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La búsqueda de una solución  al problema medioambiental de los lodos rojos

Más de 5.000 millones de toneladas de residuos de bauxita, conocidos como “lodos rojos” y caracterizados por una alta salinidad y alcalinidad (pH > 11), se acumulan en los depósitos de residuos de las plantas de alúmina de todo el mundo. Una enorme cantidad de residuos que crece a un ritmo de unos 150 millones de toneladas al año, y cuyo mantenimiento es muy costoso. Resulta, por tanto imperativo y urgente desarrollar soluciones operativas para la estabilización rápida y rentable de estos residuos alcalinos y la prevención de sus riesgos medioambientales.

Balsa de lodos de Alcoa

Balsa de lodos de Alcoa. A Mariña (Lugo)

Abundante, barato, ligero y resistente a la corrosión y ligero, el aluminio se utiliza para fabricar productos que van desde el papel de cocina y las latas de bebidas hasta los Tesla y los aviones. Aunque es uno de los materiales que más se recicla, el 75% de todo el aluminio que se ha producido sigue en uso, su demanda es cada vez mayor. Utilizar este metal plateado tiene una contrapartida: los lodos rojos.  Una mezcla altamente alcalina de óxidos ricos en metal y silicio, a menudo con concentraciones de elementos radiactivos y de tierras raras, que son los residuos de la transformación de la roca que contiene minerales de aluminio (mineral de bauxita) en alúmina (óxido de aluminio), primera etapa de la obtención de aluminio.

El proceso Bayer

La producción industrial de aluminio consta principalmente de dos etapas: la producción de alúmina (que es la que produce como residuos los lodos rojos) y la electrólisis de la alúmina para obtener aluminio.

The-Bayer-Process El  proceso Bayer es el principal método industrial para producir alúmina a partir de bauxita, para después utilizarla en la obtención del aluminio en estado metálico. Fue patentado por el austriaco Carl Josef Bayer en 1889 y se basa en la disolución de la bauxita con hidróxido de sodio (sosa caústica).   Este proceso fue imponiéndose hasta convertirse, a partir de los años 1960, en la única fuente industrial de alúmina. Combinado con el proceso Hall-Hèroult de electrólisis de la alúmina, es el método de obtención de aluminio que se usa en todo el mundo.

Por cada tonelada de de alúmina que se refina se producen entre 1 y 2 de toneladas de lodos rojos (suelen ser rojos, debido al hierro que contienen, pero su composición exacta puede variar según la fuente de bauxita).  Para producir una tonelada de aluminio se necesitan aproximadamente dos toneladas de alúmina y, por tanto se generan entre 2 y 4 toneladas de lodos rojos.

Estos lodos rojos generalmente se acumulan en grandes cantidades en presas artificiales, que no sólo constituyen un grave problema mediambiental, sino que conllevan un enorme desperdicio de valiosos recursos metálicos.  Para paliar los problemas que acarrean,  a lo largo de los últimos años, se han propuesto diversas estrategias para conseguir la inocuidad de estos residuos: su neutralización, la recuperación de los metales valiosos que contienen y su utilización como material de construcción. 

En los últimos años se han sucedido las revisiones (Yancun Qi 2021 J. Phys.: Conf. Ser., Wang, L.; Sun, N.; Tang, H.; Sun, W.Minerals 2019) que analizan las posibilidades de tratamiento de los lodos rojos describiendo los métodos de neutralización, recuperación y reciclaje de barros rojos, además de sus ventajas e inconvenientes en términos de beneficios ambientales y económicos.

Aunque no existe una solución universal,  ya que las propiedades físico-químicas de los lodos rojos varían según la refinería y la fuente de bauxita, así como por la influencia del medio ambiente, está claro que dos aspectos fundamentales a tener en cuenta, dada la enorme cantidad de lodo rojo existente, en las investigaciones actuales y futuros son el coste del proceso y la posibilidad de generar contaminación secundaria.

En el pasado mes de septiembre se anunció la prueba a gran escala en Australia mayor productor de bauxita del mundo y 2º productor de alúmina a mucha distancia de China, que produce el 50% de la alumina mundial, de dos proyectos que han superado la fase de experimentación. Ambos surgen de asociaciones entre la Universidad y la industria, y demuestran lo fecunda que puede ser esta colaboración.

 

Método 1.

Regeneración de suelos

En una planta de alúmina de Queensland están empezando las pruebas a gran escala de una tecnología que podría rehabilitar los residuos de la bauxita  y convertirlos en suelo útil.

Desarrollada por investigadores del Instituto de Minerales Sostenibles de la Universidad de Queensland en colaboración con Rio Tinto, el mayor productor de aluminio del mundo, y Queensland Alumina Limited, esta tecnología de bioingeniería funciona, según su investigador principal Longbin Huang, transformando los lodos rojos en un suelo capaz de albergar vida vegetal.

Los métodos tradicionales de gestión de los lodos rojos obligan a las empresas a transportar metros de tierra vegetal desde otros lugares para cubrir miles de hectáreas de paisajes de residuos. Se espera que esta tecnología de bioingeniería cambie las reglas del juego, y permita a los operadores iniciar la rehabilitación progresiva «in situ» de las balsas de lodos rojos.. Al evitar esta dependencia de insumos externos, este  método de gestionar los lodos rojos es más sostenible y rentable que los métodos tradicionales.

Huang,  investigador principal de este proyecto, señaló que la escalabilidad es también una de las características clave del sistema, ya que afirma : «La tecnología desarrollada hasta ahora es operable sobre el terreno a gran escala y transferible y adaptable a distintos lugares, en función de la mineralogía específica de los residuos, la disponibilidad de recursos económicos y renovables locales y las condiciones climáticas».

El proceso, sin embargo, no es sencillo, ya que la salinidad y la alcalinidad asociadas a los minerales del lodo rojo convierten cualquier rehabilitación en un reto.

Método 2. Recuperación de minerales críticos a partir de los residuos de bauxita

El objetivo de extraer de minerales críticos a partir de residuos de lodo rojo no es nuevo y hay varios proyectos en todo el mundo que lo están estudiando. De hecho, casi todo el suministro primario mundial de galio utilizado en electrónica, imanes de alto rendimiento, LED y comunicaciones se obtiene como subproducto de la industria china del aluminio. También parece funcionar el aprovechamiento de los lodos rojos como fuente de escandio, un metal utilizado para reforzar las aleaciones metálicas. De hecho, Rusal, el segundo mayor productor de aluminio del mundo, ya está extrayendo escandio de los lodos rojos en una de sus instalaciones en los Montes Urales de Rusia. 

El mayor reto de estas investigaciones es conseguir que la extracción de minerales sea rentable económicamente.

En septiembre, gracias a la colaboración de Alcoa, tercer mayor productor de aluminio del mundo y que opera una planta en San Cibrao (España), con Alumtek Minerals y el centro de investigación del gobierno de Australia Occidental, ChemCentre, se inicióuna prueba a gran escala para  intentar que la tecnología desarrollada y probada a pequeña escala por Alumtek pase de ser un ensayo a producir cantidades comerciales de titanio, escandio y otras tierras raras
Además, esperan que los procesos técnicos que han patentado permitan la reutilización beneficiosa de los residuos de bauxita para múltiples aplicaciones, incluida la rehabilitación de minas, transformando así este pasivo a largo plazo  en un valioso recurso con las consecuencias medioambientales positivas que esto conlleva.

Según Alumtek, su proceso «tiene el potencial de convertir una responsabilidad medioambiental y financiera en una fuente de minerales críticos necesarios para la industria aeroespacial, la defensa, la electrónica, las redes de telecomunicaciones de alta velocidad y las baterías. Además, neutraliza el material sobrante para poder utilizarlo como base para carreteras o aditivo para el cemento».

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