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.Annual statistics collected and published by World Aluminium. http://www.world-aluminium.org/statistics/alumina-production/

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: 
Fe2O3	5 - 60%, Al2O3	5 - 30%, TiO2	0.3 - 15%, CaO	2 - 14%, SiO2	3 - 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.K Evans, E. Nordheim and K. Tsesmelis, "Bauxite Residue Management", Light Metals, 63-66(2012).

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.G. Power, M. Graefe and C. Klauber,"Bauxite residue issues: Current Management, Disposal and Storage Practices", Hydrometallurgy, 108, 33-45 (2011). 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.B. G. Purnell, “Mud Disposal at the Burntisland Alumina Plant”. Light Metals, 157 – 159. (1986).H. H. Pohland and A. J. Tielens, “Design and Operation on Non-decanted Red Mud Ponds in Ludwigshafen”, Proc. Int. Conf. Bauxite Tailings, Kingston, Jamaica (1986).E. I. Robinsky, “Current Status of the Sloped Thickened Tailings Disposal System”, Proc. Int. Conf. Bauxite Tailings, Kingston, Jamaica (1986).J. L. Chandler, “The Stacking and Solar Drying Process for disposal of bauxite tailings in Jamaica”, Proc. Int. Conf. Bauxite Tailings, Kingston, Jamaica (1986). 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.“Bauxite Residue Management: Best Practice”, published by World Aluminium the European Aluminium available from the International Aluminium Institute, 10 King Charles II Street, London, SW1Y 4AA, UK and on line from http://bauxite.world-aluminium.org/refining/bauxite-residue-management.html

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.K. S. Sutherland, "Solid/Liquid Separation Equipment", Wiley-VCH, Weinheim (2005). 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. 

Kegunaan
Sejak proses Bayer mula diterima pakai dalam industri pada 1894, nilai oksida yang tinggal di dalam sisa bauksit sekarang lebih diiktirafkan. Pelbagai usaha telah dibuat untuk memulihkan semula komponen utama, terutamanya besi. Sejak permulaan era perlombongan, usaha penyelidikan yang meluas telah dikhususkan untuk mencari kegunaan sisa bauksit. Aplikasi yang berpotensi tinggi boleh dibahagikan pada pelbagai kategori: penghasilan semula komponen spesifik yang tampak di dalam sisa bauksit, contohnya besi, titanium, unsur nadir bumi; pengitaran and pengunaan sisa bauksit sebagai komponen utama dalam pembuatan produk lain, contohnya simen; pengitaran and pengunaan sisa bauksit sebagai komponen dalam bangunan atau bahan binaan, contohnya konkrit, jubin, batu-bata, tanah tutupan; dan pengubahan sisa bauksit kepada bahan berguna, contohnya melalui process Virotec.

Rangkaian komposisi yang luas telah mencetuskan sebilangan aplikasi teknikal yang berdaya maju termasuk: pembuatan simen, pengunaan sisa bauksit dalam konkrit sebagai bahan tambahan, penghasilan semula besi serta titanium, pengunaan di dalam panel bangunan, batu-bata, batu-bata yang dilindungi dengan foam, jubin, batu kerikil/landasan ballast, ameriolisasi tanah, baja kalsium dan silikon, bahan buangan tutupan/pemulihan tapak perlombongan dan pembinaan, penghasilan semula lanthanides (unsur nadir bumi), penghasilan semula skandium, penghasilan semula gallium, penghasilan semula yttrium, rawatan saliran lombong berasid, adsorben logam berat, pewarna, fosfat, fluorid, bahan kimia untuk pembersihan air, seramik kaca, seramik, kaca foam, pigmen, penggerudian minyak atau pengekstrakan gas, pengisi untuk PVC, pengganti kayu,  geopolimer, pemangkin,  kot semburan plasma menggunakan aluminium dan kuprum, pembuatan komposit aluminium titanate-Mullit untuk lapisan yang boleh bertahan dalam suhu tinggi , pengeluaran sulfur daripada gas serombong industri, penyingkiran arsenik, penyingkiran kromium, ameliorisasi tanah.B. K. Parekh and W. M. Goldberger, “An assessment of technology for the possible utilization of Bayer process muds”, published by the U. S. Environmental Protection Agency, EPA 600/2-76-301.

Dianggarkan sebanyak 2 hingga 3.5 juta tan sisa bauksit dihasilkan setiap tahun adalah digunakan secara:

 Simen - 500,000 hingga 1,500,000 tan;Y.Pontiles and G.N. Angelopoulos "Bauxite residue in Cement and cementious materials", Resourc. Conserv. Recyl. 73, 53-63 (2013).Y.Pontiles, 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).

 Bahan mentah dalam pengeluaran besi dan keluli - 400,000 hingga 1,500,000 tan;

 Tutupan tapak pelupusan/jalan raya/ ameliorasasi tanah - 200,000 hingga 500,000 tan;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).

 Bahan binaan (batu-bata, jubin, seramik dan lain-lain) - 100,000 hingga 300,000 tan;

 Lain-lain (refraktori, adsorben, saliran lombong berasid (Virotec), pemangkin dan lain-lain.) - 100,000 tan. 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. 

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).http://etn.redmud.org/project/ 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

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.

Kategori:Mineral