Sisa bauksit

Sisa bauksit atau buangan bekas lombong bauksit, atau lebih dikenali sebagai sisa kilang penghasilan alumina (ARR) adalah produk sampingan daripada pengeluaran alumina (aluminium oksida, Al₂O₃). ARR merupakan bahan mentah utama dalam penghasilan logam aluminium, antara kegunaannya termasuk dalam pembuatan seramik, produk pengkakisan dan produk refraktori. Skala penjanaan sisa bauksit pada zaman sekarang merupakan salah satu faktor utama yang menjadikannya antara bahan buangan yang penting untuk diselidik dan dikaji. Berikutan itu, kajian masa kini menumpu pada isu penyimpanan dan cara mengitarkan semula sisa bauksit untuk digunakan semula. Sebanyak 95% alumina yang dihasilkan di seluruh dunia melalui proses bayer; dan untuk setiap satu tan alumina yang dihasil melalui proses ini, sebanyak 1 hingga 1.5 tan sisa bauksit turut dihasilkan. Pengeluaran tahunan alumina pada 2014 adalah lebih kurang 108 juta tan, dan sebanyak 135 juta tan sisa bauksit telah dihasilkan.

Pengeluaran

Terdapat lebih daripada 60 operasi pengeluaran di seluruh dunia yang mengunakan proses Bayer untuk mengeluarkan alumina daripada bijih bauksit. Bijih bauksit dilombong lazimnya melalui kaedah lombong dedah dan kemudian dihantarkan ke kilang penghasilan alumina (ARR) untuk diproses. Alumina diekstrak melalui proses pelarutan bijih bauksit dalam natrium hidroksida serta diletakkan pada suhu dan tekanan tinggi. Sebahagian komponen bauksit yang sukar dilarut (iaitu sisa bauksit) dikeluarkan daripada proses, dan larutan natrium aluminat yang telah dihasilkan kemudian akan melalui proses pembenihan dan penurunan suhu dan seterusnya menjana semula natrium hidroksida melalui pemendakan di dalam larutan tersebut. Walaupun sebahagian daripada aluminium hidroksida dipulangkan kepada proses untuk digunakan sebagai pembenih untuk proses berikutnya, selebihnya dihantar untuk dikalsinkan (dipanaskan) dalam suhu yang melebihi 1000ᵒC untuk menghasilkan aluminium oksida (alumina). Kandungan alumina dalam sisa bauksit adalah sebanyak 50% tetapi bijih bauksit yang mengandungi alumina dalam rangkaian yang luas boleh turut digunakan, sebatian aluminium boleh wujud sebagai gibbsit (Al(OH)₃), bohmit (AlOOH) or diaspora (AlOOH). Sisa atau buangan bekas lombong bauksit biasanya mengandungi sejumlah besi oksida yang tinggi dan kerana itu produk yang dihasilkan mempunyai ciri warna merah. Sejumlah baki kecil natrium hidroksida ditinggalkan di dalam sisa bauksit menyebabkan pH atau kealkalian sisa bauksit lebih daripada 12. Bermacam-macam peringkat diperkenalkan di dalam proses pengasingan cecair dan pepejal untuk memastikan natrium hidroksida dikitar semula sebanyak mungkin daripada sisa bauksit untuk menjamin proses Bayer yang efisien dan menurunkan kos pengeluaran alumina. Justeru itu, kealkalian produk yang rendah pada peringkat terakhir juga membantu sisa bauksit supaya sisa lebih mudah dikendalikan.

Komposisi

Antara bahan sisa bauksit selepas menghabiskan proses ekstrasi komponen aluminium adalah baki oksida logam yang tidak bertindakbalas dalam proses kimia dahulunya. Peratus kandungan oksida yang dihasilkan daripada industri alumina tertentu bergantung pada kualiti dan jenis bijih bauksit dan keadan pengekstrakan yang berbeza. Rantaian komposisi unsur-unsur boleh berbeza secara meluas tetapi biasanya: 
Fe₂O₃5 - 60%, Al₂O₃5 - 30%, TiO₂0.3 - 15%, CaO2 - 14%, SiO₂3 - 50% and Na₂O 1 - 10%.
Objektif proses Bayer ini terutamanya menumpu pada pengeluaran dan ekstrasi sebanyak mungkin komponen yang mengandungi aluminium secara kaedah yang ekonomikal. Kebanyakkannya,  bahan daripada sisa bauksit mencerminkan kehadiran komponen bukan aluminium, dengan pengecualian sebahagian daripada komponen silikon: hablur kristal silika (kuarza) tidak akan bertindak-balas tetapi sebahagian kecil mineral silika yang masih kekal, sering diistilahkan, silika reaktif, akan bertindak balas di bawah syarat-syarat pengekstrakan tertentu dan kemudian menghasilkan produk sampingan natrium aluminium silikat. 
Dari segi kajian mineral, komponen yang hadir termasuk: Sodalit 3Na₂O.3Al₂O₃.6SiO₂.Na₂SO₄) 4 - 40%; Aluminous-gothit (aluminium ferum oksida) 10 - 30%; Hematit (ferum oksida) 10 - 30%; Silika, kristal & amorfus 5 - 20%; Trikalsium aluminat (3CaO.Al₂O₃.6H₂O) 2 - 20%; Bohmit (AlO(OH)) 0 - 20%; Titanium Dioksida 2 - 15%; Muskovit (K₂O.3Al₂O₃. 6SiO₂.2H₂O) 0 - 15%; Kalsium karbonat 2 - 10%; Gibbsit (Al(OH)₃) 0 - 5%; Kaolinit (Al₂O₃. 2SiO₂.2H₂O) 0 - 5%.

Kawasan penyimpanan sisa bauksit

Kaedah penyimpanan sisa mengalami perubahan ketara sejak kilang asal dibina. Amalan pada tahun-tahun terdahulu adalah dengan mengepam lumpur sisa bauksit pada kepekatan larutan sebanyak 20% pepejal, ke dalam lagun atau kolam yang dibuat di kawasan buangan bekas lombong bauksit ataupun bekas lombong kuari. Dalam kes lain, pembendungan dibina daripada empangan ataupun tetambak, sementara ada juga yang mebina empangan daripada lembah sungai dan sisa bauksit didepositkan dalam kawasan penyimpanan sementara.
Antara amalan umum dalam pengurusan lumpur sisa bauksit melibatkan pembebasan lumpur ke sungai, estuari, ataupun laut melalui saluran paip atau baj; dan contoh lain pula melibatkan lumpur dihantar mengunakan kapal ke lautan dan dilupuskan ke lautan dalam yang berkilometer jauhnya di luar pesisiran. Semua pelupusan di lautan, muara dan sungai sudah diberhentikan. Sejak ruangan tempat penyimpanan sisa kian menurun dan kebimbangan berkenaan teknik penyimpanan basah meningkat, maka pada tahun 1980-an, teknik penyimpanan kering lebih digemari oleh industri. Teknik ini memastikan lumpur sisa bauksit ditebalkan ke lumpur berkepadatan tinggi (48-55% pepejal dan lebih tinggi) yang kemudian akan didepositkan secara kaedah yang akan membantu sisa bauksit mengeras dan mengering.
Salah satu kaedah penyimpanan sisa bauksit yang popular adalah melalui teknik penapisan dengan menghasilkan kek penapis sisa bauksit (kira-kira >30% pepejal). Kek sisa tapisan ini boleh dibasuh dan dibersihkan sama ada melalui air atau wap untuk mengurangkan kealkalian sisa sebelum diangkut dan dihantar untuk disimpan sebagai bahan separa kering. Sisa bauksit yang dihasilkan melalui kaedah ini paling sesuai untuk digunakan semula dan dikitarkan kerana kehadiran alkali yang rendah, kos pengangkutan yang lebih murah dan mudah untuk dikendalikan dan diproses.

Perkembangan di EU

Pada 2015, suatu inisiatif utama telah dilancarkan di Eropah dengan dana Kesatuan Eropah untuk menangani pengunaan  sisa bauksit. Kira-kira 15 pelajar Ph.D telah diambil sebagai sebahagian daripada Latihan Rangkaian Eropah untuk pengunaan sisa bauksit secara menyeluruh dan tanpa meninggalkan baki sisa (Zero-Waste Valorisation). Fokus utama adalah dalam penghasilan semula besi, aluminium, titanium dan unsur-unsur nadir bumi (termasuk skandium) serta pengunaan sisa bauksit di dalam bahan binaan.

Rujukan tambahan

“Bauxite Residue Management: Best Practice”, boleh didapati di Institut Aluminium Antarabangsa, 10 King Charles II Street, London, SW1Y 4AA, UK dan secara dalam talian di http://bauxite.world-aluminium.org/refining/bauxite-residue-management.html
Data tentang pengeluaran aluminium dan aluminium oksuda dunia. http://www.world-aluminium.org
B. K. Parekh and W. M. Goldberger, “An assessment of technology for the possible utilization of Bayer process muds”, diterbitkan oleh Agensi Perlindungan Alam Sekitar A.S., EPA 600/2-76-301.
Wanchao Liu, Jiakuan Yang, Bo Xiao, “Review on treatment and utilization of bauxite residues in China”, dalam Int. J. of Mineral Processing, 93 220-231 (2009).
M.B. Cooper, “Naturally Occurring Radioactive Material (NORM) in Australian Industries”, laporan EnviroRad ERS-006 yang disediakan untuk Majlis Penasihat Kesihatan dan Keselamatan Radiasi Australia (2005).
Y.Pontikes, G.N. Angelopoulos, B. Blanpain, “Radioactive elements in Bayer’s process bauxite residue and their impact in valorization options”, Transportation of NORM, NORM Measurements and Strategies, Building Materials, Advances in Sci. and Tech, 45 2176-2181 (2006).
W.K.Biswas and D. J. Cooling, “Sustainability Assessment of Red SandTM as a substitute for Virgin Sand and Crushed Limestone”, J. of Ind. Ecology, 17(5) 756-762 (2013).
Agrawal, K.K. Sahu, B.D. Pandey, "Solid waste management in non-ferrous industries in India", Resources, Conservation and Recycling 42 (2004), 99–120.
Jongyeong Hyuna, Shigehisa Endoha, Kaoru Masudaa, Heeyoung Shinb, Hitoshi Ohyaa, "Reduction of chlorine in bauxite residue by fine particle separation", Int. J. Miner. Process., 76, 1-2, (2005), 13-20.
Claudia Brunori, Carlo Cremisini, Paolo Massanisso, Valentina Pinto, Leonardo Torricelli, "Reuse of a treated red mud bauxite waste: studies on environmental compatibility", Journal of Hazardous Materials, 117(1), (2005), 55-63.
H. Genc¸-Fuhrman, J.C. Tjell, D. McConchie, "Increasing the arsenate adsorption capacity of neutralized red mud (Bauxsol™)", J. Colloid Interface Sci. 271 (2004) 313–320.
H. Genc¸-Fuhrman, J.C. Tjell, D. McConchie, "Adsorption of arsenic from water using activated neutralized red mud", Environ. Sci. Technol. 38 (2004) 2428–2434.
H. Genc¸-Fuhrman, J.C. Tjell, D. McConchie, O. Schuiling, "Adsorption of arsenate from water using neutralized red mud", J. Colloid Interface Sci. 264 (2003) 327–334.