В западноирландском городе Лимерик, на месте алюминиевого завода, построена 500-метровая асфальтированная дорога в рамках эксперимента, который может помочь Европе сократить количество промышленных отходов.

Бетонный участок нефтеперерабатывающего завода в Огинише имеет фундамент, сделанный из материалов, содержащих остатки боксита, также известного как красный шлам.

грязные дела

Красная грязь — это то, что остается от производства алюминия — металла, который используется во всем: от кухонной фольги и пивных банок до электромобилей и фюзеляжей самолетов. Алюминий получают из боксита, глиноземистой породы, образовавшейся из красноватой глинистой почвы.

В то время как алюминий имеет множество коммерческих применений в современной жизни, остатки бокситов — нет. Навоз обычно попадает на свалки, занимает все больше места и представляет собой упущенную возможность переработки.

Группа исследователей получила финансирование ЕС, чтобы помочь решить эти три проблемы, и пришла к идее использовать остатки бокситов для строительства дорог на алюминиевом заводе в Огинише. Их проект под названием RemovAL продлился пять лет до апреля 2023 года.

«Захоронение мусора — это практика, от которой мы хотим отказаться», — сказал доктор Эфтимиос Баломенос, один из руководителей проекта. «Даже если окружающей среде нанесен нулевой вред, вы все равно используете много места и выбрасываете половину своего материала».

Простые цифры показывают испытание для промышленности и общества: каждая тонна произведенного алюминия приводит к образованию около двух тонн бокситового остатка.

Ежегодно в результате производства алюминия образуется около 150 миллионов тонн красного шлама во всем мире – или 20 килограммов на человека во всем мире. Из этого количества не более 3% перерабатывается, а остальное выбрасывается.

По данным Aluminium Stewardship Initiative, организации, устанавливающей стандарты, которая призывает к «прорывным решениям» для красного шлама, во всем мире хранится более 4 миллиардов тонн остатков бокситов, и к 2050 году эта цифра может более чем удвоиться до 10 миллиардов тонн.

Лаборатории идей

Боксит назван в честь французского города Ле-Бо, где в 1821 году была обнаружена руда.

Европа ежегодно производит около 7 миллионов тонн бокситовых остатков. Красная грязь накапливается, образуя искусственные холмы, которые дают ЕС возможность достичь своей цели по созданию экономики замкнутого цикла, включающей больше переработки и меньше отходов.

В мероприятии RemovAL приняли участие ряд академических и промышленных участников, включая Aughinish Alumina, Rio Tinto во Франции и греческую горнодобывающую и металлургическую компанию Mytilineos.

В рамках проекта были проведены демонстрации на промышленных площадках в Германии, Греции и Ирландии, проверялись идеи потенциального коммерческого использования остатков бокситов.

Главной целью было сократить количество отходов и сделать это таким образом, чтобы избежать больших дополнительных затрат.

«Наша цель состояла в том, чтобы достичь почти безубыточности и практически нулевых отходов», — сказал Баломенос, консультант Mytilineos.

Дороги впереди

Команда RemovAL продемонстрировала, что остатки бокситов можно использовать в качестве первого слоя фундамента или основания для дорог.

Основание дороги, обычно изготовленное из низкосортного щебня, лежит на земле и обеспечивает устойчивую платформу для следующего, более качественного слоя фундамента.

На нефтеперерабатывающем заводе в Огинише остатки бокситов укладывались, прессовались и выравнивались с помощью стандартной дорожно-строительной техники.

С момента постройки дорога контролировалась более года, чтобы убедиться в отсутствии утечки химикатов.

RemovAL также показал, что полезные материалы могут быть извлечены из остатков бокситов, что активизирует усилия ЕС по снижению зависимости от иностранных поставщиков основных промышленных товаров.

Обычно остаток боксита состоит примерно на две пятых из оксида железа, на одну пятую из оксида алюминия, на 6% кремнезема и на 5% титана. Красная грязь даже содержит редкоземельные элементы – группу из 17 металлических элементов с особыми свойствами, которые способствуют технологическому прогрессу в ряде отраслей промышленности.

«Это много материала, даже если рассматривать его просто как потенциальный источник железа», — сказал Баломенос.

На объектах в Греции и Норвегии в рамках проекта остатки бокситов плавились в электродуговой печи для получения железного сплава, пригодного для использования при производстве стали.

RemovAL также извлек редкоземельный скандий, используемый в аэрокосмической промышленности для обеспечения прочности и коррозионной стойкости компонентов.

После этого оставшийся остаток использовался для создания материала, который можно добавлять в смесь для цемента.

Несмотря на то, что демонстрации имели технический успех, Баломенос сказал, что препятствия в отношении затрат остаются – в основном потому, что варианты повторного использования остатков бокситов менее прибыльны, чем использование «первичного» сырья местного производства.

«В конце концов, захоронение мусора — единственный финансово жизнеспособный вариант для отрасли», — сказал он.

Баломенос сказал, что для экологизации алюминиевого сектора Европе необходимо будет предложить такие стимулы, как субсидии или правила, поощряющие использование остатков бокситов и других побочных продуктов металлургии вместо вновь добытого сырья.

Проблема металлических отходов в Европе выходит далеко за рамки алюминия.

Другие исследователи, поддерживаемые ЕС, сгруппированные в рамках проекта под названием NEMO, стремились найти коммерческое использование запасов отходов, образующихся в результате добычи меди, цинка, свинца и никеля.

По оценкам, в Европе имеется 28 миллиардов тонн рудных остатков, известных как хвосты прошлого производства этих металлов, и еще 600 миллионов тонн производятся каждый год.

Медь, цинк, свинец и никель жизненно важны для обеспечения перехода Европы к «зеленой» экономике. Без них были бы невозможны ветряные турбины, электромобили и многие другие экологически чистые технологии.

Но хвостохранилища имеют собственный экологический след. Эти отходы часто остаются в хвостохранилищах, содержат серу и – под воздействием дождя – производят серную кислоту.

«Эта серная кислота может начать вымывать потенциально опасные элементы в окружающую среду, почву и воду», — сказал доктор Питер Том Джонс, директор Левенского института устойчивых металлов и минералов в Бельгии. «Кислотный дренаж шахт является одной из наиболее важных проблем горнодобывающей промышленности при работе с сульфидными рудами».

Перспективная техника

Джонс был участником NEMO, который завершился в ноябре 2022 года спустя четыре с половиной года.

Исследователи использовали площадки в Финляндии и Ирландии, чтобы проверить осуществимость метода, известного как биовыщелачивание, позволяющего удалять ценные металлы из хвостов шахт и превращать оставшиеся отходы в материал, который не только более безопасен, но и может выступать в качестве добавки при производстве цемента.

Ценные металлы уже можно извлечь из хвостов с помощью процесса, называемого выщелачиванием. Химические вещества, обычно кислоты, используются для растворения металлов и выщелачивания их из отходов, чтобы их можно было восстановить.

Хотя биовыщелачивание похоже на химическое выщелачивание, оно заставляет живые организмы выполнять работу. Микробы питаются элементами шахтных отходов, а затем создают кислую среду, растворяющую металлы.

Этот процесс может оказаться дешевле и эффективнее, чем химическое выщелачивание.

Исследователи продемонстрировали, что биовыщелачивание является возможным способом извлечения металлов, таких как никель, из отходов переработки. А качество металла было бы достаточно, скажем, для производства аккумуляторов.

Они также обнаружили, что с помощью дополнительных процессов восстановления биовыщелачивание может извлекать ценные редкоземельные элементы из некоторых отходов горнодобывающей промышленности.

Кроме того, после биовыщелачивания отходы становятся менее кислыми и могут быть преобразованы в добавку для цементных смесей.

Вопросы о стоимости

Но, как и в случае с командой RemovAL, исследователи NEMO обнаружили, что эти процессы в настоящее время слишком дороги, чтобы быть коммерчески привлекательными.

«Одно дело — разработать технологию переработки отходов в восстановленные металлы и строительные материалы», — сказал Джонс. «Совершенно другое — сделать это экономически целесообразным способом».

Он сказал, что относительно небольшое количество критически важных металлов в хвостохранилищах означает, что эксплуатационные расходы, как правило, превышают потенциальные доходы, и что в результате добыча сырья часто оказывается более дешевым вариантом, особенно если она осуществляется в странах с низкими затратами, где экологические, социальные и управленческие стандарты (ESG) ниже.

Тем не менее, NEMO помогла разработать технологии, которые указывают путь к эффективному извлечению металлов из добытых материалов и очистке отходов.

При наличии правильной нормативно-правовой базы и стимулов биовыщелачивание и аналогичные новые технологии могут стать более экономичными. Между тем, эти процессы могут помочь Европе достичь цели по расширению поставок критически важного сырья за счет очистки хвостохранилищ и улучшения добычи руды.

Исследование, представленное в этой статье, финансировалось программой ЕС Horizon. Мнения опрошенных не обязательно отражают точку зрения Европейской комиссии. Если вам понравилась эта статья, пожалуйста, поделитесь ею в социальных сетях.

Эта статья была первоначально опубликована в Horizon, журнале ЕС по исследованиям и инновациям.