Production and characterization of self-reducing briquettes made by red mud and blast furnace sludge

Red Mud and Blast Furnace Sludge are byproducts of the alumina production through Bayer process and of the blast furnace for ironmaking, respectively. Red mud is a hazardous material, pollutant for the environment because of its high alkalinity, but suitable for its reutilization in the ironmaking industry due to its high concentration of iron oxide. Blast furnace sludge, on the other hand, can be used as reducing agent exploiting the presence of residual coke inside it. However, since these materials are usually in the form of fine powder, an agglomeration technique is necessary for the production of briquettes which can be used in industrial operations. The present study aims to evaluate the mechanical properties and the reduction capability of self-reducing briquettes made by red mud and blast furnace sludge considering two main parameters: the composition of the mix, so the amount of red mud, blast furnace sludge and lime used, and the briquettes production method. Three methods are explored which consist in the use of a reference method, where corn starch gel is added to the dry powder mix as binding, and in the use of the “2W” and “3W” methods, where the dry corn starch is mixed with the powders and the mixture is cooked with water at 100 °C. “2W” method use double the water with respect of the reference one while “3W” method use triple the water. The results show that the optimal condition for the iron oxides reduction correspond to the mixture with 95.97% of blast furnace sludge with respect to the red mud mass (RM/BFS ratio almost 1:1), while the best production technique is the one labelled as “2W” method. At the end of the discussion, the evaluation of the briquettes’ capability to be used in industrial furnaces is made. It is observed that due to their mechanical properties, those briquettes can be used in several reactors (Midrex, rotary heart furnace, blast furnace, cupola furnace), but their chemical properties are a strict limiting factor which prevent their massive use.

Il fango rosso e il fango d’altoforno sono dei residui rispettivamente della produzione d’allumina che avviene attraverso il processo Bayer e dell’altoforno per la produzione di ghisa. Il fango rosso è un materiale pericoloso, inquinante per l’ambiente a causa della sua elevata alcalinità, ma è allo stesso tempo adatto al riutilizzo nell’industria siderurgica a causa della sua alta concentrazione di ossido di ferro. Il fango d’altoforno, d’altra parte, può essere usato come agente riducente sfruttando la presenza di coke residuo. Ciò nonostante, poichè questi materiali sono generalmente sotto forma di polveri fini, una tecnologia di agglomerazione è necessaria per produrre bricchette che possano essere utilizzate senza problemi in processi industriali. Il presente studio mira a valutare le proprietà meccaniche e la capacità di riduzione di bricchette autoriducenti fatte di fango rosso e fango d’altoforno considerando due parametri principali: la composizione della miscela, quindi la quantità di fango rosso, fango d’altoforno e calce usate, e il metodo di produzione delle bricchette. Tre metodi sono stati studiati che consistono in un metodo di riferimento, dove si aggiunge un gel di amido di mais usato come legante alla miscela di polveri, e nei metodi “2W” e “3W”, dove l’amido di mais secco è aggiunto al mix di polveri e la miscela viene cotta in acqua a 100 °C. Il metodo “2W” usa il doppio dell’acqua del metodo di riferimento mentre il metodo “3W” ne usa il triplo. I risultati mostrano come la condizione ottimale di riduzione dell’ossido di ferro la si ottenga con una miscela contenente il 95.97% di fango d’altoforno rispetto alla massa di fango rosso (FR/FDA quasi 1:1), mentre il miglior metodo di produzione è quello indicato come “2W”. In fine, si è valutata la capacità delle bricchette di essere utilizzate in impianti industriali. Si osserva che, date le loro proprietà meccaniche, queste bricchette possono essere usate in diversi reattori (Midrex, forno a suola rotante, altoforno, forno a cupola), ma le loro proprietà chimiche sono un fattore limitante e stringente che previene un loro impiego in alte quantità all'interno di un processo convenzionale.