Life Cycle Analysis of remediation and utilization of bauxite residue: Evaluation of technologies from a location perspective.

Abstract

Bauxit rester eller redmud er gruvedriften rester (tailing) fra Bayer-prosessen med bauxittmalm, og med 4,6 milliarder tonn i reserver av farlige avfallsverdier er det nødvendig å inkludere det som restressurs i sirkulær økonomi. Denne studien refererer kort til gjeldende behandlings- og utnyttelsesmetoder for residuet med fokus på tre teknologier: Avalkalisering, jordstabilisering og høytytende bindemiddel (geopolymer). For hver teknologi identifiseres prosesser som har betydning for miljøpåvirkningen, og forbedringer og anbefalinger foreslås. Det blir evaluert om stedsspesifikke faktorer og sammensetning av bauxit resten påvirker miljøpåvirkningen av teknologiene. En attribusjons livssyklusanalyse ved bruk av APOS ecoinvent-databasen og ReCiPe-konsekvensanalysemetoden ble brukt til å evaluere hver prosess på effekt kategorier for endepunkter og sammenligne dem på midtpunkt effekt kategorier. Resultatene ble diskutert sammen med en gjennomgang av noen sensitive materialer og prosesser, spesielt flyveaske i jordstabilisering og geopolymer. Den "hybrid" versjonen av høyytelses bindemiddel og jordstabiliseringsteknologi har positiv innflytelse på miljøet, men selv da avalkalisering reduserer farerisiko knyttet til fyllinger av bauxitt, forårsaker den også miljøpåvirkninger i andre områder. Det argumenteres for at jordstabilisering ikke skal krediteres for bruk av flyveaske fordi den allerede brukes til veibygging og trender til å være mer ressurs enn avfall. Det anbefales derfor å bruke det hybride høytytende bindemidlet, men suksessen avhenger av kvaliteten som avhenger av bauxit resten, i hvilken grad bør studeres nærmere. En break-even transportavstand for hver teknologi basert på midtpunktpåvirkninger og transporttype viser at det hybride høytytende bindemiddel produktet potensielt kan distribueres internasjonalt uten å forårsake byrdeforskyvning, noe som fører til en nedgang i konvensjonell betongproduksjon i skala med den årlige restproduksjonen og reserver. Imidlertid er det en risiko for giftig Cr (VI) utvasking og farer fra alkalinitet som må analyseres videre for å kunne markedsføre hybrid høyytelsesbindemiddel.

Bauxite residue or red mud is the mine waste (tailing) from the Bayer process of bauxite ore, and with 4.6 billion tonnes in reserves of the hazardous waste valorisation pathways are needed to include it as residual resource in circular economy. This study shortly benchmarks current treatment and utilization methods of the residue with focus on three technologies: De-alkalization, soil stabilization, and high performance binder (geopolymer). For each technology, processes significant to environmental impacts are identified and improvements and recommendations are suggested. It is evaluated if location-specific factors and residue composition affects the environmental impacts of the technologies. An attributional life cycle analysis using the APOS ecoinvent database and ReCiPe impact assessment method was used to evaluate each process on endpoint impact categories and compare them on midpoint impact categories. The results were discussed together with a review on some sensitive materials and processes, especially fly ash in soil stabilization and geopolymer. The “hybrid” version of the high performance binder and soil stabilization technologies have positive influence on the environment, but while de-alkalization reduce hazard risk related to bauxite landfills it also cause environmental impacts in other areas. It is argued that soil stabilization should not be credited for using fly ash because it is already used for road construction and trending to be more resource than waste. The hybrid high performance binder is therefore recommended, but the success depends on its quality which depends on bauxite residue composition, to what degree should be studied further. A break-even transport distance for each technology based on midpoint impacts and transport type show that the hybrid high performance binder product potentially can be distributed internationally without causing burden-shifting, leading to a decrease of conventional concrete production in scale with the residue production and reserves. However, there is a risk of toxic Cr(VI) leaching and alkalinity hazards that must be analysed further for the hybrid high performance binder to be marketed.