Effects of H2-H2O Mixtures on Reducibility of Bauxite Residue - CaO Sintered Pellets
Bachelor thesis
Permanent lenke
https://hdl.handle.net/11250/3074112Utgivelsesdato
2023Metadata
Vis full innførselSamlinger
Sammendrag
Det er et sterkt ønske å minimere produksjonen av rødslam fra aluminiumindustrien, da det står for et stort miljøproblem i dag. Det høye alkalitetsnivået og fordelingen av fine partikkelstørrelser er hovedårsakene til at rødslam er så destruktivt for naturen. Industriavfallet fører også til tap av jern og aluminium i bauxittresten. Det er derfor av stor betydning å utforske metoder for å redusere mengde rødslam produsert og redusere miljøbelastningen fra aluminiumsindustrien.I dette studiet ble bauxittrester (BR) pelletert og sintret på 1150°C under atmosfærisk trykk. Disse pelletene ble deretter analysert og karakterisert gjennom flere analytiske metoder, som X-Ray diffraction (XRD), X-Ray fluorescence (XRF), scanning electron microscopy (SEM), energy disperse spectroscopy (EDS), Brauner-Emmet-Teller (BET) and Barett-Joyner-Halende (BJH). Disse analytiske metodene ble etterfølgende anvendt på de reduserte pelletene. For å redusere de sintrede pelletene ble hydrogen introdusert i en vertikal reduksjonsovn, ved temperaturer på henholdsvis 600°C og 800°C. Reduksjonseksperimentene brukte forskjellige H2-H2O blandinger, hvor fuktighetene som ble tatt i bruk var på 0%, 5%, 15% og 25%. Resultatene av SEM analysen ga en indikasjon på at økende temperatur og redusert fuktighetsnivå ga økt produksjon av metallisk jern. Det var mulig å se hvilke faser som var til stede gjennom XRD. Et eksempel på dette er observert i de sintrede prøvene, der brownmillerite var til stede, mens det ble ikke påvist i de reduserte prøvene. I tillegg var gehlenite påvist i alle prøvene. Resultatene fra BET og BJH analysene viste at reduksjon av pelletene med ren hydrogengass førte til størst overflateareal og porestørrelse. Imidlertid førte økning i temperatur til mindre porestørrelse. Denne oppgaven skal undersøke likevektsbetingelsene for H2-reduksjoner av jernoksider i BR. Det ble funnet at termodynamiske forhold vil hindre reduksjonen av jernoksider ved høye fuktighetsnivåer. Dette kan spesielt sees ved 800°C med 25% fuktighet, da ingen metallisk jern ble dannet. Ved lavere temperaturer vil fuktigheten i stor grad inhibere reduksjon, da reduksjonsgraden for 0% fuktighet var 49,64%. Dette er nesten dobbelt så høyt sammenlignet med et fuktighetsnivå på 5% som ga en reduksjongrad på 25,56%. Having the ability to develop and minimize the production of red mud from the aluminium industry is desirable, since it represents a huge environmental problem today. High alkalinity and the fine particle size distribution are some of the reasons for its environmental hostility. The industrial waste does also lead to loss of iron- and aluminium units in the bauxite residue. In this thesis, the bauxite residue (BR) was pelletised and sintered at 1150°C under atmospheric pressure. These pellets were then analysed and characterised through several analytical methods, such as X-Ray diffraction (XRD), X-Ray fluorescence (XRF), scanning electron microscopy (SEM) supported by energy-disperse spectroscopy (EDS), Brauner-Emmet-Teller (BET) and Barett-Joyner-Halende (BJH). This analytical practice was also done later to characterise reduced pellets. To be able to reduce the sintered pellets, hydrogen was introduced in a reduction furnace, a vertical tube furnace at 600°C and 800°C. The reduction experiments used different H2-H2O mixtures, where the humidities used was 0%, 5%, 15% and 25%. The SEM analyses yielded that at higher temperature coupled with reduced humidity levels led to more production of metallic iron. It was possible to see which phases were present through XRD. For example, brownmillerite was present in the sintered pellets, but not after the reduction. Furthermore, gehlenite was present in all the samples. BET and BJH resulted in that by reducing the pellets with pure hydrogen gave the largest surface area and pore size. But, by increasing the temperature, the pores shrunk. The primary outcome of this thesis is to investigate equilibrium conditions of H2 reductions of iron oxides in BR. It was found that at higher levels of humidity, the reduction of iron oxides stops because of thermodynamic conditions. This is especially seen at 800°C with 25% humidity, where no metallic iron was formed. At lower temperatures, humidity greatly inhibits reduction, as the reduction degree for 0% humidity was 49,64%, almost twice as high compared to 5% humidity which yielded 25,56%.