso, Valentina Pinto, Leonardo Torricelli, «Reuse of a treated red mud bauxite waste: studies on environmental compatibility», Journal of Hazardous Materials, 117(1), (2005), 55-63.

H. Genc¸-Fuhrman, J.C. Tjell, D. McConchie, «Increasing the arsenate adsorption capacity of neutralized red mud (Bauxsol™)», J. Colloid Interface Sci. 271 (2004) 313—320.

H. Genc¸-Fuhrman, J.C. Tjell, D. McConchie, «Adsorption of arsenic from water using activated neutralized red mud», Environ. Sci. Technol. 38 (2004) 2428—2434.

H. Genc¸-Fuhrman, J.C. Tjell, D. McConchie, O. Schuiling, «Adsorption of arsenate from water using neutralized red mud», J. Colloid Interface Sci. 264 (2003) 327—334.

etn.redmud.org/project/

Отрывок, характеризующий Бокситовый шлам

– Вот я говорил, что еще подождать – так и вышло, – с разных сторон радостно говорили в народе.
Как ни счастлив был Петя, но ему все таки грустно было идти домой и знать, что все наслаждение этого дня кончилось. Из Кремля Петя пошел не домой, а к своему товарищу Оболенскому, которому было пятнадцать лет и который тоже поступал в полк. Вернувшись домой, он решительно и твердо объявил, что ежели его не пустят, то он убежит. И на другой день, хотя и не совсем еще сдавшись, но граф Илья Андреич поехал узнавать, как бы пристроить Петю куда нибудь побезопаснее.


15 го числа утром, на третий день после этого, у Слободского дворца стояло бесчисленное количество экипажей.
Залы были полны. В первой были дворяне в мундирах, во второй купцы с медалями, в бородах и синих кафтанах. По зале Дворянского собрания шел гул и движение. У одного большого стола, под портретом государя, сидели на стульях с высокими спинками важнейшие вельможи; но большинство дворян ходило по зале.
Все дворяне, те самые, которых каждый день видал Пьер то в клубе, то в их домах, – все были в мундирах, кто в екатерининских, кто в павловских, кто в новых александровских, кто в общем дворянском, и этот общий характер мундира придавал что то странное и фантастическое этим старым и молодым, самым разнообразным и знакомым лицам. Особенно поразительны были старики, подслеповатые, беззубые, плешивые, оплывшие желтым жиром или сморщенные, худые. Они большей частью сидели на местах и молчали, и ежели ходили и говорили, то пристроивались к кому нибудь помоложе. Так же как на лицах толпы, которую на площади видел Петя, на всех этих лицах была поразительна черта противоположности: общего ожидания чего то торжественного и обыкновенного, вчерашнего – бостонной партии, Петрушки повара, здоровья Зинаиды Дмитриевны и т. п.
Пьер, с раннего утра стянутый в неловком, сделавшемся ему узким дворянском мундире, был в залах. Он был в волнении: необыкновенное собрание не только дворянства, но и купечества – сословий, etats generaux – вызвало в нем целый ряд давно оставленных, но глубоко врезавшихся в его душе мыслей о Contrat social [Общественный договор] и французской революции. Замеченные им в воззвании слова, что государь прибудет в столицу для совещания с своим народом, утверждали его в этом взгляде. И он, полагая, что в этом смысле приближается что то важное, то, чего он ждал давно, ходил, присматривался, прислушивался к говору, но нигде не находил выражения тех мыслей, которые занимали его.
Был прочтен манифест государя, вызвавший восторг, и потом все разбрелись, разговаривая. Кроме обычных интересов, Пьер слышал толки о том, где стоять предводителям в то время, как войдет государь, когда дать бал государю, разделиться ли по уездам или всей губернией… и т. д.; но как скоро дело касалось войны и того, для чего было собрано дворянство, толки были нерешительны и неопределенны. Все больше желали слушать, чем говорить.
Один мужчина средних лет, мужественный, красивый, в отставном морском мундире, говорил в одной из зал, и около него столпились. Пьер подошел к образовавшемуся кружку около говоруна и стал прислушиваться. Граф Илья Андреич в своем екатерининском, воеводском кафтане, ходивший с приятной улыбкой между толпой, со всеми знакомый, подошел тоже к этой группе и стал слушать с своей доброй улыбкой, как он всегда слушал, в знак согласия с говорившим одобрительно кивая головой. Отставной моряк говорил очень смело; это видно было по выражению лиц, его слушавших, и по тому, что известные Пьеру за самых покорных и тихих людей неодобрительно отходили от него или противоречили. Пьер протолкался в середину кружка, прислушался и убедился, что говоривший действительно был либерал, но совсем в другом смысле, чем думал Пьер. Моряк говорил тем особенно звучным, певучим, дворянским баритоном, с приятным грассированием и сокращением согласных, тем голосом, которым покрикивают: «Чеаек, трубку!», и тому подобное. Он говорил с привычкой разгула и власти в голосе.
– Что ж, что смоляне предложили ополченцев госуаю. Разве нам смоляне указ? Ежели буародное дворянство Московской губернии найдет нужным, оно может выказать свою преданность государю импературу другими средствами. Разве мы забыли ополченье в седьмом году! Только что нажились кутейники да воры грабители…
Граф Илья Андреич, сладко улыбаясь, одобрительно кивал головой.
– И что же, разве наши ополченцы составили пользу для государства? Никакой! только разорили наши хозяйства. Лучше еще набор… а то вернется к вам ни солдат, ни мужик, и только один разврат. Дворяне не жалеют своего живота, мы сами поголовно пойдем, возьмем еще рекрут, и всем нам только клич кликни гусай (он так выговаривал государь), мы все умрем за него, – прибавил оратор одушевляясь.
Илья Андреич проглатывал слюни от удовольствия и толкал Пьера, но Пьеру захотелось также говорить. Он выдвинулся вперед, чувствуя себя одушевленным, сам не зная еще чем и сам не зная еще, что он скажет. Он только что открыл рот, чтобы говорить, как один сенатор, совершенно без зубов, с умным и сердитым лицом, стоявший близко от оратора, перебил Пьера. С видимой привычкой вести прения и держать вопросы, он заговорил тихо, но слышно:
– Я полагаю, милостивый государь, – шамкая беззубым ртом, сказал сенатор, – что мы призваны сюда не для того, чтобы обсуждать, что удобнее для государства в настоящую минуту – набор или ополчение. Мы призваны для того, чтобы отвечать на то воззвание, которым нас удостоил государь император. А судить о том, что удобнее – набор или ополчение, мы предоставим судить высшей власти…
Пьер вдруг нашел исход своему одушевлению. Он ожесточился против сенатора, вносящего эту правильность и узкость воззрений в предстоящие занятия дворянства. Пьер выступил вперед и остановил его. Он сам не знал, что он будет говорить, но начал оживленно, изредка прорываясь французскими словами и книжно выражаясь по русски.
– Извините меня, ваше превосходительство, – начал он (Пьер был хорошо знаком с этим сенатором, но считал здесь необходимым обращаться к нему официально), – хотя я не согласен с господином… (Пьер запнулся. Ему хотелось сказать mon tres honorable preopinant), [мой многоуважаемый оппонент,] – с господином… que je n'ai pas L'honneur de connaitre; [которого я не имею чести знать] но я полагаю, что сословие дворянства, кроме выражения своего сочувствия и восторга, призвано также для того, чтобы и обсудить те меры, которыми мы можем помочь отечеству. Я полагаю, – говорил он, воодушевляясь, – что государь был бы сам недоволен, ежели бы он нашел в нас только владельцев мужиков, которых мы отдаем ему, и… chair a canon [мясо для пушек], которую мы из себя делаем, но не нашел бы в нас со… со… совета.
Многие поотошли от кружка, заметив презрительную улыбку сенатора и то, что Пьер говорит вольно; только Илья Андреич был доволен речью Пьера, как он был доволен речью моряка, сенатора и вообще всегда тою речью, которую он последнею слышал.
– Я полагаю, что прежде чем обсуждать эти вопросы, – продолжал Пьер, – мы должны спросить у государя, почтительнейше просить его величество коммюникировать нам, сколько у нас войска, в каком положении находятся наши войска и армии, и тогда…
Но Пьер не успел договорить этих слов, как с трех сторон вдруг напали на него. Сильнее всех напал на него давно знакомый ему, всегда хорошо расположенный к нему игрок в бостон, Степан Степанович Апраксин. Степан Степанович был в мундире, и, от мундира ли, или от других причин, Пьер увидал перед собой совсем другого человека. Степан Степанович, с вдруг проявившейся старческой злобой на лице, закричал на Пьера:
– Во первых, доложу вам, что мы не имеем права спрашивать об этом государя, а во вторых, ежели было бы такое право у российского дворянства, то государь не может нам ответить. Войска движутся сообразно с движениями неприятеля – войска убывают и прибывают…
Другой голос человека, среднего роста, лет сорока, которого Пьер в прежние времена видал у цыган и знал за нехорошего игрока в карты и который, тоже измененный в мундире, придвинулся к Пьеру, перебил Апраксина.
– Да и не время рассуждать, – говорил голос этого дворянина, – а нужно действовать: война в России. Враг наш идет, чтобы погубить Россию, чтобы поругать могилы наших отцов, чтоб увезти жен, детей. – Дворянин ударил себя в грудь. – Мы все встанем, все поголовно пойдем, все за царя батюшку! – кричал он, выкатывая кровью налившиеся глаза. Несколько одобряющих голосов послышалось из толпы. – Мы русские и не пожалеем крови своей для защиты веры, престола и отечества. А бредни надо оставить, ежели мы сыны отечества. Мы покажем Европе, как Россия восстает за Россию, – кричал дворянин.
Пьер хотел возражать, но не мог сказать ни слова. Он чувствовал, что звук его слов, независимо от того, какую они заключали мысль, был менее слышен, чем звук слов оживленного дворянина.
Илья Андреич одобривал сзади кружка; некоторые бойко поворачивались плечом к оратору при конце фразы и говорили:
– Вот так, так! Это так!
Пьер хотел сказать, что он не прочь ни от пожертвований ни деньгами, ни мужиками, ни собой, но что надо бы знать состояние дел, чтобы помогать ему, но он не мог говорить. Много голосов кричало и говорило вместе, так что Илья Андреич не успевал кивать всем; и группа увеличивалась, распадалась, опять сходилась и двинулась вся, гудя говором, в большую залу, к большому столу. Пьеру не только не удавалось говорить, но его грубо перебивали, отталкивали, отворачивались от него, как от общего врага. Это не оттого происходило, что недовольны были смыслом его речи, – ее и забыли после большого количества речей, последовавших за ней, – но для одушевления толпы нужно было иметь ощутительный предмет любви и ощутительный предмет ненависти. Пьер сделался последним. Много ораторов говорило после оживленного дворянина, и все говорили в том же тоне. Многие говорили прекрасно и оригинально.
Издатель Русского вестника Глинка, которого узнали («писатель, писатель! – послышалось в толпе), сказал, что ад должно отражать адом, что он видел ребенка, улыбающегося при блеске молнии и при раскатах грома, но что мы не будем этим ребенком.
– Да, да, при раскатах грома! – повторяли одобрительно в задних рядах.
Толпа подошла к большому столу, у которого, в мундирах, в лентах, седые, плешивые, сидели семидесятилетние вельможи старики, которых почти всех, по домам с шутами и в клубах за бостоном, видал Пьер. Толпа подошла к столу, не переставая гудеть. Один за другим, и иногда два вместе, прижатые сзади к высоким спинкам стульев налегающею толпой, говорили ораторы. Стоявшие сзади замечали, чего не досказал говоривший оратор, и торопились сказать это пропущенное. Другие, в этой жаре и тесноте, шарили в своей голове, не найдется ли какая мысль, и торопились говорить ее. Знакомые Пьеру старички вельможи сидели и оглядывались то на того, то на другого, и выражение большей части из них говорило только, что им очень жарко. Пьер, однако, чувствовал себя взволнованным, и общее чувство желания показать, что нам всё нипочем, выражавшееся больше в звуках и выражениях лиц, чем в смысле речей, сообщалось и ему. Он не отрекся от своих мыслей, но чувствовал себя в чем то виноватым и желал оправдаться.