Lama vermelha - Red mud
A lama vermelha , também conhecida como resíduo de bauxita , é um resíduo industrial gerado durante o refinamento da bauxita em alumina pelo processo Bayer . É composto por vários compostos de óxidos , entre eles os óxidos de ferro que lhe dão a cor vermelha. Mais de 95% da alumina produzida globalmente é por meio do processo Bayer; para cada tonelada de alumina produzida, aproximadamente 1 a 1,5 toneladas de lama vermelha também são produzidas. A produção anual de alumina em 2018 foi de aproximadamente 126 milhões de toneladas, resultando na geração de mais de 160 milhões de toneladas de lama vermelha.
Devido a esse alto nível de produção e à alta alcalinidade do material , ele pode representar um risco ambiental significativo e um problema de armazenamento. Como resultado, um esforço significativo está sendo investido na descoberta de melhores métodos para lidar com isso.
Menos comumente, esse material também é conhecido como rejeito de bauxita , lodo vermelho ou resíduos de refinaria de alumina .
Produção
A lama vermelha é um subproduto do processo Bayer, o principal meio de refinar a bauxita a caminho da alumina. A alumina resultante é a matéria-prima para a produção de alumínio pelo processo Hall – Héroult . Uma planta típica de bauxita produz uma a duas vezes mais lama vermelha do que alumina. Essa proporção depende do tipo de bauxita usada no processo de refino e das condições de extração.
Mais de 60 operações de manufatura em todo o mundo usando o processo Bayer para fazer alumina a partir do minério de bauxita. O minério de bauxita é extraído, normalmente em minas a céu aberto , e transferido para uma refinaria de alumina para processamento. A alumina é extraída com hidróxido de sódio em condições de alta temperatura e pressão. A parte insolúvel da bauxita (o resíduo) é removida, dando origem a uma solução de aluminato de sódio , que é então semeado com um cristal de hidróxido de alumínio e deixado esfriar, o que faz com que o hidróxido de alumínio remanescente precipite da solução. Parte do hidróxido de alumínio é usado para semear o próximo lote, enquanto o restante é calcinado (aquecido) a mais de 1000 ° C em fornos rotativos ou calcinadores de fluido flash para produzir óxido de alumínio (alumina).
O teor de alumina da bauxita usada é normalmente entre 45 - 50%, mas podem ser usados minérios com uma ampla faixa de teor de alumina. O composto de alumínio pode estar presente como gibbsita (Al (OH) 3 ), boemita (γ-AlO (OH)) ou diásporo (α-AlO (OH)). O resíduo invariavelmente apresenta uma alta concentração de óxido de ferro que confere ao produto uma cor vermelha característica. Uma pequena quantidade residual do hidróxido de sódio usado no processo permanece com o resíduo, fazendo com que o material tenha um pH / alcalinidade alto, normalmente> 12. Vários estágios no processo de separação sólido / líquido são introduzidos para reciclar o máximo possível de hidróxido de sódio do resíduo para o Processo Bayer, a fim de tornar o processo o mais eficiente possível e reduzir os custos de produção. Isso também diminui a alcalinidade final do resíduo, tornando-o mais fácil e seguro de manusear e armazenar.
Composição
A lama vermelha é composta por uma mistura de óxidos sólidos e metálicos . A cor vermelha surge dos óxidos de ferro , que constituem até 60% da massa. A lama é altamente básica com um pH variando de 10 a 13. Além do ferro, os outros componentes dominantes incluem sílica , alumina residual não lixiviada e óxido de titânio .
Os principais constituintes do resíduo após a extração do componente de alumínio são os óxidos metálicos insolúveis. A porcentagem desses óxidos produzidos por uma refinaria de alumina específica dependerá da qualidade e da natureza do minério de bauxita e das condições de extração. A tabela abaixo mostra os intervalos de composição para constituintes químicos comuns, mas os valores variam amplamente:
| Químico | Composição percentual |
|---|---|
| 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% |
Mineralogicamente, os componentes presentes são:
| Nome químico | Fórmula química | Composição percentual |
|---|---|---|
| Sodalita | 3Na 2 O⋅3Al 2 O 3 ⋅6SiO 2 ⋅Na 2 SO 4 | 4-40% |
| Cancrinite | Na 3 ⋅CaAl 3 ⋅Si 3 ⋅O 12 CO 3 | 0–20% |
| Aluminous- goetite (óxido de ferro aluminoso) | α- (Fe, Al) OOH | 10-30% |
| Hematita (óxido de ferro) | Fe 2 O 3 | 10-30% |
| Sílica (cristalina e amorfa) | SiO 2 | 5–20% |
| Aluminato tricálcico | 3CaO⋅Al 2 O 3 ⋅6H 2 O | 2–20% |
| Boehmite | AlO (OH) | 0–20% |
| Dióxido de titânio | TiO 2 | 0–10% |
| Perovskita | CaTiO 3 | 0-15% |
| Moscovita | K 2 O⋅3Al 2 O 3 ⋅6SiO 2 ⋅2H 2 O | 0-15% |
| Carbonato de cálcio | CaCO 3 | 2–10% |
| Gibbsite | Al (OH) 3 | 0–5% |
| Caulinita | Al 2 O 3 ⋅2SiO 2 ⋅2H 2 O | 0–5% |
Em geral, a composição do resíduo reflete a dos componentes não de alumínio, com exceção de parte do componente de silício: a sílica cristalina (quartzo) não reagirá, mas parte da sílica presente, frequentemente denominada sílica reativa, reagirá sob as condições de extração e formam silicato de alumínio e sódio, bem como outros compostos relacionados.
Perigos ambientais
A descarga de lama vermelha é prejudicial ao meio ambiente por causa de sua alcalinidade .
Em 1972, ocorreu uma descarga de lama vermelha na costa da Córsega pela empresa italiana Montedison . O caso é importante no direito internacional que rege o mar Mediterrâneo.
Em outubro de 2010, aproximadamente um milhão de metros cúbicos de lama vermelha de uma fábrica de alumina perto de Kolontár, na Hungria, foi acidentalmente liberada na zona rural circundante no acidente da fábrica de alumina em Ajka , matando dez pessoas e contaminando uma grande área. Diz-se que toda a vida no rio Marçal foi "extinta" pela lama vermelha e, em poucos dias, a lama atingiu o Danúbio . No entanto, os efeitos ambientais de longo prazo do derramamento foram mínimos.
Áreas de armazenamento de resíduos
Os métodos de armazenamento de resíduos mudaram substancialmente desde que as plantas originais foram construídas. A prática nos primeiros anos era bombear a lama, a uma concentração de cerca de 20% de sólidos, para lagoas ou lagoas às vezes criadas em antigas minas de bauxita ou pedreiras esgotadas. Em outros casos, represas foram construídas com barragens ou diques , enquanto para algumas operações vales foram represados e os resíduos depositados nessas áreas de retenção.
Era uma prática comum que a lama vermelha fosse despejada em rios, estuários ou no mar por meio de oleodutos ou barcaças; em outros casos, o resíduo foi enviado ao mar e descartado em fossas oceânicas profundas, a muitos quilômetros da costa. Todo o descarte no mar, estuários e rios já parou.
À medida que o espaço de armazenamento de resíduos se esgotou e aumentou a preocupação com o armazenamento úmido, desde meados da década de 1980 o empilhamento a seco tem sido cada vez mais adotado. Neste método, os resíduos são engrossados em uma pasta de alta densidade (48-55% de sólidos ou mais) e, em seguida, depositados de uma forma que consolide e seque.
Um processo de tratamento cada vez mais popular é a filtração, por meio da qual uma torta de filtro (normalmente resultando em 26 a 29% de umidade) é produzida. Este bolo pode ser lavado com água ou vapor para reduzir a alcalinidade antes de ser transportado e armazenado como um material semi-seco. O resíduo produzido nesta forma é ideal para reaproveitamento, pois tem menor alcalinidade, é mais barato para transportar e mais fácil de manusear e processar.
Em 2013, a Vedanta Aluminium , Ltd. comissionou uma unidade de produção de pó de lama vermelha em sua refinaria Lanjigarh em Odisha , Índia , descrevendo-a como a primeira de seu tipo na indústria de alumina, enfrentando grandes riscos ambientais.
Usar
Desde que o processo Bayer foi adotado pela primeira vez industrialmente em 1894, o valor dos óxidos restantes foi reconhecido. Têm sido feitas tentativas para recuperar os componentes principais - especialmente o ferro. Desde o início da mineração, um enorme esforço de pesquisa tem sido dedicado à busca de usos para o resíduo.
Muitos estudos foram realizados para desenvolver usos de lama vermelha. Estima-se que 2 a 3 milhões de toneladas sejam usadas anualmente na produção de cimento, construção de estradas e como fonte de ferro. As aplicações potenciais incluem a produção de concreto de baixo custo, aplicação em solos arenosos para melhorar a ciclagem de fósforo , melhoria da acidez do solo , nivelamento de aterros e sequestro de carbono .
As revisões que descrevem o uso atual do resíduo de bauxita no clínquer do cimento Portland, materiais cimentícios suplementares / cimentos misturados e cimentos de sulfo-aluminato de cálcio especiais foram extensivamente pesquisadas e bem documentadas.
- Fabricação de cimento , uso em concreto como material cimentício complementar. De 500.000 a 1.500.000 toneladas.
- Recuperação de matéria-prima de componentes específicos presentes no resíduo: produção de ferro, titânio, aço e REE ( elementos de terras raras ). De 400.000 a 1.500.000 toneladas;
- Limitação de aterros / estradas / melhoria do solo - 200.000 a 500.000 toneladas;
- Use como um componente na construção ou materiais de construção (tijolos, telhas, cerâmicas etc.) - 100.000 a 300.000 toneladas;
- Outros (refratário, adsorvente, drenagem ácida de mina (Virotec), catalisador etc.) - 100.000 toneladas.
- Uso em painéis de construção, tijolos, tijolos isolantes de espuma, telhas, cascalho / lastro ferroviário, fertilizante de cálcio e silício, cobertura de rejeitos / restauração de locais, recuperação de lantanídeos (terras raras), recuperação de escândio , recuperação de gálio , recuperação de ítrio , tratamento de mina de ácido drenagem, adsorvente de metais pesados, corantes, fosfatos, fluoreto, produto químico para tratamento de água, cerâmica de vidro, cerâmica, vidro espumado, pigmentos, perfuração de petróleo ou extração de gás, enchimento para PVC , substituto de madeira, geopolímeros, catalisadores, revestimento de plasma spray de alumínio e cobre, fabricação de compostos de titanato de alumínio-mulita para revestimentos resistentes a altas temperaturas, dessulfuração de gases de combustão, remoção de arsênio, remoção de cromo.
Em 2015, uma grande iniciativa foi lançada na Europa com fundos da União Europeia para abordar a valorização da lama vermelha. Cerca de 15 Ph.D. os alunos foram recrutados como parte da Rede Europeia de Formação (ETN) para Valorização Zero-Waste de Resíduos de Bauxite. O foco principal será a recuperação de elementos de ferro, alumínio, titânio e terras raras (incluindo escândio ) enquanto valoriza o resíduo em materiais de construção.
Veja também
Referências
Referências adicionais
- MB Cooper, “Naturally Occurring Radioactive Material (NORM) in Australian Industries”, Relatório EnviroRad ERS-006 preparado para o Australian Radiation Health and Safety Advisory Council (2005).
- Agrawal, KK Sahu, BD Pandey, "Gerenciamento de resíduos sólidos em indústrias não ferrosas na Índia", Recursos, Conservação e Reciclagem 42 (2004), 99-120.
- Jongyeong Hyuna, Shigehisa Endoha, Kaoru Masudaa, Heeyoung Shinb, Hitoshi Ohyaa, "Redução de cloro no resíduo de bauxita por separação de partículas finas", Int. J. Miner. Process., 76, 1-2, (2005), 13-20.
- Claudia Brunori, Carlo Cremisini, Paolo Massanisso, Valentina Pinto, Leonardo Torricelli, "Reutilização de um resíduo de bauxita de lama vermelha tratada: estudos sobre compatibilidade ambiental", Journal of Hazardous Materials, 117 (1), (2005), 55-63.
- H. Genc¸-Fuhrman, JC Tjell, D. McConchie, "Aumentando a capacidade de adsorção de arsenato de lama vermelha neutralizada (Bauxsol ™)", J. Colloid Interface Sei. 271 (2004) 313–320.
- H. Genc¸-Fuhrman, JC Tjell, D. McConchie, O. Schuiling, "Adsorption of arsenate from water using neutralized red mud", J. Colloid Interface Sei. 264 (2003) 327–334.
Links externos e outras leituras
- Lama vermelha (ou lama vermelha) na Tabela Periódica de Vídeos (Universidade de Nottingham)
- Babel, S .; Kurniawan, TA. (Fevereiro de 2003). "Adsorventes de baixo custo para absorção de metais pesados de água contaminada: uma revisão". J Hazard Mater . 97 (1–3): 219–43. doi : 10.1016 / S0304-3894 (02) 00263-7 . PMID 12573840 .