Czerwone błoto. Co z tym zrobić?

Praktyczne i efektowne aluminium jest cenione do produkcji produktów od folii kuchennej i puszek po napojach po Tesla Roadster i samoloty. Ale srebrzysty metal – obfity, tani, lekki i odporny na korozję – ma ciemną stronę: czerwone błoto. Ta brązowawo-czerwona zawiesina, żrąca mieszanka tlenków bogatych w metal i krzem, często z domieszką pierwiastków radioaktywnych i ziem rzadkich, jest pozostałością po wydobyciu aluminium z rudy. I to się piętrzy. Na całym świecie około 3 miliardy ton czerwonego szlamu jest obecnie składowanych w ogromnych stawach ściekowych lub wyschniętych kopcach, co czyni go jednym z najbardziej rozpowszechnionych odpadów przemysłowych na świecie. Huty aluminium wytwarzają dodatkowe 150 milionów ton rocznie.

Czerwone błoto stało się problemem ze znalezieniem odpowiedniego miejsca. W 2010 r. ziemna tama w jednym stawie ściekowym na Węgrzech ustąpiła, uwalniając 2-metrowy mur z czerwonego błota, który zasypał miasto Ajka, zabijając 10 osób i powodując 150 poważnych poparzeń chemicznych. Nawet jeśli czerwony szlam pozostaje zamknięty, jego ekstremalna zasadowość może wyciekać, zatruwać wody gruntowe i skazić pobliskie rzeki i ekosystemy. Takie zobowiązania, a także rosnąca presja regulacyjna na przemysł, aby opracować zrównoważone praktyki, przyspieszyły globalne wysiłki w celu znalezienia sposobów recyklingu i ponownego wykorzystania czerwonego szlamu. Niektórzy badacze opracowują sposoby wydobywania cennych metali ziem rzadkich, podczas gdy inni przekształcają muł w cement lub cegły.

„Jest nadzieja”, mówi Yiannis Pontikes, inżynier mechanik z Katolickiego Uniwersytetu w Leuven. Jednak przeszkody ekonomiczne i marketingowe pozostają, a „zegar tyka”, gdy organy regulacyjne rozważają nowe kontrole, mówi Efthymios Balomenos, inżynier metalurgii z Narodowego Uniwersytetu Technicznego w Atenach. „W pewnym momencie nie będziemy w stanie produkować odpadów. Dlatego istnieje pilna potrzeba wprowadzenia zmian ”.

ALUMINIUM JEST JEDNYM z najczęściej poddawanych recyklingowi materiałów, a 75% całego aluminium, jakie kiedykolwiek zostało wyprodukowane, wciąż jest w użyciu. Ale popyt rośnie. Produkcja aluminium rozpoczyna się od wydobycia boksytu, skały bogatej w tlenek glinu, która zawiera również bogactwo innych pierwiastków, w tym krzem, żelazo i tytan. Pracownicy wydobywają aluminium za pomocą kombinacji zabiegów, w tym żrących chemikaliów, ciepła i elektryczności. To, co pozostaje, jest zwykle czerwone ze względu na żelazo, ale jego dokładny skład może się różnić w zależności od regionu, od rudy, przez co trudniej jest z nim walczyć. „Skład [czerwonego szlamu] różni się tak bardzo, że oznacza to, że jeden [rodzaj roztworu] nie zadziała” – mówi Brajendra Mishra, materiałoznawca z Worcester Polytechnic Institute.

Jedną z metod, która wydaje się działać, jest wykorzystanie czerwonego szlamu jako źródła skandu, metalu ziem rzadkich używanego do wzmacniania stopów metali. Naukowcy wykazali ostatnio, że stopy skandu i aluminium są nawet o 40% mocniejsze niż czyste aluminium. To sprawia, że ​​producenci chętnie przyglądają się stopowi; Producenci samolotów mogliby na przykład wykorzystać go do budowy samolotów o lżejszych aluminiowych ramach i spalających mniej paliwa. Ale skand kosztuje obecnie 3500 dolarów za kilogram, więc istnieje wiele bodźców do szukania nowych, tańszych źródeł.

Naukowcy wymyślili kilka sposobów na oczyszczenie skandu z czerwonego błota. Na przykład grupa Balomenosa wykazała, że ​​może wykorzystywać zarówno kwas siarkowy, jak i związki zwane cieczami jonowymi do ekstrakcji pierwiastków ziem rzadkich. Ostatecznie czerwony szlam mógłby zaspokoić 10% europejskiego popytu na skand, mówi Balomenos. Rusal, jeden z największych producentów aluminium na świecie, już buduje pilotażową fabrykę, która wykorzystuje powiązane metody do wydobywania skandu z czerwonego szlamu w jednym ze swoich zakładów na Uralu w Rosji. Ale skand stanowi tylko około 140 części na milion czerwonego błota, zauważa Pontikes, więc „99,99% pozostałości” nadal pozostaje.

INNE PODEJŚCIA mają na celu wykorzystanie większej ilości odpadów. Jednym z pomysłów jest wykorzystanie czerwonego szlamu, który zazwyczaj zawiera od 40% do 70% tlenku żelaza, do produkcji cementów bogatych w żelazo. Świat zużywa ponad 4 miliardy ton cementu rocznie, głównie jako spoiwo w betonie. Najpopularniejszą wersją jest cement portlandzki, wykonany z krzemianów wapnia, które reagują z wodą, tworząc twardą, zbitą matrycę.

Jednak w 2015 roku naukowcy z Nowej Zelandii poinformowali, że dodając do czerwonego szlamu zwykły dodatek do cementu zwany pylistą krzemionką, wraz z niewielką ilością żelaza, mogą stworzyć cement o mniej więcej takiej samej twardości jak cement portlandzki. Pontikes i jego współpracownicy pracują nad rozszerzeniem tych odkryć, opracowując receptury, które umożliwiłyby producentom wytwarzanie cementu z szerokiej gamy czerwonych szlamów o różnym stężeniu żelaza. Zespół ma nadzieję, że czerwony szlam może stać się źródłem zarówno dodatkowego żelaza dodawanego do ich cementów, jak i związków alkalicznych potrzebnych do katalizowania reakcji twardnienia.

W międzyczasie laboratorium Pontikes produkuje już około 1000 kilogramów cementów bogatych w żelazo dziennie. Wykorzystali nawet swój produkt w projektach demonstracyjnych, takich jak 2-tonowe schody wykonane z bardzo wytrzymałego betonu. „To już nie jest przedsięwzięcie na skalę laboratoryjną” – mówi Pontikes. Zaczął rozmawiać z firmami na temat produkcji cementu na skalę przemysłową.

Czerwony szlam mógłby stanowić podstawę dla innych materiałów budowlanych. Pontikes i jego zespół odkryli, że jeśli dodadzą około 10% gliny i minerałów krzemianowych do czerwonego szlamu i wypalą mieszaninę w piecu, mogą wytworzyć cegły zdolne do wytrzymania siły ściskającej 80 megapaskali, czyli 40 razy więcej niż tradycyjne cegły. Teraz chcą zwiększyć skalę tej techniki, którą można by wykorzystać do produkcji wszystkiego, od dachówek po układarki chodników.

Ze względu na swój skład chemiczny czerwony szlam może również wychwytywać i blokować dwutlenek węgla (CO 2 ), główny gaz ocieplający klimat. W Australii producent aluminium Alcoa wypuszcza CO 2 do czerwonego błota, tworząc łagodny kwas, który reaguje z odpadami alkalicznymi, tworząc minerały węglanowe, które zamieniają czerwony szlam w czerwony piasek, który można wykorzystać do wyrównania podłoży drogowych. Firma szacuje, że czerwony szlam z jednej rafinerii aluminium może zablokować 70 000 ton CO 2 rocznie, co odpowiada usunięciu z dróg ponad 15 000 samochodów.

JEDNAK TE PRZEBŁYSKI postępu mogą zniknąć, mówi Balomenos, podobnie jak wcześniejsze nadzieje. Od 1964 r., zauważa,  że naukowcy opatentowali około 700 zastosowań czerwonego błota, w tym stukanie go w celu wytworzenia dekoracyjnej ceramiki, barwników, a nawet nawozów. Jednak obecnie tylko 3% czerwonego szlamu podlega recyklingowi.

Jednym z głównych powodów jest to, że wiele programów przewiduje wykorzystanie czerwonego szlamu do produkcji towarów, które są już tanie i produkowane metodami, które były optymalizowane przez ponad sto lat. Ponadto czerwone błoto nie jest łatwe w obsłudze. Przemysł żelazny uchyla się od wydobywania z niego metalu, na przykład, ponieważ żrące odpady niszczą kluczowe komponenty w ich hutach. „W przemyśle dostępna jest ruda żelaza o znacznie lepszej jakości” – mówi Mishra.

Balomenos argumentuje, że kraje mogą przyspieszyć postęp, ustanawiając nakazy zerowej ilości odpadów dla producentów aluminium lub inne zachęty, które zmuszają firmy do recyklingu czerwonego szlamu zamiast pozwalać mu na jego gromadzenie się. Unia Europejska rozważała na przykład wprowadzenie podatku od odpadów składowanych na wysypiskach. Ale tak się nie stało i wydaje się, że gdzie indziej nie ma apetytu na podobne pomysły.

Według Balomenosa kolejną przeszkodą jest międzynarodowy sprzeciw wobec dopuszczania materiałów niebezpiecznych do przekraczania granic. W rezultacie przemieszczanie czerwonego szlamu zawierającego nawet śladowe ilości metali ciężkich lub radioaktywności może być kłopotliwe i kosztowne. Jak mówi, na razie zwykłe umieszczanie odpadów na wysypisku jest zarówno tańsze, jak i znacznie prostsze.

Wreszcie pojawia się kwestia akceptacji konsumentów. Nawet jeśli naukowcom i inżynierom uda się wymyślić zestaw praktycznych zastosowań czerwonego błota, konsumenci nadal mają ostatnie słowo w kwestii, czy kupią produkty o tak uciążliwym punkcie wyjścia. „Czy użyjesz dachówek wykonanych z czerwonego błota?” – pyta Pontikes. „Od rynku zależy, czy powie„ tak ”.

 

Źródło: Robert F. Service, doi:10.1126/science.abe4252 | Zdjęcie: BELA SZANDELSZKY/AP PHOTO

Tematy:
Subscribe
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x