barro rojo

El lodo rojo , ahora denominado con mayor frecuencia residuo de bauxita , es un desecho industrial generado durante el procesamiento de la bauxita en alúmina mediante el proceso Bayer . Está compuesto por diversos compuestos de óxido , incluidos los óxidos de hierro que le dan su color rojo. Más del 97 % de la alúmina producida a nivel mundial se obtiene mediante el proceso Bayer; por cada tonelada ( 2200 lb ) de alúmina producida, se generan aproximadamente entre 1 y 1,5 toneladas (2200 a 3300 lb) de lodo rojo; el promedio mundial es de 1,23. La producción anual de alúmina en 2023 superó los 142 millones de toneladas (310 mil millones de libras), lo que resultó en la generación de aproximadamente 170 millones de toneladas (370 mil millones de libras) de lodo rojo. ^{[ 1 ]}      

Debido a este alto nivel de producción y a la elevada alcalinidad del material , si no se almacena correctamente, puede representar un importante riesgo ambiental. Por consiguiente, se están realizando importantes esfuerzos para encontrar mejores métodos de almacenamiento seguro y su tratamiento, como la valorización de residuos, con el fin de crear materiales útiles para el cemento y el hormigón . ^{[ 2 ]}

Con menos frecuencia, este material también se conoce como relaves de bauxita , lodo rojo o residuos de refinería de alúmina . Cada vez se utiliza más el nombre de bauxita procesada , especialmente cuando se emplea en aplicaciones de cemento.

El lodo rojo es un subproducto del proceso Bayer, el principal método para refinar la bauxita y obtener alúmina. La alúmina resultante es la materia prima para la producción de aluminio mediante el proceso Hall-Héroult . ^{[ 3 ]} Una planta de bauxita típica produce entre una y dos veces más lodo rojo que alúmina. Esta proporción depende del tipo de bauxita utilizada en el proceso de refinación y de las condiciones de extracción. ^{[ 4 ]}

Más de 60 plantas de fabricación en todo el mundo utilizan el proceso Bayer para producir alúmina a partir de bauxita. La bauxita se extrae, normalmente en minas a cielo abierto , y se transporta a una refinería de alúmina para su procesamiento. La alúmina se extrae utilizando hidróxido de sodio en condiciones de alta temperatura y presión. Se elimina la parte insoluble de la bauxita (el residuo), obteniéndose una solución de aluminato de sodio , a la que se le añade un cristal de hidróxido de aluminio y se deja enfriar, lo que provoca la precipitación del hidróxido de aluminio restante. Parte del hidróxido de aluminio se utiliza para la siguiente tanda, mientras que el resto se calcina (calienta) a más de 1000 °C (1830 °F) en hornos rotatorios o calcinadores de vaporización instantánea para producir óxido de aluminio (alúmina).  

El contenido de alúmina de la bauxita utilizada suele estar entre el 42 y el 50 %, pero se pueden utilizar minerales con un amplio rango de contenidos de alúmina. El compuesto de aluminio puede presentarse como gibbsita (Al(OH) _₃ ), boehmita (γ-AlO(OH)) o diásporo (α-AlO(OH)). El residuo presenta invariablemente una alta concentración de óxido de hierro , lo que le confiere al producto un característico color rojo. Una pequeña cantidad residual del hidróxido de sodio utilizado en el proceso permanece en el residuo, lo que provoca que el material tenga un pH/alcalinidad elevados, normalmente superiores a 12. En diversas etapas de los procesos de separación sólido-líquido, se recicla la mayor cantidad posible de hidróxido de sodio del residuo, reincorporándolo al proceso Bayer, con el fin de reducir los costes de producción y optimizar la eficiencia del proceso. Esto también disminuye la alcalinidad final del residuo, facilitando y haciendo más seguro su manejo y almacenamiento.

El lodo rojo se compone de una mezcla de óxidos sólidos y metálicos . El color rojo se debe a los óxidos de hierro , que pueden constituir hasta el 60 % de la masa. El lodo es altamente básico , con un pH que oscila entre 10 y 13. ^{[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]} Además del hierro, los otros componentes predominantes incluyen sílice , compuestos residuales de aluminio no lixiviados y óxido de titanio . ^{[ 6 ]}

Los principales componentes del residuo tras la extracción del aluminio son óxidos metálicos insolubles. El porcentaje de estos óxidos producido por una refinería de alúmina específica dependerá de la calidad y naturaleza del mineral de bauxita y de las condiciones de extracción. La tabla siguiente muestra los rangos de composición de los componentes químicos comunes, pero los valores varían considerablemente:

Expresados ​​mineralógicamente, los componentes presentes son:

En general, la composición del residuo refleja la de los componentes que no son de aluminio, con la excepción de parte del componente de silicio: la sílice cristalina (cuarzo) no reacciona, pero parte de la sílice presente, a menudo denominada sílice reactiva, reacciona en las condiciones de extracción y forma silicato de sodio y aluminio, así como otros compuestos relacionados.

Los métodos de almacenamiento de residuos han cambiado sustancialmente desde que se construyeron las plantas originales. En los primeros años, la práctica consistía en bombear el lodo, con una concentración de sólidos de aproximadamente el 20 %, a lagunas o estanques, a veces creados en antiguas minas de bauxita o canteras agotadas. En otros casos, se construían embalses con presas o diques , mientras que para algunas operaciones se represaban valles y se depositaba el residuo en estas áreas de almacenamiento. ^{[ 12 ]}

Antiguamente, era práctica común verter el lodo rojo en ríos, estuarios o el mar mediante tuberías o barcazas; en otros casos, los residuos se transportaban mar adentro y se depositaban en fosas oceánicas profundas a muchos kilómetros de la costa. A partir de 2016, se interrumpió todo vertido al mar, estuarios y ríos. ^{[ 13 ]}

A medida que se agotaba el espacio de almacenamiento de residuos y aumentaba la preocupación por el almacenamiento húmedo, desde mediados de la década de 1980 se ha adoptado cada vez más el apilamiento en seco. ^{[ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]} En este método, los residuos se espesan hasta formar una suspensión de alta densidad (48–55 % de sólidos o más) y luego se depositan de manera que se consoliden y se sequen. ^{[ 18 ]}

Un proceso de tratamiento cada vez más popular es la filtración, mediante la cual se produce una torta de filtración (que suele resultar en un 23-27% de humedad). Esta torta se puede lavar con agua o vapor para reducir la alcalinidad antes de ser transportada y almacenada como material semiseco. ^{[ 19 ]} El residuo producido en esta forma es ideal para su reutilización, ya que tiene menor alcalinidad, es más económico de transportar y es más fácil de manipular y procesar. Otra opción para garantizar un almacenamiento seguro es utilizar anfiroles para deshidratar el material una vez depositado y luego "acondicionarlo" utilizando equipos agrícolas como rastras para acelerar la carbonatación y, por lo tanto, reducir la alcalinidad. El residuo de bauxita producido después de la filtración por prensa y el acondicionamiento como se describió anteriormente se clasifica como no peligroso según la Directiva Marco de Residuos de la UE.

En 2013, Vedanta Aluminium , Ltd. puso en marcha una unidad de producción de polvo de lodo rojo en su refinería de Lanjigarh en Odisha , India , describiéndola como la primera de su tipo en la industria de la alúmina, que aborda importantes riesgos ambientales. ^{[ 20 ]}

Desde que el proceso Bayer se adoptó industrialmente por primera vez en 1894, se ha reconocido el valor de los óxidos restantes. Se han realizado intentos para recuperar los componentes principales , especialmente los óxidos de hierro . Desde que comenzó la extracción de bauxita , se ha dedicado una gran cantidad de esfuerzo de investigación a buscar usos para el residuo. Muchos estudios están siendo financiados actualmente por la Unión Europea en el marco del programa Horizonte Europa . Se han realizado varios estudios para desarrollar usos del lodo rojo. ^{[ 21 ]} Se estima que entre 3 y 4 millones de toneladas (6.6 a 8.8 mil millones de libras) se utilizan anualmente en la producción de cemento, ^{[ 22 ]} la construcción de carreteras ^{[ 23 ]} y como fuente de hierro. ^{[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]} Las aplicaciones potenciales incluyen la producción de hormigón de bajo costo, ^{[ 24 ]} la aplicación a suelos arenosos para mejorar el ciclo del fósforo , la mejora de la acidez del suelo , el sellado de vertederos y el secuestro de carbono . ^{[ 25 ] [ 26 ]}   

Se han investigado y documentado exhaustivamente revisiones que describen el uso actual de residuos de bauxita en clínker de cemento Portland , materiales cementicios suplementarios/cementos mezclados y cementos especiales de aluminato de calcio (CAC) y cementos de sulfoaluminato de calcio (CSA). ^{[ 27 ]}

• Fabricación de cemento , uso en hormigón como material cementante suplementario. De 500.000 a 1.500.000 toneladas (1.100 a 3.300 millones de libras) . ^{[ 28 ] [ 29 ]} 
• Recuperación de materia prima de componentes específicos presentes en el residuo: hierro, titanio, acero y producción de REE ( elementos de tierras raras ). De 400.000 a 1.500.000 toneladas;
• Sellado de vertederos/carreteras/mejora del suelo: de 200.000 a 500.000 toneladas; ^{[ 23 ]}
• Uso como componente en materiales de construcción (ladrillos, tejas, cerámica, etc.): de 100.000 a 300.000 toneladas;
• Otros (refractarios, adsorbentes, drenaje ácido de minas (Virotec), catalizadores, etc.) – 100.000 toneladas. ^{[ 30 ]}
• Uso en paneles de construcción, ladrillos, ladrillos aislantes espumados, tejas, grava/balasto ferroviario, fertilizantes de calcio y silicio, sellado de vertederos/restauración de sitios, recuperación de lantánidos (tierras raras), recuperación de escandio , recuperación de galio , recuperación de itrio , tratamiento de drenaje ácido de minas, adsorbente de metales pesados , colorantes, fosfatos, fluoruro, productos químicos para el tratamiento de agua, vitrocerámica, cerámica, vidrio espumado, pigmentos, perforación petrolera o extracción de gas, relleno para PVC , sustituto de la madera, geopolímeros , catalizadores , recubrimiento por pulverización de plasma de aluminio y cobre, fabricación de compuestos de titanato de aluminio- mullita para recubrimientos resistentes a altas temperaturas, desulfuración de gases de combustión , eliminación de arsénico, eliminación de cromo. ^{[ 31 ]}

En 2015, se lanzó en Europa una importante iniciativa con fondos de la Unión Europea para abordar la valorización del lodo rojo. Se reclutaron unos 15 estudiantes de doctorado como parte de la Red Europea de Formación (ETN) para la Valorización de Residuos de Bauxita con Cero Residuos. ^{[ 32 ]} El enfoque principal será la recuperación de hierro, aluminio, titanio y elementos de tierras raras (incluido el escandio ) al tiempo que se valoriza el residuo en materiales de construcción. Se ha formado una Asociación Europea para la Innovación para explorar opciones para el uso de subproductos de la industria del aluminio, BRAVO (Operaciones de Valorización de Residuos de Bauxita y Aluminio). Esta buscaba reunir a la industria con investigadores y partes interesadas para explorar las mejores tecnologías disponibles para recuperar materias primas críticas, pero no ha prosperado. Además, se ha asignado financiación de la UE de aproximadamente 11,5  millones de euros a un programa de cuatro años que comenzó en mayo de 2018 que examina los usos del residuo de bauxita con otros residuos, RemovAL. Un enfoque particular de este proyecto es la instalación de plantas piloto para evaluar algunas de las tecnologías interesantes de estudios de laboratorio anteriores. En el marco del proyecto H2020 RemovAl, está previsto construir una casa en la zona de Aspra Spitia, en Grecia, que estará hecha íntegramente con materiales procedentes de residuos de bauxita.

Otros proyectos financiados por la UE que han involucrado la recuperación de residuos de bauxita y desechos han sido ENEXAL (Energía-Exercia de la industria del aluminio) [2010–2014], EURARE (Recursos europeos de tierras raras) [2013–2017] y tres proyectos más recientes son ENSUREAL (Garantizar la producción sostenible de aluminio) [2017–2021], SIDEREWIN (Electroobtención sostenible de hierro) [2017–2022] y SCALE (Escandio – Aluminio en Europa) [2016–2020], un proyecto de 7  millones de euros para estudiar la recuperación de escandio a partir de residuos de bauxita.

En 2020, el Instituto Internacional del Aluminio lanzó una hoja de ruta para maximizar el uso de residuos de bauxita en cemento y hormigón. ^{[ 33 ] [ 34 ]}

En noviembre de 2020, se puso en marcha el proyecto de investigación ReActiv: Activación de Residuos Industriales para la Producción Sostenible de Cemento, financiado por la UE. Holcim , una de las mayores empresas cementeras del mundo, en colaboración con 20 socios de 12 países europeos, lanzó el ambicioso proyecto ReActiv, de cuatro años de duración (reactivproject.eu). El proyecto ReActiv creará una novedosa cadena de valor simbiótica y sostenible, que vinculará el subproducto de la industria de producción de alúmina con la industria de producción de cemento. En ReActiv se modificarán tanto la producción de alúmina como la de cemento para conectarlas mediante las nuevas tecnologías ReActiv. Estas últimas modificarán las propiedades del residuo industrial, transformándolo en un material reactivo (con actividad puzolánica o hidráulica) apto para la producción de cemento con bajas emisiones _de CO₂ . De esta forma, ReActiv propone una solución beneficiosa para ambos sectores industriales (reduciendo residuos y emisiones de CO₂ _, respectivamente). Un ejemplo es la cocalcinación de residuos de bauxita con arcillas caoliníticas, que proporciona una solución robusta para una amplia gama de residuos de bauxita y se relaciona bien con la situación tecnoeconómica en los sectores contemporáneos de alúmina y cemento . ^{[ 35 ] [ 36 ]}

Fluorchemie GmbH ha desarrollado un nuevo aditivo ignífugo a partir de residuos de bauxita. El producto se denomina MKRS (lodo rojo recarbonizado modificado) y cuenta con la marca comercial ALFERROCK®. Tiene potencial aplicación en una amplia gama de polímeros (PCT WO2014/000014). Una de sus ventajas principales es su capacidad para operar en un rango de temperatura mucho más amplio, de 220 a 350 °C (428 a 662 °F) , que otros retardantes de llama inorgánicos sin halógenos como el hidróxido de aluminio, la boehmita o el hidróxido de magnesio . Además de en sistemas poliméricos donde se pueden utilizar hidróxido de aluminio o hidróxido de magnesio, también ha demostrado ser eficaz en polímeros espumados como espumas de EPS y PUR en concentraciones de hasta el 60 %.  

En una forma sólida compacta adecuada, con una densidad de aproximadamente 3,93 gramos por centímetro cúbico (0,142 lb/pulg³ ) , se ha descubierto que ALFERROCK, producido por la calcinación de residuos de bauxita, es muy eficaz como medio de almacenamiento de energía térmica (WO2017/157664). El material puede calentarse y enfriarse repetidamente sin deteriorarse y tiene una capacidad térmica específica en el rango de 0,6 – 0,8 kJ/(kg·K) a 20 °C (68 °F) y de 0,9 – 1,3 kJ/(kg·K) a 726 °C (1339 °F) ; esto permite que el material funcione eficazmente en dispositivos de almacenamiento de energía para maximizar los beneficios de la energía solar, las turbinas eólicas y los sistemas hidroeléctricos. Se han desarrollado geopolímeros de alta resistencia a partir de lodo rojo. ^{[ 37 ]}      

Enfoque sostenible para el procesamiento de bauxita de baja ley

El proceso IB2 es una tecnología francesa desarrollada para mejorar la extracción de alúmina de la bauxita, especialmente de la de baja ley. Este método busca aumentar la eficiencia de la producción de alúmina a la vez que reduce el impacto ambiental típicamente asociado a este proceso, en particular la generación de lodo rojo y las emisiones de dióxido de carbono.

La tecnología IB2, patentada en 2019, ^{[ 38 ]} es el resultado de una década de investigación y desarrollo por parte de Yves Occello, antiguo químico de Pechiney. Este proceso mejora el proceso Bayer tradicional, utilizado durante más de un siglo para extraer alúmina de la bauxita. Presenta una disminución significativa en el consumo de sosa cáustica y una notable reducción en la producción de lodo rojo, minimizando así los residuos peligrosos y los riesgos ambientales.

Además de reducir la producción de lodo rojo, el proceso IB2 contribuye a disminuir las emisiones _de CO₂ , principalmente mediante el tratamiento optimizado de la bauxita de baja calidad. Al limitar la necesidad de importar bauxita de alta calidad, este proceso reduce la huella de carbono asociada al transporte del mineral. Asimismo, el proceso genera un subproducto que puede utilizarse en la producción de cementos ecológicos, promoviendo así el concepto de economía circular. ^{[ 39 ]}

El inventor de esta tecnología es el químico Yves Occello, quien fundó la empresa IB2 junto con Romain Girbal en 2017.

• Residuos químicos
• Olivier Dubuquoy
• Accidente en la planta de alúmina de Ajka

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• Babel, S.; Kurniawan, TA. (febrero de 2003). "Adsorbentes de bajo costo para la eliminación de metales pesados ​​del agua contaminada: una revisión". J Hazard Mater . 97 ( 1–3 ): 219–43 . Bibcode : 2003JHzM...97..219B . doi : 10.1016/S0304-3894(02)00263-7 . PMID 12573840 . 
• Brunori, Claudia; Cremisini, Carlo; Massanisso, Paolo; Pinto, Valentina; Torricelli, Leonardo (2005). "Reutilización de un residuo de bauxita de lodo rojo tratado: estudios sobre compatibilidad ambiental". Journal of Hazardous Materials . 117 (1): 55– 63. Bibcode : 2005JHzM..117...55B . doi : 10.1016/j.jhazmat.2004.09.010 . PMID 15621353 . 
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• Genç, Hülya; Tjell, Jens Christian; McConchie, David; Schuiling, Olaf (2003). "Adsorción de arseniato del agua utilizando lodo rojo neutralizado". J. Colloid Interface Sci . 264 (2): 327– 334. Bibcode : 2003JCIS..264..327G . doi : 10.1016/S0021-9797(03)00447-8 . PMID 16256648 . 
• Genç-Fuhrman, Hülya; Tjell, Jens Christian; McConchie, David (2004). "Aumento de la capacidad de adsorción de arseniato del lodo rojo neutralizado (Bauxsol™)". J. Colloid Interface Sci . 271 (2): 313– 320. Bibcode : 2004JCIS..271..313G . doi : 10.1016/j.jcis.2003.10.011 . PMID 14972607 . 

• Contenido multimedia relacionado con el lodo rojo en Wikimedia Commons.
• "Lodo rojo" en YouTube , de la Tabla Periódica de Vídeos (Universidad de Nottingham)
• Ciencia de los materiales metalúrgicos y diseño de aleaciones: ¿Qué es el lodo rojo y por qué es peligroso  ?