Repurposing Bauxite Residue into Construction Materials through Hydrothermal and Carbonation Curing

Promovendus/a: Fábio Cabral de Oliveira

Promotor(en): Prof. dr. Yiannis Pontikes, De heer Tobias Hertel

Bauxietresidu (BR), ook bekend als rode modder, is een belangrijk industrieel restproduct dat ontstaat bij de winning van alumina, de grondstof voor de productie van aluminium. Elk jaar wordt wereldwijd meer dan 150 miljoen ton van dit sterk alkalische afval geproduceerd, waarvan het grootste deel wordt opgeslagen in grote stortplaatsen. Deze opslaglocaties brengen milieurisico’s met zich mee, zoals stofemissies, verontreiniging van het grondwater en accidentele lozingen. Het vinden van veilige en duurzame manieren om dit materiaal te hergebruiken vormt daarom een belangrijke mondiale uitdaging. Dit doctoraatsonderzoek onderzoekt hoe bauxietresidu kan worden omgezet in bouwmaterialen, met als doel een meer holistische valorisatie van dit restproduct. Twee benaderingen werden bestudeerd: autoclaveren en carbonatatie.

In de eerste benadering werd onbehandeld BR gemengd met een natriumsilicaatoplossing, geperst tot monolieten en vervolgens onderworpen aan een hydrothermale behandeling in een autoclaaf bij temperaturen tussen 150 en 250 °C. Dit proces verhoogde de reactiviteit van BR doordat minerale fasen oplosten en vervolgens reageerden met de alkalische activator om een bindfase te vormen. Hierdoor ontstonden dichte en mechanisch stabiele blokken. Deze blokken vertoonden ook betere milieuprestaties, met een lagere uitloging van potentieel schadelijke elementen, evenals een verhoogde mechanische sterkte die vergelijkbaar is met referentieproducten zoals kalkzandsteen.

De tweede benadering richtte zich op de carbonatatie van gedealkaliseerd BR (DABR) om zowel gecarbonateerde monolieten als een supplementaire cementerende materialen (SCM) te produceren. Tijdens de carbonatatie reageerde de hydrogarnetfase in DABR met CO₂ tot calciumcarbonaat (CaCO₃) en een amorfe gel. In monolieten zorgde deze reactie voor een verdichting van de microstructuur, wat leidde tot een aanzienlijke verbetering van de druksterkte tot waarden van ongeveer 60 MPa. Als SCM vertoonde gecarbonateerd DABR echter een beperkte reactiviteit, en mortels met gemengd cement die dit materiaal bevatten presteerden vergelijkbaar met mortels geproduceerd met kalksteen. De maximale CO₂-opname bedroeg ongeveer 90 kg CO₂ per ton DABR en werd bereikt onder relatief milde omstandigheden van 50 °C en een CO₂-concentratie van 20%.

Samen bieden deze benaderingen effectieve alternatieven voor de valorisatie van bauxietresidu, waarbij zowel afvalbeheer als klimaatuitdagingen worden aangepakt. De resultaten tonen nieuwe mogelijkheden om dit industriële bijproduct te integreren in de bouwsector, de afhankelijkheid van Portlandcement te verminderen en principes van de circulaire economie te ondersteunen.