Recycling van verzinkt staalschrot Workshop Woudschoten Chemie Conferentie 2013

Recycling van verzinkt staalschrotWorkshop Woudschoten Chemie Conferentie 2013

Together we make the difference

Jacques Wijenberg en Arjen Velzel

2Recycling van verzinkt staalschrot SlideTata Steel

Rode draad

Even voorstellen1

Overview van coatings op staal met aanbrengtechnieken2

Recycling van verzinkt staalschrot3

Keuze medium voor ontzinken (Pourbaix diagram)4

Galvanische koppeling Zn-Fe (experiment)5

Electrowinning van zink (experiment)6


Even voorstellen

Jacques Wijenberg

1975-1981: Jeanne d’Arc Lyceum Maastricht (2004: Porta Mosana College)

1981-1986: Rijksuniversiteit Utrecht

• Hoofdvak: Fysische en colloïdchemie (elektrochemie)

• Bijvak: Theoretische chemie

1986-1990: Promotieonderzoek

1990-1992: Koninklijke Nederlandse Chemische Vereniging (KNCV)

vanaf 1992: Hoogovens – Corus (1999) – Tata (2007)

• Electroplating processen binnen Tata Steel


Even voorstellen

Arjen Velzel

1983-1989: Gymnasium Felisenum Velsen-Zuid

1989-1995: Universiteit van Amsterdam

• Afstudeerrichting: (Bio) Organische chemie

1996-1998: Shell Research & Technology Centre Amsterdam

1998-2006: Holland Novochem, Nieuwegein

• Onderzoek naar additieven voor industriële koelwatersystemen

vanaf 2006: Corus - Tata (2007)

• Elektrochemische testen voor gecoat (verpakkings)staal


Tata Steel


6

Tata Steel

Tata Group1

2


7

Tata Steel

Tata Group1

2


Tata Group

India’s grootste werkgever in private sector

456000 werknemers

Aanwezig in meer dan 80 landen

Omzet in 2012-13: $100 miljard

8


9

Grootste bedrijven

Tata Steel

Tata Motors (Jaguar, Land Rover)

Tata Consultancy Service

Tata Power

Tata Chemicals

Tata Global Beverages

Tata Communications

Indian Hotels


10

Tata Steel

Tata Group1

2


11

Tata steel

2007: Overname Corus 1999: Fusie British Steel en Hoogovens

28 miljoen ton ruwijzer jaarlijks

80000 werknemers

Productie sites in 26 landen verspreid over 5 continenten

Omzet 2012-13: $25 miljard


12

Jamshedpur

Teesside Technology Centre

Swinden Technology Centre

IJmuiden Technology Centre

India R&D, Scientific ServicesAutomotive Engineering Group

Coventry

UK total: 250 FTE Netherlands: 350 FTE India: 160 (R&D) + 290 (SS) FTE

FTE = full time employee

Rotherham

TeessideIJmuiden

R&D sites


13

PackagingLifting & Excavating

Automotive Construction Energy & Power

Rail

Aerospace Consumer Goods Defence & Security

Marktsectoren


Inleiding

Laag koolstofstaal heeft uitstekende bulk eigenschappen

Hoge sterkte, vervormbaarheid, goedkoop, recyclebaar

Laag koolstofstaal is gevoelig voor corrosie

Coating is nodig voor verbetering van oppervlakte eigenschappen

Corrosiebescherming, lasbaarheid, uiterlijk, ...


Welke metallische deklagen worden aangebracht op staalband?

Zn (420 °C), Sn (232 °C) via ‘hot dip galvanising’

Zn, Sn, Ni, Cr, Cu, CuZn via ‘electroplating’

zink tin


Hot dip galvanising


Electroplating

tin anode bar

partition wall

steel strip

down-pass up-pass

anode bridge


Recycling van staalschroot

Staalschroot wordt gebruikt als koelmiddel bij oxystaalproces

Ruwijzer (4 – 5 % C, P, S) + O2(g) + koelschroot → staal (0.2 % C)

Ca. 250 kg staalschrot per ton staal

Problemen bij gebruik van verzinkt staalschroot als koelmiddel

Verontreiniging van oxykalkslik met zink (< 1.5 % Zn)

Oxykalkslik kan niet meer worden gerecycled in hoogoven

Zinkgehalte is te laag om zink te scheiden van oxykalkslik

Dus alleen ‘schoon’ staalschrot kan worden gebruikt als koelmiddel


Scheiden van zink en staal

Mechanisch (schuren, zandstralen, ...)

Onpraktisch

Chemisch

Oplossen van zinklaag in zuur of loog


Pourbaix diagram van ijzer en zink

ijzer zink


2.0

1.6

0.8

1.2

-0.4

0.4

0.0

-1.6

-0.8

-1.2

pot

en

tiaa

l

Pourbaix diagram vereenvoudigd

7 140

pH

zink

24)OH(Zn

2Zn

2)OH(Zn

Zn

7 140

pH

ijzer

2Fe

Fe

2)OH(Fe


Welk medium zouden jullie kiezen?

Natronloog, want dan lost staalsubstraat niet op


Thermodynamica en kinetiek

Oplossen van zinkdeklaag (spontaan)

Zn wordt geoxideerd tot zinkaat:

H2O wordt gereduceerd tot H2(g):

Staalbasis passiveert (oxydehuidje)

H2(g) is snelheidsbepalend

H2(g) aan Zn verloopt erg traag

Verzinkt staalschroot moet daarom worden kortgesloten met ander metaal dat H2(g) katalyseert (blank staal!)

Oplossnelheid van zinkdeklaag kan zo ca. 200 keer worden verhoogd (kwartiertje i.p.v. 2 dagen)!

e2)OH(ZnOH4Zn 24

OH2)g(He2OH2 22


Volcano plot

Volmer-Tafel1: M + H+ + e- → M-H2: 2M-H → 2M + H2(g)

Volmer-Heyrovsky1: M + H+ + e- → M-H2: M-H + H+ + e- → M+H2(g)

1: vorming M-H binding2: verbreken M-H binding


Geleidelijk (via variabele weerstand) kortsluiten van Zn en Fe

ZnZn Fe

VV

-24Zn(OH)

RE RE

-24Zn(OH)

ZnZn Fe

VV

-24Zn(OH)

RE RE

-24Zn(OH)

paradoxale batterij:levert meer stroom bij meer belasting!


Barrière voorkomt UPD van Zn op Fe

ZnZn Fe

VV

RE RE

-24Zn(OH) -2

4Zn(OH)

barrier


Stroomsterkte met en zonder membraan tussen Zn en Fe

met

zonder


Ontzinkfabriek


Zink morfologie

i/il 0

i/il 1

i/il > 1

surfactant

Recycling van verzinkt staalschrot Workshop Woudschoten Chemie Conferentie 2013

Documents

Transcript of Recycling van verzinkt staalschrot Workshop Woudschoten Chemie Conferentie 2013