محصول جانبی گل قرمز در تولید هیدروکسید آلومینیوم
در این مقاله ما سعی بر این داریم که اطلاعات مفیدی در مورد موضوع مهم گل قرمز در تولید هیدروکسید آلومینیوم برای شما بازگو کنیم با ما باشید. گل قرمز (Red Mud) که امروزه بیشتر به آن بقایای بوکسیت، باطله بوکسیت و یا لجن قرمز می گویند، یک ضایعات صنعتی است که در طی پردازش بوکسیت به آلومینا با استفاده از فرآیند بایر تولید می شود. این ماده از ترکیبات اکسیدی مختلفی از جمله اکسیدهای آهن تشکیل شده است که رنگ قرمز آن را می دهد. بیش از 95 درصد آلومینا تولید شده در سطح جهان از طریق فرآیند بایر انجام می شود. به ازای هر تن آلومینا تولید شده، تقریباً 1 تا 1.5 تن گل قرمز نیز تولید می شود. تولید سالانه آلومینا در سال 2020 بیش از 133 میلیون تن بود که منجر به تولید بیش از 175 میلیون تن گل قرمز در جهان شد. با توجه به این سطح تولید بالا و قلیائیت بالای مواد، در صورت عدم نگهداری مناسب، می تواند خطرات زیست محیطی قابل توجهی ایجاد کند. در نتیجه تلاش قابل توجهی برای یافتن روش‌های بهتر برای ذخیره‌سازی ایمن و مقابله با آن مانند ارزش‌گذاری ضایعات به منظور ایجاد مواد مفید برای سیمان و بتن در حال انجام است. گل قرمز محصول جانبی فرآیند بایر است، وسیله اصلی پالایش بوکسیت در مسیر رسیدن به آلومینا. آلومینا به دست آمده ماده خام برای تولید آلومینیوم با فرآیند هال-هرولت است. یک کارخانه بوکسیت معمولی یک تا دو برابر بیشتر از آلومینا گل قرمز تولید می کند. این نسبت به نوع بوکسیت مورد استفاده در فرآیند پالایش و شرایط استخراج بستگی دارد..
گل قرمز در تولید هیدروکسید آلومینیوم
گل قرمز به عنوان محصول باقی مانده از صنایع و زنجیره تولید فلز آلومینیـوم، بـه صـورت دوغـاب دارای pH به شدت قلیایی است. این ماده جانبی دارای غلظـت قابل توجه از یون سدیم و نیز با مقادیر مواد جامد فراوان (٪٦٠-٣٠) در استخرها و دریاچه های گل انباشته مـی شود. بیشترین حجم از دغدغه های زیست محیطی در رابطه با بـا مقـادیر بـالای گـل قرمـز تولیـد شده در جهان، قلیایی بودن زیـاد آن، پخش ریزگردهای قلیایی در هوا و انتشار آن به زمینهای اطراف و انتشار فلزات سمی در محیط پیرامون مجتمع های تصفیه کننده بوکسیت است . بنابراین ، خنثی کردن باطله هـای گـل قرمز حاصل از تخلیص بوکسیت امری غیر قابل اجتناب است . با استفاده از آنالیزهای عنصری و البته پراش پرتوهای ایکس، مشخص شد که غلظت بالایی از تعـدادی از فلزات کمیاب در نمونه های گل قرمز وجود دارد که می تواند با نفوذ به خاک و آبهای زیر زمینی، ضمن آلوده ساختن منابع آب، موجب از بین رفتن قابلیت کشاورزی در زمین های اطراف گردد. جهت خنثی سازی معضل مربوط به قلیایی بودن بالای پسماندها ، با آزمون های مختلف خنثـی سـازی توسـط آب مقطر، برآورد گردید که حجم آب مورد نیاز برای کاهش میزان قلیایی بودن این میزان گل قرمز تا حد کم خطر ( ٥٠٠ هزار تن باطلـه ای کـه سـالانه تولیـد میشود)، در حدود ٢٨٠ میلیون متر مکعب آب می باشد. از آنجا که این میزان از بارش (برف یا باران) در منـاطق مـورد مطالعـه ، امکان کاهش این قلیاییت را ندارند، منابع آبی منطقه به شدت در معرض آلودگی قـرار دارنـد.
بیش از 60 عملیات تولیدی در سراسر جهان از فرآیند بایر برای تولید آلومینا از سنگ معدن بوکسیت استفاده می کنند. آلومینا با استفاده از هیدروکسید سدیم در شرایط دما و فشار بالا استخراج می شود. بخش نامحلول بوکسیت (باقی مانده) حذف می شود و محلولی از آلومینات سدیم ایجاد می شود که سپس با یک کریستال هیدروکسید آلومینیوم بذر می شود و اجازه می دهد سرد شود که باعث می شود هیدروکسید آلومینیوم باقی مانده از محلول رسوب کند. مقداری از هیدروکسید آلومینیوم برای بذر دادن دسته بعدی استفاده می شود، در حالی که باقیمانده در دمای بیش از 1000 درجه سانتیگراد در کوره های دوار یا کلسینرهای فلاش مایع برای تولید اکسید آلومینیوم (آلومینا) کلسینه می شود.
بیشتر بخوانید : تولید هیدروکسید آلومنیوم
میزان آلومینا بوکسیت مورد استفاده معمولاً بین 42 تا 50 درصد است، اما می توان از سنگ معدن هایی با طیف وسیعی از محتویات آلومینا استفاده کرد. ترکیب آلومینیوم ممکن است به صورت گیبسیت (Al(OH)3)، بوهمیت (γ-AlO(OH)) یا دیاسپور (α-AlO(OH)) وجود داشته باشد. باقیمانده همواره دارای غلظت بالایی از اکسید آهن است که به محصول یک رنگ قرمز مشخص می دهد. مقدار کمی باقیمانده از هیدروکسید سدیم مورد استفاده در فرآیند با باقیمانده باقی می ماند و باعث می شود که ماده دارای pH قلیایی بالا باشد، معمولاً بیش از 12. مرحله مختلف در فرآیند جداسازی جامد/مایع برای بازیافت تا حد امکان هیدروکسید سدیم از باقیمانده برای فرآیند بایر معرفی می‌شوند تا این فرآیند تا حد امکان کارآمد شود و هزینه‌های تولید کاهش یابد. این همچنین قلیاییت نهایی باقیمانده را کاهش می دهد و حمل و نگهداری آن را آسان تر و ایمن تر می کند.
گل قرمز از مخلوطی از اکسیدهای جامد و فلزی تشکیل شده است. رنگ قرمز از اکسیدهای آهن ناشی می شود که می تواند تا 60 درصد جرم را تشکیل دهد. قلیلیی بودن گل بسیار اساسی است و pH آن بین 10 تا 13 است. علاوه بر آهن، سایر اجزای غالب عبارتند از سیلیس، ترکیبات باقیمانده آلومینیوم آزاد نشده، و اکسید تیتانیوم.
اجزای اصلی باقیمانده پس از استخراج جزء آلومینیوم، اکسیدهای فلزی نامحلول هستند. درصد این اکسیدهای تولید شده توسط یک پالایشگاه آلومینا خاص به کیفیت و ماهیت سنگ معدن بوکسیت و شرایط استخراج بستگی دارد. جدول زیر محدوده ترکیبات ترکیبات شیمیایی رایج را نشان می دهد، اما مقادیر بسیار متفاوت هستند:
ترکیب درصد شیمیایی
Fe2O3: 5-60٪
Al2O3: 5-30٪
TiO2: 0-15٪
CaO: 2-14٪
SiO2: 3-50٪
Na2O: 1-10٪
ترکیبات اصلی مطرح شده در بالا در قالب ترکیبات ذیل یافت می شوند: سودالیت ،کانکرینیت ، آلومینوس-گوتیت (اکسید آهن آلومینیوم) ، هماتیت (اکسید آهن) ، سیلیس (کریستالی و آمورف) ، تری کلسیم آلومینات ، بوهمیت ، دی اکسید تیتانیوم ، پروسکایت ، مسکویت ، کربنات کلسیم ، کائولینیت
از آنجایی که فرآیند بایر برای اولین بار در سال 1894 به صورت صنعتی پذیرفته شد، ارزش اکسیدهای باقی مانده به رسمیت شناخته شد. تلاش هایی برای بازیابی اجزای اصلی – به ویژه آهن – انجام شده است. از زمانی که استخراج معادن آغاز شد، تلاش‌های تحقیقاتی زیادی برای یافتن کاربردهای باقیمانده انجام شده است. بسیاری از مطالعات در حال حاضر توسط اتحادیه اروپا تحت برنامه افق اروپا تامین می شود. تخمین زده می شود سالانه 3 تا 4 میلیون تن در تولید سیمان، راه سازی و به عنوان منبع آهن استفاده می شود. کاربردهای بالقوه شامل تولید بتن کم هزینه، کاربرد در خاک های شنی برای بهبود چرخه فسفر، بهبود اسیدیته خاک، پوشش دفن زباله و ترسیب کربن است. بررسی‌هایی که استفاده کنونی از بقایای بوکسیت را در کلینکر سیمان پرتلند، مواد سیمانی مکمل/سیمان‌های مخلوط و سیمان‌های سولفو آلومینات کلسیم ویژه توصیف می‌کنند، به‌طور گسترده مورد تحقیق و مستند قرار گرفته‌اند. برای گل قرمز استفاده در پانل های ساختمانی، آجر، آجرهای عایق فوم دار، کاشی، سنگریزه/بالاست راه آهن، کود کلسیم و سیلیکون، بازیابی لانتانیدها (خاکی کمیاب)، بازیابی اسکاندیم، بازیابی گالیم، بازیافت ایتریم، جاذب فلزات سنگین، رنگها، فسفاتها، فلوراید، مواد شیمیایی تصفیه آب، سرامیکهای شیشه ای، سرامیک، شیشه فومدار، رنگدانه ها، حفاری نفت یا استخراج گاز، پرکننده PVC، جایگزین چوب، ژئوپلیمرها، کاتالیزورها، پوشش اسپری پلاسما از آلومینیوم و مس، ساخت کامپوزیت های آلومینیوم و برای پوشش های مقاوم در برابر دمای بالا، گوگرد زدایی از گازهای دودکش، حذف آرسنیک، حذف کروم نیز گزارش شده است. با این وجود آنچه بیشتر از هر چیزی رایج است، دفع گل قرمز با پمپاش آن به حوضچه‌های بزرگی است که اصطلاحاً دریاچه قرمز نامیده می‌شوند. این شیوه به طور معمول در کانادا، هند و ایران مورد استفاده قرار می‌گیرد.
