Sustainable production of ultra-low-carbon ferromanganese and calcium aluminate slag from pre-reduced manganese ore using aluminium

The production of ultra-low-carbon ferromanganese is both energy- and carbon-intensive, motivating the search for greener alternatives. This study investigates a sustainable process, using hydrogen pre-reduced Nchwaning manganese ore (NPO) and aluminium as a reductant, to produce ultra-low-carbon ferromanganese with leachable mono-calcium aluminate (CaO·Al₂O₃, krotite) slag. NPO (<1 mm) was blended with CaO to achieve CaO/Al₂O₃ molar ratios of 1.0, 1.2, and 1.4 and smelted with varying aluminium additions at 1500°C. The resulting alloys (0.005–0.013%C, 74.98–78% Mn, 18.8–24.4% Fe) were of high quality, while slags were dominated by calcium aluminates with minor gehlenite and tricalcium aluminate. During smelting, the slag system transformed from MnO–CaO to CaO–Al₂O₃, and the metal system evolved from Al–Fe to Mn–Fe–Si through rapid interfacial reactions. Mn and Si distributions between metal and slag were closely linked to slag composition. The optimum condition was a CaO/Al₂O₃ ratio of 1.2 and 20 wt% excess Al, yielding high metal recovery and desired slag. Excess lime increased Al₂O₃ dissolution from the crucible (8–13 g), slightly reducing Mn recovery. This process offers a cleaner route to ultra-low-carbon ferromanganese with usable slags.

La production de ferromanganèse à très faible carbone est à la fois énergivore et fortement émettrice de carbone, ce qui motive la recherche de choix plus écologiques. Cette étude examine un procédé durable utilisant du minerai de manganèse Nchwaning (NPO) pré-réduit à l’hydrogène et de l’aluminium comme réducteur pour produire du ferromanganèse à très faible carbone avec des scories d’aluminate de mono-calcium (CaO·Al₂O₃, krotite) lixiviables. On a mélangé le NPO (<1 mm) avec du CaO pour obtenir des rapports molaires de CaO/Al₂O₃ de 1.0, 1.2 et 1.4 et fondu avec des ajouts variables d’aluminium à 1500°C. Les alliages obtenus (0.005 à 0.013% C, 74.98 à 78% Mn, 18.8 à 24.4% Fe) étaient de haute qualité, tandis que les aluminates de calcium avec des traces de gehlénite et d’aluminate tricalcique dominaient les scories. Lors de la fusion, le système de scories s’est transformé de MnO–CaO à CaO–Al₂O₃, et le système métallique a évolué d’Al-Fe à Mn–Fe–Si par des réactions interfaciales rapides. La distribution de Mn et Si entre le métal et les scories était reliée de près à la composition des scories. La condition optimale était un rapport CaO/Al₂O₃ de 1.2 et 20% en poids d’excès d’Al, produisant une récupération élevée du métal et de scories souhaitées. Un excès de lime a augmenté la dissolution de l’Al₂O₃ du creuset (8 à 13 g), réduisant légèrement la récupération du Mn. Ce procédé offre une voix plus propre pour le ferromanganèse à très faible teneur en carbone avec des scories utilisables.