Budapest University of Technology and Economics, Department of Applied Biotechnology and Food Science, Environmental Microbiology and Biotechnology Group
- 01 WASTE RESULTING FROM EXPLORATION, MINING, QUARRYING, AND PHYSICAL AND CHEMICAL TREATMENT OF MINERALS
- 01 03 wastes from physical and chemical processing of metalliferous minerals
- 01 03 09 red mud from alumina production other than the wastes mentioned in 01 03 07
Az alumíniumgyártás első lépése a timföld (alumínium-oxid, Al2O3) előállítása, amelyhez a Bayer-féle finomítást használják. A folyamat során a kitermelt bauxitot szárítják, majd törik és ezt követően nátrium-hidroxiddal feltárják, így kioldódik az alumínium. Ezután az oldatot hígítják és leszűrik a vörösiszapot. A tiszta oldathoz Al(OH)3-at, úgynevezett oltóhidrátot adnak és az alumínium-hidroxid az aluminát bomlása következtében kicsapódik. Az alumínium-hidroxidot szűrés és mosás után kiizzítják és így áll elő a timföld. A fém alumíniumot a timföld olvadék elektrolízise során, Hall-Héroult-eljárással nyerik.
Az ajkai vörösiszap a Bayer-féle timföldgyártás melléktermékeként keletkezik. Műveleti lépések:
1. Bauxit törése, aprítása (alkalmazott szemnagyság a bauxit összetételéhez igazodik 0,07–1 mm között)
2. Beállítás
3. Kovasavtalanítás
4. Feltárás (a bauxit alumínium-tartalmának nagy része lúggal feloldódik, a maradék szilárd rész ülepítése és gyakran szűrése után keletkezik a vörösiszap)
5. Vörösiszap elválasztása
6. Kikeverés (a timföldhidrát kiválasztása az aluminátlúgból, hogy kalcinálás után megfelelő minőségű timföldet kapjanak)
7. Kalcinálás (a kötött és tapadó vizet távolítják el a timföldhidrát kiizzításával)
A vörösiszap elválasztásánál a szűrés után maradt, vízben oldhatatlan, szilárd anyag a vörösiszap, amelyben a szűrés ellenére is marad nedvesség. Így a NaOH is jelen van a leszűrt maradékban, ezért a nedves (friss) vörösiszap pH-ja erősen lúgos.
A bányászott bauxit összetételétől függően változhat a keletkezett vörösiszap összetétele is. A vörösiszap lúgossága változó lehet.
Az Ajkai Timföldgyár esetén meg kell különböztetni a 2011-es baleset előtti nedves technológiával kapott vörösiszapot a 2011 végétől bevezetett száraz technológiából kikerülő vörösiszaptól. Ez az adatlap a nedves technológiából kikerülő, erősen lúgos iszapot jellemzi.
- Metals, semi-metals and their compounds
- iron
- Metals, semi-metals and their compounds
- aluminium
- Other inorganic chemical compounds
- silicon
- Other inorganic chemical compounds
- calcium
- Other inorganic chemical compounds
- sodium
- Metals, semi-metals and their compounds
- titanium
- Metals, semi-metals and their compounds
- vanadium
- Other inorganic chemical compounds
- magnesium
- Other inorganic chemical compounds
- carbon
- Other inorganic chemical compounds
- phosphorous
- Other inorganic chemical compounds
- fluorine/fluoride
Fő összetevői vas-, alumínium-, szilícium-, titán-, nátrium- és kalcium-oxidok, valamint nehéz- és könnyűfémek: Na, K, Cr, V, Ni, Ba, Cu, Mn, Pb, Zn, stb. Nagy lehet a radioaktív leányelem-tartalma is. Összetétele függ a kiinduló bauxittól, illetve a feldolgozás paramétereitől.
A vizet nehezen eleresztő, kolloid mérettartományba eső szemcsékből álló, különleges reológiai tulajdonságokkal bíró, nedvesen pasztaszerű, vörös színű anyag. Kiszáradás után finom porrá esik szét, amit ha ismét vízzel kevernek, akkor vizes földszerű anyag lesz belőle, nem nyeri vissza a konszolidált vörösiszapra jellemző állagot. Eredetileg vízzáró, de ha vízzel telítik, ezt a tulajdonságát elveszti. Térfogata változó, az aktuális hőmérsékleti és csapadék viszonyoktól függően változik.
A szemcsék 90%-a általában 75 µm alatti mérettartományba esik, az átlagos szemcsemérete 10 µm-nél is kisebb. A vörösiszap tixotróp anyag, viszkozitása csökken nyíró igénybevétel alatt (pl. keverés), de annak megszűnése utána visszaáll az eredeti állapotba. Vízzel telítve nem vízzáró, a víztartalmát hosszú időn át megőrzi. Térfogatát a hőmérsékleti és csapadékviszonyok is befolyásolják. Továbbá a radioaktív hatása mérsékelt, a tipikus hazai talajokra jellemző érték 10−20-szorosa.
Az ajkai vörösiszap hasznosítása csak kísérleti jelleggel történik, de más hasonló vörösiszapokat széles körben hasznosítanak:
Építőiparban, vegyiparban:
építőanyagok, mérnöki létesítmények;
adszorbensek, katalizátorhordozók;
kerámiák, üvegek, műanyagok, bevonatok, festékek.
A környezetvédelem és mezőgazdaság területén:
vízkezelés, hulladékkezelés;
gáztisztítás;
mezőgazdaság (adszorbens, nyomelem forrás).
Továbbá a kohászatban is:
a főalkotók (Fe, Al) kinyerése;
acélgyártás, salakadalék;
egyéb fémek (Ti, V, ritkafémek) kinyerése (Szépvölgyi 2011).
(1) http://www.tankonyvtar.hu/konyvek/kornyezettechnika/kornyezettechnika-5… (2) Sushil, S., Batra, V.S.: Catalitic applications of red mud, an aluminium industry waste: A review, Applied Catalysis B: Environmental, Volume 81, 64-77, 2008 (3) Sglavo, V. M., Maurina, S., Conci, A., Salviati, A., Carturan, G., Cocco, G.: Bauxize ’red mud’ int he ceramic industry. Part 2: production of day-based ceramics, Journal of the European Ceramic Society, Volume 20, 245-252, 2000 (4) Yadav, V. S., Prasad, M., Khan, J., Amritphale, S.S., Singh, M., Raju, C.: Sequestration of carbon dioxide (CO2) using ’red mud’, Journal of Hazardous Materials, Volume 176, 1044-1050, 2010 (5) http://enfo.agt.bme.hu/drupal/node/7687 (6) http://enfo.agt.bme.hu/drupal/sites/default/files/Review%20of%20Bauxite…
A BME-ABÉT Környezeti Mikrobiológia és Biotechnológia Kutató csoportjában több, különböző pH értékű, az ajkai katasztrófa után az elöntött területről származó vörösiszap mintával is végeztek biológiai-ökotoxikológiai vizsgálatokat. Az elvégzett tesztek: aerob heterotróf élősejtszám, Sinapis alba csírázásgátlás teszt, Collembola (Folsomia candida) letalitási teszt.
A több, mint 12-es pH-jú, közvetlenül a gát mellől származó vörösiszapban nem volt élősejt. A 11-es pH-érték feletti kémhatású vörösiszap minták nagyon toxikusak voltak a növényi tesztorganizmusra (Sinapis alba), a csírázásgátlás 90% feletti volt. A Folsomia candida legnagyobb halálozási arányt a 12,4-es kémhatású vörösiszapnál tapasztaltunk, ahol az állatok 95%-a elpusztult. A 10,5-11,9-es pH-jú vörösiszap minták 70-85%-os pusztulást okoztak. Mindhárom teszt eredményeiből látható tehát, hogy minél lúgosabb a vörösiszap, annál toxikusabb a különböző élőlényekre, ugyanakkor a vörösiszap más jellemzői, mint például a nedvességtartalma, textúrája, stb. is befolyásolja a hatását. Ugyanakkor a vörösiszap 10-20%-ban a talajhoz keverve már nem mutat jelentős toxicitást. (Forrás: Szabó Anett, diplomamunka, 2011)
A vörösiszap veszélyessége a következőkből adódik: nagy toxikus fémtartalom, radioaktivitás, pH, Na-ion tartalom (szikesedés) illetve a talaj mikrobiológiai aktivitására hatással van a szemcseméret, mivel az oxigénellátottságot befolyásolja.
Szemcsemérete miatt veszélyes, kiporzást okozhat, emiatt nedvesen vagy takaróréteg alatt kell tárolni. Ha a por lúgos, annak szem- és bőrirritáló, valamint maró hatásával kell számolnunk. Belégzéssel a légycsőbe és tüdőbe jutva is jelentkezhet a lúg irritáló és maró hatása.
A lúgos kémhatású vörösiszap elősegíti bizonyos tápanyagok, például foszfátok feltáródását a talajban, így a foszforellátottság javulhat.
Lúgossága következményeképpen befolyásolhatja a talaj ionmegkötő és ioncserélő képességét. Lúgos kémhatása és tápelem tartalma miatt alkalmas lehet savanyú talajok javítására. BME laboratóriumi kísérletek 10-20% vörösiszap talajba keverésével megnövekszik a a talajban élő mikroorganizmusok száma, mind a baktérium-, mind a gombakoncentráció. A vörösiszap növeli a foszfor visszatartást a homokos talajokban.
Referencia: (1) Goen E. Ho, Koruvilla Mathew, and Peter W.G.Newman (1989) Leachate quality from gypsum neutralized red mud appied to sandy soils, School of Environmental and Life Sciences, Murdoch University, Murdoch, Australia 6150; (2) K E Snars, M T F Wong, R J Gilkes (2004) The liming effect of bauxite processing residue (red mud ) on sandy soils, Australian Journal of Soil Research 42:321-328; Ref folyt. 6-os pont
Például foszfor hozzáférhetőség növelése.
Cukorrépa Na-tartalmának pótlására alkalmas lehet. Referencia: A. M. El-Sheikh, A. Ulrich, and T. C. Broyer: Sodium and Rubidium as Possible Nutrients for Sugar Beet Plants, Plant Physiol. 42(9), 1202-8, 1967; A borsó-félék Fe-tartalmának pótlására szintén alkalmas lehet. Referencia: Nenova, V.: Growth and mineral concentrations of pea plants under different salinity levels and iron supply , Gen. Appl. Plant Physiology, 2008, Special Issue, 34 (3-4), 189-202
Lúgossága és reológiai tulajdonságai miatt elvileg alkalmas lehet termesztőközeg előállítására. Vöröiszaphoz kevert pernyével és szerves anyagokkal termesztőközeg is előállítható. Referencia: National Geographic (magyar)
Referenciák 2-es ponthoz: (3) B.E.H. Jones, R.J. Haynes, I.R. Phillips (2012) Addition of an organic amendment and/or residue mud to bauxite residue sand in
order to improve its properties as a growth medium, Journal of Environmental Management 95:29-38, (4) Ujaczki Éva (2011) Vörösiszap talajra gyakorolt hatásának vizsgálata mikrokozmosz kísérletekben, Diplomamunka, BME, Budapest, (5) R. N. Summers, N. R. Guise and D. D. Smirk: Bauxite residue (red mud) increases phosphorus retention in sandy soil catchments in Western Australia, Nutrient Cycling in Agroecosystems, Volume 34, Number 1, 85-94,1993
Konkrét információ nincs, de a finomszemcsés anyag talajhoz keverése annak szemcseméret-eloszlását, vízgazdálkodását befolyásolja.
Valószínűleg nem, mert maga is folyós, ingoványos állagú.
Nincs konkrét információ, de szemcseméret eloszlása miatt növelheti a talaj kötöttségét és csökkentheti pl. a homoktalajok erózióhajlamát.
Magas pH-jának köszönhetően alkalmas lehet.
A vörösiszap csökkenti a fémek mozgékonyságát fémmel szennyezett talajoknál.
Viktória Feigl, Attila Anton, Nikolett Uzinger and Katalin Gruiz: Red mud as a chemical stabilizer for soil contaminated with toxic metals, Water, Air & Soil Pollution, 223 (3), 1237-1247, 2012
A vörösiszap, vagy a vörösiszap-cement keverék sikeresen felhasználható stabilizáló anyagként agyag aljzatnál. Referencia: Kalkan, E. (2006) Utiliziation of red mud as a stabilization material for the preparation of clay liners, Engineering Geology, 87 (3-4), 220-229.
A nedves technológiából származó vörösiszap lúgossága (maró hatás) és szemcsemérete (kiporzás, belégzés) megalapozza azokat a kockázatokat, melyeket hasznosítása során kontrollálni kell. Ugyanakkor mind a lúgosság, mind a szemcseméret olyan tulajdonságok, melyek megfelelő alkalmazásban hasznunkra lehetnek. A legfőbb kontrollálandó paraméter a nátriumtartalom, melynek környezetbe/talajba kerülése szikesedést okozhat.