Verwerking in autoclaaf voor de valorisatie van residuen van de metallurgische industrie

Een belangrijk probleem bij de valorisatie van het bauxietresidu van aluminiumoxideafval tot bouwmaterialen is de lage reactiviteit ervan. In de literatuur zijn verschillende opties voor valorisatie geopperd, b.v. door het residu om te zetten in een reactieve bindmiddelprecursor met behulp van een gecombineerde chemische en thermische behandeling. Een aanzienlijke verhoging van de reactiviteit en bevredigende eigenschappen werden bereikt in alkali-geactiveerde bindsystemen. Alle tot dusverre voorgestelde procédés vergen aanzienlijke investeringen en kosten en/of omvatten een betrekkelijk geringe fractie BR (aangezien de kritische component hoogovenslakken, vliegas of cement zijn) en/of leveren eindproducten op met een geringe toegevoegde waarde en een aanzienlijke milieuvoetafdruk. Ook belangrijk: er zijn geen gedemonstreerde gevallen op een hoog technologisch gereedheidsniveau. Zonder aanvullende techno-economische en milieu-evaluaties en vooral zonder experimenten op proefschaal, blijft elk BR-opwaarderingsproces voorlopig beperkt tot een academisch niveau. Het AVAREST-project daarentegen benadert de uitdaging van de opwaardering van BR vanuit een ander perspectief. Het proces zelf omvat de activering van de vaste stoffen (hoog percentage BR, en laag gehalte aan bijkomende mineralen die triviaal en goedkoop zijn, en zich vaak in de nabijheid/in een bauxietmijn bevinden) met een alkalische oplossing, persen en tenslotte hydrothermaal harden in een autoclaaf, bij een temperatuur tussen 220 en 260 °C en een stoomdruk van maximaal 50 bar. De geproduceerde materialen lijken op bakstenen. De belangrijkste technologische doelstelling is de ontwikkeling van een materiaal met de laagste koolstofvoetafdruk en de best mogelijke prestaties (in termen van duurzaamheid en druksterkte) en kosten. De eerste taak omvat een screening (met inbegrip van een experimentele ontwerpaanpak, DOE) om de invloed van verschillende parameters op de uiteindelijke eigenschappen van de monolithische (dichte) bouwmaterialen te testen. Wat de formulering betreft, spelen de chemische samenstelling van de grondstoffen, het type en de hoeveelheid van de additieven, alsook de alkali-toevoegingen een vitale rol. De invloed van de variatie in de vormdruk op de vorming van zwak-gebonden groene lichamen wordt geëvalueerd. In de autoclaafverwerking beïnvloeden verwarmingssnelheid, temperatuur, stoomdruk, verblijftijd en afkoelsnelheid de fasenassemblage, microstructuur en porositeit die de uiteindelijke eigenschappen bepalen, zoals mechanische prestaties, waterabsorptie, hardheid en gevoeligheid voor uitbloeiing. De chemische, microstructurele en kristallografische aard van de composieten zal worden geanalyseerd om de wisselwerking tussen grondstoffen, verwerking en eigenschappen beter te begrijpen. In een opschalingscampagne (taak 2), zullen geselecteerde sets van experimenten uitgevoerd worden op basis van de DOE bevindingen en de screening tests, gebruik makend van de pilootinstallatie faciliteit van de SREMat groep. De geproduceerde stalen zullen gekarakteriseerd worden door standaard en nieuwe testprocedures, inclusief druk- en buigsterkte, krimp- en uitlooggedrag, waterabsorptie, hardheid en gevoeligheid voor uitbloeiingen. Voor de duurzaamheidsbeoordeling zullen carbonatatie- en vries-dooitesten worden uitgevoerd. Een levenscyclusanalyse zal worden uitgevoerd in nauwe samenwerking met de projectpartners voor de milieu-analyse van het proces, met als doel de belangrijkste milieu-hotspots en de potentiële voordelen te belichten.