Recycling van verzinkt staalschrot Workshop Woudschoten Chemie Conferentie 2013

1. Recycling van verzinkt staalschrotWorkshop Woudschoten Chemie Conferentie 2013 Jacques Wijenberg en Arjen Velzel Together we make the difference

2. 1 Even voorstellen 2 Overview van coatings op staal met aanbrengtechnieken 3 Recycling van verzinkt staalschrot 4 Keuze medium voor ontzinken (Pourbaix diagram) 5 Galvanische koppeling Zn-Fe (experiment) 6 Electrowinning van zink (experiment) Recycling van verzinkt staalschrot Rode draad

3. Recycling van verzinkt staalschrot 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

4. Recycling van verzinkt staalschrot 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

5. Tata Steel Recycling van verzinkt staalschrot

6. Recycling van verzinkt staalschrot 1 Tata Group 2 Tata Steel 6

7. Recycling van verzinkt staalschrot 1 Tata Group 2 Tata Steel 7

8. India’s grootste werkgever in private sector 456000 werknemers Aanwezig in meer dan 80 landen Omzet in 2012-13: $100 miljard Recycling van verzinkt staalschrot Tata Group 8

9. Tata Steel Tata Motors (Jaguar, Land Rover) Tata Consultancy Service Tata Power Tata Chemicals Tata Global Beverages Tata Communications Indian Hotels Recycling van verzinkt staalschrot Grootste bedrijven 9

10. Recycling van verzinkt staalschrot 1 Tata Group 2 Tata Steel 10

11. 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 Recycling van verzinkt staalschrot Tata steel 11

12. Recycling van verzinkt staalschrot R&D sites Teesside Technology Centre IJmuiden Technology Centre Teesside IJmuiden Jamshedpur Rotherham India R&D, Scientific Services Swinden Technology Centre Coventry Automotive Engineering Group Netherlands: 350 FTE India: 160 (R&D) + 290 (SS) FTE UK total: 250 FTE FTE = full time employee 12

13. Recycling van verzinkt staalschrot Marktsectoren Automotive Construction Energy & Power Lifting & Excavating Packaging Rail Aerospace Consumer Goods Defence & Security 13

14. Recycling van verzinkt staalschrot 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, ...

15. zink tin Recycling van verzinkt staalschrot 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’

16. Recycling van verzinkt staalschrot Hot dip galvanising

17. down-pass up-pass steel strip anode bridge tin anode bar partition wall Recycling van verzinkt staalschrot Electroplating

18. Recycling van verzinkt staalschrot 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

19. Recycling van verzinkt staalschrot Scheiden van zink en staal • Mechanisch (schuren, zandstralen, ...) • Onpraktisch • Chemisch • Oplossen van zinklaag in zuur of loog

20. Recycling van verzinkt staalschrot Pourbaix diagram van ijzer en zink ijzer zink

21. zink ijzer 0 7 14 0 7 14 pH pH Recycling van verzinkt staalschrot Pourbaix diagram vereenvoudigd 2.0 1.6 1.2 0.8 potentiaal 0.4 0.0 -0.4 -0.8 -1.2 -1.6

22. Recycling van verzinkt staalschrot Welk medium zouden jullie kiezen? • Natronloog, want dan lost staalsubstraat niet op

23. Recycling van verzinkt staalschrot 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)!

24. Recycling van verzinkt staalschrot Volcano plot Volmer-Tafel 1: M + H+ + e- → M-H 2: 2M-H→ 2M + H2(g) Volmer-Heyrovsky 1: M + H+ + e- → M-H 2: M-H+ H+ + e- → M+H2(g) 1: vorming M-H binding 2: verbreken M-H binding

25. Recycling van verzinkt staalschrot Geleidelijk (via variabele weerstand) kortsluiten van Zn en Fe paradoxale batterij: levert meer stroom bij meer belasting!

26. Recycling van verzinkt staalschrot Barrière voorkomt UPD van Zn op Fe

27. Recycling van verzinkt staalschrot Stroomsterkte met en zonder membraan tussen Zn en Fe met zonder

28. Recycling van verzinkt staalschrot Ontzinkfabriek

29. i/il 0 i/il> 1 i/il 1 surfactant Recycling van verzinkt staalschrot Zink morfologie