Effect of starch gelatinization and particle size distribution on mechanical properties of jarosite-blast furnace sludges self-reducing briquettes

Jarosite and Blast Furnace Sludge (BFS) are byproducts respectively of the hydrometallurgical zinc production and of the blast furnace for ironmaking. Jarosite is a hazardous material that can be reutilized in the ironmaking industry due to its high concentration of iron oxide (24.66 %), while the blast furnace sludge acts as reducing agent. Due to the small size of both these waste, an agglomerations technique is necessary. The present study aims to assess the mechanical properties of self-reducing briquettes made by jarosite and blast furnace sludge by varying two parameters: starch gelatinization (with or without full gelatinization) and the particle size distribution of the materials used (between 0.063 mm and 0.125 mm and < 0.063 mm). The results show that a full starch gelatinization is a fundamental parameter to produce briquettes with the required mechanical properties. In addition, the quality of the gel rules the final briquetting appearance as well as the compression strength due to the water influence in the thenardite compound formation. On the contrary, the particle size distribution has a lower influence on the final properties, but it affects the results controlling the powders impact mechanism during the briquetting process. It was revealed that increasing the heterogeneity of the particle size distribution, the briquettes have the better compromise among cold compression, abrasion and drop resistance.

Jarosite e Fanghi d’Altoforno (AFO) sono sottoprodotti rispettivamente della produzione idrometallurgica dello zinco e dell'altoforno per la produzione di ferro. La jarosite è un materiale pericoloso che può essere riutilizzato nell'industria siderurgica data l’alta concentrazione di ossido di ferro (24.66 %) al suo interno, mentre i fanghi d'altoforno agiscono come agente riducente. A causa delle ridotte dimensioni di entrambe queste scorie, è necessario utilizzare una tecnica di agglomerazione. Il presente studio mira a valutare le proprietà meccaniche di bricchette auto-riducenti costituite da jarosite e fanghi d'altoforno al variare di due parametri: la gelatinizzazione dell'amido (con o senza gelatinizzazione completa) e la distribuzione granulometrica dei materiali utilizzati (tra 0.063 mm e 0.125 e < 0.063 mm). I risultati mostrano che la gelatinizzazione completa dell'amido è un parametro fondamentale per produrre bricchette che abbiano le proprietà meccaniche richieste. Inoltre, la qualità del gel determina l'aspetto finale delle bricchette e la resistenza alla compressione a causa dell’influenza dell’acqua nella formazione di thenardite. Al contrario, la distribuzione granulometrica ha un'influenza minore sulle proprietà finali, ma influenza i risultati controllando il meccanismo di impaccamento delle polveri durante il processo di bricchettatura. In particolare, aumentando l'eterogeneità della distribuzione granulometrica, le bricchette presentano un miglior compromesso tra compressione a freddo, abrasione e resistenza alla caduta.