स्पेंट पोटलाइनिंग

स्पेंट पोटलाइनिंग (एसपीएल) प्राथमिक एल्यूमीनियम गलाने वाले उद्योग में उत्पन्न एक अपशिष्ट पदार्थ है। स्पेंट पोटलाइनिंग को स्पेंट पोटरैखिक और स्पेंट सेल रैखिक के नाम से भी जाना जाता है।

प्राथमिक एल्यूमीनियम प्रगलन अल्यूमिनियम ऑक्साइड (जिसे एल्यूमिना भी कहा जाता है) से एल्यूमीनियम धातु निकालने की प्रक्रिया है। यह प्रक्रिया वैद्युतअपघटनी सेल में होती है जिन्हें पॉट्स के नाम से जाना जाता है। पॉट्स स्टील के गोले से बने होते हैं, जिनमें दो परतें होती हैं, एक बाहरी विद्युत रोधी या उच्चतापसह परत और एक आंतरिक कार्बन परत जो वैद्युतअपघटनी सेल के कैथोड के रूप में कार्य करता है। सेल के संचालन के दौरान, एल्यूमीनियम और फ्लोराइड सहित पदार्थ, सेल परत में अवशोषित हो जाते हैं। कुछ वर्षों के संचालन के बाद, पॉट की परत विफल हो जाती है इसलिए उसे हटा दिया जाता है। हटाई गई सामग्री को 'स्पेंट पोटलाइनिंग' (एसपीएल) कहते हैं। एसपीएल को 1988 में संयुक्त राज्य पर्यावरण संरक्षण संस्था द्वारा संकटदायी अपशिष्ट के रूप में सूचीबद्ध किया गया था। एसपीएल के संकटदायी गुण हैं,

• विषैले फ्लोराइड और साइनाइड यौगिक जो पानी में घुल जाते हैं
• संक्षारक - क्षार धातुओं और ऑक्साइड के कारण उच्च पीएच प्रदर्शित करता है
• पानी के साथ प्रतिक्रियाशील - ज्वलनशील, विषैली और विस्फोटक गैसें पैदा करता है।

एसपीएल की विषाक्त, संक्षारक और प्रतिक्रियाशील प्रकृति का अर्थ है कि इसके प्रहस्तन, परिवहन और भंडारण में विशेष सावधानी बरतनी चाहिए। एल्युमीनियम अपचयन सेल कैथोड से एसपीएल एल्युमीनियम उद्योग की प्रमुख पर्यावरणीय चिंताओं में से एक बन रही है। दूसरी ओर, यह अपने फ्लोराइड और ऊर्जा सामग्री के कारण एक प्रमुख पुनर्प्राप्ति क्षमता का भी प्रतिनिधित्व करता है।

अधिकांश एसपीएल वर्तमान में एल्यूमीनियम प्रगलनशाला स्थलों पर संग्रहीत किया जाता है या भूमिगत गड्ढों में रखा जाता है। एसपीएल से घुले हुए फ्लोराइड और साइनाइड जिन्हें भूमिगत गड्ढों में रखा जाता है, अन्य निक्षालनो के साथ पर्यावरणीय प्रभाव डाल सकते हैं। पर्यावरण की दृष्टि से सुरक्षित भंडारण विधियों में सुरक्षित भूमिगत गड्ढों या स्थायी भंडारण भवन सम्मिलित हैं। हालाँकि, पर्यावरण की दृष्टि से कई सुरक्षित समाधान महंगे हैं और जिनसे भविष्य में अप्रत्याशित समस्याएँ पैदा हो सकती हैं।

पृष्ठभूमि

प्राथमिक अल्युमीनियम धातु का उत्पादन 'हॉल-हेरूल्ट प्रक्रिया' के साथ किया जाता है, जिसमें सेल्स या पॉट्स में अल्युमिना की वैद्युतअपघटनी अपचयन की प्रक्रिया सम्मिलित होती है। विद्युत् अपघट्य पिघले हुए क्रायोलाइट और अन्य योजकों से बना होता है। विद्युत् अपघट्य एक स्टील पॉटशेल में कार्बन और उच्चतापसह परत में निहित होता है। पॉट्सों का जीवन आमतौर पर 2 से 6 साल तक होता है। अंततः सेल विफल हो जाता है और पोटलाइनिंग (एसपीएल) को हटाकर बदल दिया जाता है। उत्पन्न एसपीएल को विभिन्न पर्यावरणीय निकायों द्वारा संकटदायी अपशिष्ट के रूप में सूचीबद्ध किया गया है। पॉटलाइनिंग में फ्लोराइड और साइनाइड की सांद्रता और पानी के संपर्क में आने की प्रवृत्ति के कारण, अमेरिकी पर्यावरण संरक्षण एजेंसी (USEPA) ने 13 सितंबर 1988 (53 फेड. रेग. 35412) को सामग्रियों को संकटदायी अपशिष्ट के रूप में सूचीबद्ध किया। K088) 40 सी.एफ.आर. के तहत, भाग 261, सबपार्ट डी। एसपीएल का अंतर्राष्ट्रीय शिपमेंट संकटदायी अपशिष्टों के सीमापार संचलन और उनके निपटान पर बेसल कन्वेंशन के प्रोटोकॉल के अधीन है। चूंकि बढ़ती संख्या में देशों में पर्यावरण विनियमन एजेंसियां ​​एसपीएल को एक संकटदायी सामग्री के रूप में परिभाषित करती हैं, इसलिए निपटान लागत आसानी से 1000 डॉलर प्रति टन एसपीएल से अधिक हो सकती है। 2021 में प्राथमिक एल्युमीनियम का विश्व उत्पादन 67 मिलियन टन था। दुनिया के एल्युमीनियम प्रगलनशाला भी लगभग 1.6 मिलियन टन जहरीले एसपीएल अपशिष्ट का उत्पादन करते हैं। पिछले उद्योग का चलन इस कचरे को भूमिगत गड्ढों करने का रहा है। यदि एल्युमीनियम उद्योग उचित स्तर की स्थिरता और पर्यावरणीय रूप से सहनीय उत्सर्जन का दावा करना चाहता है तो इसे बदलना होगा। अप्रयुक्त एसपीएल की भूमिगत गड्ढों को अतीत की प्रथा माना जाता है।

एसपीएल के रासायनिक गुण

एसपीएल की संरचना में भिन्नता होती है जो ऐसे कारकों पर निर्भर करती है जैसे कि उपयोग की जाने वाली एल्यूमीनियम गलाने की तकनीक का प्रकार, सेल परत के प्रारंभिक घटक और निराकरण प्रक्रियाएं। तीन अलग-अलग प्रौद्योगिकियों के लिए एसपीएल की सांकेतिक संरचना निम्नलिखित तालिका में दिखाई गई है।

Spent Potlining Composition for Different Smelting Technologies

Component	Technology Type A	Technology Type B	Söderberg Technology	Major Phases
Fluorides (wt.%)	10.9	15.5	18.0	Na3AlF6, NaF, CaF2
Cyanides (ppm)	680	4480	1040	NaCN, NaFe(CN)6
Aluminium total (wt%)	13.6	11.0	12.5	Al2O3, NaAl11O17
Carbon (wt%.)	50.2	45.5	38.4	Graphite
Sodium (wt.%)	12.5	16.3	14.3	Na3AlF6, Naf
Aluminium Metal (wt.%)	1.0	1.0	1.9	Metal
Calcium (wt.%)	1.3	2.4	2.4	CaF2
Iron (wt.%)	2.9	3.1	4.3	Fe2O3
Lithium	0.03	0.03	0.6	Li3AlF6, LiF
Titanium (wt.%)	0.23	0.24	0.15	TiB2
Magnesium (wt.%)	0.23	0.09	0.2	Example

एसपीएल निम्न कारणों से संकटदायी है:

• फ्लोराइड और साइनाइड यौगिकों से विषाक्तता जो पानी में निक्षालित होते हैं
• संक्षारक - क्षार धातुओं और ऑक्साइड के कारण उच्च पीएच प्रदर्शित करना
• पानी के साथ इस तरह से क्रियाशील होता है कि ज्वलनशील, विषैली और विस्फोटक गैसें पैदा करता है।

पानी के साथ एसपीएल प्रतिक्रिया के संभावित परिणामों का एक उदाहरण दो श्रमिकों की मौत है और एक मालवाहक जहाज के कब्जे में एसपीएल से ज्वलनशील गैसों के विस्फोट के कारण 30 मिलियन डॉलर की क्षति की सूचना है।

एसपीएल में निक्षालित फ्लोराइड क्रायोलाइट (Na.) से आते हैं₃एएलएफ₆) और सोडियम फ्लोराइड (NaF) जिनका उपयोग गलाने की प्रक्रिया में फ्लक्स के रूप में किया जाता है।

जब हवा से नाइट्रोजन अन्य पदार्थों के साथ प्रतिक्रिया करता है तो पॉट्स की परत में साइनाइड यौगिक बनते हैं। उदाहरण के लिए, नाइट्रोजन समीकरण के अनुसार सोडियम और कार्बन के साथ प्रतिक्रिया करती है -

1.5N₂ + 3Na + 3C → 3NaCN।

समीकरण के अनुसार एल्यूमीनियम धातु और कार्बन की प्रतिक्रिया से पॉटलाइनिंग में एल्युमीनियम कार्बाइड बनता है -

4Al + 3C → अल₄C₃. समीकरण के अनुसार नाइट्रोजन और सोडियम के साथ क्रायोलाइट की प्रतिक्रिया सहित कई प्रतिक्रियाओं से एल्युमिनियम नाइट्राइड बनता है -

ना₃एएलएफ₆ +0. धोखा देना₂ + 3Na → AlN + 6NaF

गैर-ऑक्सीकृत एल्यूमीनियम धातु, गैर-ऑक्सीकृत सोडियम धातु, एल्यूमीनियम कार्बाइड और एल्यूमीनियम नाइट्राइड जैसे यौगिकों के साथ पानी की प्रतिक्रिया से गैसें उत्पन्न होती हैं। पानी के साथ एसपीएल की प्रतिक्रिया से विशिष्ट गैसें हैं:

• एल्युमीनियम धातु और पानी से हाइड्रोजन - 2Al + 3H₂0 → 3H₂ + अल₂O₃
• सोडियम धातु और पानी से हाइड्रोजन - 2Na + 2H₂0 → एच₂ + 2NaOH
• एल्यूमीनियम कार्बाइड और पानी से मीथेन - अल₄C₃ + ताहा₂0 → 3CH₄ + अल₂O₃
• एल्यूमीनियम नाइट्राइड और पानी से अमोनिया - 2AlN + 3H₂0 → 2NH₃ + अल₂O₃n

एसपीएल की विषाक्तता

अनेक शोध अध्ययन पौधों और मनुष्यों पर एसपीएल की विषाक्तता का मूल्यांकन करने के लिए जैविक परीक्षण सम्मिलित हैं। एल्युमीनियम, साइनाइड और फ्लोराइड लवण को एसपीएल में प्रमुख विषाक्त एजेंटों के रूप में पहचाना गया था। एसपीएल और इसके मुख्य रासायनिक घटकों की जेनोटोक्सिक क्षमता का मूल्यांकन वनस्पति और मानव सेल्स पर किया गया था। वनस्पति सेल्स पर देखे गए प्रभावों में माइटोटिक सूचकांक में कमी और गुणसूत्र परिवर्तन की आवृत्ति में वृद्धि सम्मिलित है। फ्लोराइड मानव ल्यूकोसाइट्स के लिए मुख्य जीनोटॉक्सिक घटक था।

एसपीएल द्वारा प्रेरित देखे गए प्रभाव पौधों और जानवरों की सेल्स पर इसकी उत्परिवर्ती क्षमता का सुझाव देते हैं, जो पर्यावरण और मनुष्यों के लिए इसकी हानिकारकता की पुष्टि करते हैं।

अध्ययन लगातार अनुशंसा करते हैं कि एसपीएल को संभालने के उपाय और उचित निपटान पर्यावरण में इसके फैलाव से बचने के लिए बेहद महत्वपूर्ण और अपरिहार्य हैं और जोखिम को कम करने के लिए एसपीएल के भंडारण और निपटान की बारीकी से निगरानी की जानी चाहिए।

भूमिगत गड्ढों के एसपीएल के साथ मुद्दे

स्पेंट पॉटलाइनिंग (एसपीएल) से निपटने की पिछली कार्यप्रणालिओं में इसे नदियों या समुद्र में क्षेपण करना या विवृत डंप या भूमिगत गड्ढों में भंडारण करना सम्मिलित है। साइनाइड और फ्लोराइड की निक्षालनीयता के कारण ये विधियां पर्यावरण की दृष्टि से स्वीकार्य नहीं हैं। हाल ही में एसपीएल को सुरक्षित भूमिगत गड्ढों में संग्रहित किया गया है जहां इसे एक अभेद्य आधार पर रखा गया है और एक अभेद्य कैप के साथ आच्छदित किया गया है। उपस्थित एसपीएल भूमिगत गड्ढों से रिसाव की गुणवत्ता पर उपलब्ध विस्तृत जानकारी की मात्रा बहुत सीमित है।

एसपीएल के साथ भूमिगत गड्ढों में एक विशेष समस्या यह है कि वर्तमान प्रौद्योगिकी के आधार पर भूमिगत गड्ढों की सीमित प्रभावी जीवनकाल के परिणामस्वरूप उनके लंबे अवशिष्ट दूषक गुणों के साथ दीर्घकालिक दायित्व होता है।

ली और जोन्स-ली ने "ड्राई-टॉम्ब" भूमिगत गड्ढों के विकास और तकनीकी पहलुओं का विवरण किया है और वे यह क्यों मानते हैं कि यह एक गंभीरता से त्रुटिपूर्ण प्रौद्योगिकी है, जिसमें निम्नलिखित समस्याएँ सम्मिलित हैं,

• समग्र रैखिक प्रणालियों की अंततः विफलता
• पानी के प्रवेश को रोकने के लिए कवर प्रणालियों की विफलता
• प्रदूषित निक्षालितक का पता लगाने के लिए भूजल निगरानी प्रणालियों की कम संभावना
• बंद होने के बाद अपर्याप्त निधिकरण और प्रबंधन व्यवस्था।

उत्तरी अमेरिका में स्थित एसपीएल युक्त भूमिगत गड्ढों के 2004 के एक अध्ययन में प्राथमिकता वाले संदूषकों के रूप में चार रासायनिक प्रजातियों की पहचान की गई, साइनाइड, फ्लोराइड, लोहा और एल्यूमीनियम। जीवन चक्र मूल्यांकन और भूजल परिवहन प्रतिरूपण का उपयोग इस परिस्थिति को समझने के लिए किया गया था, कि जिससे पर्यावरणीय मुद्दों की पहचान और महत्वपूर्ण पारिस्थितिकीय संभावित प्रभावों की पहचान की जा सके। अध्ययन में पाया गया, हालांकि यह धारणा थी कि मिट्टी और कचरे को सीमित करना सही है, वास्तव में ये स्थल स्वयं प्रदूषण के स्रोत बन सकते हैं। अध्ययन में यह कहा गया है कि यदि दीर्घकालिक सीमाबद्धता की गुणवत्ता के बारे में चिंताओं पर विचार किया जाता है तो सबसे लाभप्रद विकल्प एसपीएल अंश का पूर्ण विनाश है। सीलबंद प्रकार के निपटान पर प्रमुख आपत्ति यह है कि इसकी अनिश्चित काल तक निगरानी करने की आवश्यकता होगी। इसलिए, भूमिगत गड्ढों के निपटान के लिए सुरक्षित, स्वीकार्य वैकल्पिक तरीके ढूंढने की वास्तविक आवश्यकता है।

एसपीएल को पिछले मालिकों द्वारा ऑस्ट्रेलिया में कुर्री कुर्री प्रगलनशाला में एक अरेखित अपशिष्ट भंडार में डंप कर दिया गया था, जिसके परिणामस्वरूप फ्लोराइड, साइनाइड, सोडियम सल्फेट और क्लोराइड के उच्च स्तर के साथ स्थानीय भूजल जलभृत प्रदूषित हो गया था।

टैकोमा बंदरगाह और वाशिंगटन राज्य पारिस्थितिकी विभाग के बीच सहमत आदेश संख्या डीई-5698 के तहत आयोजित एक अंतरिम कार्रवाई, पुराने एल्यूमीनियम प्रगलनशाला साइट पर एसपीएल ज़ोन सामग्री और संबंधित दूषित मिट्टी की खुदाई और ऑफसाइट निपटान के माध्यम से हटाने को संबोधित करती है। इस स्थिति की पृष्ठभूमि यह है कि 1941 से 1947 तक, अमेरिकी रक्षा विभाग ने साइट पर एक एल्यूमीनियम प्रगलनशाला का निर्माण और संचालन किया। 1947 में, कैसर एल्यूमिनियम और रासायनिक निगम (कैसर एल्युमीनियम) ने साइट खरीदी और 2001 तक एल्युमीनियम उत्पादन सुविधा का संचालन किया। 2002 में, कैसर एल्युमीनियम ने संयंत्र बंद कर दिया और 2003 में, टैकोमा के बंदरगाह ने पुनर्विकास के लिए कैसर एल्युमीनियम से प्रगलनशाला संपत्ति खरीदी। .

एसपीएल उपचार विकल्प

एसपीएल के उपचार के लिए कई विकल्प प्रस्तावित किए गए हैं। विकल्पों को इस प्रकार वर्गीकृत किया जा सकता है,

• निपटान तकनीकें जहां एसपीएल का पूरा या कुछ हिस्सा नष्ट हो जाता है या किसी अन्य उद्योग द्वारा उपयोग किया जाता है, उसमे सम्मिलित हैं,
  • ऊर्जा उत्पादन के लिए दहन क्रिया
  • लोहा और इस्पात उद्योग में स्लैग योजक
  • सीमेंट निर्माण में ईंधन और खनिज अनुपूरक
  • लाल ईंट उद्योग
  • निष्क्रिय भूमिगत गड्ढों की सामग्री में रूपांतरण
• पुनर्प्राप्ति या पुनर्चक्रण तकनीकें जहां कुछ एसपीएल को प्राथमिक एल्यूमीनियम गलाने में उपयोग के लिए पुनर्प्राप्त किया जा सकता है,
  • निक्षालन प्रक्रियाओं से फ्लोराइड पुनर्प्राप्ति
  • पायरोहाइड्रोलिसिस
  • पायरोसल्फोलिसिस
  • सिलिकोपाइरोहाइड्रोलिसिस
  • ग्रेफाइट पुनर्प्राप्ति
  • कैथोड कार्बन योगज
  • एनोड कार्बन योगज
  • एल्यूमीनियम धातु की चयनात्मक पुनर्प्राप्ति।

अन्य उद्योगों के माध्यम से पुनर्चक्रण एक आकर्षक और प्रमाणित विकल्प है, हालाँकि, संकटदायी अपशिष्ट के रूप में एसपीएल के वर्गीकरण ने कष्टदायक और महंगे पर्यावरणीय नियमों के कारण अन्य उद्योगों को एसपीएल का उपयोग करने से हतोत्साहित किया है। अर्कांसस प्रदूषण नियंत्रण और पारिस्थितिकी आयोग ने नोट किया कि सड़कों के निर्माण के लिए उपयोग किए जाने वाले उपयुक्त एसपीएल को पुनराप्‍त किया गया और सुरक्षित भूमिगत गड्ढों में रखा गया।

ग्रन्थसूची

Andrade-Vieira, L.F., Palmieri, M.J. & Davide, L. F. (2017), Effects of long exposure to spent potliner on seeds, root tips, and meristematic cells of Allium cepa, Environmental Monitoring and Assessment,189:489

Arkansas Pollution Control and Ecology Commission (1998), Subject: Reynolds Metals Company Gum Springs and Hurricane Creek. Minute Order 98-28

Holywell, G. and Breault, R. (2013). An Overview of Useful Methods to Treat, Recover or Recycle Spent Potlining. JOM, Vol. 65, No. 11.

International Aluminium Institute (2010). Aluminium Industry Benchmarking 2010. International Aluminium Institute, New Zealand House, Haymarket, London, UK.

Godin, J., Ménard, J-F., Hains, S., Deschênes, L. and Samson, R. (2004). Combined Use of Life Cycle Assessment and Groundwater Transport Modelling to Support Contaminated Site Management. Human and Ecological Risk Assessment, 10:1099-1116.

Kumar, B., Sen, P. K. and Sing, G. (1992). Environmental Aspects of Spent Pot Linings from Aluminium Smelters and its Disposal – An Appraisal, Indian Journal of Environmental Protection, Vol. 12, No. 8.

Palmieri, M. J., Andrade-Vieira, L. F., Trento, M. V. C., de Faria, Eleutério, M. W., Luber, J., Davide, L. C., & Marcussi, S. (2016). Cytogenotoxic effects of spent pot liner (SPL) and its main components on human leukocytes and meristematic cells of Allium cepa. Water, Air, and Soil Pollution, 227(5), 1–10.

Palmieri,M. J., Andrade-Vieira, L. F., Campos, J. M. S., Gedraite, L. S.,&Davide, L. C. (2016). Cytotoxicity of spent pot liner on Allium cepa root tip cells: a comparative analysis in meristematic cell type on toxicity bioassays, Ecotoxicology and Environmental Safety, 133, 442–447.

Palmieri, M. J., Luber, J., Andrade-Vieira, L. F., & Davide, L. C. (2014). Cytotoxic and phytotoxic effects of the main chemical components of spent pot-liner: a comparative approach, Mutation Research, 763, 30–35.

Pawlek, R.P. (2012). Spent potlining: an update. In Suarez C. E. (Editor). Light Metals. The Minerals, Metals and Materials Society.

Pong, T.K., Adrien, R.J., Besdia, J., O’Donnell, T.A. and Wood, D. G. (2000). Spent Potlining – A Hazardous Waste Made Safe. Transactions of the Institution of Chemical Engineers, Vol 78 Part B, May 2000

Rustad, I., Kastensen, K.H. and Ødegård, K.E. (2000). Disposal Options for Spent Potlining. In Wolley, G.R., Goumans, J.J.J.M. and Wainwright, P. J. (Editors). Waste Materials in Construction.

Shipowners Club (2010). Flammable Gas Causes Explosion, in Loss Prevention Case Studies, The Shipowners’ Protection Limited, 2010http://www.shipownersclub.com/media/433198/spl_ebook_021010.pdf

Silveira, B.I., Danta, A.E., Blasquez, A.E. and Santos, R.K.P. (2002). Characterization of Inorganic Fraction of Spent Potliners: Evaluation of the Cyanides and Fluorides Content. Journal of Hazardous Materials B89 177–183.

Sørlie, M. and Øye, H. A. (2010). Cathodes in Aluminium Electrolysis. Aluminium-Verlag Marketing and Kommunication, Düsseldorf.

Turner, B.D., Binning, P.J. and Sloan, S.W. (2008). A Calcite Permeable Barrier for The Remediation of Fluoride from Spent Potliner (SPL) Contaminated Groundwater. Journal of Containment Hydrology 95 110-120

Washington Department of Ecology (2013). Final SPL Area Interim Action Work Plan Former Kaiser Aluminum Property 3400 Taylor Way Tacoma, Washington. Prepared for Port of Tacoma, Tacoma Washington by Landau & Associates, Edmonds, WA. Retrieved from Department of Ecology website https://fortress.wa.gov/ecy/gsp/CleanupSiteDocuments.aspx?csid=2215