Self-reducing briquettes for the recovery of iron from Waelz slag by biogenic carbon sources

The Waelz process is the most widely used way to treat electric arc furnace dust (EAFD), recycling 85% of it. However, the process produces a huge quantity of slag, known as Waelz Slag (WS), which, is currently considered as a hazardous waste, and mainly disposed in landfills. At the same time, WS has a high potential in metallurgical waste and by-product recycling, thanks to its high iron oxide content. This study focuses on the recovery of metallic iron from two types of Waelz slag (Unwashed Waelz slag and Washed Waelz slag), using biogenic carbon sources (biomass and biochar) as reducing agents, furthermore a reduction behavior comparison with coke has been made. Each WS sample and reducing agent was agglomerated in selfreducing briquettes of increasing carbon content over iron and zinc oxide (C/FeO+ZnO), namely 0.262, 0.523 and 0.840. In addition, three different temperatures (1000 °C, 1200 °C and 1400 °C) were investigated and the thermal treatment was performed in an inert atmosphere using argon, to avoid the briquettes reoxidation during the cooling. After the thermal treatment different parameters were taken into account to characterise the samples: Swelling, Degree of Reduction and Metallization level. All the samples confirmed the possibility of iron recovery from the Waelz slag. Especially the carbon concentration and the treatment temperature emerged to be significative for the results, showing the 0.262 and 1400 °C to be the best performing combination for the reduction process. Indeed, they had the highest amount of metallic iron and the lowest quantity of slag inside the briquettes, obtaining a metallization level up to 85 % and an RD up to 88 %. In addition, considering the swelling parameter it was possible to notice that all the briquettes treated at 1000 °C shown a positive value, instead, the 1200 and 1400 °C were subjected to shrinkage.

Il processo di Waelz è il metodo più diffuso per trattare le polveri da fornace ad arco elettrico (EAFD), riuscendo a riciclarne circa l’85 %. Il processo, però, produce una grande quantità di scoria (WS) che, considerata come rifiuto tossico, è principalmente smaltita in delle apposite discariche. Allo stesso tempo, WS ha un grande potenziale nel riciclo metallurgico, dato il suo alto contenuto di ossido ferro. Questa ricerca, si concentra sulla riduzione di due tipi di scoria (scoria di Waelz accesa e spenta), usando due tipi di carbonio di fonte biogenica (biomassa e biochar), inoltre è stata fatta una comparazione del loro comportamento con il coke. Ogni provino di scoria Waelz è stato agglomerato in bricchette auto-riducenti con un contenuto crescente di carbonio rispetto all’ossido di ferro e di zinco (C/FeO+ZnO), uguale a 0,262 0,523 e 0,840. Inoltre, anche tre diverse temperature (1000 °C, 1200 °C e 1400 °C) sono state testate e il trattamento termico è stato fatto in atmosfera inerte usando argon, per evitare l’ossidazione delle bricchette durante il raffreddamento. In seguito al trattamento termico, diversi parametri sono stati tenuti in considerazione per caratterizzare i provini: swelling, grado di riduzione e livello di metallizzazione. Tutti i provini hanno confermato la possibilità di riciclare ferro dalla scoria di Waelz. In particolar modo la concentrazione di carbonio e la temperatura del trattamento termico sono parametri significativi e la concentrazione 0,262 abbinata alla temperatura 1400 °C, è state la miglior combinazione per il processo di riduzione. Infatti, ha ottenuto il più alto quantitativo di ferro ridotto e la minor quantità di scoria all’interno delle bricchette, presentando un livello di metallizzazione fino all’85% e un grado di riduzione fino all’88%. In aggiunta, tenendo in considerazione il parametro dello swelling, è possibile affermare che presenta valori positivi per le bricchette trattate a 1000 °C, invece, le bricchette trattate a 1200 e 1400 °C sono state tutte soggette a una riduzione di volume.