Červený kal

Červený kal alebo zvyšky bauxitu je priemyselný odpad, ktorý vzniká pri spracovaní bauxitu na oxid hlinitý pomocou Bayerovho procesu. Skladá sa z rôznych oxidových zlúčenín, vrátane oxidov železa, ktoré mu dodávajú červenú farbu. Viac ako 95% celosvetovo vyprodukovaného oxidu hlinitého pochádza z Bayerovho procesu; na každú vyrobenú tonu oxidu hlinitého sa vyprodukuje približne 1 až 1,5 tony červeného kalu. Ročná celosvetová produkcia oxidu hlinitého bola v roku 2021 viac ako 138 miliónov ton, čo viedlo k vytvoreniu viac ako 200 miliónov ton červeného kalu.

Vzhľadom na túto vysokú úroveň výroby a vysokú zásaditosť materiálu môže červený kal pri nesprávnom skladovaní predstavovať mimoriadne nebezpečenstvo pre životné prostredie. V dôsledku toho sa investuje značné úsilie do hľadania lepších metód bezpečného skladovania a zaobchádzania, ako je zhodnocovanie odpadu, aby sa vytvorili užitočné materiály pre cement a betón.

Zloženie 
Červený kal pozostáva z cenných materiálov, ako sú prvky vzácnych zemín, titán, železo a hliník. 

V tabuľke nižšie sú uvedené rozsahy zloženia bežných chemických zložiek:

Skutočné zloženie červeného kalu závisí od polohy bane, typu bauxitu a rôznych parametrov Bayerovho procesu. Hematit (Fe2O3), magnetit (Fe3O4), pyrit (FeS2), siderit (FeCO3) a goethit (FeO(OH)) sa považujú za hlavné minerály na ťažbu železa, ale dostupných je viac ako 300 minerálov, ktoré obsahujú železo.

Všetky doposiaľ skúmané techniky spojené, s využívaním červeného kalu, neboli prakticky použiteľné na recykláciu takého veľkého množstva aké produkujeme. Keďže železo, ktoré je najzastúpenejším prvkom červeného kalu, je vo forme oxidu alebo hydroxidu, ročne sa ho tak stratí približne 20 Mt, ktoré sa likvidujú s červeným kalom.

Produkcia 
Vo všeobecnosti sa na extrakciu oxidu hlinitého (Al2O3) používajú dva rôzne procesy výroby: spekanie a dobre známy Bayerov proces. Bayerov proces je priemyselný proces rafinácie bauxitu, ako aj výroby oxidu hlinitého. Navrhol ho Carl Josef Bayer, po ktorom je pomenovaný. Konkrétne predstavuje 95% produkcie oxidu hlinitého. Surový bauxit a žieravý lúh sa zmiešajú v prítomnosti vápna, aby sa dokončila fáza predbežného desilikovania udržiavaním teploty zmesi na približne 100 °C. Na spracovanie bauxitu sa ďalej používa horúci roztok hydroxidu sodného (NaOH), v dôsledku čoho sa oxid hlinitý premieňa na hydroxid hlinitý Al(OH)3. Ostatné prvky bauxitu sa nedokážu rozpustiť, v dôsledku toho sa po filtrácii roztoku vytvorí červený kal.

Použitie 
Odhaduje sa, že 3 až 4 milióny ton sa ročne spotrebuje na výrobu cementu, na stavbu ciest a slúžia tiež ako zdroj železa. Potenciálne aplikácie zahŕňajú výrobu lacného betónu, aplikáciu na piesčité pôdy na zlepšenie kolobehu fosforu, zlepšenie kyslosti pôdy, zakrytie skládok a sekvestráciu uhlíka.

Cement 
Červený kal z procesu spekania pozostáva hlavne z β-2CaO·SiO2 a považuje sa za jedno z bežných želírovacích činidiel, ktoré sa používajú na výrobu stavebných materiálov. Cementáreň prevádzkovaná spoločnosťou Shandong Aluminium Co. v Číne bola založená v roku 1965 na spotrebu bauxitových zvyškov. Jej kapacita na výrobu cementu výrazne vzrástla v roku 1985 až na 1 100 tisíc ton ročne. Ich vysokokvalitný ropný vrt a portlandský cement sa vyrábali so zvyškami bauxitu. Do roku 1998 sa na výrobu cementu spotrebovalo značné množstvo červeného kalu v objeme viac ako 6 miliónov ton.

Sklokeramické obklady 
Tradične sú sklokeramické výrobky drahé a vyrábajú sa z čistých surovín. Správnym využitím a správnou recykláciou červeného kalu je možné dosiahnuť výrobou sklokeramiky alebo skla. Červený kal, ktorý bol vyrobený v procese spekania môže obsahovať rôzne minerálne zdroje vrátane Al2O3, Fe2O3, CaO, TiO2 a SiO2. Chemická štruktúra červeného kalu je teda dosť podobná vyrábanej sklokeramike. Preto sa uskutočnilo množstvo výskumných štúdií, ktoré hodnotili kompatibilitu červeného kalu pri výrobe sklokeramiky a skla. Z popolčeka a červeného kalu bola úspešne vyrobená sklokeramika známa ako CaO-SiO2-Al2O3. Červený kal bol bohatý na oxid vápenatý (CaO) a popolček bol tuhý odpad z elektrostatického odlučovača v elektrárni na spaľovanie uhlia. Výsledky ukázali, že prítomnosť červeného kalu a popolčeka v sklokeramike bola pomerne vysoká (asi 85 hm.%), čo viedlo k nižšej spotrebe surovín a teda aj ku zníženiu nákladov, ako aj ku vyšším prínosom pre životné prostredie.

Pálené a nepálené stavebné materiály 
Uskutočnilo sa niekoľko štúdií s cieľom preskúmať potenciálnu recykláciu červeného kalu ako stavebného materiálu. Pálené tehly sa vyrábali aplikovaním červeného blata z Bayerovho procesu, ktoré boli schopné spĺňať štandardy bežných pálených tehál. Vyrábali sa tehly rôznej kvality, vrátane nepálených a parou netvrdených tehál, keramických glazovaných dlaždíc, dekoratívnych tehál s čiernymi peletami a popolčekových tehál. Červený kal bol použitý na výrobu nepálených tehál a tehál netvrdených parou a v tomto procese bolo ako spojivo použité vápno a cement a nasledovala metóda prirodzeného vytvrdzovania a lisovania. Okrem toho dve rôzne spoločnosti so sídlom v Číne boli samostatne schopné dosiahnuť výrobné procesy nepálených tehál a tehál nevytvrdených parou recykláciou červeného kalu a popolčeka.

Katalyzátor 
Červený kal sa považuje za potenciálny katalyzátor a za dobrú alternatívu k súčasným komerčným katalyzátorom. Vďaka významným vlastnostiam červeného kalu je možné s ním zaobchádzať ako s atraktívnou možnosťou katalyzátora pre rôzne reakcie. Medzi špecifické vlastnosti červeného kalu patrí: jeho nízka cena, odolnosť proti spekaniu, vysoký obsah oxidu železitého.

Vplyv červeného kalu na životné prostredie 

Spomedzi osemdesiatich štyroch závodov na výrobu oxidu hlinitého po celom svete, sedem závodov vysypáva červený kal do mora kvôli nedostatočnému množstvu vhodnej pôdy. Likvidácia červeného kalu môže spôsobiť vážne znečistenie životného prostredia, napríklad zaschnutý a zaprášený červený kal, vytvára znečistenie ovzdušia z povrchov skládky. Niektoré z rozpustných zlúčenín v červenom kale, ako je uhličitan sodný, hydroxid sodný a hydrogénuhličitan sodný, sa môžu rozpúšťať s dažďovou vodou a znečisťovať tak krajinu a rieky. V dôsledku toho sú dopady červeného bahna na životné prostredie pomerne rozsiahle. Okrem toho môžu byť úrovne rozpustnosti Fe a Al vysoké bez zníženia a odvodnenia pH, čo môže byť priamym rizikom pre rast rastlín.

Zaplavenie Kolontáru a okolia červeným kalom 
Jedna z najznámejších a dobre zdokumentovaných katastrof súvisiacich s červeným kalom sa stala v Maďarsku 4. októbra 2010, keď sa zrútil priehradný múr rafinérie Ajka, čo malo za následok zaplavenie okolia červeným kalom. Približné množstvo uvoľneného červeného kalu bolo jeden milión kubických metrov. Tento incident bol zodpovedný za kontamináciu 40 štvorcových kilometrov pôdy. Pri tragédii zahynulo deväť ľudí a 122 ľudí bolo ťažko zranených. Najbližšia rieka Marcal, zaznamenala značný úbytok živých tvorov v dôsledku kontaminácie červeným kalom a toto znečistenie rýchlo zasiahlo aj rieku Dunaj. Dlhodobé vplyvy úniku na životné prostredie boli po úsilí maďarskej vlády o nápravu vo výške 127 miliónov eur len malé.

Incidenty s červeným kalom v rôznych krajinách

Referencie

Hliník
Odpady
Znečistenie