Boue rouge - Red mud
La boue rouge , également connue sous le nom de résidu de bauxite , est un déchet industriel généré lors du raffinage de la bauxite en alumine selon le procédé Bayer . Il est composé de divers composés oxydés , dont les oxydes de fer qui donnent sa couleur rouge. Plus de 95% de l'alumine produite dans le monde passe par le procédé Bayer; pour chaque tonne d'alumine produite, environ 1 à 1,5 tonne de boue rouge sont également produites. La production annuelle d'alumine en 2018 était d'environ 126 millions de tonnes, ce qui a permis la production de plus de 160 millions de tonnes de boue rouge.
En raison de ce niveau de production élevé et de la forte alcalinité du matériau , il peut poser un risque environnemental important et un problème de stockage. En conséquence, des efforts importants sont investis pour trouver de meilleures méthodes pour y faire face.
Plus rarement, ce matériau est également connu sous le nom de résidus de bauxite , de boue rouge ou de résidus de raffinerie d'alumine .
Production
La boue rouge est un sous-produit du procédé Bayer, le principal moyen de raffinage de la bauxite en route vers l'alumine. L'alumine qui en résulte est la matière première pour la production d'aluminium par le procédé Hall – Héroult . Une usine de bauxite typique produit une à deux fois plus de boue rouge que d'alumine. Ce rapport dépend du type de bauxite utilisé dans le processus de raffinage et des conditions d'extraction.
Plus de 60 usines de fabrication à travers le monde utilisant le procédé Bayer pour fabriquer de l'alumine à partir de minerai de bauxite. Le minerai de bauxite est extrait, normalement dans des mines à ciel ouvert , et transféré à une raffinerie d'alumine pour traitement. L'alumine est extraite à l'aide d'hydroxyde de sodium dans des conditions de température et de pression élevées. La partie insoluble de la bauxite (le résidu) est éliminée, donnant naissance à une solution d' aluminate de sodium , qui est ensuite ensemencée avec un cristal d' hydroxyde d'aluminium et laissée à refroidir, ce qui fait précipiter l'hydroxyde d'aluminium restant de la solution. Une partie de l'hydroxyde d'aluminium est utilisée pour ensemencer le lot suivant, tandis que le reste est calciné (chauffé) à plus de 1000 ° C dans des fours rotatifs ou des calcinateurs flash fluides pour produire de l'oxyde d'aluminium (alumine).
La teneur en alumine de la bauxite utilisée est normalement comprise entre 45 et 50%, mais des minerais avec une large gamme de teneurs en alumine peuvent être utilisés. Le composé d'aluminium peut être présent sous forme de gibbsite (Al (OH) 3 ), de boehmite (y-AlO (OH)) ou de diaspore (a-AlO (OH)). Le résidu a invariablement une concentration élevée d' oxyde de fer qui donne au produit une couleur rouge caractéristique. Une petite quantité résiduelle d'hydroxyde de sodium utilisé dans le procédé reste avec le résidu, ce qui fait que le matériau a un pH / alcalinité élevé, normalement> 12. Diverses étapes du processus de séparation solide / liquide sont introduites pour recycler autant d'hydroxyde de sodium que possible du résidu dans le processus Bayer afin de rendre le processus aussi efficace que possible et de réduire les coûts de production. Cela abaisse également l'alcalinité finale du résidu, ce qui le rend plus facile et plus sûr à manipuler et à stocker.
Composition
La boue rouge est composée d'un mélange d' oxydes solides et métalliques . La couleur rouge provient des oxydes de fer , qui représentent jusqu'à 60% de la masse. La boue est hautement basique avec un pH allant de 10 à 13. Outre le fer, les autres composants dominants comprennent la silice , l'alumine résiduelle non lessivée et l' oxyde de titane .
Les principaux constituants du résidu après l'extraction du composant aluminium sont des oxydes métalliques insolubles. Le pourcentage de ces oxydes produits par une raffinerie d'alumine particulière dépendra de la qualité et de la nature du minerai de bauxite et des conditions d'extraction. Le tableau ci-dessous présente les plages de composition des constituants chimiques courants, mais les valeurs varient considérablement:
| Chimique | Composition en pourcentage |
|---|---|
| Fe 2 O 3 | 5 à 60% |
| Al 2 O 3 | 5 à 30% |
| TiO 2 | 0 à 15% |
| CaO | 2 à 14% |
| SiO 2 | 3 à 50% |
| Na 2 O | 1 à 10% |
Les composants présents sont exprimés de manière minéralogique:
| Nom chimique | Formule chimique | Composition en pourcentage |
|---|---|---|
| Sodalite | 3Na 2 O⋅3Al 2 O 3 ⋅6SiO 2 ⋅Na 2 SO 4 | 4 à 40% |
| Cancrinite | Na 3 ⋅CaAl 3 ⋅Si 3 ⋅O 12 CO 3 | 0 à 20% |
| Aluminous- goethite (oxyde de fer alumineux) | α- (Fe, Al) OOH | 10 à 30% |
| Hématite (oxyde de fer) | Fe 2 O 3 | 10 à 30% |
| Silice (cristalline et amorphe) | SiO 2 | 5 à 20% |
| Aluminate tricalcique | 3CaO⋅Al 2 O 3 ⋅6H 2 O | 2 à 20% |
| Boehmite | AlO (OH) | 0 à 20% |
| Le dioxyde de titane | TiO 2 | 0 à 10% |
| Pérovskite | CaTiO 3 | 0 à 15% |
| Moscovite | K 2 O⋅3Al 2 O 3 ⋅6SiO 2 ⋅2H 2 O | 0 à 15% |
| Carbonate de calcium | CaCO 3 | 2 à 10% |
| Gibbsite | Al (OH) 3 | 0 à 5% |
| Kaolinite | Al 2 O 3 ⋅2SiO 2 ⋅2H 2 O | 0 à 5% |
En général, la composition du résidu reflète celle des composants non aluminium, à l'exception d'une partie du composant silicium: la silice cristalline (quartz) ne réagira pas mais une partie de la silice présente, souvent appelée silice réactive, réagira dans les conditions d'extraction et forment du silicate de sodium et d'aluminium ainsi que d'autres composés apparentés.
Dangers environnementaux
Le rejet de boue rouge est dangereux pour l'environnement en raison de son alcalinité .
En 1972, il y a eu un déversement de boue rouge au large des côtes de la Corse par la société italienne Montedison . L'affaire est importante dans le droit international régissant la mer Méditerranée.
En octobre 2010, environ un million de mètres cubes de boue rouge provenant d'une usine d' alumine près de Kolontár en Hongrie a été accidentellement rejeté dans la campagne environnante lors de l' accident de l' usine d'alumine d'Ajka , tuant dix personnes et contaminant une vaste zone. Toute vie dans la rivière Marcal aurait été "éteinte" par la boue rouge, et en quelques jours la boue avait atteint le Danube . Cependant, les effets environnementaux à long terme du déversement ont été mineurs.
Zones de stockage des résidus
Les méthodes de stockage des résidus ont considérablement changé depuis la construction des usines d'origine. La pratique des premières années consistait à pomper le lisier, à une concentration d'environ 20% de solides, dans des lagunes ou des étangs parfois créés dans d'anciennes mines de bauxite ou des carrières épuisées. Dans d'autres cas, des bassins ont été construits avec des barrages ou des digues , tandis que pour certaines opérations, des vallées ont été endiguées et les résidus déposés dans ces zones d'attente.
C'était autrefois une pratique courante pour la boue rouge d'être rejetée dans les rivières, les estuaires ou la mer via des pipelines ou des barges; dans d'autres cas, les résidus ont été expédiés en mer et évacués dans des tranchées océaniques profondes à plusieurs kilomètres au large. Tout rejet dans la mer, les estuaires et les rivières est maintenant arrêté.
À mesure que l'espace de stockage des résidus s'épuisait et que l'inquiétude augmentait concernant le stockage humide, depuis le milieu des années 1980, l'empilement à sec est de plus en plus adopté. Dans ce procédé, les résidus sont épaissis en une suspension à haute densité (48 à 55% de solides ou plus), puis déposés de manière à se consolider et à sécher.
Un procédé de traitement de plus en plus populaire est la filtration par laquelle un gâteau de filtration (résultant généralement en 26 à 29% d'humidité) est produit. Ce gâteau peut être lavé à l'eau ou à la vapeur pour réduire l'alcalinité avant d'être transporté et stocké sous forme de matériau semi-séché. Le résidu produit sous cette forme est idéal pour la réutilisation car il a une alcalinité plus faible, est moins cher à transporter et est plus facile à manipuler et à traiter.
En 2013, Vedanta Aluminium , Ltd. a mis en service une unité de production de poudre de boue rouge dans sa raffinerie de Lanjigarh à Odisha , en Inde , la décrivant comme la première du genre dans l'industrie de l'alumine, luttant contre les risques environnementaux majeurs.
Utilisation
Depuis l'adoption industrielle du procédé Bayer en 1894, la valeur des oxydes restants a été reconnue. Des tentatives ont été faites pour récupérer les principaux composants - en particulier le fer. Depuis le début de l'exploitation minière, un énorme effort de recherche a été consacré à la recherche d'utilisations pour les résidus.
De nombreuses études ont été menées pour développer les utilisations de la boue rouge. On estime que 2 à 3 millions de tonnes sont utilisées chaque année dans la production de ciment, la construction de routes et comme source de fer. Les applications potentielles comprennent la production de béton à faible coût, l'application sur les sols sableux pour améliorer le cycle du phosphore , l'amélioration de l'acidité du sol , le recouvrement des décharges et la séquestration du carbone .
Les revues décrivant l'utilisation actuelle des résidus de bauxite dans le clinker de ciment Portland, les matériaux cimentaires supplémentaires / ciments mélangés et les ciments sulfo-aluminates de calcium spéciaux ont été largement recherchées et bien documentées.
- Fabrication de ciment , utilisation dans le béton comme matériau cimentaire supplémentaire. De 500 000 à 1 500 000 tonnes.
- Récupération de la matière première des composants spécifiques présents dans le résidu: production de fer, de titane, d'acier et de REE ( éléments de terres rares ). De 400 000 à 1 500 000 tonnes;
- Revêtement des décharges / routes / amélioration des sols - 200 000 à 500 000 tonnes;
- Utilisation comme composant dans le bâtiment ou les matériaux de construction (briques, tuiles, céramiques, etc.) - 100 000 à 300 000 tonnes;
- Autres (réfractaire, adsorbant, drainage minier acide (Virotec), catalyseur etc.) - 100 000 tonnes.
- Utilisation dans les panneaux de construction, les briques, les briques isolantes en mousse, les tuiles, le gravier / ballast ferroviaire, les engrais de calcium et de silicium, le recouvrement de décharge / la restauration de sites, la récupération des lanthanides (terres rares), la récupération du scandium, la récupération du gallium, la récupération de l' yttrium , le traitement de la mine acide drainage, adsorbant de métaux lourds, colorants, phosphates, fluorure, produit chimique de traitement de l'eau, vitrocéramiques, céramiques, verre expansé, pigments, forage pétrolier ou extraction de gaz, charge pour PVC , substitut du bois, géopolymères, catalyseurs, revêtement par projection plasma d'aluminium et cuivre, fabrication de composites titanate d'aluminium-mullite pour revêtements résistants aux hautes températures, désulfuration des fumées, élimination de l'arsenic, élimination du chrome.
En 2015, une initiative majeure a été lancée en Europe avec des fonds de l'Union européenne pour lutter contre la valorisation de la boue rouge. Une quinzaine de doctorats des étudiants ont été recrutés dans le cadre du réseau européen de formation (ETN) pour la valorisation zéro déchet des résidus de bauxite. L'accent sera mis sur la récupération du fer, de l'aluminium, du titane et des éléments des terres rares (dont le scandium ) tout en valorisant les résidus en matériaux de construction.
Voir également
Les références
Références supplémentaires
- MB Cooper, «Naturally Occurrents Radioactive Material (NORM) in Australian Industries», rapport EnviroRad ERS-006 préparé pour l'Australian Radiation Health and Safety Advisory Council (2005).
- Agrawal, KK Sahu, BD Pandey, «Gestion des déchets solides dans les industries non ferreuses en Inde», Resources, Conservation and Recycling 42 (2004), 99–120.
- Jongyeong Hyuna, Shigehisa Endoha, Kaoru Masudaa, Heeyoung Shinb, Hitoshi Ohyaa, "Réduction du chlore dans les résidus de bauxite par séparation de particules fines", Int. J. Miner. Process., 76, 1-2, (2005), 13–20.
- Claudia Brunori, Carlo Cremisini, Paolo Massanisso, Valentina Pinto, Leonardo Torricelli, "Réutilisation d'un déchet de bauxite de boue rouge traité: études sur la compatibilité environnementale", Journal of Hazardous Materials, 117 (1), (2005), 55–63.
- H. Genc¸-Fuhrman, JC Tjell, D. McConchie, "Augmentation de la capacité d'adsorption d'arséniate de boue rouge neutralisée (Bauxsol ™)", J. Colloid Interface Sci. 271 (2004) 313–320.
- H. Genc¸-Fuhrman, JC Tjell, D. McConchie, O. Schuiling, "Adsorption de l'arséniate de l'eau en utilisant de la boue rouge neutralisée", J. Colloid Interface Sei. 264 (2003) 327–334.
Liens externes et lectures complémentaires
- Boue rouge (ou boue rouge) au tableau périodique des vidéos (Université de Nottingham)
- Babel, S .; Kurniawan, TA. (Février 2003). "Les adsorbants à faible coût pour l'absorption des métaux lourds de l'eau contaminée: un examen". J Hazard Mater . 97 (1–3): 219–43. doi : 10.1016 / S0304-3894 (02) 00263-7 . PMID 12573840 .