Jarosite wastes reduction by blast furnace sludges for the production of cast iron

Jarosite is a dangerous waste coming from the hydrometallurgical route of zinc production, and those kind of wastes cannot be safely disposed in ambient. Some other processes exist that are able to treat or to convert jarosite wastes, but no procedure can reduce the iron content of jarosite and directly obtain cast iron. So, a new process for the utilisation of jarosite sludges is proposed, with the aim of obtaining cast iron and inert slag from jarosite wastes, using blast furnace sludges as reducing agent. The procedure consisted in a reduction process in a muffle furnace at 1500 ˚C for 15 min, with induced argon atmosphere to prevent re-oxidation of the samples. Two possible reducing agents have been used: pure graphite (as control) and blast furnace sludges. Moreover, two initial CaO concentration (5% and 15% on jarosite weight) and four initial carbon concentrations (7,5%, 15%, 30% and 60% on jarosite weight) have been analysed, for a total of sixteen mixes. TG-DSC analysis (both in argon and air atmosphere) have been performed, together with SEM, XRD and microhardness investigation. Cast iron has actually been obtained from all the mixes, but the best properties are linked to the samples with 15% initial carbon concentration. Moreover, the addition of CaO does not bring benefit neither for the cast iron nor for the slag properties. The slag obtained from the samples with graphite as reducing agent presents a crystalline structure, while the one related to sample with BF sludges shows a slightly vitrified structure (that prevent leaching of hazardous element). All the aforementioned analysis indicate that sample with 15% C, 5% CaO and blast furnace sludges as reducing agent, is the one that overall brings better results.

La jarosite è un rifiuto pericoloso che deriva dalla produzione per via idrometallurgica dello zinco, e quel tipo di rifiuti non può essere stoccato in sicurezza nell’ambiente. Esistono alcuni processi per trattare gli scarti jarositici, ma nessuna procedura può contemporaneamente recuperate il ferro dei rifiuti e ottenere direttamente ghisa. Quindi si propone un nuovo processo per il recupero dei suddetti rifiuti, con lo scopo di ottenere ghisa e scoria inerti, usando fanghi d’altoforno come agente riducente. La procedura consiste in un processo di riduzione in un forno a muffola a 1500 ˚C per 15 minuti, con un’atmosfera di argon indotta al fine di evitare una re-ossidazione dei campioni. Sono state usate due concentrazioni iniziali di CaO (5% e 15% sul peso di jarosite) e quattro concentrazioni di C (7,5%, 15%, 30% e 60% sul peso di jarosite); per un totale di 16 campioni. Sono state condotte analisi TG-DSC (sia in aria che in argon), insieme ad analisi SEM, XRD e di microdurezza. La ghisa è stata effettivamente ottenuta da tutti i campioni, ma le migliori proprietà sono state ottenute dai campioni con il 15% di carbonio. Inoltre è stato scoperto che l’aggiunta di CaO non porta ad alcun beneficio. La scoria ottenuta dai campioni con grafite presenta una struttura cristallina, mentre quella relativa ai campioni ridotti con fanghi d’altoforno, presente una struttura leggermente vetrosa (più sicura per lo stoccaggio). Tutte le analisi portano ad affermare che il campione con il 15% di carbonio, il 5% di CaO e i fanghi d’altoforno come agente riducente, è quello che porta ai migliori risultati