붉은흙

Red mud
진흙을 굴착하는 데 사용되는 탄닌은 퀘브라초 나무를 참조한다.
스타드 인근 붉은 진흙(독일)
보크사이트, 알루미늄 광석(프랑스 테라울트 주) 불그스름한 색깔은 붉은 진흙의 주요 부분을 구성하는 철산화물 때문이다.

붉은 진흙은 공식적으로 보크사이트 잔여물이라고 불리며 바이엘 공정을 이용해 보크사이트를 알루미나로 가공하는 과정에서 발생하는 산업 폐기물이다. 그것은 붉은 색을 내는 산화 철을 포함한 다양한 산화 화합물로 구성되어 있다. 전세계적으로 생산되는 알루미나 중 95% 이상이 바이엘 과정을 통해 생산된다. 알루미나 1톤당 약 1톤에서 1.5톤의 붉은 진흙도 생산된다. 2020년 연간 알루미나 생산량은 1억 3천 3백만 톤 이상이었고 이로 인해 1억 7천 5백만 톤 이상의 붉은 진흙이 생성되었다.[1]

이러한 높은 생산 수준과 재료의 높은 알칼리성으로 인해 심각한 환경 위험과 저장 문제를 일으킬 수 있다. 그 결과 시멘트와 콘크리트에 유용한 재료를 만들기 위해 폐기물 용맹화 등 보다 나은 처리 방법을 찾는 데 상당한 노력을 기울이고 있다.[2]

덜 흔하게, 이 물질은 보크사이트 꼬리, 붉은 슬러지 또는 알루미나 정제 잔여물로도 알려져 있다.

생산

붉은 진흙은 알루미나로 가는 길에 보크사이트를 정제하는 주요 수단인 바이엘 공정의 사이드 제품이다. 결과 알루미나(Alumina)는 홀(Hall)에서 알루미늄을 생산하는 원료다.헤룰트 공정.[3] 전형적인 보크사이트 식물은 알루미나보다 1~2배나 많은 붉은 진흙을 생산한다. 이 비율은 정제 공정에서 사용되는 보크사이트의 종류와 추출 조건에 따라 달라진다.[4]

전세계 60개 이상의 제조 공정이 보크사이트 광석에서 알루미나를 만들기 위해 바이엘 공정을 이용한다.[citation needed] 보크사이트 광석은 보통 개방형 주광에서 채굴되고, 처리를 위해 알루미나 정제소로 옮겨진다. 알루미나는 고온과 압력이 높은 조건에서 수산화나트륨을 사용하여 추출한다. 보크사이트의 불용성 부분(잔류물)이 제거되어 알루민산나트륨 용액이 발생하며, 알루민산나트륨 용액은 알루미늄 수산화물 결정으로 시딩되고 냉각되어 나머지 알루미늄 수산화물이 용액에서 침전된다. 일부 알루미늄 수산화물은 다음 배치를 시딩하는 데 사용되며, 나머지는 회전 가마 또는 유체 플래시 캘리너에서 1000 °C 이상에서 석회화(가열)하여 산화알루미늄(알루미나)을 생산한다.

사용되는 보크사이트의 알루미나 함량은 보통 45~50% 사이지만 알루미나 함량이 넓은 광석을 사용할 수 있다. 알루미늄 화합물은 Gibbsite(Al(OH),3 Boehmite(Al) 또는 diaspore(α-AlO(OH)로 존재할 수 있다. 잔류물은 항상 높은 농도의 산화철을 함유하고 있어 제품의 특색 있는 붉은 색상을 제공한다. 공정에서 사용되는 수산화나트륨의 소량의 잔류량이 잔류물과 함께 남아 재료의 pH/alkality(보통 >12)가 높다. 고형/액체 분리 공정의 다양한 단계를 도입하여 잔여물에서 수산화나트륨을 바이엘 공정으로 최대한 재활용함으로써 공정을 최대한 효율적으로 하고 생산비를 절감한다. 이것은 또한 잔여물의 최종 알칼리도를 낮춰 취급하고 보관하는 것을 더 쉽고 안전하게 한다.

구성

붉은 진흙은 고체 산화물과 금속 산화물의 혼합물로 구성되어 있다. 붉은색은 질량의 최대 60%를 차지할 수 있는 철산화물에서 발생한다. 진흙은 10에서 13에 이르는 pH로 매우 기본적이다.[3][4][5] 철 외에도 다른 주요 구성 요소로는 실리카, 무연 잔류 알루미늄 화합물, 산화티타늄이 있다.[6]

알루미늄 구성품 추출 후 잔류물의 주요 성분은 불용성 금속 산화물이다. 특정 알루미나 정제소에서 생산되는 이러한 산화물의 비율은 보크사이트 광석의 품질과 성질과 추출 조건에 따라 달라질 것이다. 아래 표는 일반적인 화학 성분의 성분 범위를 나타내지만 값은 매우 다양하다.

케미컬 백분율구성
Fe2O3 5–60%
알로23 5–30%
티오2 0–15%
CaO 2–14%
SiO2 3–50%
Na2O 1–10%

광물학적으로 표현된 구성 요소는 다음과 같다.

화학명 화학식 백분율구성
소달라이트 3Na2O⋅3Al2O3⋅6SiO2⋅Na2SO4 4–40%
캔크라이나이트 Na3⋅CaAl3⋅Si3⋅O12CO3 0–20%
알루미늄-고에타이트(알루미늄 산화철) α-(Fe,Al)오. 10–30%
헤마타이트(산화철) Fe2O3 10–30%
실리카(크리스탈린 & 아모르퍼스) SiO2 5–20%
알루민산 트리칼슘 3CaO⋅Al2O3⋅6H2O 2–20%
보에미테 알로(OH) 0–20%
이산화티타늄 티오2 0–10%
페롭스카이트 카티오3 0–15%
무스코바이트 K2O⋅3Al2O3⋅6SiO2⋅2H2O 0–15%
탄산칼슘 CaCO3 2–10%
기브사이트 알(OH)3 0–5%
카올리나이트 Al2O3⋅2SiO2⋅2H2O 0–5%

일반적으로 잔류물의 구성은 비알루미늄 구성부품의 구성을 반영하며, 실리콘 구성부품의 일부를 제외한다: 결정성 실리카(쿼츠)는 반응하지 않지만 존재하는 실리카의 일부는 종종 불활성 실리카라 불리며 추출 조건 하에서 반응하며 다른 관련성뿐만 아니라 나트륨 알루미늄 규산염을 형성한다.d 화합물

환경 위험

붉은 진흙의 방류는 알칼리성과 종 성분 때문에 환경적으로 위험할 수 있다.

1972년 이탈리아 회사 몬테디슨에 의해 코르시카 해안에서 붉은 진흙 방류가 있었다.[7] 이 사건은 지중해를 지배하는 국제법에서 중요하다.[8]

2010년 10월 헝가리 콜론타르 인근 알루미나 공장에서 나온 약 100만 세제곱미터의 붉은 진흙이 아즈카 알루미나 공장 사고로 주변 시골로 우연히 방출돼 10명이 숨지고 넓은 지역이 오염됐다.[9] 마르칼 강의 모든 생명은 붉은 진흙에 의해 "해구"되었고, 며칠도 안 되어 진흙이 다뉴브 강에 도달했다고 한다.[10] 헝가리 정부의 1억2천7백만 유로의 교정조치 노력 이후 이 유출로 인한 장기적인 환경 영향은 미미했다.[11]

잔여보관영역

원래 발전소가 건설된 이후 잔여물 저장 방법이 크게 바뀌었다. 초기에는 약 20%의 고형분 농도의 슬러리를 이전의 보크사이트 광산이나 고갈된 채석장에서 가끔 만들어진 라건이나 연못에 주입하는 것이 관행이었다. 다른 경우에는, 댐이나 제방으로 침전물을 건설하는 반면, 일부 운영용 계곡의 경우 댐이 설치되고 잔여물이 이러한 고정 구역에 쌓였다.[12]

한때 붉은 진흙이 파이프라인이나 바지선을 통해 강, 강, 강 또는 바다로 배출되는 것이 일반적인 관행이었다. 다른 경우에는 잔여물이 바다로 보내져 수 킬로미터 연안의 심해 참호에서 처리되었다. 2016년부터는 바다, 하구, 강에 대한 모든 처분이 중단되었다.[13]

잔여 저장 공간이 부족하고 습식 저장에 대한 우려가 증가함에 따라 1980년대 중반부터 건식 적재가 점차 채택되고 있다.[14][15][16][17] 이 방법에서는 잔류물을 고밀도 슬러리(48~55% 이상)로 두껍게 한 후, 통합하여 건조시키는 방식으로 침전시킨다.[18]

점점 더 인기 있는 치료 과정은 필터 케이크를 통해 (일반적으로 23-27%의 습기를 유발하는) 여과다. 이 케이크는 반건조 재료로 운반하여 보관하기 전에 알칼리성을 줄이기 위해 물이나 증기로 씻을 수 있다.[19] 이 형태로 생산된 잔류물은 알칼리성이 낮고 운반 비용이 저렴하며 취급과 처리가 용이해 재사용에 이상적이다.

2013년 베단타 알루미늄은 인도 오디샤에 있는 란지가르 제련소의 붉은 진흙 가루 생산 부서에 위탁하여 알루미나 산업에서 처음으로 알루미나 산업에서 중요한 환경 위험을 다루었다고 설명했다.[20]

사용하다

바이엘 공정이 1894년에 산업적으로 처음 채택된 이후, 남은 산소의 가치는 인정되어 왔다. 주요 구성품, 특히 철분을 회수하기 위한 시도가 있었다. 채굴이 시작된 이후, 엄청난 양의 연구 노력이 잔여물의 용도를 찾는 데 쏟아졌다. 많은 연구들이 현재 유럽 연합에 의해 Horizon 유럽 프로그램에 의해 자금 지원을 받고 있다.[citation needed] 붉은 진흙의 사용을 개발하기 위해 여러 연구가 실시되었다.[21] 시멘트 생산,[22] 도로 건설[23], 철의 공급원으로서 연간 300만톤에서 400만톤으로 추산된다.[3][4][5] 저비용 콘크리트의 생산,[24] 인 순환을 개선하기 위한 모래 토양에 대한 적용, 토양 산성도의 개선, 매립지 덮개 및 탄소 격리 등이 잠재적 적용 대상이다.[25][26]

포틀랜드 시멘트 클링커, 보조 시멘트 재료/블렌드 천장 및 특수 황산알루민산칼슘의 현재 사용을 설명하는 검토는 광범위하게 연구되고 잘 문서화되었다.[27]

  • 시멘트 제조, 콘크리트에서 보조 시멘트 재료로 사용. 500,000톤에서 150만톤까지요.[28][29]
  • 잔류물에 존재하는 특정 구성 요소의 원료 회수: 철, 티타늄, 강철 및 RIE(배지 요소) 생산. 400,000톤 ~ 150만톤
  • 매립지 덮개/도로/토양 개선 –[23] 20만톤 ~ 50만톤
  • 건물 또는 건축 자재(브릭, 타일, 도자기 등)의 구성 요소로 사용 - 100,000 ~ 300,000톤
  • 기타(환쇄, 흡착제, 산성 광산 배수(Virotec),[30] 촉매 등) – 10만 톤
  • 건물 패널, 벽돌, 기포 단열 벽돌, 타일, 자갈/철도 밸러스트, 칼슘 및 실리콘 비료, 팁 마개/부위 복원, 란타니드(레어 어스) 복구, 스칸듐 회수, 갈륨 회수, 이티움 회수, 산성 광산 배수 처리, 중금속 흡착제, 염료, 인산염, 플루오화물, 수처리 등에 사용nt 화학, 유리 세라믹, 세라믹, 기포 유리, 색소, 오일 시추 또는 가스 추출, PVC용 필러, 목재 대체물, 지오폴리머, 촉매, 알루미늄 및 구리의 플라즈마 스프레이 코팅, 고온 내성 코팅용 알루미늄 타이타네이트-뮬라이트 복합 재료 제조, 연도 가스 탈황, 비소 제거, 크롬 렘타원형의[31]

국제 알루미늄 연구소는 2020년에 시멘트 및 콘크리트에 보크사이트 잔여물의 사용을 극대화하기 위한 로드맵을 발표했다.[32][33]

2015년에 유럽에서는 붉은 진흙의 용맹화를 다루기 위한 유럽연합의 자금으로 주요 이니셔티브가 시작되었다. 약 15명의 박사과정 학생들이 보크사이트 잔여물의 제로-쓰레기 발로라이제이션(Zero-Waste Valorization)을 위해 유럽연수네트워크(ETN)의 일환으로 모집되었다.[34] 주요 초점은 철, 알루미늄, 티타늄 및 희토류 원소(스캔듐 포함)를 회수하는 동시에 잔여물을 건축 자재로 용도화하는 것이다.

2020년 11월 지속가능한 시멘트 생산을 위한 재활성화: 산업잔류활성화 연구사업이 시작돼 EU의 자금지원을 받고 있다.세계 최대 시멘트기업 중 하나인 라파르헤홀킴은 유럽 12개국 20개 파트너사와 협력해 야심찬 4년 재활성화 프로젝트(reactivproject.eu)를 시작했다. ReActivate 프로젝트는 알루미나 생산산업의 부산물과 시멘트 생산산업을 잇는 새로운 지속가능한 공생 가치사슬을 만들 것이다. ReActivity에서는 새로운 ReActiv 기술을 통해 알루미나 생산과 체인의 시멘트 생산 측면을 모두 수정한다. 후자는 산업 잔류물의 성질을 수정하여 CO2
 배출량이 적은 새로운 시멘트 제품에 적합한 반응성 물질(포졸란 또는 유압 작용)으로 변모시킬 것이다. 이러한 방식으로 ReActivity는 양쪽 산업 부문에 대해 윈윈 시나리오(폐기물 및 CO2
 배출량 각각 감소)를 제안한다.

참고 항목

참조

  1. ^ 월드 알루미늄이 수집 및 발표한 연간 통계.
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추가 참조

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외부 링크 및 추가 읽기