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Barro rojo cerca de Stade ( Alemania )
Bauxita , un mineral de aluminio ( departamento de Hérault , Francia ). El color rojizo se debe a los óxidos de hierro que constituyen la mayor parte del barro rojo.

El lodo rojo , denominado formalmente residuo de bauxita , es un residuo industrial generado durante el procesamiento de la bauxita en alúmina mediante el proceso Bayer . Está compuesto por varios compuestos de óxidos , incluidos los óxidos de hierro que le dan su color rojo. Más del 95% de la alúmina producida a nivel mundial se realiza mediante el proceso de Bayer; por cada tonelada de alúmina producida, también se producen aproximadamente de 1 a 1,5 toneladas de lodo rojo. La producción anual de alúmina en 2020 fue de más de 133 millones de toneladas, lo que resultó en la generación de más de 175 millones de toneladas de lodo rojo. [1]

Debido a este alto nivel de producción y a la alta alcalinidad del material , puede representar un peligro ambiental significativo y un problema de almacenamiento. Como resultado, se está invirtiendo un esfuerzo significativo en encontrar mejores métodos para tratarlo, como la valorización de residuos, con el fin de crear materiales útiles para el cemento y el hormigón . [2]

Con menos frecuencia, este material también se conoce como relaves de bauxita , lodo rojo o residuos de refinería de alúmina .

Producción

El lodo rojo es un subproducto del proceso Bayer, el principal medio de refinar la bauxita en el camino hacia la alúmina. La alúmina resultante es la materia prima para la producción de aluminio mediante el proceso Hall-Héroult . [3] Una planta típica de bauxita produce de una a dos veces más lodo rojo que alúmina. Esta relación depende del tipo de bauxita utilizada en el proceso de refinado y las condiciones de extracción. [4]

Más de 60 operaciones de fabricación en todo el mundo utilizan el proceso de Bayer para fabricar alúmina a partir de mineral de bauxita. [ cita requerida ] El mineral de bauxita se extrae, normalmente en minas a cielo abierto , y se transfiere a una refinería de alúmina para su procesamiento. La alúmina se extrae con hidróxido de sodio en condiciones de alta temperatura y presión. La parte insoluble de la bauxita (el residuo) se elimina, dando lugar a una solución de aluminato de sodio , que luego se siembra con un hidróxido de aluminio.cristal y se deja enfriar, lo que hace que el hidróxido de aluminio restante se precipite de la solución. Parte del hidróxido de aluminio se usa para sembrar el siguiente lote, mientras que el resto se calcina (calienta) a más de 1000 ° C en hornos rotatorios o calcinadores flash fluidos para producir óxido de aluminio (alúmina).

El contenido de alúmina de la bauxita utilizada está normalmente entre el 45 y el 50%, pero se pueden utilizar minerales con una amplia gama de contenidos de alúmina. El compuesto de aluminio puede estar presente como gibbsita (Al (OH) 3 ), boehmita (γ-AlO (OH)) o diáspora (α-AlO (OH)). El residuo tiene invariablemente una alta concentración de óxido de hierro.lo que confiere al producto un característico color rojo. Una pequeña cantidad residual del hidróxido de sodio utilizado en el proceso permanece con el residuo, lo que hace que el material tenga un pH / alcalinidad alto, normalmente> 12. Se introducen varias etapas en el proceso de separación sólido / líquido para reciclar la mayor cantidad posible de hidróxido de sodio del residuo al Proceso Bayer con el fin de hacer que el proceso sea lo más eficiente posible y reducir los costos de producción. Esto también reduce la alcalinidad final del residuo, lo que lo hace más fácil y seguro de manipular y almacenar.

Composición

El barro rojo está compuesto por una mezcla de óxidos sólidos y metálicos . El color rojo proviene de los óxidos de hierro , que pueden constituir hasta el 60% de la masa. El lodo es muy básico con un pH que varía de 10 a 13. [3] [4] [5] Además del hierro, los otros componentes dominantes incluyen sílice , compuestos de aluminio residuales no lixiviados y óxido de titanio . [6]

Los principales constituyentes del residuo después de la extracción del componente de aluminio son óxidos metálicos insolubles. El porcentaje de estos óxidos producidos por una refinería de alúmina en particular dependerá de la calidad y naturaleza del mineral de bauxita y de las condiciones de extracción. La siguiente tabla muestra los rangos de composición de los componentes químicos comunes, pero los valores varían ampliamente:

QuímicoComposición porcentual
Fe 2 O 35–60%
Al 2 O 35-30%
TiO 20-15%
CaO2-14%
SiO 23–50%
Na 2 O1-10%

Mineralógicamente expresados ​​los componentes presentes son:

Nombre químicoFórmula químicaComposición porcentual
Sodalita3Na 2 O⋅3Al 2 O 3 ⋅6SiO 2 ⋅Na 2 SO 44-40%
CancrinitaNa 3 ⋅CaAl 3 ⋅Si 3 ⋅O 12 CO 30-20%
Aluminoso- goethita (óxido de hierro aluminoso)α- (Fe, Al) OOH10-30%
Hematita (óxido de hierro)Fe 2 O 310-30%
Sílice (cristalina y amorfa)SiO 25-20%
Aluminato tricálcico3CaO⋅Al 2 O 3 ⋅6H 2 O2-20%
BoehmitaAlO (OH)0-20%
Dióxido de titanioTiO 20-10%
PerovskitaCATiO 30-15%
moscovitaK 2 O⋅3Al 2 O 3 ⋅6SiO 2 ⋅2H 2 O0-15%
Carbonato de calcioCaCO 32–10%
GibbsiteAl (OH) 30-5%
CaolinitaAl 2 O 3 ⋅2SiO 2 ⋅2H 2 O0-5%

En general, la composición del residuo refleja la de los componentes que no son de aluminio, con la excepción de parte del componente de silicio: la sílice cristalina (cuarzo) no reaccionará, pero parte de la sílice presente, a menudo denominada sílice reactiva, sí reaccionará. bajo las condiciones de extracción y forman silicato de sodio y aluminio, así como otros compuestos relacionados.

Peligros ambientales

La descarga de lodo rojo puede ser peligrosa para el medio ambiente debido a su alcalinidad y componentes de especies.

En 1972 se produjo una descarga de lodo rojo frente a las costas de Córcega por parte de la empresa italiana Montedison . [7] El caso es importante en el derecho internacional que rige el mar Mediterráneo . [8]

En octubre de 2010, aproximadamente un millón de metros cúbicos de lodo rojo de una planta de alúmina cerca de Kolontár en Hungría se derramaron accidentalmente en el campo circundante en el accidente de la planta de alúmina de Ajka , matando a diez personas y contaminando una gran área. [9] Se decía que toda la vida en el río Marcal había sido "extinguida" por el barro rojo, y en unos días el barro había llegado al Danubio . [10] Los efectos a largo plazo del medio ambiente del vertido han sido menores después de un € esfuerzo de remediación 127 millones por el gobierno húngaro. [11]

Áreas de almacenamiento de residuos

Los métodos de almacenamiento de residuos han cambiado sustancialmente desde que se construyeron las plantas originales. La práctica en los primeros años era bombear la lechada, en una concentración de aproximadamente 20% de sólidos, a lagunas o estanques que a veces se creaban en antiguas minas de bauxita o canteras agotadas. En otros casos, los embalses se construyeron con presas o diques , mientras que para algunas operaciones se represaron valles y el residuo se depositó en estas áreas de retención. [12]

Alguna vez fue una práctica común que el lodo rojo se vierte en ríos, estuarios o el mar a través de tuberías o barcazas; en otros casos, el residuo se envió al mar y se eliminó en fosas oceánicas profundas a muchos kilómetros de la costa. A partir de 2016, se detuvo todo vertido al mar, estuarios y ríos. [13]

A medida que se agotaba el espacio de almacenamiento de residuos y aumentaba la preocupación por el almacenamiento húmedo, desde mediados de la década de 1980 se ha adoptado cada vez más el apilado en seco. [14] [15] [16] [17] En este método, los residuos se espesan hasta obtener una suspensión de alta densidad (48–55% de sólidos o más) y luego se depositan de manera que se consoliden y se sequen. [18]

Un proceso de tratamiento cada vez más popular es la filtración, mediante la cual se produce una torta de filtración (que normalmente produce entre un 23 y un 27% de humedad). Esta torta se puede lavar con agua o vapor para reducir la alcalinidad antes de ser transportada y almacenada como material semiseco. [19] El residuo producido de esta forma es ideal para su reutilización ya que tiene menor alcalinidad, es más barato de transportar y es más fácil de manipular y procesar.

En 2013, Vedanta Aluminium , Ltd. encargó una unidad de producción de polvo de lodo rojo en su refinería Lanjigarh en Odisha , India , y la describió como la primera de su tipo en la industria de la alúmina, que aborda los principales peligros ambientales. [20]

Utilice

Desde que el proceso de Bayer se adoptó por primera vez industrialmente en 1894, se ha reconocido el valor de los óxidos restantes. Se ha intentado recuperar los componentes principales, especialmente el hierro. Desde que comenzó la minería, se ha dedicado una enorme cantidad de esfuerzo de investigación a buscar usos para el residuo. Actualmente, la Unión Europea financia muchos estudios en el marco del programa Horizonte Europa . [ cita requerida ] Se han realizado varios estudios para desarrollar usos del barro rojo. [21] Se calcula que se utilizan anualmente entre 3 y 4 millones de toneladas en la producción de cemento, [22] la construcción de carreteras [23] y como fuente de hierro. [3] [4] [5]Las aplicaciones potenciales incluyen la producción de hormigón de bajo costo, [24] aplicación a suelos arenosos para mejorar el ciclo del fósforo , la mejora de la acidez del suelo , la cobertura de rellenos sanitarios y el secuestro de carbono . [25] [26]

Las revisiones que describen el uso actual de residuos de bauxita en el clínker de cemento Portland, materiales cementantes suplementarios / cementos combinados y cementos especiales de sulfo-aluminato de calcio han sido ampliamente investigados y bien documentados. [27]

  • Fabricación de cemento , uso en hormigón como material cementante complementario. De 500.000 a 1.500.000 toneladas. [28] [29]
  • Recuperación de materia prima de componentes específicos presentes en el residuo: producción de hierro, titanio, acero y REE ( elementos de tierras raras ). De 400.000 a 1.500.000 toneladas;
  • Tapado de vertederos / carreteras / mejora del suelo: 200.000 a 500.000 toneladas; [23]
  • Uso como componente en materiales de construcción (ladrillos, tejas, cerámica, etc.): 100.000 a 300.000 toneladas;
  • Otros (refractario, adsorbente, drenaje ácido de mina (Virotec), catalizador, etc.) - 100.000 toneladas. [30]
  • Uso en paneles de construcción, ladrillos, ladrillos aislantes espumados, tejas, balasto de grava / ferrocarril, fertilizante de calcio y silicio, taponado de basuras / restauración de sitios, recuperación de lantánidos (tierras raras), recuperación de escandio , recuperación de galio , recuperación de itrio , tratamiento de mina de ácido drenaje, adsorbente de metales pesados, colorantes, fosfatos, flúor, productos químicos para el tratamiento del agua, vitrocerámica, cerámica, vidrio espumado, pigmentos, extracción de petróleo o gas, relleno para PVC , sustituto de la madera, geopolímeros, catalizadores, pulverización de plasmarevestimiento de aluminio y cobre, fabricación de compuestos de titanato de aluminio-mullita para revestimientos resistentes a altas temperaturas, desulfuración de gases de combustión, eliminación de arsénico, eliminación de cromo. [31]

En 2020, el Instituto Internacional del Aluminio lanzó una Hoja de ruta para maximizar el uso de residuos de bauxita en cemento y hormigón. [32] [33]

En 2015 se lanzó una importante iniciativa en Europa con fondos de la Unión Europea para abordar la valorización del barro rojo. Unos 15 Ph.D. Los estudiantes fueron reclutados como parte de la Red Europea de Formación (ETN) para la valorización de residuos de bauxita sin desperdicio. [34] El enfoque clave será la recuperación de hierro, aluminio, titanio y elementos de tierras raras (incluido el escandio ) mientras se valoriza el residuo en materiales de construcción.

En noviembre de 2020, se lanzó el proyecto de investigación The ReActiv: Activación de residuos industriales para la producción sostenible de cemento, financiado por la UE. Una de las empresas cementeras más grandes del mundo, LafargeHolcim, en cooperación con 20 socios en 12 países europeos, lanzó el ambicioso proyecto ReActiv de 4 años (reactivproject.eu). El proyecto ReActiv creará una nueva cadena de valor simbiótica sostenible, que unirá el subproducto de la industria de producción de alúmina y la industria de producción de cemento. En ReActiv se realizarán modificaciones tanto en el lado de la cadena de producción de alúmina como en el de producción de cemento, con el fin de vincularlos a través de las nuevas tecnologías ReActiv. Este último modificará las propiedades del residuo industrial, transformándolo en un material reactivo (con actividad puzolánica o hidráulica) apto para nuevos,bajoCO
2huella, productos de cemento. De esta manera, ReActiv propone un escenario beneficioso para ambos sectores industriales (reducción de residuos y CO
2 emisiones respectivamente).

Ver también

  • Desperdicio químico
  • Olivier Dubuquoy

Referencias

  1. ^ Estadísticas anuales recopiladas y publicadas por World Aluminium .
  2. ^ Evans, K., "La historia, los desafíos y los nuevos desarrollos en la gestión y el uso de residuos de bauxita", J. Sustain Metall. Mayo de 2016. doi : 10.1007 / s40831-016-00060-x .
  3. ↑ a b c Schmitz, Christoph (2006). "Eliminación de lodo rojo" . Manual de reciclaje de aluminio . pag. 18. ISBN 978-3-8027-2936-2.
  4. ↑ a b c Chandra, Satish (31 de diciembre de 1996). "Utilización de lodo rojo" . Materiales de desecho utilizados en la fabricación de hormigón . págs. 292–295. ISBN 978-0-8155-1393-3.
  5. ↑ a b Society for Mining, Metalurgy, Exploration US (05 de marzo de 2006). "Bauxita" . Minerales y rocas industriales: materias primas, mercados y usos . págs. 258-259. ISBN 978-0-87335-233-8.
  6. ^ Ayres, RU, Holmberg, J., Andersson, B., "Materiales y el medio ambiente global: minería de residuos en el siglo XXI", MRS Bull. 2001, 26, 477. doi : 10.1557 / mrs2001.119
  7. ^ Báculo, Jean. "Le largo combate contre la contaminación de la Méditerranée par la Montedison" . France 3 Corse ViaStella (en francés) . Consultado el 4 de enero de 2019 .
  8. ^ Huglo, cristiano. "Le recours au juge est la garantie de conservación de l'intégralité de la règle environment" . Actu-Environnement (en francés) . Consultado el 4 de enero de 2019 .
  9. ^ Gura, David. "Derrame de lodo rojo tóxico de la planta de aluminio húngara 'un desastre ecológico ' " . NPR.org . Radio Pública Nacional . Consultado el 5 de enero de 2019 .
  10. ^ "Derrame de lodos químicos húngaros llega al Danubio" . BBC News . 7 de octubre de 2010 . Consultado el 3 de febrero de 2021 .
  11. ^ "El derrame de barro rojo húngaro hizo poco daño a largo plazo" . Consultado el 14 de diciembre de 2018 .
  12. ^ Evans, Ken; Nordheim, Eirik; Tsesmelis, Katy (2012). "Gestión de residuos de bauxita". Metales ligeros . John Wiley & Sons, Ltd. págs. 61–66. doi : 10.1002 / 9781118359259.ch11 . ISBN 9781118359259.
  13. ^ Poder, G .; Gräfe, M .; Klauber, C. (junio de 2011). "Problemas de residuos de bauxita: I. Prácticas actuales de gestión, eliminación y almacenamiento". Hidrometalurgia . 108 (1–2): 33–45. doi : 10.1016 / j.hydromet.2011.02.006 .
  14. ^ BG Purnell, "Eliminación de lodo en la planta de alúmina de Burntisland". Metales ligeros, 157-159. (1986).
  15. ^ HH Pohland y AJ Tielens, "Diseño y operación en estanques de lodo rojo no decantado en Ludwigshafen", Proc. En t. Conf. Relaves de bauxita, Kingston, Jamaica (1986).
  16. ^ EI Robinsky, "Estado actual del sistema de eliminación de relaves espesados ​​en pendiente", Proc. En t. Conf. Relaves de bauxita, Kingston, Jamaica (1986).
  17. ^ JL Chandler, "El proceso de apilamiento y secado solar para la eliminación de relaves de bauxita en Jamaica", Proc. En t. Conf. Relaves de bauxita, Kingston, Jamaica (1986).
  18. ^ "Gestión de residuos de bauxita: mejores prácticas" (PDF) . Aluminio mundial . Consultado el 5 de enero de 2019 .
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  20. ^ "Vedanta encarga la planta de polvo de barro rojo en Odisha" . Línea de negocio . 19 de noviembre de 2013.
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Referencias adicionales

  • MB Cooper, “Material radiactivo de ocurrencia natural (NORM) en industrias australianas”, informe de EnviroRad ERS-006 preparado para el Consejo Asesor Australiano de Salud y Seguridad Radiológica (2005).
  • Agrawal, KK Sahu, BD Pandey, "Gestión de residuos sólidos en industrias no ferrosas en la India", Recursos, conservación y reciclaje 42 (2004), 99–120.
  • Jongyeong Hyuna, Shigehisa Endoha, Kaoru Masudaa, Heeyoung Shinb, Hitoshi Ohyaa, "Reducción de cloro en residuos de bauxita por separación de partículas finas", Int. J. Miner. Process., 76, 1–2, (2005), 13–20.
  • Claudia Brunori, Carlo Cremisini, Paolo Massanisso, Valentina Pinto, Leonardo Torricelli, "Reutilización de un residuo de bauxita de barro rojo tratado: estudios sobre compatibilidad ambiental", Journal of Hazardous Materials, 117 (1), (2005), 55–63.
  • H. Genc¸-Fuhrman, JC Tjell, D. McConchie, "Aumento de la capacidad de adsorción de arseniato del lodo rojo neutralizado (Bauxsol ™)", J. Colloid Interface Sci. 271 (2004) 313–320.
  • H. Genc¸-Fuhrman, JC Tjell, D. McConchie, O. Schuiling, "Adsorción de arseniato de agua usando barro rojo neutralizado", J. Colloid Interface Sci. 264 (2003) 327–334.

Enlaces externos y lectura adicional

  • "Red Sludge" en YouTube , de The Periodic Table of Videos (Universidad de Nottingham)
  • Babel, S .; Kurniawan, TA. (Febrero de 2003). "Adsorbentes de bajo costo para la absorción de metales pesados ​​de agua contaminada: una revisión". J Hazard Mater . 97 (1–3): 219–43. doi : 10.1016 / S0304-3894 (02) 00263-7 . PMID  12573840 .