BÉTON DE RÉSIDUS MINIERS

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L'utilisation de déchets ou de sous-produits industriels est un ingrédient essentiel de notre résilience en tant que gardiens de notre environnement. La mentalité de certains propriétaires de mines est de faire ce qui est nécessaire, ce qui est mandaté par la loi, quel que soit l'impact environnemental. Même si l'impact économique sur le porte-monnaie de "certains" propriétaires est faible ou nul, le fait d'envisager de faire quelque chose de différent ou de mieux avec les déchets revient à traîner un chat en colère par les pattes arrière sur un canapé moelleux avec des griffes plantées et à déchirer le tissu. Dans ce cas, le canapé et le tissu sont une métaphore de "la façon dont nous l'avons toujours fait". Ce fait est démontré de manière transparente dans ce document et identifie certaines forces et faiblesses dans nos efforts actuels, ainsi que les menaces dans nos efforts relatifs à l'extraction et au traitement des métaux. Les hydroxydes résiduaires, les sulfites/sulfates, la silice et d'autres matériaux peuvent être utilisés comme décrit ici.

L'Agence de protection de l'environnement des États-Unis (EPA) a un programme appelé "Superfund". Selon le site Web de l'EPA, le programme Superfund est "responsable du nettoyage de certaines des terres les plus contaminées du pays et de la réponse aux urgences environnementales, aux marées noires et aux catastrophes naturelles. Pour protéger la santé publique et l'environnement, le programme Superfund s'attache à faire une différence visible et durable dans les communautés, en veillant à ce que les gens puissent vivre et travailler dans des endroits sains et dynamiques."

Comme indiqué sur la page du site Web Superfund de l'EPA, il existe actuellement environ 1 400 sites Superfund et quelques centaines de sites proposés. Dans ces sites, le gouvernement est chargé de surveiller et de nettoyer les sites, en demandant en grande partie aux propriétaires de payer pour la surveillance et le nettoyage, mais bien souvent, la surveillance et le nettoyage sont effectués avec l'argent des contribuables. Beaucoup de ces sites sont des mines de métaux où les produits chimiques de traitement et les métaux lourds s'infiltrent dans les eaux des États-Unis. Bien souvent, le nettoyage se limite à recouvrir les matériaux en place et à construire des murs de confinement souterrains et des puits d'extraction pour isoler et éliminer les contaminants des eaux américaines. Dans tous les cas relatifs à la lixiviation de produits chimiques et de métaux lourds, des puits de surveillance sont installés pour s'assurer que les mesures d'atténuation sont efficaces, et une surveillance continue a lieu en raison du risque de fuite. Dans le cas de murs, de revêtements et de couvertures pour l'élimination permanente en place, ces terres sont effectivement et irrévocablement perdues pour le public et aucune autre utilisation n'est possible. En ce qui concerne les sites non-Superfund et Superfund où le gouvernement a autorisé l'élimination permanente des déchets, des milliers d'acres de terre aux États-Unis sont définitivement perdus. Bien que l'exploitation minière soit une partie nécessaire de la vie sur la planète, le fait d'accorder la perte permanente de terres pour le stockage de déchets miniers, alors que cette perte n'est pas nécessaire, est un problème.

Le tableau périodique des éléments sépare les métaux en métaux alcalins, métaux alcalino-terreux, métaux de transition et autres métaux. Quelle que soit la caractérisation et indépendamment de la classification primaire, la plupart contiennent de nombreux sous-produits identiques ou similaires, notamment de la silice (SiO2), du calcium (Ca), du sodium (Na) et de l'hydrogène (H), pour n'en citer que quelques-uns. Ce fait est mis en évidence dans l'extraction de l'aluminium, du lithium, de l'or, du cuivre, de l'uranium et de bien d'autres minerais, où les sous-produits sont stockés d'une manière ou d'une autre près du site d'extraction et après avoir retiré le métal primaire. À l'exception de l'extraction de minéraux pour les agrégats de matériaux de construction, toutes les mines d'extraction de métaux nécessitent un traitement important. Une partie de ce traitement laisse des matières dangereuses, notamment des métaux lourds, de la radioactivité et des résidus chimiques indésirables. S'il est fait correctement, tous les risques sont atténués et les déchets sont transformés en produits utiles et précieux.

L'utilisation de véhicules et de camions électriques est un excellent moyen de réduire l'empreinte carbone d'une organisation, à condition que l'énergie nécessaire à la recharge des véhicules soit produite de manière responsable et que les déchets issus de la production de lithium utilisé dans la batterie soient consommés de manière constructive. Dans le cas contraire, conduire votre véhicule électrique à travers ou autour de montagnes de déchets provenant de l'extraction et du raffinage ne sera pas nécessairement agréable ou possible. De même, l'ordinateur utilisé pour rédiger ce document contient de nombreux composants en aluminium, lithium et autres métaux qui rendent l'écriture possible, mais les déchets générés par la production sont plus qu'une horreur dans de nombreuses communautés. Ils sont devenus un danger et ont été délibérément négligés pendant des décennies.

La production d'alumine est une immense industrie et l'aluminium est utilisé dans des milliers de produits, notamment les récipients pour boissons, l'aviation, l'électronique, les matériaux de construction, les voyages dans l'espace, les moteurs électriques et à hydrocarbures, les procédés chimiques et bien d'autres produits. L'aluminium est l'un des nombreux matériaux stratégiques répertoriés par l'Agence logistique de la défense du ministère de la Défense. Bien que le recyclage de l'aluminium se fasse massivement, environ 130 millions de tonnes métriques sont produites chaque année, contribuant ainsi à environ 240 millions de tonnes métriques de résidus de bauxite dans les bassins de retenue chaque année. Les résidus de bauxite contiennent une abondance d'hydroxyde de sodium, de métaux et d'autres constituants, et parfois des rayonnements ionisants.

L'hydroxyde de sodium contenu dans les résidus de bauxite est un produit dangereux. Les dangers consistent en la capacité de l'hydroxyde de sodium à digérer les protéines (nocives pour les humains), un pH élevé, la corrosion des métaux, et l'hydroxyde de sodium est corrosif pour le ciment Portland. Le National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) et l'Occupational Safety and Health Administration (OSHA) ont fixé des limites d'exposition maximales admissibles pour l'hydroxyde de sodium. Le New Jersey Department of Health - Hazardous Substance Fact Sheet indique que "l'exposition à 10 milligrammes par mètre cube est immédiatement dangereuse pour la vie et la santé".

Des milliards de tonnes de résidus continuent d'être placés dans des dizaines de milliers d'hectares de bassins de retenue, sans qu'aucun plan d'utilisation à grande échelle n'ait été élaboré, si ce n'est le recouvrement permanent des bassins de retenue ou le déversement des déchets dans de grandes étendues d'eau. Il ne fait aucun doute que l'hydroxyde de sodium et le TENORM présents dans les résidus présentent un risque immédiat et à long terme pour les humains et notre planète. Tous les scénarios d'utilisation bénéfique devraient et doivent être mis en œuvre.

NORM est l'acronyme de Naturally Occurring Radioactive Materials (matières radioactives naturelles). Les MRN sont présentes dans divers produits, notamment le pétrole, le charbon et divers minéraux, dont certaines sources de bauxite. TENORM est l'acronyme de Technologically Enhanced Naturally Occurring Radioactive Materials. Les TENORM se produisent lorsque des matériaux contenant des NORM sont traités et que les NORM sont concentrées dans le produit traité ou dans ses déchets. Dans les cas où les MRN existent dans le minerai de bauxite, les TENORM sont élevées dans la boue rouge. Les TENORM sont le résultat de diverses matières radioactives naturelles présentes "parfois" dans la bauxite, notamment le potassium 40, le thorium, le césium, le radium et l'uranium, pour ne citer que les types les plus répandus. Toutes sont des matières radioactives ionisantes, toutes ont des demi-vies relativement longues, et toutes n'ont pas d'impact positif sur l'exposition humaine, très similaires et associées au RADON.

Les producteurs d'alumine n'achètent pas toujours du minerai de bauxite qui contient des MRN. Cependant, beaucoup de ces producteurs d'alumine trouvent du minerai de bauxite en fonction du prix et importent le matériau du monde entier. La majorité des très grands bassins de retenue ont un certain nombre de sources de bauxite différentes, et certaines contenaient probablement des MRN.

Le procédé Bayer consiste principalement à utiliser l'hydroxyde de sodium (soude caustique) comme mécanisme de digestion pour extraire l'alumine du minéral bauxite. L'hydroxyde de sodium et les autres produits qui peuvent être extraits de l'alumine digérée sont retirés, et les autres ingrédients sont laissés dans des bassins de retenue. Les résidus sont constitués d'une combinaison d'hydroxyde de sodium, d'oxyde ferreux, de dioxyde de silicium, d'oxyde d'aluminium, d'hydroxyde de calcium, de titane et d'autres matières en traces, parfois radioactives.

La plupart, sinon toutes les installations de traitement de l'alumine ont des dossiers sur l'origine de la bauxite, et la majorité des installations ont des informations sur les divers constituants de la bauxite, y compris l'aluminium, le calcium, la silice, les ferreux, le magnésium et d'autres matériaux d'influence. De même, la plupart des matériaux de bauxite contenant des NORM élevées ont été documentés au fil des ans. Bien que les composants influents des diverses sources de bauxite ne soient pas assez variables pour modifier la recette finale du béton, l'existence de TENORM élevés et d'autres caractéristiques de la boue rouge doit être établie avant la récupération de la boue rouge. L'étude du site se fait en trois temps : une revue de la documentation, un programme d'échantillonnage et d'essais sur le terrain, et le développement d'un modèle tridimensionnel qui inclut le mélange de matériaux variables afin d'obtenir une faible émission de rayonnement et un produit béton/ciment cohérent.

Les matériaux géopolymères typiques autres que Cold Fusion Concrete sont produits en utilisant un hydroxyde liquide et/ou un silicate liquide comme activateurs de pouzzolane. Cold Fusion Concrete utilise tous les matériaux secs, y compris le métasilicate de sodium ou de potassium et/ou le métasilicate de sodium ou de potassium pentahydrate comme activateur. Le métasilicate/pentahydrate de sodium ou de potassium sont des sels alcalins, ont un pH élevé et sont des versions anhydres ou pentahydratées des silicates. Les hydroxydes et/ou silicates liquides de sodium ou de potassium, bien qu'inutiles, peuvent être utilisés en conjonction avec la technologie du béton de fusion à froid et comme démontré ici, sans compromettre la qualité.

D'une manière générale, le Cold Fusion Concrete est une chimie primaire de dioxyde de silicium qui s'appuie sur les composants vitreux du dioxyde de silicium directement installé, de divers minéraux et de déchets pour atteindre une teneur en SiO2 d'environ 70%, ce qui est extrêmement similaire à la chimie du verre. Le dioxyde de silicium, l'aluminium et le calcium contenus dans la boue rouge, ou le lithium, l'or, le cuivre, l'argent ou d'autres déchets miniers sont des composants primaires ou majoritaires du béton de fusion froid. En tant que telle, la synergie entre le béton de fusion froid et les déchets miniers est profonde. Les composants métalliques ferreux et autres des déchets ne présentent aucune réaction délétère dans le produit final et les métaux lourds y sont encapsulés en toute sécurité.

L'hydroxyde de sodium que l'on trouve dans les résidus de bauxite est corrosif pour le verre ou les matériaux en SiO2. Cependant, l'hydroxyde de sodium est utilisé dans le processus de fabrication du métasilicate de sodium. Le métasilicate de sodium est le principal activateur utilisé dans le Cold Fusion Concrete et, bien que l'hydroxyde de sodium ait digéré les composants vitreux pour fabriquer le métasilicate de sodium, la reformation du SiO2 pendant la réaction avec l'eau, le calcium et l'aluminium dans le Cold Fusion Concrete entraîne une résistance à la corrosion supplémentaire par l'hydroxyde de sodium. Par conséquent, alors que l'hydroxyde de sodium est typiquement corrosif pour le verre, la reformation de la structure cimentaire est durable et n'est pas susceptible d'être dégradée davantage par l'hydroxyde de sodium ; elle est bénéfique.

La séquestration du dioxyde de carbone est devenue un sujet de premier plan qui retient l'attention du monde entier. Malheureusement, la technologie entourant la séquestration du dioxyde de carbone est généralement façonnée autour de l'approche la plus simpliste et la plus basique technologiquement possible, notamment l'ajout de dioxyde de carbone au béton Portland et la conversion de l'hydroxyde de calcium en carbonates. Ce procédé présente des avantages et des inconvénients.

L'ajout de dioxyde de carbone aux matériaux en béton comme mécanisme de durcissement et de séquestration peut avoir des avantages à long terme. En ce qui concerne la carbonatation de l'hydroxyde de calcium, si la molécule de carbonate de calcium est attachée à une molécule de dioxyde de silicium vitreux, le carbonate de calcium est raffiné en un matériau résistant à l'humidité et aux produits chimiques. Il en va de même pour les molécules d'oxyde métallique qui sont converties en carbonates à partir du durcissement du dioxyde de carbone. La molécule à longue chaîne contenant du dioxyde de silicium, qui comprend des carbonates de calcium, de fer, de magnésium, d'aluminium, de manganèse et d'autres métaux, est de qualité nettement supérieure en raison de la présence de l'attachement silice/silicium. Ce processus se produit en abondance dans la technologie du béton par fusion froide, qui, en termes simples, consiste à transformer des molécules à chaîne courte en molécules à chaîne longue par liaison covalente.

La séquestration du carbone dans le béton de résidus de bauxite ne se limite pas aux composants calciques grâce à notre technologie. Les oxydes de fer, d'aluminium et de magnésium dans le résidu riche en hydroxyde de sodium subissent une dissolution partielle lorsqu'ils sont soumis à une solution inoffensive pour l'environnement, qui convertit les oxydes en hydroxydes fluides et permet au dioxyde de carbone de réagir et de former des carbonates de fer, d'aluminium et de magnésium. La dissolution est considérablement améliorée si le résidu est exposé à d'autres procédés actuellement en attente de brevet. Le dioxyde de carbone dans tout procédé de séquestration est introduit le plus efficacement sous la forme d'une bulle cellulaire, en versant du dioxyde de carbone liquide dans le mélange, ou en injectant du dioxyde de carbone gazeux qui se répartit uniformément dans le mélange.

Pour produire un matériau de ciment sec destiné à être livré aux installations de mélange prêt à l'emploi et à être incorporé aux agrégats minéraux et à l'eau pour les mélanges de béton, les matériaux secs de Cold Fusion Concrete sont combinés après que la boue rouge a été séquestrée, déshydratée et réduite en taille à environ 1 à 20 microns.

Après avoir mélangé et placé le béton dans l'élément destiné à la construction, l'élément est durci normalement pendant un à vingt-huit jours, durci avec l'application d'environ 140°F ou à l'infrarouge, ou en faisant passer un courant continu ou alternatif dans le béton pendant au moins 30 secondes. Lorsque la cure électrique est l'option choisie, il faut veiller à appliquer une très faible tension au départ jusqu'à ce que le matériau perde sa cohésion (ce qui prend généralement de 5 à 15 secondes), puis augmenter la tension jusqu'à ce que le matériau atteigne une température interne d'environ 190°F.

En règle générale, le béton qui en résulte présente une résistance à la compression de 4 000 à 10 000 livres par pouce carré (psi), des propriétés de module similaires à celles des mélanges Portland, une faible perméabilité et une résistance élevée aux cycles de gel et de dégel et aux attaques chimiques.