Crveni mulj: opasan otpad ili vredna sirovina?

„WASTE IS ONLY WASTE IF YOU WASTE IT – OTHERWISE IT IS RESOURCE“

Tokom poslednjih decenija prošloga veka, na svetskom nivou je sazrela svest da je jedan od prioritetnih problema čovečanstva potreba očuvanja i unapređenja zaštite životne sredine. Većina industrija baziranih na tradicionalnoj proizvodnji koristi prirodne resurse za svoje proizvodne procese, a kao sporedni rezultat nastaju otpadne materije koje imaju značajan negativni uticaj na životnu sredinu. Evidentno je da su tradicionalni načini proizvodnje neodrživi, jer priroda nije izvor neograničenih resursa sa jedne strane, i ne može da absorbuje sve emisije industrijskih aktivnosti, sa druge strane.

U našoj zemlji i regionu postoje brojni primeri industrijske proizvodnje koja je bazirana na zbrinjavanju ili upotrebi otpadnih materijala kao sirovine, što je u skladu sa svetskim trendovima, ali i brojnim evropskim regulativama.

Jedan od značajnih primera je reciklaža tetrapaka kroz proizvodnju vodootpornih eko-ploča, koje su odličan termoizolacioni građevinski materijal. Ove ploče pretežno se primenjuju u konstrukcijama spoljašnjih i unutrašnjih zidova, za oblaganje raznih vrsta podova i kao finalne obloge zidova i plafona i nadgradnju stambenih objekata.

Još jedna od značajnih primera upotrebe otpada kao sirovine je postupak reciklaže iskorištenih pneumatika. Naime, nakon tretmana otpadnih guma dobija se materijal koji se koristi za izradu novih proizvoda kao što su obloge za izolaciju krovova, zvučne barijere u građevinarstvu, vodootporne membrane, podloge za sportske terene i igrališta i kao dodatak asfaltu radi povećanja bezbednosti kočenja vozila.

Sa obzirom na to da se u Republici Srbijii godišnje proizvede preko 6 miliona tona pepela, sve je više istraživanja vezanih za iskorišćenje ovog materijala kao vredne sirovine. Nažalost, iako je veoma aktuelan problem odlaganja i upotrebe pepela, ne samo kod nas nego i u regionu, samo mala količina ove sekundarne sirovine se upotrebljava u cementnoj industriji. U svetu, za razliku od našeg regiona, upotreba kvalitetnog pepela, odnosno pepela sa malim sadržajem organske materije, veoma je raširena. Na Bliskom i Dalekom istoku postoji i razvijeno tržište kojem nedostaje preko 300.000 tona pepela mesečno i njegova prosečna cena je 20$/t.

CRVENI MULJ I EKOLOŠKA KATASTROFA

Usled očigledne opasnosti od zagađenja industrijskim nusproduktima na svetskom nivou, razvila se i potreba za adekvatnom i efikasnom zaštitom životne sredine na regionalnom nivou. Nakon 2010. godine i ekološke katastrofe izlivanja crvenog mulja u blizini Kolontára u Mađarskoj, došlo je do značajnog osvešćivanja celog regiona da je problem odlaganja crvenog mulja regionalni, a ne lokalni problem i da floskula: „Nije kod nas, nije se ni desilo.“ Nikad više ne može i ne sme biti opravdanje za neiznalaženje novih upotreba ovog opasnog otpada, i njegovu upotrebu kao potencijalno veoma vrednu sirovinu.

Crveni mulj je visokoalkalna koloidna suspenzija, zaostala nakon prerade boksita u glinicu po Bayer-ovom postupku. U crvenom mulju postoji veliki broj jedinjenja, od kojih deo vodi poreklo iz boksita, a ostali su sintetisani usled delovanja procesnih uslova na boksit. Uprkos višestrukom ispiranju, crveni mulj zadržava snažan alkalitet usled prisustva zaostale baze i čitavog niza alkalnih jedinjena, a njegova pH vrednost je uglavnom u rasponu 10,5 – 12,5. Visoka bazičnost je jedan od najznačajnijih faktora koji utiču na probleme njegove upotrebe kao sirovine u drugim granama industrije.

U pomenutoj nesreći u blizini Kolontára u Mađarskoj, crveni mulj iz pogona glinice „Ajka“ se izlio u okolna sela. Na dan katastrofe, 10 ljudi je poginulo, a oko 150 je povređeno. Za razliku od drugih otpadnih materijala, crveni mulj ne sadrži vrlo visoke vrednosti teških metala (oko 7 puta veće od nivoa u nezagađenom zemljištu) i Mađarska akademija nauka izjavila je da se koncentracije teških metala ne smatra opasnom po životnu sredinu, a glavna šteta uzrokovana je veoma visokom pH vrijednošću mulja koja je i bila odgovorna za ozbiljne opekotine ljudi i životinja, te izumiranje biljnih i životinjskih vrsta u okolnim vodama i u kontaminiranom tlu.

„Teške posledice ekološke katastrofe u Mađarskoj“, „Dunav valja otrovni mulj prema Srbiji“, „Otrovni crveni mulj“, „Crveni mulj preti Dunavu“, „Izlivanje crvenog mulja jedna od najvećih ekoloških katastrofa u istoriji“, su samo od nekih naslovnih vesti koje su se tih dana pojavile u medijima.

Iako u Srbiji nema postrojenja koja eksploatišu i prerađuju aluminijum, nesreća u Mađarskoj nas je naučila da itekako treba da se bavimo temom upotrebe crvenog mulja i njegovom valorizacijom. Takođe, osim u Mađarskoj, u susedstvu takođe postoje taložišta nus produkata prerade aluminijuma (crveni mulj), na drugoj strani Drine, kod Zvornika (fabrika „Alumina“), kao i ogromno taložište u Crnoj Gori, pored kombinata aluminijuma „Podgorica“. Procenjeno je da u našem regionu postoji ukupno taložište crvenog mulja od 85,2 miliona tona, što je svakako činjenica koja zahteva i uključivanje Srbije u iznalaženju rešenja, od kojih je jedno leži upravo u razvoju novih proizvoda na bazi crvenog mulja.

Jedan od aktuelnih projekata finansiran od strane evrospke unije u koji su uključeni naučnici iz Srbije sa Tehnološkog fakulteta u Novom Sadu, a koji okuplja i druge regionalne akademske institucije, proizvođače alumine i razvojne insitute, bavi se valorizacijom, evaluacijom i upotrebom crvenog mulja. U pitanju je projekat RIS-RESTORE – Evaluation of Red Mud Tailings in the ESEE region (http://ris-restore.zag.si), kojim rukovodi Zavod za gradbeništvo Slovenije iz Ljubljane, a koji je finansiran od strane Evropske unije u okviru EIT RawMaterials, Horizon 2020. Ovaj projekat okuplja značajne aktere u procesu generisanja, evaluacije i moguće primene crvenog mulja u regionu, a široka raspotranjenost regionalnih partnera za rezultat ima iskorišćenje opasnog materijala kao vrednog resursa.

VREDNOST CRVENOG MULJA I NJEGOV POTENCIJAL

Crveni mulj sadrži oko 15% preostalog aluminijuma i oko 40% gvožđa čija ekstrakcija iz crvenog mulja nije komercialno isplativa. U crvenom mulju su prisutni i minerali titana (rutil i anatas) kojih ima do oko 10%. Ono što crveni mulj čini veoma interesantnim, kao potencijalnu sirovinu, je prisustvo retkih metala skandijuma, itrijuma i REE (metali retkih zemalja) kojih samo u podgoričkom crvenom mulju ima oko 1,5 kg po toni crvenog mulja.

Prisustvo metala retkih zemalja, crveni mulj čini veoma interesatnim ne samo sa espekta očuvanja životne sredine, već i kao snažan ekonomski adut. Naime, ovi metali se koriste u proizvodnji gotovo svega, od uređaja visoke tehnologije do borbenih avion i svih vrsta elektronske opreme, posebno telefona, zbog čega predstavljaju moćno ekonomsko oruđe.

Pored navedenog, u crvenenom mulju značajno je i prisustvo Nd i Dy (neodijum i disprozijum) koji se koriste za proizvodnju supermagneta i Sc (skandijum) koji se koristi u aluminijumskim legurama.

Na kraju i sam mineraloški sastav uz adekvatnu valorizaciju i postavljanje procesnih parametara, crveni mulj smešta u poziciju vredne sirovine u proizvodnji keramičkih materijala. Nažalost, veći deo istraživanja na reginalnoj i evropskoj mapi i dalje je na laboratorijskom nivou, uz samo par sporadičnih malih industrijskih proizvodnji.

Uzimajući u obzir karakteristike i osnovna svojstva crvenog mulja kao i potencijale njegove primene, osim ekstrakcije veoma značajnih elemenata retkih zemalja, ovaj materijal može još da se koristi kao sredstvo za koagulaciju, kao absorbent i katalizator, ali i kao dodatak u proizvodnji cementa, te za proizvodnju različitih keramičkih materijala (keramičkih pločica, staklo keramike, opeka, blokova) ali i za dobijanje fero-titanijuma oblaganjem metala gvožđa i aluminjuma.

CRVENI MULJ – VREDNA SIROVINA U PROIZVODNJI KERAMIČKIH MATERIJALA

Postoje dva različita pristupa proizvodnji keramičkih materijala na bazi crvenog mulja, u zavisnosti od toga da li se radi o nepečenom ili pečenom proizvodu. Prva grupa proizvoda zahteva uključivanje cementa ili nekog drugog veziva, s obzirom na to da proizvodnja ne zahteva termički tretman. Ova vrsta proizvoda nije ekonomski isplativa, a i cement predstavlja sirovinu čija proizvodnja ima značajan uticaj na životnu sredinu. Sa druge strane, termičkim tretmanom i pravilnim odabirom ostalih sirovinskih komponenti i parametara proizvodnje, moguće je proizvesti kvalitetne keramičke materijale. U tom slučaju, najveće iskorišćenje se postiže upotrebom crvenog mulja iz kojeg su ekstrahovani metali retkih zemalja i onda se zaista radi o sirovini koja predstavlja istinski „ostatak“ i vredna sirovina.

Ideja o iskorišćavanju crvenog mulja je našla pozitivno uporište i kod umetnika. Naime, dizajneri sa Londonskog Royal College Instituta su kroz projekat nazvanim „Od pustoši do dnevne sobe“ upotrebom crvenog mulja kao sirovine proizveli različite funkcionalne keramičke posude kao što su šolje, činije, tanjiri, posude i čajnici.

Među građevinskim materijalima, opeke su jedan od najzastupljenijih i najstarijih keramički materijala. Tradicionalne glinene opeke su veoma otporne i izdržljive zbog njihovih odličnih fizičkih, mehaničkih i toplotnih svojstava, a mogu se koristiti u različite svrhe i izvan njihove konvencionalne upotrebe; u zidnoj konstrukciji poput vatrostalnih materijala, kolovoza i sl. Uprkos brojnim prednostima, tradicionalne glinene opeke tokom svog životnog ciklusa zahtevaju neobnovljive sirovine, visoke temperature i samim tim, velike količine energije.

Zbog nabrojanih karakteristika proizvodnog procesa opeka, zamena jednog dela sirovinskog kompozita crvenim muljem značajno bi doprinelo ne samo zaštiti životne sredine, već i smanjenju potrošnje neobnovljivih izvora energije (glinenih sirovina). Takođe, zbog svog mineraloškog sastava upotreba crvenog mulja dovodi i do smanjenja temperature pečenja konvencionalnih opeka što takođe ima značajan uticaj na uštedu energije. Upravo ovakav koncept proizvodnje i dizajna opeka neguje se na Katedri za inženjerstvo materijala, trenutno kroz izradu radova završnih i master studenata. Ova istraživanja su takođe i deo projekta RIS-RESTORE (slika projekta), u okviru kojeg su tradicionalne sirovine u proizvodnji opeka zamenjene jednim delom crvenim muljem iz regiona, jer odlaganje i upravljanje ovim materijalom predstavlja globalan problem koji se itekako tiče i Srbije.

 

Projekat RIS-RESTORE

Iako postoji veliki broj radova i istraživanja sprovedenih na laboratorijskom nivou, u našem regionu ne postoji industrijska proizvodnja opeka na bazi crvenog mulja.

Najznačajnije industrijske proizvodnje keramičkih materijala na bazi crvenog mulja pozicionirane su u Kini. Tako, od 2009. godine, fabrika aluminijuma „Shanki“ (Shanxi aluminum plant) uspešno proizvodi vatrostalne termoizolacione opeke za industrijske peći koristeći crveni mulj i pepeo kao sirovinu. Linija za proizvodnju ovih vatrostalnih opeka ima kapacitet od 12.000 t godišnje. Takođe, Institut za nauku i dizajn građevinskih materijala u Guizhou-u (Guizhou Building Materials Science Research and Design Institute) uspešno proizvodi sinterovane pločice na bazi crvenog mulja. Ove pločice imaju prosečnu čvrstoću na pritisak veću od 25 MPa i veoma su otporne na cikluse smrzavanja i odmrzavanja. Trenutna proizvodna linija ima godišnju proizvodnju od 40 miliona pločica na bazi crvenog mulja. Pored keramičkih pločica, veoma je značajna i proizvodnja opeka za popločavanje – pejzažne opeke.

Evidentno je da postoji značajna potreba za industrijkom proizvodnjom keramičkih materijala na bazi crvenog mulja, kako u svetu tako i u našem regionu. Prelaskom sa laboratorijskog nivoa na industrijsku proizvodnju materijala na bazi crvenog mulja značajno bi se doprinelo očuvanju obnovljivih izvora energije i životne sredine. Naravno, kako bi ovakvi materijali imali primenu u realnim uslovima eksploatacije, neophodno je sprovoditi edukaciju kako proizvođača, tako i trgovaca i korisnika građevinskih materijala.

Autori teksta: Tim Laboratorije za ispitivanje materijala u kulturnom nasleđu, Tehnološki fakultet Novi Sad