Boue rouge - Red mud

Boue rouge près de Stade ( Allemagne )

La bauxite , un minerai d'aluminium ( département de l' Hérault , France ). La couleur rougeâtre est due aux oxydes de fer qui constituent la majeure partie de la boue rouge.

Les boues rouges , formellement appelées résidus de bauxite , sont des déchets industriels générés lors de la transformation de la bauxite en alumine selon le procédé Bayer . Il est composé de divers composés oxydés , dont les oxydes de fer qui lui 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 boues rouges sont également produites. La production annuelle d'alumine en 2020 était de plus de 133 millions de tonnes, ce qui a entraîné la génération de plus de 175 millions de tonnes de boue rouge.

En raison de ce niveau de production élevé et de l' alcalinité élevée du matériau , il peut poser un risque environnemental important et un problème de stockage. En conséquence, des efforts importants sont investis dans la recherche de meilleures méthodes pour y faire face, telles que la valorisation des déchets afin de créer des matériaux utiles pour le ciment et le béton .

Moins communément, ce matériau est également connu sous le nom de résidus de bauxite , de boues rouges ou de résidus de raffinerie d'alumine .

Production

La boue rouge est un sous-produit du procédé Bayer, le principal moyen d'affiner 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 utilisent le procédé Bayer pour fabriquer de l'alumine à partir du minerai de bauxite. Le minerai de bauxite est extrait, normalement dans des mines à ciel ouvert , et transféré à une raffinerie d'alumine pour y être traité. 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 refroidir, ce qui provoque la précipitation de 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 1 000 °C dans des fours rotatifs ou des calcinateurs éclair 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 (γ-AlO(OH)) ou de diaspore (α-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 de l'hydroxyde de sodium utilisé dans le procédé reste avec le résidu, ce qui fait que le matériau a un pH/alcalinité élevé, normalement >12. Différentes étapes du procédé de séparation solide/liquide sont introduites pour recycler autant d'hydroxyde de sodium que possible du résidu dans le procédé Bayer afin de rendre le procédé aussi efficace que possible et de réduire les coûts de production. Cela réduit 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 peuvent constituer jusqu'à 60% de la masse. La boue est très basique avec un pH allant de 10 à 13. En plus du fer, les autres composants dominants comprennent la silice , les composés d'aluminium résiduels non lessivés 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 montre les plages de composition pour les constituants chimiques courants, mais les valeurs varient considérablement :

Exprimé minéralogiquement, les composants présents sont :

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 d'aluminium et de sodium ainsi que d'autres composés apparentés.

Dangers environnementaux

Le rejet de boue rouge peut être dangereux pour l'environnement en raison de son alcalinité et de ses composants d'espèces.

En 1972, il y a eu un déversement de boues rouges au large de la Corse par la société italienne Montedison . L'affaire est importante en 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 ont été accidentellement rejetés 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 . Les effets sur l' environnement à long terme de la marée noire ont été mineures après € l' effort d'assainissement de 127 millions par le gouvernement hongrois.

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 retenues ont été construites avec des barrages ou des digues , tandis que pour certaines opérations, les vallées ont été endiguées et les résidus déposés dans ces zones de rétention.

Il était autrefois courant que la boue rouge soit déversée 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 éliminés dans des tranchées océaniques profondes à plusieurs kilomètres au large. A partir de 2016, tout rejet dans la mer, les estuaires et les rivières a été arrêté.

Au fur et à mesure que l'espace de stockage des résidus s'épuisait et que les préoccupations concernant le stockage humide augmentaient, depuis le milieu des années 1980, l'empilage à sec a été de plus en plus adopté. Dans cette méthode, les résidus sont épaissis en une suspension à haute densité (48 à 55 % de solides ou plus), puis déposés de manière à ce qu'ils se consolident et sèchent.

Un procédé de traitement de plus en plus populaire est la filtration par laquelle un gâteau de filtration (donnant généralement de 23 à 27 % 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, s'attaquant aux principaux risques environnementaux.

Utiliser

Depuis que le procédé Bayer a été adopté industriellement pour la première fois 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 sont désormais financées par l'Union européenne dans le cadre du programme Horizon Europe . Plusieurs études ont été menées pour développer les usages des boues rouges. On estime que 3 à 4 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 des 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 spéciaux à base de sulfo-aluminate de calcium ont fait l'objet de recherches approfondies et sont bien documentées.

• Fabrication de ciment , utilisation dans le béton comme matériau cimentaire complémentaire. De 500 000 à 1 500 000 tonnes.
• Valorisation matière première de composants spécifiques présents dans le résidu : production de fer, de titane, d'acier et de terres rares (terres rares ). De 400 000 à 1 500 000 tonnes ;
• Recouvrement des décharges/routes/amélioration des sols – 200 000 à 500 000 tonnes ;
• Utilisation comme composant dans les matériaux de construction ou 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, briques, briques isolantes en mousse, tuiles, gravier/ballast de chemin de fer, engrais à base de calcium et de silicium, bouchage de décharges/restauration de site, récupération de lanthanides (terres rares), récupération de scandium, récupération de gallium, récupération d' yttrium , traitement de mines acides drainage, adsorbant de métaux lourds, colorants, phosphates, fluorure, traitement chimique de l'eau, vitrocéramique, céramique, verre moussé, pigments, forage pétrolier ou extraction de gaz, charge pour PVC , substitut de 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 2020, l'Institut international de l'aluminium a lancé une feuille de route pour maximiser l'utilisation des résidus de bauxite dans le ciment et le béton.

En 2015, une initiative majeure a été lancée en Europe avec des fonds de l'Union européenne pour aborder la valorisation des boues rouges. Une quinzaine de doctorants. les 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 terres rares (dont le scandium ) tout en valorisant les résidus en matériaux de construction.

En novembre 2020, le projet de recherche ReActiv: Industrial Residue Activation for Sustainable Cement Production a été lancé, il est financé par l'UE. L'une des plus grandes entreprises cimentières au monde, LafargeHolcim, en coopération avec 20 partenaires dans 12 pays européens, a lancé l'ambitieux projet ReActiv de 4 ans (reactivproject.eu). Le projet ReActiv créera une nouvelle chaîne de valeur symbiotique durable, reliant le sous-produit de l'industrie de production d'alumine et l'industrie de production de ciment. Dans ReActiv, des modifications seront apportées à la fois à la production d'alumine et au côté production de ciment de la chaîne, afin de les relier via les nouvelles technologies ReActiv. Ce dernier va modifier les propriétés du résidu industriel en le transformant en un matériau réactif (à activité pouzzolanique ou hydraulique) adapté à de nouveaux, bas CO
2empreinte, produits en ciment. De cette manière, ReActiv propose un scénario gagnant-gagnant pour les deux secteurs industriels (réduction des déchets et des émissions de CO
2 émissions respectivement).

Voir également

• Déchets chimiques
• Olivier Dubuquoy

Les références

Références supplémentaires

• MB Cooper, « Naturally Occurring 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 des particules fines", Int. J. Mineur. Processus., 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 traitée: études sur la compatibilité environnementale", Journal of Hazardous Materials, 117 (1), (2005), 55-63.
• H. Genc¸-Fuhrman, JC Tjell, D. McConchie, "Augmenter la capacité d'adsorption d'arséniate de la boue rouge neutralisée (Bauxsol™)", J. Colloid Interface Sci. 271 (2004) 313-320.
• H. Genc¸-Fuhrman, JC Tjell, D. McConchie, O. Schuiling, "Adsorption d'arséniate de l'eau à l'aide de boue rouge neutralisée", J. Colloid Interface Sci. 264 (2003) 327-334.

Liens externes et lectures complémentaires

• "Red Sludge" sur YouTube , de The Periodic Table of Videos (Université de Nottingham)
• Babel, S.; Kurniawan, TA. (février 2003). « Adsorbants à faible coût pour l'absorption de métaux lourds de l'eau contaminée : une revue ». J Hazard Mater . 97 (1–3) : 219–43. doi : 10.1016/S0304-3894(02)00263-7 . PMID  12573840 .