Recovery of Rare Earths from Bauxite Residue (Red Mud)

Promovendus/a: Chenna Rao Borra

Promotoren: Prof. dr. ir. Thomas Van Gerven, Prof. dr. Koen Binnemans, Prof. dr. Yiannis Pontikes

Langdurige stockage van bauxiet residu is schadelijk voor het milieu wegens het hoge gehalte aan natrium hydroxide. Welbepaalde bauxietresiduen bevatten echter waardevolle metalen in kleine maar niet te verwaarlozen hoeveelheden, zoals bijvoorbeeld zeldzame aarden (REEs). De recyclage van REEs en eventueel andere metalen uit bauxietresidu en het hergebruik van het residuele materiaal in toepassingen zoals bouwmaterialen kunnen bijdragen tot een oplossing voor de resten aan bauxietresidu.

In het eerste deel van dit werk werd de selectieve recyclage van REEs en andere elementen, zoals ijzer, bestudeerd door middel van directe loging. Hierbij stelde zich het probleem van een te lage REEs recyclage of een te hoge ijzer concentratie. Een grote concentratie ijzer in de uitloogoplossing veroorzaakt problemen in de volgende processtappen zoals solventextractie of ionenuitwisseling door het gelijkaardig gedrag van ijzer en scandium. Bijgevolg werd de verwijdering van ijzer uit bauxietresidu bestudeerd door hoge temperatuur smeltreductie in aanwezigheid van wollastoniet (CaSiO3) als flux en grafiet, voorafgaand aan het de uitloogstap. Uitlogingen van de gegenereerde slakken werden uitgevoerd met verschillende zuren. De selectiviteit tussen de REEs en ijzer werd daarmee duidelijk verbeterd in vergelijking met directe loging. Directe smelting van bauxietresidu, dat rijk is aan aluminium oxide, vereist echter grote hoeveelheden flux en veel energie, wat resulteert in een grote zuurconsumptie tijdens het loogproces. Daarom werd de verwijdering (en recyclage) van alumina uit bauxietresidu bestudeerd door het roosten met natriumcarbonaat voorafgaand aan de smeltstap. Na de verwijdering van alumina kon het smelten uitgevoerd worden zonder toevoeging van flux zonder dat er werd ingeboet aan de effectiviteit van scheiding tussen de slakfase en de metallische fase. Uitloging bleek de REEs goed te kunnen oplossen uit de alumina-arme slakken.

Een alternatief proces, namelijk sulfateren-roosten-logen, werd ontwikkeld voor het selectief logen van de REEs. In dit proces werd bauxietresidu gemengd met water en geconcentreerd H2SO4, gevolgd door drogen, roosten en uiteindelijk uitlogen van het gerooste product in water. Tijdens dit proces werden REEs selectief geloogd, echter slechts lage recyclage percentages van scandium konden worden bereikt.

Preliminaire energetische en economische analyses tonen aan dat alkali roosten-smelten-quenchen-logen en sulfateren-roosten-logen veelbelovende processen zijn voor de behandeling van bauxiet residu.