Iron separation from bauxite through smelting reduction

Abstract

containing slag. Sammendrag

Alumina produksjon domineres kommersielt av Bayer-prosessen som også produserer rødslam. Dette kan ikke forbrukes og foråsaker store skader på miljøet. Et bærekraftig alternativ for bearbeiding av bauxitt til aluminapulver er Pedersen-prosessen. Den ble patentert på 1920-tallet og opererte i Norge i mange år før den ble lagt ned av økonomiske årsaker. I denne prosessen blir bauxitt smeltet og redusert, og dette gir råjern samt kalkaluminat-slagg. Alumina blir produsert videre fra slagg gjennom en hydrometallurgisk prosess. I dette arbeidet ble det første steget i Pedersen-prosessen, den pyrometallurgiske delen, undersøkt. Tre ulike bauxitter ble karakterisert ved røntgendiffraksjon (XRD) og røntgenfluorescens (XRF) og viste seg å være høy i jern samt ha et høyt innhold titandioksid og silisiumdioksid. Bauxitt med høyt jerninnhold er mer utbredt enn de med lavt, men disse av lavere kvalitet når det gjelder Bayer-prosessen, men ikke for Pedersen-prosessen som er undersøkt her. Bauxittene ble smeltet sammen med kalk og redusert med koks i en induksjonsovn. Det ble gjennomført tre store eksperiment med ulike typer bauxitt med samme masseforhold CaO/Al2O3 samt fire små eksperiment med den samme bauxitten i ulike masseforhold CaO/Al2O3 innenfor den utvaskbare delen i det ternære fasediagrammet for CaO-Al2O3-SiO2. Smeltereduksjonen ble undersøkt ved kjemisk og mikrostrukurell analyse. Det viste at en fullstendig adskillelse av jern fra slagg er mulig samt at prosessen er effektiv for delvis adskillelse av andre urenheter som Ti, Si, V fra den Al2O3-holdige slaggen.

In the alumina production process through the dominant commercial Bayer process, red mud is produced. This is not consumable and causes serious environmental challenges. An alternative sustainable process for bauxite treatment to alumina is the Pedersen process, which was patented in the 1920s and was operating in Norway for many years before closing due to economic reasons. In this process, bauxite is smelted and reduced, which yields pig iron and a calcium aluminate slag. Alumina is further produced from the slag through a hydrometallurgical process. In the present work the first step in the Pedersen process, the pyrometallurgical part, was studied. Three different bauxites were characterized through x-ray powder diffraction (XRD) and x-ray fluorescence (XRF) and found to be ferruginous with a high titanium dioxide- and silica content. Iron-rich bauxites is more abundant than low-iron ones, but these are low grade in consideration to the Bayer process, though not for the Pedersen process studied here. The bauxites were smelted with lime and reduced by coke in an induction furnace. Three large experiments with different bauxites with the same mass ratio CaO/Al2O3 were conducted and four small experiments with the same bauxite with different mass ratio CaO/Al2O3 within the leachable section of the ternary phase diagram of CaO-Al2O3-SiO2. The smelting reduction was studied through chemical analysis and microstructural analysis. It was shown that complete separation of iron from the slag is possible and in addition the process is effective for partial separation of the other impurities such as Ti, Si, V from the Al2O3-containing slag.